Transcript
Elemen Mesin II
1
1
BAB 1 Kopling
Kopling berfungsi sebagai sambungan 2
(dua) buah poros atau sebagai sambunganPoros dengan elemen mesin yang dengan
terus menerus atau kadang-kadang harus
ikut berputar dengan Poros tersebut.
2
Macam - Macam Prinsip Kopling
1. Jika harus dibuat suatu sambungan mati : kopling kaku.2. Jika kopling harus membolehkan gerakan poros yang satu
terhadap poros yang lain dalam arah memanjang sebagai akibat perubahan temperatur, dalam arah radial akibat ketidak telitian ketika memasang dan sebagainya : kopling fleksibel.
3. Jika dapat mengurangi tumbukan lewat akumulasi kerja dan lewat pengubahan kerja menjadi kalor : kopling elastik
4. Apabila sambungan dapat dibuat bekerja kalau sedang berhenti, tetapi dapat dilepaskan selama sedang bergerak.
5. Apabila sambungan sembarang waktu selama sedang bergerak harus dapat dihubungkan dan dilepaskan.
3
Syarat - Syarat Kopling
a. Kopling harus ringan dan ringkas.b. Pemasangan yang mudah dan cepat.c. Aman pada putaran tinggi getaran dan tumbukan
kecil.d. Tidak ada atau sedikit mungkin bagian yang
menonjol (menjorok)e. Dapat mencegah pembebanan lebih.f. Terdapat sedikit kemungkinan gerakan aksial pada
poros jika sekiranya terjadi pemuaian karena panas dan lain-lain.
4
Kalsifikasi dari Kopling• Kopling Tetap
– Kopling Kaku• Kopling bus• Kopling flens kaku• Kopling flens tempa
– Kopling luwes• kopling flens luwes• kopling karet ban• kopling karet bintang• kopling gigi• kopling rantai
5
Klasifikasi dari Kopling (continued)
– Kopling universal• kopling universal hook• kopling universal kecepatan tetap
– Kopling fluida• Dengan penyimpanan minyak• Kopling kembar
• Kopling Tak Tetap– Kopling cakar– Kopling Plat– Kopling kerucut– Kopling friwil
6
Kopling TetapKopling TetapKopling TetapKopling Tetap
• Kopling tetap adalah : suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit bebeda sumbunya, sehingga kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung.
• Kopling tetap mencakup kopling kaku yang tidak mengizinkan ketidak lurusan kedua sumbu poros, kopling luwes (fleksibel) yang mengizinkan sedikit ketidak lurusan sumbu poros, dan kopling universal yang dipergunakan jika kedua poros akan membentuk sudut yang cukup besar.
Elemen Mesin II
2
7
Kopling KakuKopling KakuKopling KakuKopling Kaku
Kopling kaku dipergunakan jika kedua poros harus dihubungkandengan sumbu segaris. Kopling ini dipakai pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik. Jenis-jenis kopling kaku :
Kopling Bus8
Kopling Flens Kaku
9
Kopling Flens Tempa
10
Kopling Flens KakuKopling Flens KakuKopling Flens KakuKopling Flens Kaku
• Kopling flens kaku terdiri atas naf dengan flens yang terbuat dari besi cor atau baja cor, dan dipasang pada ujung poros dengan diberi pasak serta diikat dengan baut pada flensnya. Dalam beberapa hal naf dipasang pada poros dengan sambungan pres atau kerut. Sehingga Kopling ini tidak mengizinkan sedikitpun ketidak lurusan sumbu kedua poros dan tidak dapat mengurangi tumbukan dan getaran transmisi. Pada waktu pemasangan, sumbu kedua poros harus terlebih dahulu diusahakan segaris dengan tepat sebelum baut-baut dikeraskan
11
Tabel 1.1 ukuran kopling flens kaku
12
Gambar 1.2 Ukuran kopling flens (JIS B 1451-1962)
Elemen Mesin II
3
13
Kekuatan Baut
• Besarnya Torsi :
• Tegangan Geser Pada Baut
242 B
ndT ebb τπ=
Bnd
T
ebb 2
8
πτ =
Dimana :
Db = Diameter Baut
ne = Jumlah baut efektif
14
Kekuatan Flens
Besarnya Torsi :
Tegangan Geser pada Flens :
2
CCFT Fτπ=
FC
TF 2
2
πτ =
15
Problem
Tentukan torsi maksimum yang diizinkan, jika poros dihubungkan dengan kopling flens kaku dengan dimensi sebagai berikut- Diamater flens ( C ) 45 mm- Diamater pemasangan baut (B) 75 mm- Tebal flens (F) 11 mm- Jumlah baut 4 dengan diamater 10 mm- Kekuatan luluh baut 240 MPa- Kekuatan luluh flens 200 MPa- Faktor keamanan 5
16
Kopling LuwesKopling LuwesKopling LuwesKopling LuwesMesin-mesin yang dihubungkan dengan penggeraknya melalui kopling flens kaku , memerlukan penyetelan yang sangat teliti agar kedua sumbu poros yang saling dihubungkan dapat menjadi satu garis lurus. Selain itu, getaran dan tumbukan yang terjadi dalam penerusan daya antara mesin penggerak dan yang digerakkan tidak dapat diredam, sehingga dapat memperpendek umur mesin serta menimbulkan bunyi berisik. Apabila kedudukan yang baik kedua ujung poros terhadap satu sama lain tidak dapat diharapkan, maka kedua ujung poros itu harus disambungkan sedemikian rupa sehingga dapat bergerak sedikit satu sama lain. Dalam hubungan ini dikenal tiga bentuk kefleksibelan yaitu dalamarah radial (poros tidak terletak berderet, meiankan eksentrik), dan poros satu sama lain mengapit sebuah sudut. Untuk menghindari kesulitan diatas dapat dipergunkan kopling luwes
17
Kopling Flens luwes
18
Kopling Karet Ban
Elemen Mesin II
4
19
Kopling karet Bintang
20
Kopling gigi
21
Kopling Rantai
22
Kopling Karet BanKopling Karet BanKopling Karet BanKopling Karet Ban
Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipunkedua sumbu poros yang dihubungkannya tidakbenar-benar lurus. Selain itu kopling ini jugadapat meredam tumbukan dan getaran yangterjadi pada transmisi. Meskipun terjadikesalahan dalam pemasangan poros, dalambatas-batas tertentu pada gambar 1.4 di bawah ini,kopling ini masih dapat meneruskan daya denganhalus.
23
Daerah kesalahan yang diperbolehkan pada
kopling karet ban
24
Kopling UniversalKopling UniversalKopling UniversalKopling Universal
• Untuk menyambung poros yang tidak terletak dalam sebuah garis lurus, tetapi yang garis sumbunya saling memotong, dipergunakan kopling universal seperti gambar 1.5.a di bawah ini, juga dinamakan kopling kardan. Kopling ini terdiri dari dua parohan, masing-masing parohan dapat berengsel sendiri-sendiri sekeliling sebuah peluru-gabungan (Gambar 1.5.c)
Elemen Mesin II
5
25
Kopling Universal (kopling kardan)
26
Ada dua jenis dari kopling universal
• Kopling universal hook • Kopling universal kecepatan tetap
Kopling Universal Hook
27
Kopling FluidaKopling FluidaKopling FluidaKopling Fluida
• Kopling ini disebut kopling fluida, dimana antara kedua poros tidak terdapat hubungan mekanis. Dibuat pertama kali oleh Fettinger 1905 di jerman suatu kopling yang meneruskan daya melalui fluida sebagai zat perantara.
• Bila suatu impler pompa dan suatu ranner turbin dipasang saling berhadapan, dimana keduanya berada dalam suatu ruangan yang berisi minyak, maka jika poros input yang dihubungkan dengan impler pompa diputar, minyak yang mengalir dari impeler tersebut akan menggerakkan raner turbin yang dihubungkan dengan poros output
28
Bagan Kopling fluida
29
Kopling Fluida (continued)
• Kopling fluida ini sangat cocok untuk mentransmisikan putaran tinggi dan daya besar. Keuntungan dari koping ini adalah bahwa getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi beban tidak saling diteruskan. Karena sifat tersebut kopling ini banyak dipakai sebagai penerus daya pada alat-alat besar, lokomotif dll.
• Macam-macam kopling fluida– Dengan penyimpanan minyak (Gambar 1.8)– Kopling kembar (Gambar 1.9)
30
Jenis Kopling Fluida
Dengan Penyimpanan Minyak
Jenis Kembar
Elemen Mesin II
6
31
Kopling Tak TetapKopling Tak TetapKopling Tak TetapKopling Tak Tetap
• Kopling tak tetap adalah : suatu elemen mesin yang menghubungkan poros yang digerakkan dan poros penggerak dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya, serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar.
• Jenis –jenis kopling tak tetap :• Kopling Cakar• Kopling Plat• Kopling Kerucut• Kopling Friwil
32
Kopling Cakar
• Kopling Cakar : adalah kopling yang dapat meneruskan momen dengan kontak positif (tidak dengan perantaraan gesekan) sehingga tidak dapat slip.
– Kopling cakar persegi– Kopling cakar spiral
33
Kopling cakar persegi
Kopling Cakar Persegi
Kopling Cakar Spiral
34
Kopling Cakar (continued)
• Jika diameter dalam D1 (mm), diameter luar D2 (mm) dan tinggi h (mm) dari cakar untuk suatu diameter poros ds (mm) dapat ditentukan secara emperis
• Jika gaya tangensial Ft bekerja pada jari-jari rata-rata rm (mm), maka
85,0
82
102,1
2
1
+=
+=+=
s
s
s
dh
dD
dD
mt
m
rTF
DDr
/
4/)( 21
=+=
35
Kopling Cakar
• Besarnya Tegangan Geser :
• Jika Momen Tahanan Lenturnya
)(
)8(21
22 DD
Ft
−=
πτ
22112
61
4
)(
2
)(
+−=
n
DDDDZ
π
36
Kopling cakar
• Besarnya tegangan lentur σb adalah :
• Tegangan geser maksimum tmax adalah :
nZ
hFt=σ
2
4 22
max
+
=τσ
τb
Elemen Mesin II
7
37
Kopling Plat
• Kopling Plat : meneruskan momen dengan perantaraan gesekan• Keuntungan :
• Beban lebih dapat dihindari• Dapat berfungsi sebagai pembatas momen.
• Kopling plat adalah suatu kopling yang menggunakan satu plat atau lebih yang dipasang diantara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Konstruksi kopling ini cukup sederhana dan dapat dihubungkan dan dapat dilepasakan dalam keadaan berputar. Koplingplat dapat dibagai menurut jumlah plat :
– Kopling Plat Tunggal– Kopling Plat Jamak
• Cara Pelayanan :• Manual• Hidrolik• Magnetik
38
Kopling plat
Plat Jamak
Plat Tunggal
39
Kopling Plat
• Kopling plat adalah : kopling yang menggunakan satu plat atau lebih yang dipasang diantara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya.
• Kopling plat tunggal :Tekanan rata-rata bekerja pada rm
• Torsi
20 i
m
DDr
+=
+=
40 iDD
FT µ
40
41
Asumsi disk kaku
• Jika diasumsikan kopling sangat kaku sehingga keausan plat gesek akan seragam dan sehingga keausan sebanding dengan kecepatan dikali dengan tekanan, Jika kecepatan sebanding dengan jari-jari
PrK=δ Dimana δ adalah keausan, dan K adalah konstanta
42
Disk Kaku
• Jika δ adalah konstan untuk seluruh permukaan, tekanan maksmum akan terjadi pada radius terkecil (inner radius)
r
rPP imax=
gaya normal Fn :
)(22 maxmax
00
ioi
r
r
i
r
r
n rrrprdrr
rPPdAF
ii
−=== ∫∫ ππ
Elemen Mesin II
8
43
Disk Kaku
• Torsi diperoleh dengan mengalikan gaya pada elemen dengan mengalikan dengan koefesien gesek µ dan jari-jari, dan menintegrasikan untuk seluruh luas
avnnioioi
r
r
ir
r
rFFrrrrrpT
drrxr
rpprdAT
ii
µµπµ
πµµ
=+=−=
== ∫∫)()(
2
2122
max
2max00
44
Asumsi disk tidak kaku
• Jika kopling sangat fleksibel sehingga tekanan seragam diseluruh permukaan. Gaya aksial total Fn yang diperlukan untuk pengoperasiannya adalah
)( 22ion rrpF −= π
Torsi yang dihasilkan oleh kopling adalah
( )( )22
3333
32
32
3
2)(
322
0
io
nioio
r
r
r
r
rr
FrrrrpT
rpdrrprdApT
o
ii
−−
=−=
=== ∫∫
µπµ
πµπµµ
45
Problems
Sebuah kopling plat gesek dengan permukaan gesek tunggal, diameter luar 250 mm dan diamater dalam 100 mm, koefisien gesek dinamik 0.2.
a. Jika keausan seragam, tentukan gaya aksial yang dibutuhkan untuk membuat tekanan maksimum 0.7 MPa. Tentukan torsi yang dapat diteruskan
b. Jika tekanan seragam, tentukan gaya aksial dan torsi jika tekanan 0.7 MPa
46
Kopling KerucutKopling KerucutKopling KerucutKopling Kerucut
• Kopling ini menggunakan bidang gesek yang berbentuk kerucut. Kopling kerucut merupakan kopling gesek dengan konstruksi sederhana dan mempunyai keuntungan dimana dengan gaya aksial yang kecil dapat ditrasmisikan momen yang besar. Kopling jenis ini dahulu banyak dipakai, tetapi sekarang tidak lagi, karena daya yang diteruskan tidak seragam.
Kopling Kerucut
47
Kopling Kerucut
απ
απ
sin
(2
sin
2 0maxmax iir
r
inn
rrrprdr
r
rpdApF
o
i
−===∫ ∫
Gaya Normal :
Gaya untuk Menghubungkan Kopling :
)(2sin max ioin rrrpFR −== πα
Torsi Gesek :
αµ
απµ
απµµ
sin2
)(
sin
)(
sin
2
022
0max
2max
RrrrrrpT
drr
r
rprdApT
iii
r
r
in
o
i
+=
−=
== ∫ ∫
48
Kopling FriwilKopling FriwilKopling FriwilKopling Friwil• Hanya dapat meneruskan momen dalam satu arah putaran,
sehingga putaran yang berlawanan arahnya akan dicegah atau tidak diteruskan.Cara kerjanya dapat berdasarkan atas efek baji dari bola atau rol. Dalam permesinan sering kali diperlukan kopling yang dapat lepas dengan sendirnya bila poros penggerak mulai berputar lebih lambat atau dalam arah berlawanan dari poros yang digerakkan.
Kopling Friwil
Elemen Mesin II
9
49
Perancangan kopling Gesek Berbasis Umur
Poros penggerak dengan kecepatan n1, poros yang digerakkan sebelum dihubungkan dengan kopling dengan kecepatan n2 = 0. Pada saat akan disambungkan (tI), momen torsi (MR= Ud/2)
50
Selama waktu tR, kecepatan n1 turun menjadi n, sedangkan n2naik menjadi n2 = n (tII)
HR MM > MH = Torsi stedy state dari poros yang digerkkan
2
2620.71n
NM H = kgf.cm
Perbedaannya:
HRB MMM −=
51
Kerja percepatan dari poros yang digerakkan dari n2 = 0 ke n2 = n adalah :
∫ =
=Rt
mB
B AdtnM
A0
210060
2π
Sedangkan energi kinetik diperoleh dari perputaran (GD2) dan perpindahan massa (Gg) yang digerakkan oleh kopling
200.7281,9
222 nGDvGA
gm += kgf.m
untuk MR konstan
mRB
B AntM
A ==910.1
52
sehingga waktu slip
nM
At
B
mR
910.1= ,s
Kerja gesek selama waktu tR (AR)
∫
∆=Rt
RR ndt
MA
010060
2πUntuk MR dan MB konstan
mB
RRRR A
nM
nMtnMA 11
910.1==
Daya gesek rata-rata untuk z operasi per jam adalah (NR)
410.27
zAN R
R =
53
DimensiDimensiDimensiDimensi UtamaUtamaUtamaUtama
Untuk menetukan dimensi utama data yang diperlukan adalah : n, MH, MR dan Am, z, tR (tabel 29/25)untuk menetukan d dan b, koefesien karakteristik diberikan pada tabel 29/24. b/d, Ku, KG dan KT (Load faktor)
jbd
M
bdj
UK R
u 2
2==
dimana :U = Gaya gesek pada diameter d, kgfd = Diameter rata-ratab = lebarj = jumlah bidang gesek
bdj
GK w
G =Gw = berat kendaraan, kgf
21
...
103
vjdb
NK R
T =dimana :
v = kecepatan pada diameter d
910.1
dv
π=54
Untuk menentukan diameter
322
jK
M
jK
Ud
db
u
R
db
u
==
2jK
Gd
db
G
w=
4,0
2
3
21
21
5,7110
==
jnK
N
jvK
Nd
db
T
R
db
T
R
atau
atau
Elemen Mesin II
10
55
Perhitungan Suhu
zulϑϑ < zulhuL ϑϑϑϑ <+=
=LϑTemperatur udara Luar
kk
R
kkhu F
N
F
Q
ααϑ 632
==
4/2ddbF sk ππ +≅
43
65,4 kk v+≅α
910.1
dnvk =
dimana :Q = Panas yang dihasilkan selama
gesekan, Kcal/hFK = Cooling area, m2αk = koefesien perpindahan panas,
Kcal/m2h0Cvk = Kecepatan dari permukaan
dingin, m/s56
Perhitungan umur :Perhitungan umur :Perhitungan umur :Perhitungan umur :
Rv
vB Nq
VL =
dimana :Vv = Volume yang aus dari mmaterial gesek,
cm3Qv = Specific wear, cm3/Hp.h
Data Operasi :
G
s
i
PH
µ=
dimana :H = Gaya operasi (kgf)Ps =Gaya untuk menghubungkan (kgf)i = Rasio reduksi
Rasio Reduksi (i)
s
h
P
Hi
s
G ==µ
dimana :µG =Efesiensi penyambunganh = Perpindahan dari gaya H
57
Tabel 29/1
Source : Machine Element, Gustav Nieman
58
Tabel 29/2
Source : Machine Element, Gustav Nieman
59
Tabel 29/3
Source : Machine Element, Gustav Nieman60
Tabel 29/4
Source : Machine Element, Gustav Nieman
Elemen Mesin II
11
61
Tabel 29/5
Source : Machine Element, Gustav Nieman
top related