PERENCANAAN DAN PERANCANGAN RODA GIGI CACING (WORM GEAR) dengan METODE NIEMANN

PERENCANAAN DAN PERANCANGAN RODA GIGI CACING (WORM GEAR) dengan METODE NIEMANN Dosen : Pak Ojo Kurdi

Disusun Oleh: Ricky Petra Falendra

21050112130077

Departemen Teknik Mesin Universitas Diponegoro 2017

Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Pengertian Roda gigi cacing ialah suatu elemen transmisi yang dapat meneruskan daya dan putaran pada poros yang bersilang. Roda gigi cacing mempunyai gigi yang dipotong menyudut seperti pada roda gigi helik dan dipasangkan dengan ulir yang dinamakan ulir cacing. Penggunaan roda gigi ini biasanya untuk mereduksi kecepatan, roda gigi ini dalam operasionalnya akan “mengunci sendiri” sehingga tidak dapat diputar pada arah yang berlawanan. Keuntungan dari roda gigi ini adalah dengan memberikan input minimal dapat dihasilkan output dengan kekuatan maksimal.Roda gigi ini biasanya digunakan untuk kecepatan-kecepatan tinggi dengan kemampuan mereduksi kecepatan yang maksimal. Pasangan roda gigi cacing terdiri dari sebuah poros yang mempunyai ulir luar dan sebuah roda cacing yang berkait dengan poros cacing tersebut.Perbandingan transmisi roda gigi cacing dapat dibuat hingga perbandingan reduksi 1 : 100 dan cara kerjanya halus atau hampir tanpa bunyi. Namun pada umumnya transmisi tidak dapat dibalik untuk menaikkan putaran, yakni pada roda cacing ke cacing. Adapun kekurangan dari transmisi roda gigi cacing adalah memiliki efisiensi mekanis (ç) yang rendah, terutama jika sudut kisarnya (ã) kecil.Dalam kerjanya, cacing dan roda cacing terjadi gesekan yang cukup besar sehingga dapat menimbulkan banyak panas, oleh sebab itu kapasitas transmisi roda gigi sering dibatasi jumlah panas yang timbul.

Gambar 1.1 Ilustrasi Roda Gigi Cacing


1.2 Tujuan Perencanaan Roda Gigi Cacing 1. Dapat merencanakan roda gigi cacing dengan parameter yang dihasilkan. 2. Dapat menganalisa Roda Gigi Cacing menggunakan metode Niemann. 3. Dapat menghasilkan Roda Gigi yang aman sesuai dengan parameter yang diberikan. 1.3 Batasan Masalah Metode yang digunakan untuk merencanakan, menganalisa, dan membuat desain roda gigi cacing menggunakan metode Niemann dengan menggunakan parameter yang diberikan dan asumsi yang dibutuhkan. Diketahui: Perkirakan dimensi rodagigi cacing tipe E dengan jarak antar poros a = 200 mm, rasio reduksi i = 10 dengan mengambil nilai z1 = 3 dan zm2 = 30. 1.4 Sistematika Laporan BAB I Pendahuluan BAB II Dasar Teori BAB III Metodologi Perencanaan dan Perancangan Roda Gigi Cacing BAB IV Perhitungan dan Hasil Analisis BAB V Penutup


BAB II DASAR TEORI

Persamaan Dasar yang digunakan dalam perencanaan dan Analisa Metode Niemann adalah sebagai berikut: 2.1 ESTIMASI DIMENSI UTAMA Jika jarak antar poros (a) dan rasio reduksi (i) diketahui a. Menentukan jumlah gigi z1 dan z2 dari tabel 24/2 b. Menghitung zm2 = z2 + 2x2. Nilai 2x2 dari tabel 24/2 (tergantung jenis roda gigi cacing, E-worm atau H-worm) c. Menghitung diameter minor worm, df1 = 0,6a0,85 d. Menghitung modul m, yaitu :

m

d m 2 2a  d f 1  z m 2 z m 2  2,4

e. Menghitung diameter rata-rata dm1 dan diameter kepala dk1 dari worm dan d k1  d m1  2m

d m1  d f 1  2,4m

f. Memeriksa harga faktor gigi zF dan nilai tangen sudut kisar tan γm Syarat yang harus dipenuhi adalah zF = dm1/m ≥ 6 ; tan γm = z1/zF ≤1 g. Menghitung data dan dimensi gear/wheel d m 2  2a  d m1 ; d f 2  d m1  2,4m d k 2  d m 2  2m

;

d a 2  d m 2  3m

Dimana da2 adalah diameter luar wheel. do2 = z2m

;

do1 = 2a – do2

h. Lebar gigi worm, b1  2,5m z m 2  2 i. Lebar gigi wheel, b2 Dengan bm 2  0,45(d m1  6m)  0,45m( z F  6) , maka : Untuk material perunggu, b2 = bm2 Untuk material paduan aluminium, b2 = bm2 + 1,8 m j. Menentukan parameter lain dari pasangan rodagigi cacing, yaitu : Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

*

Pitch, H = π m z1

*

Sudut kisar rata-rata, γm = arc tan (z1/zF) = arc tan (mz1/dm1)

*

Sudut kisar, γo = arc tan (mz1/do1)

*

Modul normal, mn = m cos γo

*

Sudut heliks wheel, β1 = 90o - γ

2.2 PEMILIHAN SERI RODAGIGI CACING Secara umum ada involute worm (E-worm), globoid worm (G-worm) dan follow flank worm (H-worm).Data pemilihan untuk worm gear diberikan oleh tabel 24/12, 24/13 dan gambar 24/21 s/d gambar 24/24. Dari beban operasional yang ada dari tabel dan gambar tersebut, sebaiknya dipilih jenis worm yang punya kapasitas ketahanan temperatur N T dan ketahanan permukaan NF yang baik. 2.3 EFISIENSI DAN KERUGIAN DAYA Dengan N1 adalah daya di worm, N2 adalah daya di wheel dan Nv adalah daya yang hilang, maka efisiensi ditentukan dengan rumus berikut : 1. Jika worm sebagai penggerak,



N2 N2  N1 N 2  N v

2. Jika wheel sebagai penggerak,

' 

N1 N 2  N v 1   2 N2 N2 

3. Mencari harga daya yang hilang Nv diberikan dengan rumus berikut : Nv  1   tan  m  N2  tan  m

Nv  1  N 2  tan  m

  

0 , 96

  100    y 2  y3   a   

 100   y 2  y3   a  

untuk E-worm

untuk H-worm

Dimana harga y2 dan y3 didapat dari tabel 24/11. 4. Kehilangan daya Nv ini disebabkan oleh gesekan pada kontak gigi Nvz,gesekan bantalan dan pelumas No dan beban gesek bantalan Np, sehingga : N v  N vz  N o  N p

dimana

 1  N vz  N 2  z   tan  m   tan  m 


 a  No     100 

2,5

V  90  n1    1,8.1000  1000 

 a  N p  0,228 N 2    100  Catatan

:  z  o 

0, 44

 A  o

1  v F 

e

4/3

i d m2

dengan  o  y z

yw a

;  A  0,1 ; e 

7,2 100 o

Dimana yz dari tabel 24/4 dan yw dari tabel 24/5. 2.4 MEMERIKSA KAPASITAS KEKUATAN PERMUKAAN GIGI (N1F DAN N2F) Langkah-langkah yang ditempuh untuk memeriksa kekuatan permukaan gigi (Safety Flank) adalah sbb : 1. Menghitung gaya tangensial wheel U2 N2 U 2  1,43.10 6. d m 2 n2 2. Menentukan koefisien fm, yaitu : 10 fm  zF 3. Menentukan koefisien sistem gigi gear fz berdasar tabel 24/4 4. Menghitung faktor k, yaitu : U2 k f m f z bm 2 d m 2 5. Memilih data kekuatan material ko dari tabel 24/5 6. Menghitung kecepatan luncur rata-rata vF yaitu : n1 v1 vF  dengan v1  d m1 cos  m 19100 2 2  v F0,85 8. Koefisien umur fh yang harganya dari tabel 24/3. Nilai fh tergantung pada umur worm gear yang diinginkan / dirancang. 9. Koefisien beban bolak balik fw, untuk beban konstan fw = 1 dan untuk beban dinamis nilai fw > 1 (tergantung karakteristik beban dinamisnya), yaitu :

7. Mencari koefisien kecepatan fn dari tabel 24/8 dengan rumus, f n 

 h  h1  h2  ..   f w   h  f h  f h  ... 1 1 2 2  

1/ 3

dan

f n' h' f n'' h ''  ... fn  h '  h ''  ...

Dimana untuk perubahan beban : h adalah lama perioda saat gaya U2 muncul Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

h1 adalah lama perioda saat gaya f1U2 muncul h2 adalah lama perioda saat gaya f2U2 muncul, dst dan untuk perubahan putaran n2 akan menghasilkan perubahan nilai vF (point f) : h’ adalah lama perioda saat n2’ muncul, sehingga dapat dicari vF’ h’’ adalah lama perioda saat n2’’ muncul, sehingga dapat dicari vF’’ h’’’ adalah lama perioda saat n2’’’ muncul, sehingga dapat dicari vF’’’, dst dan harga untuk fn’ ; fn’’ ; fn’’’ dapat dicari dengan rumus dari point g diatas. 10. Menghitung faktor kgrenz yaitu : k grenz  k o f n f h f w  k o 11. Menghitung nilai keamanan permukaan worm / wheel SF : k grenz SF  1 k 12. Batas kapasitas kekuatan permukaan gigi dari wheel N2F adalah :

N 2 F  0,7

k grenz SF

2

b d  f m f z m 2  m 2  n2 100  100 

13. Efisiensi rodagigi cacing berdasar kekuatan permukaan η



N 2F N 2F  N 1F N 2F  N v

dimana harga Nv dicari dari persamaan point C.3. dengan N2 = N2F. 14. Jika kapasitas yang dihasilkan belum sesuai yang direncanakan, maka dilakukan perancangan ulang mulai dari estimasi awal dimensi (point A). 2.5 MEMERIKSA KAPASITAS KETAHANAN TEMPERATUR ( NT1 DAN NT2 ) 1. Menghitung beda temperatur antara casing dengan udara luar tu, yaitu : tu = tw -tL, dimana tw adalah temperatur luar casing dari pasangan worm/wheel dan tL adalah temperatur udara luar 2. Menentukan nilai yB yaitu :

y B  0,355

untuk gear dengan air vanes

y B  0,14

untuk gear tanpa air vanes

3. Menghitung nilai yK yaitu : 1, 55  n1  yK  1  yB    1000  Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

4. Menghitung nilai FK dan αK yaitu : 1,8

 a  FK  K  5,52  yK  100 

Jika pendinginan dilakukan dengan angin seperti halnya pada kendaran yang sedang berjalan, maka nilai FK dan αK :  a  FK  0,20   100 

 K  17,7(1  0,1vL ) dan

1,85

5. Kapasitas pendinginan Nk adalah sama dengan daya yang hilang Nv (point C.3). Nilai Nk untuk pendinginan di udara adalah (NKL) : *

Untuk beban konstan (untuk beban dinamis nilainya dirata-ratakan)

N v  N K  N KL  t u FK *

K 632

Untuk beban dengan durasi yang pendek (short time) selama hE :

N v  y1 N KL Dimana y1 didapat dari tabel 24/9 dengan referensi waktu ha dengan yko adalah harga yk saat n1 = 1000 rpm (point c). 6. Kapasitas ketahanan temperatur untuk wheel N2T dan worm N1T dicari dengan membuat Nv = NK dan mengambil persamaan di point C.3., yaitu :

N 2T  N 2 

N 2T  N 2 

dan

NK  1  tan  m  tan  m 

  100    y 2  y3   a   

NK  1   tan  m

  

0 , 96

 100   y 2  y3   a  

untuk E-worm

untuk H-worm

N1T  N 2T  N K

7. Efisiensi worm gear berdasar ketahanan temperatur :



N 2T N 2T  N1T N 2T  N K

8. Jika kapasitas yang dihasilkan belum sesuai yang direncanakan, maka dilakukan perancangan ulang mulai dari estimasi awal dimensi (point A).


2.6 MEMERIKSA KEAMANAN TERHADAP PATAH GIGI SB Angka kemanan terhadap patah gigi adalah :

SB 

C grenz

1

;

dengan Cgrenz didapat dari tabel 24/6 dan C max 

C max  Dimana b  1,1b2 (untuk wheel dari perunggu)  b  1,1b2 (untuk wheel dari alumnium)

U 2 max mn b2


BAB III METODOLOGI PERENCANAAN dan PERANCANGAN RODA GIGI CACING

3.1 Diagram Alir Perancangan Roda Gigi Cacing 

TAHAP ESTIMASI DATA MASUKAN UNTUK PERANCANGAN

PROSES ESTIMASI

HASIL ESTIMASI 

TAHAP ANALISIS ANALISIS HASIL ESTIMASI

HASIL ANALISIS No Yes SELESAI


3.2 Analisis Hasil Estimasi Mulai

Data Masukan

Proses Estimasi

Hasil Estimasi

Pemilihan Seri Roda Gigi Cacing

Efisiensi Kerugian Daya

Memeriksa Kapasitas Kekuatan Permukaan Gigi

Memeriksa Kapasitas Ketahanan Temperature

Memeriksa Keamanan Terhadap Patah Gigi

Hasil Analisa

No

YES

Selesai Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

3.3 Daftar Notasi Roda Gigi Cacing

Subskrip

Satuan

Keterangan

1

Besaran untuk pinion

2

Besaran untuk gear

f

Besaran untuk lingkaran akar

m

Besaran untuk harga rata-rata

n

Besaran untuk arah normal

o

Besaran uuntuk lingkaran pitch

s

Besaran untuk arah transversal

F

Batas beban untuk permukaan gigi

T

Batas beban untuk temperatur

Notasi

Satuan

Keterangan

a

mm

Jarak poros terpasang

b  b

mm

Lebar gigi

mm

Panjang busur gigi

d

mm

Diameter

dm1, dm2

mm

Diameter rata-rata dari pinion dan gear

do1, do2

mm

Diameter pitch dari pinion dan gear

f1, f2, f3, …

Koefisien

fh

Koefisien umur rodagigi

fw, fz, fm,

Koefisien

hE

jam

Waktu pemakaian

H

mm

Pich, kisar

i

Reduksi kecepatan / putaran

kgrenz, ko

kgf/mm2

Kekuatan permukaan

k

kgf/mm2

Tegangan permukaan


Lh

Jam

Umur (dalam jam)

m, mn

mm

Modul pada lingkaran pitch

M1

kgf.m

Torsi nominal pinion

N1

HP

Daya nominal pinion

NF1, NF2

HP

Kapasitas ketahanan permukaan pinion dan gear

NK, NKL

HP

Kapasitas pendinginan

NT1, NT2

HP

Kapasitas ketahanan temperatur pinion dan gear

Nv, Nvz

HP

Kerugian daya

No

HP

Daya gesek tanpa ada pembebanan

Np

HP

Kerugian daya di bantalan

n1

rpm

Putaran nominal pinion

SB, SG, SF

Faktor keamanan

tL

o

Temperatur udara luar

tw

o

Temperatur luar casing/rumah

tu

o

C

Perbedaan temperatur

v

m/s

Kecepatan tangensial

vF

m/s

Kecepatan luncur antar gigi

V, V50

cSt

Viskosotas, pada 50oC

C C

x1, x2

Faktor korigasi (berdasar nilai modul)

yz, yw,

Koefisien

z1, z2

Jumlah gigi arah transversal

zF, zm2

Faktor profil gigi

α

Sudut tekan

β

Sudut heliks

β1, β2

Sudut heliks worm dan gear

γ, γo, γm

Lead angle

δA

Sudut interseksi

η

Efisiensi total

ηz

Efisiensi kontak gigi


μ

Koefisien gesek gigi

μo

Koefisien gesek gigi minimum

ρ

Sudut gesek gigi


BAB IV PERHITUNGAN DAN HASIL ANALISIS

Diketahui data masukan yang diketahui adalah: Perkirakan dimensi rodagigi cacing tipe E dengan jarak antar poros a = 200 mm, rasio reduksi i = 10 dengan mengambil nilai z1 = 3 dan zm2 = 30. 4.1 Estimasi Dimensi Utama 

Menghitung diameter minor worm df1 ≈ 0,6.a0,85 = (0,6)(2000,85 ) = 54,20 𝑚𝑚 ≈ 54 mm.



Modul 𝑚=



2𝑎 − 𝑑𝑓1 𝑑𝑚2 2(200) − 54 346 ≈ = = = 10,7 𝑚𝑚 ≈ 11 𝑚𝑚 𝑧𝑚2 𝑧𝑚2 + 2,4 30 + 2,4 32,4

Diameter Rata-Rata,𝒅𝒎𝟏 dan worm 𝑑𝑚1 = 𝑑𝑓1 + 2,4 𝑚 = 54 + 2,4(11) = 80,4 𝑚𝑚 ≈ 80 𝑚𝑚



Diameter kepala 𝒅𝒌𝟏 dan worm 𝑑𝑘1 = 𝑑𝑚1 + 2𝑚

𝑑𝑎1 = 113 𝑚𝑚

= 80.4 + 2(11) = 102,4 𝑚𝑚 ≈ 102 𝑚𝑚 

Periksa harga factor gigi 𝒛𝒇 dan tangen sudut kisar 𝒕𝒂𝒏 𝜸𝒎 𝑑

80

𝑚1 𝑧𝑓 = 𝑚≥6 = 11 = 7,28 > 6

𝑡𝑎𝑛𝛾𝑚 = 𝑧

𝑧1 𝑓 ≤1

3

= 7,28 = 0,412 < 1

𝐿𝐷 memenuhi syarat dan bias dipakai 

Menghitung data dan dimensi gear / wheel 𝑑𝑚2 = 2𝑎 − 𝑑𝑚1

𝑑𝑓2 = 𝑑𝑚2 − 2,4

𝑍𝑚2 =

= 2(200) − 80

= 320 − 2,4(11)

= 320 𝑚𝑚

= 293,6 𝑚𝑚

𝑑𝑘2 = 𝑑𝑚2 + 2𝑚

𝑑𝑚2 𝑚

=

320 11

= 29,11

𝑍2 = 𝑍𝑚2 = 29

𝑑𝑎2 = 𝑑𝑚2 + 3𝑚 (diameter luar wheel)




= 320 + 2(11)

= 320 + 3(11)

= 342 𝑚𝑚

= 353 𝑚𝑚

Diameter pitch pimion dan gear 𝑑01 = 2𝑎 − 𝑑𝑜2



𝑑𝑜2 = 𝑧2 . 𝑚

= 2(200) − 319

= 29(11)

= 81 𝑚𝑚

= 319 𝑚𝑚

Lebar gigi worm 𝑏1 = 2,5 𝑚 √𝑍𝑚2 + 2 = 2,5(11)√29 + 2 = 154 𝑚𝑚



Lebar gigi wheel,𝒃𝟐 𝑏𝑚2 = 0,45 (𝑑𝑚1 + 6𝑚)

𝑏𝑚2 = 0,45𝑚(𝑧𝑓 + 6)

= 0,45 (80 + 6(11))

= ((0,45)(11))(7,28 + 6)

= 65,7 𝑚𝑚

= (4,95)(13,28) = 65,736 𝑚𝑚



Untuk material perunggu,𝑏2 = 𝑏𝑚2 = 65,7 𝑚𝑚



Untuk material paduan alumunium,𝑏2 = 𝑏𝑚2 + 1,8𝑚 = 65,7 + 1,8(11) = 85,5 𝑚𝑚



Menentukan parameter lain dan pasangan roda gigi cacing  Pitch,H 𝐻 = 𝜋. 𝑚. 𝑧1 = 𝜋(11)(3) = 103,7 𝑚𝑚  Sudut kisar rata-rata 𝑧1 𝛾𝑚 = 𝑎𝑟𝑐 tan [ ] 𝑧2 = 𝑎𝑟𝑐 tan [

3 ] = 22,40 7,28

 Sudut kisar,𝜸𝟎 𝑚𝑧1 𝛾0 = 𝑎𝑟𝑐 tan [ ] 𝑑01 Ricky Petra Falendra Tulak Teknik Mesin UNDIP 2012 Email: [email protected]

= 𝑡𝑎𝑛−1 [

33 ] = 22,16 ≈ 22,20 81

 Modul normal 𝑚𝑛 = 𝑚. 𝑐𝑜𝑠 𝛾0 = 11 cos 22,20 = 10,2  Sudut helix wheel 𝛽1 = 900 − 𝛾 = 900 − 22,20 = 67,80 4.2 Pemilihan Roda Gigi Cacing Berdasakan table 24/12,24/13 dan gambar 24/21 sd 24/24 maka diperoleh ketentuan sebagai berikut Worm a i m 𝑑𝑚𝑎 𝛾𝑚 (mm) E10 200 10 80 10,7 22,4 𝑀1 (𝑅𝑝𝑚)

i

a (mm)

𝜂 %

𝑁1𝐹 Hp

𝑁1𝑇 Hp

1000

10

200

92,0

47,8

28,7

4.3 Efisiensi dan Kerugian Daya 

Worm sebagai penggerak

𝑁1 = 25 𝐻𝑝

𝑁2 = 20 𝐻𝑝

𝑛1 = 1000 𝑟𝑝𝑚 𝑛2 = 100 𝑟𝑝𝑚 𝜂=



𝑁2 20 = = 80 % 𝑁1 25

Harga daya yang hilang 𝑁𝑣 𝑁𝑣 𝑁2

1

100

= (tan 22,46 + tan 22,46)(4,22)(0,020 + √200)

𝑁𝑉 = 8,710 𝑁2

,𝑦2 dan 𝑦3 (Tabel 24/11) 𝑦2 = 4,22 , 𝑦3 = 0,020

𝑁𝑉 = 174,2 𝐻𝑃 

Kehilangan daya 𝑁𝑉 karena gesekan pada kontak gigi


𝜇0 = 𝑦𝑧

𝑦𝑤 √𝑎

= 0,304

1 √200

= 0,0215

7,2 7,2 𝑒=√ =√ = 1,830 100𝜇0 100(0,0215) 𝜇2 = 𝜇0 +

𝑈𝐴 − 𝑈0 0,1 − 0,0215 = 0,0215 + = 0,027 𝑒 (1 + 𝑉𝑓 ) (1 + 3,17)1,930

1 𝑁𝑉𝑍 = 𝑁2 𝜇2 ( + 𝑡𝑎𝑛𝛾𝑚 ) tan 𝛾𝑚 𝑁𝑉𝑍 = 20(0,027) (

1 + tan 22,4) = 1,529 tan 22,4

𝑁0 ≈ (

𝑎 2,5 𝑉 + 90 𝑛1 1⁄ ) ( ) 3 100 1,8.1000 1000

𝑁0 ≈ (

200 2,5 21 + 90 1000 1⁄ ) ( ) 3 = 0,349 100 1,8.1000 1000

𝑁𝑃 ≈ 0,228𝑁2 (

𝑎 0,44 𝑖 ) . 100 𝑑𝑚2

𝑁𝑃 ≈ 0,228(20)(

200 0,44 10 ) . = 0,193 100 320

𝑁𝑉 = 𝑁𝑉2 + 𝑁0 + 𝑁𝑃 𝑁𝑉 = 1,529 + 0,349 + 0,193 = 2,071

4.4 Memeriksa Kapasitas Kekuatan Permukaan Gigi (𝑵𝟏𝑭 𝑫𝑨𝑵 𝑵𝟐𝑭 ) Langkah –langkah yang di tempuh untuk memeriksa kekuatan permukaan gigi (Safety Flank) adalah sbb: 



Menghitung gaya tangensial wheel 𝑼𝟏 𝒅𝒂𝒏 𝑼𝟐 𝑈1 = 1,43. 106 .

𝑁1 25 = 1,43. 106 . = 446,875 𝑘𝑔𝑓 𝑑𝑚1 𝑛1 80.1000

𝑈2 = 1,43. 106 .

𝑁2 20 = 1,43. 106 . = 893,75 𝑘𝑔𝑓 𝑑𝑚2 𝑛2 320.1000

Menentukan koefisien 𝒇𝒎 ,yaitu


10

10

𝑓𝑚 = √𝑍 → 𝑓𝑚1 = √7.27 = 1,17 𝑓



10

𝑓𝑚2 = √29,1 = 0,59

Menentukan koefisien system gigi gear 𝒇𝒛 berdasarkan table 24/4 𝑓𝑧 = 0,370 𝑦𝑧 = 0,295



Menghitung factor k,yaitu: 𝑘=



𝑈2 893,75 𝑘𝑔𝑓⁄ = = 0,19 𝑚𝑚2 𝑓𝑚 . 𝑓𝑧 . 𝑏𝑚2 . 𝑑𝑚2 (1,17)(0,295)(83,5)(320)

Memiliki data kekuatan material 𝒌𝒐 dari table 24/5 Material Worm : Steel hardened and ground Wheel : al alloy



𝑘0 = 0,425

𝑘𝑔𝑓⁄ 𝑚𝑚2

𝑦𝑤 = 1(passing)

Menghitung kecepatan luncur rata-rata 𝑽𝒇 𝑛1 80(1000) = = 4,18 𝑚⁄𝑠 19100 19100 𝑣1 4,18 𝑣𝑓 = = = 4,52 𝑚⁄𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑚 cos 22,4 𝑣1 = 𝑑𝑚1

𝑛2 320(100) = = 1,68 𝑚/𝑠 19100 19100 𝑣1 1,68 𝑣𝑓 = = = 2,41 𝑚⁄𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛾𝑚 cos 22,4 𝑣2 = 𝑑𝑚2 .



Mencari koefisien kecepatan 𝒇𝒏 dari tabel 24/8 dengan rumus,𝒇𝒏 = 2

𝑓𝒏𝟏 = 2+4,520,85 = 0,36 

2

𝑓𝑛2 = 2+2,410,85 = 0,49

𝟐 𝟐+𝒗𝟎,𝟖𝟓 𝒇

tabel 24/8

Koefisien umur 𝒇𝒉 (table 24/3) Umurnya diharapkan selama 10 tahun untuk 300 hari karja per tahun dan 8 jam kerja per hari Maka 𝐿ℎ = 8𝑥300𝑥10 = 2400 jam karja beroperasi Berdasarkan table 24/3 maka 𝑓ℎ = 0,8



Menentukan koef beban bolak balik 𝒇𝒘 𝑓𝑤 = 1 untuk beban konstan




Menghitung faktor kgrenz 𝑘𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧 = 𝑘0 𝑓𝑛 𝑓ℎ 𝑓𝑤 ≤ 𝑘0 𝑘𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧1 = (0,425)(0,36)(0,8)(1) = 0,12 𝑘𝑔𝑓 ⁄𝑚𝑚2 ≤ 𝑘0 𝑘𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧2 = (0,425)(0,49)(0,8)(1) = 0,17 𝑘𝑔𝑓 ⁄𝑚𝑚2 ≤ 𝑘0





Menghitung nilai keamanan permukaan 𝑆𝑓1 =

0,12 = 1,44 ≥ 1 → 014 0,084

𝑆𝑓2 =

0,17 = 1,01 ≥ 1 → 014 0,19

Batas kapasitas kekuatan permukaan gigi dari wheel 𝑵𝟐𝑭 adalah: 𝑁1𝐹 = 0,7

𝑘𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧 𝑏𝑚1 𝑑𝑚1 2 . 𝑓𝑚1 . 𝑓1 . .( ) . 𝑛1 𝑆𝐹1 100 100

𝑁1𝐹 = 0,7. 𝑁2𝐹 = 0,7

𝑘𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧 𝑏𝑚2 𝑑𝑚2 2 . 𝑓𝑚2 . 𝑓2 . .( ) . 𝑛2 𝑆𝐹2 100 100

𝑁2𝐹 = 0,7. 

0,12 153 80 2 . 1,17.0,370. .( ) . 1000 = 24,97 𝐻𝑃 1,44 100 100

0,17 89,5 320 2 . 0,59.0,295. .( ) . 100 = 17,37 𝐻𝑃 1,01 100 100

Efisiensi roda gigi cacing berdasarkan kekuatan permukaan 𝜼 𝜂=

𝑁2𝐹 17,37 = = 0,70 → 70% 𝑁1𝐹 24,97

4.5 Memeriksa Kapasitas Ketahanan Temperatur (𝑵𝑻𝟏 𝑫𝑨𝑵 𝑵𝑻𝟐 ) 

Menghitung beda temperature antara casing dengan udara luar 𝒕𝒖 ,yaitu: 𝑡𝑢 = 𝑡𝑤 − 𝑡𝐿 𝑡𝑢 = 700 − 250 = 450



Menentukan nilai 𝒚𝑩 yaitu: 𝑦𝐵 ≈ 0,14 (untuk gear tanpa air vanes)



Menghitung nilai 𝒚𝑲 yaitu : 60

𝑦𝐾 = 1 + 0,14(100)1,55 = 1,01778 

asumsi 𝑛1 = 60 𝑟𝑝𝑚

Menghitung nilai 𝑭𝒌 dan 𝜶𝒌 yaitu:


𝐹𝑘 𝛼𝑘 ≈ 5,52 (

200 1,85 ) . 1,01778 = 19,551 100

𝐹𝑘 = 0,20(2)1,85 = 0,721 𝛼𝑘 = 

19,551 = 27,1165 0,721

Kapasitas pendinginan 𝑵𝒌 adalah sama dengan daya yang hilang 𝑵𝒗 (point C.3). Nilai 𝑵𝒌 untuk pendingnan di udara adalah (𝑵𝒌𝑳 )  Untuk beban konstan (untuk beban dinamis nilainya dirata-ratakan) 𝑁𝐾𝐿 = 450 𝑐. 0,721.

27,1165 = 1,392 632

 Untuk beban dengan durasi yang pendek (short time) selama ℎ𝐸 : 𝑁𝑉 ≤ 1.1,392 

Kapasitas ketahanan temperature untuk wheel 𝑵𝟐𝑻 dan worm 𝑵𝟏𝑻 dicari dengan membuat 𝑵𝑽 = 𝑵𝑲 dan mengambil persamaan di point C.3,yaitu: 𝑁2𝑇 =

1,392 1 100 (0,412 + ) . 1,24(2,31 + √ ) 0,412 20

= 2,487

𝑁1𝑇 = 𝑁2𝑇 + 𝑁𝐾 𝑁1𝑇 = 2,487 + 1,392 = 3,88 

Efisiensi worm gear berdasarkan ketahanan temperatur : 𝜂=

𝑁2𝑇 2,487 = = 0,641 ≈ 64,1% 𝑁1𝑇 3,88

4.6 Memeriksa Keamanan pada Patah Gigi 𝑺𝑩

SB 

C grenz C max

C max  𝑈2𝑚𝑎𝑥

 1 ; dengan Cgrenz didapat dari tabel 24/6 dan

U 2 max

2.300

𝐶𝑚𝑎𝑥 = 11.3,14.65,7 = 1,0135

mn b2 didapat dari table grafik 24/13

Sehingga didapat nilai keamanan terhadap patah gigi sebesar 𝑆𝐵 =

3 ≥1 1,0135 𝑆𝐵 = 2,96 ≥ 1


BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan Dari hasil perhitungan roda gigi di atas dapat disimpulkan 1. Estimasi dimensi utama pada worm : 

Modul m

: 11 mm



Diameter Minor

: 54 mm



Diameter Rata

: 80 mm



Diameter Kepala

: 102 mm



Diameter Luar

: 113 mm



Diameter Pitch

: 81 mm



Lebar Gigi

: 154 mm



Faktor Gigi

:7,27 mm



Pitch H

: 103,7 mm



Sudut kisar rata – rata

: 22,42 mm



Sudut kisar

: 22,17 mm



Modul normal

: 10,19 mm



Sudut heliks wheel

:67,83 mm

2. Material yang dipilih adalah Perunggu 3. Kapasitas ketahanan temperatur pada worm (𝑁𝑇 ) sebesar 3,88 dan ketahanan permukaan pada worm (𝑁1𝐹 )sebesar 24,97 HP, dan ketahanan permukaan pada wheel (𝑁2𝐹 ) sebesar 17,37 HP 4. Efisiensi roda gigi berdasarkan kekuatan permukaan sebesar 70 % dan efisiensi roda gigi berdasarkan ketahanan temperatur sebesar 64,1 % 5. Nilai keamanan terhadap patah gigi sebesar 𝑆𝐵 = 2,96 ≥ 1 (dikatagorikan aman)


5.2 Saran 1. Untuk perancangan sebuah roda gigi cacing sebaiknya dipilih jenis worm yang punya kapasitas ketahanan temperature 𝑁𝑇 dan ketahanan permukaan 𝑁𝐹 yang baik. 2. Untuk menghitung perancangan roda gigi sebaiknya di lakukan hati-hati dancermat sehingga dapat menghasilkan nilai keamanan yang tinggi atau sama dengan nilai standar keamanan yang di tentukan. 3. Pemilihan material roda gigi juga dapat di perhatikan dalam pengaplikasian apa roda gigi tersebut akan di pakai.


LAMPIRAN


GAMBAR TEKNIK RODA GIGI CACING



TABEL TABEL YANG DIGUNAKAN





PERENCANAAN DAN PERANCANGAN RODA GIGI CACING (WORM GEAR) dengan METODE NIEMANN

Recommend Documents