PERANCANGAN GEARBOX TRAKTOR TANGAN BERDAYA 6 KW DENGAN METODE REVERSE ENGINEERING
TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh
Paskalis Bowo Aditia Oken 13103061
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembaran Pengesahan
Tugas Sarjana
Perancangan Gearbox Traktor Tangan Berdaya 6 kW dengan Metode Reverse Engineering
Oleh
Paskalis Bowo Aditia Oken 13103061
Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung
Disetujui pada Tanggal: 13 Februari 2008
Pembimbing Utama
Dr. Ing. Ir. Indra Djodikusumo NIP 130808002
Tugas Sarjana Judul
Program Studi
Perancangan Gearbox Traktor Tangan Berdaya 6 kW dengan Metode Reverse Engineering Teknik Mesin
Paskalis Bowo A. O.
13103061
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Reverse Engineering (RE) gearbox traktor tangan merupakan metode menduplikasi suatu produk yang telah ada sebelumnya tanpa melanggar hak paten atau hak cipta yang telah ada. Kegiatan RE ini dilakukan atas permintaan PT X yang dianggap mencontek produk dari perusahaan lain. Tahapan dalam kegiatan RE yaitu mencari informasi teknik produk, mencari knowledge dan know-how dari produk, pemodelan dan analisis teknik, pembuatan prototype, pelaksanaan tes dan evaluasi, serta melakukan perbaikan produk. Yang menjadi fokus dalam tugas akhir ini hanya sampai tahapan analisis teknik. Dalam kesempatan ini, diuraikan tahapan-tahapan kegiatan RE dalam perancangan gearbox untuk traktor tangan berdaya 6 kW. Pertama, dilakukan pencarian informasi teknik dengan cara studi literatur dari berbagai buku, standar, dan situs internet yang berhubungan. Kemudian pengetahuan tentang produk didapat dengan cara pencarian data dari PT X serta percobaan di lapangan. Selanjutnya perancangan dan pemodelan gearbox baru dilakukan dengan bantuan software Pro/Engineer Wildfire 3. Terakhir analisis teknik dilakukan pada aspek kekuatan dan toleransi, di samping analisis pada aspek pembuatan dan pengujian secara singkat. Hasil yang didapat yaitu berupa gambar teknik dari komponen-komponen gearbox yang telah dirancang. Dari hasil penelitian, perancangan dan analisis, dapat disimpulkan bahwa komponen-komponen gearbox yang telah dirancang cukup aman dan baik untuk dipakai. Selanjutnya komponen-komponen tersebut perlu diproduksi dengan seksama agar mampu bekerja dengan baik sesuai harapan. Penulis sangat mengharapkan tulisan ini dapat memberikan sumbangan pemikiran, wawasan atau bahan perbandingan untuk pihak-pihak lain yang memerlukan bahan mengenai kegiatan Reverse Engineering, terutama dalam perancangan gearbox traktor tangan.
Final Project Title Major
Gearbox Design for 6 kW Hand Tractor Paskalis Bowo A. O. using Reverse Engineering Method Mechanical Engineering 13103061 Faculty of Mechanical Engineering and Institute of Technology Bandung Abstract
Reverse Engineering (RE) is a method that duplicates a product which existed before without infringe the patent rules. This RE of a hand tractor gearbox activity was done as a request from PT X, who is accused of imitating the product of another company. The steps in activity of RE are searching the product’s engineering information, searching knowledge and know-how of the product, engineering analyzing and modeling, manufacturing the prototype, testing and doing evaluation, and finally repairing and developing the product. The focus of this final project is limited from searching the product’s engineering information to engineering analyzing. This report describes the steps in activity of RE in the scheme of gearbox design for the 6 kW hand tractor. First, seeking of engineering information is conducted by literature study from various books, standards, and corresponding internet sites. Then, knowledge and know-how information of the product are acquired by seeking data from PT X and also field testing of the product. The next step is gearbox designing and modeling using Pro/Engineer Wildfire 3. The last step is engineering analysis which done in strength and tolerance aspect, beside analysis at manufacture aspect and examination in a short. The result is in the form of technical drawing of the gearbox’s components. From the result of the research, analysis and design, it can be concluded that components of gearbox from the design result is good and safe enough to be used. Then, the components required to be manufactured carefully so can work properly. The writer is expecting this article can contribute to give an idea, comparison materials or knowledge for other party needing materials concerning activity of Reverse Engineering, especially in scheme of hand tractor gearbox.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, rahmat, penyertaan, bimbingan, dan kasih-Nya yang sangat besar dan meilmpah serta selalu menyertai sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. Laporan yang berjudul “ PERANCANGAN GEARBOX TRAKTOR TANGAN BERDAYA 6 KW DENGAN METODE REVERSE ENGINEERING ” disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Mesin Institut Teknologi Bandung. Dalam menjalankan penelitian dan penyusunan laporan, penulis mendapatkan banyak bantuan, bimbingan, nasehat, dukungan semangat serta doa yang begitu berharga dari berbagai pihak. Untuk semua itu, pada kesempatan ini dengan rendah hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada : 1. Dr. Ing. Ir. Indra Djodikusumo selaku dosen pembimbing utama tugas sarjana ini yang telah memberikan saran, bimbingan, waktu, tenaga dan pengalaman yang begitu berharga selama penyusunan tugas sarjana ini. 2. Mas Akhyar, Mas Lucky, Mas Haris dan seluruh staff PT GREAT yang selalu bersedia untuk berdiskusi dengan penulis. 3. Dr. Ir. Yatna Yuwana Martawirya selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung. 4. Dr. Ir. Kemas Rifian selaku dosen wali penulis. 5. Seluruh dosen pengajar Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung. 6. Seluruh staf karyawan, administrasi dan perpustakaan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung 7. Keluarga tercinta, papa dan mama tercinta, adikku tercinta Tana, Engku Oki, Ii Dede, Ii Inge, Om Eddy, Ii Wawa, Om Hendra, Tante Iang dan semua keluarga lainnya yang selalu memberikan dorongan, semangat, dukungan,
i
pengertian, bantuan, cinta, kasih sayang dan doa yang tidak habis-habisnya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. 8. Jessica Valerie, terima kasih untuk semua dukungan, semangat, doa, perhatian, waktu, kasih sayang dan cintanya yang luar biasa serta memberi motivasi yang luar biasa pula. 9. Koko, terima kasih untuk semua bantuannya yang tak ada habis-habisnya dalam banyak hal dan selalu menjadi sahabat yang luar biasa. 10. Johan, Hans, Erick, Erwin, Ele, Hery, Hengky, Stanley, dan Vincent yang selalu menjadi sahabat penulis di dalam maupun di luar kuliah di Teknik Mesin ITB. 11. Teman-teman Teknik Mesin angkatan 2003. 12. Semua sahabat dan teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan andil, semangat, dan bantuan selama penulis melakukan kuliah, penelitian, dan penyusunan laporan ini. Semoga Tuhan dengan segala kelimpahan berkat-Nya membalas budi baik semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan serta doa kepada penulis. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, mengingat terbatasnya pengalaman dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan dari semua pihak yang membaca laporan ini. Akhir kata, penulis berharap laporan ini bermanfaat dan menjadi pendorong untuk menciptakan sesuatu yang lebih baik lagi di masa-masa mendatang.
Bandung, Februari 2008 Penulis
Paskalis Bowo A. O.
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR……………………………………………………………i DAFTAR ISI…………………………………………………………………….iii DAFTAR GAMBAR……………………………………………………………vi DAFTAR TABEL..................................................................................................x DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………….... xi BAB 1
PENDAHULUAN…………………………………………………….. 1 1.1 Latar Belakang Masalah…………………………………………… 1 1.2 Tujuan Penelitian…………………………………………………...2 1.3 Metodologi………………………………………………………… 2 1.4 Batasan Masalah……………………………………………………3 1.5 Sistematika Penulisan………………………………………………3
BAB 2
LANDASAN TEORI………………………………………………..... 4 2.1 Reverse Engineering………………………………………………..4 2.1.1 Pengertian Umum Reverse Engineering…………………….. 4 2.1.2 Metodologi Reverse Engineering…………………………….5 2.1.2.1 Mencari Informasi Teknik Tentang Komponen dan Sistem yang akan Di-RE………………………...6 2.1.2.2 Mencari Pengetahuan Tentang Komponen dan Sistem yang akan Di-RE …………………………….6 2.1.2.3 Melakukan Modeling dan Analisis Teknik………...... 7 2.1.2.4 Membuat Prototype dari Produk yang Di-RE………. 7 2.1.2.5 Melakukan Tes dan Evaluasi ………………………...7 2.1.2.6 Melakukan Perbaikan Produk ......................................7 2.2 Traktor Tangan ...........................................................................................7 2.3 Gearbox........ .....................................................................................9 2.3.1 Roda Gigi ...............................................................................10 2.3.1.1 Material dan Kekuatan...............................................11
iii
2.3.1.2 Tegangan Pada Roda Gigi .........................................11 2.3.1.3 Toleransi Roda Gigi...................................................11 2.3.1.4 Proses Manufaktur Roda Gigi ……………………13 2.3.2 Poros.......................................................................................16 2.3.2.1 Pembebanan Poros ………………………………….16 2.3.2.2 Pemasangan pada Alat Pelengkap ………………….16 2.3.2.3 Material Poros………………………………………18 2.3.2.4 Beban dan Tegangan pada Poros …………………...18 2.3.2.5 Perancangan Diameter Poros ……………………….19 2.3.2.6 Toleransi Poros ……………………………………..20 2.3.3 Ball Bearing…………………………………………………22 2.3.4 Pegas Helix Tekan…………………………………………..23 2.4 Software Bantuan………………………………………………….24 2.4.1 Pemodelan dengan Pro/Engineer Wildfire 3.0……………...24 2.4.1.1 Pemodelan Sketsa …………………………………..25 2.4.1.2 Pemodelan Part …………………………………….25 2.4.1.3 Pemodelan Assembly ……………………………….26 2.4.2 Perhitungan Kekuatan Roda Gigi dengan MITCalc………...27 BAB 3
REVERSE ENGINEERING GEARBOX……………………………30 3.1 Mencari Informasi Teknik Komponen Gearbox ………………….30 3.2 Mencari Pengetahuan Sistem dan Komponen Gearbox…………..31 3.2.1 Informasi Pengetahuan Fungsi Sistem dan Komponen Gearbox …………………………………………………….31 3.2.2 Informasi Pengetahuan Geometri dan Dimensi Komponen Gearbox………………………………………...32 3.2.2.1 Casing ………………………………………………33 3.2.2.2 Sistem Transmisi …………………………………...33 3.2.2.3 Poros ………………………………………………..36 3.2.2.4 Bantalan …………………………………………….38 3.2.2.5 Pegas Pendukung Sistem Kopling ………………….38 3.2.2.6 Komponen Pendukung Lainnya ……………………40 3.3 Pemodelan 3D Rancangan RE…………………………………….40
iv
3.3.1 Casing Gearbox……………………………………………..41 3.3.2 Sistem Transmisi Gearbox ………………………………….42 3.3.3 Poros Penumpu……………………………………………...44 3.3.4 Bantalan……………………………………………………..46 3.3.5 Pegas Helix Tekan…………………………………………..47 3.3.6 Komponen Pendukung Gearbox Lainnya …………………..47 BAB 4
ANALISIS TEKNIK ………………………………………………...49 4.1 Pendahuluan….……………………………………………………49 4.2 Analisis Material dan Kekuatan …………………………………..49 4.2.1 Roda Gigi……………………………………………………49 4.2.2 Poros.......……………………………………………………54 4.2.3 Bantalan …………………………………………………….60 4.2.4 Pegas Helix Tekan…………………………………………..62 4.3 Analisis Toleransi…………………………………………………64 4.3.1 Toleransi Dimensi dan Geometri ………………………….64 4.3.1.1 Roda Gigi …………………………………………...64 4.3.1.2 Poros ………………………………………………..67 4.3.1.3 Bantalan …………………………………………….67 4.3.2 Toleransi Assembling………………………………………..68 4.4 Analisis Proses Pembuatan Komponen …………………………...70 4.5 Analisis Proses Pengujian Gearbox………………………….…....71
BAB 5
KESIMPULAN…….……………………………………….………...73 5.1 Kesimpulan.........………………………………………………….73 5.2 Saran ………………………………………………………………74
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………... 75 LAMPIRAN…………………………………………………………………….76
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Diagram alir tahapan proses Reverse Engineering….……………. 5
Gambar 2.2
Traktor tangan…………………………….………………………. 8
Gambar 2.3
Gearbox………………….……………………………………..….9 a. Tampak luar b. Tampak dalam
Gambar 2.4
Jenis roda gigi…………………………………………………… 10 a. Roda gigi lurus b. Roda gigi helical c. Roda gigi bevel d. Roda gigi cacing
Gambar 2.5
Beberapa nomenklatur roda gigi lurus………………...………… 10
Gambar 2.6
Kesalahan pitch tunggal dan kumulatif…..………………………12
Gambar 2.7
Kesalahan profil total……...……………………………...……... 13 a. Pada profil involute b. Pada profil lengkung c. Pada profil dengan pemenggalan puncak
Gambar 2.8
Jenis pemotong roda gigi………………………………….…….. 15 a. Milling cutter b. Rack cutter c. Shaper cutter d. Hob
Gambar 2.9
Proses form milling roda gigi……………………………………. 15
Gambar 2.10 Proses shaping roda gigi …………………………………………15 Gambar 2.11 Proses hobbing roda gigi…………………………………………15 Gambar 2.12 Jenis pembebanan poros…………………………………….……17 a. Fully reversed b. Repeated c. Fluctuating
vi
Gambar 2.13 Variasi metode pemasangan alat pelengkap pada poros...………. 17 Gambar 2.14 Gambar simulasi jenis suaian…………………………………….20 Gambar 2.15 Ball bearing………………………………………………………22 Gambar 2.16 Beberapa parameter penting pegas……………………………… 24 a. Parameter dasar pegas b. Parameter jenis panjang dan defleksi Gambar 2.17 Lembar kerja modul sketch……….…………………………….. 25 Gambar 2.18 Lembar kerja modul part………….…………………………….. 27 Gambar 2.19 Lembar kerja perhitungan MITCalc untuk spur gear dan Helical gear………………………………………………………29 Gambar 3.1
Traktor tangan rancangan awal………………………………….. 32
Gambar 3.2
Gearbox rancangan awal…………………………………………32
Gambar 3.3
Casing gearbox rancangan awal…….………………………………..33
Gambar 3.4
Rangkaian sistem transmisi gearbox rancangan awal…...…...….. 34
Gambar 3.5
Puli, sprocket dan gear pada sistem transmisi rancangan awal…..34 a. Puli_Tensioner b. Puli_Input c. Sproket_Pinion d. Sproket_Gear e. Gear 1 f. Gear 2 g. Gear 3 h. Gear 4
Gambar 3.6
Poros input………………………………………......................... 36 a. Poros input b. Poros input dirakit beserta komponennya
Gambar 3.7
Poros kopling……………………………………......................... 36 a. Poros kopling b. Poros kopling dirakit beserta komponennya
Gambar 3.8
Poros intermediate………………...…………….......................... 37 a. Poros intermediate b. Poros intermediate dirakit beserta komponennya
vii
Gambar 3.9
Poros output……..………………………………......................... 37 a. Poros output b. Poros output dirakit beserta komponennya
Gambar 3.10 Rakitan sistem kopling…………………………………………... 39 Gambar 3.11 Pegas helix tekan untuk sistem kopling……………………...….. 39 Gambar 3.12 Komponen pendukung gearbox lainnya…………………...……. 40 a. Gasket b. Bushing c. Cover d. Pin e. Baut, mur, & washer f. Key g. Snap ring Gambar 3.13 Casing gearbox hasil RE……………………………………....... 41 Gambar 3.14 Sistem transmisi gearbox hasil RE……………………………… 44 a. Gear 1 b. Gear 2 c. Gear 3 d. Gear 4 e. Rangkaian sistem transmisi Gambar 3.15 Poros input………………………………………......................... 45 c. Poros input d. Poros input dirakit beserta komponennya Gambar 3.16 Poros Intermediate 1………………………………...................... 46 a. Poros Intermediate 1 b. Poros Intermediate 1 dirakit beserta komponennya Gambar 3.17 Poros intermediate 2.……………...…………….......................... 46 c. Poros intermediate 2 d. Poros intermediate 2 dirakit beserta komponennya Gambar 3.18 Poros output……..………………………………......................... 46 c. Poros output d. Poros output dirakit beserta komponennya
viii
Gambar 3.19 Komponen pendukung gearbox lainnya………………………… 48 a. Gasket b. Seal c. Bushing d. Spacer e. Pelat f. Pin g. Baut, mur, & washer h. Key i. Snap ring Gambar 4.1
Simulasi perhitungan kekuatan roda gigi untuk gear 1 dan 2……51
Gambar 4.2
DBB poros input pada bidang X-Y……………………...……….54
Gambar 4.3
DBB poros input pada bidang X-Z……………………...………. 55
Gambar 4.4
Diagram gaya geser, momen bending dan torsi poros input pada bidang X-Y………………………………………………… 56
Gambar 4.5
Diagram gaya geser, momen bending dan torsi poros input pada bidang X-Z………………………………………………… 57
Gambar 4.6
Diagram momen bending magnitude poros input……..………… 57
Gambar 4.7
Sumbu datum didefinisikan oleh satu permukaan silinder dan satu end-face………………………………………………..…… 66
Gambar 4.8
Penyimpangan kesejajaran poros………………………...……… 69
Gambar 4.9
Contoh pemberian toleransi poros……………………….……… 70
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil perhitungan daya dan kecepatan putar komponen sistem transmisi…………………..………………………………….. 51 Tabel 4.2 Hasil perhitungan safety factor roda gigi untuk beban fatigue…...…. 51 Tabel 4.3 Hasil perhitungan safety factor diameter poros penumpu..…………. 59 Tabel 4.4 Hasil perhitungan jumlah umur tahun pakai ball bearing…...……… 61 Tabel 4.5 Tabel kualitas roda gigi menurut ISO 1328…………………………. 64 Tabel 4.6 Tabel toleransi kesalahan putar bidang referensi (radial / aksial)…... 65 Tabel 4.7 Hasil perhitungan toleransi roda gigi……………………………...… 67
x
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A-1 Daftar Nomenklatur Roda Gigi……………………..…..……….. 76 Lampiran A-2 Nilai Notch Sensitivity untuk Material Baja……………………. 77 Lampiran A-3 Nilai Konsentrasi Tegangan untuk Poros……………..……….... 78 Lampiran A-4 Tabel Jenis Suaian………………………………………………..81 Lampiran A-5 Tabel Konversi Toleransi untuk Lubang……………………….. 82 Lampiran A-6 Tabel Konversi Toleransi untuk Poros……………….……….... 84 Lampiran A-7 Tabel Toleransi Kekasaran Permukaan……………….……..….. 86 Lampiran A-8 Tabel Faktor V, X dan Y untuk Ball Bearing…. ……...………... 87 Lampiran B-1 Gambar Teknik Komponen Casing Gearbox………….......……. 88 Lampiran B-2 Gambar Teknik Komponen Roda Gigi Gearbox…………......…. 92 Lampiran B-3 Gambar Teknik Komponen Poros Gearbox………….........……. 99 Lampiran B-4 Gambar Teknik Komponen Pegas Gearbox…..……….....….….103 Lampiran B-5 Gambar Teknik Komponen Gearbox Lainnya.........……………104 Lampiran C-1 Perhitungan Safety Factor Roda Gigi………………………….. 126 Lampiran C-2 Perhitungan Safety Factor Poros……………………...………...129 Lampiran C-3 Perhitungan Umur Pakai Bantalan………………..……………. 131 Lampiran C-4 Perhitungan Toleransi Roda Gigi……………………………… 133 Lampiran C-5 Lembar Pengujian Gearbox Traktor Tangan............................... 136
xi
