Universitas Wijaya Putra
BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN TRANSMISI PADA MESIN PERAJANG TEMBAKAU DENGAN PENGGERAK KONVEYOR 4.1 Perencanaan Pulley dan V-Belt 1 4.1.1 Penetapan Diameter Pulley 1 1. Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm) D2
C
D1
n2 = ? Gambar 4.1 Perencanaan susunan belt dan pulley Data awal yang diketahui :
Motor yang digunakan Motor Listrik
= 1/4HP
Diameter pulley penggerak (D1)
= 75 mm
Diameter pulley yang digerakan (D2)
= 200 mm
Putaran pulley penggerak (n1)
= 2800 rpm
n2 = n2 = n2 = 1050 rpm 40
Universitas Wijaya Putra
2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull) Vp = Vp =
,
Vp = 10,99 m/det 3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg) F= F=
,
,
/
= 1,73 kg
4. Penerapan V-Belt Data diameter pulley dan jarak poros motor : D1 (diameter pulley penggerak)
= 75 mm
D2 (diameter pulley yang digerakkan)
= 200 mm
â ( jarak sumbu kedua pulley )
= 310 mm
Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi : Tegangan yang timbul K = 2 x φ x σo Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan) σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan) ( ir.Wayan Barata, 1998 ) Maka :
K = 2 x 0,7 x 12 = 16,8
kg
cm
41
Universitas Wijaya Putra
Luas penampang V-belt A(cm2) A= =
,
,
/
= 0,654 cm2 Table 4.1 diameter V-belt Tipe penampang Luas penampang A (cm2) Tinggi belt (h)
O
A
B
C
D
E
F
0,5
0,8
1,4
2,3
4,8
7,0
11,7
5,0
8,0
10,5
13,5
19,0
23,5
30,0
Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A Panjang V-Belt L = 2â +
(D2 + D1 ) +
â
Dimana : â = jarak poros 310mm D1 = 75 mm D2 = 200 mm Maka, L = 2(310) +
,
x (200+75) +
(
)
L = 620 mm + 431,75 mm + 60,99 mm L = 1.112,74 mm
42
Universitas Wijaya Putra
Kekendoran V-belt,Amin (mm) Tipe belt A : Amin = â - 2 h Dimana : h = 8,0 mm = 310 – 2.(8,0mm) = 294 mm Ketegangan V-belt, Amax (mm) Tipe belt F : Amax = (1,05~110).â = 1,10 x 310 mm = 341 mm Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2 max =
( . . )
+(
.
. )
+
(
. )
Dimana : = Tegangan awal untuk V-belt
= 12 kg/cm2
F = Gaya keliling yang terjadi = 1,73 kg Z = Jumlah V-belt A = Luas penampang
= 1 buah = 0,8 cm2
Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2 g = Percepatan grafitasi
= 9,8 m/det2 x 100 43
Universitas Wijaya Putra
Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2 h = Tinggi belt
= 8,0 mm = 0,8 cm
Dmin = Diameter pully terkecil
= 75 mm = 7,5 cm
V1 = Kecepatan pully penggerak
= 10,99 m/det
Maka : max =
12 +
(
,
,
+ )
,
(
(
,
)
, )
+
(
,
, )
= 12 + 1,08 + 1,54 + 64 = 78,62 kg/cm2 5. Jumlah putaran V-belt U= =
,
,
x 1000 = 9,88 rps
6. Umur belt, H (jam kerja) =(
Dimana :
σ . . )
σ
Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan) U
= 9,88 = jumlah putaran V-belt (rps)
X
= 2 (jumlah pulley yang berputar) buah
m
= 8, factor buah V-belt (tetapan)
σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan) σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt = 78,62 kg/cm2 44
Universitas Wijaya Putra
maka :
=(
,
)
,
= 140,6 x 2,6 = 365,56 jam kerja Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan
Gambar 4.2 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt Perhitungan yang diperlukan meliputi : Dari table untuk V-belt tipe A didapat(ir.Wayan Barata, Element Mesin, hal. 163) e = 12,5 mm c = 3,5 m t = 16 mm s = 10 mm
45
Universitas Wijaya Putra
Maka : Dout 1 = dpull 1 +2.c
Dout 2 = dpull 2 +2.c
= 75 + 2 . 3,5
= 200 + 2 . 3,5
= 82 mm
= 207 mm
Din 1 = Dout 1 - 2.e
Din 2 = Doutl 2 - 2.e
= 75 - 2 . 12,5
= 200 - 2 . 12,5
= 60 mm
= 185 mm
7. Lebar pulley, B (mm) Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan sama, maka: Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah Maka : Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10 = 0 + 20 = 20 mm 8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree) α =180 -
Dimana :
â
.600
â = 310 (jarak antar poros penggerak) mm dpull 1 = 75 mm dpull 2 = 200 mm
46
Universitas Wijaya Putra
Maka : α =180o –
(
)
.600
α =180o – 24,2o α = 155,80 9. Torsi yang terjadi pada pulley T=F T = 1,73 kg x T = 64,875 kg.cm 4.2 Perencanaan Pulley dan V-Belt 2 4.2.1 Penetapan Diameter Pulley 2 1.
Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm) c
D1
D2
n2 = ? Gambar 4.3 Perencanaan susunan belt dan pulley Data awal yang diketahui :
47
Universitas Wijaya Putra
Motor yang digunakan Motor Listrik
= 180W
=0,18kW
Diameter pulley penggerak (D1)
= 91 mm
Diameter pulley yang digerakan (D2)
= 75 mm
Putaran pulley penggerak (n1)
= 35 rpm
n2 = n2 = n2 = 42,5 rpm 2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull) Vp = ,
Vp =
Vp = 0,167 m/det 3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg) F= F=
,
,
/
F = 109,9 kg 4. Penerapan V-Belt Data diameter pulley dan jarak poros motor : D1 (diameter pulley penggerak)
= 91 mm
D2 (diameter pulley yang digerakkan)
= 75 mm
â ( jarak sumbu kedua pulley )
= 183 mm 48
Universitas Wijaya Putra
Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi : Tegangan yang timbul K = 2 x φ x σo Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan) σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan) Maka :
K = 2 x 0,7 x 12 kg
= 16,8
cm
Luas penampang V-belt A(cm2) Dari tabel 4.1 di bawah A didapat 0,8 cm2 A= =
,
,
/
= 6,5 cm2 Table 4.1 diameter V-belt Tipe penampang Luas penampang A (cm2) Tinggi belt (h)
O
A
B
C
D
E
F
0,5
0,8
1,4
2,3
4,8
7,0
11,7
5,0
8,0
10,5
13,5
19,0
23,5
30,0
Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A Panjang V-Belt L = 2â +
(D2 + D1 ) +
â
Dimana : â = jarak poros 183 mm 49
Universitas Wijaya Putra
D1 = 91 mm D2 = 75 mm Maka, L = 2(183) +
,
(75+91) +
(
)
L = 336 mm + 260,63 mm + 37,64 mm L = 634,27 mm Kekendoran V-belt,Amin (mm) Tipe belt A : Amin = â - 2 h Dimana : h = 8,0 mm = 183 – 2.(8,0mm) = 167 mm Ketegangan V-belt, Amax (mm) Tipe belt F : Amax = (1,05~110).â = 1,10 x 183 mm = 184,10mm Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2 max =
( . . )
+(
.
. )
+
(
. )
Dimana : = Tegangan awal untuk V-belt
= 12 kg/cm2
50
Universitas Wijaya Putra
F = Gaya keliling yang terjadi = 109,9 kg Z = Jumlah V-belt
= 1 buah = 0,8 cm2
A = Luas penampang
Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2 = 9,8 m/det2 x 100
g = Percepatan grafitasi
Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2 h = Tinggi belt
= 8,0 mm = 0,8 cm
Dmin = Diameter pully terkecil
= 75 mm = 7,5 cm
V1 = Kecepatan pully penggerak
= 1,67 cm/det
Maka : max =
12 +
(
,
,
)
+
,
(
( ,
)
, )
+
(
,
, )
= 12 + 68,69 + 0,036 + 64 = 144,726 kg/cm2 5. Jumlah putaran V-belt U= =
,
,
x 1000 = 0,26 rps
6. Umur belt, H (jam kerja) =(
σ . . )
σ
51
Universitas Wijaya Putra
Dimana : Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan) U
= 0,26 = jumlah putaran V-belt (rps)
X
= 2 (jumlah pulley yang berputar) buah
m
= 8, factor buah V-belt (tetapan)
σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan) σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt = 144,726 kg/cm2 maka :
=(
,
)
,
= 5341,9 x 0,0224 = 119,7 jam kerja Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan
Gambar 4.4 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt
52
Universitas Wijaya Putra
Perhitungan yang diperlukan meliputi : Dari table untuk V-belt tipe A didapat (Ir.Wayan Barata,Element Mesin, hal. 163) e = 12,5 mm c = 3,5 m t = 16 mm s = 10 mm Maka : Dout 1 = dpull 1 +2.c
Dout 2 = dpull 2 +2.c
= 91 + 2 . 3,5
= 75 + 2 . 3,5
= 98 mm
= 82 mm
Din 1 = Dout 1 - 2.e
Din 2 = Doutl 2 - 2.e
= 91 - 2 . 12,5
= 75 - 2 . 12,5
= 66 mm
= 50 mm
7. Lebar pulley, B (mm) Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan sama, maka: Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah Maka :
Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10 = 0 + 20 = 20 mm 53
Universitas Wijaya Putra
8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree) α =180 -
.600
â
Dimana : â
= 183 (jarak antar poros penggerak) mm
dpull 1 = 91 mm dpull 2 = 75 mm Maka : α =180o –
(
)
.600
α =180o –( –5,3)o α = 185,30 9. Torsi yang terjadi pada pulley T=F T = 109,9 kg x T = 5000,45 kg.cm
4.3 Perencanaan poros 1 4.3.1
Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 1
Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :
N = 1/4 HP
n1 = 2800 rpm
∝ = 185,3o
54
Universitas Wijaya Putra
Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt)
F
= 1,73 lb
Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :
Fr = =
F ∝ sin φ 2
1,73 155,8 sin 0,9 2
= 1,92 sin 77,9 = 1,9 lb 4.3.2
Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 1
Fc
B
A
C 3,86
RA
1,38 RB
Gambar 4.5 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros1
1. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi) Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000 psi, N = 2,5 max =
, .
=
, .
,
= 10000 psi 55
Universitas Wijaya Putra
2. Torsi poros, Tp (lb.in) .
Tp = Dimana : Hp
= 1/4 Hp
n
= 2800 rpm
maka : Tp =
. ,
= 56,25 lb.in 3. Tegangan tarik pada pulley F2 n Fd
F1
Gambar 4.6 tegangan Tarik pulley Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1
Maka,
F1 5 F2
Dimana: F1 = batas kekuatan tarik maksimum V-belt F 2 = batas kekuatan tarik minimum V-belt
Dpull2 = 200 mm = 7,87 inch 56
Universitas Wijaya Putra
Maka, 2.T F2 F1 d pull 2 2.T F2 F1 d pull 2
2 x56,25 F2 F1 7,87 = 14,29 lb
untuk F 2 F1 5F2 5 F2 F1 14 ,29 4 F2 14 ,29 F2 3,57 lb
untuk F1 F1 5F2 F1 5 x 3,57 F1 17,85 lb
57
Universitas Wijaya Putra
Maka, Fd F1 . cos F2 . cos
b
d 2 d1 2
b
200 75 2
b
125 62 ,5 mm 2
x ∝
b
∝ a ∝ α α α
x2 a 2 b2
x
a2
x
310 2
x
96100
x
100 006 , 25
b2
62 ,5 2
3906 , 25
x 316,2 mm
cos
a x
cos
310 316 ,2
58
Universitas Wijaya Putra
cos 0,98 arc cos 0,98 11,36 0 Fd F1 . cos 11 ,36 0 F 2 . cos 11 ,36 0
17 ,85 .0 ,98 3,57 .0 ,98
17 ,49 3,5 20 ,99 lb
4. Perhitungan gaya pada poros 1
Fc
B
A
C 3,86
RA
1,38 RB
Gambar 4.7 Free body diagram poros 1
∑ Fv = 0 RA+ RB- Fc = 0 RA + RB = Fc RA+RB = 1,73 ∑ MA = 0 Fc x 5,24 - RB x 3,86 -RB x 3,86 = -1,73 x 5,24 -RB =
,
,
RB = 2,35 lb
(arah perumpamaan benar)
Dari persamaan 1,2 59
Universitas Wijaya Putra
RA + RB = 1,73 = 1,73 – 2,35 RA = - 0,62 lb
(arah perumpamaan terbalik)
Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C Daerah A– B Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1 = - 0,62 x 0 =0 Untuk X1 = 3,86 in → MB = RA x X1 = - 0,62 lb x 3,86 in = - 2,39 lb in Daerah B – C Momen = - Fc x X2 Untuk X2 = 0 → MC = Fc x X2 = 1,73 x 0 =0
B
A
C
MB=- 2,39 lb in
Gambar 4.8 diagram momen
60
Universitas Wijaya Putra
5. Diameter poros, Dp (mm) Diketahui : T = 56,25 lb.in M = - 2,39 lb.in Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000 Psi, N = 2,5 =
=
0,5 syp N , . ,
= 10000 Psi
≥ ≥ ≥ ≥ ≥
( .
16
)
(Tp +
16 (3,14 . 10000) 16 (31400) 16 31400 900,8 31400
≥ √0,0287
)
(56,25 ) + (−2,39 )
3169,8 56,3
≥ 0,306
= 7,77
Diameter poros ≥ 7,77 mm, maka perencanaan poros aman Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yang berdiameter 19 mm
61
Universitas Wijaya Putra
4.4 Perencanaan poros 2 4.4.1
perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 2
Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :
N = 180 w
n1 = 35 rpm
∝ = 185,3o
F
Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt) = 109,9 lb
Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :
Fr = =
F ∝ sin φ 2
109,9 185,3 sin 0,9 2
= 122,1 sin 92,65 = 121 lb 4.4.2
Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 2
FB A 4,9 RA
C
B 4,9
RC
Gambar 4.9 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros 2
62
Universitas Wijaya Putra
6. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi) Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000 psi, N = 2,5 max =
, .
=
, .
,
= 10000 psi
7. Torsi poros, Tp (lb.in) Tp =
.
Dimana : Hp
= 0,18 kW
n
= 35 rpm
maka : Tp =
. ,
= 324 lb.in 8. Tegangan tarik pada pulley
F2
n Fd
F1
Gambar 4.10 tegangan Tarik pulley Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1
63
Universitas Wijaya Putra
Maka,
F1 5 F2 Dimana: F1 = batas kekuatan tarik maksimum V-belt F 2 = batas kekuatan tarik minimum V-belt
Dpull2 = 75 mm = 2,95 inch Maka, 2.T F2 F1 d pull 2 2.T F2 F1 d pull 2
2 x324 F2 F1 2,95 = 219,7 lb
untuk F 2 F1 5F2 5 F2 F1 219 ,7 4 F2 219 ,7 F2 54,9 lb
untuk F1 64
Universitas Wijaya Putra
F1 5F2 F1 5 x 54,9 F1 274,5 lb
Maka, Fd F1 . cos F2 . cos
b
d1 d 2 2
b
91 75 2
b
16 8 mm 2
x ∝
∝ a ∝ α α α
x2 a 2 b2
x
a2
b
b2
x 183 2 8 2 x
33489
x
33553
64
x 183,2 mm 65
Universitas Wijaya Putra
cos
a x
cos
183 183 ,2
cos 0,998 arc cos 0,998 3,6 0 Fd F1 . cos 3,6 0 F 2 . cos 3,6 0
274 ,5.0,998 54 ,9.0,998 273,9 54 ,7 328 ,6lb
9. Perhitungan gaya pada poros Utama FB A
C
B 4,9
RA
4,9 RC
Gambar 4.11 Free body diagram poros 2
∑ Fv = 0 RA+ RC- FB = 0 RA + RC = FB RA+RC = 109,9 ∑ MA = 0 66
Universitas Wijaya Putra
FB x 4,9 - RC x 9,8 -RC x 9,8 = -109,9 x 4,9 =
,
,
RB = 54,95 lb
(arah perumpamaan benar)
Dari persamaan 1,2 RA + RC = 109,9 = 109,9 – 54,95 RA = 54,95 lb
(arah perumpamaan benar)
Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C Daerah A– B Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1 = 54,95 x 0 =0 Untuk X1 = 4,9 in → MB = RA x X1 = 54,95 lb x 4,9 in = 269,25 lb in Daerah B – C Momen = - FB x X2 Untuk X2 = 0 → MC = FB x X2 = 109,9 x 0 =0
67
Universitas Wijaya Putra
B A
MB=269,25 lb in C
Gambar 4.12 diagram momen 10. Diameter poros, Dp (mm) Diketahui : T = 56,25 lb.in M = - 2,39 lb.in Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1050, Syp = 50.000 Psi, N = 2,5
=
=
0,5. syp N , . ,
= 10000 Psi
≥ ≥ ≥ ≥ ≥
( .
16
)
(Tp +
16 (3,14 . 10000) 16 (31400) 16 31400
)
(56,25 ) + (−2,39 )
3169,8 56,3
900,8 31400 68
Universitas Wijaya Putra
≥
0,025
≥ 0,29
= 7,37
Diameter poros ≥ 7,37 mm, maka perencanaan poros aman Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yang berdiameter 17 m 4.5 Perencanaan Bantalan 1 Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2, data yang diketahui : Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :
Diameter luar bantalan (Dp)
= 35mm = 1,378 in
Beban statis dasar (Co)
= 3,070 lb
Beban dinamis dasar (C)
= 4,440 lb
Putaran maksimum (n)
= 1050 rpm
Gaya radial (Fr)
= 1,9 lb
Daya yang hilang ( akibat gesekan ) .
Hp = = =
.
,
, ,
= 0,022 Hp
69
Universitas Wijaya Putra
Umur Bantalan L10 =
.
Dimana : L10 = Umur bantalan C = Basic dynamic load rating = 4,440 lb V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1 P = Beban ekuivalen = V . Fr = 1 . ( 1,9 ) = 1,9 lb Fr = Beban radial n = putaran ( rpm ) = 1050 rpm Maka,
L10 =
,
,
.
jam
= 127,61 x 15,87 = 2025,17 jam
70
Universitas Wijaya Putra
4.6 Perencanaan Bantalan 2 Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2, data yang diketahui : Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :
Diameter luar bantalan (Dp)
= 32mm = 1,26 in
Beban statis dasar (Co)
= 1.910 lb
Beban dinamis dasar (C)
= 2,760 lb
Putaran maksimum (n)
= 35 rpm
Gaya radial (Fr)
= 121 lb
Daya yang hilang ( akibat gesekan ) Hp =
.
. ,
= =
,
= 0,016 Hp
71
Universitas Wijaya Putra
Umur Bantalan L10 =
.
Dimana : L10 = Umur bantalan C = Basic dynamic load rating = 2760 lb V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1 P = Beban ekuivalen = V . Fr = 1 . ( 121 ) = 121 lb Fr = Beban radial
n = putaran ( rpm ) = 35 rpm
Maka,
L10 =
,
.
jam
= 11,868 x 476,19 = 5651,42 jam
72
