PERENCANAAN RODA GIGI KERUCUT PADA MESIN GERINDA TANGAN
TUGAS ELEMEN MESIN II Dibuat untuk memenuhi syarat kurikulum pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Oleh Ardin Wahyu S
03091005001
Koko Fahmi S
03091005031
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2012/2013 4
5
PERENCANAAN RODA GIGI KERUCUT PADA MESIN GERINDA TANGAN
TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN II Dibuat untuk memenuhi syarat kurikulum pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Oleh :
Ardin Wahyu S
03091005001
Koko Fahmi S
03091005031
Diketahui oleh Koordinator Tugas Elemen Mesin I :
Disetujui untuk Jurusan Teknik Mesin oleh Dosen Pembimbing
M. Yanis. ST, MT NIP. 197002281994121001
M. Yanis. ST, MT NIP. 197002281994121001
6
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan rahmat dan karuniaNya jugalah penulis dapat menyelesaikan Tugas Elemen Mesin II dengan judul “Perencanaan Roda Gigi Kerucut Pada Mesin Gerinda Tangan”. Sehubungan dengan penyelesaian tugas ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : Bapak, Muhammad Yanis, ST, MT, selaku dosen pengasuh mata kuliah Tugas Elemen Mesin II ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan-kekurangan dalam tugas perencanaan ini, oleh karena itu penulis mengharapkan saran maupun kritik yang membangun dari para pembaca.
Akhirnya penulis berharap kiranya tugas perencanaan ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan rekan-rekan mahasiswa terutama di lingkungan Jurusan Teknik mesin Universitas Sriwijaya
Palembang, Mei 2012
Penulis
7 DAFTAR ISI
Halaman Sampul ........................................................................................... i Halaman Judul .............................................................................................. ii Halaman Pengesahan .................................................................................. iii Kata Pengantar ............................................................................................ iv Daftar Isi ........................................................................................................ v Daftar Tabel ................................................................................................ vii Daftar Gambar .......................................................................................... viii Daftar Lampiran ......................................................................................... ix
BAB I.
PENDAHULUAN ...................................................................... 1 A. Latar Belakang ................................................................... 1 B. Tujuan dan Manfaat ........................................................... 2 C. Pembatasan Masalah ........................................................... 3 D. Metode Penulisan ................................................................. 3
II.
TINJAUAN PUSTAKA ............................................................ 4 A. Klasifikasi Roda Gigi .......................................................... 4 B. Tata Nama Roda Gigi ......................................................... 7 C. Roda Gigi Kerucut
III.
............................................................. 9
PERHITUNGAN ..................................................................... 15 A. Perencanaan Roda Gigi .................................................... 15
8 B. Perencanaan Poros dan Pasak .......................................... 21 1. Perencanaan Poros ................................................ 24 2. Perencanaan Pasak ................................................ 28
C. Perencanaan Bantalan ...................................................... 30
IV.
KESIMPULAN ........................................................................ 32
Daftar Pustaka
Lampiran
DAFTAR TABEL
9
Halaman TABEL 1. Klasifikasi Roda gigi ......................................................... 4
DAFTAR GAMBAR
10
Halaman GAMBAR 2. Klasifikasi Roda gigi ......................................................... 5 3. Tata Nama Roda Gigi ........................................................ 7 4. Nama Bagian-bagian Roda Gigi Kerucut ........................ 10 5. Roda Gigi Kerucut Istimewa ........................................... 11 6. Roda Gigi dan Pinyon Kerucut Lurus .............................. 11 7. Alat Pemarut Es Mekanik ................................................ 13
DAFTAR LAMPIRAN
11
Halaman 1. Kartu Asistensi ............................................................ Lampiran 2. Pengesahan Judul ....................................................... Lampiran
BAB I PENDAHULUAN
12 A. Latar Belakang Suatu mesin terdiri dari elemen-elemen yang jumlahnya relatif besar mencapai lebih dari ribuan. Kesemuanya itu saling mendukung untuk menghasilkan suatu gerak yang terpadu. Untuk terjadinya kesinambungan antar komponen mesin tersebut haruslah direncanakan terlebih dahulu. Hal yang perlu untuk diperhatikan dalam perencanaan adalah kesesuaian antar komponen, faktor keamanan, umur, efisiensi, dan biaya serta ketahanan komponen tersebut dapat menjalankan fungsinya dengan baik. Pada
tugas
perencanaan
elemen
mesin
ini,
kami
mengambil
judul
“Perencanaan Roda Gigi Kerucut Pada Mesin Gerinda Tangan ”. Roda gigi adalah suatu komponen mesin yang berfungsi untuk meneruskan daya yang besar dari roda gigi ke roda gigi yang lain untuk digerakkan dengan melalui motor. Dalam ilmu elemen mesin dikenal beberapa cara pembuatan roda gigi atau penggabungan dua atau lebih komponen mesin yang terpisah. Pada dasarnya roda gigi terbagi atas beberapa terminologi utama, yaitu : a.
Adendum yaitu jarak radial antara bidang atas (top land) dengan lingkaran puncak.
b. Dedendum yaitu jarak radial dari bidang bawah (bottom land) dengan lingkaran puncak. c.
Circular Pitch (Jarak Lengkung Puncak) adalah jarak yang diukur pada lingkaran puncak, dari satu titik pada sebuah gigi ke satu titik yang berkaitan pada gigi sebelahnya.
Jadi, roda gigi termasuk juga pada jenis sambungan tidak tetap, karena roda gigi merupakan pemindah daya dari putaran poros roda gigi yang dihasilkan oleh motor
13 penggerak ke motor yang digerakkan dan juga sebagai alat yang berfungsinya menghentikan roda gigi yang digerakkan meskipun motor penggerak tetap bekerja. Mesin Gerinda Tangan merupakan satu alat dari beberapa alat yang menggunakan perencanaan roda gigi kerucut dengan pengerjaan mekanik. Dikatakan sebagai roda gigi kerucut Spiral karena bentuk visualnya yang mirip dengan kerucut dan alur giginya yang berbentuk spiral. Selain itu pada mesin gerinda tangan ini bila ditinjau dari letak poros roda giginya adalah termasuk roda gigi dengan poros berpotongan dengan sudut porosnya sebesar 90°.
B. Tujuan dan Manfaat 1. Tujuan Penulisan a. Untuk memenuhi kurikulum mata kuliah Elemen Mesin II. b. Untuk menerapkan kajian teoritis yang diperoleh dari kuliah ke dalam bentuk rancangan elemen mesin. c. Untuk menghitung bagian-bagian roda gigi dan mengetahui cara kerjanya.
2. Manfaat Penulisan a. Melatih kami mendalami dan memahami fungsi dan karakteristik dari suatu elemen mesin. b. Mampu merencanakan elemen mesin (roda gigi) yang berdasarkan atas perhitunganperhitungan yang bersumber dari literatur.
C. Pembatasan Masalah
14 Dalam tugas perencanaan elemen mesin II ini kami hanya akan membahas mengenai roda gigi kerucut Spiral (hipoid) pada mesin gerinda tangan.
D. Metode Penulisan Pada tugas perencanaan ini pembahasan dilakukan dengan menggunakan literatur dan buku-buku yang memuat data serta rumus-rumus yang berkaitan dengan masalah yang kami bahas.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
15
Jika dari dua buah roda berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar, maka yang lainnya akan ikut berputar pula. Alat yang menggunakan cara kerja semacam ini untuk mentransmisikan daya disebut roda gesek. Hal ini untuk meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak perlu tepat. Namun untuk menghasilkan daya yang besar dan putaran yang tepat, kedua roda gesek ini harus dibuat bergigi pada kelilingnya sehingga penerusan daya dilkukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Roda gigi semacam ini, yang dapat berbentuk silinder atau kerucut disebut roda gigi. A. Klasifikasi Roda Gigi Klasifikasi Roda Gigi
No.
1.
2.
No. 3.
Letak Poros
Roda gigi dengan poros sejajar
Roda gigi dengan poros berpotongan
Letak Poros Roda gigi dengan poros silang
Roda Gigi
Keterangan
Roda gigi lurus (a) Roda gigi miring (b) Roda gigi miring ganda (c)
(Klasifikasi atas dasar bentuk alur gigi)
Roda gigi luar Roda gigi dalam dan pinyon (d) Batang gigi dan pinyon (e)
Arah putaran berlawanan Arah putaran sama Gerakan lurus dan berputar
Roda gigi kerucut lurus (f) Roda gigi kerucut spiral (g) Roda gigi kerucut Zerol Roda gigi kerucut miring Roda gigi kerucut miring ganda Roda gigi permukaan dengan poros berpotongan (h)
(Klasifikasi atas dasar bentuk jalur gigi)
Roda Gigi Roda gigi miring silang (i) Batang gigi miring silang
Keterangan Kontak titik Gerakan lurus dan berputar
16 Roda gigi cacing silindris (j) Roda gigi cacing selubung ganda (globoid) (k) Roda gigi cacing samping Roda gigi hiperboloid Roda gigi hipoid (l) Roda gigi permukaan silang
Tabel 1. Klasifikasi Roda Gigi
Gambar 1. Klasifikasi Roda Gigi
Roda gigi pada umumnya dapat dibagi menjadi empat jenis, yaitu : a. Roda gigi lurus (Spurs gear)
17 Roda gigi lurus, yaitu suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus daya dan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan tanpa terjadi slip, dimana sumbu kedua poros tersebut terletak saling sejajar. Roda gigi ini bersifat tetap yang mana dalam artinya tidak dapat dilepas pada saat mesin dalam keadaan berputar.
b. Roda gigi miring (Helical) Roda gigi miring yaitu elemen mesin yang mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pda siloinder jarak bagi, berfungsi sebagai penghubung antara roda gigi yang digerakkan dengan roda gigi penggerak dengan putaran dan daya yang sama serta dapat dilepaskan dari kedua.
c. Roda gigi Cacing Roda gigi ini meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi yang besar. Tetapi untuk beban yang besar roda gigi cacing dapat dipergunakan dengan perbandingan sudut kontak yang lebih besar. Roda gigi ini meliputi roda gigi cacing slindris, selubung ganda (globoid), roda gigi cacing samping.
d. Roda gigi kerucut Merupakan roda gigi yang paling sering dipaka tetapi roda gigi ini sangat berisik dengan perbandingan kontak yang kecil, macam-macam roda gigi ini meliputi roda gigi kerucut lurus, spiral, miring, Zerol.
B. Tata Nama Roda Gigi
18 Terminologi dari roda gigi digambarkan pada (Gambar 2). Lingkaran Puncak (pitch circle) dari sepasang roda gigi yang berpasangan adalah saling bersinggungan satu terhadap yang lain.
Gambar 2. Tata Nama Roda Gigi Pinyon adalah roda gigi yang terkecil diantara dua roda gigi yang berpasangan. Yang lebih besar sering disebut Roda Gigi (Gear). Jarak Lengkung Puncak (circular pitch), p adalah jarak yang diukur pada lingkaran puncak, dari satu titik pada sebuah gigi ke suatu titik yang berkaitan pada gigi di sebelahnya. Jadi jarak lengkung puncak adalah sama dengan jumlah tebal gigi (tooth-thickness) dan lebar antara (width of space).
d
m N p jarak lengkung puncak d diameter puncak (mm) N jumlah gigi p
m mod ule (mm)
19 Modul (module), m adalah perbandingan antara diameter puncak dengan jumlah gigi. Modul adalah indeks dari ukuran gigi pada standar SI. d N m mod ule m
Puncak diametral (diametral pitch), P adalah perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi dengan diameter puncak. Atau kebalikan dari module. Puncak diametral dinyatakan dalam jumlah gigi per inci (dalam satuan Inggris). N d P puncak diametral ( gigi per inci) P
maka: pP
Addendum a adalah jarak radial antara bidang atas (top land) dengan lingkaran puncak. Dedendum b adalah jarak radial dari bidang bawah (bottom land) ke lingkaran puncak. Tinggi keseluruhan (whole depth) ht adalah jumlah addendum dan dedendum. Lingkaran kebebasan (clearance circle) adalah lingkaran yang yang bersinggungan dengan lingkaran addendum dari pasangan roda gigi tersebut. Kebebasan (clearance), c adalah an-punggung (bock-lash) adalah besaran yang diberikan oleh lebar antara dari satu roda gigi kepada tebal gigi dari roda gigi pasangannya diukur pada lingkaran puncak.
C. Roda Gigi Kerucut Roda gigi yang termasuk dasar adalah roda gigi dengan poros sejajar, dan dari jenis ini yang paling dasar adalah roda gigi lurus. Namun, bila diingini transmisi untuk putaran
20 tinggi, daya besar dan bunyi kecil antara dua poros sejajar, pada umumnya roda gigi yang dipakai adalah roda gigi miring. Sedangkan untuk roda gigi kerucut biasanya dipakai untuk memindahkan gerakan antara poros yang berpotongan. Dengan sudut perpotongan antara kedua poros sebesar 90°. Namun roda gigi bisa dibuat untuk semua ukuran sudut. Giginya bisa dituang, dimilling, atau dibentuk. Jarak Kebebasan pada roda gigi kerucut adalah merata (Uniform Clearance). Roda gigi kerucut lurus adalah jenis roda gigi kerucut yang mudah dan sederhana pembuatannya dan memberikan hasil yang baik dalam pemakaiannya bila dipasangkan secara tepat dan teliti. Sama halnya dengan roda gigi lurus, roda gigi ini menjadi bising pada harga kecepatan garis puncak yang tinggi.
1. Profil Roda Gigi Kerucut Lurus Sepasang roda gigi kerucut yang saling berkait dapat diwakili oleh dua bidang kerucut dengan titik puncak yang berhimpit dan saling menggelinding tanpa slip. Kedua bidang kerucut ini disebut “kerucut jarak bagi”. Besarnya sudut puncak kerucut merupakan ukuran bagi putaran masing-masing porosnya. Roda gigi kerucut yang alur giginya lurus dan menuju ke puncak kerucut dinamakan “roda gigi kerucut lurus”. Keterangan lebih lanjutnya dapat dilihat pada (Gambar 3).
21
Gambar 3. Nama Bagian-bagian Roda Gigi Kerucut Sumbu poros pada roda gigi kerucut biasanya berpotongan dengan sudut 90°. Bentuk khusus dari roda gigi kerucut dapat berupa “roda gigi miter” yang mempunyai sudut kerucut jarak bagi sebesar 45° dan roda gigi mahkota dengan sudut kerucut jarak bagi sebesar 90°. Dimana diperlihatkan pada (Gambar 4).
Gambar 4.
22 Roda Gigi Kerucut Istimewa Sudut puncak pada roda gigi kerucut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : tan
NP NG
dan
tan
NG NP
dim ana : P pinyon G roda gigi ( gear )
sudut puncak pinyon sudut puncak roda gigi
Berikut ini adalah gambar roda gigi dan pinyon kerucut lurus.
Gambar 5. Roda Gigi Dan Pinyon Kerucut Lurus Gigi lurus standar dari roda gigi kerucut dipotong dengan menggunakan sudut tekan 20°, addendum dan dedendum yang tidak sama, dan kedalaman gigi yang penuh. Hal ini menambah perbandingan kontak, menghindari kurang potong, dan menambah kekuatan dari pinyon. Pada suatu pemasangan roda gigi kerucut yang khas yaitu satu diantara luar dari bantalan. Ini berarti bahwa lendutan poros bisa lebih nyata dan mempunyai pengaruh yang lebih besar dari pada persinggungan gigi tersebut. Kesulitan yang timbul dalam memperkirakan tegangan pada gigi roda gigi kerucut adalah bahwa gigi ini berbentuk tirus. Jadi untuk mendapatkan persinggungan garis yang sempurna melalui pusat kerucut gigi tersebut haruslah melentur yang lebih besar dibandingkan pada ujung yang kecil.
23 Untuk mendapatkan kondisi ini memerlukan adanya keseimbangan yang lebih besar pada ujung yang besar. Karena variasi beban di sepanjang muka gigi ini, maka dianjurkan untuk lebar muka sedikit pendek.
2. Cara Kerja Alat Pemarut Es Cara pengoperasian alat pemarut es mekanik adalah dengan cara menghubungkan motor dengan sumber arus, motor tersebut menghasilkan daya yang kemudian dittansmisikan ke pully alat pemarut es melalui sabuk. Daya yang ditransmisikan oleh sabuk pemutar poros horizontal. Roda gigi kerucut yang dipasang pada poros tersebut akan ikut berputar dan akan mengerakkan pinyon yang terhubung dengan roda gigi. Pada diameter dalam dari pinyon dimasukkan batang penekan dan diberi pasak. Batang penekan berulir memutar turun karena diberi pasangan, yaitu roda gigi miring yang letaknya di atas pinyon dan dikunci oleh baut pengunci roda gigi miring. Batang penekan berulir turun sambil memutar balok es. Pada landasan tempat balok es tersebut diputar terdapat mata pisau bergigi pada suatu tempat dan diberi lubang persegi empat untuk menurunkan potongan-potongan es. Balok es yang berputar akan menjadi potonganpotongan kecil yang kemudian akan turun melalui lubang ke tempat penadah. Jika balok es sudah menjadi tipis, maka pedal gas akan dilepas untuk menghentikan kerja dari alat tersebut. Kemudian baut pengunci dari roda gigi dikendurkan dan dengan memutar roda kemudi yang dihubungkan dengan roda gigi miring pada pinyon sehingga akan memutar batang penekan berlawanan arah kerja tadi, maka batang penekan berulir akan naik ke atas ke posisi semula.
24
Gambar 6. Alat Pemarut Es Mekanik Keterangan gambar pemarut es mekanik adalah : 1. Roda gigi miring 2. Batang tekan 3. Pinyon kerucut 4. Roda gigi kerucut 5. Poros 6. Pasak 7. Bantalan
25
BAB III PERHITUNGAN
A. Perencanaan Roda Gigi Pada perencanaan roda gigi ini dipakai dua buah roda gigi kerucut lurus, dimana satu roda gigi berfungsi sebagai roda gigi penggerak (gear) dan yang lainnya sebagai roda gigi yang digerakkan (pinyon). Adapun bahan dari roda gigi dan pinyon adalah besi cor FC 18 dengan kekuatan lentur 4,0 kg/mm2. Data perencanaan adalah : 1. Putaran motor (nc)
=
1500 rpm
2. Daya motor (P)
=
0,25 kW
3. Reduksi transmisi
=
5
4. Reduksi roda gigi kerucut
=
1,5
5. Faktor koreksi (fc)
=
1 (untuk daya nominal)
6. Jumlah roda gigi kerucut (Ng)
=
27
7. Jumlah roda gigi pinion (Np)
=
18
8. Puncak diametral (P)
=
3 gigi/in
9. Sudut tekan (α)
=
20o
Maka daya penggeraknya (Pd) adalah : Pd
= P x fc = 0,25 x 1 = 0,25 kW
26 Dari harga reduksi puli dan sabuk yang telah diketahui, maka putaran roda gigi kerucut dapat diketahui pula, yaitu : I
dimana :
nc ni
nc = putaran motor listrik = 1500 rpm ni = putaran roda gigi kerucut I = reduksi puli = 5
Sehingga : 5
1500 ni
ni 300rpm
Reduksi pada roda gigi kerucut : Z1 1,5 Z2
Dimana :
Z 1 n1 Z 2 n2
n1 = putaran roda gigi kerucut n2 = putaran pinion Maka :
1,5 = n1/n2 n2 = 300 x 1,5 n2 = 450 rpm
Torsi pada roda gigi kerucut : T = 9,74 x 105 x Pd/n1 Sehingga : T = 9,74 x 105 x 0,25/300 = 811,6 kg mm
27 1. Sudut puncak pinion tan-1δ1 = Np/Ng ................................................ (Shigley hal. 239) = 18/27 δ1 = 33,6 2. Sudut Puncak roda gigi tan-1 δ2 = Ng/Np ............................................... (Shigley hal. 239) = 27/18 δ2 = 56,3 3. Diameter puncak pinion (dp) ........................ (Shigley hal. 175) dp = Np/P = 18/3 = 6 in = 152,4 mm 4. Diameter puncak roda gigi (dg) dg = Ng/P = 27/3 = 9 in = 228,6 mm 5. Lebar muka gigi (F) F = 10/P = 10/3 = 3,33 in = 84,67 mm 6. Faktor perubahan kepala (X1 dan X2) X1 = 0,46 [1-(18/27)2] = 0,46 [1-0,4] = 0,276 X2 = - 0,276
7. Untuk pinion
28 Tinggi kepala (Adendum) hk1 = (1 + X1) m Dimana : m = modul = dp/Np = 152,2 /18 = 8,46 mm hk1 = (1 + 0,276) 8,46 = 10,8 mm Tinggi kaki (dedendum) hf1 = (1 – 0,276) m + Ck Dimana : Ck = kelonggaran puncak Ck = 0,188 P 0,0508 mm = 0,188 3 0,0508 mm = 0,11 mm hf1 = (1 – 0,276) x 8,46 + 0,11 = 6,23 mm 8. Untuk roda gigi Tinggi kepala (adendum) hk2 = (1 – X1) m = (1 – 0,276) 8,46 = 6,12 mm Tinggi kaki (dedendum) hf2 = (1 + X1) m + C k = (1 + 0,276) 8,46 + 0,11 = 10,9 mm 9. Diameter lingkaran kepala pinion
29 dp1 = dp + 2hk1 cos δ1 = 152,4 + 2 .10,8 cos 33,6 = 170,3 mm 10. Diameter lingkaran roda gigi dg2 = dg + 2hk2 cos δ2 = 228,6 + 2 . 6,12 cos 56,3 = 235,33 mm 11. Jarak dari puncak kerucut sampai puncak luar gigi untuk pinion X1 = (dp/2) – hk1 sin δ1 = (152,4/2) – 10,8 sin 33,6 = 70,26 mm 12. Jarak kerucut (R) R = dp/2 sin δ1 = 152,4/2 sin 33,6 = 138,5 mm 13. Pemeriksaan keamanan terhadap tegangan dan kekuatan lentur Wt = 60 . 103 . H/π dn H = P . fc = 0,25 kW Wt = 60 . 103 . 0,25/3,14 . 12 . 1500 = 0,26 kN
14. Diameter puncak rata-rata dari roda gigi besar dav = dg – F sin δ2 ............................................. (Shigley hal 244)
30 = 228,6 – 84,67 sin 56,3 = 158,16 mm = 6,23 in 15. Kecepatan garis puncak pada puncak rata-rata V = dav . π . n/12 .............................................. (Shigley hal 175) = 6,23 . 3,14 . 300/12 = 489,06 ft/menit 16. Faktor kecepatan Kv = 50 / 50 V
............................................ (Shigley hal 181)
= 50 / 50 489,56 = 0,693 17. Tegangan lentur pada roda gigi σ = Wt . P/kv . F . J .......................................... (Sularso hal 242) J = 0,22 ; untuk faktor geometri σ=
0,22 .3 gigi / in.1 / 25 ,4.10 3 0,693 .84 ,67 .0,22 .10 3
= 0,698 kPa 18. Tegangan yang diizinkan : σa = 4 kg/mm2 =
4 x 9,81 kg 1.10 6 m 2
= 3,924 . 104 kPa Karena σ < σa maka roda gigi dalam keadaan sangat aman. B. Perencanaan Poros dan Pasak Puli
31 D = 100 mm I =5 Dimana : D = diameter puli I = reduksi puli Maka : d = D/I
.............................................. (Sularso hal. 166)
= 100/5 = 20 Sehingga : V = π . d . n/(60x1000) ................. (Sularso hal. 166) =
3,14 x 20 x1500 60000
= 1,57 m/s Po =
F1 F 2V 102
........................................... (Sularso hal. 171)
Dimana : Po = Daya yang direncanakan Po = 0,25 kW V = kecepatan Maka : 0,25 =
F1 F 21,57 102
F1-F2 = 16,24
Sabuk Panjang sabuk (L) dipilih panjang 1016 mm Jarak sumbu C dapat diketahui dengan menggunkan persamaan sebagai berikut :
32 b b 2 8D d C= 8
2
............................... (Sularso hal. 170)
Dimana : b = 2L – π(100 + 20) ........................................ (Sularso hal. 170) b = 2L – π(100 + 20) = 2(1016) – 3,14(120) = 2032 – 376,8 = 1655,2 Maka : b b 2 8D d C= 8
2
=
1655,2
1655,22 8100 202 8
= 411,85 Besarnya sudut kontak adalah : 57(D d) C 57(100 20) θ 180o 411,85 θ 180o
θ 168,93o
θ ≈ 169o Maka : F1/F2 = eμ.θ Dimana : μ = koefisien gesek = 0,2 F1/F2 = eμ.θ F1/F2 = e0,2.169
33 F1/F2 = e33,8 F1 = 4,78 F2 16,24 = F1 – F2 16,24 = (4,78 F2 – F2) 16,24 3,78 F2 4,30 kg F2
F1 20,54 kg
Sehingga jumlah sabuk yang diperlukan adalah : N
Pd Po .K
....................................................... (Sularso hal. 173)
0,25 0,25 x 0,97 N 1,03 1 buah N
Dengan jenis sabuk yang dipakai adalah sabuk V dengan tipe sabuk sempit 3 V.
1. Perencanaan Poros Wt = T/rav ........................................................ (Shigley hal. 238) Dimana rav = dav/2 =
dp F sin 1 2
34 152,4 84,67 sin 33,6 2
=
= 52,77 mm Wt = 811,6/52,77 = 15,4 kg Wa = Wt tan Ф sin γ ........................................ (Shigley hal. 238) = 15,4 tan 20 sin 33,6 = 3,10 kg Wr = Wt tan Ф cos γ ...................................... (Shigley hal. 238) = 15,4 tan 20 cos 33,6 = 4,67 kg y F1
B
A
z
Wt E Wa
Wr
Momen di titik C
F1 . CD + Wr . AC + Rby . BC = Wa . AE Rby = Wa . AE – Wr . Ac – F1 . CD Rby =
3,10 x5,277 4,67 x14 18,64 x32 9
= - 12,07 kg
3,2 cm
Rcz
Rcz Rby
C 9 cm
5 cm
Rcy
x D
35
Σfy = 0
Wr + Rby + Rcy = Ftot Rcy = 18,64 – 4,67 + 12,07 = 26,04 kg ΣMcz = 0 Rby . BC = Wt . AC Rbz =
15,4.14 9
= 24 kg
ΣFz = 0
Rby + Rcz = Wt Rcz = 15,4 – 24 = -8,6 kg
ΣT = 0
T = Wt . AE (dimana AE = rav) = 15,4 . 52,77 = 804,96 kg.mm
Rb = =
Rby2 Rbz 2
12,072 24 2
= 26,8 kg Rc = =
Rcy2 Rcz 2
26,042 8,62
36 = 25,5 kg W = Wt 2 Wr 2 = 16,09 kg Sumbu x - y 18,46
A
B
Wr 4,67
Rby 12,07
C D
Rcy 26,04 26,04
4,67
18,64
16,04 +
+ V -7,4 596,48 kg.mm
233,5 kg.mm
A
B
C
D
37 Sumbu x- z
Rbz = 24
x Wt = 15,4
Rcz = 8,6
15,4 + V
C
B
A
-8,6
770 kg.mm
Selanjutnya : Wt = T/rav T = 811,6 kgmm = 70,46 lb.in n = 2,6 Mtot =
(233,5) 2 (770) 2 804,63 kg.mm 69,93 Ib.in
Dengan perencanaan : Bahan G 10500 AISI 1050 ditarik dingin Sut = 100 kpsi Sy = 84 kpsi Ka = 0,75 ......................................................... (Shigley hal. 177)
D
38 Kb = 0,865 Kc = 0,868 , faktor keandalan 95 % Kd = Ke = 1 Kf = 1,33 Se = 0,5 Sout = 50 kpsi Se = KaKbKcKdKeKfSe = 0,75.0,865.0,868.1.1.1,33.50 = 37,45 kpsi
ds = 48 n T S y M S e
2
1/ 3 2 1/ 2
= 48x2,6 / 3,14 70,46 / 84x103
............ (Shigley hal. 270)
69,93 / 37,45x10 2
1/ 3 3 2 1/ 2
= 0,43 in = 10,92 mm ≈ 11 mm
2. Perencanaan Pasak Dalam pasak poros transmisi baja karbon AISI 1010 diroll panas σut = σB = 47.000 psi σB = 33,06 kg/mm2 diameter poros 11 mm penampang pasak b x h = 3mm x 3mm tegangan geser yang diijinkan pada pasak σ ka = σ b/ Sfk 1 . Sfk 2 ..................................... (Sularso hal 27) Sfk 1 = 6 Sfk 2 = 2,5 ; untuk tumbukan ringan σka = 33,06/(6.2,5) = 2,2 kg/mm2
39 Panjang pasak (li) berdasarkan tegangan geser pasak yang diizinkan T = 811,6 kg.mm F = T/r = 2T/d = 811,6 . 2 / 11 =147,56 kg σka ≥ F/li . b ...................................................... (Sularso hal. 25) 2,2 ≥ 147,56 / li . 3 li ≥ 22,4 mm panjang pasak (l2) berdasarkan tekanan permukaan yang diizinkan : Pa = 8kg / mm 2 t1 = 2,5 mm Pa ≥
F l .t1
8 ≥ 147,56 / l2 . 2,5 l2 ≥ 7,4 mm Maka dapat diambil ketentuan a. Ukuran pasak = b x h = 5 x 5 (mm) b. Lebar pasak adalah = 5 mm c. Panjang pasak yang dipakai adalah L = 15 mm Lk/ds = 13/11 = 1,2
(0,75 < 1,36 < 1,5 adalah baik)
40 C. Perencanaan Bantalan Dalam perencanaan ini jenis bantalan yang digunakan yaitu bantalan gelinding bola tunggal. 1. Bantalan pada titik B Beban ekivalen dinamis (Pr) Pr = XVFr + Yfa ............................................. (Sularso hal. 135) Dimana : Fr = beban radial = 24,4 kg Fa = beban aksial = 3,10 kg X=1;V=1;Y=0 e ≥ Fa / V. Fr
.................................................. (Sularso hal. 135)
= 3,10 /1 . 24,4 = 0,13 Pr = 1 . 1 . 24,4 + 0,310 Pr = 24,4 kg Umur bantalan : L = 60 . n2 . Lh ..................... (Sularso hal. 136) Dimana : Lh = 5 x 365 = 1825 jam Maka L = 60. 450 . 1825 = 49,275 . 106 rev C/Pr = L1/3 C = Pr.L1/3 = 24,4(49,275)1/3 = 89,45 kg 2. Bantalan di titik C Beban ekvivalen dinamis (Pr)
41 Pr = XVFr + Yfa Dimana : Fr = beban radial = 13,6 kg Fa = beban aksial = 3,10 kg X=1;V=1;Y=0 e ≥ Fa/VFr = 3,10/13,6.1 = 0,227 Pr = 1.1.13,6 + 0.3,10 = 13,6 kg Umur bantalan : L = 60.n2. Lh Dimana : Lh = 5 x 365 = 1825 jam Maka : L = 60.450.1825 = 49,275. 106 rev C / Pr = L1/3 C = Pr. L1/3 = (49,275)1/3.13,6 C = 49,85 kg
42
BAB IV KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan pada bab-bab sebelumnya, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan mengenai ukuran bagian-bagian roda gigi pada mesin gerinda tangan , yaitu sebagai berikut : 1. Alat penggerak Daya motor
= 0,25 kW
Putaran motor
= 1500 rpm
Reduksi transmisi sabuk
=5
Reduksi transmisi roda gigi
= 1,5
2. Roda gigi kerucut Jumlah roda gigi (gear)
= 27 gigi
Jumlah roda gigi (pinion)
= 18 gigi
Modul
= 8,46 mm
Bahan roda gigi
= FC 18
Kekuatan tegangan izin
= 3,924.104 kPa
3. Poros Bahan poros
= G 10500 AISI 1050 ditarik dingin
Panjang poros
= 172 mm
Diameter poros
= 11 mm
4. Pasak
43 Penampang pasak
= 5 x 5 (mm)
Panjang pasak
= 15 mm
Kedalaman pada poros
= 3 mm
Kedalaman pada naf
= 2 mm
5. Bantalan Bahan bantalan
= JIS 6001
Umur bantalan
= 49,275 , 106 rev
Beban dinamis
= 69,65 kg
44 DAFTAR PUSTAKA
1.
Shigley, J.E dan LD. Mitchell, “Perencanaan Teknik Mesin”, Jilid 2, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1984.
2.
Sularso, Ir, MSME dan K. Suga, “Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin”, Cetakan Kesembilan, Pradnya Paramita, Jakarta, 1997.
3.
Daryanto, Drs, “Pengetahuan Dasar Teknik”, Cetakan Pertama, Bina Aksara, Jakarta, 1988.
45
LAMPIRAN
