elmes 3

0BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Perkembangan teknologi belakangan ini semakin berkembang,seperti mesin –

mesin perkakas dari yang manual sampai ke yang serba canggih, maka diperlukan

kemajuan teknologi yang dapat menujang kebutuhan tersebut. Dimana mesin – mesin

perkakas tersebut menggunakan transmisi Roda Gigi .

Mahasiswa jurusan Teknik Mesin FTI-ITI untuk menyelesaikan masa studinya

harus mengerjakan beberapa tugas yang sifatnya mendukung teori yang telah

didapatkan pada waktu perkuliahan diantara tugas – tugas tersebut adalah tugas Elemen

Mesin III. Tugas ini berisikan materi perencanaan system dan perancangan transmisi.

Dan pada kesempatan ini penulis mencoba merencanakan transmisi roda gigi lurus

pada gear box mesin bubut.

1.2. Tujuan Perencanaan

Tujuan perencanaan Elemen Mesin III ini adalah

Membekali penulis pengetahuan tentang system transmisi khususnya

roda gigi unrtuk transmisi roda gigi lurus.

Mempelajari kembali perhitungan dalam perencanaan roda gigi.

Melatih penulis untuk merencanakan suatu system trasmisi yang baik

pada mesin perkakas.

Menerapkan dan memahami teori dalam merencanakan system yang

telah diperoleh dalam bangku kuliah.

1

1.3. Batasan Masalah

Pada kesempatan ini penulis membatasi permasalahan system transmisi roda

gigi lurus pada mesin bubut ini dan disini penulis akan membahas serta melakukan

perencanaan system transmisi roda gigi yang digunakan untuk memutarkan poros

kepala tetap pada mesin bubut.

1.4. Manfaat Perencanaan

Untuk memperdalam pengertian penulis dalam hal ini pada transmisi roda gigi

pada mesin bubut yaitu :

Untk melatih penulis dalam merancang suatu system transmisi roda gigi.

Untuk menerapkan rumus – rumus yang sudah ada dalam buku perancangan

dan dalam perkuliahan.

1.5. Sistematika Perencanaan

Untuk sistematikanya pada perencanaan ini penulis akan memulai dengan teori

dasar yang bertujuan untuk memberikan gambaran mengenai rumus – rumus yang akan

digunakan nanti dalam perhitungan dan juga diberikan gambar. Pada bab ini

selanjutnya akan dilakukan perencanaan serta perhitungan kekutan roda gigi dan juga

diberikan aspek – aspek yang diperlukan untuk melengkapi perencanaan ini ,dan juga

untuk menyimpulkan yang diperoleh dari perencanaan ini.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan perencanaan ini terdiri dari :

BAB I PENDAHULUAN

2

Membahas mengenai latar belakang,tujuan perencanaan,batasan

masalah,manfaat perencanaan,sistematiak perencanaan dan sistematika

penulisan.

BAB II TEORI DASAR

Membahas mengenai teori – teori roda gigi,nama bagian roda gigi serta

ukuranya,perbandingan putaran roda gigi dan analisa gaya.

BAB III PERHITUNGAN PERENCANAAN RODA GIGI

Dalam bab ini membahas spesifik tugas,jumlah gigi masing – masing roda

gigi,ukuran roda gigi, perbandingan reduksi, gaya tangensial yang terjadi,factor

pembentuk gigi, tebal roda gigi bahan roda gigi bahan poros perhitungan poros

dan ukuran pasak.

BAB IV KESIMPULAN

Menyimpulkan hasil dari perencanaan tersebut.

Daftar pustaka.

Lampiran – lampiran.

3

BAB II

TEORI DASAR

2.1. Roda Gigi

Roda gigi adalah alat transmisi yang menggerakan satu proses dengan poros

lainnya dengan cara kontak atau berkaitan roda gigi yang satu dengan lainnya,

sehingga lainya dapat digerakan. Roda gigi mentransmisikan daya atau torsi,mulai

dari putaran terkecil sampai putaran terbesar. Posisi roda gigi yang berpasangan bias

pararel seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Macam – macam Roda gigi

4

Ada pula roda gigi dengan putaran yang terputus – putus dan roda gigi

Geneva,yang sering dipakai untuk menggerakan film pada proyektor bioskop. Dalam

perencanaan roda gigi biasanya dibuat anggapan bahwa roda gigi merupakan benda

kaku yang hampir tidak mengalami perubahan untuk jangkan waktu yang lama.

Gambar 2.2 Nama – nama Bagian roda gigi

2.2. Rumus – Rumus Roda Gigi

Rumus – rumus umum yang dipergunakan untuk ukuran roda gigi adalah :

1. Diameter linkaran jarak bagi (do) :

do = m . z

2. Diameter lingkaran kepala (dk) :

dk = do + 2 m

3. Diameter lingk aran kaki (df) :

df = do – 2,4 m

4. Jarak sumbu poros (ao) :

ao = m Z1 + Z2]

2

5

Gambar 2.3 ukuran gigi pasangan roda gigi lurus

5. Tebal gigi ( t ) :

t = m .

6. Modul ( m ) :

m = p

7. Tinggi gigi ( H ) :

H = ha + hf

Dimana : ha = m = tinggi kepela

hf =1,2 . m = tinggi kaki normal

8. Jarak bagi P { pitch )

P = m . ( mm)

Untuk roda gigi adanya beban dorong yang sejajar poros menyebabkan kita perlu

mengetahui sudut miring,sehingga perhitungan selanjutnya perlu dimasukkan

sudut kemiringannya. Roda gigi miring ini mempunyai sudut miring o dan sejajar

jarak antara puncak gigi yaitu Px. Dapat dilihat gambar dibawah ini.

6

Gambar 2.4. Sudut kemiringan roda gigi

Jarak a – d adalah aksial pitch Px dan dituliskan sebagai hubungan antara :

Px = Pt

cos o

Dimana : Pa = Pt cos o

Modul normalnya, mn adalah :

mn = m cos βo

Modul pandangan depan ( ms ) adalah ;

ms = m cos βo

Jarak lingkaran bagi ( tso ) adalah :

tso = tn cos βo

2.3. Perbandingan putaran dan perbandingan roda gigi

Jika putaran roda gigi yang berpasangan dinyatakan dengan n1 ( rpm ) pada

poros penggerak dan n 2 ( rpm) pada poros yang digerakan lingkaran jarak bagi d1 dan

d 2 dan jumlah gigi , maka perbandingan putaran U adalah :

U = n1 = d1 = mz1 = l n2 d2 mz2 t

Dimana : Z2 = i. Z1

7

Harga i adalah perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi dan pinion yang

biasa disebut sebagai perbandingan roda gigi atau perbandingan transmisi.

Perbandingan transmisi ini dapat sebesar 4 – 5 dalam roda gigi lurus standart, dan pada

roda gigi miring ganda perbandingan tersebut dapat mencapai 10. Roda gigi biasanya

dipakai untuk mereduksi ( i.>1 ),tetapi kadang juga dipakai untuk menentukan putaran

(i.< 1).

2.4. Analisa Gaya

Perubahan roda gigi I diberikan pada roda gigi 2 yang terjadi adalah Fn ( gaya

normal ). Ft ( gaya tangensial ) yaitu membuat sudut terhadap gaya normal ( Fn ).

Gambar 2.5 Gaya – gaya pada profil gigi

Fr1 dan Ft1 adalah komponen – komponen dari gaya Fn1 , titik pertemuan komponen

tersebut adalah pada perpotongan do1 dan do2.

8

Cos o = FU1 , tan o = Fu1

Fn1 Fr1

Mt = F . I = F . d 2

Untuk gaya tangensial ( Ft ) adalah :

Ft = 2000 Mt . Cs ( N.mm) do

Dimana Cs = factor keamanan kerja yang berhubungan dengan beban dan kondisi kerja

untuk keadaan beban khusus / berat.

Dan untuk : Mt = 9550 . p n

Untuk o = 20

Maka : Fr = Ft . tan o = 0,634 . Fu ( N )

Fn = Ft / cos o = 1,065 . Fu ( N )

Gambar 2.6. Gaya – gaya pada roda gigi

9

Pada gambar diatas ada tiga gaya yang bekerja pada roda gigi miring :

Fr = F sin n . cos o ; Fa = F cos n . cos o

Biasanya Ft ( gaya keliling / tangensial ) diketahui seperti rumus diatas. Sedangkan

untuk mencari gaya tangensial ( Ft ) digunakan hubungan :

Maka rumus kekuatan akan gigi adalah :

b = Ft

bm . qk. qe . b izin

Dimana : Ft = gaya tangensial

qk = factor bentuk gigi

qe = factor perbandingan kontak

b = lebar gigi

Tegangan geser yang terjadi pada roda gigi (g) :

Gambar, 2.7 .Analisa tegangan geser pada gigi

g = Ft x L bh2

6

Dengan tegangan geser izin g izin = b

v

10

Dimana : g = tegangan geser ijin kg / mm2

b = tegangan tarik padabahan kg / mm2

v = factor keamanan

Diameter poros yang akan dipergunakan (ds) :

Bahan poros yang dipergunakan adalah s30c dengan b = 48 kg/mm2

Dengan tegangan puntir izin :

p = b

sf1 + sf2

Dimana : sf1 = 6 { pengaruh massa baja paduan }

Sf2 = 2 { pengaruh factor perhitugan }

Untuk diameter poros ds1 :

Ds1 = { 5,1 x kt x cb x T 1 } 1/3

b

Dimana : kt = koersi momen puntir 1,5 – 3,0 diambil 2,0

Cb = factor beban lentur , 1,2 – 2,3 diambil = 1,5

p = tegangan punti izin { kg / mm2 }

T1 = momen puntir { kg . mm }

Dimana : T1 = 9,74 x 105 x ( p ) n

Pd = daya motor {kw }

N1 = putaran motor { rpm }

Dan untuk dimeter poros ds2 :

ds2 = { 5,1 x kt x cb x T 2 } 1/3

b

Dimana kt,cb,dan p yang dipergunakan sama dengan ds1 dan momen puntir :

11

T2 = 9,74 x 105 x ( Pd ) n2

Pd = daya motor yang dipergunakan { kw }

N 2 = putaran motor { rpm }

Dimana tegangan puntir yang terjadi pada poros p :

p = Mp

Wp

Ukuran pasak

Ukuran pasak yang dipergunakan sesuai dengan diameter poros yang akan

dipergunakan ,dan sesuai dengan table yang ada.

Dan dalam perencanaan ini akan digunakan dalam rumus – rumus yang ada diatas

untuk menghitung perbandingan roda gigi yang akan direncanakan

12

13

GAMBAR.SKETSA TRANSMISI RODA GIGI

BAB III

PERHITUNGAN RODA GIGI

3.1 Spesifikasi perencanaan

Spesifikasi perencanaan yang direncanakan adalah untuk merancang roda gigi

lurus pada gear box mesin bubut dengan data – data yang diketahui sebagai berikut :

Daya maximum : 5 HP = 3,5 Kw

Putaran : 1400 rpm

Sudut tekan : 20˚

Modul : 2,5

Faktor gigi : 0,5

Faktor koreksi : 1

Diameter rodagigi 1 : 75 mm

Diameter roda gigi 2 : 160 mm

3.2 Jumlah Gigi Masing – masing Roda gigi.

Pertama – tama adalah menentukan atau merencanakan daya rencana yang

digunakan, sebelum menentukan jumlah gigi yang dipakai tiap – tiap roda gigi dan juga

menghitung kekuatan gigi dan tegangan geser yang terjadi pada gigi agar roda gigi

yang dipakai cukup aman yang sesuai dengan yang diinginkan.

1. Daya rencana ( Pd )

14

Pd = P x Fc

= 5 x 1 = 5 HP

Jadi daya yang dipergunakan 10 HP sama dengan 3,5 Kw.

2. Jumlah gigi tiap – tiap roda gigi :

d1 = z1 x m

Z1 = d1 m = 80 = 32 gigi 2,5

d2 = z2 x m

Z2 = d2 m = 160 = 64 gigi 2,5

3. Jarak sumbu poros ( a )

a1 = m Z1 + Z2 ]

2

= 2,5 [ 32 + 64 ] = 120 mm 2

4. Diameter lingkaran kepala ( dkv ) untuk masing – masing roda gigi.

dkv1 = ( z1 + 2 ) x m

= ( 32 + 2 ) x 2,5

= 85 mm

dkv2 = ( z2 + 2 ) x m

= ( 64 + 2 ) x 2,5

= 165 mm

15

5. Diameter lingkaran kaki ( dkf ) untuk masing – masing roda gigi :

dkf1 = ( z1 – 2 ) x m – ( 2 x ck )

= ( 32 – 2 ) x 2,5 – ( 2 x 0,5 )

= 74 mm

dkf2 = (z2 – 2 ) x m – ( 2 x ck )

= ( 64 – 2 ) x 2,5 – ( 2 x 0,5 )

= 154 mm

6. Perbandingan reduksi (i) :

i = Z2

Z1

= 64

32

= 2

7. Kecepatan keliling keliling ( v )

V = x dk1 x n

60.000

= x 80 x 1400

60.000

= 5,86 m / s

8. Gaya tangensial ( Ft )

Ft = 102 x Pd

v

= 102 x 3,5 kw

5,86

= 60,9 kg

16

Jika kecepatan keliling = 5,86 m /s pada kecepatan sedang menjadi ;

Fv = 6 6 + v

= 6 6 + 6,28

= 0,5

9. Bahan roda gigi yang digunakan :

Kekuatan tarik bahan S 45 C b = 58 kg / mm2

Tegangan tarik yang diizinkan ( b )

Faktor keamanan = 4

b = b

v

= 58

4

= 14,5 kg / mm2

10. Tebal gigi ( b )

b = m 2

= 2,5

2 = 3,925 mm

11. Tinggi gigi ( h )

h = ha + hf

ha = m = 2,5

hf = 1,2 . m

= 1,2 . 2,5 = 3 mm

Mk : h = 2,5 + 3

17

= 5,5 mm

Jadi tinggi gigi yaitu 5,5 mm.

12. Jarak bagi P (pitch )

P = m .

= 2,5 . 3,14

= 7,85 mm

13. Tegangan geser yang terjadi pada gigi (g )

g = Ft x l bh2

6

= 60,9 x 5,5 20 . 3,9252

6

= 6,52 kg / mm2

Dimana g = 14,5 kg /mm2

g > g

Jadi tegangan geser yang terjadi pada gigi berarti aman.

14. Diameter poros

Bahan dari diameter poros yang digunakan S 40 C b = 55 kg / mm 2

Dimana : sf1 = 6 ( pengaruh massa baj paduan )

sf2 = 2 ( pengaruh factor perhitungan )

p = b sf1 x sf2

= 55

6 x 2

18

= 4,58 kg / mm2

Sebelum menghitung diameter poros yang diunakan sebelumya menghitung

momen puntir yang perlu diperhitungkan juga.

15. Momen puntir / momen rencana ( T1 )

T1 = 9,74 x 105 x ( Pd ) n

= 9,74 x 105 x ( 3,7 ) 1400

= 2574,14 kg . mm

i = N1

N2

n2 = N1

i

= 1400

2 = 700 rpm

T2 = 9,74 x 105 x ( Pd ) n 2

= 9,74 x 105 x ( 3,7 ) 700

= 5148,29 kg . mm

Diameter poros untuk ( ds1 )

Dimana kt yang digunakan =2,0 dan cb yang gunakan = 1,5

ds1 = { 5,1 x kt x cb x T 1 } 1/3

b

19

= { 5,1 x 2,0 x 1,5 x 2574,14 } 1/3

4,58

= 20,49 mm 22 mm disesuaikan dengan tabel

Dan diameter poros untuk (ds2 )

ds2 = { 5,1 x kt x cb x T 2 } 1/3

b

= { 5,1 x 2,0 x 1,5 x 5148,29 } 1/3

4,58

= 25,8 mm 26 mm

17. Tegangan puntir yang terjadi pada poros I (p )

p = T1

Wp

= 2574,14

/ 16 x ( 22 )3

= 1,23 kg / mm2

Dimana : p = 4,58 kg / mm2

p = 4,58 kg / mm2 > p = 1,23 kg / mm2

Maka poros yang digunakan berarti aman.

1. Tegangan puntir yang terjadi pada poros II (p )

p = T2

Wp

= 5148,29 /16 x ( 26 )3 = 1,49 kg / mm2

Dmana : p izin = 4,58 kg / mm2 > p = 1,49 kg / mm2

Maka poros yang digunakan berarti aman dari tegangan puntir / lentur.

20

19. Ukuran pasak yang digunakan disesuaikan dengan diameter poros masing –

masing sesuai dengan table yang ada.

Untuk poros ukuran diameter ds1 = 22 mm

Ukuran pasak pada tabel 8 x 7

b = 8 mm

h = 7 mm

Untuk poros ukuran diameter ds2 = 26 mm

Ukuran pasak pada tabel 8 x 7

b = 8 mm

h = 7 mm

BAB IV

KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapatlsetelah melakukan perencanaan roda gigi

lurus,kesimpulannya sebaagai berikut :

Daya yang digunakan : 5 Hp 3,5 Kw

21

Putaran untuk ( N1 ) : 1400 rpm

Putaran untuk ( N2 ) : 700 rpm

Diamter roda gigi ( d1 ) : 80 mm

Diamter roda gigi ( d2 ) : 160 mm

Diameter lingkaran kepala ( dkv1) : 85 mm

Diameter lingkaran kepala ( dkv2) : 165 mm

Diameter lingkaran kaki ( dkf1 ) : 74 mm

Diameter lingkaran kaki ( dkf2 ) : 154 mm

Modul : 2,5

Tebal gigi ( b ) : 3,925 mm

Tinggi gigi ( H ) : 5.5 mm

Pitch / jarak bagi ( P ) : 7,85 mm

Bahan kedua roda gigi S 45 C B : 58 kg / mm2

Kekerasan permukaan HB : 167 – 229 kg / mm2

Kekutan tarik B izin : 14,5 kg / mm2

Tegangan geser pada gigi g : 6,5 kg / mm2

Bahan kedua poros S 40 C B : 55 kg / mm2

Kekerasan permukaan ( HB ) : 179 – 255 kg / mm2

Tegangan puntir izin p : 4,58 kg / mm2

Tegangan puntir pada poros I (p ) : 1,23 kg / mm2

Tegangan puntir pada poros II (p ) : 1,49 kg / mm2

Diamter poros I ( ds1 ) : 22 mm

Diamter poros II ( ds2 ) : 26 mm

Pasak yang digunakan untuk kedua poros tersebut dengan ukuran sama yaitu :

22

Tebal ( b ) x Tinggi ( h ) = 8 mm x 7 mm

Dengan lebar ( L ) = 22 mm

LAMPIRAN

23

DAFTAR PUSTAKA

G. Niemann. H. Winter “ Elemen Mesin “,jilid II edisi yang direvisi,

erlangga,1992. Jakarta.

R.S. Khurni “ Design “’ Eurasia Publishing House Ltd, 1982, NewDelhi, India.

Sularso dan Kiyokatsu Suga “ Dasar Perencanaan Elemen Mesin “, PT. Pradya

Pramita, 1985, Jakarta.

R. Herman “ Machine Element “, C.W. Niemeyer, Hameln, 1976, Germany.

24

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rakhmat serta

inayah-Nya penulis dapat meyelesaikan tugas perencanaan Elemen Mesin III dengan

judul “ Perencanaan Roda Gigi Lurus Pada Gear Box Mesin Bubut “.

Tugas perencanaan Elemen Mesin III ini diberikan untuk melengkapi

persyaratan mata kuliah Elemen Mesin khususnya mahasiswa jurusan Teknik Mesin,

pemberian tugas perencanaan ini bertujuan agar mahasiswa Teknik Mesin mengetahui

seluk-beluk tentang perencanaan mesin,serta untuk menambah pengetahuan dan

wawasan mengenai perencanaan.

25

Dalam tugas perencanaan Elemen Mesin III ini, penulis menyampaikan terima

kasih yang sebesar – besarnya kepada :

Ir. Soerjadi H.S,M.Sc, selaku koordinator tugas perencanaan.

Semua rekan – rekan yang secara langsung maupun tak langsung yang telah

membantu sehingga terselesainya tugas perencanaan Elemen Mesin III ini.

Mungkin didalam penulisan masih banyak kekurangan untuk kritik dan saran

yang sifatnya membangun demi penyempurnaan perencanaan ini dan semoga tugas

perencanaan ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa jurusan Teknik Mesin dan bagi para

pembaca sekalian.

Serpong, Desember 2001

Penulis

26