PERENCANAAN REM PITA PADA MOBIL DEREK DENGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM 2 TON

TUGAS AKHIR

PERENCANAAN REM PITA PADA MOBIL DEREK DENGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM 2 TON Disusun Untuk Memenuhi Persyaratan Dalam Meraih Gelar Sarjana Teknik Mesin Jenjang Pendidikan Strata satu (S1)

Disusun oleh : ALEXANDER HALIM 4130401-040

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2006

Lembar Pengesahan

i

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

LEMBAR PENGESAHAN

Judul tugas akhir :

PERENCANAAN REM PITA PADA MOBIL DEREK DENGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM 2 TON

Tugas akhir ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Jakarta, 1 April 2006 Pembimbing Tugas Akhir,

DR. H. Abdul Hamid, M. Eng

FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Lembar Pengesahan

ii

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

LEMBAR PENGESAHAN

Judul tugas akhir :

PERENCANAAN REM PITA PADA MOBIL DEREK DENGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM 2 TON

Tugas akhir ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Jakarta, 1 April 2006 Koordinator Tugas Akhir,

Ketua Jurusan Teknik Mesin,

Ir. R. Ariosuko Dh.

Ir. Rully Nutranta, M. Eng


Abstrak

vi

ABSTRAK

Perancangan rem pita pada mobil derek yang direncanakan penulis ini, menggunakan metode similarity (kesetaraan) dengan memodifikasi mesin pengangkat yang sudah ada yaitu beban angkat maksimum 5 ton dengan daya motor 22 kW atau 30 Hp. Perancangan rem pita ini diperuntukkan untuk mobil derek, dengan tenaga penggeraknya menggunakan motor listrik induksi, dengan beban angkat maksimum 2 ton. Pada perencanaan ini penulis membatasi ruang lingkup masalah dari perencanaan, yaitu: poros, pasak, analisa rem pita, pita baja, paku keling dan tuas yang digunakan. Dalam perencanaan ini penulis mengambil standar S.I. sebagai acuan dalam merencanakan komponen-komponen rem pita dengan menambahkan dengan data-data yang ada, dan didapat hasil-hasil sebagai berikut : •

Daya motor

: 11 kW atau 15 Hp

•

Diameter poros

: 75 mm

•

Dimensi pasak

: b × h × l = 10 × 8 × 50 mm

•

Tebal dan lebar rem : tp = 2 mm, bp = 36,08 mm

•

Diameter paku keling : 12 mm

•

Diameter paku

: dp = 12 mm

•

Dimensi tuas

: l × w × h = 500 × 36 × 18 mm


Daftar Isi

xi

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN 1 ··············································································· i LEMBAR PENGESAHAN 2 ··············································································· ii LEMBAR PERNYATAAN ·················································································· iii KATA PENGANTAR ·························································································· iv ABSTRAK ············································································································· vi NOMENKLATUR ······························································································· vii DAFTAR ISI ········································································································· xi DAFTAR TABEL ································································································ xiv DAFTAR GAMBAR ···························································································· xv BAB I. PENDAHULUAN ···················································································· 1 1.1 Latar Belakang Masalah ········································································· 1 1.2 Maksud dan Tujuan ················································································ 3 1.3 Pembatasan Masalah ·············································································· 3 1.4 Metode Penulisan ··················································································· 3 1.5 Sistematika Penulisan ············································································· 4 BAB II. TEORI DASAR PERENCANAAN ······················································· 6 2.1 Perencanaan Teknik Mesin ····································································· 6 2.2 Aspek-aspek Perencanaan Konstruksi ····················································· 6 2.3 Teori Dasar Rem ···················································································· 8 2.4 Pengertian dan Fungsi Rem ···································································· 11 2.5 Klasifikasi Rem ······················································································ 13 2.5.1 Rem Blok ······················································································· 13


Daftar Isi

xii

2.5.1.1 Rem Blok Tunggal ······························································ 13 2.5.1.2 Rem Blok Ganda ································································· 18 2.5.2 Rem Drum ····················································································· 19 2.5.3 Rem Cakram ·················································································· 26 2.5.4 Rem Pita ························································································ 27 2.5.4.1 Rem Pita Sederhana ··························································· 32 2.5.4.2 Rem Pita Lilitan Majemuk ················································· 34 2.5.4.3 Rem Pita Diferensial ·························································· 35 2.5.4.4 Rem Pita Kerja Aditif ························································ 36 2.5.4.5 Konstruksi Rem Pita ·························································· 37 2.5.4.6 Operasi Rem Pita dengan Roda Racet ································ 40 BAB III. PERENCANAAN REM PITA ····························································· 42 3.1 Perencanaan Rem Pita ············································································ 42 3.2 Perencanaan Poros Penggerak ································································ 49 3.3 Perencanaan Pasak ················································································· 51 3.4 Perencanaan Pita Baja ············································································ 54 3.5 Perencanaan Paku Keling ······································································· 55 3.6 Perencanaan Tuas ··················································································· 57 3.7 Perencanaan Peralatan Racet ·································································· 58 3.8 Diagram Aliran (Flow Chart) Untuk Merencanakan Rem Pita ··············· 63 3.9 Perhitungan Rem Pita Berdasarkan Diagram aliran (Flow Chart) ·········· 65 BAB IV. PERHITUNGAN KOMPONEN ·························································· 70 4.1 Spesifikasi Rem Pita ··············································································· 70 4.2 Perhitungan Komponen ·········································································· 72 4.2.1 Perencanaan dan Pemilihan Daya Motor ······································· 72


Daftar Isi

xiii

4.2.2 Perencanaan dan Perhitungan Poros ·············································· 73 4.2.3 Perencanaan dan Perhitungan Pasak ·············································· 75 4.2.4 Analisa dan Perhitungan Rem ························································ 76 4.2.5 Perencanaan dan Perhitungan Pita Baja ········································· 79 4.2.6 Perencanaan dan Perhitungan Paku Keling ····································· 81 4.2.7 Perencanaan dan Perhitungan Tuas ················································ 83 4.2.7 Perencanaan dan Perhitungan Peralatan Racet ······························· 86 4.2.8 Rekapitulasi Hasil Perhitungan dan Perencanaan (summary) ········ 87 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ······························································· 91 5.1 Kesimpulan ···························································································· 91 5.2 Saran ······································································································· 92 DAFTAR PUSTAKA ··························································································· 94 LAMPIRAN


Daftar Gambar

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Dasar Rem ············································································· 9 Gambar 2.2 Rem Blok Tunggal·············································································· 14 Gambar 2.3 Macam-macam Rem Blok Tunggal ···················································· 14 Gambar 2.4 Karakteristik gesekan yang tergantung pada bahan gesek ·················· 16 Gambar 2.5 Rem Blok Ganda ··············································································· 18 Gambar 2.6 Notasi untuk Rem Blok Ganda ·························································· 19 Gambar 2.7 Macam-macam Rem Drum ································································ 20 Gambar 2.8 Sepatu Berengsel dan Sepatu Mengambang ······································ 21 Gambar 2.9 Beban Depan dan Beban Belakang ···················································· 22 Gambar 2.10 Gaya Pedal ························································································ 23 Gambar 2.11 Faktor Efektivitas Rem Terhadap Koefisien Gesek Lapisan ············ 24 Gambar 2.12 Titik Kunci Sinkron ········································································· 25 Gambar 2.13 Rem Cakram ···················································································· 26 Gambar 2.14 Notasi Untuk Rem Cakram ······························································ 27 Gambar 2.15 Rem Pita Tunggal ············································································ 27 Gambar 2.16 Macam-macam Rem pita ································································· 28 Gambar 2.17 Gerakan Ujung Tuas ········································································ 29 Gambar 2.18 Diagram Rem Pita Sederhana ·························································· 33 Gambar 2.19 Pita Pada Rem Pita Lilitan Majemuk ··············································· 34 Gambar 2.20 Rem Pita Lilitan Majemuk ······························································· 35 Gambar 2.21 Rem Pita Aksi Diferensial ······························································· 36 Gambar 2.22 Rem Pita Aksi Aditif ······································································· 37


Daftar Gambar

xvi

Gambar 2.23 Ukuran Yang Disarankan Untuk Pemasangan Lapisan Rem ke Pita Rem ····················································································· 38 Gambar 2.24 Alat Pemasangan Pipa ····································································· 38 Gambar 2.25 Desain Rem Pita Untuk Peralatan Pengangkat ································· 39 Gambar 2.26 Rem Pita Langkah Pendek ······························································· 40 Gambar 2.27 Rem Pita Dengan Peralatan Racet ···················································· 41 Gambar 3.1 Macam - Macam Rem Pita ...................................................................42 Gambar 3.2 Gerakan Ujung Tuas ............................................................................43 Gambar 3.3 Distribusi gaya .....................................................................................45 Gambar 3.4 Pasak dan Alur Pasak ...........................................................................52 Gambar 3.5 Gaya Geser Pada Pasak .........................................................................52 Gambar 3.6 Peralatan Racet Dengan Gigi Luar........................................................59 Gambar 3.7 Diagram Untuk Mendesain Rem Racet ................................................62 Gambar 4.1 Rem Pita Berotasi berlawanan Arah Jarum Jam ..................................70 Gambar 4.2 Distribusi Gaya Pada Rem Pita ............................................................71 Gambar 4.3 Gerakan Ujung Tuas ............................................................................83


Daftar Tabel

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Gesek dan Tekanan Rem ······················································· 17 Tabel 2.2 Tebal dan Lebar Rem ············································································ 30 Tabel 2.3 Efisiensi Kelingan ·················································································· 32 Tabel 3.1 Tebal dan Lebar Rem ············································································ 48 Tabel 3.2 Pemilihan diameter poros ······································································ 50 Tabel 3.3 Ukuran pasak dan alur pasak ·································································· 53 Tabel 3.4 Efisiensi kelingan ·················································································· 57


Nomenklatur

vii

NOMENKLATUR NOTASI

KETERANGAN

SATUAN

a

percepatan benda bergerak

m/s2

A

luas bidang kontak pita terhadap rem

mm2

Aw

luas piston atau silinder roda

mm2

ALB

luas bidang lapisan belakang

mm2

ALD

luas bidang lapisan depan

mm2

b

jarak lengan dari titik putar tetap ketitik tempat pita diikat ke tuas rem

mm

bp

lebar pita

mm

br

panjang gigi lebar daerah tumpuan pengunci

mm

bx

lebar gigi

mm

bR

lebar rem

mm

B

lebar tuas

mm

dp

diameter paku

mm

ds

diameter poros

mm

dpr

diameter pengunci racet

mm

dp’

diameter lubang paku

mm

D

diameter drum pengangkat

mm

Dr

diameter roda racet

mm

e

bilangan dasar logaritma natural (2,718...)

-

f

gaya gesek , friksi

N

F

gaya pelayanan, gaya dorong

N


Nomenklatur

viii

Fe

tarikan efektif rem

N

FN

gaya normal

N

F1 , F2

gaya tarik pada kedua ujung pita

N

g

gaya gravitasi

m/s2

G

besar pemberat pada tuas rem

kg

h

tinggi titik berat

mm

i

perbandingan tranmisi tuas

-

K

gaya pada tuas rem

N

KLB

energi kinetis untuk roda belakang

N/mm.s

KLD

energi kinetis untuk roda depan

N/mm.s

l

panjang pasak

mm

lp

panjang pita

mm

L

jarak sumbu roda depan dan belakang

mm

m

massa benda

kg

mr

modul roda racet

mm

M

Momen maksimum yang terjadi pada tuas terhadap gaya F

Nmm

Mbr

momen gaya rem yang sebenarnya

-

nD

putaran drum pengangkat

rpm

N

gaya normal terhadap benda

N

p

tekanan permukaan izin

N/mm2

pr

tekanan satuan linier

N/mm

P

daya keliling

N

Pa

tekanan permukaan yang diijinkan pada bahan gesek


N/mm2

Nomenklatur

ix

Pm

tekanan rem rata-rata

N/mm²

Pr

Gaya keliling

N

Pmax

tekanan rem maksimum

N/mm²

Pmin

tekanan rem minimum

N/mm²

PE

daya efektif

kW

PM

daya motor

kW

Pw

tekanan minyak

N/mm2

Q

gaya tekan blok terhadap drum

N

r

jari-jari

mm

s

langkah tuas

mm

sf1

faktor pengaruh massa dan baja paduan

-

sf2

faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan

-

Son

tarikan pada ujung songsong pita

mm

Soff

tarikan pada ujung tinggal pita

mm

t

tebal pita

mm

te

waktu rem

s

tp

tebal pita

mm

t1

kedalaman alur pasak

mm

T

momen, torsi

N.mm

TR

momen rem

N.mm

υR

kecepatan keliling drum rem

m/s

W

beban angkat

kg

WB

beban roda belakang

kg

WD

beban roda depan

kg


Nomenklatur

x

z

jumlah gigi roda racet

-

z1 , z2

jumlah paku keling

-

Z

Modulus penampang (section modulus)

mm3

Δs

gerakan ujung tuas

mm

α

sudut

°

δ

kelonggaran

mm

ηoa

efisiensi mekanis, efisiensi over all

-

ηD

efisiensi drum

-

ηM

efisiensi motor listrik

-

ηp

efisiensi jumlah paku keling

-

ηR

efisiensi reducer / gearbox

-

ηS

efisiensi poros

-

θ

sudut kontak

°

μ

koefisien gesek antara 2 permukaan

-

σa

tegangan tarik yg diizinkan

N/mm²

σB

kekuatan tarik

N/mm²

τa

tegangan geser yg diizinkan

N/mm²

τk

tegangan geser yang terjadi pada poros

N/mm²

ψ

sudut kontak

°


Bab I Pendahuluan

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Makin meningkatnya pembangunan di Indonesia dalam era tinggal landas, khususnya disektor industri diperlukan pengetahuan yang lebih luas dibidang teknik, terlebih dalam bidang teknik permesinan yang telah mencakup spektra displin ilmu yang luas. Indonesia sangat membutuhkan tenaga-tenaga ahli dalam menguasai teknologi canggih. Karena itu pula pemerintah meningkatkan kualitas sumber daya manusia dengan mendirikan lembaga-lembaga pendidikan, penelitian, dan pengembangan teknologi untuk menghasilkan karya-karya teknologi yang inovatif, kreatif, dan edukatif Selama ini dalam memproduksi elemen-elemen mesin, khususnya elemenelemen mobil dalam perancangannya di Indonesia belum dilaksanakan secara integral. Perancangan total elemen mesin tersebut biasanya dikerjakan oleh tenaga ahli asing yang berkompeten. Namun kini pembuatan elemen mesin sudah dapat dilaksanakan di Indonesia

dengan

mengadopsi

teknologi

asing

dan

memodifikasi

dalam

pembuatannya. Sehubungan dengan hal tersebut diatas, maka penulis berusaha untuk membantu merancang dan merencanakan ulang rem pita pada mobil derek. Dalam perencanaan ini penulis mengharapkan hasil yang baik sesuai dengan prosedur perancangan yang standar. Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang disebelah dalamnya dilapisi dengan bahan gesek, drum rem dan tuas. Rem pita mempunyai beberapa FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Bab I Pendahuluan

2

keuntungan seperti luas permukaan lapisan dapat dibuat besar, pembuatan mudah, pemasangan tidak sukar, gaya rem besar dalam keadaan berhenti, dan lain-lain. Karena sukar dikendalikan, rem ini tidak cocok untuk putaran tinggi. Karena pita dapat putus, maka dalam perencanaan, perancangan dan pembuatannya diperlukan ketelitian dalam perhitungan kekuatan tarik dan tegangan geser pada tali atau pita pada rem tersebut sehingga aman dalam penggunaannya, apalagi digunakan pada mobil derek mampu mengangkat beban hingga 2 ton. Rem semacam ini dipandang tidak cocok untuk alat-alat pengangkut manusia. Rem pita banyak dipakai pada mesin derek dan mesin pengangkat seperti crane. Rem pada mesin derek atau mesin pengangkat dimaksudkan untuk menghentikan putaran drum penggulung kabel dan mencegah beban turun sendiri. Disini kekuatan tali atau pita pada rem sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik dan tegangan geser yang akan terjadi pada saat drum menggulung kabel atau tali pengangkat yang juga berpengaruh pada gaya pengereman. Untuk penggeraknya diambil motor standar dengan daya nominal dekat diatas daya angkat tersebut. Karena itu, sekalipun tidak ada gaya yang dikenakan, rem dapat bekerja sendiri menghentikan putaran. Juga dalam hal ini dimana rem dapat mengunci sendiri dan pengereman harus dilakukan dengan hati-hati.

1.2 Maksud dan Tujuan Beranjak dari latar belakang masalah yang dikemukakan diatas maka tujuan dari perhitungan kekuatan rem pita pada mobil derek dengan beban angkat maksimum 2 ton adalah untuk mendapatkan hasil analisa yang tepat dari perancangan perhitungan kekuatan dan tegangan serta ukuran-ukuran dari rem pita yang tepat untuk mesin pengangkat dengan beban tersebut.


Bab I Pendahuluan

3

1.3 Pembatasan Masalah Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis hanya menitik beratkan pada perhitungan dari komponen – komponen yang terpenting saja, agar perencanaan tetap terarah dan jelas dengan batasan – batasan yang diberikan, antara lain : 1. Perhitungan daya motor yang digunakan 2. Perencanaan dan perhitungan diameter poros 3. Perencanaan dan perhitungan dimensi pasak 4. Analisa kekuatan dan kapasitas rem 5. Perencanaan dan perhitungan dimensi tuas 6. Perencanaan dimensi pita baja 7. Perencanaan dimensi paku keling dan jumlah paku keling 8. Perencanaan peralatan racet

1.4 Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan skripsi ini ada dua metode, yaitu : a. Metode Penulisan 1. Penelitian Kepustakaan ( Library Research Method ) Metode ini digunakan penulis untuk mengumpulkan data – data sekunder, yaitu dengan cara membaca

buku – buku, brosur-brosur part list dan

mengambil inti sari yang berhubungan dengan tugas akhir . 2. Penelitian Lapangan ( Field Research Method ) Metode ini digunakan penulis untuk mengumpulkan data – data primer, yaitu dengan cara mengadakan pengamatan langsung pada kinerja dan kegunaan mesin tersebut .


Bab I Pendahuluan

4

3. Diskusi ( Brain Method ) Metode ini dipakai penulis untuk mengumpulkan data – data primer dan data – data sekunder dengan mengadakan diskusi dengan dosen pembimbing dan orang – orang yang memiliki wawasan tentang perencanaan tersebut. b. Metode Perhitungan Dengan mengacu pada data – data dari hasil perhitungan dan pengamatan langsung dilapangan sebagai dasar perhitungan yang tidak lepas dari pembatasan masalah.

1.5 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I

PENDAHULUAN Menguraikan latar belakang perancangan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, metode perencanaan dan sistematika penulisan.

BAB II

TEORI DASAR PERENCANAAN Berisi teori metode perancangan sistematis yang membahas tahap – tahap dalam metode perancangan rem pita secara sistematis.

BAB III PERENCANAAN REM PITA Pada bab ini akan dibahas tentang kaidah proses perencanaan komponen., seperti daya motor, perencanaan komponen rem, perencanaan diameter poros, dimensi pasak, desain pita baja, perencanaan tuas, perencanaan diameter dan jumlah paku keling dan perencanaan racet.


Bab I Pendahuluan BAB IV

5

PERHITUNGAN KOMPONEN Berisi tentang pengolahan data yaitu berupa perhitungan dari ukuran komponen-komponen yang didapatkan dari data di lapangan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Bab penutup atau bab terakhir dari keseluruhan bab yang terdapat pada tugas akhir ini, berisikan kesimpulan dan saran dari perhitungan rem pita.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


Bab II Teori Dasar Perencanaan

6

BAB II TEORI DASAR PERENCANAAN

2.1 Perencanaan Teknik Mesin Perencanaan mesin, berarti perencanan dari sistem dan segala yang berkaitan dengan sifat mesin-mesin, produk, struktur, alat-alat, dan instrumen. Pada umumnya, perencanaan mesin mempergunakan matematika, ilmu bahan, elemen mesin dan ilmu mekanika teknik Perencanaan teknik mesin, mencakup semua perencanaan mesin, tetapi dalam pelejaran yang lebih luas, karena termasuk di dalamnya seluruh disiplin teknik mesin, seperti ilmu fluida panas. Disamping ilmu-ilmu dasar yang diperlukan, pelajaranpelajaran dasar dalam perencanaan teknik mesin adalah perencanaan mesin dan pendekatan yang dipakai.

2.2 Aspek – aspek Perencanaan konstruksi Dalam perencanaan suatu konstruksi haruslah memperhatikan aspek-aspek, sebagai berikut : 1. Fungsi dan kelayakan Umumnya seorang desainer merencanakan sebuah komponen sedemikian sehingga memenuhi sebuah fungsi. Langkah berikutnya baru diperhatikan segi ekonomis, yakni bagaimana membuat komponen tersebut dengan biaya yang paling murah. Kelayakan sebuah desain dapat dinilai dari konstruksi yang lebih murah biayanya tapi disertai fungsi yang lebih unggul (daya dan daya



7

angkat yang lebih besar, umur, hemat bahan baker dan mudah perawatannya). Yang paling menentukan adalah hasil akhir yang akan menambah mutu dari konstruksi tersebut. 2. Pemilihan material / bahan Pemilihan bahan-bahan yang dipakai dalam perencanaan konstruksi adalah bahan-bahan umum yang muda didapat dipasaran seperti baja karbon diprioritaskan dalam pemakaiannya. Bahan-bahan khusus seperti baja paduan, logam NE (non metal) hanya digunakan bila membawa laba yang pasti. Bila kekerasan logam bertambah, biaya produksi ikut naik. Keuntungannya: kehalusan permukaan bertambah, ketahanan terhadap keausan dan terhadap penggilingan juga bertambah. 3. Ekonomi Pertimbangan atas biaya, memainkan peranan yang penting dalam proses pengambilan keputusan dalam perencanaan suatu konstruksi. Segala sesuatu yang berkaitan dengan biaya, tak ada yang mutlak. Biaya bahan dan buruh, biasanya menunjukkan kenaikan, dari tahun ke tahun. Tetapi, biaya pengerjaan bahan tersebut dapat diperkirakan untuk cenderung turun pada penggunaan mesin-mesin perkakas yang otomatis. Biaya pembuatan suatu produk, akan berbeda-beda, dari satu kota ke kota lainnya, dan dari satu pabrik ke pabrik lainnya, Karena adanya perbedaan pada biaya tak langsung, biaya buruh, dan biaya angkutan, dan karena adanya variasi pembuatan yang sedikit berbeda. 4. Faktor keselamatan (Factor of safety) Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu bagian mesin kekuatan (strength) adalah suatu sifat (property) dari



8

satuan bahan atau elemen mesin. Kekuatan suatu elemen tergantung dari pemilihan, perlakuan, dan pengerjaan yang dilakukan terhadap bahan tersebut. Dalam perencanaan suatu konstruksi harus memperhatikan faktor keselamatan pada saat proses pembuatan konstruksi dan juga sangat dianjurkan untuk memberikan tanda-tanda ataupun peringatan yang ditempelkan untuk pemakaian suatu mesin. Suatu konstruksi layaknya dipasang pengaman-pengaman khusus, misalnya : membuat tutup atau pelat pengaman untuk roda gigi, rantai, gerinda, pelindung tangan untuk mesin pelubang, isolasi untuk aliran listrik, pelindung mata untuk pekerjaan semprot, dan sebagainya. 5. Perawatan (maintenance) Dalam proses perencanaan konstruksi, dianjurkan untuk menyusun jadwal perawatan seperti pelumasan sebuah mesin bila tidak ada pusat pelumasan sentral atau sistem pelumasan kekal. Perawatan bagian-bagian yang sering menimbulkan masalah adalah bagian yang mudah aus, penyekat dan nipel gemuk. Permukaan mesin yang mulus akan menurangi tingkat kecelakaan. Untuk memudahkan perawatan dianjurkan untuk mendesain ukuran baut yang tidak terlalu berlainan ukurannya. Ini akan memudahkan waktu perawatan dimana tidak diperlukan semua ukuran kunci pas.

2.3 Teori Dasar Rem Mesin menghasilkan energi kinetik yang berupa gerak, sedangkan rem berfungsi memperlambat atau menghentikan gerak, rem dapat bekerja dengan jalan menekan kanvas rem (pad brake) terhadap poros putaran. Mesin dapat juga didefinisikan sebagai merubah tenaga panas menjadi tenaga dinamika.



9

Poros berputar bersama-sama dengan roda, sehingga menimbulkan gesekan. Tenaga dinamika kendaraan kemudian akan diredam oleh gesekan dan dirubah menjadi tenaga panas yang meyebabkan kendaraan berhenti. Gesekan yang diakibatkan oleh kanvas rem dengan poros mengakibatkan terjadi perlambatan. Terjadi perlambatan atau pengurangan kecepatan. Secara sederhana prinsip kerja dari rem dapat ditunjukkan pada gambar dibawah ini. N v

F

f

μ W Gbr 2.1 Prinsip dasar rem Keterangan : N : gaya normal W : gaya berat (W = m.g) F : gaya dorong f

: friksi Benda ditarik oleh gaya F ke kanan dan mengakibatkan timbulnya koefisien

gaya gesekan (kinetik). Timbulnya gaya gesekan f ke kiri yang timbul akibat gesekan antara benda dengan lantai, dengan demikian gaya-gaya yang menggerakkan benda yaitu (F - f). Besarnya gaya gesekan, f adalah : f = μ . F. N FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

(2.1)


10

dengan :

μ : koefisien gesek antara dua permukaan N : gaya normal terhadap benda Berdasarkan hukum Newton II, maka : F = m .a

(2.2)

Dimana : F : gaya yang bekerja pada benda (N) m : massa benda (kg) a

f: percepatan benda bergerak (m/s2)

Akibat gaya gesek f, maka percepatan benda akan berkurang menjadi :

a=

F− f m

(2.3)

Pada saat pengereman mesin tidak bekerja, karena itu tidak ada gaya yang bekerja pada kendaraan, atau F = 0, sehingga : −a=

F− f m

Dimana a adalah perlambatan oleh karena itu bertanda negatif. Perlambatan inilah yang mengakibatkan kecepatan berkurang dan akibatnya kendaraan berhenti. Kecepatan adalah besaran vektor (besaran yang mempunyai arah), bila benda memerlukan waktu (t) untuk menempuh jarak (d), benda mengalami perpindahan (s), terlihat pada gambar 2.1.

v= Δt =

s (m/s2) t Δv ..................... 2 t

Δv = vt – vo ............... 3


(2.4)


11

Dari persamaan 2 dan 3 maka kecepatan terakhir adalah :

Vt = vo – a.t (m/s2)

(2.5)

Sedangkan arah vektor perpindahan adalah (s) bertanda positif jika arahnya positif, dan negatif jika arahnya negatif, maka perpindahan perwaktu (st) ditulis dengan persamaan gerak berikut ini :

v = vt + vo/2

(2.6)

a = vt – vo/t

(2.7)

v2t = v2o + 2ax

(2.8)

st = vo.t + ⏐ at2 (m)

(2.9)

2.4 Pengertian dan Fungsi Rem Rem adalah alat yang digunakan untuk memperlambat atau menghentikan gerakan atau putaran mesin. Ketika melakukan pengereman daya kinetik bagian yang bergerak harus dikurangi. Selama mengatur kecepatan (pengaturan rem dimana rem selalu slip) kerja gesek rem diubah menjadi kalor. Oleh karena itu dalam banyak hal, rem tidak bertindak sebagai rem penyetop, dalam hal ini instalasi dihentikan hanya gaya rem, melainkan mempunyai tugas untuk mempertahankan pesawat terutama dalam suatu kedudukan tertentu (rem penahan). Dalam hal ini sebagian dari energi yang diperlukan untuk menghabiskan kecepatan sering diperoleh dari momen penahan meter, yang pada motor listrik dicapai dengan bantuan istimewa (hubungan rem, arus balik). Efek pengereman secara mekanik diperoleh dengan gesekan, arus searah yang dibalik, dan sebagainya. Rem gesek merupakan bagian dari kopling tidak tetap, dimana proses yang satu berputar sedang yang lainnya diam. Pada saat rem bekerja poros yang bekerja akan berkurang putarannya (kecepatannya) dan akhirnya akan



12

berhenti. Akibat yang ditimbulkan dari kanvas rem atau tromolnya maka akan menimbulkan panas yang tersebar diseluruh permukaan gesek dan seterusnya dipancarkan kesekitarnya. Panas yang berlebihan pada permukaan gesek harus dihindari atau diredam dengan membuat ventilasi udara yang baik. Fungsi utama rem adalah menghentikan putaran poros, mengatur putaran poros dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki, seperti. Efek pengereman secara mekanis diperoleh dengan gesekan, dan secara listrik dengan serbuk magnet, arus pusar, fasa yang dibalik, arus searah yang dibalik atau penukaran kutub, dll. Tujuan dipasang rem pada kendaraan untuk menuruti kemauan si pengemudi dalam mengurangi kecepatan, berhenti atau memarkir kendaran pada jalan yang mendaki, dengan kata lain melakukan kontrol terhadap kecepatan kendaraan untuk menghindari kecepatan dan merupakan alat pengaman yang berguna untuk menghentikan kendaraan secara berkala. Oleh karena itu baik atau tidaknya kemampuan rem secara langsung menjadi persoaalan yang sangat penting bagi pengemudi diwaktu mengendarai kendaraan. Jadi fungsi harus mengatasi kecepatan kendaraan yang meningkat. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut diatas maka rem dipasangkan pada keempat rodanya. Adapun rem yang digunakan untuk kendaraan harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut: •

Dapat bekerja dengan baik dan cepat

•

Bila muatan pada roda-roda sama besar, maka gaya pengereman harus sama besarnya

•

Dapat dipercaya dan mempunyai daya tekan yang cukup.

2.5 Klasifikasi Rem



13

Secara umum ada beberapa rem gesek yang dapat di klasifikasikan lebih lanjut atas : 1. Rem blok 2. Rem drum 3. Rem cakram 4. Rem pita Dan beberapa macam lain yang kurang penting.

2.5.1 Rem Blok Rem blok terdiri dari sebuah blok yang ditekan pada poros yang berputar, gesekan antara blok dengan poros menimbulkan gaya tangensial yang akan memperlambat putaran. Blok ditekan pada poros oleh gaya yang diberikan pada tuas. Ada dua jenis rem blok, yaitu rem blok tunggal dan rem blok ganda. Pada rem blok tunggal biasanya satu blok ditekan terhadap rem ditekan terhadap drum. Hal ini dapat menimbulkan momen pada poros roda untuk menghilangkan maka digunakan dua blok rem, rem ini disebut blok ganda, rem ini masih digunakan pada kereta api.

2.5.1.1 Rem Blok Tunggal Rem blok macam yang paling sederhana terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.1 dibawah ini. Biasanya pada blok rem tersebut terdapat permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus.



14

Gbr. 2.2 Rem blok tunggal (Ref.7) Dalam Gambar 2.2, jika gaya tekan blok terhadap drum adalah Q (N), koefisien gesek adalah μ, dan gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah adalah

f (N).

Gbr. 2.3 Macam - macam rem blok tunggal (Ref.7)

Dalam hal pelayanan manual, besarnya gaya F kurang lebih 150 N sampai dengan 200 N. Gaya tekan pada rem blok dapat diperbesar dengan memperpanjang tali rem (l) . Suatu hal yang kurang menguntungkan pada rem blok tunggal adalah gaya tekan yang bekerja dalam satu arah saja pada drum, sehingga pada poros timbul momen lentur serta gaya tambahan pada bantalan yang tidak dikehendaki.



15

Demikian pula, untuk pelayanan manual jika diperlukan gaya pengereman yang besar, tuas perlu dibuat sangat panjang sehingga kurang ringkas. Karena alasanalasan inilah maka rem blok tunggal tidak banyak dipakai pada mesin-mesin yang memerlukan momen pengereman yang besar. Dalam perencanaan rem, persyaratan terpenting yang harus dipenuhi adalah besarnya momen pengereman yang harus sesuai dengan yang diperlukan. Disamping itu, besarnya energi yang dirubah menjadi panas harus pula diperhatikan, terutama dalam hubungan dengan bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak bahan lapisan rem, tetapi juga akan menurunkan koefisien gesekannya. Harga batas yang tepat dari μ . p mν tergantung pada macam dan konstruksi rem serta bahan lapisannya. Namun demikian, pada umumnya kondisi kerja juga mempunyai pengaruh seperti berikut : •

1 [N.m/(mm2.s)] atau kurang, untuk pemakaian jarang dengan pendinginan radiasi biasa

•

0,6 [N.m/(mm2.s)] atau kurang, untuk pemakaian terus – menerus

•

3 [N.m/(mm2.s)] atau kurang, jika radiasi panas sangat baik.

Drum rem biasanya dibuat dari besi cor atau baja cor. Blok rem merupakan bagian yang penting. Dahulu biasanya dipakai besi cor, baja liat, perunggu, kuningan, tenunan asbes, pasta asbes, serat, kulit, dan lain-lain, untuk bahan gesek, tetapi akhirakhir ini banyak dikembangkan bahan gesek dari damar, serbuk logam dan keramik. Bahan yang menggunakan tenunan atau tenunan istimewa terdiri dari tenunan asbes sebagai kerangka, dengan plastik cair atau minyak kering yang diserapkan sebagai perekat dan dikeraskan dengan cetak panas atau perlakuan panas.



16

Damar cetak dan setengah logam umumnya hanya berbeda dalam hal kadar serbuk logamnya. Keduanya dibuat dengan mencampurkan serat pendek dari asbes, plastik serbuk dan bahan tambahan berbentuk serbuk, kemudian dibentuk. Cara ini mempunyai keuntungan karena susunannya dapat dirubah sesuai dengan keperluan. Bahan gesek logam, logam – keramik dan keramik tidak mengandung asbes sama sekali. Cara membuatnya adalah dengan mengepres dan membentuk satu macam atau lebih serbuk logam atau serbuk keramik dan mengeraskannya pada temperatur dibawah titik cair bahan yang bersangkutan. Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan dan dapat mengerem dengan halus. Di samping itu juga harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan kecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaran. Karakteristik gesekan dari beberapa macam bahan gesek dapat diperlihatkan dalam Gambar 2.3 dibawah ini :

Gbr. 2.4 Karakteristik gesekan yang tergantung pada bahan gesek (Ref.7)



17

Daerah tekanan yang diizinkan untuk bahan – bahan yang bersangkutan diperlihatkan dalam Tabel 2.1. Sudut kontak α dapat diambil antara 50° sampai dengan 70°. Tabel 2.1 Koefisien gesek dan tekanan rem (Ref.7) Bahan drum

Tekanan permukaan

Perunggu kayu

Koefisien gesek µ 0,10 - 0,20 0,08 - 0,12 0,10 - 0,20 0,10 - 0,35

0,9 – 1,7 0,5 - 0,8 0,2 - 0,3

Kering Dilumasi Kering - dilumasi Dilumasi

Tenunan

0,35 - 0,60

0,07 - 0,7

kapas, asbes

Bahan gesek Besi cor

Besi cor, Baja cor, Besi cor khusus

Pa (N/mm² )

Keterangan

Cetakan Damar, asbes, (pasta) 0,30 - 0,60 0,03 – 1,8 setengah logam Paduan sinter 0,20 - 0,50 0,03 - 1,0 Logam Catatan : Jika kecepatan slip dan gaya tekan bertambah, maka µ berkurang

Pada rem dengan sudut α besar, tekanan sebuah blok pada permukaan drum tak dapat terbagi secara merata. Namun demikian harga p dapat diambil sebagai harga rata-rata untuk sementara. Dari tekanan kontak rencana yang diberikan dapat ditentukan dari ukuran rem dan kemudian dihitung tekanan kontak yang sesungguhnya. Jika gaya tekan blok terhadap drum adalah Q (N), koefisien gesek adalah μ, dan gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah adalah f (N). Dalam hal pelayanan manual, besarnya gaya F kurang lebih 150 sampai dengan 200 N. Gaya tekan pada rem blok dapat diperbesar dengan memperpanjang tali rem (l) . Suatu hal yang kurang menguntungkan pada rem blok tunggal adalah gaya tekan yang bekerja dalam satu arah saja pada drum, sehingga pada poros timbul momen lentur.

2.5.1.2 Rem Blok Ganda FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Bab II Teori Dasar Perencanaan Telah

disinggung

diatas

bahwa

18 rem

blok

tunggal

agak

kurang

menguntungkan karena drum mendapat gaya tekan hanya dalam satu arah sehingga menimbulkan momen lentur yang besar pada poros serta gaya tambahan pada bantalan. Kekurangan tersebut dapat diatasi jika dipakai dua blok rem yang menekan drum dari dua arah yang berlawanan, baik dari sebelah dalam atau dari sebelah luar drum. Rem semacam ini disebut rem blok ganda (Gambar 2.4). Rem dengan blok yang menekan dari luar dipergunakan untuk mesin-mesin industri dan kereta rel yang pada umumnya digerakkan secara pneumatik, sedangkan yang menekan dari dalam dipakai pada kendaraan jalan raya yang digerakkan secara hidrolik.

Gbr. 2.5 Rem blok ganda (Ref.7)

Dalam pembahasan berikut ini hanya akan di tinjau rem blok ganda yang menekan dari luar, sedang yang menekan dari dalam akan dibahas pada bahasan 2.4 (rem drum). Mengenai tabel-tabel dan rumus-rumus, di sini dapat dipakai tabel dan rumus dari rem blok tunggal.



19

Karena dipakai dua buah blok rem, maka momen T yang diserap oleh rem dapat dinyatakan dengan rumus dengan catatan bahwa besarnya gaya rem dari kedua blok harus sama atau hampir sama.

Gbr. 2.6 Notasi untuk rem blok ganda (Ref.7) Pada Gambar diatas, tuas A ditumpu oleh piston B dari silinder pneumatik. Jika udara ditekan di B dibuang ke atmosfir, A akan jatuh karena pemberat F. Dengan demikian B akan tertarik ke bawah dan memutar tuas C (disebut engkol bel). Gerakan ini akan menarik D dan E ke kanan, dan mendorong E ke kiri. Di sini dianggap bahwa gaya Q yang dikenakan dari drum pada E adalah sama dengan Q’ dan E’ . Q dapat di hitung dengan perbandingan tuas. Perhitungan kapasitas rem dan blok rem adalah sama seperti pada blok rem tunggal. Karena sederhananya perhitungan ini, maka disini tidak akan dibuat diagram aliran.

2.5.2 Rem Drum Rem untuk otomobil umumnya berbentuk rem drum (macam ekspansi) dan rem cakram (disc). Rem drum mempunyai ciri lapisan rem yang terlindung, dapat



20

menghasilkan gaya rem yang besar untuk ukuran rem yang kecil, dan umur lapisan rem cukup panjang. Suatu kelemahan rem ini adalah pemancaran panasnya buruk. Blok rem dari rem ini disebut sepatu rem karena bentuknya yang mirip sepatu. Gaya rem tergantung pada letak engsel sepatu rem dan silinder hidrolik serta arah putaran roda. Biasanya macam yang diperlihatkan dalam Gambar 2.6 (a) dibawah ini adalah yang terbanyak dipakai, yaitu yang memakai sepatu depan dan belakang. Pada rem semacam ini, meskipun roda berputar dalam arah yang berlawanan, gaya rem tetap besarnya. Rem dalam Gambar 2.6 (b) memakai dua sepatu depan, dimana gaya rem dalam satu arah putaran jauh lebih besar dari pada dalam arah yang berlawanan. Juga terdapat macam yang diperlihatkan pada Gambar 2.6 (c), yang disebut duo-servo.

Gbr. 2.7 Macam – macam rem drum (Ref.7) Dalam hal sepatu rem seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.7 (a), disebut sepatu berengsel dan sepatu yang menggelinding pada suatu permukaan seperti dalam Gambar 2.7 (b), disebut sepatu mengambang. Macam yang terdahulu memerlukan ketelitian yang lebih tinggi dalam pembuatannya.



21

Gbr. 2.8 Sepatu berengsel dan sepatu mengambang (Ref.7) Untuk merencanakan rem drum, pada umumnya perhitungan yang sederhana dapat diberikan dalam contoh soal dan dapat di ikuti untuk memperoleh ukuran bagian – bagian yang bersangkutan serta gaya untuk menekan sepatu. Menurut perhitungan dari pabrik, gaya rem total adalah 10300 N pada diameter luar roda, untuk mobil yang sama. Harga ini hampir sama dengan 6470 N × 4 × 228/562 = 10500 N. Meskipun demikian, gaya untuk menekan sepatu satu roda belakang adalah 1490 N, yang ternyata sangat berbeda dengan 3320 N yang didasarkan pada perhitungan diatas. Jadi cara mempelajari perhitungan biasa adalah sangat perlu untuk ketelitian dalam melakukan perencanaan. Misalkan beban roda depan dalam keadaan jalan biasa WD (kg) , beban roda belakang WB (kg), jarak sumbu roda depan dan belakang L (mm) dan tinggi titik berat

h (mm) seperti yang terlihat pada Gambar 2.8.



22

Gbr. 2.9 Beban depan dan beban belakang (Ref.7) Jika pengereman dilakukan dalam kedaan darurat, gaya inersia sebesar W

(α’/g) akan timbul pada titik berat.dengan permukaan jalanan diambil sebagai engsel, maka menyebabkan pertambahan gaya reaksi yang timbul pada roda depan. Dalam keadaan darurat, pengereman dilakukan dengan perlambatan sebesar

α' = eg (m/s2)

(2.10)

dimana e = 0,5 – 0,8 dan g = 9,8 m/s2 . Jika tekanan minyak adalah Pw (N/mm2), gaya tekan AW . Pw dan AWB . Pw (N) akan dikenakan pada masing-masing roda depan dan roda belakang. Harga yang diperoleh dengan membagi momen rem T (N.mm) dengan hasil perkalian antara gaya tekan P (N) yang dikehendaki pada ujung-ujung sepatu dan jari-jari drum (mm) disebut faktor efektifitas rem. Tekanan minyak didalam silinder diperbesar atau diperkecil oleh gaya injakan pada pedal rem yang menggerakkan piston silinder master rem, baik secara langsung atau dengan penguat gaya. Pada pengereman dalam keadaan darurat, untuk mencegah kenaikan gaya rem yang terlalu melonjak, maka kenaikan tekanan minyak yang ditimbulkan oleh injakan pedal rem dengan gaya lebih dari 150 – 220 N. Gambar 2.9 menunjukkan suatu contoh pelunakan dari gaya tersebut. Dalam hal demikian, perbandingan gaya rem tetap sama. Namun demikian pada konstruksi FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


23

baru, untuk menjaga agar pada waktu pengereman tidak terjadi slip antara telapak ban dan permukaan jalanan, maka pengurangan kenaikan tekanan minyak diatas gaya pedal tertentu seperti dikemukakan diatas hanya dilakukan pada roda belakang saja, sehingga dalam hal ini, perbandingan gaya rem sedikit berubah.

Gbr. 2.10 Gaya pedal (Ref.7) Faktor efektivitas rem tergantung pada macam dan ukuran rem. Koefisien gesek juga merupakan salah satu faktor penting, dimana hubungannya dengan (FER) diperlihatkan pada Gambar 2.10. Harga ini adalah harga kasar, dan untuk memperoleh harga yang teliti harus dihitung dari ukuran yang sesuangguhnya dengan rumus atau diagram.



24

Gbr. 2.11 Faktor efektivitas rem terhadap koefisien gesek lapisan (Ref.7) Jika waktu rem adalah :

te =ν

α (s)

(2.11)

luas bidang lapisan adalah ALD dan ALB (mm2), besarnya kapasitas energi dari lapisan (yaitu energi kinetis per satuan luas lapisan dan satuan waktu, yang berkaitan dengan

μ pv seperti diuraikan di muka) KLD dan KLB (N/mm.s) masing-masing untuk roda depan dan belakang dapat dinyatakan dengan rumus berikut :

KLD =

E k ( BD) D 2 ALD .t e

(2.12)

KLB =

E k ( BD) B 2 ALB .t e

(2.13)

Pada Gambar 2.11 menunjukkan grafik titik kunci sinkron, dimana berat kotor mobil : 1225 kg, beban depan : 640 kg, beban belakang : 585 kg, dan perbandingan h/L : 0,22. FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


25

Gbr. 2.12 Titik kunci sinkron (Ref.7) Harga-harga KLD dan KLB diusahakan dapat ditekan sampai sebesar 0,18 (N/mm.s) atau kurang untuk rem drum, dan untuk rem cakram yang sangat baik radiasinya sampai 0,65 (N/mm.s) atau kurang. Perhitungan disini didasarkan pada kecepatan kendaraan sebagai berikut : Mobil penumpang

100 km/h = 27,8 m/s

Truk kecil

80 km/h = 22,8 m/s

Truk besar

60 km/h = 16,7 m/s

dengan perlambatan sebesar 0,6 g. Di samping perhitungan untuk hal-hal diatas sebenarnya masih ada perhitungan koefisien gesekan antara roda dan permukaan jalanan pada batas slip, dan lain sebagainya. Namun perhitungan-perhitungan tersebut tidak akan dilakukan disini. Adapun tata cara perencanaan rem macam ini akan disusun bersama-sama dengan rem cakram.



26

2.5.3 Rem Cakram Rem cakram terdiri atas sebuah cakram dari baja yang dijepit oleh lapisan rem dari kedua sisinya pada waktu pengereman, lihat Gambar 2.13 di bawah ini. Rem ini mempunyai sifat-sifat yang baik seperti mudah dikendalikan, pengereman yang stabil, radiasi panas yang baik, dan lain sebagainya. Adapun kelemahannya umur lapisan yang pendek, serta ukuran silinder rem yang besar pada roda.

Gbr. 2.13 Rem cakram (Ref.7) Jika lambang-lambang seperti diperlihatkan pada Gambar 2.13 dibawah ini dipakai, maka momen rem T1 (N.mm) dari satu sisi cakram adalah :

T1 = μ F K1 Rm

(2.14)

dimana μ adalah koefisien gesek lapisan, F (N) adalah hasil perkalian antara luas piston atau silinder roda Aw (mm2) dan tekanan minyak Pw (N/mm2) . Perhitungan ini dilakukan untuk membuat keausan lapisan yang seragam baik didekat poros maupun diluar poros, dengan jalan mengusahakan tekanan kontak yang merata. Dalam hal otomobil, karena satu gandar mempunyai dua roda dengan jari-jari

R, maka gaya rem pada diameter luar roda adalah 2 FER. FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


27

Gbr. 2.14 Notasi untuk rem cakram (Ref.7) Faktor efektivitas rem diberikan seperti pada Gambar 2.10. Dibandingkan dengan macam rem yang lain, rem cakram mempunyai harga FER terendah karena pemancaran panas yang sangat baik, sehingga banyak dipakai.

2.5.4 Rem Pita Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang disebelah dalamnya dilapisi dengan bahan gesek, drum rem dan tuas, seperti pada Gambar 2.15 di bawah ini.

Gbr. 2.15 Rem pita tunggal (Ref.7)



28

Gaya rem akan timbul bila pita diikatkan pada drum dengan gaya tarik pada kedua ujung pita tersebut. Jika gaya tarik pada kedua ujung pita adalah F1 dan F2 (N), maka besarnya gaya gesek adalah sama dengan (F1 – F2). Pada Gambar 2.15 dibawah ini ditunjukkan macam-macam rem pita, antara lain : (a) Jenis diferensial (b) Untuk putaran dalam satu arah (c) Untuk putaran dalam dua arah

Gbr. 2.16 Macam-macam rem pita (Ref.7)

Dalam hal rem tunggal seperti pada Gambar 2.16 di bawah ini, besarnya gaya yang dikenakan pada ujung tuas adalah :

( a) F

F= b

(2.15)

2

Jika celah antara drum rem dan lapisan rem adalah δ (mm), maka ujung F2 harus membuat langkah sebesar : ( DR

2

+ δ) θ - D R

2


.θ = δ θ

(2.16)


29

untuk dapat mengikatkan pita pada drum. Untuk membuat langkah ini, ujung tuas harus digerakkan sebesar :

Δs = δ . θ .(a/b)

(2.17)

Gbr. 2.17 Gerakan ujung tuas (Ref.7) Rem pita mempunyai beberapa keuntungan seperti luas permukaan lapisan dapat dibuat besar, pembuatan mudah, pemasangan tidak sukar, gaya rem besar dalam keadaan berhenti, dan lain-lain. Karena sukar dikendalikan, rem ini tidak cocok untuk putaran tinggi. Karena pita dapat putus, maka dalam perencanaan, perancangan dan pembuatannya diperlukan ketelitian dalam perhitungan kekuatan tarik dan tegangan geser pada tali atau pita pada rem tersebut sehingga aman dalam penggunaannya, apalagi digunakan dalam mesin derek yang mampu menarik beban. Rem semacam ini dipandang tidak cocok untuk alat-alat pengangkut manusia. Rem pita banyak dipakai pada mesin derek. Untuk derek, standar gaya rem tersebut mencakup : •

Kapasitas rem tidak boleh kurang dari 150 % kapasitas angkat.

•

Untuk rem dengan pedal kaki, langkah tuas tidak lebih dari 300 mm.

•

Untuk rem tangan, langkah tuas tidak lebih dari 600 mm.



30

Rem sebuah derek atau mesin pengangkat dimaksudkan untuk menghentikan putaran drum penggulung kabel dan mencegah beban turun sendiri. Disini kekuatan tali atau pita pada rem sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik dan tegangan geser yang akan terjadi pada saat drum menggulung kabel atau tali pengangkat yang juga berpengaruh pada gaya pengereman. Untuk penggeraknya diambil motor standar dengan daya nominal dekat diatas daya angkat tersebut. Karena itu, sekalipun tidak ada gaya yang dikenakan, rem dapat bekerja sendiri menghentikan putaran. Juga dalam hal ini dimana rem dapat mengunci sendiri dan pengereman harus dilakukan dengan hati-hati. Jika beban angkat derek adalah W (kg), putaran drum nD (rpm), diameter drum D (m), efisiensi mekanis η (besarnya kurang lebih antara 0,75 sampai 0,85) dan diameter drum yang dikoreksi (terhadap jumlah lapis lilitan kabel pada drum) . Lebar rem untuk derek kecil diperlihatkan pada Tabel 2.2 dibawah ini. Untuk drum rem dengan diameter yang lebih besar terdapat lebar rem sampai 150 mm, atau pita dapat dililitkan dua kali.

Tabel 2.2 Tebal dan lebar rem (ref. 7) Diameter drum D (mm) 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750


Lebar drum B (mm) 50 60 70 80 100 120 130 140 150 160 170

Lebar rem b Tebal rem t (mm) (mm) 40 2 50 3 60 3 70 4 80 4 100 5 110 5 120 6 130 6 140 7 150 7


31

Dengan memilih lebar rem dapat dihitung tekanan rem maksimum Pmax (N/mm2), tekanan rem minimum Pmin (N/mm2), dan tekanan rem rata-rata Pm (N/mm2). Harga Pmax harus terletak dalam daerah tekanan rem menurut Tabel 2.2 diatas dan jika ternyata terlalu besar, maka lebar rem bR dapat diperbesar. Kapasitas rem dihitung dan memeriksa harga ini lebih rendah dari pada harga batas yang diberikan didalam bagian rem blok tunggal. Selanjutnya langkah dan panjang tuas dihitung dan memeriksa hasilnya sesuai dengan ketentuan yang diberikan. Jika

hasil-hasil

diatas

dipandang

cukup

memuaskan,

selanjutnya

merencanakan pita dan kelingan. Dengan memilih Bahan-bahan dan masing-masing kekuatan tariknya dan menentukan faktor keamanan, ambillah dasar 75 % dari batas kelelahan atau batas mulur untuk tegangan tarik. Besarnya faktor keamanan adalah : 1 / (0,45 × 0,75) ≈ 3 dan 1 / (0,45 × 0,4) ≈ 5,6

(2.18)

Faktor keamanan akhir dengan mengalikan harga diatas dengan 1,2 sampai dengan 2,0 sesuai dengan kondisi masing-masing. Setelah tegangan tarik yang diijinkan

σa (N/mm2) dari pita dan tegangan

geser yang diizinkan dari paku keling τa (N/mm2) ditentukan, tetapkan diameter dan susunan paku keling sedemikian rupa hingga tidak terlalu banyak mengurangi luas penampang efektif pita. Dalam hal ini perlu di perhatikan bahwa lubang paku sedikit lebih besar daripada diameter paku. Jika dp adalah diameter paku (mm), dp’ adalah diameter lubang paku dan z adalah jumlah paku dari kelingan.



32

Karena gaya tidak selalu dapat dikenakan pada z paku keling secara merata, maka perlu diperhitungkan efisiensi sambungan keling ηp seperti yang diperlihatkan pada Tabel 2.3 dibawah ini.

Tabel 2.3 Efisiensi kelingan (ref.7) (Diameter paku keling 10 – 30 mm dan tebal plat dalam mm) Macam kelingan Sambungan tumpang

Efisiensi (%)

1. baris paku 2. baris paku (selang-seling, sejajar)

34-60 53-75

3. baris paku

66-82

Untuk pita dapat dipakai bahan dari baja konstruksi umum yang luwes (SS41) atau baja pegas (SUP). Dalam hal ini tebal plat juga terletak antara 2 – 4 mm. Untuk paku dipakai baja rol untuk paku (SV).

2.5.4.1 Rem Pita Sederhana Pada rem pita sederhana (Gambar 2.17) ujung pita yang menyongsong rem dipasang secara tetap (tarikannya maksimum Son) dan tuas rem hanya mengalami gaya

Soff yang menghasilkan momen Soff Soff =

P e −1 μα

(2.19)

Keterangan: α = panjang lengan dari titik putar tetap ketempat pita diikat ke tuas rem (ujung pita yang meninggalkan drum). Gaya keliling adalah : P=

2 M br D


(2.20)


33

dengan Mbr ialah momen gaya rem yang sebenarnya. Seperti pada rem sepatu, besarnya pemberat pada tuas rem (Gambar 2.17) ialah :

G=

S off a − Gar l l1

(2.21)

Gbr. 2.18 Diagram rem pita sederhana (Ref.4)

Bila drum berputar pada arah yang berlawanan, gaya tarik Son dan Soff akan bertukar tempat dan pemberat G yang diperlukan untuk rem akan meningkat. Keadaan ini akan menyebabkan pemakaian rem pita sederhana tidak cocok untuk mekanisme pemutar dan pemindah (rem dua arah). Biasanya perbandingan transmisi tuas adalah :

i=

l a

(2.22)

diasumsikan antara 3 sampai 6 (kadang-kadang batas terendahnya dapat mencapai 10). Tarikan pita Soff harus diberikan sedapat mungkin pada sudut 90° terhadap titik putar tuas rem. Bila hal ini tidak dapat dilakukan ujung tuas yang lurus harus dibengkokkan. Pada kebanyakan penjepit yang dioperasikan dengan tangan dipakai pita baja tanpa lapisan gesek yang hanya diberi sedikit pelumas. Kerja yang diberikan oleh FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


34

operator pada gagang rem tidak melebihi 100 - 200 N. Pada penjepit tangan, rem pita didesain bukan hanya untuk menahan muatan ketika berhenti tetapi untuk mengendalikan kecepatan penurunan muatan juga.

2.5.4.2 Rem Pita Lilitan Majemuk

Busur kontak pada rem pita sederhana sebesar θ = 270 0 tidak cukup untuk mengatasi momen gaya yang besar. Pada kasus ini digunakan rem pita dengan lilitan majemuk yang mempunyai sudut kontak yang jauh lebih besar sampai dengan 650 0. Pitanya berbentuk seperti garpu seperti pada Gambar 2.18 dibawah ini.

Gbr. 2.19 Pita pada rem pita lilitan majemuk (Ref.4)

Sudut kontak yang besar didapat dengan melewatkan satu ujung potongan pita melalui satu ujung potongan pita melalui rongga diantara kedua ujung pita lainnya yang berbentuk garpu tersebut. Biasanya ujung yang bercabang ialah ujung songsong karena penampangnya diperbesar untuk mendapatkan kekuatan yang lebih tinggi.



35

Rem pita lilitan majemuk didesain dengan cara yang sama dengan rem pita sederhana. Besar pemberat rem pada desain ini tidak penting meskipun untuk momen gaya rem yang lebih besar. Jarak gerak pelepasan rem dihitung dari persamaan dan lebih besar 2 sampai 3 kali dibandingkan rem pita sederhana. Gambar 2.19 di bawah menunjukkan rem pita lilitan majemuk yang dipasang pada pengangkat listrik yang dibuat oleh Lenin Works. Rem ini mempunyai sudut kontak 6300. Tuas rem dari besi cor dicor menjadi satu dengan pemberatnya.

Gbr. 2.20 Rem pita lilitan majemuk (Ref.4)

2.5.4.3 Rem Pita Diferensial

Pada rem jenis ini (Gambar 2.20) kedua ujung pita dipasang pada tuas rem. Rem ini disebut rem diferensial karena momen gaya remnya ditentukan oleh perbedaan momen akibat tarikan ujung-ujung pita relatif terhadap sumbu putar tuas rem.



36

Gbr. 2.21 Rem pita aksi diferensial (Ref.4)

Bila a2 < a1eμα kerja K akan bernilai negatif dan rem akan menjadi pernahan yang bekerja secara otomatis. Bila arah putaran drum rem dibalik tarikan Son dan Soff akan bertukar tempat dan gaya K harus lebih besar eμα kali.

2.5.4.4 Rem Pita Kerja Additif

Pada rem jenis ini (Gambar 2.21) kedua ujung pita rem dipasang pada tuas rem dengan lengan yang sama besar (a1 = a2 = a). Persamaan momen untuk titik putar tuas rem adalah sama untuk ke dua arah putaran drum karena pada rem dengan jarak lengan sama tarikan Son dan Soff akan bertukar tempat. Pada rem aksi additif ini kerja rem pada tuas lebih besar (1 + eμα) kali dibandingkan pada drum pita sederhana. Drum rem dihentikan oleh tarikan kedua ujung pita pada rem jenis ini. Sebelumnya telah ditunjukkan bahwa beban tambahan pada poros rem merupakan kelemahan utama semua jenis rem pita yang diulas. Karena itu rem pita agak jarang digunakan pada mesin pengangkat dan rem diferensial sangat jarang digunakan pada mekanisme dengan penggerak mekanik. FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


37

Gbr. 2.22 Rem pita aksi additif (Ref.4)

2.5.4.5 Konstruksi Rem Pita

Untuk menjamin kontak yang baik dengan drum, lebar pita b tidak boleh lebih dari 150 mm untuk drum dengan diameter D > 1000 mm dan 100 mm untuk

D < 1000 mm. Untuk rem yang dipakai pada penjepit dengan penggerak tangan digunakan pita baja polos biasa dengan ukuran sebagai berikut : Lebar, b (mm)

: 25-30

Tebal, s (mm)

:

3

40-60

80

100

140-200

3-4

4-6

4-7

6-10

Mekanisme yang digerakkan tenaga daya memerlukan pita baja dengan lapisan rem. Sepatu rem kayu terbuat dari kayu horn beam (kayu besi) atau kayu poplar. Sepatu kayu tersebut dipasang pada pita dengan dua atau empat buah sekrup. Celah sebesar 4-6 mm harus sediakan di antara sepatu. Lapisan rem (satu metode pemasangan lapisan rem canai pada pita dapat dilihat pada Gambar 2.22 b) dipasang ke pita dengan paku keling tembaga atau baut benam.



38

Keterangan : a. bagian pada titik pemasangan b. cara pemasangan

Gbr. 2.23 ukuran yang disarankan untuk pemasangan lapisan rem ke pita rem (Ref.4)

Pita rem diperiksa kekuatan putus tarik terhadap tarikan maksimum Son dengan memperhitungkan kedua lubang paku keling yang mengurangi kekuatan pita.

Gbr.2.24 Alat pemasangan pipa (Ref.4)



39

Biasanya, ujung songsong pita dipasang secara tetap dan kaku (Gambar 2.23) dan ujung tinggal pita dibuat dapat disetel. Diameter paku keling dapat diambil mulai

d = 8 sampai d = 13 mm, biasanya jumlah paku keling tidak kurang dari n = 4. Paku keling harus diperiksa kekuatannya terhadap geser dan tekan. Agar pita tersebut dapat menjauh secara seragam dari drum, rem pita harus dilengkapi dengan batang yang melengkung (Gambar 2.24) yang terbuat dari baja rata dan dipasang pada bagian luar pita dengan baut penyetel.

Gbr. 2.25 Desain rem pita untuk peralatan pengangkat (Ref.4)

Satu kelemahan rem pita yang dikendalikan oleh elektromagnetik dengan langkah panjang ialah dimensinya yang besar akibat rumah rem yang panjang. Kelemahan ini dapat di hindari dengan memakai elektromagnet langkah pendek (Gambar 2.25). Rem ini di lengkapi dengan magnet yang di desain berdasarkan kemampuan solenoid biasa yang ditutup didalam rumah 2.



40

Gbr. 2.26 Rem pita langkah pendek (Ref.4)

2.3.4.6 Operasi Rem Pita Dengan Roda Racet

Bila dioperasikan dengan tangan, rem ini dapat digunakan untuk mengendalikan penurunan muatan dan menahan muatan ketika berhenti. Jadi mekanisme ini ialah gabungan rem penurun dan penahan. Gambar 2.26 menunjukkan rem pita dengan rem pita racet. Rem racet dipasang langsung pada poros beban sedangkan drum rem dipasang secara bebas pada poros. Rem digerakkan oleh pemberat G dan dibebaskan dengan menarik tuas rem keatas. Pengunci d dipasang pada titik putar l dan diikat pada drum rem dan ditahan pada racet dengan pegas f.



41

Gbr. 2.27 Rem pita dengan peralatan racet (Ref.4)

Operasi rem pita dengan roda racet Pengangkatan. Rem digerakkan oleh pemberat dan drum rem diam. Gaya penggerak

poros dengan roda racet berputar searah dengan jarum jam, sedangkan gigi roda racet dapat berputar melewati pengunci Penahanan. Bobot muatan akan menyebabkan poros berputar untuk menurunkan

muatan sampai gigi terdekat pada roda racet ditahan oleh pengunci. Karena rem dipasang, beban akan ditahan di atas. Penurunan. Tuas rem ditarik keatas oleh operator. Karena pita diperlonggar, roda

racet dan drum akan berputar bersamaan dengan poros untuk penurun (berlawanan arah jarum jam).


Bab III Perencanaan Rem Pita

42

BAB III PERENCANAAN REM PITA

3.1 Perencanaan Rem Pita Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang disebelah dalamnya dilapisi dengan bahan gesek, drum rem, dan tuas, seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.2. Adapun macam-macamnya ditunjukan dalam Gambar 3.1. Gaya rem akan timbul bila pita diikatkan pada drum dengan gaya tarik pada kedua ujung pita tersebut. Jika gaya tarik pada kedua ujung pita adalah F1 dan F2 (N), maka besarnya gaya gesek adalah sama dengan ( F1 – F2 ).

Gbr. 3.1 Macam - macam rem pita (Ref.7)



43

Gbr. 3.2 Gerakan ujung tuas (Ref.7) Jika D (m) adalah diameter drum, maka besarnya momen adalah : TR = ( F1 – F2 ).

D (Nm) 2

(3.1)

Perbandingan antara kedua gaya tarik pada ujung pita adalah : F1 / F2 = eμθ Di mana e = 2,718 ( bilangan dasar logaritma natural),

(3.2)

μ adalah koefisien gesek, dan

θ adalah sudut kontak ( rad ). Selanjutnya, F1 = bR tσa

(3.3)

F1 ≤ bR (D /2)Pa

(3.4)

Dimana : bR = lebar pita rem ( mm ) Pa = tekanan permukaan yang diijinkan pada bahan gesek ( N/mm2 )

σa = kekuatan tarik pita rem ( N/mm2 ) t = tebal plat pita rem ( mm ) Salah satu atau kedua ujung pita diikatkan pada tuas.



44

Dalam hal rem tunggal seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.2, besarnya gaya yang dikenakan pada kedua ujung tuas dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut ini : F = (b/l)F2

(3.5)

Jika celah antara drum rem dan lapisan rem adalah δ ( mm ), maka ujung F2 harus membuat langkah sebesar :

( DR 2

+δ)θ–

DR θ = δθ 2

(3.6)

untuk dapat mengikatkan pita pada drum. Untuk membuat langkah ini, ujung tuas harus digerakkan sebesar :

Δs = δ . θ . ( l/b )

(3.7)

Pada rem diferensial seperti dalam Gambar 3.1(a), persamaan keseimbangan momennya adalah F.l – F2 c + F1 .b = 0 Jadi

F=

(F 2.c − F 1.b) l

(3.8)

Dalam persamaan (3.6), jika F2.c = F1. b maka F = 0. Karena itu, sekalipun tidak ada gaya yang dikenakan, rem dapat bekerja sendiri menghentikan putaran. Juga dalam hal F2.c < F1.b dimana rem dapat mengunci sendiri, pengereman harus dilakukan dengan hati-hati. Rem pita mempunyai beberapa keuntungan seperti luas permukaan lapisan dapat dibuat besar, pembuatan mudah, pemasangan tidak sukar, gaya rem besar dalam keadan berhenti, dll. Tetapi karena sukar untuk dapat dikendalikan, rem ini tidak cocok untuk putaran tinggi.



45

Karena pita dapat putus, maka dalam penggunaannya diperlukan ketelitian. Rem semacam ini dipandang tidak cocok untuk alat-alat pengangkut manusia. Rem pita banyak dipakai dalam derek. Rem sebuah derek dimaksud untuk menghentikan putaran drum penggulung kabel dan mecegah beban turun sendiri.

r

D

PD

PS Reducer

PM (MOTOR)

PE = υ.W

W

PM

PS

PR

PD

PE

Gbr. 3.3 Distribusi gaya

Jika beban angkat derek adalah W (kg), putaran drum nD (rpm), diameter drum D (m), efisiensi mekanis atau efisiensi over all 0,75 – 0,85 ), maka daya angkat P (kW) adalah :


ηoa ( besarnya kurang lebih antara


46

PE PD PR . . PD PR PS

ηoa =

ηoa = ηD . ηR . ηS PE PS

ηoa =

(3.9)

Untuk menentukan daya efektif yang dibutuhkan, maka: PE = υ. W

π .D.nD

PE =

60

.W

(3.10)

Untuk menentukan daya pada poros motor (PS) adalah : PE

PS =

η oa

(π .D.n 60) D

Ps =

Ps =

η oa

.W

π .D.nD.W 60.η

(3.11)

oa

Maka untuk menentukan daya pada motor, terjadi kehilangan daya pada komponen gerak pada waktu mesin bekerja terhadap putaran motor, maka : PM =

Ps

ηM

(3.12)

Untuk penggeraknya, diambil motor standar dengan gaya nominal dekat diatas daya angkat tersebut (lampiran 7). Untuk mereduksi atau menurunkan putaran motor, maka diperlukan reducer atau roda gigi (gearbox), reducer yang dijual dan tersedia dipasaran adalah 1:10, 1:20, 1:30, 1:40, 1:50, dan 1:60. Jika kapasitasnya adalah PM (kW), maka momen yang ditransmisikan kepada drum adalah : FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


T=

P.60 2.π.n

47

(3.13)

Pada diameter drum D (m), maka kecepatan kelilingnya, υR (m/s) adalah

υR =

π .DR.nD

(3.14)

60

Tarikan efektif pada kabel Fe (N) adalah : Fe =

T , Fe = F1 - F2 (DR 2)

(3.15)

Bahan lapisan rem, koefisien gesek serta tekanan permukaannya dapat ditentukan hasilnya menurut Tabel 2.1. Nilai eμθ didapat dengan menghitung sudut kontak θ ( o ), dan celah δ (mm) antara permukaan lapisan dan drum rem. Kemudian menghitung nilai eμθ . Gaya tarik F1 (N) pada sisi tarik pita dan gaya tarik F2 (N) pada sisi lain adalah : Fe = F1 – F2 ; F1 /F2 = eμθ

(3.16)

Maka F1 =

F2 =

e μθ Fe e μθ − 1 1 e

μθ

−1

Fe

(3.17)

(3.18)

Lebar rem untuk derek kecil diperlihatkan dalam Tabel 3.1. Untuk drum rem dengan diameter yang lebih besar terdapat lebar sampai dengan 150 (mm), atau pita dapat dililitkan dua kali.



48

Tabel 3.1 Tebal dan lebar rem (Ref.7)

Diameter drum D (mm) 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

Lebar drum B (mm) 50 60 70 80 100 120 130 140 150 160 170

Lebar rem b Tebal rem t (mm) (mm) 40 2 50 3 60 3 70 4 80 4 100 5 110 5 120 6 130 6 140 7 150 7

Dengan memilih lebar rem, dapat ditentukan tekanan rem maksimum Pmax (N/mm2), tekanan rem minimum Pmin (N/mm2), dan tekanan rem rata-rata Pm (N/mm2) dari rumus-rumus berikut ini : Pmax =

Pmin =

Pm =

F1 D .b R F2 D.b R

(3.19) 2

(3.20) 2

P max + P min 2

(3.21)

Harga Pmax harus terletak dalam daerah tekanan rem menurut Tabel 2.1 dan jika ternyata terlalu besar, maka lebar rem bR dapat diperbesar. Kapasitas rem μ.pm.v [ N.m/(mm2.s)] dihitung, dan kemudian memeriksa harga ini lebih rendah dari pada harga batas yang telah diberikan didalam bagian rem blok tunggal.

μ . pmν = μ . pm .ν R


(3.22)


49

3.2 Perencanaan Poros Penggerak

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin, hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran, peran utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Dalam penggunaannya poros dapat mengalami beban puntir, lentur, sesuai dengan pembebanan tersebut poros diklasifikasikan atas : a. Poros transmisi Poros jenis ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur, daya yang ditransmisikan pada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai, dan sebagainya. b. Spindel Merupakan poros yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utama yang didapat yaitu berupa puntiran, disebut spindel. c. Gandar Poros yang hanya mendapat beban lentur, seperti pada kereta batang, tidak mendapat beban puntir. Dalam perencanaan rem pita, poros direncanakan dengan bahan S30C, dengan kekuatan tarik σB = 550 N/mm² (lampiran 8). dimana :

σB = tegangan tarik (N/mm2) τa = tegangan geser ijin (N/mm2) ds = diameter poros (mm) sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 6,0 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 1,3 - 3,0 T = torsi pada poros FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


50

Tabel 3.2 Pemilihan diameter poros (Ref.7)

4

10 11

4,5

*11,2 12

5

*12,5

*5,6

14 (15) 16 (17) 18 19 20 22

6 *6,3

7 *7,1 8 9

*22,4 24 25

40

28 30 *31,5 32

45

42

48 50 55

35 *33,5

56

38

60 63

65 70 71 75 80 85 90 95

100 (105) 110 *112 120 125 130 140 150 160 170 180 190 200 220

*224 240 250 260 280 300 *315 320 340

400

*355 360 380

560

420 440 450 460 480 500 530

600 630

Dalam satuan (mm) Keterangan : 1.

Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang bersangkutan dipilih dari bilangan standar.

2.

Bilangan di dalam kurung hanya dipakai untuk bagian dimana akan dipasang bantalan gelinding.

Maka tegangan geser ijin pada poros yaitu :

τa =

σB

(3.23)

sf1 .sf 2

Bila T (N.mm) adalah torsi pada poros, maka besarnya diameter poros adalah T=

π 16

.τ .(d s )

3


(3.24)


51

Diameter poros (ds) yang dihitung harus dipilih sesuai dengan tabel, diameter poros yang dipilih biasanya tersedia dipasaran sesuai dengan standar yang ada. Tegangan geser (τk ) yang terjadi pada poros dapat ditentukan.

τk =

T 3 ( ds ) π.

(3.25)

16

Tegangan geser yang terjadi pada poros lebih kecil dari tegangan geser ijin bahan poros,

τk < τa , maka poros yang direncanakan aman terhadap tegangan geser

yang terjadi pada saat poros terpuntir.

3.3 Perencanaan Pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, dan sebagainya pada poros. Pada umumnya pasak dapat digolongkan atas berbagai atas berbagai macam jenis, menurut letak porosnya, yaitu: pasak pelana, pasak benam, pasak singgung, pasak rata, yang umumnya berpenampang segi empat. Dalam perencanaan mesin, bahan pasak biasanya dipilih lebih kuat dari poros atau malah sebaliknya, lebih lemah dari poros dengan harapan pasak, lebih dulu rusak dari poros atau nafnya, hal ini disebabkan harga pasak yang murah serta murah menggantikannya. Dalam perencanaan rem pita, bahan pasak yang dipilih umumnya lebih lemah dari bahan porosnya, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah dalam penggantiannya.



52

Gambar 3.4 Pasak dan alur pasak (ref.7)

Bahan pasak yang dipilih adalah S30C-D, σB = 580 N/mm² (lampiran 10), dengan faktor keamanan sebagai berikut : sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 6,0 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 2 Maka tegangan geser ijin pasak adalah :

τa =

σB

(3.26)

sf1 .sf 2

Gbr. 3.5 Gaya geser pada pasak (Ref.7)



53

Dari diameter poros yang diperoleh dapat ditentukan dimensi pasak (lampiran 12). Panjang pasak dari tegangan geser yang diijinkan adalah :

τa =

F b.l

(3.27)

Panjang pasak yang diperoleh disesuaikan dari angka-angka yang terdapat pada tabel ukuran dimensi pasak.

Tabel 3.3 Ukuran pasak dan alur pasak (Ref.7)

Dimana :

τa = tegangan geser ijin pasak b = lebar pasak h = tebal pasak FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


54

t1 = kedalaman alur pasak l

3.4

= panjang pasak

Perencanaan Pita Baja

Untuk pita yang digunakan dapat dipakai bahan dari baja konstruksi umum yang luwes seperti SS41, SS50 atau baja pegas (SUP). Dalam hal ini tebal plat juga terletak antara 2 mm sampai 4 mm. Pada perencanaan ini bahan pita yang dipakai adalah SS50, dengan kekuatan tarik σ t = 500 N/mm² (lampiran 11). Dimana : tp = tebal pita lp = panjang pita bp = lebar pita FN = gaya normal pita A = luas bidang kontak pita terhadap rem p = tekanan permukaan izin = 0,2 N/mm2

σt = kekuatan tarik pada pita sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 3 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 2 Gaya normal yang terjadi pada pita (FN) adalah : FN =

F1 − F2

μ

(3.28)

Bila (D) adalah diameter drum, panjang bidang kontak pita terhadap rem adalah : lp =

270 .π .D 360


(3.29)


55

Luas bidang kontak pita terhadap rem adalah : A = lp . bp

(3.30)

Dimana (p) adalah tekanan permukaan izin, maka lebar pita (bp) yang dipakai yakni : p=

FN A

(3.31)

Tebal pita (tp) yang dipakai pada rem adalah :

σt =

F , F = F1 A

σt =

F1 b.t p

(3.32)

Kekuatan tarik pada pita adalah :

τa =

σB

(3.33)

sf1 .sf 2

3.5 Perencanaan Paku Keling

Dengan memilih bahan-bahan dan masing-masing kekuatan tariknya, faktor keamanan dapat ditentukan, ambil dasar 75 % dari batas kelelahan atau batas mulur (σB × 0,45) untuk tegangan tarik, dan 40 % dari (σB × 0,45) untuk tegangan geser. Besarnya faktor keamanan adalah 1/( 0,45 × 0,75 ) ≈ 3 dan 1/(0,45 × 0,4 ) ≈ 5,6. Faktor keamanan akhir ditentukan dengan mengalikan harga diatas dengan 1,2 sampai 2,0 sesuai dengan kondisi masing-masing. Setelah tegangan tarik yang diizinkan geser yang diizinkan dari paku keling

σB (N/mm2) dari pita dan tegangan

τa (N/mm2) ditentukan, kemudian menetapkan

diameter dan susunan paku keling sedemikian rupa hingga tidak terlalu banyak FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


56

mengurangi luas penampang efektif pita. Dalam hal ini perlu diperhatikan bahwa lubang paku sedikit lebih besar dari pada diameter paku. Dimana:

τa = Kekuatan tarik pada paku keling dp = diameter paku (mm) dp = diameter lubang paku (mm) z

= jumlah paku keeling

sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 3 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 2

Bahan paku yang dipaku adalah SV41A (lampiran 11), dengan kekuatan tarik maksimum σB = 410 N/mm². Kekuatan tarik pada paku keling adalah :

τa =

σB sf1 .sf 2

(3.34)

Diameter paku keling dapat diambil mulai d = 8 sampai d = 12 mm, paku keling harus diperiksa kekuatannya terhadap geser dan tekan, jumlah paku keling pada sisi F1 dan F2, yaitu : F1 = τa (π/4).dp2. z1

(3.35)

F2 = τa (π/4).dp2. z2

(3.36)

Karena gaya tidak dapat selalu dikenakan pada z paku keling secara merata, maka perlu diperhatikan efisiensi sambungan keling ηp pada tabel 3.2.



57

Tabel 3.4 Efisiensi kelingan (Ref.7) (Diameter paku keling 10-30mm, tebal plat dalam mm) Macam kelingan Sambungan 1. baris paku tumpang

Efisiensi (%) 34-60

2. baris paku (selang seling, sejajar)

53-75

3. baris paku

66-82

Efisiensi yang akan dipakai dalam pemilihan paku yaitu η p = 0,7 , maka

jumlah paku keling yang akan dipakai adalah : z’ = z

ηp

(3.37)

3.6 Perencanaan Tuas

Untuk perencanaan tuas, bahan yang dipilih adalah S55C, dengan kekuatan tarik, σB = 800 N/mm² (lampiran 8). Dengan faktor keamanan sebagai berikut sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 6 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 2

Dimana : t1 = tebal tuas (mm) B = lebar tuas (mm) F = gaya tarik tangan l = panjang tuas M = Momen maksimum yang terjadi pada tuas terhadap gaya F

Besarnya gaya tarik tangan adalah : F.l - F2.b = 0 F.l = F2.b FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

(3.38)


58

Bila jarak bebas antara tromol dan rem pita ( δ ) = 3 mm, gerakan panjang tuas (Δs) adalah :

( )

Δs = δ . θ . l b

(3.39)

Untuk rem tangan, besarnya langkah tuas tidak lebih dari 600 mm, maka dapat disimpulkan aman untuk digunakan. Momen maksimum yang terjadi pada tuas terhadap gaya F adalah : M = F.l

(3.40)

Modulus bagian (section modulus) dari tuas adalah : Z=

1 .t1 .B 2 , diasumsikan B = 2.t1 6

(3.41)

Tegangan geser ijin pada tuas adalah

τa =

σB sf1 .sf 2

(3.42)

Tebal tuas yang direncanakan adalah

τa =

M Z

(3.43)

Maka lebar lebar tuas yang akan direncanakan adalah B = 2.t1

(3.44)

3.7 Perencanaan Peralatan Racet

Jenis peralatan ini terdiri dari atas roda racet dan sebuah pengunci. Gigi racet dapat diletakkan pada bagian dalam atau luar pada sisi ataupun roda racet. Gigi tersebut dibentuk sedemikian rupa sehingga racet dapat bergerak bebas ketika beban diangkat.



59

Gbr 3.6 Peralatan racet dengan gigi luar (Ref.4)

Gambar 3.6a menunjukkan desain peralatan racet yang paling sering digunakan dengan gigi pada bagian luar roda racet. Penahan terbaik diperoleh pada titik kontak antara garis singgung yang melewati titik putar pengunci dan diameter luar roda racet. Dalam hal ini tekanan pada pengunci diarahkan sepanjang gaya keliling roda racet. Menurut tujuannya roda racet dapat didesain dengan jumlah gigi yang berbeda-beda : •

z = 6 – 8, untuk dongkrak batang dan pinion, racet dan rem yang digerakkan oleh beban yang diangkat (pengangkat dengan penggerak roda cacing)



•

z = 12 – 20, untuk penahan racet yang bebas

•

z = 16 – 25 atau selebihnya untuk rem jenis racet.

60

Panjang gigi atau lebar daerah tumpuan pengunci (b) dipilih dengan memperhatikan tekanan satuan linier : br =

Pr pr

(3.45)

Dimana : br = panjang gigi atau lebar daerah tumpuan pengunci Pr = gaya keliling pr = tekanan satuan linier

Biasanya tekanan satuan diambil pr = 50 – 100 N/mm untuk pengunci baja dan roda racet besi cor dan pr = 150 – 300 N/mm untuk pengunci dan roda racet yang terbuat dari baja. Gigi racet dengan pertemuan pada bagian luar diperiksa terhadap kelenturan dengan rumus : m = 2.3

T z.ψ .σ B

dimana : m = modul yang setara dengan kisar pada diameter luar dibagi dengan π T = torsi gaya yang ditranmisikan dalam N.mm z

= jumlah gigi

σB = tegangan tarik aman Dr = diameter roda racet Pr = gaya keliling roda racet


(3.46)


61

Rumus 3.46 (Gambar 3.6b) diturunkan sebagai berikut. Anggap ABCD adalah daerah patahan gigi. Persamaan kekuatan lentur adalah : a 2 br Ph = (σ B ) 6

Biasanya a = m dan h = 0,75; bx = ψm; Pr =

(3.47) 2T dan Dr = zm. Dr

Maka :

m 2ψ .m.(σ B ) 2T 0,75m = zm 6 m = 2.3

T z.ψ .σ B

(3.48)

Kecepatan keliling roda racet tersebut berbanding lurus dengan diameternya. Karena tumbukan pada pengunci dan gigi meningkat secara porposional dengan kuadrat kecepatannya, maka peningkatan kecepatan harus dibatasi sampai nilai yang dapat diizinkan. Tumbukan pada kecepatan tinggi dikurangi dengan memakai gigi dan kisar yang lebih kecil, dapat juga sepersekian bagian kisar, sesuai dengan jumlah penguncinya. Pada perlengkapan racet bebas atau rem jenis racet roda selalu terpasang mati pada poros. Pengunci racet dapat didesain seperti gambar 3.6c ataupun dengan bentuk seperti penahan yang ditunjukkan pada gambar 3.6c.

bx 2 W= 6 W adalah momen ketahanan minimum yang diperlukan (gambar 3.6d)


(3.49)


62

Gbr 3.7 Diagram untuk mendesain rem racet (Ref.4)

Biasanya pena pengunci (gambar 3.7a) dianggap sebagai batang kantilever yang mengalami pembebanan. Persamaan kekuatan adalah :

Pr.l = 0,1.dpr3.(σB) Untuk l =

(3.50)

br 2M + a dan Pr = diperoleh : 2 zm

dpr = 2,71

3

T ⎛ br ⎞ ⎜ + a⎟ z.m.σ B ⎝ 2 ⎠

(3.51)

Dengan memperhatikan penggunaan beban tumbukan, biasanya pena racet dibuat dari baja S45C-D yang mempunyai tegangan tarik aman yang agak diperkecil. Baja tersebut mempunyai tegangan tarik, σB = 660 sampai 810 N/mm2.


Bab III Perencanaan Rem Pita 3.8 Diagram aliran (flow chart) untuk merencanakan rem pita START

1. Beban angkat W (kg) Diameter drum pengangkat D (mm) Putaran drum pengangkat nD (rpm) 2. Efisiensi mekanis (over all) ηoa Daya yang diperlukan P (kW) Daya motor PM (kW) 3. Momen yang ditransmisikan T (N.mm) 4. Diameter poros (mm) Dimensi pasak (mm) 5. Diameter drum rem D (mm) Kecepatan keliling drum rem vR (m/s) 6. Tarikan efektif rem Fe (N) 7. Bahan lapisan Koefisien gesek μ Daerah tekanan rem Pa (N/mm2) Sudut kontak θ ( o ) Kelonggaran δ (mm) 8. eμ θ 9. Tarikan F1 , F2 (N) Momen rem (N.mm) 10. Lebar rem bR (mm) 11. Tekanan rem maksimum, minimum, rata-rata, Pmax Pmin, P m ( N/mm2)


63


12. Pmax : daerah tekanan rem

13. Kapasitas rem μpmv ( N.m / mm2.s)

14. λPmv: harga batas

15. Bahan pita Gaya normal pita FN (N) Panjang bidang kontak pita terhadap rem lp(mm) Luas bidang kontak pita terhadap pita A(mm2) Lebar pita bp (mm) Tebal pita tp (mm) Kekuatan tarik σB (N/mm2)

16. tp : (2-4)

17. Bahan paku keling Kekuatan tarik σB (N/mm2) Sf1 x Sf2 Diameter paku dp ( mm) Diameter lubang paku dp’ (mm) 18. Panjang lengan sisi, b (mm) Panjang lengan tuas l (mm) 19. Besar gaya tarik tangan F (N) Momen yang terjadi pada tuas (Nmm) Tegangan geser ijin pada tuas τa (N/mm2) Penentuan dimensi tuas Lebar tuas B (mm) Tebal tuas t1 (mm)


64


65

20. Langkah tuas Δs (mm)

21. Δs: 600 (mm)

22. Modul roda racet m Diameter roda racet Dr (mm) Gaya keliling pada diameter luar roda racet Pr (N) Lebar gigi bx (mm) Tekanan per satuan panjang gigi roda racet pr (N/mm) Diameter titik putar pengunci roda racet dpr (mm)

SELESAI

STOP

3.9 Perhitungan rem pita berdasarkan diagram aliran (flow chart)

1. Daya motor yang diperlukan

Ps =

π .D.nD.W 60.η

oa

Motor mengalami kehilangan daya atau dibagikan dengan nilai koefisien motor (ηM ) sehingga:

PM =

Ps

ηM

2. Momen yang ditransmisikan

T=

P.60 2.π.n



3. Diameter poros

T=

π

.τ .(d s )

3

16

4. Tegangan geser ijin pada poros

σB

τa =

sf1 .sf 2

4. Tegangan geser ijin pasak

σB

τa =

sf1 .sf 2

5. Panjang pasak dari tegangan geser yang diijinkan

τa =

F b.l

6. Kecepatan keliling drum rem

νR =

π .D.n D 60

7. Tarik efektif rem

Fe =

T , Fe = F1 - F2 D 2

8. Perbandingan antara ke 2 gaya tarik pada ujung pita

eμ.θ , Fe = F1 – F2 ; F1 /F2 = eμθ dimana θ adalah:

⎡ π ⎤ .270 0 θ =⎢ ⎥ 180 ⎣ ⎦ 9. Gaya tarik pada pada sisi tarik pita (F1), gaya tarik pada sisi lain (F2) ⎡ e μ .θ ⎤ F1 = ⎢ μ .θ ⎥.Fe ⎣ e − 1⎦


66


⎡ 1 ⎤ F2 = ⎢ μ .θ .Fe ⎣ e − 1⎥⎦ 10. Momen rem (N.mm)

T = (F1 – F2 )

D 2

11. Tekanan rem (N/mm2) a. Tekanan rem maksimum F1 D.bR

Pmax =

2

b. Tekanan rem minimum F2 D.bR

Pmin =

2

c. Tekanan rem rata-rata Pm =

Pmax + Pmin 2

12. Mencari kapasitas rem, μ . p mν (N.m/mm2.s)

μ . pmν = μ . pm .ν R 13. Gaya normal yang terjadi pada pita (FN) FN =

F1 − F2

μ

14. Panjang bidang kontak pita terhadap rem lp =

270 .π .D 360

15. Luas bidang kontak pita terhadap rem A = lp . bp


67


16. Tebal pita (tp) yang dipakai pada rem adalah :

σt =

F , F = F1 A

σt =

F1 b.t p

17. Kekuatan tarik pada pita

σB

τa =

sf1 .sf 2

18. Kekuatan tarik pada paku keling adalah

τa =

σB sf1 .sf 2

19. Jumlah paku keling pada sisi F1 dan F2

F1 = τa (π/4).dp2. z1 F2 = τa (π/4).dp2. z2 Jumlah paku yang diperoleh dibagi dengan koefisien paku (η p )

z’ =

z

ηp

20. Besarnya gaya tarik tangan

F.l = F2.b 21. Gerakan panjang tuas (Δs)

( )

Δs = δ . θ . l b

22. Momen maksimum yang terjadi pada tuas terhadap gaya F

M = F.l


68


23. Modulus bagian (section modulus) dari tuas

Z=


24. Tegangan geser ijin pada tuas

τa =

σB sf1 .sf 2

25. Tebal tuas yang direncanakan

τa =

M Z

26. Lebar lebar tuas yang akan direncanakan

B = 2.t1 27. Modul roda racet

m = 2.3

T z.ψ .σ B

28. Diameter roda racet

Dr = zm 29. Gaya keliling pada diameter luar roda racet

Pr =

2T Dr

30. Lebar gigi

bx = ψ.m 31. Tekanan per satuan panjang gigi roda racet

pr =

Pr bx

32. Diameter titik putar pengunci roda racet

dpr = 2,71

3

T ⎛ br ⎞ ⎜ + a⎟ z.m.σ B ⎝ 2 ⎠


69

Bab IV Perhitungan Komponen

70

BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN

4.1 Spesifikasi Rem Pita •

Beban Angkat

W

= 2000 kg

•

Putaran drum

nD

= 16,16 rpm

•

Diameter drum

D

= 400 mm

•

Panjang tuas

l

= 500 mm

•

Jarak antara F1 dan F2

b

= 40 mm

•

Sudut kontak

θ

= 270˚

•

Jarak bebas antara tromol dan rem pita

δ

= 3 mm

•

Bahan rem terbuat dari tenunan asbes

Tua s

Pita Drum rem Pasa k Poros

Gbr 4.1 Rem pita rotasi berlawanan arah jarum jam (Ref.3)



r

71

D

PD

PE = υ.W (W)

Reducer 1 : 60

PS

W

PM

PR

PD

PS Gbr 4.2 Distribusi gaya pada rem pita

ηoa =

PE P P P = E . D. R PD PR PS PS

ηdrum = 0,95 ηporos = 0,95 ηreducer = 0,95

ηoa = ηD . ηR . ηS ηoa = 0,95 . 0,95 . 0,95 ηoa = 0,857 ηoa = efisiensi over all (mekanis)


PM (MOTOR)

PE


72

4.2 Perhitungan Komponen 4.2.1

Perencanaan dan Pemilihan Daya Motor

Daya pada poros motor (PS) adalah : Ps =

Ps =

π .D.nD.W 60.η

oa

π .0,4.16,16.20000 60.0,857

Ps = 7,89 kW Maka untuk menentukan daya pada motor, terjadi kehilangan daya

pada

komponen gerak pada waktu mesin bekerja terhadap putaran motor, maka: PM =

PM =

Ps

ηM 7 ,89 0,98

PM = 8,05 kW = 8050 W Untuk motor penggeraknya, diambil motor standar dengan gaya nominal diatas daya angkat tersebut, ini dimaksudkan sebagai faktor keamanan. Dari katalog yang diperoleh dipasaran, diambil daya motor yang tersedia dan mendekati nilai teoritis (lampiran 7) Dengan demikian motor penggerak yang direncanakan yaitu :

Daya penggerak

: 11 kW atau 15 HP

Frame

: 160 L

Frekwensi

: 50/60 Hz

Phasa

: 3 phasa (motor induksi)

Tegangan

: AC 380 Volt

Putaran nominal

: 970 rpm.



73

Untuk mereduksi atau menurunkan putaran dari motor maka dipakai reducer (gearbox), dengan ketersediaan di pasaran berbanding 1:60 maka putaran (nD) menjadi 16,16 rpm. Torsi yang ditranmisikan

T=

P.60 2.π.n

T=

8050.60 2.3,14.16,16

T = 4759,33 N.m T = 4759330 N.mm

4.2.2

Perencanaan dan Perhitungan Poros

Bahan poros dipilih S30C, σB = 550 N/mm² dimana :

σB = tegangan tarik (N/mm2) τa = tegangan geser ijin (N/mm2) ds = diameter poros (mm) sf1 = faktor pengaruh massa, dan baja paduan = 6,0 sf2 = faktor pengaruh konsentrasi tegangan dan kekasaran permukaan = 1,3-3,0

Tegangan geser ijin pada poros

τa =

σB sf1 .sf 2

τa =

550 6.1,5

τa =

550 9



74

τa = 61,11 N/mm2

Perhitungan diameter poros T=

π 16

.τ .(d s )

3

4759330 =

3,14 3 .61,11.(d s ) 16

4759330 = 11,99.(d s )3 (ds)3 = 396941,6 ds = 73,49 ≈ 75 mm (lampiran 1) Diameter poros yang dipilih disesuaikan dengan standar poros yang ada,maka diameter poros, ds = 75 mm

Tegangan geser yang terjadi pada poros T

τk = π.

τk =

(ds )3 16

5,1.T

(ds )3

τk =

5,1.4759330

τk =

24272583 421875

( 75 )3

τk = 57,53 N/mm2 Tegangan geser yang terjadi pada poros lebih kecil dari tegangan geser ijin bahan poros, 57,53 N/mm2 < 61,11 N/mm2, maka poros yang direncanakan aman terhadap tegangan geser.


Bab IV Perhitungan Komponen 4.2.3

75

Perencanaan dan Perhitungan Pasak

Bahan pasak S30C-D, σB = 580 N/mm² Faktor keamanan : - sf1 = 6 - sf2 = 2

Tegangan geser ijin pasak adalah :

σB

τa =

sf1 .sf 2 580 6.2

τa =

τa = 48,33 N/mm2 Dari diameter poros yang dipilih, dapat ditentukan dimensi pasak (lampiran 2), yaitu: o lebar pasak, b = 10 mm o tebal pasak, h = 8 mm o kedalaman alur pasak, t1 = 5 mm o panjang pasak, l = 22 - 110 mm

Panjang pasak dari tegangan geser yang diijinkan

τa =

F b.l

48,33 =

l=

23796,65 10.l

23796,65 483,3

l = 49,33 mm ≈ 50 mm Maka panjang pasak yang diperlukan dari tegangan geser diijinkan adalah l = 50 mm. FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


76

Analisa dan Perhitungan Rem

Kecepatan keliling drum rem

υR = υR =

π .D.n D 60

3,14.0,4.16,16 60

υR = 0,338 m/s

Tarikan efektif rem (Fe) F1 − F2 =

T , Fe = F1 - F2 D 2

F1 − F2 =

T r

F1 − F2 =

4759330 200

F1 − F2 = 23796,65 N

Fe = 23796,65 N

Perbandingan antara ke 2 gaya tarik pada ujung Bahan lapisan rem yang digunakan diperlihatkan dalam Tabel 2.1 (hal.15) adalah tenunan asbes dengan koefisien gesek μ = 0,35 dengan tekanan permukaan Pa = 0,07~0,7 N/mm2. θ = 270˚ ⎡ π ⎤ .270 0 θ =⎢ ⎥ ⎣180 ⎦

θ = 4,71 rad

eμθ = e0,35.4,71 = 5,2



Gaya tarik pada sisi tarik pita (F1) ⎡ e μ .θ ⎤ F1 = ⎢ μ .θ ⎥.Fe ⎣ e − 1⎦

⎡ 5,2 ⎤ F1 = ⎢ ⎥ .23796 ,65 ⎣ 5,2 − 1⎦ F1 = 29462,5 N

Gaya tarik pada sisi tarik pita (F2)

⎡ 1 ⎤ F2 = ⎢ μ .θ .Fe ⎣ e − 1⎥⎦ ⎡ 1 ⎤ F2 = ⎢ ⎥ .23796,65 ⎣ 5,2 − 1⎦ F2 = 5665,8 N

Dimana :

Fe = F1 - F2 Fe = 29462,5 – 5665,8 Fe = 23796,7 N

Momen rem (TR)

TR = (F1 - F2 ).

D 2

TR = (29461,4-5665,6). TR = 23795,8.0,2 N.m TR = 4759,16 N.m TR = 4759160 N.mm


0,4 2

77


78

Tekanan rem (N/mm2) Lebar rem untuk derek kecil diperlihatkan dalam Tabel 3.1 (hal.46). Untuk drum rem dengan diameter yang lebih besar terdapat lebar sampai dengan 150 mm, maka dipilih lebar rem bR = 150 mm. a. Tekanan rem maksimum

Pmax =

F1 D .b R

2

Pmax =

29462,5 400.150 2

Pmax =

29462,5 30000

Pmax = 0,98 N/mm² b. Tekanan rem minimum

Pmin =

Pmin =

Pmin =

F2 DR. .bR

2

5665,8 400.150

2

5665,5 30000

Pmin = 0,18 N/mm² c. Tekanan rem rata-rata

Pm =

P max + Pmin 2

Pm =

0,98 + 0,18 2

Pm = 0,58 N/mm²



79

Harga Pmax harus terletak dalam daerah tekanan rem menurut tabel 2.1 (hal.15) yaitu : 0,07 (N/mm2) < 0,58 (N/mm2 ) < 0,7 (N/mm2) , maka dapat diambil kesimpulan baik dan aman untuk digunakan. Jika ternyata nilai terlalu besar atau melebihi batas tekanan rem, maka lebar rem (bR) dapat diperbesar.

Mencari kapasitas rem, μ . p mν ( N.m mm 2 .s)

μ . pmν = μ . pm .ν R μpmν = 0,35 . 0,58 . 0,338 μpmν = 0,068 N.m/mm²s Pendinginan alamiah; 0,068 N.m/mm²s < 0,6 N.m/mm²s, maka dapat diambil kesimpulan baik dan aman untuk digunakan (hal.13). 4.2.5

Perencanaan dan Perhitungan Pita Baja

Dimana : tp = tebal pita lp = panjang pita bp = lebar pita

Gaya normal pita FN =

F1 − F2

μ

FN =

29462 ,5 − 5665,8 0 ,35

FN =

23796,7 0 ,35

FN = 67990,5 N



Panjang bidang kontak pita terhadap rem lp =

270 .π .D 360

lp =

270 .3,14.400 360

lp = 942 mm

Luas bidang kontak pita terhadap rem A = lp . bp A = 942.bp

Lebar pita (bp) p = tekanan permukaan izin = 0,2 N/mm2 p=

FN A

2=

67990,5 942.b p

bp =

67990,5 1884

bp = 36,08 mm maka : A = 942.bp A = 942.36,08 A = 33987,36 mm2

Tebal pita (tp) Bahan pita yang dipakai : SS50, σ t = 500 N/mm², F = F1

σt =

F1 A


80


σt =

F1 b.t p

500 =

tp =

81

29462,5 36,08.t p

29462,5 18040

tp = 1,63 mm ≈ 2 mm

Ketebalan pita dipilih (tp) = 2 mm, tebal pita yang dipilih masih dalam daerah yang ditentukan (2 - 4) mm ⇒ baik.

Kekuatan tarik pada pita Faktor Keamanan : - sf1 = 3 - sf2 = 2

τa =

σB sf1 .sf 2

τa =

500 3.2

τa =

500 6

τa = 83,33 N/mm2

4.2.6

Perencanaan dan Perhitungan Paku Keling

Bahan paku : SV41A, σB = 410 N/mm² Diameter paku keling dapat diambil mulai d = 8 sampai d = 12 mm, paku keling harus diperiksa kekuatannya terhadap geser dan tekan (hal.37) Diameter paku dp = 12 mm Diameter lubang paku dp’ = 13 mm FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana


Kekuatan tarik pada paku keling Faktor keamanan : - sf1 = 5,6 - sf2 = 1,5

τa =

σB sf1 .sf 2

τa =

410 5,6.1,5

τa =

410 8,4

τa = 48,80 N/mm2

Jumlah paku keling pada sisi F1 F1 = τ a (π 4)d p .z1 2

(

)

29462 ,5 = 48,80 3,14 12 2 .z1 4 29462 ,5 = 5516 ,35.z1

z1 = 5,3 buah ≈ 6 buah

Efisiensi kelingan η p = 0,7 z1 ’ = z 1 z1 ’ = 6

ηp

0 ,7

z1’ = 8,57 ≈ 9 buah

Jumlah paku keling pada sisi F2 F2 = τ a (π 4)d p .z 2 2

5665,8 = 48,80 ( 3,14 ). 122.z2 4 5665,8 = 5516,35.z2 FTI-Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

82


83

z2 = 1,02 ≈ 2 buah

Efisiensi kelingan η p = 0,7 z2 ’ = z 2 z2’ = 2

ηp 0,7

z2’ = 2,85 ≈ 3 buah

4.2.9 Perencanaan dan Perhitungan Tuas

Engsel

Gbr 4.3 Gerakan ujung tuas (Ref.3)

Jumlah momen yang terjadi pada rem pita

∑MB = 0 F.l - F2.b = 0 F.l = F2.b

Besarnya gaya tarik tangan (F) F.l = F2.b



F.500 = F2.40 F.500 = 5665,8.40 F.500 = 226632 F = 453,26 N

Gerakan panjang tuas (Δs)

δ = 3 mm

( )

Δs = δ . θ . l b

∆s = 3.4,71. 500

40

∆s = 176,62 mm Untuk rem tangan, besarnya langkah tuas tidak lebih dari 600 mm 176,62 mm < 600 mm, maka dapat disimpulkan aman untuk digunakan. Dimana : t1 = tebal tuas (mm) B = lebar tuas (mm) F = gaya tarik tangan = 453,26 N l = panjang tuas = 500 mm

Momen maksimum yang terjadi pada tuas terhadap gaya F M = F.l M = 453,26.500 M = 226630 Nmm Z=


Z=

1 2 .t1 .(2t1 ) 6

3 Z = 0,67 (t1 )


84


Untuk perencanaan tuas, bahan yang dipilih adalah S55C, dengan kekuatan tarik, σB = 800 N/mm² Faktor Keamanan : - sf1 = 6 - sf2 = 2

Tegangan geser ijin

τa =

σB sf1 .sf 2

τa =

800 6.2

τa =

800 12

τa = 66,67 N/mm2 maka :

τa =

M Z

66,67 =

226620 0 ,67.(t1 )3

66,67 (t1)3 = 338238,8 t1 = 17,18 mm ≈18 mm t1 = 18 mm

Lebar tuas B = 2.t1 B = 2.18 B = 36 mm


85


Perencanaan dan Perhitungan Peralatan Racet

Bahan racet terbuat dari baja S45C-D, σB = 660 N/mm2 Jumlah gigi racet, z = 18 Sudut kontak, ψ = 2,5 Torsi yang ditransmisikan, T = 4759330 N/mm2

Modul roda racet m = 2.3

T z.ψ .σ B

m = 2.3

4759330 18.2,5.660

m = 10,86 mm m = 11 mm

Diameter roda racet

Dr = zm Dr = 18.11 Dr = 198 mm

Gaya keliling pada diameter luar roda racet

Pr =

2T Dr

Pr =

2.4759330 198

Pr =

9518660 198

Pr = 48074,04 N


86


87

Lebar gigi

bx = ψ.m bx = 2,5 . 11 bx = 27,5 mm

Tekanan per satuan panjang gigi roda racet

pr =

Pr bx

pr =

48074,04 27,5

pr = 1748,14 N/mm

Diameter titik putar pengunci roda racet

dpr = 2,71

3

T ⎛ br ⎞ ⎜ + a⎟ z.m.σ B ⎝ 2 ⎠

dpr = 2,71

3

4759330 ⎛ 2,5 ⎞ + 5⎟ ⎜ 18.11.660 ⎝ 2 ⎠

dpr = 2,71.6,105 dpr = 16,54 mm

4.2.9

Rekapitulasi Hasil Perhitungan dan Perencanaan (summary)

1. Spesifikasi rem pita

•

Beban Angkat

W

= 2000 kg

•

Putaran drum

nD

= 16,16 rpm

•

Diameter drum

D

= 400 mm

•

Panjang tuas

l

= 500 mm

•

Jarak antara F1 dan F2

b

= 40 mm

•

Sudut kontak

θ

= 270˚



•

Jarak bebas antara tromol dan rem pita

•

Bahan rem terbuat dari tenunan asbes

88

δ

= 3 mm

PM

= 11 kW / 15 HP

2. Perencanaan dan pemilihan daya motor

•

•

Daya motor

Frame

: 160 L

Frekwensi

: 50/60 Hz

Phasa

: 3 phasa (motor induksi)

Tegangan

: AC 380 Volt

Putaran nominal

: 970 rpm.

Torsi yang ditranmisikan

T

= 4759,33 N.m

3. Perencanaan dan pemilihan poros

•

Bahan poros dipilih S30C

σB

= 550 N/mm²

•

Tegangan geser ijin pada poros

τa

= 61,11 N/mm2

•

Diameter poros

ds

= 75 mm

•

Tegangan geser yang terjadi pada poros

τk

= 57,53 N/mm

4. Perencanaan dan Perhitungan Pasak

•

Bahan pasak S30C-D

σB

= 580 N/mm²

•

Tegangan geser ijin pasak

τa

= 48,33 N/mm2

•

Lebar pasak

b

= 10 mm

•

Tebal pasak

h

= 8 mm

•

Kedalaman alur pasak

t1

= 5 mm

•

Panjang pasak

l

= 50 mm

υR

= 0,338 m/s

5. Analisa dan Perhitungan Rem

•




89

•

Tarikan efektif rem

Fe

= 23796,65 N

•

Gaya tarik pada sisi tarik pita

F1

= 29462,5 N

•


F2

= 5665,8 N

•

Momen rem

TR

= 4759160 N.mm

•

Tekanan rem maksimum

Pmax

= 0,98 N/mm²

•

Tekanan rem minimum

Pmin

= 0,18 N/mm²

•

Tekanan rem rata-rata

Pm

= 0,58 N/mm²

•

Kapasitas rem

μ.Pmν = 0,068 N.m/mm²s

6. Perencanaan dan Perhitungan Pita Baja

•

Gaya normal pita

FN

= 67990,5 N

•

Panjang bidang kontak pita terhadap rem

lp

= 942 mm

•

Luas bidang kontak pita terhadap rem

A

= 33987,36 mm2

•

Lebar pita

bp

= 36,08 mm

•

Tebal pita

tp

= 2 mm

•

Kekuatan tarik pada pita

τa

= 83,33 N/mm2

7. Perencanaan dan Perhitungan Paku Keling

•

Bahan paku : SV41A

σB

= 410 N/mm²

•

Diameter paku

dp

= 12 mm

•

Diameter lubang paku

dp’

= 13 mm

•

Kekuatan tarik pada paku keling

τa

= 48,80 N/mm2

•

Jumlah paku keling pada sisi F1

z1

= 9 buah

•


z2

= 3 buah

F

= 453,26 N

8. Perencanaan dan Perhitungan Tuas

•

Besarnya gaya tarik tangan



90

•

Gerakan panjang tuas

∆s

= 176,62 mm

•

Momen maksimum yang terjadi pada tuas

M

= 226630 Nmm

•

Bahan tuas : S55C

σB

= 800 N/mm2

•

Tegangan geser ijin

τa

= 66,67 N/mm2

•

Tebal tuas

t1

= 18 mm

•

Lebar tuas

B

= 36 mm

9. Perencanaan dan Perhitungan racet

•

Modul roda racet

m

= 11 mm

•

Bahan racet : S45C-D

σB

= 660 N/mm2

•

Diameter roda racet

Dr

= 198 mm

•

Gaya keliling pada diameter luar roda racet

Pr

= 48074,04 N

•

Lebar gigi

bx

= 27,5 mm

•

Tekanan per satuan panjang gigi roda racet

pr

= 1748,14 N/mm

•


dpr

= 16,54 mm


Bab V Kesimpulan dan Saran

91

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari hasil perencanaan, analisa dan perhitungan komponen-komponen rem pita pada mobil derek, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Rem sebuah derek atau mesin pengangkat dimaksudkan untuk menghentikan putaran drum penggulung kabel dan mencegah beban turun sendiri 2. Rem pita dirancang dengan bentuk sederhana, kapasitas angkat maksimum adalah 2 ton yang diperuntukkan mengangkat barang. 3. Untuk penggeraknya diambil sumber tenaga motor induksi dengan daya 11 kW, 3 fase, 50 hz, 380V, dengan torsi = 4759,33 N.m 4. Untuk mereduksi putaran motor induksi yang tinggi, dipakai reducer dengan perbandingan 1:60, maka putaran drum menjadi 16,16 rpm. 5. Dari perencanaan rem pita didapat hasil analisa pada rem pita sebagai berikut : •


υR

= 0,338 m/s

•

Tarikan efektif rem

Fe

= 23796,65 N

•


F1

= 29462,5 N

•


F2

= 5665,8 N

•

Momen rem

TR

= 4759160 N.mm

•

Tekanan rem maksimum

Pmax

= 0,98 N/mm²

•

Tekanan rem minimum

Pmin

= 0,18 N/mm²



5.2

92

•

Kapasitas rem

μ.Pmν = 0,068 N.m/mm²s

•

Gaya normal pita

FN

= 67990,5 N

•

Lebar pita

bp

= 36,08 mm

•

Tebal pita

tp

= 2 mm

•

Diameter paku

dp

= 12 mm

•

Diameter lubang paku

dp’

= 13 mm

•


z1

= 9 buah

•


z2

= 3 buah

•

Besarnya gaya tarik tangan

F

= 453,26 N

•

Gerakan panjang tuas

∆s

= 176,62 mm

•

Momen maksimum yang terjadi pada tuas

M

= 226630 Nmm

•

Tebal tuas

t1

= 18 mm

•

Lebar tuas

B

= 36 mm

•

Modul roda racet

m

= 11 mm

•

Diameter roda racet

Dr

= 198 mm

•


dpr

= 16,54 mm

Saran 1. Rem ini tidak cocok untuk putaran tinggi karena pita dapat putus dan sukar dikendalikan, maka dalam perencanaan diperlukan ketelitian dalam perhitungan kekuatan tarik dan tegangan geser pada tali atau pita pada rem tersebut apalagi digunakan dalam mesin derek yang mampu menarik beban. 2. Untuk beban yang melebihi batas yang diijinkan sebaiknya digunakan drum angkat yang lebih besar dengan melihat bahan pita yang akan digunakan untuk kekuatan beban pengereman.



93

3. Rem semacam ini tidak cocok untuk alat pengangkut manusia. 4. Agar beban pengereman tidak hanya menumpu pada tenunan asbes maka dapat ditambahkan gear penahan yang berfungsi untuk membagi beban pengereman. 5. Faktor pemakaian secara terus menerus harus memperhatikan efisiensi bahan pita (tenunan asbes).


Daftar Pustaka

94

DAFTAR PUSTAKA

1. Djokosetyardjo,M. J, Ir. 1990. Mesin Pengangkat I, Pradnya Paramita; Jakarta. 2. Hartanto, Sugiarto dan Sato, Takeshi. 1983. Menggambar Mesin Menurut Standar ISO, Pradnya Paramita; Jakarta. 3. Khurmi, R.S dan Gupta, J.K. 2002. A Textbook of Machine Design, Eurasia Publishing House (Put) Ltd; New Delhi. 4. Maleev, M. E, DR. A.M, Priambodo, Bambang, Ir. 1989. Mesin Pengangkat, Erlangga; Jakarta. 5. Niemann, G. Budiman, Anton, Dipl. Ing. 1994. Elemen Mesin Jilid 1, Edisi kedua, Erlangga; Jakarta. 6. Stolk, Jac dan Kros, C. 1980. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta. 7. Sularso dan Suga, Kiyokatsu. 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan IX, Pradnya Paramita; Jakarta.


PERENCANAAN REM PITA PADA MOBIL DEREK DENGAN BEBAN ANGKAT MAKSIMUM 2 TON

Recommend Documents