Buku Mekatronika

MEKATRONIKA

Jurusan Sistem Komputer Fakultas Ilmu Komputer

UNIVERSITAS GUNADARMA

2011

Disusun Oleh :

Dr. Lussiana ETP, Ssi., MT.

Hustinawati, SKom., MMSI.

Atit Pertiwi Skom., MMSI.

Ary Bima Kurniawan, ST., MT.

Yogi Permadi, SKom.

PHK-I 2011 Buku Ajar Mekatronika

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi Hal. 1

BAB I

Pengenalan Mekatronika POKOK BAHASAN:

1. Pendahuluan 2. Pengertian Mekatronika 3. Aplikasi-Aplikasi Mekatronika

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: Memahami tentang Mekatronika dan dapat menjelaskan contoh-contoh aplikasi yang termasuk mekatronika 1.1. Pendahuluan

Mekatronika adalah kata baru yang lahir di Jepang pada awal tahun 1970an yang merupakan gabungan antara 2 kata yaitu mechanics dan electroinics. Sekarang ini sering terlihat barang barang mekatronik seperti robot, mesin bubut NC, kamera digital, printer dan lain sebagainya. Persamaan dari barang-barang mekatronik ini adalah objek yang dikendalikan adalah gerakan mesin. Jika dibandingkan dengan gerakan mesin konvensional maka gerakan mesin tersebut lebih bersifat fleksibel dan lebih memiliki kecerdasan. Hal ini dimungkinkan karena memanfaatkan kemajuan iptek micro-electronics. Artinya dengan bantuan micro-electronics mesin dapat bergerak dengan lebih cerdas. Jika seseorang memberikan sebuah perintah, lalu semua dapat dipasrahkan ke mesih yang dapat bererak secara otomatis. Ini santat membantu menciptakan mesiha tau alat yang praktis dan mudah digunakan. Sehigga



sumber daya manusia seperti waktu dan otak dapat dipakai untuk pekerjaan yang lain, sehingga daapt menciptakan nilai tambah.

Pada awalnya mekatronik diarahkan pada 3 target yaitu: penghematan

energi (energi saving), pengecilan dimensi dan peringanan berat dan peningkatan kehandalan (reliability). Sekarang, setelah 30 tahun lebih berlalu dari kelahirannya, perlu dirumuskan kembali arah mekatronik sesuai dengan perkembangan jaman. Dan khususnya untuk Indonesia sebagai negara yang masih berkembang dengan segudang permasalahnnya, rasanya arah mekatronik perlu ditentukan agar dapat membantu memecahkan masalah-masalah yang ada dengan tetap memperhatikan lingkungan regional dan global.

1.2 Pengertian Mekatronika

Mekatronik adalah teknologi atau rekayasa yang menggabungkan teknologi tentang mesin, elektronika, dan informatika untuk merancang, memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sistem untuk mencapai tujuan yang diamanatkan. Seperti diketahui dari definisi mekatronika adalah gabungan disiplin teknik mesin, teknik elektro, teknik informatika, dan teknik kendali. Pada awalnya, secara khusus tidak ada disiplin mekatronika. Untuk menggabungkan beberapa disiplin iptek tersebut, mekatronika memerlukan teori kendali dan teori sistem.

Secara sempit pengertian mekatronika mengarah pada teknologi kendali numerik yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan aktuator untuk mencapi tujuan tertentu dengan memonitor informasi kondisi gerak mesin menggunakan sensor, dan memaukan informasi tersebut ke dalam mikro-prosesor. Ini menumbangkan kemajuan yang spektakuler jika dibandingkan dengan kontrol otomatis menggunakan instrumen analog, karena dapat merubah skenario kontrol secara fleksibel dan dapat memiliki fungsi pengambilan keputusan tingkat tinggi.

Contoh klasik barang mekatronik adalah lengan robot dan mesin bubut kontrol numerik. Barang-barang ini dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan yang berbeda-beda dengan cara merubah program mereka sesuai kondisi yang diminta, karena telah ditambahkan kemampuan kendali aktif yang canggih terhadap mekanisme yang telah ada. Beberapa manfaat penerapan mekatronik adalah sebagai berikut:



1. Meningkatakan fleksibiltas Manfaat terbesar yang dapat diperoleh dari penerapan mekatronik adalah

meningkatkan fleksibilitas mesin dengan menambahkan fungsi-fungsi baru yang mayoritas merupakan kontribusi mikro-prosessor. Sebagai contoh, lengan robot industri dapat melakukan bebagai jenis pekerjaan dengan merubah program peranti lunak di mikro-processornya seperti halnya lengan manusia. Ini yuang menjadi faktor utama dimungkinkannya proses produksi produk yang beraneka ragam tipenya dengan jumlah yang sedikit-sedikit. 2. Meningkatakan Kehandalan

Pada mesin-mesin konvensional (manual) muncul berbagai masalah yang diakibatkan oleh berbagai jenis gesekan pada mekanisme yang digunakan seperti: keusangan, masalah sentuhan, getaran dan kebisingan. Pada penggunaan mesin mesin tersebut diperlukan sarana dan operator yang jumlahnya banyak untuk mencegah timbulanya masalah-masalah tersebut. Dengan menerapkan switch semikonduktor misalnya, maka masalah-masalah akibat sentuhan tersebut dapat diminimalkan sehingga meningkatkan kehandalan. Selain itu dengan menggunakan komponen-komponen mesin sebagai pengendali gerak, tingkat presisi dan kecepatan telah mencapai garis saturasi yang sulit untuk diangkat lagi. Dengan menerapkan kendali digital dan teknologi elektronika maka tingkat presisi mesin dan kecepatan gerak mesin dapat diangkat lebih tinggi lagi sampai batas tertentu. Batas ini misalnya adalah rigiditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tantangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tatangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigiditas lebih tinggi.

Struktur mekatronika dapat dipilah menjadi 2 buah dunia yaitu dunia mekanika dan dunia elektronika. Di dunia mekanika terdapat mekansime mesin sebagai objek yang dikendalikan. Di dunia elektronika terdapat beberapa elemen mekatronika yaitu : sensor, kontroler, rangkaian pengerak aktuator dan sumber energi.

Elemen-elemen mekatronika dapat dijejalaskan sebagai berikut:



Mekanisme mesin. Ini adalah objek kendali yang bisa berupa lengan robor, mekanisme penggerak otomotif, generator pembangkit listrik dan lain sebagainya. Sensor. Ini adalah elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang dikendali. Sensor ini dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi memproses sinyal listrik menjadi sinyal yang mengandung informasi yang bisa dimanfaatkan. Kontroler. Ini adalah elemen yang mengambil keputusan apakah keadaan ojek kendali telah sesuai dengan nilai referensi yang diinginkan, dan kemudian memproses infromasi untuk menetapkan nilai komando guna merefisi keadaan objek kendali.

Rangkaian. Ini adalah elemen yang berfungsi menerima sinyal komando dari kontroler dan mengkonversinya menjadi energi yang mampu menggerakkan aktuator untuk melaksanakan komando dari kontroler. Elemen ini selain menerima informasi dari konroler juga menerima catu daya berenergi tinggi. Aktutor. Ini adalah elemen yang berfungsi mengkonversi energi dari energi listrik ke energi mekanik. Bentuk konkrit aktuator ini misalnya:motor listrik, tabung hidrolik, tabung penematik. Dan lain sebagainya. Sumber energi. Ini adalah elemen yang mencatu energi listrik ke semua element yang membutuhkannnya. Salah satu bentuk konkrit sumber energi adalah batere untuk sistem berpindah tempat, atau adaptor AC-DC untuk sistem yang stasionari(tetap di tempat).

Struktur mekatronik yang digambarkan disini dari segi teori kendali disebut sistem umpan balik (closed loop). Sistem umpan balik ini meyerupai makhluk hidup, dimana dalam melakukan kegiatan selalu merevisi tindakannya berdasarkan informasi umpan balik yang dikirim oleh indar ke otak. Dengan demikian mekatronik adalah merealisasikan sistem mekanik yang mampu melakukan pekerjaan seperti halnya seorang manusi yang memiliki kondisi yang sempurna.

Batas formal antara berbagai disiplin ilmu rekayasa (enggineering) saati ini semakin kabaru seiring dengan perkembangan teknologi IC (Integrated Circuit = rangkaian elektronika terpadu) dan komputer. Hal ini terutama terlihat jelas pada bidang mekanik dan elektronik yaitu semakin banyak produk yang merupakan integrasi dari kedua bidang tersebut, sehingga berkembang suatu bidang yang disebut mekatronika, yang merupakan perluasan cakupan dari bidang elektromekanik.



Beberapa definisi dari yang diambil dari berbagai sumber diantaranya: Integration of micropocessor control system, electrical systems and mechanical system (Bolton, Mechtronics). The synergistic combination fo precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes(Journal of Mechatornics). The synergistic use of precision engineering, control and procesess (ME Magazine). The interdisciplinary field of engineering dealing with the design of products whose function relies on the synergistic integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture. (A Iciatore, D.G. and Histand, M.B.)

Dari berbagai pengertian diatas maka dicoba disusun pengertian dari mekatronika yaitu integrasi dari sistem mekanik dan elektronik yang dikendalikan dengan komputer dan dimanfaatkan pada produk maupun proses produksi. Saat ini mekatronika sudah dianggap sebagai bidang tersendiri, meskipun tidak terlepas hubungannya dengan bidang lainnya.

1.3 Aplikasi Aplikasi Mekatronika Saat ini pengendalian sistem mekanik hampir seluruhnya dilakukan

menggunakan sistem kendali elektronik dan sebagian besar diantaranya menggunakan komputer. Contohnya adalah mesin mobil. Dahulu sistem pembakaran yang terjadi pada silinder dikendalikan sepenuhnya secara mekanis. Banyak bahan bakar dan udara diataur langsung dari pedal lewat perantraaan kabel dengan perbandingan yang telah dissetel sebelumnya. Katup terbuka dan tertutup diatur secara mekanik menggunkana camshaft tergantung posisi piston.

Saat ini banyak sekali sensor yang terlibat pada sistem pembakaran mobil yaitu di antaranya sensor kecepatan dan posisi poros engkol, sensor temperatur udara dan bahan bakar, dan sensor pada pedal gas. Semua informasi dari sensor tersebut diolah oleh sistem pengendali berupa komputer yang disebut Engine Control Unit untuk digunakan mengatur waktu dan besarnya bukaan katup serta perbandingan bahan bakar-udara yang dapat disesuaikan dengan kondisi mesin ataupun pengendara.

Pada mobil juga terdapat berbagai sistem lain yang saat ini menerapkan sistem mekatronika, yaitu sistem transmisi automatis, sistem suspensi aktif,



sistem anti-lock braking system(ABS), sistem pengkondisi udar, serta display kecepatan, putraran mesin dan level bahan bakar.

Selain kendaraaan bermotor, mekatronika juga diterapkan pada berbagai hal antra lain :

a. Perancancang sensor/transduser b. Peralatan rumah tangga dan perkantoran :mesin cuci, mesin isap

debut, timbangan digital, micarowave, remote control, pembuat kopi, sistem HVAC, kamera, mesin foto kopi dan masih banyak lagi

c. Berbagai peranti pada komputer : mouse, printer. Disk drive, CD ROM drive, keyboard.

d. Dunia penerbangan : pengendalian pesawat tebang secara Fly By Wire(FBW)

e. Peralatan medis dan laboratorium f. Bidang Industri : monitoring dan kendali berbagai peralatan industri g. Bidang robotika Komponen utama pada suatu sistem mekatronika adalah sensor, aktuator,

dan kontroler. Sensor digunakan untuk mendeteksi variabel pada sistem. Aktuator befungsi untuk memberikan aksi pada sistem yang dikendalikan.

1.4. Aspek Pengendalian Elektrik

Sistem Kendali mempunyai tiga unsur yaitu input, proses dan output.

Gambar 1.1. Unsur-unsur sistem kendali

Input pada umumnya berupa sinyal dari sebuth transduser, yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran listrik, misalnya tombol tekan, saklar batas, termostat, dan lain-lain. Transduser memberikan informasi mengenai besaran yang diukur, kemudian infomrasi ini diproses oleh bagian proses. Bagian proses dapat beruapa rangkaian kendali yang menggunakan

Input Output

Proses



peralatan yang dirangkai secara listrik, atau juga berupa suatu sistem kendali yang dapat diprogram mislanya sistem berbasis mikroprosesor, mikrokontroler atau PLC.

Pemrosesan informasi(sinyal input) menghasilkan sinyal Output yang selanjutnya digunakan untuk mengaktifkan aktuator (peralatan Output) yang dapat berupa motor listrik, kontaktor, katup selenoid, lampu dan sebagainya. Dengan peralatan output, besar listrik diubah kembali menjadi besar fisik.

Sistem Kendali dibedakan menjadi dua, yaitu sistem kendali loop terbukan dan sistem kendali loop tertutup.

1.4.1 Sistem Kendali Loop Terbuka

Sistem kendali loop terbuka adalah proses pengendali dimana variabel Input mempengaruhi output yang dihasilkan. Gambar 2 menunjukkan diagram blok sistem kendali loop terbuka.

Gambar 1.2. sistem kendali loop Terbuka

Dari gambar 3 diatas, dapat dipahami bahwa tidak ada informasi yang diberikan oleh peralatan output kepada bagian proses sehingga tidak diketahui apakah hasil output sesuai dengan yang dikehendaki.

1.4.2 Sistem Kendali Loop Tertutup Sistem Kendali loop tertutup adalah suatu proses pengendalian di mana

variabel yang dikendalikan (output) disensor secara kontinyu, kemduian dibandingkan dengan besaran acuan.

Variabel yang dikendalikan dapat berupa hasil pengukuran temperatur, kelembaban, posisi mekanik, kecepatan putaran, dan sebagainya. Hasil pengukuran tersebut diumpan-balikkan ke pembanding (komparator) yang dapat berupa peralatan mekanik, listrik, elektronik atau peneumatik. Pemanding membandingkan sinyal sensor yang berasal dari variabel yang

Gangguan

Setting Output Peralatan Kendali

Sistem yang dikendalikan



dikendalikan dengan besaran acuan, dan hasilnya beruapa sinyal kesalahan. Selanjutnya, sinyal kesalahan diumpankan kepada peralatan kendali dan diproses untuk memperbaiki kesalahan sehingga menghasilkan output sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan kata lain, kesalahan sama dengan nol.

Gambar 1.3. sistem kendali loop Tertutup

1.5. Peran Teknologi Digital dalam Pengendalian

Perkembangan Teknologi rangkaian terintegrasi khususnya sistem mikroprosesor memberikan kontribusi yang signifikan terhadap bidang kendali digital Teknologi mikroprosesor telah banyak diterapkan untuk pengendalian berbagai peralatan baik industri hingga rumah tangga. Kehadiran mikrokontroler menjadi penerapan pengendali digital relatif mudah diterapkan pada berbagai aplikasi yang portabel.

Hingga akhir tahun 1970, sistem otomasi mesin dikendalikan oleh rali elektromagnet. Dengan semakin meningkatnya perkembangan teknologi, tugas-tugas pengendalian dibuat dalam bentuk pengendalian terprogram yang

Gangguan

Error

Setting Output

Umpan Balik

Peralatan Sistem yang dikendalikan (Proses)

Senso



dapat dilakukan antara lain menggunakan PLC(Programmable Logic Controller). Dengan PLC, sinyal dari berbagai peralatan luar diinterfis sehingga fleksibel dalam mewujudkan sistem kendali. Disamping itu, kemampuannya dalam komunikasi jaringan memungkinkan penerapan yang luas dalam berbagai operasi pengendalian sistem.

Dalam sistem otomasi, PLC merupakan Jantung ssitem kendali. Dengan program yang disimpan dalam memori PLC, dalam ekskusinya, PLC dapat memonitor keadaan sistem melalui sinyal dari peralatan input, kemudian didasarkan atas logika program menentukan rangkaian untuk pengendalian peralatan output luar.

PLC dapat digunakan untuk mengendalikan tugas tugas sederhana yang berulang-ulang, atau di-interkoneksi dengan yang lain menggunakan komputer melalui sejenis jaringan komunikasi untuk mengintegrasikan pengendalian proses yang kompleks.

Cara Kerja sistem kendali PLC dapat dipahami dengan diagram blik seperti ditunjukan pada Gambar 1.4.

Gambar 1.4. Diagram Blok PLC

1.6. Aspek Mekanika

Otomotif adalah ilmu yang mempelajari tentang alat-alat transportasi darat yang menggunakan mesin, terutama mobil dan sepeda motor. Otomotif mulai berkembang sebagai cabang ilmu seiring dengan diciptakannya mesin

DAYA PENUNJANG

I N P U T

O U T P U T

MEMORI

CPU PERALATA

N OUTPUT

PERALATA

N IN

PUT



mobil. Dalam perkembangannya, mobil menjadi alat transportasi kompleks yang terdiri dari ribuan komponen yang tergolong dalam puluhan sistem dan subsistem.

Pompa bahan bakar adalah komponen penting dalam sebuah mobil atau mesin kombusi dalam lainnya. Bahan bakar harus dipompa dari tangki bensin ke mesin dan diantar dalam tekanan rendah ke karburator atau dalam tekanan tinggi ke sistem injeksi bahan bakar. Beberapa mesin injeksi bahan bakar memilki 2 macam pompa untuk tujuan ini: satu pompa tekanan rendah/volume besar di tangki dan satu tekanan tinggi/volume rendah di atau dekat mesin.

Suspensi adalah kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejuatan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat mengingkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan. Ada dua jenis utama suspensi yaitu sistem suspensi dependen dan sistem suspensi independen.

Peredam kejut, shock absorber, shock breaker, atau damper adalah sebuah alat mekanik yang didesain utuk meredam hentakan yang disebabkan oleh energi kenetik. Peredam kejut adalah bagian penting dalam suspensi kendaraan bermotor, roda pendaratan pesawat terbang, dan mendukung banyak mesin industri. Peredam kejut berurukuran besar juga digunakan dalam arsitek dan teknik sipil untuk mengurangi kelemahan struktur akibat gempa bumi dan resonansi.

Dalam kendaraan, alat ini berfungsi untuk mengurangi efek dari kasarnya permukaan jalan. Tanpa peredam kejut, kendaraan dapat terlempar, seperti energi yang disimpan dalam per/pegas, kemudian dilepaskan pada kendaraan, barangkali melebihi gerakan suspensi. Kontrol gerakan berlebih pada suspensi tanpa peredam kejut diredam secara paksa oleh per yang kaku, yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan dalam berkendara. Peredam kejut diperkenankan menggunakan per yang lembut yang mengontrol gerakan suspensi dalam merespon gundukan atau lubang. Dan juga, berhubungan dengan pelambatan efek fisik dalam ban itu sendiri, mengurangi grakan naik turun per. Karena ban tidak selembut per, untuk meredam hendakan ban mungkin dibutuhkan shock yang kaku yang lebih ideal untuk kendaraan.



Peredam kejut pneumatik dan hidraulik umumnya mengambil bentuk sebuah silinder dengan piston yang bergerak didalamnya. Silinder harus diisi dengan cairan kentalm, seperti minyak hidraulik atau udara. Cairan ini diisikan ke dalam dashpot. Peredam kejut berbasi per umumnya menggunakan per keong atau per daun Per ideal itu sendiri, bukanlah peredam kejut seperti per yang hanya menyimpan dan tidak menghilangkan atau menyerap energi. Kendaraan biasanya menggunakan dua per atau pelang torsi yang berfungsi sebagaimana peredam kejut hidraulik. Dalam kombinasi ini, peredam kejut secara khusus menyediakan psiton hidroaulik yang menyerap dan menghilangkan getaran. Per tidak dianggap sebagai peredam kejut.

Peredam kejut harus menyerap atau menghilangkan energi. Desaiinya harus dipertimbangkan, oleh karena itu harus dibuat ketika mendesain atau memilih sebuath peredam kejut adalah ke mana energi akan pergi. Umumnya, dalam kebanyakan dashpot, energi diubah ke dalam panas di dalam cairan kental. Dalam silinder hidraulik, minyak hidraulik akan memanas. Dalam silinder udara, udara panas selalu dilepaskan ke atmosfer. Dalam tipe dashpot yang lain, seperti elektromagnetik, energi yang hilang dapat disimpan dan bisa digunakan kemudian jika diperlukan.

Sistem transmisi dalam otomotif, adalah sistem yang menjadi penghantar energi dari mesin ke diferensial dan as. Dengan memutar as, roda dapat berputar dan menggerakan mobil.

Transmisi diperlukan karena mesih pembakaran yang umumnya digunakan dalam mobil merupakan mesin pembakaran internal yang menghasilkan putaran (rotasi) antara 600 sampai 6000 rmp. Sedangkan, roda berputar pada kecapatan rotasi 0 sampai 2500 rmp.

Sekarang ini, terdapat dua sistem transmisi yang umum, yaitu transmisi manual dan transmisi otomatis. Terdapat juga sistem-sistem transmisi yang merupakan gabungan antara kedua sistem tersebut, namun ini merupakan perkembangan terakhir yang baru dapat ditemukan pada mobil-mobil berteknologi tinggi.

Transmisi manual merupakan salah satu jenis transmisi yang banyak dipergunakan dengan alasan perawatan yang lebih mudah. Biasanya pada transmisi manual terdiri dari 3 sampai dengan 7 speed.



Transmisi semi otomatis adalah transmisi yang dapat membuat kita dapat merasakan sistem transmisi manual atau otomatis, bila kita sedang menggunakan sistem transmisi manual kita tidak perlu menginjak pedal kopling karena pada sistem ini pedal kopling sudah teratur secara otomatis.

Transmisi otomatis terdiri dari 3 bagian utama yaitu : Torque converter, planetrai gerar unit, dan Hydraulic control unit. Trorque converter berfungsi sebgai kopling otomatis dan dapat memperbesar momen mesin. Sedangkan Torque conventer terdiri dari Pump impeller, Turbine runner, dan Stator. Stator terletak diantar impeller dan turbine. Torque converter diisi dengan ATF (Automatic Transmition Fluid). Momen mesin dipindahkan dengan adanya aliran fluida.

Begitu banyaknya penggunaan sistem mekantronika dalam kehidupan kita memperkuat salah satu sifatnya yang multiguna(aplikatif). Sebagai contoh sistem mekatronik pada kendaraan bermotor adalah sistem rem ABS (Anti-block Breaking system) atau sistem pengeraman yang menghindari terkuncinya roda sehingga mobil tetap dapat dikendalikan dalam pengereman mendadak, ESP(Elektronik Stability Programm), ABC(Active Body Control) dan Motor-System. Contoh pada Teknologi Penerbangan. Dalan teknologi penerbangan moderen digunakan Comfort-In-Turbulence System sehinga dapat menginkatkan kenyamanan penumpang walau ketika terjadi turbelensi. Gust Load Alleviation serta banyak contoh lainnya. Pada Teknik Produksi :Contoh dalam teknik produksi adalah penggunaan sensor pada robot. Sistem kendali umpan balik pada eletromoto berkecapatan rotasi tinggi dengan pemegang as. tenaga magnet.

Serta pemutar CD, Harddisk serta mesin pencetak berkecepatan tinggi, atau alat-alat elektronika yang biasa kita gunakan sehari-hari aplikasi mekantronika akan sangat sering kita jumpai



.

Gambar 1.5. Potensi pernerapan Sistem Cerdas dibidang mekatronika

Pada mobil juga terdapat berbagai sistem lain yang saat ini menerapkan sistem mekatronika, yaitu sistem transmisi autotamatis, sistem suspensi aktif, sistem anti-lock braking system (ABS), ssitem pengkondisi udara, serta display kecepatan, putaran mesin dan level bahan bakar.

Sistem pada kendaraan bermotor, mekatronika juga diterapkan pada berbagai hal antara lain :

Perancangan sensor/transduser

Bila sukses, modifikasi

kontroler untuk aplikasi lain

yang diinginkan Sirkuit Cerdas Smart Circuit Uji coba

Kendaraan mini Kendaraan mini

Bidang Stasiun Pembangkit Listrik

Bidang Mekanisasi Pertanian

Bidang Otomasi pabrik

Bidang Industri Otomotif

Bidang Mekatronika yang lain

........



Peralatan rumah tangga dan perkantoran :mesin cuci, mesin isap debu timbangan digital, microwabe, remoter control, pembuat kopi, sistem

HVAC, kamera, mesin foto kopi dan masih banyak lagi.

Berbagai peranti pada komputer :mouser, printer, disk drive, CD ROM drive, keyboard

Dunia penerbangan : pengendalian pesawat terbang secara Fly by Wire (FBW)

Peralatan medis dan laboratorium

Bidang industri : monitoring dan kendali berbagai peralatan industri

Bidang robotika



BAB II

Mekanika Statistika POKOK BAHASAN:

1. Pendahuluan 2. Momen lengan 3. Momen kesetimbangan 4. Torsi 5. Gear 6. Friksi

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: Dapat memahami gaya yang ada didalam mesin (mekatronika) yang timbul dari berbgai sumber 2.1. Pendahuluan

Mekanika statistika adalah aplikasi teori probabilitas, yang memasukkan matematika untuk menangani populasi besar, ke bidang mekanika, yang menangani gerakan partikel atau objek yang dikenai suatu gaya. Bidang ini memberikan kerangka untuk menghubungkan sifat mikroskopis atom dan molekul individu dengan sifat makroskopis atau limbak (bulk) materi yang diamati sehari-hari, dan menjelaskan termodinamika sebagai produk alami dari statistika dan mekanika (klasik dan kuantum) pada tingkat mikroskopis. Mekanika statistika khususnya dapat digunakan untuk menghitung sifat termodinamika materi limbak berdasarkan data spektroskopis dari molekul individual.

Kemampuan untuk membuat prediksi makroskopis berdasarkan sifat mikroskopis merupakan kelebihan utama mekanika statistika terhadap termodinamika. Kedua teori diatur oleh hukum kedua termodinamika melalui

http://id.wikipedia.org/wiki/Teori_probabilitashttp://id.wikipedia.org/wiki/Matematikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Mekanikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Partikelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_%28fisika%29http://id.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://id.wikipedia.org/wiki/Molekulhttp://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Statistikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Mekanikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Spektroskopihttp://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_kedua_termodinamika



media entropi. Meskipun demikian, entropi dalam termodinamika hanya dapat diketahui secara empiris, sedangkan dalam mekanika statistika, entropi merupakan fungsi distribusi sistem pada kondisi mikro.

2.2.Momen Lengan

Pada gerak lurus atau gerak translasi, faktor yang menyebabkan adanya gerak adalah gaya (F). Sedangkan pada gerak rotasi atau gerak melingkar, selain gaya (F), ada faktor lain yang menyebabkan benda itu bergerak rotasi yaitu lengan gaya (l) yang tegak lurus dengan gaya. Secara matematis, momen gaya dirumuskan

= F x l

= F l Sin

Dimana adalah sudut antara lengan gaya l dengan gaya F. Jika antara lengan gaya l dan gaya F tidak tegak lurus maka

= F l

Lengan gaya merupakan jarak antara titik tumpuan atau poros ke titik dimana gaya itu bekerja. Jika gaya dikenakan berada di ujung lengan maka bisa kita katakan lengan gaya ( l ) sama dengan jari-jari lingkaran (r).

Sehingga momen gaya dapat juga kita tulis

= F . r

2.3. Momen Kesetimbangan

Syarat kesetimbangan dan Momen gaya adalah benda dikatakan berada dalam kesetimbangan apabila :

- Benda itu sebagai satu keseluruhan tetap diam atau bergerak menurut garis lurus dengan kecepatan konstan

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Entropi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Empiris



- Benda itu tidak berotasi sama sekali atau berotasi dengan kecepatan tetap

Dalam kesetimbangan resultan dari semua gaya yang bekerja pada

benda tersebut sama dengan nol. Fx = 0 dan Fy = 0 Fx komponen-komponen gaya pada sumbu X Fy komponen-komponen gaya pada sumbu Y Resultannya : 22 yx FFF +=

Arahnya : FxFytg =

Momen gaya : perkalian antara besarnya gaya dengan lengan dari gaya tersebut : M = F. l

F1 l F2 O

Gambar 2.1. Suatu benda dalam kesetimbangan Suatu benda dikatakan dalam keadaan setimbang sempurna bila :

F = 0 dan M = 0

disini M adalah momen gaya F terhadap titk sembarang O. Jika gaya : F = Fx i + Fy j+ Fz k Vector posisi titik tangkap gaya : r = x i + y j+ z k Dan momen gaya : M = Mx i + My j+ Mz k Maka : M = r x F



= FzFyFxzyxkji

= (Fz .y Fy.z) i+(Fx .z Fz.x).j+(Fy . x Fx. y).k disini : Mx = (Fz . y Fy. z)

My = (Fx . z Fz. x) Mz = (Fy . x Fx. y)

Besar momen gaya M adalah : M = rxF = Fr sin = F.l Efek gaya F1 ialah rotasi berlawanan arah putaran jarum jam terhadap sumbu putar di O, biasanya diberi tanda positif, sedangkan efek gaya F2 ialah rotasi searah dengan jarum jam dan diberi tanda negative.

Satuan momen gaya adalah Newton meter (N-m) atau (lb-ft) Jika garis gaya F1 dan F2 sejajar dan tidak berimpit seperti gambar dibawah ini, maka pasangan gaya tersebut dinamakan kopel, contoh umum sebuah kopel adalah gaya-gaya pada jarum kompas didalam medan magnet bumi. Pada kutub utara dan selatan jarum itu bekerja gaya yang sama besar, yang satu mengarah ke utara dan yang satu mengarah ke selatan F1 l r F2 Momen resultan dari kopel terhadap titik sembarang O adalah : C = M = r1xF + r2x(-F) = (r1 - r2) F = r x F Besar momen Kopel C = rxF = r F sin = F.l Sebuah benda yang padanya bekerja sebuah kopel hanya dapat dalam keadaan seimbang bila ada kopel lain yang bekerja pada benda tersebut yang besarnya sama dan berlawanan arah.



1.3.1. Gaya-gaya sebidang Gaya-gaya sebidang terletak dalam satu bidang datar, suatu sistem yang berpotongan terdiri dari gaya-gaya yang berpotongan di suatu titik yang disebut tititk perpotongan. Gaya-gaya berpotongan : gaya-gaya yang garis kerjanya berpotongan di suatu titik. Besar vektor resultannya adalah : 22 )()( YX FFR +=

Dengan arah : X

Yx F

Ftg

=

Sebuah benda berada dalam keadaan setimbang jika dibawah pengaruh gaya-gaya yang berpotongan, maka :

- Benda itu diam dan tetap diam (disebut keadaan kesetimbang statik - Benda itu bergerak dengan vektor kecepatan yang tetap (disebut

kesetimbangan translasi) Syarat kesetimbangan : R = F = 0 atau FX = FY = 0

Gaya gaya paralel : gaya - gaya yang berpotongan di sutu titik tak berhingga. Gaya resultan ini mungkin :

- sebuah gaya R yang sejajar dengan sistem - suatu kopel - nol

Jika sitem paralel ini sejajar dengan sumbu Y maka : R = F dan R . x = M0 disini x adalah jarak tegak lurus dari pusat momen O ke resultan R dan besarnya :

FMx

= 0 =n

nn

FFFFFXFxFxFx

++++++++

.......................

321

332211

Jika F = 0, kopel resultan jika ada besarnya sama dengan : xRMC .0 == Gaya gaya yang tidak berpotongan dan tidak sejajar adalah gaya gaya yang garis kerjanya tidak berpotongan di satu titik dan tidak sejajar. Gaya resultan sistem mungkin :

- gaya tunggal R - suatu kopel dalam bidang sitem atau bidang sejajar - nol



Secara aljabar : 22 )()( YX FFR += dan X

Yx F

Ftg

=

Disini x adalah sudut antara resultan R dengan sumbu x positif. Garis kerja gaya resultan R di peroleh dari persamaan : R . a = M0 Disini a adalah jarak tegak lurus pusat momen O terhadap gaya resultan R . Sitem gaya yang bekerja pada benda tegar pada umumnya sitem tidak berpotongan dan tidak sejajar. Syarat kesetimbangan benda tegar di bawah pengaruh gaya gaya bidang adalah : F = 0 atau FX = FY = Fz 0 dan M0 = 0 1.3.2.Pusat Massa Pusat massa : titik tangkap dari resultan gaya gaya berat pada setiap anggota

sistem, yang jumlah momen gayanya terhadap titik tangkap ini (pusat massa ) sama dengan nol. Setiap benda titik mengalami gaya tarik bumi dengan gaya w = mg disebut gaya berat, arah gaya ini menuju pusat bumi, gaya ini akan berpotongan di tempat yang jauh sekali, arahnya dapat dikatakan sejajar.

Jadi : wsistem = mg

gmrgmr

i

iipm .

..

= =i

ii

mrm

.

atau ditulis menurut komponen-komponennya :

i

iipm m

xmx

=. ,

i

iipm m

ymy

=. ,

i

iipm m

zmz

=.

(xpm, ypm, zpm), adalah koordinat dari pusat massa

Perhatikan : i

iipmpm m

rmdtdr

dtdv

==.

=i

ii

i

ii

mvm

m

rdtdm

).()(

).(i

iipmpm m

vmdtdv

dtda

==



=i

ii

i

ii

mam

m

vdtdm

).()(

untuk benda rigid : =

=

dmmm ii 10lim

benda rigid adalah benda yang terdiri dari banyak sekali titik-titik massa. Jadi

koordinat titik massa benda rigid : = dmdmxxpm. , = dm

dmyypm. , = dm

dmzzpm.

dm = .dv atau dm = .dA, atau dm = .dl jika : = massa persatuan volume (v)

= massa persatuan luas (A) = massa persatuan panjang (l)

jadi kordinat titik pusat massa juga dapat ditulis sebagai berikut :

= vdvxxpm. atau = A

dAxxpm. atau = l

dlxxpm.

= vdvyypm. atau = A

dAyypm. atau = l

dlyypm.

= vdvzzpm. atau = A

dAzzpm. atau = l

dlzzpm.

Jika benda rigid yang homogen mempunyai bentuk simetri, pusat massa akan berimpit dengan pusat simetrinya, misalnya bola, parallel epipedum(balok), kubus, dan lain-lain.Jika benda rigid yang homogen mempunyai sumbu simetri misalnya kerucut, silinder, maka pusat massanya akan berada pada sumbu simetrinya. 1.3.3. Titik Berat Titik berat : titik-titik yang dilalui oleh garis kerja dari resultan gaya berat

sitem benda titik, berarti merupakan titik potong dari garis kerja gaya berat bila letak dari sitem ini berubah ubah. Misal benda rigid seperti gambar dibawah ini :



tali 01 t

Gambar 2.2. Kesetimbangan Sebuah benda rigid digantung dengan pusat 0, maka garis vertikal melalui 0 adalah tempat kedudukan titik berat benda. Jika digantung pada tempat yang berlainan maka akan mempunyai titik berat yang berbeda. Koordinat titik berat benda dirumuskan sebagai :

i

iiz w

xwx

=. =

i

ii

mxgm

.. =

i

ii

mxm

.

dengan cara yangs sama didapat untuk titik yang lain :

i

iiz m

ymy

=. ,

i

iiz m

zmz

=.

untuk benda rigid berlaku :

=

dw

dwxxz

.,

=

dw

dwyyz

.,

=

dw

dwzzz

.

Titik berat dan titik pusat massa mempunyai koordinat yang sama, berati titik ini berimpit. Hal ini benar bila benda atau system berada dekat dengan permukaan bumi. Untuk benda-benda yang jauh dari permukaan bumi titik berat letaknya berubah, lebih dekat ke arah bumi dari pada pusat massa, yang selalu tetap letaknya dimana pun benda itu berada.



2.4. Torsi

Definisi Torsi adalah Suatu batang dijepit dengan kuat pada salah satu

ujungnya dan ujung yang lainnya diputar dengan suatu torsi (momen puntir, twisting moment) T = Fd yang bekerja pada bidang tegaklurus sumbu batang seperti terlihat pada Gb. 5-1. Batang tersebut dikatakan dalam kondisi kena torsi. T adalah torsi (Nm), F adalah gaya (N) dan d adalah diameter lengan putar (m). Alternatif lain untuk menyatakan adanya torsi adalah dengan dua tanda vektor dengan arah sejajar sumbu batang.

Gambar 2.3. Torsi yang bekerja pada bidang tegak lurus sumbu batang

1.4.1. Momen kutub inersia

Untuk suatu batang bulat berlobang (pipa) dengan diameter luar Do dan diameter dalam Di, momen kutub inersia (polar moment of inertia) penampang melintang luasnya, biasanya dinotasikan dengan J, diberikan dengan:

)(32

44io DDJ =

Momen kutub inersia untuk batang bulat tanpa lubang (batang pejal) dapat diperoleh dengan memberi nilai Di = 0. Kuantitas dari J merupakan sifat matematis dari geometri penampang melintang yang muncul dalam kajian tegangan pada batang atau poros bulat yang dikenai torsi.

Sering untuk tujuan praktis, persamaan diatas ditulis kembali dalam bentuk:

))((32

2222ioio DDDDJ =

d T

F

F



))()((32

22ioioio DDDDDD =

Bentuk terakhir dari persamaan diatas sangat berguna khususnya pada evaluasi numeris J dimana perbedaan antara )( io DD adalah kecil. 1.4.2. Torsi tegangan geser

Baik untuk poros pejal maupun poros berlubang yang dikenai momen puntir T torsi tegangan geser (torsional shearing stress) pada jarak p dari titik pusat poros dinyatakan dengan:

J

Tp=

Gambar 2.4. Distribusi tegangan bervariasi

Penjabarannya diberikan dalam contoh 1. Distribusi tegangan bervariasi dari nol pada pusat poros sampai dengan maksimum pada sisi luar poros seperti diilustrasikan pada Gb. 2.4

1.4.3.Regangan geser Suatu garis membujur a-b digambarkan pada permukaan poros tanpa

beban. Setelah suatu momen puntir T dikenakan pada poros, garis a-b bergerak menjadi a-b seperti ditunjukkan pada Gb. 2.5. Sudut , yang diukur dalam radian, diantara posisi garis akhir dengan garis awal didefinisikan sebagai regangan geser pada permukaan poros. Definisi yang sama berlaku untuk setiap titik pada batang poros tersebut.

Do

p



Gambar 2.5. Garis a-b bergerak menjadi a-b

1.4.4. Modulus elastisitas geser

Rasio tegangan geser terhadap regangan geser disebut modulus elastisitas geser dan, seperti pada bab 4, diformulasikan dengan:

=G

Lagi, dimensi untuk G adalah sama dengan dimensi tegangan geser, karena regangan geser tak berdimensi. 1.4.5.Sudut puntir

Jika suatu poros dengan panjang L dikenai momen puntir T secara konstan dikeseluruhan panjang poros, maka sudut puntir (angle of twist) yang terbentuk pada ujung poros dapat dinyatakan dengan

GJTL

=

dimana J menunjukkan momen inersia pada penampang melintang poros. Lihat Gb. 5-4. Persamaan ini hanya berlaku untuk poros dalam kondisi elastis.

Gambar 2.6. Penampang melintang poros

1.4.6.Torsi plastis Apabila momen puntir yang bekerja baik pada poros pejal maupun poros

berlubang dinaikkan terus, nilai momen puntir mungkin akan mencapai titik

T T

b a b

T T

L



lelah geser dari bahan bagian luar. Ini adalah batas maksimum untuk momen puntir elastis dan dinyatakan dengan Te. Kenaikan selanjutnya dari momen puntir menyebabkan tercapainya titik-titik lelah pada bahan untuk posisi lapis yang semakin kedalam, sampai keseluruhan lapisan bahan mencapai titik lelahnya; dan ini menunjukkan terjadinya momen puntir plastis penuh (fully plastic twisting moment) Tp. Kita tidak bicarakan tegangan yang lebih besar dari batas titik lelah, karena ini adalah batas momen puntir yang dapat diberikan oleh poros. Dari hasil beberapa pengujian diperoleh bahwa Tp = 4/3(Te).

Gambar 2.7. Momen puntir yang bekerja pada poros pejal

dimana sudut diukur dalam radian. Berdasarkan geometri pada gambar diperoleh

Contoh 1. Jabarkan hubungan antara momen puntir yang bekerja pada poros pejal

dan regangan geser yang terjadi pada sembarang titik pada poros tersebut.

Lr

LAB ==

atau Lr =

Tetapi karena diameter poros oleh pengaruh pembebanan adalah tetap setelah torsi, unit regangan geser pada jarak dari pusat poros dapat dinyatakan dengan Lp / = . Konsekuensinya regangan geser pada titik titik arah longitudinal bervariasi secara linier sebagai fungsi jarak dari pusat poros.

Jika hanya kita perhatikan pada rentang linier dimana tegangan geser proporsional dengan regangan geser, maka terbukti bahwa tegangan geser pada arah longitudinal bervariasi linier terhadap jarak dari pusat poros. Distribusinya adalah simetris pada sekeliling sumbu poros, seperti ditunjukkan pada gambar (d). Untuk kesetimbangan, jumlah momen distribusi gaya geser pada potongan

T T

(a)



melintang ini sama dengan besarnya momen puntir. Juga jumlah momen gaya-gaya adalah sama dengan besarnya torsi T . Dengan demikian

=r

pdaT0

Gambar 2.8. Luasan elemen bidang cincin yang diarsir

dimana da menyatakan luasan elemen bidang cincin yang diarsir pada gambar 2.8.. Namun demikian, tegangan geser bervariasi terhadap jarak dari sumbu poros; maka C

rrp ==

dimana subskrip pada tegangan geser menunjukkan jarak elemen dari sumbu poros. Konsekuensinya kita dapat menulis ==

r rdadaT

0 0

22 )(

karena rasio / adalah konstanta. Namun, pernyataan r

da0

2 berdasarkan

definisi adalah momen inersia luasan penampang melintang. Dengan demikian diperoleh:

JT = atau

JT =

r

d



Gambar 2.9. Sudut Puntir

Misalkan L adalah panjang poros, dan J adalah momen inersia penampang melintang, T adalah momen puntir (diasumsikan konstan sepanjang poros), dan G adalah modulus elastisitas geser. Sudut puntir pada panjang L adalah seperti ditunjukkan gambar disamping. Dari contoh 1, kita dapatkan bahwa untuk posisi dimana = r:

Contoh 2. Jabarkan penyataan untuk sudut puntir suatu poros sebagai fungsi momen puntir. Asumsikan bahwa poros bekerja pada rentang elastis.

Lr

r = dan

JTr

r =

Berdasarkan definisi, modulus geser diberikan dengan

JTL

LrJTrG ===

// ,

dimana selanjutnya kita peroleh GJTL

= . Disini dinyatakan dalam radian.

Kadang-kadang sudut puntir juga dinyatakan dalam unit panjang; sering dinyatakan dengan , dan dinyatakan dengan GJTL // == Contoh 3. Suatu poros dijepit di salah satu ujungnya, ujung lainnya bebas, dan dibebani dengan momen putir secara seragam disepanjang poros dengan besar t per satuan panjang gambar 2.10.a Kekakuan poros adalah GJ. Tentukan besarnya sudut puntir pada ujung bebas poros.

T T

L



Gambar 2.10. Suatu poros dibebeani beban puntir

Momen puntir per unit panjang dinyatakan dengan t, dan koordinat x mempunyai origin disebelah kiri. Diagram porsi batang ujung sebelah kiri dan bagian x ditunjukkan pada gambar 2.10.b. Suatu elemen dengan panjang dx tampak pada gambar dan kita akan menentukan sudut putar pada elemen silinder dengan panjang dx ini. Untuk kesetimbangan momen terhadap sumbu batang, suatu momen puntir tx bekerja pada bagian sebelah kanan bagian. Momen puntir tx ini menyebabkan elemen sepanjang dx terpuntir dengan sudut putar:

GJdxtxd )(=

Total putaran pada ujung sebelah kiri diperoleh dengan integrasi keseluruhan elemen sedemikian sehingga sudut puntir dapat dinyatakan dengan

=

===

Lx

x GJtL

GJdxtx

0

2

2)(

2.5. Gear

Gear adalah berputar mesin bagian memiliki gear dipotong, atau roda, yang dimesh dengan bagian lain bergigi untuk mengirimkan torsi . Dua atau lebih Gear yang bekerja di tandem disebut transmisi dan dapat menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio gear dan dengan demikian dapat dianggap sebagai mesin sederhana . Diarahkan perangkat dapat mengubah kecepatan, torsi, dan arah dari sumber listrik . Situasi paling umum adalah untuk gear untuk mesh dengan peralatan lain, namun roda gear dapat juga mesh bagian non-rotating bergigi, yang disebut rak, sehingga menghasilkan terjemahan bukan rotasi.

(a)

L

t

(b)

x

t

dx

tx

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Rotating&usg=ALkJrhhkqRP2kTW6O7Da8q5Mp7BsKw51zwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Machine_%28mechanical%29&usg=ALkJrhgj6Dk70JPN-B5H_cvqKGBMJw6txwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Torque&usg=ALkJrhjgz72_CFYIW9J9ViQJrE-rM_aaEghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_%28mechanics%29&usg=ALkJrhh3WCJJwpom51KiwABDQyC4mWTf6whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_advantage&usg=ALkJrhgowE6E7rHHbot0KdRy6RoYnWoA1Ahttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear_ratio&usg=ALkJrhirI9kUoA4t_bFZpd78o90hd3wDYwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Simple_machine&usg=ALkJrhiqJ-uXM7EhicizLt7PgT2QcZ45FAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Power_%28physics%29&usg=ALkJrhjKzzBnlGx6nISXcdtjC5IQjMTU-ghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Translation_%28physics%29&usg=ALkJrhgrEge2Vyx_vJXnhzmpy29Dp9SSZA



Roda gear dalam transmisi analog dengan roda di katrol . Keuntungan dari gigi adalah bahwa gear dari roda gigi mencegah tergelincir. Ketika dua gear dari jumlah tidak sama gear digabungkan. Keuntungan mekanik yang dihasilkan, dengan baik kecepatan rotasi dan torsi dari dua roda gear yang berbeda dalam suatu hubungan yang sederhana.

Dalam transmisi yang menawarkan beberapa rasio gigi, seperti sepeda dan mobil, istilah gear, seperti pada gear satu, mengacu pada rasio gear daripada gear fisik yang sebenarnya. Istilah ini digunakan untuk menggambarkan perangkat sejenis bahkan ketika rasio gear terus menerus bukan diskrit , atau bila perangkat tidak benar-benar mengandung gear, seperti dalam transmisi continuously variable . [1]

Referensi paling awal yang diketahui adalah sekitar gigi AD 50 oleh Pahlawan dari Alexandria , [2] tetapi mereka dapat ditelusuri kembali ke Yunani mekanik dari sekolah Aleksandria pada abad ke-3 SM dan itu sangat dikembangkan oleh Yunani polymath Archimedes (287-212 SM). [3] Para mekanisme Antikythera adalah contoh dari perangkat diarahkan sangat awal dan rumit, yang dirancang untuk menghitung astronomi posisi. Waktu konstruksi sekarang diperkirakan antara 150 dan 100 SM. [4]

Gambar 2.11. Gear

1.5.1.Perbandingan dengan mekanisme drive Rasio kecepatan tertentu yang hasil dari memiliki gigi persneling

memberikan keuntungan lebih dari drive lain (seperti traksi drive dan V-sabuk ) dalam mesin presisi seperti jam tangan yang bergantung pada rasio kecepatan yang tepat. Dalam kasus di mana driver dan pengikut berada di dekat gigi juga memiliki keuntungan lebih dari drive lain dalam berkurangnya jumlah bagian yang diperlukan; downside adalah bahwa roda gigi yang lebih mahal untuk memproduksi dan persyaratan pelumasan mereka dapat mengenakan biaya

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Wheel&usg=ALkJrhj5oMDCxIvhGNa-QgKxrrE-lBrAhAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Pulley&usg=ALkJrhgYirax2aVrw0fGB4GmMhf9wGOdtghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Rotational_speed&usg=ALkJrhipvvzuV6MA0JuQonJLMpeqZTrJ_Ahttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous&usg=ALkJrhhQF6Qrk1Hwqfkv1nXMgyHRsJ-PVAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Discrete&usg=ALkJrhiwI6D0tlZUyHp3lIj0oUSZyW4zjQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Continuously_variable_transmission&usg=ALkJrhj6SZdvlq3iwrWV6nufSq9z2mbAhQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-0http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Hero_of_Alexandria&usg=ALkJrhgQgsCZOIfij9YwaYehMEyODo5mqwhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-1http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Ancient_Greece&usg=ALkJrhiBTasoY18t3HpDj5DSr0L87D91SAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Alexandrian_school&usg=ALkJrhhTY_QbBvvawILIU3iRryC4zj8v_Ahttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Polymath&usg=ALkJrhhElfUzoc5yGqfNpH4dVU5bIAgJMghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Archimedes&usg=ALkJrhg3XYF-UnqMPa41X7d5G0ifWxX27ghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-2http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Antikythera_mechanism&usg=ALkJrhg3HZzqWkFRHZI3Dws_m86HZ4jVughttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical&usg=ALkJrhilb3Az_fWq4noLGIco3_urtTB8Gghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-3http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Traction_%28engineering%29&usg=ALkJrhjH5nBRVL5nEmrTKOhLMghwRudevAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Belt_%28mechanical%29&usg=ALkJrhj4HhTkzTg2r0KJZ8xxTTlhyjsLBQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gear_words.png&usg=ALkJrhj4qHT5pIi6CBepNP9OrPbWM7eEZQ



operasi yang lebih tinggi. Para mobil transmisi memungkinkan pemilihan antara gigi untuk memberikan keuntungan mekanik berbagai. Jenis Bentuk Keterangan Eksternal vs internal yang gigi

Sebuah gigi eksternal adalah satu dengan gigi yang terbentuk pada permukaan luar dari silinder atau kerucut. Sebaliknya, sebuah gigi internal adalah satu dengan gigi yang terbentuk pada permukaan dalam dari silinder atau kerucut. Untuk roda gigi bevel, sebuah gigi internal adalah salah satu dengan sudut pitch melebihi 90 derajat. Internal gigi tidak menyebabkan pembalikan arah. [5]

Memacu

Spur gear Spur gigi atau gigi lurus dipotong adalah tipe sederhana gigi. Mereka terdiri dari sebuah silinder atau disk dengan gigi memproyeksikan radial, dan meskipun mereka tidak lurus-sisi dalam bentuk, tepi tiap gigi lurus dan sejajar sejajar dengan sumbu rotasi. Gigi ini dapat menyatu bersama-sama dengan benar hanya jika mereka dipasang ke poros paralel

Spiral

Helical gigi Top: konfigurasi paralel Bawah: Konfigurasi menyeberangi Helical atau "kering tetap" gigi menawarkan perbaikan atas gir pendorong. Tepi terkemuka dari gigi tidak sejajar dengan sumbu rotasi, namun ditetapkan di sudut. Karena gigi melengkung, memancing ini menyebabkan bentuk gigi menjadi segmen dari heliks . Gigi heliks dapat menyatu dalam orientasi paralel atau menyeberang. Yang pertama mengacu pada ketika poros yang sejajar satu sama lain, ini adalah orientasi yang paling umum. Pada yang terakhir, poros non-paralel, dan dalam konfigurasi ini kadang-kadang dikenal sebagai "roda gigi miring".

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Automobile&usg=ALkJrhhzzV9A3LY-G_baRTZVwJABTR0UFghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_%28mechanics%29&usg=ALkJrhh3WCJJwpom51KiwABDQyC4mWTf6whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-ansiagma-4http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Helix&usg=ALkJrhgO4-RwX3DKomVrUByPmW4C6RRTswhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Inside_gear.png&usg=ALkJrhhg8DR_JN7ixw_57fVQwr4pTQ767whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Spur_Gear_12mm,_18t.svg&usg=ALkJrhipHbtpxUxX1OAWgag8D9wQ-5GFYghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Helical_Gears.jpg&usg=ALkJrhhFAY6TCNqwkH6__Ro4jgHkpsVLaA



Gigi miring terlibat lebih bertahap daripada memacu gigi gigi menyebabkan mereka untuk berjalan lebih lancar dan tenang. [6] Dengan roda gigi heliks paralel, setiap pasangan gigi pertama membuat kontak pada satu titik di salah satu sisi roda gigi; kurva bergerak kontak kemudian tumbuh secara bertahap di seluruh muka gigi secara maksimal maka surut sampai gigi memutuskan kontak pada satu titik di seberang. Dalam memacu gigi gigi tiba-tiba bertemu di kontak baris di seluruh lebar mereka menyebabkan stres dan kebisingan. Spur gigi membuat merengek karakteristik pada kecepatan tinggi. Sedangkan gir pendorong digunakan untuk aplikasi kecepatan rendah dan situasi-situasi di mana kontrol kebisingan tidak masalah, penggunaan gigi heliks diindikasikan bila aplikasi melibatkan kecepatan tinggi, transmisi listrik yang besar, atau di mana pengurangan kebisingan adalah penting. Kecepatan dianggap tinggi ketika kecepatan melebihi garis lapangan 25 m / s. [7] Kelemahan dari heliks gigi adalah resultan dorong sepanjang sumbu roda gigi, yang perlu diakomodasi oleh tepat bantalan dorong , dan gelar yang lebih besar dari geser gesekan antara meshing gigi, sering ditangani dengan aditif dalam pelumas. 1.5.2. Skew gigi Untuk konfigurasi 'menyeberangi' atau 'miring' roda gigi harus memiliki sudut tekanan yang sama dan pitch normal, namun sudut heliks dan wenangan dapat berbeda. Hubungan antara dua shaft sebenarnya ditentukan oleh sudut heliks (s) dari dua shaft dan wenangan, seperti yang didefinisikan: [8]

E = 1 + 2 untuk gigi dari wenangan yang sama E = 1 - 2 untuk gigi dari wenangan yang berlawanan

Di mana adalah sudut heliks untuk gigi. Konfigurasi menyeberangi kurang mekanis suara karena hanya ada titik kontak antara roda gigi, sedangkan dalam konfigurasi paralel ada kontak baris. [8] Roda gigi heliks cukup umum digunakan dengan sudut heliks dari satu memiliki negatif dari sudut heliks yang lain; seperti sepasang mungkin juga disebut sebagai memiliki heliks kanan dan heliks kidal dari sudut yang sama. Dua sudut yang sama tetapi berlawanan menambah nol: sudut antara poros adalah nol - yaitu, poros sejajar. Dimana jumlah atau perbedaan (seperti yang dijelaskan dalam persamaan di atas) tidak nol poros disilangkan. Untuk shaft menyilang di sudut kanan sudut heliks adalah dari tangan yang sama karena mereka harus menambah 90 derajat.

3D Animasi roda gigi heliks (sumbu paralel) Animasi 3D roda gigi heliks (sumbu melintasi)

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-5http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Noise_abatement&usg=ALkJrhgBkxuZsiNgwry9x4E6mrZVpJhwHQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-pitchlinespeed-6http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Thrust&usg=ALkJrhjSArKLPt4qwg4HRzA_XEjrhS-ooQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Thrust_bearing&usg=ALkJrhh6VazeWBR9Rp2c7FuG0_vM5DXt2Ahttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Sliding_friction&usg=ALkJrhj9Z6yNNTVlqScTnUsB1MJvWbm75whttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-roymech-7http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Gear&usg=ALkJrhg8Re3i-RtHNXSiTF-sqDbK0k3SsQ#cite_note-roymech-7http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://www.youtube.com/watch%3Fv%3DQcgjsor1Q-Y&usg=ALkJrhgu2fZiGv5MIQqJvqExrHGBc7HYbAhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&prev=/search%3Fq%3Dgear%26hl%3Did%26biw%3D1366%26bih%3D596%26prmd%3Dimvns&rurl=translate.google.co.id&sl=en&u=http://www.youtube.com/watch%3Fv%3DZpJuyK842RQ&usg=ALkJrhhzgumHrfFd4b8bWUyDKPlP14SDlw



2.6. Friksi

Friksi adalah gaya yang menahan gerakan sliding atau rolling satu benda terhadap benda lainnya. Friksi merupakan faktor yang penting dalam mekanisme operasi sebagian besar peralatan atau mesin.

Friksi besar (high friction) dibutuhkan untuk bekerjanya mur dan baut, klip kertas, penjepit (tang catut), sol sepatu, alat pemegang dll. Gaya friksi dibutuhkan pada saat kita jalan agar tidak terpeleset. Friksi juga dibutuhkaan agar dapat menumpuk pasir, apel dll. Namun friksi juga merupakan tahanan tehadap gerakan yang bersifat merugikan.20% tenaga mesin mobil dipergunakan untuk mengatasi gaya friksi pada elemen mesin yang bergerak. Oleh karena itu friksi kecil (low friction), dikehendaki untuk benda yang bergerak seperti mesin tenaga (engine), ski, elemen arloji/jam dll.

Disamping itu juga dibutuhkan friksi konstan (constant friction ) yaitu untuk rem, dan kopling agar geakkan tidak tersendat sendat. Friksi telah dipelajari sebagai cabang mekanika beberapa ratus tahun yang lalu, dan hukum dan metode untuk memperkirakan besarnya friksi telah diketahui 2 abad lalu. Manun mekanisme friksi, yaitu proses hilangnya energi jika dua permukaan saling bergesek tidak dapat diterangkan dengan baik. Penyebab utama friksi antara dua logam kelihatannya adalah gaya tarik (adesi) daerah kontak (contact region) dari permukaan yang secara mokroskopik tidak beraturan. Jika diperbesar permukaan menyerupai bukit dan lembah. Jika ada beban, ketika 2 permukaan bersinggungan, dua bukit menempel (adesi atau menyatu) atau terkunci dilembah permukaan dihadapannya. Friksi timbul akibat adanya geseran (shearing) bukit yang menyatu tersebut dan jua akibat ketidak teraturan permukaan.tersebut, bagian yang keras tertanam kepada bagian lunak. Friksi dari slidding dua benda padat yang diperoleh dari ekperimen sederhana menghasilkan kesimpulan sbb : 1. Besarnya friksi hampir tidak bergantung pada luas kontak .

Jika sebuah bata ditarik diatas meja, gaya friksi tetap sama, baik posisi bata berdidri ataupun tidur. (Leonardo da Vinci (1452-1519)

2. Friksi berbanding lurus dengan beban yang bekerja pada permukaan. Jika bata ditumpuk empat ditarik diatas meja, besarnya friksi empatkalinya friksi satu batayang ditarik.. Jadi rasio gaya friksi F terhadap beban L adalah tetap.



Rasio yang tetap tersebut disebut koefisen friksi (coefficient of friction ) dan biasanya diberi simbol huruf Yunani mu ( ). Secara matematik persamaan dapat ditulis sbb :

Koefisien friksi tidak punya satuan, karena friksi dan beban yang diukur dalam satuan gaya (pound atau Newton) saling meniadakan. Sebagai contoh : Harga koefisien friksi =0,5 untuk kasus bata ditarik diatas kayu yang berarti bahwa dibtuhkan gaya sebesar setengah dari berat bata untuk mengatasi friksi, dan menjaga bata bergerak secara konstan. Gaya friksi arahkan berlawanan dengan arah gerak bata. Karena friksi timbul antara permukaan yang bergerak maka ini disebut friksi kinetik (kinetic friction). Ini untuk membedakan dengan friksi statik (static friction), yang bekerja pada permukaan yang diam. Harga friksi statik selalu lebih besar dari friksi kinetik Friksi rolling (rolling friction) terjadi jika suatu roda, slinder ataupun bola menggelinding bebas diatas permukaan, sepertihalnya pada ball tau roller bearing. Sumber friksi utama dalam gerakan rolling adalah disipasi energi yang meilbatkan deformasi benda. Jika bola keras menggelinding diatas permukaan, bola sedikit peyang dan permukaan sedikit legok pada daerah kontak. Deformasi elastik atau kompresi pada daerah kontak tersebut merupakan penghambat gerakan dan energinya tidak kembali saat benda kembali ke bentuk semula. Enegi yang hilang pada kedua bagian permukaan sama dengan energi yang hilang pada bola yang jatuh dan terpantul. Besarny friksi slidding pada umumnya 100 sampai 1000 kali lebih besar dibandingkan dengan friksi rolling.Keuntungan gerakan rolling dipahami oleh manusia pendahulu sehingga ditemukan roda.



BAB III

Mekanika Dinamika POKOK BAHASAN:

1. Perpindahan 2. Kecepatan 3. Percepatan 4. Momentum

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu memahami mengenai konsep dan analisa dinamik pada mesin (robot)



3.1. Pendahuluan Apabila kita membicarakan tentang mekatronika, maka persepsi

yang muncul tidak lepas dari mesin yang dapat bergerak ke segala arah, baik bergerak lurus maupun bergerak melingkar. Seperti diketahui bahwa pergerakan muncul apabila terjadi perubahan gaya pada suatu benda. Dengan demikian dalam membahas mekatronika, maka erat hubungannya dengan mekanika seperti kinematika dan dinamika. Besaran-besaran fisis yang timbul antara lain: perpindahan atau perubahan posisi, kecepatan, percepatan, momentum, dan lainnya.

Gerak didefinisikan sebagai keadaan benda yang melakukan perpindahan akibat adanya perubahan gaya. Di dalam ilmu Fisika gerak dibedakan menjadi gerak lurus, gerak proyektil, dan gerak melingkar. Gerak lurus dibedakan menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan. Untuk mengukur besarnya perpindahan (jarak) direpresentasikan sebagai S, yang menunjukkan perpindahan posisi dari satu posisi ke posisi yang lain, sedangkan kecepatan benda dinyatakan dalam v, dan percepatan yang ditimbulkan direpresentasikan dalam a.

3.2. Perpindahan

3.2.1. Perpindahan dalam gerak lurus beraturan Seperti diketahui bahwa perpindahan erat kaitannya dengan

pergerakan, sedangkan pergerakan dapat dibedakan menurut jenis lintasannya dan perubahan kecepatan yang terjadi. Apabila lintasan benda berupa garis lurus, maka dikategorikan ke dalam gerak lurus. Untuk kecepatan yang konstan disebut dengan Gerak Lurus Beraturan, sedangkan bila terjadi perubahan kecepatan, maka gerak tersebut termasuk dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan.

Perpindahan S, dalam gerak lurus beraturan dinyatakan dengan hubungan:

tvS = (3.1)



S: menyatakan besar perpindahan v: Kecepatan benda

t:waktu yang diperlukan untuk melakukan perpindahan

3.2.2. Perpindahan dalam gerak lurus berubah

beraturan Selain Gerak Lurus Beraturan, dapat pula berada pada kondisi

Gerak Lurus Berubah Beraturan. Gerak ini bercirikan memiliki kecepatan yang tidak konstan, sehingga dapat berubah menjadi lebih cepat atau sebaliknya menjadi lebih lambat. Apabila kecepatan bertambah maka terjadi percepatan, sedangkan bila kecepatan berkurang sebaliknya terjadi pelambatan.

3.3. Percepatan, Kecepatan, dan Perpindahan Di dalam fisika besar percepatan dinotasikan dengan a. Besar a

diukur dari perbandingan perubahan kecepatan terhadap perubahan waktu, dan direpresentasikan dalam persamaan (3.2):

tva

= (3.2)

v: perubahan kecepatan t: waktu yang diperlukan

Bila kecepatan awal dinotasikan sebagai vo, dan kecepatan selang waktu t adalah vt, maka besar perubahan kecepatan adalah v sebesar:

ot vvv = Dari persamaan (3.2) didapatkan:

tav = )( otot ttavv = , apabila to =0 maka

atvv ot += (3.3)



Besar perpindahan S diukur berdasarkan hubungan: dtvdS t=

= dtvS t 2

21 attvS o += (3.4)

Pada kenyataannya dalam performa mekatronika, selain gerak lurus yang banyak digunakan adalah gerak melingkar. Seperti pada gerak lurus, gerak melingkar terbagi ke dalam Gerak Melingkar Beraturan dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan.

3.4. Gerak Melingkar Beraturan

Jika benda bergerak di sepanjang lintasan yang berbentuk lingkarang atau di sekeliling lingkaran dengan kelajuan konstan, maka benda tersebut dinyatakan melakukan gerak melingkar beraturan. Kecepatan pada gerak melingkar selalu konstan, namun arahnya berubah-ubah dan menyinggung lingkaran. Dengan demikian v selalu tegak lurus garis yang ditarik melalui titik pusat lingkaran ke sekeliling lingkaran tersebut. Gerak melingkar ini seperti diilustrasikan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Gerak melingkar beraturan

Dari Gambar 3.1. diasumsikan benda mulai bergerak dari titik P, dan melakukan pergerakan satu lingkaran penuh, maka waktu yang diperlukan untuk melakukan gerak satu lingkaran disebut sebagai waktu edar atau perioda. Perioda dinotasikan dalam T. Banyaknya putaran yang



dihasilkan dalam satu detik menyatakan besar frekuensi (f) yang dinyatakan dalam Hz atau cps (cycle per second).

3.4.1. Kecepatan Linier dan Kecepatan Sudut

Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh lintasan satu lingkaran adalah T dan menempuh jarak sejauh 2R, maka kelajuan

benda untuk mengelilingi lintasan dinyatakan dalam Tsv = , inilah yang

dinyatakan sebagai kecepatan linier. Kecepatan sudut (angular) dinotasikan sebagai merupakan perubahan perpindahan sudut per satuan waktu. Untuk menyatakan kecepatan sudut seringkali dinyatakan dalam radian. Sebagai contoh radian per detik (rps) atau radian per menit (rpm). Keadaan tersebut dapat diekspresikan sebagai:

iperlukanwaktuyangdradianbesarsudut )(

= (3.5)

Jika benda melakukan perpindahan sebanyak satu putaran maka:

T 2= rad/detik

f 2= Secara umum hubungan kecepatan linier (v) dengan kecepatan

angular () dapat dinyatakan sebagai berikut:

tt 2== (3.6)

persamaan (3.6) menyatakan besar perubahan arah gerak per satu satuan waktu, sedangkan untuk kecepatan linier dinyatakan dengan:

tR

tsv 2== (3.7)

persamaan (3.7), s menyatakan jarak yang ditempuh selama satu lingkaran penuh. Dengan demikian didapatkan:



Rv = (3.8)

Berkaitan dengan aplikasi mekatronika, sering kali penggunaannya pada susunan roda. Gerak pada susunan roda ini dapat dibedakan menjadi sistem gerak langsung, sistem gerak tidak langsung, dan sistem gerak dalam satu sumbu. 3.4.2. Sistem Gerak Susunan Roda Secara Langsung

Sistem gerak melingkar ini seperti pada ilustrasi Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Sistem gerak susunan roda secara langsung

Pergerakan pada sistem langsung adalah melalui persinggungan

roda I dan roda II. Pada pergerakan ini jelas bahwa kecepatan linier yang terjadi pada roda I dengan roda II adalah sama, sedangkan untuk kecepatan angularnya berbeda, atau:

21 vv =

21

3.4.3. Sistem Gerak Susunan Roda Secara Tidak Langsung Contoh gerak melingkar dengan susunan roda tidak langsung

adalah pada ban berjalan (conveyer), yaitu roda yang dikaitkan dengan ban, tali, atau rantai yang digunakan untuk mengangkut beban. Sistem gerak tersebut seperti diilustrasikan pada Gambar 3.3.



Gambar 3.3. Sistem gerak susunan roda secara tidak langsung

Berdasarkan Gambar 3.3. pergerakan dengan sistem ini

memiliki kecepatan linier yang sama, sedangkan kecepatan angularnya berbeda, dengan demikian berlaku seperti pada sistem langsung, yaitu:

21 vv = dan 21

3.4.4. Gerak Melingkar pada Sistem Roda dengan Satu Sumbu Jenis gerak melingkar lain yang sering digunakan untuk

kebutuhan rekayasa dan mekatronika adalah sistem roda dengan menggunakan satu sumbu untuk melakukan gerak, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Gerak melingkar pada sistem roda dengan satu sumbu

Pada Gambar 3.4. tampak bahwa roda I memiliki jari-jari lebih

kecil dibanding jari-jari roda II. Kedua roda tersebut disusun dalam titik pusat yang sama atau berada dalam satu poros putar. Apabila roda tersebut diputar, maka kecepatan linier roda I berbeda dengan roda II, sedangkan kecepatan angular dari masing-masing roda adalah sama besar. Hal ini ditunjukkan oleh titik A, B, dan C yang berada pada sudut yang sama, dengan demikian:



21 vv dan 21 = Atau dengan kata lain:

CBA vvv dan CBA == (3.9)

3.5. Percepatan pada Gerak Melingkar Jika benda melakukan gerak melingkar dengan kelajuan tetap, maka

arah gerak benda tersebut memiliki perubahan yang tetap, dengan demikian harus ada yang mengubah arah dari kecepatan tersebut. Seperti yang telah diketahui bahwa perubahan kecepatan erat kaitannya dengan percepatan, sehingga untuk mengubah arah kelajuan pada gerak ini tidak lain adalah percepatan geraknya. Arah percepatan yang timbul selalu tegak lurus dengan arah kecepatan yang dimiliki, oleh karena arah kecepatan linier selalu menyinggung lingkaran, sedangkan arah percepatan adalah tegak lurus terhadap kecepatannya, maka jelaslah bahwa arah percepatan yang timbul adalah menuju pusat lingkaran. Arah yang menuju pusat lingkaran ini disebut dengan centripetal, sehingga percepatan yang memiliki arah ke pusat lingkaran dinamakan sebagai percepatan centripetal. Besar percepatan centripetal didefinisikan sebagai:

( )R

va liniercp

2

= (3.10)

3.6. Momentum

Momentum

Buku Mekatronika

Documents