163 BAB V SABUK DAN RANTAI Jarak yang jauh antara dua poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, di mana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan sekeliling puli atau sproket pada poros. Transmisi dengan elemen mesin yang luwes dapat digolongkan atas transmisi sabuk, transmisi rantai, dan transmisi kabel atau tali. Transmisi kabel atau tali hanya digunakan untuk untuk maksud khusus. Transmisi sabuk dapat dibagi atas tiga kelompok. Dalam kelompok pertama, sabuk rata dipasang pada puli silinder dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya dapat sampai 10 (m) dengan perbandingan putaran antara 1/1 sampai 6/1. Dalam kelompok kedua, sabuk dengan penampang trapesium dipasang pada puli dengan alur dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya dapat sampai 5 (m) dengan perbandingan putaran antara 1/1 sampai 7/1. Kelompok terakhir terdiri atas sabuk dengan gigi yang digerakkan dengan sproket pada jarak pusat sampai mencapai 2 (m), dan meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan antara 1/1 sampai 6/1. Sabuk mempunyai karakteristik sebagai berikut : • Mereka bisa dipakai untuk jarak sumbu yang panjang. • Karena slip dan gerakan sabuk yang lambat, perbandingan kecepatan sudut antara kedua poros tidak konstan ataupun sama dengan perbandingan diameter puli. • Bila menggunakan sabuk yang datar, aksi klos bisa didapat dengan menggeser sabuk dari puli yang bebas ke puli yang ketat. • Bila sabuk V dipakai, beberapa variasi dalam perbandingan kecepatan sudut bisa didapat dengan menggunakan puli kecil dengan sisi yang dibebani pegas. Diameter puli kemudian merupakan fungsi dari tegangan sabuk dan dapat diubah-ubah dengan mengubah jarak sumbunya.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
163
BAB V
SABUK DAN RANTAI Jarak yang jauh antara dua poros sering tidak memungkinkan transmisi
langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya
yang lain dapat diterapkan, di mana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan
sekeliling puli atau sproket pada poros.
Transmisi dengan elemen mesin yang luwes dapat digolongkan atas transmisi
sabuk, transmisi rantai, dan transmisi kabel atau tali. Transmisi kabel atau tali
hanya digunakan untuk untuk maksud khusus. Transmisi sabuk dapat dibagi atas
tiga kelompok. Dalam kelompok pertama, sabuk rata dipasang pada puli silinder
dan meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya dapat sampai 10 (m)
dengan perbandingan putaran antara 1/1 sampai 6/1. Dalam kelompok kedua,
sabuk dengan penampang trapesium dipasang pada puli dengan alur dan
meneruskan momen antara dua poros yang jaraknya dapat sampai 5 (m) dengan
perbandingan putaran antara 1/1 sampai 7/1. Kelompok terakhir terdiri atas sabuk
dengan gigi yang digerakkan dengan sproket pada jarak pusat sampai mencapai 2
(m), dan meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan antara 1/1 sampai
6/1.
Sabuk mempunyai karakteristik sebagai berikut :
• Mereka bisa dipakai untuk jarak sumbu yang panjang.
• Karena slip dan gerakan sabuk yang lambat, perbandingan kecepatan sudut
antara kedua poros tidak konstan ataupun sama dengan perbandingan
diameter puli.
• Bila menggunakan sabuk yang datar, aksi klos bisa didapat dengan
menggeser sabuk dari puli yang bebas ke puli yang ketat.
• Bila sabuk V dipakai, beberapa variasi dalam perbandingan kecepatan
sudut bisa didapat dengan menggunakan puli kecil dengan sisi yang
dibebani pegas. Diameter puli kemudian merupakan fungsi dari tegangan
sabuk dan dapat diubah-ubah dengan mengubah jarak sumbunya.
164
• Sedikit penyetelan atas jarak sumbu biasanya diperlukan sewaktu sabuk
sedang dipakai.
• Dengan menggunakan puli yang bertingkat, suatu alat pengubah
perbandingan kecepatan yang ekonomis bisa didapat.
Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah
penanganannya dan harganyapun murah. Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10
sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan maksimum sampai 25 (m/s). Daya
maksimum yang dapat ditransmisikan kurang lebih samapai 500 (kW).
Karena terjadi slip antara puli dan sabuk, sabuk-V tidak dapat meneruskan
putaran dengan perbandingan yang tepat. Dengan sabuk gilir transmisi dapat
dilakukan dengan perbandingan putaran yang tepat seperti pada roda gigi. Karena
itu sabuk gilir telah digunakan secara luas dalam industri mesin jahit, komputer,
mesin fotokopi, mesin tik listrik, dsb.
Transmisi rantai dapat dibagi atas rantai rol dan rantai gigi, yang dipergunakan
untuk meneruskan putaran dengan perbandingan yang tepat pada jarak sumbu
poros sampai 4 (m) dan perbandingan 1/1 sampai 7/1. Kecepatan yang diizinkan
untuk rantai rol adalah sampai 5 (m/s) pada umumnya, dan maksimum sampai 10
(m/s). Untuk rantai gigi kecepatannya dapat dipertinggi hingga 16 sampai 30
(m/s).
Dalam bab ini akan dibahas dasar-dasar pemilihan sabuk-V, sabuk gilir, rantai
rol, dan rantai gigi.
5.1 Transmisi Sabuk-V
Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan
tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa
tarikan yang besar. (Gambar 5.1). Sabuk-V dibelitkan di keliling alur puli yang
berbentuk V pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami
lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan
juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan
transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan
salah satu keunggulan sabuk-V dibandingkan dengan sabuk rata.
165
Gambar 5-1 Konstruksi sabuk-V
Gambar 5-2 Ukuran penampang sabuk-V
Gambar 5-3 Diagram pemilihan sabuk-V
Atas dasar daya rencana dan putaran poros penggerak, penampang
sabuk-V yang sesuai dapat diperoleh dari Gambar 5.3. Daya rencana dihitung
dengan mengalikan daya yang akan diteruskan dengan faktor koreksi dalam
Tabel 5.1. Diameter nominal puli-V dinyatakan dengan diameter pd (mm)
dari suatu lingkaran di mana lebar alurnya di dalam Gambar 5.4 menjadi
166
0l dalam Tabel 5.2. Transmisi sabuk-V hanya dapat menghubungkan poros-
poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama. Dibandingkan dengan
transmisi roda gigi atau rantai, sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara.
Untuk mempertinggi daya yang ditransmisikan, dapat dipakai beberapa sabuk-
V yang dipasang sebelah menyebelah.
167
Jarak sumbu poros harus sebesar 1,5 sampai 2 kali diameter puli besar.
Di dalam perdagangan terdapat berbagai panjang sabuk-V. Nomor nominal
sabuk-V dinyatakan dalam panjang kelilingnya dalam inch. Tabel 5.3 (a) dan
(b) menunjukan nomor-nomor nominal dari sabuk standar utama. Diameter
puli yang terlalu kecil akan memperpendek umur sabuk. Dalam Tabel 5.4
diberikan diameter puli minimum yang diizinkan dan dianjurkan menurut
jenis sabuk yang bersangkutan.
Gambar 5-5 Perhitungan panjang keliling sabuk
168
169
Tabel 5.4 Diameter minimum puli yang diizinkan dan dianjurkan (mm)
Penampang A B C D E
Diameter min. yang diizinkan 65 115 175 300 450
Diameter min. yang dianjurkan 95 145 225 350 550
Tipe sabuk sempit 3V 5V 8V
Diameter minimum 67 180 315
Diameter minimum yang dianjurkan 100 224 360
170
Lihat Gambar 5.5. di mana putaran puli penggerak dan yang digerakkan
berturut-turut adalah 1n (rpm) dan 2n (rpm), dan diameter nominal masing-
masing adalah pd (mm) dan pD (mm), serta perbandingan putaran u
dinyatakan dengan 12 / nn atau pp Dd / . Karena sabuk-V biasanya dipakai
untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yng umum dipakai
ialahperbandingan reduksi 1) ( >ii , dimana :
i
uud
Dnn
p
p 1 ; 1 i 2
1 ==== (5-1)
Kecepatan linier sabuk-V (m/s) adalah
1000 60 1
×=
ndv p (5-2)
Jarak sumbu poros dan panjang keliling sabuk berturut-turut adalah C (mm)
dan L (mm).
γπ 2 - 21 =∠=∠ BbOAaO
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛≈===
2 sin - 1 sin - 1 cos
22 γγγ CCCABab
Maka
( ) ( )γπγγπ 2 2
2
sin - 1 2 2 - 2
2
++⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= pp D
Cd
L
( ) ( ) γγπ 22 sin - - 2
2 CdDDdC pppp +++=
Oleh karena
( ) CdD pp 2/ - sin =≈ γγ ,
Maka
171
( ) ( ) ( )22 - 4
- - 21
2 2 pppppp dD
CCdDDdCL +++=
π
( ) ( )2 - 41
2 2 pppp dD
CDdC +++=
π (5-3)
Dalam perdagangan terdapat bermacam-macam ukuran sabuk. Namun
mendapatkan sabuk yang panjangnya sama dengan hasil perhitungan
umumnya sukar.
Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai :
( )
8
- 8 -
2
pp2 dDbb
C+
= (5-4)
Dimana :
( )pp dDLb 3,14 - 2 += (5-5)
Sudut lilit atau sudut kontak θ dari sabuk pada alur puli penggerak
harus diusahakan sebesar mungkin untuk memperbesar panjang kontak antara
sabuk dan puli. Gaya gesekan berkurang dengan mengecilnya θ sehingga
menimbulkan slip antara sabuk dan puli. Jika jarak poros adalah pendek
sedangkan perbandingan reduksinya besar, maka sudut kontak pada puli kecil
(puli penggerak) akan menjadi kecil. Dalam hal ini dapat dipakai sebuah puli
penegang seperti dalam gambar 5-7 untuk memperbesar sudut kontak tersebut.
Gambar 5-6 Sudut kontak
172
Gambar 5-7 Puli pemegang
Bila sabuk-V dalam keadaan diam atau tidak meneruskan momen,
maka tegangan di seluruh panjang sabuk adalah sama. Tegangan ini disebut
tegangan awal. Bila sabuk mulai bekerja meneruskan momen, tegangan akan
bertambah pada sisi tarik (bagian panjang sabuk yang menarik) dan berkurang
pada sisi kendor (bagian panjang sabuk yang tidak menarik).
Jika tarikan pada sisi tarik dan sisi kendor berturut-turut adalah 1F dan
2F (kg), maka besarnya gaya tarik efektif eF (kg) untuk menggerakkan puli
yang digerakkan adalah :
21 - FFFe = (5-6)
eF adalah gaya tangensial efektif yang bekerja sepanjang lingkaran jarak bagi
alur puli. Jika koefisien gesek nyata antara sabuk dan puli adalah 'μ , maka
⎪⎭
⎪⎬
⎫
==
=
θμ
θμ
θμ
'
'
121
'21
1 - -
/
eeFFFF
eFF
e
(5-7)
Persamaan ini disebut “persamaan Eytelwein”. Besarnya daya yang dapat
ditransmisikan oleh satu sabuk 0P (kW) diberikan oleh persamaan berikut ini :
173
( )
⎪⎪⎪
⎭
⎪⎪⎪
⎬
⎫
=
×=
=××
×==
1000
6120
1 -
1000
102 60
1 - 102/
1
'
'
1'
'
0
nn
eeFC
ndCnd
eeFvFP
a
pp
ae
π
π
θμ
θμ
θμ
θμ
(5-8)
di mana aF (kg) adalah gaya tarik yang diizinkan untuk setiap sabuk, dan 1n
(rpm) adalah putaran puli penggerak. Dalam praktek, persamaan di atas harus
dikoreksi terhadap faktor-faktor yang bekerja pada sabuk seperti gaya
sentrifugal, lenturan dan lain-lain.
Persamaan berikut ini biasanya dipakai untuk sabuk-V standar :
( ) ( ) ( ) ( ){ } ( ){ }522
3209,0
10 1/ - 1 - - / - ( CnCndCdCndCndP pppp ×= −
(5-9)
di mana 1C sampai 5C adalah konstanta-konstanta.
Untuk menyederhanakan perhitungan, setiap produsen sabuk
mempunyai katalog yang berisi daftar untuk memilih sabuk.
Sabuk-V sempit akan menjadi lurus pada kedua sisinya bila dipasang
pada alur puli gambar 5-8. Dengan demikian akan terjadi kontak yang merata
dengan puli sehingga keausan pada sisinya dapat dihindari. Ada tiga macam
proporsi penampang untuk sabuk-V sempit seperti pada gambar 5.9
Gambar 5-8 persinggungan antara sisi sabuk dan alur puli
174
Gambar 5-9 Ukuran penampang sabuk-V semplit
Kapasitas transmisi daya 0P (kW) untuk satu sabuk dapat dihitung dari :
( ) ( ) ( ) ( ){ } ( ){ }521042
3210 1/ - 1 log - - / - CnCndCndCdCCndP pppp +=
(5-10)
Di mana 1C sampai 5C adalah konstanta-konstanta. Seperti juga pada sabuk-
V standar, daya 0P tersebut juga dapat ditemui dalam daftar perhitungan yang
terdapat dalam katalog produsen.
Persamaan-persamaan di atas hanya sesuai untuk sudut kontak θ =
1800 . Untuk perbandingan reduksi yang besar dan sudut kontak lebih kecil
dari 1800 menurut perhitungan dengan rumus :
( )C
dD pp - 57 - 180 0=θ (5-11)
kapasitas daya yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi yang
bersangkutan θK seperti diperlihatkan dalam Tabel 5.5.
Jumlah sabuk yang diperlukan dapat diperoleh dengan membagi dP dengan
θKP .0 atau :
00
d
.
KPP
N = (5-12)
Harga N yang relatif besar akan menyebabkan getaran pada sabuk
yang mengakibatkan penurunan efisiensinya. Dalam hal demikian
perencanaan harus diperbaiki dengan menggunakan sabuk yang lebih besar
175
penampangnya. Dalam hal transmisi dengan lebih dari satu sabuk perlu
diperhatikan bahwa panjang, mutu, dll., dari masing-masing sabuk dapat
berbeda, sehingga perpanjangan yang berbeda antara satu dengan lain sabuk
akan mengakibatkan tegangan yang berbeda-beda pula.
Tabel 5.5 Faktor Koreksi θK
CdD pp -
Sudut kontak puli kecil θ ( 0 ) Faktor koreksi θK
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
180
174
169
163
157
151
145
139
133
127
120
113
106
99
91
83
1,00
0,99
0,97
0,96
0,94
0,93
0,91
0,89
0,87
0,85
0,82
0,80
0,77
0,73
0,70
0,65
Untuk dapat memelihara tegangan yang cukup dan sesuai pada sabuk,
jarak poros puli harus dapat disetel ke dalam maupun ke luar. Jika beban
untuk melenturkan sabuk sebesar 1,6 (mm) setiap 100 (mm) jarak bentangan
terletak antara harga maksimum dan minimum yang diberikan dalam Tabel
5.8, maka besarnya tegangan sabuk dianggap sesuai.
176
Tabel 5.6 Daerah beban untuk tegangan sabuk yang sesuai (Satuan kg)
Penampang A B C D E
Beban minimum 0,68 1,58 2,93 5,77 9,60
Beban maksimum 1,02 2,38 4,75 8,61 14,30
Jika transmisi sabuk diperlengkapi dengan puli pengikut untuk
memelihara tegangan sabuk, maka puli ini harus dipasang di sebelah dalam
dari sisi kendor dekat pada puli besar, seperti pada Gambar 5.7. Dipandang
dari segi ketahanan sabuk, dianjurkan untuk tidak menekan sabuk dari sebelah
luarnya.
177
Sudut antara kedua sisi penampangsabuk yang dianggap sesuai adalah
sebesar 30 samapai 40 derajat. Semakin kecil sudut ini, gesekan akan semakin
besarkarena efek baji, sehingga perbandingan tarikan 21 / FF akan lebih besar.
Namun demikian, kadang-kadang sudut yang kecil pada sabuk sempit atau sabuk
standar dapat menyebabkan terbenamnya sabuk ke dalam alur puli. Akhir-akhir
ini dalam perdagangan diperkenalkan sabuk-V dengan sudut lebar, yaitu 60
derajat. Untuk sabuk ini dipakai bahan dengan perpanjangan yang kecil untuk
memperbaiki sifat buruk di atas. Tetapi dengan kondisi semacam ini, gesekan dan
perbandingan tarikan yang dicapaimenjadi lebih rendah.
Sifat penting dari sabuk yang perlu diperhatikan adalah perubahan
bentuknya karenatekanan samping, dan ketahanannya terhadap panas. Bahan
yang biasa dipakai adalah karet alam atau sintetis. Pada masa sekarang, telah
banyak dipaki karet neopren. Sebagai inti untuk menahan tarikanterutama
dipergunakan rayon yang kuat. Tetapi akhir-akhir ini pemakaian inti tetoron
semakin populer untuk memperbaiki sifat perubahan panjang sabuk karena
kelembaban dan karena pembebanan.
Pada umumnya puli dibuat dari besi cor kelabu FC200 atau FC300, untuk puli
kecil dipakai konstruksi plat karena lebih murah.
Puli pengikut, dekat puli besar
Sisi kendor
Puli besarPuli penggerak
Sisi tarik
Gambar 5-10 Kedudukan yang baik untuk puli pengikut
178
Pembatasan ukuran puli sering dikenakan pada panjang susunan puli
atau lebarpuli. Panjang maksimum susunan puli maxL adalah perlu untuk
memenuhi persamaan berikut ini :
( ) CDdL pp ≥+ 21 - max (5-13)
( ) 0 - 21 - >pp DdC (5-14)
Jika Bd dan BD berturut-turut adalah diameter bos atau naf puli kecil
dan puli besar, 1sd dan 2sd berturut-turut adalah diameter poros penggerak
dan yang digerakkan, maka :
( )
( )⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
+≥
+≥
mm 10 35
mm 10 35
2
1
sB
sB
dD
dd (5-15)
Jika naf tidak dapat dibuat cukup besar untuk memenuhi persamaan
tersebut, ambilah bahan poros yang lebih kuat untuk mengecilkan
diameternya, atau ambil cara lain untuk memasang poros pada naf.
Tabel 5.9 Daerah beban untuk tegangan sabuk yang sesuai
Penampang A B C D E
Beban Minimum 0,68 1,58 2,93 5,77 9,60
Beban Maksimum 1,02 2,38 4,75 8,61 14,30
179
Contoh Soal 5-1
Sebuah kompressor kecil digerakkan oleh sebuah motor listrik dengan
daya 3,7 (kW), 4 kutub, 1450 (rpm) dan diameter poros 25 (mm).
Diameter poros dan putaran kompressor yang dikehendaki adalah 30
(mm) dan 870 (rpm). Kompressor bekerja selama 8 jam sehari. Carilah