DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 1 of 28 Desain Sistem Transmisi Pada Electric Air Compressor Pada tugas ini akan didesain sistem transmisi pada Electric Air Compressor dengan menggunakan V-belt untuk meneruskan daya dari electric motor ke kompresor. Gambar sebuah Electric Air Compressor secara umum ditunjukkan pada gambar 1. Gambar 1 Electric Air Compressor Dengan mengetahui spesifikasi dari kompresor yang akan dianalisa terlebih dahulu, maka dapat didesain sistem transmisinya. Spesifikasi dari kompresor tersebut adalah Merk : SWAN P = 3 PS = 2.208 kW Dimensi dari kompresor : P x L x T = 1000 x 150 x 900 (mm)
28
Embed
63498875 Desain Sistem Transmisi Pada Electric Air Compressor
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
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 1 of 28
Desain Sistem Transmisi Pada Electric Air Compressor
Pada tugas ini akan didesain sistem transmisi pada Electric Air
Compressor dengan menggunakan V-belt untuk meneruskan daya dari electric
motor ke kompresor. Gambar sebuah Electric Air Compressor secara umum
ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1 Electric Air Compressor
Dengan mengetahui spesifikasi dari kompresor yang akan dianalisa
terlebih dahulu, maka dapat didesain sistem transmisinya. Spesifikasi dari
kompresor tersebut adalah
Merk : SWAN
P = 3 PS = 2.208 kW
Dimensi dari kompresor : P x L x T = 1000 x 150 x 900 (mm)
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 2 of 28
Karena hanya spesifikasi umum ini yang dapat digunakan untuk
mendesain sistem transmisi, maka spesifikasi desain yang lain akan dipilih dengan
perkiraan, yaitu
Putaran poros kompresor (N2) = 300 rpm
Putaran poros motor elektrik (N1) = 700 rpm
Diameter Pulley pada kompresor (d2) = 300 mm
Jarak antar pulley (c) = 450 mm
Overload Factor = 1.3
Sabuk
Luas Permukaan dari sabuk (V-belt) = 350 mm2
Dengan memilih leather menjadi bahan sabuk, maka dengan menggunakan
tabel 1 maka didapat density = 1000 kg/m3, dimana kekuatan tarik
maksimumnya adalah 2 MPa.
Tabel 1. Massa Jenis dari beberapa material
(Sumber: Referensi ke-2 halaman 680)
Dan dengan memilih bahan pulley adalah cast iron maka dengan
menggunakan tabel 2, dengan keadaan operasi kering, maka didapat koefisien
gesek antara kedua material ini adalah 0.25.
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 3 of 28
Tabel 2. Koefisien gesek antara sabuk dan pulley
(Sumber: Referensi ke-2 halaman 681)
Pada desain sistem transmisi ini, komponen yang akan didesain adalah belt,
pulley, shaft (poros) dan bearing. Oleh karena itu, pada desain sistem transmisi
ini, pembahasan akan dibagi menjadi 4 komponen ini.
Rancangan desain sistem transmisi awal adalah seperti yang ditunjukkan
pada gambar 2.
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 4 of 28
Gambar 2 Rancangan desain sistem transmisi awal (semua dimensi dalam mm)
Rancangan ini merupakan rancangan penyederhanaan, karena seharusnya
pada bagian kompresor terdapat bagian poros untuk crankshaft ditunjukkan pada
Kompresor
(Crank Shaft)
Elec
tric
Mo
tor
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 5 of 28
gambar 3. Namun karena analisa nya menjadi kompleks jika mengikutkan adanya
crankshaft, maka analisa poros disederhanakan dengan tidak mengikutkan adanya
crankshaft, namun tetap mempertimbangkan adanya gaya pada lokasi crankshaft
agar analisa yang dilakukan tetap valid. Jadi pada analisa ini hanya tidak
menghitung konsentrasi tegangan saja (karena adanya crank shaft akibat
perubahan bentuk poros) karena tetap dipertimbangkan adanya gaya pada lokasi
crankshaft. Jadi analisanya dibuat poros bagian lokasi crankshaft dibuat polos
(diameter tetap) namun dipertimbangkan adanya gaya akibat adanya crankshaft
yang terletak di tengah – tengah lokasi crankshaft. Tentu besar dari gaya ini
merupakan perkiraan saja, guna untuk tetap mempertimbangkan adanya
crankshaft.
Gambar 3 Crankshaft
(sumber : Referensi ke-3)
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 6 of 28
1. Desain Sabuk
Awalnya dicari terlebih dahulu diameter dari pulley motor (d1)
(1)
Lalu dicari besar sudut yang melingkari masing – masing pulley.
(
) (2)
(
)
(
) (3)
(
)
Dengan menggunakan sudut groove dari pulley adalah 34o = 2 , maka o
,
dapat dicari gaya – gaya pada sabuk.
(4)
…..(i)
Kecepatan dari sabuk adalah
(5)
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 7 of 28
Massa sabuk per panjang
m = luas permukaan panjang density = 350 10-6
)(1)(1000) = 0.35 kg/m
maka gaya sentrifugal pada sabuk adalah
Fc = mv2 = 0.35(4.728)
2 = 7.824 N
Gaya tarik maksimum pada sabuk adalah
F = = 2(350) = 700 N
Maka gaya tarik pada sisi kencang adalah
F1 = F – Fc = 692.176 N
Nilai F1 ini dimasukkan ke persamaan (i) didapat besar F2.
Dan daya yang dapat ditransmisikan melalui sabuk ini adalah
P = (F1 – F2)V = (692.176 – 65.355) 4.728 = 2,963.610 W
Dimana daya desain adalah = 1.3 2.208 kW = 2.807 kW
Karena daya yang dapat ditransmisikan melalui sabuk ini (2.963 kW – untuk 1
sabuk) lebih besar dibanding daya desain, maka sistem ini dapat berjalan dengan
menggunakan 1 sabuk saja.
Panjang sabuk
√
(6)
√
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 8 of 28
Karena V-belt didesain untuk 2.807 kW, maka dari tabel 3, tipe A belt dapat
digunakan.
Tabel 3. Dimensi dari standard sabuk V menurut IS: 2494 - 1974
(Sumber: Referensi ke-2 halaman 728)
Dan dari tabel 3 juga didapat lebar atas sabuk (b) adalah 13 mm dan tebal sabuk
(t) adalah 8 mm.
Dengan mengurangi panjang sabuk ini dengan 36 mm untuk tipe sabuk A,
ditemukan panjang sabuk dalam.
= 1,590.226 – 36 = 1,554.226 mm
Menurut IS: 2494 – 1974, standard panjang dalam yang terdekat adalah 1600 mm.
Maka panjang pitch dari belt adalah
L1 = 1600 + 36 = 1636 mm
Karena panjang belt diambil sesuai dengan standard yang ada, maka jarak antara
kedua pulley akan berubah.
√
√
√
C = 472.49 mm
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 9 of 28
2. Desain Pulley
Dimensi untuk pulley standard V-grooved dapat dicari dengan menggunakan tabel
4 untuk tipe A.
Gambar 4. V-belt dan V-belt pulley
(Sumber: Referensi ke-2 halaman 728)
Tabel 4. Dimensi dari standard Pulley grooved-V menurut IS: 2494 – 1974
(Semua dimensi dalam mm)
(Sumber: Referensi ke-2 halaman 728)
Dari tabel 4 didapat dimensi pulley adalah sebagai berikut
w = 11 mm a = 3.3 mm f = 10 mm
d = 12 mm c = 8.7 mm
n = 1 Face Width (B) = (n-1)e +2f = 2f = 20 mm
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 10 of 28
Karena diameter pulley untuk kompresor = 300 mm, maka pulley akan dibuat
berlengan dengan jumlah lengan adalah 4. Sedangkan untuk pulley motor = 129
mm, karena kurang dari 200 mm, maka pulley dibuat solid (tidak berlengan).
Gambar 5 Cast Iron Pulley untuk flat belt
Oleh karena itu, sekarang akan dicari dimensi dari lengan pulley kompresor.
Umumnya penampang dari pulley berbentuk elips dengan sumbu major a1 bernilai
2 kali lebih besar dibanding sumbu minor b1. Untuk cast iron pulley, tegangan
bending maksimum adalah 15 MPa. Torsi yang ditransmisikan adalah
(7)
Momen bending maksimum per lengan pada ujung hub adalah
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 11 of 28
Dan section modulus
Dimana a1 = 2b1
Dimana tegangan bending adalah
b1 = 19.648 mm
a1 = 2b1 = 39. 297 mm
3. Desain Shaft
Seperti yang telah dijelaskan pada bagian sebelumnya bahwa karena
sambungan shaft crankshaft cukup kompleks untuk diikutkan analisis, maka
dalam analisa ini disederhanakan dengan cara tidak mengikutkan adanya
crankshaft, dan hanya memberi ruang untuk tempat crankshaft dan perkiraan gaya
yang ada pada titik M (titik di mana direncanakan adanya crankshaft), yaitu My =
250 N dan Mz = 500 N.
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 12 of 28
Gambar 6 Shaft Layout. (dimensi dalam mm)
D1 D2
D3
D4 D5
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 13 of 28
Gambar 7 Diagram Gaya Dalam
Rcy My Rfy
Rcz
z
x
y
W
Mz Rfz
Free Body
Diagam
T
V
M
V
M
Mtot
x-z plane
x-y plane
116
570 70 -773
24 27
-10
-103
147
-4 2
24 27
10
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 14 of 28
W pada pulley adalah total gaya horizontal yang ada pada pulley, yaitu
W = F1 + F2 + 2Fc = 773.178 N
Dari DBB yang ada dicari gaya – gaya reaksi yang ada pada bearing. Rcy , Rfy, .
Rcz dan Rfz.
Untuk arah Z.
∑
-Mz + Rcz + Rfz + W = 0
Rcz + Rfz = -273.178……(ii)
Untuk bidang x-z
∑
-Mz(60) + Rfz(102) + W(150) = 0
Nilai dimasukan ke persamaan (ii), maka didapat besar Rcz.
Rcz = 569.731 N
Untuk arah y.
∑
-My + Rcy + Rfy = 0
Rcy + Rfy = 250……(iii)
Untuk bidang x-y
∑
My(60) - Rfy(102) = 0
Nilai dimasukan ke persamaan (iii), maka didapat besar Rcy.
Rcy = 102.941 N
DESAIN SISTEM TRANSMISI-ELEMEN MESIN I
Yuhanes Dedy Setiawan L2E 007 088 Page 15 of 28
Dari ∑ torsi yang terjadi adalah T = W(dpulley/2) = 115.977 Nm 116Nm