TUGAS MAKALAH
TEKNOLOGI MEKANIK I “PEMBUATAN RODA GIGI CACING“
Disusun Oleh : Muhammad Hanif B.
( 2113030022 )
Dosen Pembimbing : Ir. Nur Husodo, M.Sc.
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Dalam bekerja memindahkan daya/putaran, roda gigi harus berpasangan dengan roda gigi yang sejenis. Roda gigi yaitu sejenis roda cakra dimana pada sekitar sekeliling bagian luarnya mempunya profil gigi yang sama besar (simentris). Roda gigi merupakan salah satu bagian mesin yang berfungsi untuk membantu kerja mesin pada saat mesin bergerak. Pada bagian-bagian mesin sering kita jumpai suatu poros yang mengerakkan poros yang lainnya. Untuk menggerakkan suatu poros tersebut maka dibutuhkan suatu alat bantuan elemen mesin roda gigi. Dengan kondisi yang sedemikian rupa itu (bentuk dan cara kerja) memberikan beberapa keuntungan dalam memindahkan daya putar/putaran yaitu anti slip dan terjadinya gaya dorong yang positif. Tetapi hanya dapat memindahkan daya putar dengan jarak antara poros relatif singkat, tidak dapat terlalu jauh. Maka dari itu pembuatan roda gigi sangat dibutuhkan. Proses pembuatan roda gigi terbagi atas beberapa tahapan yaitu dengan proses bubut dan proses mesin frais horizontal. Untuk itu maka pada praktikum kali ini praktikan mencoba melakukan pembuatan roda gigi dengan menggunakan mesin bubut dan mesin frais horizontal B. Tujuan Tujuan dari praktikum pembuatan roda gigi ini adalah : 1. Mengenal mesin bubut dan mesin frais serta fungsi – fungsi dari bagian mesin bubut dan mesin frais.. 2. Mengetahui prinsip dasar/ prinsip kerja dari mesin bubut dan mesin frais. 3. Mengetahui proses manufaktur pembuatan roda gigi cacing dengan mesin bubut dan mesin frais.
BAB II DASAR TEORI A. Roda Gigi Cacing Roda gigi cacing adalah jenis roda gigi yang terdiri dari 1 atau lebih gigi dengan bentuk menyerupai sekrup. Biasanya dibuat bersama dengan pasangannya, pasangan roda gigi cacing sering disebut pinion/poros cacing. Secara fisik, roda gigi cacing memiliki cekungan di tiap giginya. Cekungan ini bertujuan mengubah titik kontak antara roda gigi dengan pinion/poros cacing yang biasanya berupa titik, menjadi berupa garis. Sehingga kontak yang terjadi menjadi lebih lama, dan dapat menghasilkan media transmisi daya tinggi. Poros cacing dan roda gigi memiliki perbandingan rasio yang besar. Sebagai contoh, roda gigi heliks biasanya terbatas pada rasio gigi kurang dari 10:1, sementara roda gigi cacing memiliki variasi rasio dari 10:1 ke 500:1. Kerugian dari pasangan roda gigi cacing adalah rendahnya efisiensi karena perbandingan rasio yang cukup besar. Roda gigi cacing termasuk kedalam jenis helical gear, namun memiliki sudut yang agak besar (hampir 90 derajat) dan ukurannya biasanya cukup panjang dalam arah aksial dan oleh karena itu bentuknya menyerupai sekrup. Perbedaan antara roda gigi cacing dan roda gigi heliks adalah roda gigi cacing dibuat sekurang-kurangnya satu gigi berlangsung selama satu putaran penuh mengelilingi heliks. Sebuah roda gigi cacing memungkinkan untuk memiliki satu gigi saja. Pada roda gigi cacing terlihat seperti memiliki banyak gigi, namun sebenarnya hanya satu satu gigi saja namun mengelilingi poros tersebut seperti ulir. Sekrup yang memiliki satu awalan saja disebut ulir tunggal. Sedangkan yang memilki lebih dari satu awalan disebut ulir majemuk. Sudut heliks cacing biasanya tidak ditentukan.
Gambar roda gigi cacing Dalam pasangan roda gigi cacing, pergerakan hanya mungkin dilakukan oleh poros cacing saja. Di sini roda gigi tidak mungkin untuk memutar poros cacing. Terutama jika sudut lead-nya kecil, roda gigi mungkin hanya mengunci terhadap poros cacing, karena komponen gaya keliling ke cacing tidak cukup untuk mengatasi gesekan. Pasangan roda gigi cacing yang melakukan penguncian diri disebut self locking, yang merupakan sebuah keuntungan dari penggunaan pasangan roda gigi ini, misalnya ketika diinginkan untuk mengatur posisi suatu mekanisme dengan memutar poros cacing dan kemudian memiliki mekanisme menahan posisi tersebut. Contohnya adalah pengatur senar pada gitar. Hal ini menjadi unik karena hanya terjadi pada mekanisme roda gigi cacing, dimana poros cacing dapat dengan mudah memutar worm gear, namun worm gear tidak dapat memutar poros cacing. Hal ini disebabkan oleh kecilnya sudut roda gigi cacing sehingga saat worm gear diputar, justru terjadi self locking. Jika gigi pada pasangan roda gigi cacing, roda gigi heliks biasa hanya satu titik kontak. Jika media transmisi daya tinggi diinginkan, bentuk gigi dari gigi harus dimodifikasi untuk mencapai titik kontak yang lebih banyak dengan membuat kedua gigi sebagian menyelimuti satu sama lain. Hal ini dilakukan dengan membuat kedua cekung dan bergabung dengan mereka pada titik pelana; hal ini disebut cone-drive. Macam-macam roda gigi cacing: 1. Non Throated Worm Gear → helical gear tanpa ada cekungan pada pasangan kedua roda gigi. 2. Single Throated Worm Gear → cekungan terdapat hanya pada roda gigi. 3. Double Throated Worm Gear → cekungan terdapat pada roda gigi cacing dan poros cacing. Secara umum, worm gear berfungsi untuk mengurangi kecepatan (memperhalus gerakan). Efisiensi worm gear tergantung pada lead angle, kecepatan putaran, pelumasan, kualitas permukaan, dan prosedur pemasangan/perakitan. B. Mesin Bubut Mesin bubut adalah mesin yang dibuat dari logam, gunanya untuk membentuk benda kerja dengan cara menyayat, gerakan utamanya adalah berputar. Di bidang industri, keadaan mesin bubut sangat berperan. Terutama di dalam industri permesinan. Misalnya dalam industri otomotif, mesin bubut berperan dalam pembuatan komponen-komponen kendaraan, seperti mur, baut, roda gigi, poros, tromol dan lain sebagainya. Penggunaan mesin bubut juga dapat dihubungkan dengan mesin lain seperti mesin bor (drilling machine), mesin gerinda (grinding machine), mesin frais (milling machine), mesin sekrap (shaping machine), mesin gergaji (sawing machine) dan mesin-mesin yang lainnya.
Pada pahat potong, diketahui bahwa resultan gaya terdiri atas tiga komponen dasar, yaitu FT (Gaya Tangensial / Gaya pada kecepatan potong), F R (Gaya Radial / Gaya pada kedalaman pemotongan), dan FL (Gaya Longitudinal / Gaya pada pemakanan atau gerak makan). Gaya tangensial ini adalah gaya yang paling tinggi dari ketiga gaya tersebut.
Gambar mesin bubut dan komponennya Bagian-bagian Mesin Bubut dan Kegunaannya : 1. Head Stock : tempat pengaturan peotongan (speed of cut) 2. Spindle : bagian yang mneruskan putaran mesin ke benda kerja, sehingga benda kerja dapat berputar, serta tempat melekatnya pemegang benda keerja. 3. Chuck : pemegang benda kerja. 4. Dead Center : Untuk menunjang ujung benda kerja, center ini tidak berputar bersama benda kerja. 5. Tail Stock Spindle : tempat melekatnya dead center. Disampaing itu dapat juga untuk melekatkan drill chuck untuk drilling dll. Peralatan untuk berbagai macam pengerjaan. 6. Tail Stock : Bagian belakang (ekor) mesin bubut, untuk menunjang ujung benda kerja dengan perantara dead center yang dilekatkan pada tail stock spindle. 7. Tail Stock Hand Wheel : untuk memajukan atau memundurkan posisi dead center agar kedudukan benda kerja dapatdiatur dengan baik. Disamping itu apabila pada tail stock spindle dipasang mata bor maka tail stock hand wheel dapat dipergunakan untuk memberikan gerak pemakanan.
8. Bed :bagian yang menunjang head stock, tail stock sedangkan bagianatas dari bed disebut ways. 9. Leg : kaki besin bubut, terdapat hanya pada mesin kecil. 10. Carriage : bagian yang dapat bergeser dengan arah longitudinal sepanjang bed, carriage memikul bagian – bagian lain yang terletak diatasnya, yaitu cross slide. 11. Cross Slide : apabila bagian yang melintang sumbu mesin bubut terletak diatas carriage untuk mengadakan gerakan pemakanan melintang (cross feed). 12. Compound Rest : tempat meletakkan tool post. 13. Tool Post : tempat melekatnya pahat (cutting tool) C. Mesin Frais Universal Mesin yang pada dasarnya gabungan dari mesin frais horizontal dan mesin frais vertikal.mesin ini dapat mengerjakan pekerjaan pengefraisan muka, datar, spiral, roda gigi, pengeboran dan reamer serta pembuatan alur luar dan alur dalam. Untuk melaksanakan pekerjaannya mesin frais dilengkapi dengan peralatan yang mudah digeser, diganti dan dipindahkan. Peralatan tambahan etrsebut berupa meja siku (fixed angular table), meja miring (inclinable universal table), meja putar (rotery table) dan kepala spindel tegak (vertical head spindel).Digunakan untuk mengefrais permukaan datar benda kerja dengan menggunakan mesin frias horizontal. Dalam pemakaiannya pisau frais ini terdapat tiga type yaitu type H untuk baja keras, type N untuk baja sedang (normal) dan type W untuk baja lunak.
Gambar mesin frais Berikut ini adalah macam-macam jenis mata pahat pada mesin frais : a. Pisau Frais Muka Pisau ini mempunyai dua arah sisi pemotongan yaitu sisi muka dan sisi samping. Pisau ini digunakan untuk menfrais permukaan mendatar dan tegak benda kerja dengan menggunakan mesin frais vertika dengan menggunakan mesin frais horizontal.
b. Pisau Frais Gergaji Disebut juga dengan pisau belah (slitting cutter). Digunakan untuk membelah atau memotong benda kerja dan membuat alur. c. Pisau Frais Pembentuk Disebut juga dengan form milling cutter. Digunakan untuk membentuk permukaan benda kerja. d. Pisau Frais Roda Gigi Digunakan untuk membuat roda gigi. Pisau ini terdapat dua jenis ukuran, yaitu sistem modul untuk ukuran mm dan sistem DP (diameter Pitch) untuk ukuran inchi. e. Pisau Frais Sudut Digunakan untuk membuat permukaan bersudut. Pisau ini ada dua macam, yaitu pisau frais bersudut tunggal dan pisau frais bersudut ganda.
f. Pisau Frais Jari Disebut juga dengan end mill cutter, digunakan untuk membuat alur, pembesaran lobang dan pembuatan permukaan bertingkat. Mata pisau terdapat pada bagian muka dan bagian samping. g. Pisau Frais Alur T dan Alur Bersudut Pisau frais alur T mempunyai mata pemotong pada bagian muka, belakang dan samping. Pisau alur bersudut digunakan untuk membuat alur berbentuk sudut. Mata potong pisau terdapat pada bagian depan dan sampingnya. Pisau alur bersudut terdapat dalam dua bentuk, yaitu pisau alur bersudut tumpul dan pisau alur bersudut lancip.terhadap bidang kerja). Kecepatan potong pada mesin frais dapat didefenisikan sebagai panjangnya bram yang terpotong oleh satu mata potong pisau frais dalam satu menit. Kecepatan potong untuk tiaptiap bahan tidak sama. Umumnya makin keras bahan, makin kecil harga kecepatan potongnya dan juga sebaliknya. Kecepatan potong dalam pengefraisan ditentukan berdasarkan harga kecepatan potong menurut bahan dan diameter pisau frais. Jika pisau frais mempunyai diameter 100 mm maka satu putaran penuh menempuh jarak p x d = 3.14 x 100 = 314 mm. Jarak ini disebut jarak keliling yang ditempuh oleh mata pisau frais. Bila pisau frais berputar n putaran dalam satu menit, maka jarak yang ditempuh oleh mata potong pisau frais menjadi p x d x n. jarak yang ditempuh mata pisau dalam satu menit disebut juga dengan kecepatan potong (V). Maka:
Tabel 6. Harga Kecepata Potong Bahan
Alumunium Kuningan Perunggu Besi Tuang Besi Tempa Baja Karbon Lunak Sedang Tinggi
Bahan Pisau Frais Baja HSS Karbon 83 – 66 166 – 332 13 – 26 24 – 58 10 – 20 21 – 44 10 – 14 10 – 16 12 – 16 16 – 26 10 – 15 10 – 16 10 – 14 24 – 34 20 – 30 16 – 26 10 – 16
HSS Super Stelit 20 – 34 14 – 24 10 – 16 26 – 42 24 – 34 20 – 30 14 – 24
Tantalum Karbit 267 – 498 50 – 84 50 – 64 44 – 64 34 – 54 34 – 50 16 – 24 30 – 44 20 – 30 14 – 20 38 – 50
Tngsten Karbid 332 – 664 116 – 200 64 – 142 42 – 64 84 – 108 50 – 64 94 – 164 84 – 124
Pemakanan juga menentukan hasil pengefraisan, pemakanan maksudnya adalah besarnya pergeseran benda kerja dalam satu putaran pisau frais. Pemakanan mempengaruhi gerakan bram terlepas dari benda. Faktor dalamnya pemotongan dan tebalnya bram juga menentukan proses pemotongan. Besarnya pemakanan di hitung dengan rumus : Dimana : f = Besarnya pemakanan per menit F = Besarnya pemakanan per mata pisau T = Jumlah mata potong pisau n = Jumlah putaran pisau per menit Tabel 7. Harga Pemakanan Menurut Jenis Bahan dan Pisau Frais (per mata potong mm) Jenis Pisau Frais Jenis Bahan Benda Alumuni Kuninga Perunggu Baja um n Sedang Muka 0,55 0,55 0,45 0,23 Spiral 0,43 0,43 0,35 0,18 Sisi dan Muka 0,33 0,33 0,28 0,15 Jari 0,28 0,28 0,23 0,13 Bentuk 0,15 0,15 0,13 0,07 Gergaji 0,15 0,13 0,10 0,07
Baja Keras 0,20 0,15 0,13 0,10 0,07 0,05
Baja Besi Campuran Tuang 0,18 0,33 0,13 0,25 0,10 0,20 0,10 0,15 0,05 0,10 0,05 0,07
Selama pemotongan, pisau frais bergerak sepanjang bidang pemotongan. Panjang gerakan pisau frais tersebut dapat dianalisis seperti gambar Dari segitiga siku-siku ABC dapat dianalisis bahwa
Sedangkan panjang gerakan pisau frais (L) adalah Dimana: L = Panjang gerakan pisau frais l = Panjang bidang pemotongan R = Jari-jari pisau frais D = Dalamnya pemotongan Pada bagian-bagian mesin sering dijumpai suatu poros mengerakkan poros yang lainnya. Kadang kala poros itu terletak pada posisi satu garis, baik pada posisi sejajar maupun bersilangan. Untuk memenuhi keperluan pemindahan gerak/putaran/daya putar antara dua poros atau lebih dalam teknologi permesinan terdapat berbagai macam cara yaitu diantaranya dengan meggunakan roda gigi. Roda gigi merupakan sejenis roda cakra dimana pada sekitar sekeliling bagian luarnya memiliki profil gigi yang simentris. Dalam bekerja memindahkan daya/putaran roda gigi mesti berpasangan sesama roda gigi yang sejenis. Dengan keadaan yang sedemikian rupa itu (bentuk dan cara kerja) memberikan beberapa keuntungan dalam memindahkan daya putar/putaran yaitu anti slip dan terjadinya gaya dorong yang positif. Tetapi hanya dapat memindahkan daya putar dengan jarak antara poros relatif singkat, tidak dapat terlalu jauh. Macam macam mesin frais yaitu : a. Mesin Frais Horizontal Mesin frais ini dapat mengerjakan berbagai macam pekerjaan karena meja dapat distel secara memanjang, melintang, maupun turun naik. Kelemahan mesin ini tidak dapat dibuat bebas bergerak, hanya ketiga jurusan saja. b. Mesin Frais universal Mesin frais universal sama dengan mesin frais horizontal namun perbedaannya meja dapat distel miring. c. Mesin Frais vertical Poros utamanya vertical, penyetelan meja dapat dilakukan dalam tiga jurusan, sebagian mesin poros utamanya dapat di stel miring. d.
Mesin Frais datar Mesin ini hanya digunakan meratakan bidang datar benda benda dalam jumlah besar.. Kelemahan meja mesin universal dan horizontal tidak terdapat dalam mesin ini, karena mejanya hanya bergerak dalam satu jurusan yaitu melintang. e. Mesin frais portal Mesin ini untuk benda benda berat, besar dan panjang. Benda diletakkan pada meja panjang dan meja ini bergerak lurus. Mesin ini dilengkapi dengan lebih dari satu poros utama, sehingga seluruh lebar benda dapat dipotong.
BAB III METODE PRAKTIKUM B. 1.
2. a. b. c. d. e. f. g. h. i.
ALAT DAN BAHAN Bahan Besi st 37 Alat Mesin bubut dan perlengkapannya Mesin frais dan perlengkapanya. Pahat bubut rata, pahat bubut radius. Cutter Senter drill Chuck bor Mata bor 8, 16, 18, 19, 21, dan reamer 22 Mandrel Alat ukur (jangka sorong)
perhitungan
:
Z = 31 M = 2 = 50 kiri 1. Modul keliling (M0) M0 = 2 mm
2. Diameter tusuk (Dt) Dt = z . M0 = 31 . 2 = 62 mm
3. Diameter lengkung (Dl) Dl = Dt + 2 . M = 62 + 2 . 2 = 62 + 4 = 66 mm
4. Diameter kepala (Dk) Dk = Dl + 2 .M = 66 + 2 . 2 = 66 + 4 = 70 mm
5. Diameter kaki (Dki) Dki = Dt – 2 . 1, 1664 . 2 = 62 – 2 . 1,1664 . 2 = 57,33 mm
6. Tinggi kepala gigi(Hk) Hk = 1 . M = 1 .2 = 2 mm
7. Tinggi kaki gigi Ht = 1,166 . 2 = 2,332mm
8. Tinggi gigi (Hz) Hz = Hk + Ht = 2 + 2,332 = 4,332mm
PROSEDUR PRAKTIKUM Adapun prosedur dari praktikum yang aakan dilakukan adalah : Membuat bakal roda gigi cacing : 1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat roda gigi cacing. 2. Jepit benda kerja pada cekam dengan kuat. 3. Pasang pahat bubut rata pada rumah pahat. Mata pahat harus segari/ sama tinggi dengan ujung senter putar. 4. Hidupkan mesin dan facing rata pada salah satu bagian muka benda kerja.
5. Balikkan benda kerja, lalu bubut rata pula pada bagian permukaan benda kerja yang satunya lagi hingga mencapai ketebalan 20mm 6. Pasang pada chuck drill pada kepala lepas, lalu pasang pula senter drill pada chuck drill tersebut. Buat lubang senter, pada bagian tengah benda kerja hingga mencapai ketirusan senter drill. 7. Lakukan pengeboran pada benda kerja yang dimulai dari diameter bor yang paling kecil sampai diameter bor yang paling besar dan diakhiri dangan reamer 22mm. 8. Buka benda kerja dari cekam, pasang pada mandrel dan bubut diameter luar hingga mencapai diameter yang sesuai dengan perhitungan yang telah dibuat. 9. Ganti pahat bubut rata dengan pahat bubut radius, dan pasang kembali benda kerja yang sudah pakai mendrel pada cekam mesin bubut denga kuat. 10. Lakukan penyayatan diameter lengkung benda kerja hingga mencapai diameter yang diperhitungkan, dengan cara menggeser eretan atas dan eretan bawah secara bersamaan. 11. Setelah selesai diameter lengkung cemper kedua sisi benda kerja
Membuat roda gigi cacing dengan mesin frais horizontal 1. Siapkan mesin frais horizontal dan perlengkapannya. 2. Pasang cutter pada arbor mesin dengan kuat, lalu setting posisi cutter terhadap senter kepal lepas. Miringkan meja mesin sebesar 50 kekiri (searah dengan putaran jarum jam) 3. Pasang benda kerja pada cekam mesin frais, setting posisi nol cuter terhadap bagian diameter lengkung benda kerja untuk menentukan kedalaman gigi yang akan dibuat nantinya. 4. Lakukan penyayatan dengan memutar handel untuk menaikkan mesin arah vertikal searah tinggi gigi kedalaman gigi yang akan dibuat. 5. Setelah selesai penyayatan turunkan kembali meja sampai posisi cutter bebas terhadap benda kerja. 6. Putar handel kepala pembagi sesuai dengan perhitungan 7. Lakukan penyayatan untuk gigi berikutnya hingga selesai.
8. Setelah selesai, matikan mesin, buka benda kerja dari cekam, bersihkan mesin, dan kembalikan peralatan pada tempat penyimpanannya.
BAB IV PENUTUP
A. Kesimpulan
1. 2.
3. 4. 5.
B.
1. 2.
3. 4. 5.
Setelah melakukan praktikum maka dapat diambil beberapa kesimpulaan yaitu: Dalam pembuatan roda gigi cacing, proses pengerjaan yang digunakan ada dua yaitu proses permesinan bubut dan proses permesinan frais. Mesin bubut adalah mesin perkakas yang berfungsi untuk membubut permukaan bulat (silindris), membubut penampang benda kerja, membubut ulir, membubut alur, membubut permukaan benda konis dan membubut dalam. Untuk pembuatan profil gigi digunakan proses frais dengan menggunakan mesin frais universal atau mesin frais horizontal dengan spindle jamak. Agar didapat hasil permukaan yang halus pada benda kerja maka proses pembubutan ,mesti dilakukan dengan perlahan dan putaran pahat yang terus menerus. Agar didapat hasil dengan dimensi yang baik maka kita harus menggunakan pahat yang baik dalam proses pembubutan dan frais. Saran Setelah melakukan praktikum pembuatan roda gigi maka praktikan dapat memberikan saran sebagai berikut : Dalam melakukan proses pengerjaan hendaknya melakukan dengan serius dan konsentrasi penuh agar tidak terjadi kesalahan dan miskomunikasi antara praktikan. Sebelum menggunakan mesin bubut dan mesin frais hendaknya para praktikan mengerti dan memahami dengan baik cara kerja mesin bubut dan mesin frais agar didapat hasil yang maksimal. Hendaknya menggunakan pahat yang tajam dalam pross pengerjaan benda kerja agar menghasilkan benda kerja yang memiliki kualitas yang baik. Yang perlu diperhatikan pada mesin freis,jangan sampai mata pahat mengenai Spindal mesin freis. Pengukuran kedalaman dan jarak antara roda gigi harus diperhatikan dengan teliti,kesalahan pengukuran dan peyetelan bias berakibat patal pada benda kerja.
DAFTAR PUSTAKA Aan hendridunan.2013.RODA GIGI. (online).from http://aantekuk28.blogspot.com/2013/05/roda-gigi.html diakses : 29 Mei 2014 Zumar Mustofa.2013.laporan roda gigi cacing.(online).from http://bahanteknikmesin.blogspot.com/2013/08/laporan-roda-gigi-cacing.html diakses : 29 mei 2014
