SKRIPSI ANALISA ALAT PENGEROL PELAT PADA LABORATORIUM TEKNOLOGI MEKANIK JURUSAN TEKNIK MESIN UHO
Diajukan Sebagai Salah Satu syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S.T) Di Fakultas Teknik Universitas Halu oleo
OLEH: MARDALIL STB. E1C111039 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS HALU OLEO 2016
i
ABSTRAK Mardalil. Analisa Alat Pengerol Pelat Pada Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin UHO. Dibimbing oleh Budiman Sudia dan Raden Rinova Sisworo. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh momen yang bekerja terhadap besar gaya tekan pengerolan yang terjadi pada mesin modifikasi pengerol pelat, untuk mengetahui pengaruh momen putar motor listrik terhadap tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada komponen-komponen modifikasi mesin pengerol pelat, untuk mengetahui apakah pemilihan bahan dan penentuan ukuran atau dimensi pada modifikasi mesin pengerol pelat ini adalah aman untuk digunakan. Metode pada penelitian ini adalah metode kajian kepustakaan (library research metology) yaitu dengan menganalisa data-data primer komponen alat pengerol pelat untuk mendapatkan nilai-nilai tegangan yang terjadi pada koponen-komponen alat modifikasi tersebut. Dari hasil analisa menunjukan bahwa momen putar pada poros pengerol menyebabkan terjadinya gaya tekan dimana momen putar yang bekerja adalah sebesar 84.87 Nm dan gaya tekan yang terjadi adalah 3214.94 N. Momen putar dari motor listrik menyebabkan terjadinya tegangan puntir pada poros 1,2,3 dan 4 sebesar 0.082 kg/mm2, 0.336 kg/mm2, 0.082 kg/mm2, dan 5.65 kg/mm2 dan tegangan lentur pada roda gigi 1,2 dan 3 sebesar 8.147 kg/mm 2, 6.484 kg/mm2, dan 6.484 kg/mm2. Pemilihan bahan dan ukuran pada poros 1,2 dan 3 adalah sudah aman terhadap beban torsi dan baik untuk digunakan, akan tetapi untuk poros 4, jika menggunaka bahan yang sama dengan poros 1,2 dan 3 maka pemilihan diameter perlu diperbesar lagi agar aman terhadap tegangan punter. Pemilihan bahan dan ukuran untuk roda gigi yaitu pinion dan gear sudah aman terhadap lenturan dan baik. Katakunci: alat pengerol, momen putar
ii
ABSTRACT Mardalil. Analysis Tool roller Plates On Mechanical Technology Laboratory Department of Mechanical Engineering UHO. Supervised by Budiman Sudia and Raden Rinova Sisworo. The purpose of this study was to determine the influence of the moments that work against stress in a rolling that occurs in the engine modifications roller plate, to determine the influence of torque electric motor to shear stress and bending stress that occurs in the components of engine modifications roller plate, to determine whether the selection of materials and determination of size or dimensions of the plate roller engine modifications are safe to use. Method in this study is a literature study (library research metology) is to analyze primary date tool components roller plate to get the voltage values that occur in coponentcomponent tools such modifications. From the analysis shows that the torque on the shaft roller cause compressive force where working torque of 84.87 Nm and is a compressive force occurs is 3214.94 N. rotary moment of the electric motor causes a torsional stress on the shaft 1,2,3 and 4 amounting to 0082 kg / mm2, 0336 kg / mm2, 0082 kg / mm2 and 5.65 kg / mm2 and the bending stress on the gears 1,2 and 3 of 8147 kg / mm2, 6484 kg / mm2, and 6484 kg / mm2. The selection of materials and sizes on the axis 1,2 and 3 are already secured against torque loads and good to use, but to the shaft 4, if make use of the same material with the axis 1,2 and 3, the election was again enlarged diameter need to be safe against voltage punter. Selection of material and size of the gear and the pinion gear is already secure against bending and well.
Keywords: roller tool, torque
iii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING Judul
: Analisa Alat Pengerol Pelat Pada Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Uho
Disusun oleh
: Mardalil
Stambuk
: E1C1 11 039
Proram Studi
: S1 Teknik Mesin
Menyetujui: Pembimbing I
Pembimbing II
Budiman Sudia, ST.MT.
Raden Rinova Sisworo, ST.M.Eng.
Nip. 19740728 200604 1 001
Nip. 19761115 200812 1 001 Menyetujui
Ketua Jurusan S1 Teknin mesin
Muhammad Hasbi, ST.,MT. Nip: 19740324 200312 1 001
iv
LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI “Analisa Alat Pengerol Pelat Pada Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin UHO”
Disusun Oleh: MARDALIL E1C1 11 039 Telah Dipertahankan Di Depan Tim Penguji Dan Dinyatakan Lulus Pada Ujian Skripsi Program Studi S-1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo Pada Tanggal, Tim Penguji Penguji I
: Yuspian Gunawan, ST.,MT.
( .................... )
Penguji II
: La Ode Ahmad Barata, ST.,MT.
( .................... )
Penguji III
: Prinob Aksar, ST.,MT.
( .................... )
Mengetahui Dekan Fakultas Teknik
Ketua Jurusan S1 Teknik Mesin
Mustarum Musaruddin, ST.,MIT.,Ph.D. Nip. 19730122 200112 1 002
Muhammad Hasbi, ST.,MT. Nip. 19740324200312 1 001
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa. Karena berkat limpahan Rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Analisa Alat Pengerol pelat Pada Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Uho”. Dalam proses penyusunan dan penyelesaian tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari berbagai tantangan, tetapi secara keseluruhan itu dapat terlewati dengan baik. Hal ini tentu saja berkat petunjuk dari Sang Maha Kuasa, bimbingan dari dosen dan berkat bantuan dari berbagai pihak baik bantuan moril maupun materil. Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Budiman Sudia, ST.,MT selaku pembimbing I dan Bapak Raden Rinova Sisworo, ST., M.Eng selaku pembimbing
II
yang
telah
bersedia
meluangkan
waktu,
tenaga
dan
menyumbangkan pikirannya dalam memberikan bimbingan, arahan, dan saransaran yang sangat berarti sejak awal hingga akhir dlam penyusunan skripsi ini. Kepada tim penguji Bapak Yuspian Gunawan, ST.,MT. Bapak Abdul Kadir, ST.,MT. dan Prinob Aksar, ST., MT. yang telah bersedia mengoreksi kembali tugas akhir yang telah penulis susun. Penulis juga menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada kedua orang tua Saya atas kasih sayang, cinta, doa dan dukungan yang begitu besar dalam membesarkan dan mendindik Saya sehingga mampu menempuh pendidikan hingga saat ini. Penulis juga ingin menyampaikan rasa hormat dan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Muh. Hasbi, ST., MT. selaku Ketua Jurusan S1 Teknik Mesin, Program Studi S1 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu oleo. 2. Bapak Ir. Kadir, MT. Selaku Ketua Jurusan D-III Teknik Mesin, Progaran Studi D-III Teknik mesin, Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo.
vi
3. Bapak/Ibu Dosen Program Studi S1 Teknik Mesin atas ilmu dan bimbingan selama penulis menempuh pendidikan di Fakultas Teknik dan seluruh staf administrasi dilingkup Fakultas Teknik. 4. Teman-teman senior, seleting saya, yaitu: Kamaludin, ST., Budi Irwanto, ST., Edriyanto, La Ode Irfan, LM. Abdul Arafat, dan lain-lainya yang Saya tidak bisa sebutkan satu persatu lagi, dimana selama kebersamaan kami selalu saling memberikan dukungan, bantuan dan masukan demi tercapainya Tugas Akhir ini dan
tujuan Kami kedepannya, beserta junior yang telah memberikan
dukungan yang sangat berarti kepada Saya. 5. Himpunan Mahasiswa Mesin (HMM) S1, Program Studi S1 Teknik Mesin yang merupakan wadah bagi penulis dalam berorganisasi dan mendapatkan banyak ilmu serta pengalaman berharga selama penulis menjadi pengurus. Penulis menyadari, tugas akhir ini masih belum sempurna. Oleh karena itu peulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga Allah SWT meridhoi jalan kita semua. Amin Ya’robil Allamin.
Kendari, 29 juli 2016
MARDALIL E1C1 11 039
vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i ABSTRAK ...................................................................................................... ii ABSTRACK ................................................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ............................................... iv LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI ......................................................... v KATA PENGANTAR.................................................................................... vi DAFTAR ISI .................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR...................................................................................... x DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah........................................................................ 2 1.3 Tujuan Penulisan.......................................................................... 3 1.4 Manfaat Penulisan........................................................................ 3 1.5 Batasan Masalah .......................................................................... 4 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Literatul Terdahulu ...................................................................... 6 2.2 Teori Dasar................................................................................... 11 2.2.1 Pengerolan Pelat.................................................................. 11 2.2.2 Motor Listrik ....................................................................... 11 2.2.3 Reduser (Gear Box)............................................................. 12 2.2.4 Roda Gigi (Gears)............................................................... 14 2.2.5 Perhitungan Roda Gigi ........................................................ 16 2.2.6 Poros.................................................................................... 19 2.2.7 Pelat Dudukan Rol .............................................................. 20 2.2.8 Perhitungan Gaya Tekan Pengerolan .................................. 21
viii
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu & Tempat......................................................................... 26 3.2 Alat & Bahan .............................................................................. 26 A. Alat......................................................................................... 26 B. Bahan...................................................................................... 29 3.3 Bagan Alir Penelitian.................................................................. 30 3.4 Gambar Alat................................................................................ 31 3.5 Photo alat .................................................................................... 34 BAB IV PERHITUNGAN & PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Gaya Tekan Pengerolan........................................... 35 4.2 Perhitungan Kekuatan Motor Listrik ........................................... 37 4.3 Perhitungan kekuatan Poros Transmisi........................................ 39 4.4 Perhitungan Kekuatan Roda Gigi ................................................ 43 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan .................................................................................. 53 5.2 Saran ............................................................................................ 54 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Rangka mesin pengerol pelat ......................................................... 7 Gambar 2. Dudukan rol pelat ........................................................................... 8 Gambar 3. Mesin pengerol pelat bergelombang .............................................. 9 Gambar 4. Motor listrik dan komponennya ..................................................... 12 Gambar 5. Profil Gigi dan Bagian-bagiannya.................................................. 14 Gambar 6. Pelat dudukan rol............................................................................ 21 Gambar 7. Tipe susunan pengerolan pelat ...................................................... 23 Gambar 8. Mistar Baja .................................................................................... 27 Gambar 9. Roll meter....................................................................................... 27 Gambar 10. Jangka sorong............................................................................... 28 Gambar 11. Mesin pengerol pelat .................................................................... 34
x
DAFTAR TABEL
Table factor bentuk gigi dan factor dinamis .................................................... 56 Table tegangan lentur yang diizinkan pada bahan roda gigi............................ 57 Table factor tegangan kontak pada bahan roda gigi......................................... 58 Tabel hasil pengambilan data........................................................................... 59
xi
DAFTAR SIMBOL P P Pd
Nd n h hk hf d dk F Ft fc fv T t L M M ds b R z I v Y
: tekanan (N) : daya (kW) : daya desain (kW) : tegangan geser yang diizinkan bahan (kg/mm2) : tegangan tarik maksimum (kg/mm2) : tegangan lentur maksimum (kg/mm2) : daya dorong (kW) : putaran (RPM) : ketebalan (m) : tinggi kepala roda gigi (mm) : tinggi kaki roda gigi (mm) : diameter (mm) : diameter kepala (mm) : gaya (N) : gaya tangensial (N) : factor koreksi : factor dinamis : torsi (kg.mm) : tebal gigi (mm) : panjang (m) : modul gigi (mm) : momen putar (Nm) : diameter poros (mm) : lebar (m) : jari-jari (m) : jumlah gigi : momen inersia (m4) : koefisien gesek : kecepatan(m/s) : factor bentuk lewis
xii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Dalam berbagai bidang kehidupan, manusia senantiasa berusaha untuk mempermudah kehidupan dan pekerjaannya untuk mendapatkan target yang diinginkan dengan mengeluarkan usaha yang seminimal mungkin.Demikian halnya pula dalam dunia keteknikan, manusia selalu terdorong untuk membuat alat atau mesin yang dapat menunjang perkerjaannya tersebut dengan mengeluarkan waktu dan tenaga yang seminimal mungkin untuk mencapai target produksi. Sejalan dengan hal tersebut, khususnya dalam usaha proses produksi, telah dikenal pula alat atau mesin pengerol pelat yang telah banyak digunakan dalam dunia industri dan perbengkelan untuk membuat profil lengkung dan atau profil lingkaran sesuai dengan aplikasi produk yang diinginkan. Dalam hal ini, pada Laboratorium Teknologi Mekanik telah terdapat mesin pengerol pelat dengan sistim manual dimana cara pengoperasiannya masih mengandalkan sumber tenaga manusia dalam memutar batang rol penekan untuk member efek lengkung pada pelat yang akan dirubah dibentuknya. Untuk memperbaiki kinerja mesin pengerol pelat ini, Koten & Fuji (2015), telah memodifikasi sistem kerja manual alat ini menjadi sistem elektrik yang mana sumber tenaga penggerak rol penekan telah dapat digerakkan secara elektrik oleh motor listrik yang kemudian direduksi dan 1
ditransmisikan putarannya dengan menambah alat-alat penunjang seperti reducer, bantalan, dan transmisi rantai sehingga waktu wang dibutuhkan untuk mengerol pelat sesuai bentuk yang diinginkan dapat dipercepat empat hingga lima kali dibandingkan sebelum alat ini dimodifikasi. Untuk itu, penulis ingin menganalisa tentang mekanika kekuatan material dari alat atau mesin yang telah dimodifikasi ini untuk memastikan bahwa mesin ini memiliki batas kekuatan yang dapat diterima dan aman untuk digunakan dalam proses pengerolan pelat pada unit Laboratorium Teknologi Mekanik di Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo (UHO). Sehingga dalam hal ini, penulis memilih judul:” Analisa Alat Pengerol Pelat
pada Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin
UHO”.
1.2
Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimanakah pengaruh momen pengerolan terhadap gaya tekan yang terjadi pada mesin modifikasi pengerol pelat ? 2. Bagaimanakah pengaruh momen putar motor listrik terhadap tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada komponen-komponen mesin modifikasi pengerol pelat ? 3. Apakah pemilihan bahan dan ukuran pada komponen mesin modifikasi pengerol pelat tersebut aman untuk digunakan ?
2
1.3
Tujuan Peulisan Adapun tujuan penulisan yang ingin dicapai pada tugas akhir ini adalah sebaga berikut: 1. Untuk mengetahui pengaruh momen pengerolan yang bekerja terhadap besar gaya tekan pengerolan yang terjadi pada mesin modifikasi pengerol pelat. 2. Untuk mengetahui pengaruh momen putar motor listrik terhadap tegangan geser dan tegangan lentur yang terjadi pada komponenkomponen modifikasi mesin pengerol pelat. 3. Untuk mengeahui apakah pemilihan bahan dan penentuan ukuran atau dimensi pada modifikasi mesin pengerol pelat ini adalah aman untuk digunakan.
1.4
Manfaat Penulisan Manfaat yang dapat diperoleh melalui tulisan tugas akhir ini adalah: 1. Untuk memberikan
pemahaman yang lebih mendalam bagi para
mahasiswa dan praktisi teknik mesin lainnya mengenai analisa mekanika kekuatan material pada komponen-komponen modifikasi mesin pengerol pelat ini. 2. Untuk menambah wawasan
para mahasiswa tentang aplikasi desain
mesin dan mekanika kekuatan material pada komponen-komponen mesin yang sesungguhnya.
3
1.5
Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada penulisan ini adalah sebagai berikut: 1. Analisa ini difokuskan pada hal-hal seperti: pemilihan kapasitas motor listrik yang sesuai, perhitungan perubahan putaran dan torsi, serta analisa tegangan-tegangan pada komponen poros, dan roda gigi. 2. Sifat-sifat mekanik dari bahan pada satu komponen tertentu yang digunakan diasumsikan seragam atau sama pada setiap bagiannya. 3. Diasumsikan tidak terjadi cacat pabrik atau cacat bawaan (defects) pada komponen-komponen mesin yang digunakan.
1.6
Sistematika Penulisan Pada penulisan tugas akhir ini, sistematika yang digunakan adalah sebagai berikut: BAB I. PENDAHULUAN Pada bab pendahuluan ini, berisi tentang latar belakang lahirnya analisa ini, rumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah atau asumsi-asumsi pada analisa perencanaan ini, dan sistematika penulisan tugas akhir ini. BAB II. TINJUAN PUSTAKA Pada bab ini, tinjauan pustaka berisi tentang literatur-literatur terdahulu mengenai mesin pengerol pelat, teori dasar tentang sistem kerja mesin pengerol pelat, dan komponen-komponen utama modifikasi mesin pengerol pelat serta tegangan-tegangan yang terjadi pada komponen tersebut.
4
BAB III. METODE PENULISAN Bab Metode Penulisan ini berisi tentang waktu & tempat pelaksanaan tugas akhir ini, alat & bahan yang digunakan, bagan alir langkah-langkah perencanaan, gambar alat atau mesin modifikasi pengerol pelat. BAB IV. ANALISA & PEMBAHASAN Pada bab ini, berisi tentang analisa bagian per bagian dari komponen mesin modifikasi pengerol pelat ini yang meliputi tegangan lentur, tegangan geser, dan tegangan puntir yang terjadi pada ukuran dimensi bahan yang dipilih, dan analisa daya motor yang dibutuhkan untuk mengerol pelat tersebut. BAB V. KESIMPULAN & SARAN Bab terakhir ini berisi tentang kesimpulan yang didapatkan dari analisa pada bagian-bagian mesin pengerol pelat ini, dan saran-saran mengenai analisa perhitungan ini. DAFTAR PUSTAKA Berisi tentang seluruh daftar literatur yang digunakan pada penulisan tugas akhir ini. LAMPIRAN Berisi tentang lampiran data-data yang dibutuhkan dalam analisa pada bagian-bagian mesin pengerol pelat ini yang berupa modulus penampang, sifat mekanis bahan, gambar alat, spesifikasi alat pengerol, dan lain-lain.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Literatur Terdahulu Dalam dunia keteknikan, mesin pengerol pelat telah banyak dibahas dalam berbagai jurnal teknik mesin dan juga oleh beberapa pabrikan yang memproduksi mesin pengerol pelat ini. Sebagaimana yang telah dilakukan oleh Wibowo (2011), yang mendesain pembuatan rangka pada mesin rol pelat penggerak elektrik. Tujuan dari pembuatan
rangka mesin rol ini
adalah untuk membuat sebuah rangka yang kuat yang mampu menahan beban dari komponen-komponen mesin dan mampu menahan gaya-gaya yang ditimbulkan pada saat mesin beroperasi sehingga dapat mendukung proses kerja dari mesin rol tersebut. Memiliki empat komponen dasar utama, yaitu: 1) rangka atas yang memiliki fungsi sebagai penopang roll, 2) Rangka bawah yang meiliki fungsi sebagai penopang motor penggerak, 3) Kaki-kaki rangka yang emiliki fungsi sebagai penopang dari seluruh komponen mesin, 4) Dudukan reducer yang memiliki fungsi sebagai tempat pemasangan reducer. Konstruksi rangka yang akan dibuat tersebut dapat dilihat dari gambar berikut ini.
6
Gambar 1. Rangka Mesin Pengerol Pelat 1. Rangka atas 2. Rangka bawah
3. Kaki rangka 4. Dudukan reduser
Hasil pada proyek akhir tersebut, bahwa mesin pengerol pelat telah diuji kemampuannya dan mampu menahan getaran dan rangka tidak bergeser pada saat mesin beroperasi, dan rangka mampu menahan gayagaya yang diberikan oleh komponen-komponen mesin lainnya. Seiring dengan hal tersebut diatas, Risantoro (2012), melakukan penelitian tentang proses pembuatan dudukan rol pada mesin rol pelat penggerak elektrik. Dalam proyek akhir ini, tujuan yang ingin dicapai adalah membuat dudukan pada mesin rol penggerak elektrik yang mampu mengerol pelat aluminium hingga ketebalan 1 mm. Dudukan rol ini sebenarnya merupakan komponen dari mesin rol penggerak elektrik yang berfungsi sebagai tempat poros rol pembentuk dan poros rol landasan. Dudukan rol ini memiliki ukuran yang berbentuk trapezium dengan ukuran sisi yang sejajar (310 x 230) mm2 dan tinggi 305 mm serta lebar 45 mm. Dalam hal ini bahan yang digunakan adalah baja
7
karbon dengan tebal 5 mm. Bentuk dari dudukan rol ini dapat dilihat pada gambar berikut.
Dudukan rol ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian kanan dan kiri pelat dudukan rol yang memiliki bentuk dan ukuran yang identik. Hasil yang diperoleh pada penelitian tersebut adalah pembuatan dudukan rol yang memiliki ukuran tinggi 305 mm dan lebar 45 mm dan pada saat dilakukan uji kerja dengan putaran motor listrik 1500 rpm, dudukan rol ini awalnya mengalami goyangan yang disebabkan sambungan las pada dudukan rol bagian bawah kurang kuat dan setelah sambungan las tersebut diperkuat, maka dudukan rol dapat berfungsi dengan baik. Selain itu, Rohim & Yunus (2015) membuat rancang bangun mesin pengerol plat bergelombang yang bertujuan untuk membantu industry UKM yang menggunakan plat bergelombang sebagai bahan utama untuk membuat cetakan roti dan juga sebagai pisau untuk pengiris acar yang juga menggunakan plat bergelombang. Pada desain mesin ini, dibuat mesin
8
pengerol dengan panjang 850 mm dan lebar 600 mm serta tinggi 104 mm. Motor listrik yang digunakan adalah kapasitas 1 PK dengan roda gigi pengerol berdiameter 75 mm dengan jumlah gigi 23 buah. Kapasitas plat yang dapat di rol dengan alat ini adalah dengan ketebalan 0.5 mm dan lebar plat 300 mm serta panjang plat yang dapat dibuat sesuai dengan kebutuhan. Untuk menurunkan kecepatan putaran motor listrik, digunakan speed reducer atau gear box dengan perbandingan reduksi 50:1 yang menghasilkan putaran akhir pada roda gigi pengerol 21 RPM dimana ketebalan plat rangka rol dipilih 9 mm. Komponen-komponen yang ada pada perencanaan mesin pengerol ini adalah : 1) rangka rol mesin, 2) sprocket penggerak rol bawah, 3) rangka meja mesin, 4) motor listrik, 5) rantai, 6) sprocket utama, 7) pengatur rol, 8) poros penghubung, 9) rol penekuk, 10) tombol ON/OFF, 11) speed reducer. Adapun gambar hasil dari perencanaan mesin pengerol plat bergelombang ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.
(Sumber: Rohim & Yunus : 2015) Gambar 3. Mesin Pengerol Plat Berglombang 9
Selain itu, Harsono & Yunus (2015) meneliti tentang kinerja mesin pengerol plat bergelombang yang dibuat untuk penunjang efisiensi kerja usaha kecil dan menengah dengan ukuran dimensi panjang 550 mm, lebar 400 mm, dan tinggi 1200 mm. Menggunakan motor listrik dengan putaran 1400 RPM dan gear box dengan rasio reduksi 50:1. Pada penelitian ini dilakukan variasi terhadap diameter pengerol plat untuk mengamati kinerja mesin ini. Pengujian pertama pada mesin ini, menggunakan ukuran sprocket berdiameter 650 mm pada as pengerol dan sprocket diameter 600 mm pada as gear box, menghasilkan putaran pada pengerol 25 RPM, dimana untuk mengerol 5 lembar plat ukuran 480 mm x 300 mm x 0.5 mm dibutuhkan waktu 10 detik. Bentuk gelombang yang dihasilkan masih kurang baik dan kurang lurus serta tinggi gelombang belum seragam. Pada pengujian kedua dengan menggunakan sprocket berdiameter 780 mm pada as pengerol dan sprocket berdiameter 600 mm, pada as speed reducer menghasilkan putaran pengerol 21 RPM. Untuk membuat gelombang pada plat yang berukuran sama, 5 lembar plat dapat dibuat dalam 12 detik dan bentuk gelombang yang dihasilkan adalah sangat baik. Selanjutnya pada pengujian ketiga, menggunakan sprocket berdiameter 980 mm pada as pengerol dan sprocket berdiameter 600 mm pada as speed reducer menghasilkan putaran 17 RPM pada pengerol plat. Untuk mengerol plat sebanyak 5 lembar dengan ukuran yang sama dengan pengujian pertama, dibutuhkan waktu 15 detik dengan kualitas gelombang yang sama baiknya dengan pengujian kedua, namun memiliki waktu pengerolan yang lebih lama.
10
2.2 Teori Dasar 2.2.1 Pengerolan Pelat Pengerolan dapat dipahami sebagai proses pembentukan dengan cara menjepit pelat diantara dua rol dimana dalam hal ini terdapat rol penekan dan rol utama yang saling berputar berlawanan arah sehingga dapat menjepit dan menggerakkan pelat. Dalam hal gerakan, pelat bergerak linear melewati rol pembentuk dimana rol pembentuk ini berada dibawah garis gerakan pelat sehingga pelat tertekan dan mengalami pembengkokkan. Pada saat pelat yang dimasukkan melewati rol pembentuk dengan kondisi pembengkokan yang sama, maka radius yang terbentuk akan sama sehingga menghasilkan jari-jari lingkaran pengerolan yang sama dan merata. Untuk pengerjaan pengerolan itu sendiri dapat dilakukan secara manual yaitu dengan memutar poros spindle dengan tangan operator dan secara elektrik dimana usaha untuk memutar rol penekan dilakukan secara elektrik oleh daya dari motor listrik. 2.2.2 Motor Listrik Motor listrik dalam analisa perencanaan ini berfungsi sebagai sumber tenaga penggerak
yang akan menyuplai putaran dan daya
sesuai dengan besar power yang dibutuhkan untuk usaha penekanan dan pengerolan pelat. Motor listrik ini sejatinya dapat di sediakan dari jenis motor listrik AC maupun DC sesuai dengan kebutuhan daya dan ketersediaan sumber listriknya. Dalam kaitannya dengan mesin modifikasi pengerol pelat ini, motor listrik yang digunakan adalah dari jenis Motor Listrik AC yang memiliki sumber arus listrik bolak-balik. Secara sekilas bentuk dari motor listrik dapat dilihat pada gambar X berikut ini:
11
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. Motor Listrik dan Komponennya Dalam merencanakan atau memilih kapasitas motor listrik perlu dilakukan perhitungan daya yang dibutuhkan untuk melakukan usaha pengerolan pelat tersebut. Secara umum daya motor yang dipilih berdasarkan persamaan sebagai berikut (Sularso, 1991) : =
(
).......................................................... ……….( Pers. 1)
Dimana: Pd = daya desain yang dibutuhkan (HP atau kW) Fc = Faktor koreksi beban (lihat tabel) P = Daya nominal perhitungan (HP atau kW) 2.2.3 Reducer (Gear Box) Reducer dalam analisa perhitungan ini merupakan komponen penurun kecepatan putaran poros yang mana putaran tinggi yang keluar dari poros motor listrik diturunkan hingga nilai tertentu pada putaran poros dua roda gigi yang berpasangan. Selanjutnya putaran dari roda gigi ini diteruskan ke rol penekan pelat secara merata.
12
Reducer memiliki beberapa perbandingan transmisi seperti 5:1, 10:1, 15:1, dan lain-lain sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh pabrik gear box.Prinsip utama reducer ini adalah menurunkan putaran poros dan menaikkan nilai torsi (momen puntir) pada poros tertentu keluarannya. Reducer ini didasarkan pada prinsip dasar perbandingan putaran dan kecepatan angular sudut putar. Secara umum persamaan-persamaan yang bekerja untuk keperluan ini adalah: =
………………………………………. (Pers.2)
=
Dimana:
= kecepatan sudut piniom = kecepatan sudut gear
= jari-jari pinion = jari-jari gear
Sementara itu, kecepatan sudut pinion dan roda gigi (gear), dapat pula dituliskan: =
......................................................................... (Pers.3)
Dimana n adalah putaran pinion ataupun gear dalam rpm. Selanjutnya hubungan antara rasio kecepatan ( r ) dan putaran roda gigi (n), jumlah gigi (N), diameter pitch (d), serta kecepatan sudut ( ) dapat dituliskan: =
=
=
=
..............................................(Pers.4)
13
2.2.4 Roda Gigi (Gears) Roda gigi dalam hal ini digunakan untuk mentransmisikan torsi atau putaran yang diinginkan dari satu poros ke poros yang lainnya. Roda gigi memiliki keunggulan dalam pemakaiannya yaitu tahan lama dan efisiensi yang sangat tinggi yaitu berkisar hingga 98% dibandingkan dengan transmisi daya lainnya seperti transmisi sabuk dan rantai. Roda gigi memiliki berbagai macam jenis atau bentuk, yaitu: roda gigi lurus, roda gigi heliks, roda gigi kerucut, dan roda gigi cacing. Secara umum, bentuk dari profil gigi dan bagian-bagiannya dapat dilihat dari gambar berikut ini.
Sumber : Khurmi & Gupta (1982: 987)
Gambar 5. Profil Gigi dan Bagian-Bagiannya
14
Adapun istilah-istilah yang umum dipahami mengenai profil gigi ini adalah sebagai berikut: Modul Merupakan parameter yang menentukan jumlah gigi bagi lingkaran referensi tertentemiliki arti yang sangat penting, yaitu hanya roda gigi yang mempunyai modul yang sama yang dapat berpasangan. Dedendum Adalah jarak radial antara lingkaran kaki dengan lingkaran referensi. Adendum Adalah jarak radial antara lingkaran puncak dengan lingkaran referensi. Tinggi Gigi Adalah jarak antara lingkaran puncak dengan lingkaran kaki. Lingkaran Dasar Adalah lingkaran semu yang menjadi dasar dari pembentukan profil involut. Lingkaran Pitch Adalah merupakan tempat kedudukan masing-masing roda gigi yang saling bersinggungan sehingga memiliki kecepatan tangensial yang sama. Untuk roda gigi yang sedang berpasangan juga dikenal sebagai lingkaran referensi.
15
Pitch Adalah panjang busur pada lingkaran referensi diantara dua involut yang berurutan. Tebal Gigi Adalah panjang busur pada lingkaran referensi diantara dua buah sisi pada satu gigi. Lebar Gigi Adalah jarak antara kedua tepi roda gigi yang diukur pada permukaan referensi. Rasio Gigi Adalah perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi dengan pinionnya. 2.2.5 Perhitungan Roda Gigi Untuk memperoleh bagian-bagian roda gigi yang baik dalam pemakaiannya, maka bagian profil roda gigi perlu di rencanakan secara baik dan aman dimana persamaan-persamaan yang dapat digunakan bisa dilihat sebagai berikut (Sularso, 1991) : A. Diameter Lingkaran Jarak Bagi (do) : =
.
………………………………………………… (Pers.5)
B. Diameter Lingkaran Kepala (dk): = ( + 2) ……………………………………….... (Pers. 6) Dimana : z = jumlah gigi dan M = modul gigi
16
C. Adendum atau Tinggi Kepala (hk) : ~ 1 ……………………………………… (Pers. 7)
ℎ = 0.8
D. Dedendum atau Tinggi Kaki (hf) : ~ 1.25 ………………………………………(Pers. 8)
ℎ =1
E. Tinggi Gigi (H) :
H = 2M + Ck …………………………………………….(Pers.9) Atau H = 2M + 0.25M F. Lebar Gigi (t) : (mm)
= 10
= 10 ~16
…………………………………………(Pers. 10)
G. Jarak Gigi (t) : =
……………………………………………...(Pers. 11)
.
H. Kecepatan keliling Roda gigi, v . .
=
.(
)
(m/s) ……………………………………(Pers. 12)
I. Gaya tangensaial, Ft (Newton) =
.
……………………………………………….(Pers. 13)
Dimana : Pd = daya desain J. Tegangan Kontak (Ft/b) : Tegangan permukaan yang terjadi dinyatakan dengan Ft/b (kg/mm) Dimana: Ft = Gaya tangensial roda gigi (kg) = lebar profil gigi (mm)
17
Tegangan
Permukaan
′ (kg/mm) ′ =
Dimana :
.
.
yang
diizinkan
dinyatakan
dengan
..............................……………..(Pers. 14)
.
fv = factor dinamis =
(untuk kecepatan rendah) .................……………. (Pers. 15)
d0 = diameter lingkaran jarak bagi roda gigi kH = factor tegangan kontak, sesuai bahan & nilai kekerasan Brinnel (HB) = 0.130 ( untuk pinion baja (350) & roda gigi (250) ) Lalu dicek harga Ft/b, jika Ft/b ≤ F’ H maka ukuran roda gigi tersebut aman terhadap tegangan permukaan. K. Tegangan Lentur ( =
.
Dimana:
. .
):
………………………………………………(Pers. 16)
Tegangan Lentur yang diizinkan dinyatakan dengan
dan untuk
bahan roda gigi dari Baja karbon S35C, diperoleh : = 52
Untuk bahan roda gigi 2 dari Baja Karbon S 25 C , diperoleh : = 30
Lalu harga tegangan lentur tersebut dibandingkan, jika
≤
maka ukuran dan bahan roda gigi aman terhadap tegangan lentur yang terjadi.
18
2.2.6 Poros Poros pada alat atau mesin pengerol pelat ini adalah sangat penting dimana poros berfungsi untuk meneruskan putaran momen dari motor listrik dan menghubungkannya dengan reducer untuk penurunan putaran. Pada poros itu sendiri, tujuan utamanya adalah mentransmisikan daya dari satu bagian ke bagian yang lain dimana daya yang ditansmisikan ke berbagai elemen yang berhubungan dengan poros yaitu seperti puli (pulley), pasak (spie), roal gigi (gears), dan lain-lain. Pembebanan pada poros ini dapat dianggap merupakan pembebanan akibat momen torsi atau momen putar saja yaitu yang berasal dari motor listrik. Untuk itu, dalam menghitung besar kekuatan poros transmisi yang aman dibutuhkan agar dapat menahan beban akibat proses pelengkungan pelat, maka data inputnya diperoleh dari nilai daya desain yang dibutuhkan untuk melengkungkan pelat aluminium dengan menerapkan persamaan (Sularso,1991): Jika daya diberikan dalam daya kuda (PS), maka harus ikalikan dengan 0.735untuk mendapatkan daya dalam kW. Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah T (Sularso, 1991:7), maka: =
(
)
..........................................……………..(Pers. 17)
Dimana: T = torsi (kg.mm) Pd= daya desain
19
Sehingga, = 9,74 × 10
(
.
) ..................……………..(Pers. 18)
Bila momen rencana T (kg.mm) dibrbankan pada suatu diameter poros ds(mm), maka tegangan geser τ (kg/mm2) yang terjadi adalah: =
(
)
=
, .
.......................................……………..(Pers. 19)
Dimana : ds = diameter desain poros Sehingga, =
.
/
..........................................……………..(Pers. 20)
Lalu diameter desain poros (ds) tersebut dibandingkan dengan diameter poros (d) yang telah digunakan, jika ds ≤ d maka poros aman untuk digunakan pada alat pengerol pelat. 2.2.7 Plat Dudukan Rol Plat dudukan rol merupakan bagian komponen utama dari mesin pengerol plat karena padanya terletak beberapa komponen utama yang lain seperti: bantalan pengerol plat dan pengerol plat itu sendiri, pasangan roda gigi lurus yang ada pada pengerol plat, dan bantalan roda gigi lurus yang berhubungan dengan poros penggerak dari speed reducer. Secara umum, plat dudukan rol ini haruslah cukup kokoh dan kaku untuk menahan gaya-gaya yang bekerja ketika pelat sedang mengalami pengerolan dan tidak mengalami robekan pada lubang bagian dalam dimana bantalan-bantalan tersebut diletakkan sebagai
20
efek dari proses penekanan plat. Bentuk umum dari plat dudukan rol dapat bermacam-macam sesuai dengan bentuk konstruksi yang diinginkan oleh desainer dan salah satu diantaranya dapat dilihat seperti pada gambar berikut ini.
(a)
(b)
(Sumber: Rohim & Yunus:2015) Gambar 6. Plat Dudukan Rol 2.2.8 Perhitungan Gaya Tekan Pengerolan Perhitungan gaya tekan pengerolan diperoleh dengan menerapkan persamaan tegangan lentur pada profil dan bahan pelat yang digunakan sebagaimana yang terlihat pada gambar x berikut: Tegangan lentur diperoleh dengan menggunakan persamaan (Popov, 1984: 138) : =
/
…………………………………………………… (Pers. 21)
21
Dimana: M = momen lentur I/c = modulus penampang (Z) Adapun momen lentur yang terjadi (M) dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:
Dimana:
=
.
........................................................ ……... (Pers. 22)
P = gaya penekanan pada rool (N) L = panjang bentangan pelat (m) Sedangkan modulus penampang (Z) untuk profil pelat yang digunakan dapat dieroleh dari persamaan:
Dimana:
......................................................... ………(Pers. 21)
=
I = momen inersia penampang (m4) c = jarak permukaan penampang bawah ke sumbu normal penampang (m) =
Dimana : ℎ = tebal pelat
Sehingga dengan digabungkan persamaan-persamaan yang ada maka diperoleh tegangan lentur yang terjadi sebesar:
=
. .
.................................................. …….. (Pers. 22)
22
Adapun besarnya gaya penekanan pada pelat dapat diperoleh sebagai berikut:
=
................................................ ……... (Pers. 23)
.
Dimana, untuk pelat yang mengalami deformasi plastis, maka tegangan lentur yang terjadi adalah hingga mencapai batas tegangan luluh bahan tersebut (
). Sehingga pada kondisi ini berlaku:
=
.
Untuk mendapatkan besar gaya untuk mendorong pelat pada mesin pengerol pelat maka dapat dilihat pada gambar 7 sebagai berikut:
Gambar 7. Tipe susunan pengerolan pelat Keterangan gambar : 1. Pipa penekan pengerolan pelat/rol pembentuk 2. Pipa pengerol pelat 3. Pelat aluminium 4. Panjang bentangan pelat Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa ketika terjadi gaya penekanan (P) pada pelat, maka kedua roll pada mesin mengalami
23
pembebanan sehingga menjepit pelat. Sehingga untuk menjalankan / mengeluarkan pelat dari roll tersebut maka diperlukan gaya dorong (F) pada pelat yang mampu melawan gaya gesekan ( Fg). Besarnya gaya gesekan ini yaitu:
= .
Dimana:
.................................................... ……… (Pers.24)
= koefisien gesek antara roll dengan pelat P = gaya tekan pada pelat (N) Adapun besarnya gaya dorong yang dibutuhkan untuk mengeluarkan pelat dari roll diperoleh dari persamaan: atau dapat ditulis pula
>
> .
Besarnya momen putar pada pelat pengerol yang terjadi aga dapat mengerol pelat adalah : =
…………………………………………(Pers. 25)
.
Dimana : D = diameter lingkaran pipa pengerol (mm) Sehingga besarnya daya dorong pelat yang minimal dibutuhkan (
) adalah sebesar:
Dimana:
= .
....................................................... ……… (Pers.26)
Nd = daya dorong (watt) V = kecepatan putar pelat roll (m/s) sehingga agar dapat diperoleh besar gaya penekanan pelat yang dan daya dorong pelat yang dibutuhkan maka diperlukan motor listrik
24
(penggerak) yang memiliki daya lebih besar dari daya dorong pelat (Nd).
25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Waktu & Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanankan pada bulan januari 2016 hingga selesai dan akan bertempat di Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo di Kendari. Selain itu, tempat pengolahan data-data penelitian dapat dilakukan pula di Perpustakaan Fakultas Teknik UHO dan ruangan kerja lain yang bersifat fleksibel.
3.2. Alat & Bahan A. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mistar Baja Merupakan alat ukur panjang yang terbuat dari baja tahan karat yang memiliki dua permukaan sisi yang lurus. Pada satu sisinya terdapat satuan ukuran sistim S.I yaitu centi meter dan mili meter dan sisi yang lain memiliki ukuran sistim metric yaitu inchi. Selain itu, kedua sisi mistar ini dapat pula digunakan sebagai alat bantu penggoresan garis atau ukuran.
26
Gambar 8. Mistar Baja 2. Roll Meter Alat ini berguna pula sebagai alat untuk mengukur dimensi batang atau profil baja dan alat ini dapat menjangkau dimensi-dimensi yang lebih panjang cakupannya dan dapat dikatakan lebih panjang daerah kerjanya dibandingkan mistar baja. Roll meter ini memiliki tingkat ketelitian setengah milimeter sehingga tidak dapat digunakan untuk ukuran kecil yang sangat presisi sifatnya. Yang umum digunakan pada perbengkelan, panjang roll meter ini bervariasi antara 2 meter hingga 3 meter.
Gambar 9. Roll Meter
27
3. Kamera Mobile Phone Kamera ini berguna untuk merekam proses kerja alat atau mesin modifikasi pengerol pelat untuk dianalisa pada tahap berikutnya. Kamera ini juga digunakan sebagai alat penunjang dokumentasi untuk proses-proses yang dilalui pada penelitian ini. 4. Jangka sorong Jangka sorong adalah instrumen presisi yang dapat digunakan untuk mengukur dimensi benda bagian dalam dan luar, ditinjau dari cara pembacaannya dapat di bagi dua, yaitu pengukuran manual dan pengukuran digital. Pengukuran ini menggunakan pengukuran manual dan dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 10. Jangka sorong
Nama Bagian Dan Fungsi Jangka Sorong 1. Internal jaws (rahang dalam) adalah : bagian yang berfungsi untuk mengukur dimensi bagian dalam. 2. External Jaws (rahang luar) adalah : bagian yang berfungsi untuk mengukur dimensi luar.
28
3. Locking Screw (baut pengunci) : bagian yang berfungsi untuk pengunci rahang. 4. Imperial Scale adalah : Skala dalam satuan inci. 5. Metric Scale adalah : Skala dalam satuan milimeter. 6. Depth Measuring Blade adalah : Batang pengukur kedalaman. B. Bahan Bahan pada penelitian ini adalah alat atau mesin modifikasi pengerol pelat yang terdapat pada Laboratorium Teknologi Mekanik UHO.
29
3.3
Bagan Alir Penelitian Bagan alir penelitian dapat dilihat sebagai berikut: MULAI
STUDI/KAJIAN LITERATUL
MEMPERSIAPKAN ALAT & BAHAN
OBSERVASI & PENGUKURAN DIMENSI KOMPONEN ALAT
MENGANALISA DAYA MOTOR, PERUBAHAN PUTARAN & TORSI POROS, TEGANGAN PUNTIR POROS, TEGANGAN LENTUR & TEGANGAN PERMUKAAN RODA GIGI
KESIMPULAN
SELESAI
30
3.4
Gambar Alat Berikut adalah gambar alat atau mesin modifikasi pegerol pelat yang akan dianalisa kekuatan dan keamananya :
Tampak Depan
31
32
33
3.5
Photo Alat Berikut adalah photo alat atau mesin modifikasi pengerol pelat yang akan di analisa kekuatan dan keamanannya.
Gambar 11. Alat pengerol pelat
34
BAB IV. PERHITUNGAN & PEMBAHASAN
Perhitungan-perhitungan yang dibutuhkan dalam menganalisa kekuatan mesin pelengkung pelat ini meliputi: perhitungan gaya tekan pengerolan, perhitungan kekuatan motor listrik, perhitungan kekuatan poros transmisi, perhitungan kekuatan roda gigi, perhitungan sambungan universal. 4.1 Perhitungan Gaya Tekan Pengerolan Besarnya gaya penekanan pada pelat dapat diperoleh dari persamaan berikut :
=
Dimana:
.
= Tegangan luluh bahan aluminium
=
= 241 Mpa (asumsi bahan aluminium campuran Al 6061) = 241 x 106 x N/m2
I=
=
( )
= 6.67 x 10-10 m4 L = 0.2 meter ℎ = 2 mm = 2 x 10-3 meter
35
Sehingga diperoleh : ( )
=
( . )(
.
= 3214.94 Newton
)
Gaya dorong (F) yang dibutuhkan untuk mengeluarkan pelat dari roll diperoleh :
Dimana:
≥ .
P = 3214.94 N = 0.6 ( dipilih menurut Javadi & Tajdari (2006)) Besar gaya dorong diperoleh: ≥ (0.6)(3214.94) ≥ 1928.96 N
Jadi gaya dorong minimal yang dibutuhkan adalah : = 1928.96 Newton.
Besarnya momen putar yang bekerja untuk melakukan pengerolan pelat adalah : =
.
, dimana D = 8.8cm = 8.8x 10-2 m
= 1928.96 . (8.8 x 10-2 ) /2 = 84.87 Nm
sBesarnya daya dorong pelat yang minimal yang dibutuhkan (
)
adalah:
= .
Dimana:
36
F = 1928.96 N =
( ) (m/s)
Kecepatan putar pelat roll diperoleh dari : Putaran Poros III,
= 46.67
Kecepatan putar pelat roll,
=
(46.67 RPM)
= 23.33 RPM =
(
=
(
) )( .
, dimana: R = 60 mm = 0.06 m )(
.
)
= 0.146 m/s Sehingga diperoleh daya untuk mendorong pelat (Nd) : = 1928.96 x (0.146)
= 281.62 Watts = 0.281 kW = (0.281/0.735) HP = 0.382 HP
Karena daya motor listrik yang dipilih adalah ¾ HP atau 0.75 HP dan daya motor lebih besar dari 0,382 HP, maka pemilihan motor listrik tersebut dapat menggerakkan pemutar roll dengan baik dan bisa digunakan pada alat pengeroll pelat ini. 4.2 Perhitungan Kekuatan Motor Listrik Adapun perhitungan kekuatan motor listrik yang dapat dihasilkan dari mesin pelengkukng pelat ini dapat dijelaskan sebagai berikut.
37
Berdasarkan data penelitian bahwa mesin pelengkung pelat ini menggunakan motor listrik AC dengan kapasitas 3 / 4 HP dengan putaran mesin konstan sebesar 1400 RPM. Sehingga berdasarkan hal tersebut dapat dikatakan bahwa daya maksimum dari motor listrik ini adalah 3 / 4 HP. Besarnya beban untuk melengkungkan pelat aluminium
yang
dibutuhkan menjadi: Dimana:
=
(
)
P = (0.382) . 0.735 = 0.280 kW = 0.8 – 1.2 (untuk daya maksimum yang diperlukan) = 1.2 (ipilih) Maka diperoleh besar daya yang dibutuhkan, = (1.2)(0.280) = 0.337 kW
Harga daya nominal beban sebesar 0.337 kW ini harus mampu disediakan oleh motor listrik agar mesin ini dapat bekerja dengan baik. Pada penelitian ini, kapasitas motor listrik yang digunakan adalah ¾ HP atau 0.551 kW sehingga daya motor listrik ini mampu untuk menggerakkan mesin rol pelengkung pelat dengan baik.
38
4.3 Perhitungan Kekuatan Poros Transmisi Untuk menghitung besar kekuatan poros transmisi yang aman dibutuhkan agar dapat menahan beban akibat proses pelengkungan pelat, maka data inputnya diperoleh dari nilai daya desain yang dibutuhkan untuk melengkungkan pelat aluminium. Dengan menerapkan persamaan berikut, maka dapat diperoleh besar torsi maksimum (T) yang dapat dihasilkan oleh motor listrik tersebut.
Dimana:
= 9.74
( dalam kg.mm)
10
= 0.337 kW
= 1400 RPM
Sehingga diperoleh :
= 9.74 (10 )
.
= 234.45 kg.mm
Maka agar mesin pelengkung ini dapat bekerja dengan baik, maka torsi yang dibutuhkan untuk melengkukngkan pelat haruslah sama dengan atau lebih kecil dari nilai torsi tersebut. Untuk mengecek berapa besar diameter poros transmisi yang dibutuhkan agar poros ini aman dan dengan mengasumsi bahwa beban yang terjadi pada poros transmisi ini hanya dominan beban puntiran, maka dapat diterapkan persamaan sebagai berikut: =
.
/
39
Dimana: T = 234.45 kg.mm = Tegangan Geser yang diizinkan bahan (kg/mm2)
Untuk mengetahui tegangan geser yang diizinkan bahan, maka perlu diketahui jenis bahan poros transmisi yang digunakan dan mencari nilai tegangan geser yang diizinkan bahan tersebut. Dengan mengasumsikan bahwa bahan poros yang digunakan pada mesin pelengkung pelat ini adalah diasumsikan dari baja karbon yang memiliki kekuatan terendah yaitu dari jenis S30C maka nilai tegangan geser yang diizinkan bahan dapat dikalkulasi sebagai berikut: Bahan poros : S30C Tegangan Tarik Maksimum : Tegangan Lentur Maksimum : Tegangan Geser yang diizinkan : Dimana :
= 55 kg/mm2 =
= 0.5
= 55 kg/mm2
= faktor keamanan
= 8 (untuk beban dinamis dengan kejutan ringan) Sehingga,
=
= 6.87 kg/mm2
Tegangan geser yang diizinkan menjadi,
= 0.5 (6.87)
= 3.43 kg/mm2
40
A. Untuk Poros I : Poros I merupakan poros transmisi yang terdapat setelah motor listrik, dimana diameter poros minimum yang dibutuhkan adalah : =
. (
.
.
)
/
= 7.03 mm Karena diameter poros yang digunakan adalah d1 = 24.37 mm dan diameter minimum yang dibutuhkan adalah ds = 7.03 mm, maka diameter dan bahan poros yang diasumsikan dari baja karbon yang paling terendah, yaitu S30C pada mesin pengerol pelat ini adalah aman terhadap beban torsi yang terjadi dan bisa untuk digunakan. B. Untuk Poros II : Antara poros I dan poros II terdapat sambungan universal (universal joint) yang memungkinkan transmisi putaran lebih fleksibel, dimana sambungan universal ini lebih efektif jika terdapat misalignment antara kedua sumbu poros yang disambung. Dengan mengasumsi bahwa efisiensi sambungan universal ini adalah 0.95, maka torsi pada poros II akan menjadi sebesar: =
( )
= 0.95 (234.45 kg.mm) = 222.72 kg.mm Dengan mengasumsi pula bahan Poros II adalah dari bahan baja karbon S30C maka nilai tegangan geser yang diizinkan bahan adalah
= 3.43
kg/mm2.
41
Sehingga diperoleh besar diameter poros II minimum sebesar: =
. (
.
.
)
/
= 6.91 mm Karena nilai ds = 6.91 mm adalah lebih kecil dari nilai diameter poros II yang digunakan yaitu d2 = 15 mm. Maka, pemilihan bahan poros yang diasumsikan dari baja karbon yang paling terendah, yaitu S30C dan diameter poros II adalah aman terhadap beban torsi yang terjadi dan bisa untuk digunakan. C. Untuk Poros III: Poros III terletak sesudah transmisi gearbox. Poros ini mengalami kenaikan torsi dibandingkan dengan torsi pada poros II karena adanya perbandingan penurunan putaran dengan rasio
= 30: 1 . Maka besar
torsi pada poros III dapat diperoleh sebesar dengan menggunakan hubungan sebagai berikut: Putaran awal motor listrik, n = 1400 RPM Putaran poros I, n1 = 1400 RPM Putaran Poros II, n2 = 1400 RPM Putaran Poros III,
=
=
= 46.67 RPM
42
Sehingga besar torsi pada poros III menjadi : = 9.74
= 9.74
10
10
( dalam kg.mm) .
= 7033.16 kg.mm
.
Dengan mengasumsi bahan poros III adalah baja karbon S30C dengan kekuatan geser yang diizinkan bahan sebesar 3.43 kg/mm2. Maka besar diameter minimum yang dibutuhkan adalah sebesar: 5.1 (7033.16) = 3.43
/
= 21.86 mm
Diameter poros III yang digunakan pada alat mesin melengkung pelat berdiameter d3 = 22.00 mm, sehingga jika menggunakan bahan yang diasumsikan, yaitu baja karbon S30C yang sama dengan poros I dan poros II, maka diameter 21.86 mm ini sudah cukup kuat untuk menahan beban torsi pada proses pelengkungan pelat. D. Poros IV : Poros IV terletak sesudah poros III dan sambungan universal. Poros ini mengalami penurunan torsi dibandingkan dengan poros III karena adanya kerugian mekanis akibat adanya sambungan universal yang digunakan. Dengan mengasumsikan besar efisiensi sambungan universal tersebut sebesar 0.95, maka besar torsi poros IV diperoleh : =
( )
= 0.95 (7033.16 kg.mm) = 6681.50 kg.mm 43
Dengan mengasumsikan jenis bahan poros IV adalah baja carbon S30C dengan kekuatan geser yang diizinkan bahan sebesar
= 3.43
kg/mm2. Maka besar diameter minimum poros IV yang dibutuhkan adalah:
=
. (
.
.
)
/
= 21.49 mm
Karena diameter poros IV yang digunakan berdiameter d4 = 18.20 mm, dan diameter minimum yang dibutuhkan sebesar 21.49 mm dan jika poros ini menggunakan bahan yang sama dengan poros I, II dan III maka, diameter ini tidak aman untuk menahan pembebanan pengerolan pelat. Sebaiknya diameter poros IV ini juga dipilih dengan berdiameter d=22mm. 4.4 Perhitungan Kekuatan Roda Gigi Roda gigi yang akan dianalisa pada bagian ini adalah jenis roda gigi lurus, dimana pasangan roda gigi ini terdapat pada ujung poros IV. Pada mesin ini roda gigi penggerak yang terdapat pada ujung poros IV memiliki jumlah gigi 18 buah dan menggerakkan dua buah gear yang masing-masing memiliki 36 buah gigi yang tersusun sesuai gambar berikut ini :
44
Dari data roda gigi yang digunakan, maka diperoleh spesifikasi roda gigi sebagai berikut: Roda Gigi Penggerak (Pinion) -
Diameter Lingkaran Kepala, dk1 = 60 mm
-
Tebal Gigi, t1 = 5.25 mm
-
Jumlah Gigi, Z1 = 18 gigi
-
Lebar Gigi, b1 = 18.19 mm
-
Bahan roda gigi : Baja karbon S35C dengan HB = 125 (diasumsi)
Roda Gigi yang digerakkan (Gear) -
Diameter Lingkaran Kepala, dk2 = 120 mm
-
Tebal Gigi, t2 = 5.25 mm
-
Jumlah Gigi, Z2 = 36 gigi
-
Lebar Gigi, b2 = 18.19 mm
-
Bahan Roda Gigi : Baja karbon S25C dengan HB = 150(diasumsi) Selanjutnya untuk menghitung parameter-parameter kekuatan roda gigi,
diperlukan untuk diketahui dimensi-dimensi lain dari pasangan roda gigi tersebut. Module roda gigi a. Untuk Pinion Diperoleh dari persamaan :
= ( + 2)
60 mm = (18+2) M1 Sehingga diperoleh : M1 = 60 mm/20 = 3 mm b. Untuk Gear Diperoleh dari persamaan :
= ( + 2)
120 mm = (36+2) M2 45
Sehingga diperoleh : M2 = 120 mm/ 38 = 3.157 mm = 3 mm (dipilih agar sama dengan M1) Diameter Lingkaran Jarak Bagi a. Untuk Pinion Diperoleh dari persamaan : d1 = Z1. M1 Sehingga d1 = 18 . 3 mm = 54 mm b. Untuk Gear Diperoleh dari persamaan : d2 = Z2. M2 Sehingga, d2 = 36 . 3mm = 108 mm Demikian pula, d3 = Z3 . M3 = 36 . (3 mm) = 108 mm Tinggi Kepala Roda Gigi (addendum) Kisaran untuk harga addendum ini adalah : hk = (0.8 M ∼ 1M) dan tinggi kepala untuk masing-masing roda gigi adalah sebagai berikut: a. Untuk Pinion Diperoleh, hk1 = 0.9M (dipilih) = 0.9 (3mm) = 2.7 mm
46
b. Untuk Gear Untuk gear ini terdiri dari dua buah roda gigi yang sama besar ukurannya, sehingga diperoleh: hk2 = 0.9M (dipilih) = 0.9 (3mm) = 2.7 mm Demikian pula, hk3 = 0.9 M = 2.7 mm Tinggi Kaki Roda Gigi (dedendum) Kisaran untuk harga dedendum ini adalah : hf = (1M ∼ 1.25M) dan tinggi kaki untuk masing-masing roda gigi adalah sebagai berikut. a. Untuk Pinion Diperoleh, hf1 = 1.1 M (dipilih) = 1.1 (3mm) = 3.3 mm b. Untuk Gear Untuk gear ini terdiri dari dua buah roda gigi yang sama bahan dan ukurannya, sehingga diperoleh: Hf2 = 1.1 M (dipilih) = 1.1 (3mm) = 3.3 mm Hf3 = 1.1 M = 3.3 mm
47
Kecepatan Keliling Roda Gigi, v - Kecepata keliling roda gigi 1 =
.
.(
.
,
)
dimana: n1 = putaran roda gigi 1 = putaran poros 4 = 46.67 Rpm
d1 = 54 mm Sehingga:
V1 =
.
(
= 0.13188 m/s
)
- Kecepatan keliling roda gigi 2 =
.
.(
.
)
,
dimana: n2 = putaran roda gigi 2 =
(
=
)
(46.67)
= 23.33 Rpm
d2 = diameter lingkaran jarak bagi roda gigi 2 = 108 mm Sehingga:
V2 =
(
.
)
- Kecepatan keliling roda gigi 3 =
.
.(
.
)
= 0.13186 m/s
, dimana: n3 = 23.33 rpm & d3 = 108 mm
Sehingga: V3 = Gaya Tangensial, Ft
(
)
.
= 0.13186 m/s
=
48
- Gaya Tangensial Roda Gigi 1, Pd = fc . P = (1.2)(0.280) = 0.337 kW
=
.
.
= 262.39 Kg = 262.39 (10 m/s2) = 2623.9 N
- Gaya Tangensial Roda Gigi 2, = (0.5) 2623.9 N
= (0.5)
= 1311.95 N
- Gaya Tangensial Roda Gigi 3, = (0.5) Ft1 = (0.5) 2623.9 N = 1311.95 N Tegangan Permukaan, Ft/b - Tegangan Permukaan Roda Gigi 1 dan Roda Gigi 2, Ft/b Tegangan permukaan yang terjadi : Ft/b = 131.195 kg / 18.19 mm = 7.21 kg/mm Tegangan Permukaan yang diizinkan, ′ (kg/mm) ′ =
Dimana :
.
.
.
fv = factor dinamis untuk v = 0.131 m/s = =
(untuk kecepatan rendah, Sularso,1991:240) .
= 0.958 49
d01 = diameter lingkaran jarak bagi roda gigi 1 = 54 mm kH = factor tegangan kontak, sesuai bahan & nilai kekerasan Brinnel (HB) = 0.130 ( untuk pinion baja (350) & roda gigi (250) ) Sehingga : ′ = (0.958). (0.130). (54).
= 8.96 kg/mm
Cek harga Ft/b, karena Ft/b ≤ F’H maka ukuran roda gigi tersebut aman. - Tegangan Permukaan Roda Gigi 1 dan Roda Gigi 3, Ft/b Tegangan permukaan yang terjadi : Ft/b = 131.195 kg / 18.19 mm = 7.21 kg/mm Tegangan permukaan yang diizinkan : ′ = (0.958). (0.130). (54). = 8.96 kg/mm
Cek harga Ft/b, karena Ft/b ≤ F 1H maka ukuran dan bahan roda gigi tersebut aman terhadap tegangan permukaan yang terjadi. Tegangan Lentur, σb Tegangan lentur yang terjadi menurut persamaan Lewis pada roda gigi adalah sebagai berikut: =
. . .
=
. . .
- Tegangan Lentur yang terjadi pada roda gigi 1,
50
Dimana: Ft = 131.195 Kg fv = 0.958
b = 18.19 mm m=3 Y = factor bentuk Lewis (Sularso, 1991: 240) = 0.308 (untuk Z = 18 gigi) Sehingga,
=
.
.
.
= 8.147 kg/mm2
.
- Tegangan Lentur yang diizinkan, Untuk bahan roda gigi 1(pinion) dari Baja karbon S35C, diperoleh :
Karena
≤
= 26
atau 8.147 kg/mm2 ≤ 26
maka ukuran dan
bahan roda gigi 1 aman terhadap tegangan lentur yang terjadi. - Tegangan Lentur yang terjadi pada roda gigi 2,
Dimana:
=
. . .
Ft = 131.195 Kg fv = 0.958
b = 18.19 mm
m=3 Y = factor bentuk Lewis (Sularso, 1991: 240) = 0.378 (interpolasi untuk Z = 36 gigi)
51
Sehingga diperoleh ,
=
.
.
.
= 6.484 kg/mm2
.
- Tegangan Lentur yang diizinkan, Untuk bahan roda gigi 2 dari Baja Karbon S 25 C , diperoleh :
Karena
≤
= 21
atau 6.484 kg/mm2 ≤ 21
maka ukuran dan
bahan roda gigi 2 aman terhadap lenturan.
- Tegangan Lentur yang terjadi pada roda gigi 3,
Dimana:
=
. . .
Ft = 131.195 Kg fv = 0.958
b = 18.19 mm
m=3 Y = factor bentuk Lewis (Sularso, 1991: 240) = 0.378 (interpolasi untuk Z = 36 gigi) Sehingga diperoleh ,
=
.
.
.
= 6.484 kg/mm2
.
- Tegangan Lentur yang diizinkan, Untuk bahan roda gigi 3 dari Baja Karbon S 25 C , diperoleh :
Karena
≤
= 21
atau 6.484 kg/mm2 ≤ 21
maka ukuran dan
bahan roda gigi 3 aman terhadap lenturan.
52
BAB V PENUTUP 4.1
Kesimpulan Adapun kesimpulan yang diperoleh pada tugas akhir ini adalah sebaga berikut: 1.
Momen putar pada poros pengerol menyebabkan terjadinya gaya tekan pada poros penekan yang diteruskan ke pelat yang akan dirol dimana untuk mengerol pelat setebal 2mm, momen putar yang bekerja adalah 84.87 Nm. dan gaya tekan yang terjadi adalah 3214.94 Newton.
2.
Momen putar yang bekerja pada motor listrik menyebabkan terjadinya tegangan geser dan tegangan lentur pada komponen-komponen mesin modifikasi pengerol pelat dimana pada poros 1,2,3, dan 4 terjadi tegangan puntir yang besarnya berturut-turut: 0.082 kg/mm2, 0.336 kg/mm2, 0.368 kg/mm2 , dan 5.65 kg/mm2. Sedangkan pada roda gigi terjadi tegangan permukaan dan tegangan lentur yang besarnya masingmasing untuk roda gigi 1, roda gigi 2, dan roda gigi 3 adalah berturutturut:
8.147 kg/mm2, 6.484 kg/mm2 , dan 6.484 kg/mm2 yang
kesemuanya masih dalam batasan yang aman. 3.
Pemilihan bahan dan ukuran untuk poros 1, poros 2, poros 3 adalah sudah aman terhadap beban torsi dan baik untuk digunakan, akan tetapi untuk poros 4, jika menggunakan bahan sama dengan poros 1, 2, dan 3, maka pemilihan diameter poros 4 perlu diperbesar lagi agar aman terhadap tegangan puntir. Sedangkan pemilihan bahan dan ukuran 53
untuk roda gigi yaitu pinion dan gear sudah aman terhadap lenturan dan baik dimana tegangan permukaan dan tegangan lentur yang terjadi akibat pengerolan masih berada dalam batasan yang aman. 4.2
Saran 1. Sebaiknya digunakan motor listrik dengan daya ½ HP sesuai kebutuhan tenaga pengerolan. 2. Sebaiknya poros IV menggunakan diameter yang sama dengan poros III. 3. Sebaiknya dilakukan pula perhitungan untuk pengerolan pelat baja dengan ketebalan hingga 2 mm. 4. Untuk analisa selanjutnya perlu pula dimasukkan perhitungan kekuatan sambungan universal.
54
DAFTAR PUSTAKA Dahlan D, 2012, “Elemen Mesin”, Citra Harta Prima Jakarta, Jakarta. Harsono T.S.R. & Yunus, 2015, “ Kinerja Mesin Pengerol Plat Bergelombang”, Universitas Negeri Surabaya. Javadi M & Tajdari M, 2006, “ Eksperimental Investigation of the Friction Coefficient between Alumunium and Steel”, Vol. 24, No. 2/I, Material Sciences-Poland. Khurmi R.S & Gupta J.K, 1982, “A Text Book Of Machine Design”, Eurasia Publishing House (Pvt) LTD, New Delhi. Koten T.R.. & Fuji L., 2015, “ Pembuatan Alat Mesin Pengerol Plat”, Tugas Akhir, Jurusan D-III Teknik Mesin, Universitas Halu Oleo, Kendari. Popov P. Egor, 1984, “Mekanika Teknik”, Edisi Kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta. Risantoro S., 2012, “ Pembuatan Dudukan Rol Pada Mesin Rol Pelat Penggerak Elektrik “, Proyek Akhir, Program Studi Teknik Mesin, Universitas Negeri Yogya. Rohim .M. & Yunus, 2015, “Rancang Bangun Mesin Pengerol Plat Bergelombang”, JRM, Volume 02 Nomor 02, p.52-56. Sularso & Suga K, 1991, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”, PT. Prandya Paramita, Jakarta Wibowo Y. April, 2011, “Proses Pembuatan Rangka Pada Mesin Roll Pelat Penggerak Elektrik”, Proyek Akhir, Program Studi Teknik Mesin, Universitas Negeri Yogya.
55
LAMPIRAN 1 Faktor Bentuk Gigi & Faktor Dinamis
Jumlah Gigi 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Y 0.201 0.226 0.245 0.261 0.276 0.289 0.295 0.302 0.308 0.314 0.320 0.327
Jumlah Gigi 23 25 27 30 34 38 43 50 60 75 100 150
Y 0.333 0.339 0.349 0.358 0.371 0.383 0.396 0.408 0.421 0.434 0.446 0.459
Sumber : Sularso (1997: 240)
Faktor Dinamis, fv
Sumber : Sularso (1997: 240)
56
LAMPIRAN 2. Tegangan Lentur yang Diizinkan pada Bahan Roda Gigi
Sumber: Sularso (1997: 241)
57
LAMPIRAN 3. Faktor Tegangan Kontak pada Bahan Roda Gigi Bahan Roda Gigi (kekerasan HB) Pinion Roda Gigi Besar Baja (150) Baja (150) Baja (200) Baja (150) Baja (250) Baja (1500 Baja (200) Baja (200) Baja (250) Baja (200) Baja (300) Baja (200) Baja (250) Baja (250) Baja (300) Baja (250) Baja (350) Baja (250) Baja (300) Baja (300)
KH (kg/mm2) 0.027 0.039 0.053 0.053 0.069 0.068 0.068 0.107 0.130 0.130
Sumber: Sularso (1997: 243)
58
LAMPIRAN 4. Tabel Hasil Pengambilan Data
Daya motor Listrik (HP)
3/4
POROS
Nama
Diameter (mm)
1
24.37
2
15.00
3
22.00
4
18.20
Perbandingan putaran motor listrik dan reduser
RODA GIGI
Nama
30 : 1
Penggerak (pinion) Digerakka n (Gear)
Putaran Motor,n (RPM)
Dk1,2 (mm)
t1.2 (mm)
Z1,2 gigi
b1,2 (mm)
60
5.25
18
18.19
120
5.25
36
18.19
1400
59
LAMPIRAN 5. Pengambilan data
60
LAMPIRAN 6. Pengoperasian Alat
61
