Laporan Tugas Elemen Mesin

Tugas Perencanaan Elemen Mesin

“Gear Box”

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.

Tugas Perencanaan Mesin ini merupaan Tugas yang

diberikan guna melengkapi nilai tugas mahasiswa pada

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Induatri Institut

Teknologi Adhi Tama Surabaya, pada Jenjang Sarjana.

Selain itu bahwa dalam tugas ini berguna untuk

meningkatkan kemampuan mahasiswa Teknik Mesin

terutama dibidang Teknik.

Dalam Perencanaan Mesin kali ini, mencoba

mengangkat permasalahan tentang Gearbox. Gearbox

merupakan suatu komponen dari suatu mesin yang

berupa rumah untuk roda gigi. Komponen ini harus

memiliki konstruksi yang tepat agar dapat

menempatkan poros-poros roda gigi pada sumbu yang

benar sehingga roda gigi dapat berputar dengan baik

dengan sedikit mungkin gesekan yang terjadi.

Selain harus memiliki konstruksi yang tepat,

terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh

komponen ini yaitu dapat meredam getaran yang timbul

akibat perputaran dan gesekan antar roda gigi.

Dari kesulitan konstruksi yang disyaratkan dan

pemenuhan kriteria yang dibutuhkan, maka kami

FTI / TEKNIK MESIN 1

INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA


“Gear Box”

bermaksud membuat produk tersebut sebagai objek

pembuatan Tugas Perencanaan Elemen Mesin. Pembuatan

produk tersebut dengan memperhatikan spesifikasi

yang diinginkan.

1.2. Maksud dan Tujuan

Disamping untuk memenuhi kurikulum S1 Jurusan

Teknik Mesin ITATS,tugas ini juga dimaksudkan :

a. Agar mahasiswa dapat menerapkan teori yang

diperoleh dari perkuliahan sehingga dapat

menerapkan secara langsung dilapangan.

b. Agar mahasiswa dapat mengetahui hal-hal yang

berkaitan dengan permasalahan pada

perencanaan Gearbox, seperti gaya-gaya pada

roda gigi reaksi pada poros dan yang

lainnya.

c. Menyiapkan mahasiswa menjadi anggota

masyarakat yang memiliki kemampuan akademik

yang dapat menerapkan, mengembangkan dan

menciptakan ilmu pengetahuan dan teknologi.

d. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi

serta mengupayakan penggunaan Gearbox untuk

meningkatkan taraf hidup masyarakat kearah

yang lebih baik.

1.3. Batasan Masalah.FTI / TEKNIK MESIN

2 INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA


“Gear Box”

Karena dalam masalah perencanaan roda gigi adalah

sangat luas, menyangkut berbagai macam disiplin

ilmu, maka dilakukan pembatasan permasalahan.

Permasalahan yang akan dibahas pada perencanaan

elemen mesin tentang roda gigi transmisi ini antara

lain:

a. Perencanaan Roda Gigi.

b. Perencanaan Poros.

c. Perencanaan Pasak.

d. Perencanaan Bantalan.

e. Perencanaan Pelumasan.

1.4. Sistematika Penulisan.

Dalam penulisan perencanaan Gear Box disajikan

dalam bentuk Bab per Bab yang kemudian diuraikan dalam

sub Bab. Adapun Bab-bab yang ada secara garis besar

adalah sebagai berikut :FTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentag latar belakang, maksud dan tujuan,

batasan masalah, metode pengambilan data dan

sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Berisi tentang jenis-jenis roda gigi, rumus dasar

roda gigi, poros, bahan dasar poros, pasak, bantalan

dan systempelumasan.

BAB III : MEKANISME SISTEM TRANSMISI

Berisi tentang gambar sket perencanaan sistem

transmisi

BAB IV : PEMBAHASAN SISTEM TRANSMISI

Berisi tentang perhitungan perencanaan sistem

transmisi perhitungan pertencanaan poros,

perhitungan pertencanaan pasak, perhitungan

pertencanaan bantalan dan perhitungan pertencanaan

pelumasan.

BAB V : PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan hasil perencanaan sistem

transmisi dan saran.




“Gear Box”

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN-LAMPIRAN




“Gear Box”

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Roda Gigi

Pada dasarnya sistem transmisi roda gigi

merupakan pemindahan gerakan putaran dari satu

poros ke poros yang lain hampir terjadi disemua

mesin. Roda gigi merupakan salah satu yang terbaik

antara sarana yang ada untuk memindahkan suatu

gerakan. Roda gigi dikelompokkan menurut letak

poros putaran atau berbentuk dari jalur gigi yang

ada. Keuntungan dari penggunaan sistem transmisi

diantaranya :

1. Dapat dipakai untuk putaran tinggi maupun rendah

2. Kemungkinan terjadinya slip kecil

3. Tidak menimbulkan kebisingan

Adapun klasifikasi dari roda gigi antara lain :




“Gear Box”

2.1.1. Roda Gigi Lurus (Spur gear)

Roda gigi lurus dipakai untuk

memindahkan gerakan putaran antara poros-

poros yang sejajar. Yang biasanya berbentuk

silindris dan gigi-giginya adalah lurus dan

sejajar dengan sumber putaran. Pengunaan roda

gigi lurus karena putarannya tidak lebih dari

3600 rpm dan kecepatan keliling tidak lebih

dari 5000 ft/menit. Ini tidak mutlak, spur

gear dapat juga dipakai pada kecepatan diatas

batas-batas tersebut.

Gambar 2.1. Roga Gigi Lurus

2.1.2. Roda Gigi Miring (Helical gear)




“Gear Box”

Roda gigi miring dipakai untuk

memindahkan putaran antara poros-poros yang

sejajar. Sudut kemiringan adalah sama pada

setiap roda gigi, tetapi satu roda gigi harus

mempunyai kimiringan ke sebelah kanan dan

yang lain ke kiri. Roda gigi ini mampu

memindahkan putaran lebih dari 3600 rpm dan

kecepatan keliling lebih dari 5000 ft/menit.

Gambar 2.2. Roda Gigi Miring

2.1.3. Roda Gigi Cacing (Worm gear)

Roda gigi cacing dipakai untuk memindahkan

putaran antara poros yang tegak lurus bersilang.

Susunan roda gigi cacing biasanya mempunyai

penutup tunggal atau ganda, suatu susuna roda gigi




“Gear Box”

berpenutup tunggal adalah sesuatu dimana roda gigi

dibungkus penuh atau sebagian oleh gigi cacing,

sebuah roda gigi dimana setiap elemen ditutup

sebagian oleh yang lain adalah susunan roda gigi

cacing berpenutup ganda.

Gambar 2.3. Roda Gigi Cacing

2.1.4 Roda Gigi Kerucut (Bevel gear)

Roda gigi kerucut dipakai untuk memindahkan

gerakan atau putaran antara poros yang

berpotongan. Walaupun roda-roda gigi kerucut

biasanya dibuat untuk sudut poros 90, roda-roda

gigi ini biasanya untuk semua ukuran sudut.




“Gear Box”

Gambar 2.4. Bevel Gear

2.1.5. Screw Gear

Jenis roda gigi ini trediri dari dua buah

helical gear wheel yang merupakan kombinasi

sederhana untuk memindahkan gaya maupun torsi

poros yang membentuk sudut-sudut tertentu.

Gambar 2.5. Screw Gear

2.1.6 Hypoid Gear




“Gear Box”

Hypoid gear bentuknya hampir menyerupai

spiral bevel gear, namun perbedaannya terletak

pada pitch yang lebih hiperbolid dibandingkan

dengan cousenya dan menoperasikannya lebih lembut

dan tenang.

Gambar 2.6. Hipoid Gear

2.2. Rumus Dasar Roda Gigi

Dalam perencanaan ini saya menggunakan jenis

roda gigi lurus karena ada beberapa pertimbangan

yaitu :

# Dilihat dari poros, karena sejajar maka yang

paling cocok dipergunakan adalah roda gigi

lurus.

# Karena daya dan putaran relative rendah, maka

lebih cocok bila menggunakan roda gigi lurus.




“Gear Box”

Adapun rumus dasar yang berhubungan dengan

perencanaan roda gigi antara lain sebagai

berikut :

a. Diameter Pitch Circle (P)

Rumus dari buku deutschman (hal 521)

P = Nt/d (in)

( 1 )

Dimana :

P = Diametral pitch

d = Diameter roda gigi ( inch )

Nt = Jumlah gigi ( buah )

b. Perbandingan Kecepatan (rv)

Rumus dari buku deutschman hal 525

rv = W2/W1 = NtP/Ntg = d1/d2 = n2/n1

( 2 )

Dimana :

N1,n2 = putaran roda gigi ( rpm )

Nt1,Nt2 = jumlah gigi ( buah )




“Gear Box”

d1,d2 = diameter roda gigi ( inch )

c. Jarak Poros (C)


C = d1+d2 (in)

( 3 )

2

Dimana :

C = jarak poros antara dua roda gigi

d = diameter roda gigi

d. Kecepatan Pitch Line / Garis Kontak (Vp)


Vp = .d.n (ft/mnt) ( 4 )

12

Dimana :

Vp = kecepatan putaran

e. Torsi yang Bekerja




“Gear Box”

T = 63000.N daya

( 5 )

n

Dimana :

T = torsi yang bekerja

N = daya motor

n = putaran input

f. Gaya-gaya pada Roda Gigi

Gambar 2.7. Gaya-Gaya pada Roda Gigi

Gaya radial (Fr)




“Gear Box”

Fr = Fn.Sin = Fn.Cos

( 6 )

Gaya normal (Fn)

Fn = Ft

Cos

Gaya tangensial (Ft)

Ft = 2T

( 7 )

D

Gaya dinamis (Fd)

Fd = 600+Vp . Ft

( 8 )

600

Untuk 0 < Vp ≤ 2000 ft/menit

Fd = 1200+Vp .Fp

1200

Untuk 2000 < Vp ≤ 4000 ft/menit

Fd = 78+ Vp .Ft

78




“Gear Box”

Untuk Vp > 4000 ft/min dimana Fw ≥ Fd dan

Fb ≥ Fd

Dimana :

T = Torsi (lbm)

n = Putaran (rpm)

Ft = Gaya tangensial (lb)

Fn = Gaya normal (lb)

Fd = Gaya dinamis (lb)

Fr = Gaya radial (lb)

g. Lebar Gigi (b)


b = Fd

( 9 )

d1.Q K

Q= 2.d2




“Gear Box”

d1+d2

Dimana :

b = Lebar gigi (in)

Fd = Gaya dinamis (in)

d1 = diameter pinion

d2 =diameter gear

Q = Perbandingan roda gigi

K = Faktor pembebanan

h. Syarat Keamanan Roda Gigi

9 ≤ b ≤ 13

p p

i. Evaluasi Kekuatan Gigi (Persamaan AGMA)

Sad = Sat.Kl

( 10 )

Kt.Kr




“Gear Box”

t = Ft.Ko.P.Ks.Km ; Sad >t (syarat

aman ) ( 11 )

Kv.b.j

Dimana :

Sat = Tegangan ijin Material

Kl = Faktor umur

Kt = Faktor temperature

Kr = Faktor keamanan

σ t = Tegangan bending pada kaki gigi

Ko = Faktor koreksi beban lebih

Km = Koreksi distribusi beban

Kv = Faktor dinamis

J = Faktor bentuk geometris

j. Menentukan Gaya bending Pada Pinion dan Gear

(Fb)


Fb=So.b. YP

( 12 )




“Gear Box”

Dimana :

Fb = Gaya bending

So = Kekuatan permukaan gigi

Y = Faktor bentuk Lewis

b = diameter pitch

P = lebar gigi

k. Menentukan Panjang Garis Kontak Gigi

r=d2

AB=[√ (r4+a4 )2−r

42cos2θ−r4sinθ+(r2+a2)−r22cos

2θ−r2sinθ ]( 13 )

l. Menentukan Perbandingan Kontak (kontak ratio)

Sad= ABρ.cosθ

( 14 )

Dimana :

AB = Panjang garis kontak

CR = Kontak ratio




“Gear Box”

M. Standart Ukuran Roda Gigi

Tabel 2.1. Standart Ukuran Roda Gigi

Nama φ=1412°

20°20°

dipotong25°

Addendum

(A) P1 1

P0,8P

1P

Dedendum

(b)

1,157P

1,25P

1P

1,25P

Tinggi gigi

©

2,157P

2,25P

1,8P

2P

Tinggi

kontak (d)

2P

2P

1,6P

2P

Celah0,157

P /(b−a)(c−d)

0,25P

0,2P

0,25P




“Gear Box”

Gambar 2.8. Bagian-bagian pada Roda Gigi

2.2. Poros

Poros adalah suatu bagian stationer yang

berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana

terpasang elemen - elemen seperti roda gigi, rodaFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

gila dan elemen pamindah daya lainnya. Poros dapat

menerima beban – beban lentur, tarik, tekan atau

putaran yang bekerja sendiri – sendiri atau berupa

gabungan satu dengan yang lainnya. Definisi yang

pasti dari poros adalah sesuai dengan penggunaan

dan tujuan penggunaan.

Dibawah ini terdapat beberapa definisi dari poros :

a. Shaf adalah poros yang ikut berputar untuk

memindahkan daya dari mesin ke mekanisme yang

digunakan.

Gambar 2.9. shaf

b. Axle adalah poros yang tetap dan mekanismenya

yang berputar pada poros tersebut, juga

berfungsi sebagai pendukung.




“Gear Box”

Gambar 2.10. Axle

c. Spindle adalah poros yang terpendek terdapat

pada mesin perkakas dan mampu atau sangat aman

terhadap momen bending.

Gambar 2.11. Spindle

d. Line Shaft adalah poros yang langsung

berhubungan dengan mekanisme yang digerakkan dan

berfungsi memindahkan daya dari motor penggerak

ke mekanisme tersebut.




“Gear Box”

Gambar 2.12. Line Shaft

e. Jack Shaft adalah poros yang pendek, biasanya

dipakai untuk dongkrak “JACK” mobil.

Gambar 2.13. Jack Shaft

f. Flexible adalah poros yang juga berfungsi

memindahkan daya dari dua mekanisme, dimana

peerputaran poros membentuk sudut dengan poros

yang lainnya, daya yang dipindahkan rendah.




“Gear Box”

Gambar 2.14. Flaxible

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang

telah diheattreatment. Poros yang dipakai untuk

meneruskan daya dan putaran tinggi umumnya dibuat

dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang

sangat tahan terhadap keausan.

Poros dapat dibedakan menjadi 2 macam :

a. Poros Lurus

Adalah sebatang logam yang berpenampang

lingkaran berfungsi memindahkan putaran atau

mendukung beban-beban yang didukung pada poros

ini adalah beban puntir dan bending.

b. Poros Bintang




“Gear Box”

Adalah sebatang logam yang berpenampang

lingakaran dan terdapat sirip yang menyerupai

bintang. Poros dihubungkan dengan roda gigi

tanpa menggunakan pasak.

Persamaan yang digunakan pada poros

bintang :

a)Tegangan geser maksimum ( max )

max = 0,5 x Syp

NPsi

Dimana:

max = tegangan geser maksimum

( Psi )

N = faktor keamanan

Syp = yield posisi dari material

b) Diameter poros

d = √16 x √MB2+T2

π x 0,5 xSypN

Dimana:

d = diameter poros (inch)

MB = momen bending yang diterima poros

(lb. in)

T = momen torsi myang diterima porosFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang

telah di heatreatment. Poros yang

dipakai pada untuk meneruskan daya dan putaran

tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan

pengerjaan kulit yang sangat tahan terhadap

keausan.

2.3. Pasak ( Keys )

Pasak digunakan untuk menyambung poros dan

roda gigi, roda pulley, sprocket, cams, lever,

impeller dan sebagainya.

Karena distribusi tegangan secara actual

untuk sambungan pasak ini tidak dapat diketahui

secara lengkap maka dalam perhitungan tegangan

disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai

berikut :

1. Untuk beban torsi yang konstan ( torque

stedy ). >> N = 1.5




“Gear Box”

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah.

>> N = 2.5

3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak

balik >> N = 4.5

Adapun macam – macam pasak yaitu :

1. Pasak datar segi empat ( Standart square key ).

Gambar 2.15. Pasak data segiempat

2. Pasak datar standar ( Standart flat key ).




“Gear Box”

Gambar 2.16. Pasak datar standar

3. Pasak tirus ( Tepered key ).

Gambar 2.17. Pasak tirus

4. Pasak bidang lingkaran ( Wood ruff key ).




“Gear Box”

Gambar 2.18. Pasak bidang lingkaran

5. Pasak bintang (Splines ).

Gambar 2.19. Pasak bintang

6. Pasak bintanng lurus ( Straight splines ).




“Gear Box”

Gambar 2.20. Pasak bintanng lurus

7. Pasak bintang involute ( involute spline ).

Gambar 2.21. Pasak Bintang Involute

Adapun berbagai macam pasak, namun yang

dibahas adalah pasak standar ( Standart flat key ).

Pemasangan pasak pada poros maupun roda yang

disambungkan dan dibuat alur pasak yang disesuaikan

dengan ukuran pasak.

Keterangan :

F = Gaya yang bekerja. h = Tinggi

pasak.




“Gear Box”

A = Pasak. b = Lebar pasak

B = Poros. l = Panjang

pasak.

2.3.1. Rumus Dasar Pasak

Ukuran lebar dan tinggi pasak ada dalam

table yang disesuaikan dengan kebutuhan atau

tergantung pada diameter poros.

a. Panjang pasak sesuai dengan kebutuhan

dan dimensinya.

W = Lebar pasak.

H = Tinggi pasak.

L = Panjang pasak.

Ss = Tegangan geser.

Gaya (F)

F=2TD dimana

T=F D2

( 15 )

Tegangan geser (s)




“Gear Box”

Ss=FA dimana A=L.W ( 16)

Tegangan kompresi (c)

T=Ss.W.L.D2

( 17 )

Pada perhitungan ini dipergunakan

faktor keamanan dengan asumsi sebagai

berikut :

1. Untuk beban torsi yang konstan ( torque

stedy ).

>> N = 1.5

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah.

>> N = 2.5

3. Untuk beban kejut besar terutama beban

bolak balik.

>> N = 4.5

b. Tegangan geser yang diijinkan.




“Gear Box”

SsypN

=0.58SypN

( 18 )

c. Tegangan kompresi yang diijinkan.

Sc= 4.TL.W.D

( 19 )

d. Syarat yang harus dipenuhi supaya pasak

aman.

Sc= 4.TL.W.D

≤SsypN

( 20 )

e. Tinjauan terhadap kompresi.

L= 4.TSc.W.D

( 21 )

f. Syarat yang harus dipenuhi supaya pasak

aman ( geser ).

Ss= 2.TL.W.D

≤SsypN

( 22 )

g. Tinjauan terhadap geser.




“Gear Box”

L= 2.TSs.W.D

( 23 )

2.4. Bantalan ( Bearing )

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu

poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolak

baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan

umur pakai panjang. Agar elemen mesin dapat bekerja

dengan baik maka bantalan harus dipasang cukup

kokoh.

2.4.1. Klasifikasi Bantalan

1. Berdasarkan gerakan terhadap poros

Bantalan luncur

Pada bantalan ini terjadi gerakan

luncur antara poros dan bantalan karena

permukaan poros ditumpu oleh permukaan

bantalan dengan perantaraan lapisan

pelumas.




“Gear Box”

Gambar 2.22. Bantalan Luncur

Bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan

gelinding antara bagian yang berputar

dengan bagian yang diam melalui elemen

gelinding.

Gambar 2.23. Bantalan gelinding

dengan bolaFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

2. Berdasarkan arah beban terhadap poros

Bantalan radial

Setiap arah beban yang ditumpu oleh

bantalan ini tegak lurus terhadap sumbu

poros.

Bantalan aksial

Setiap arah beban yang ditumpu oleh

bantalan itu sejajar dengan sumbu poros.

Bantalan gelinding halus

Bantalan ini dapat menumpu beban

yang sejajar dan tegak lurus terhadp

poros.

2.4.2. Macam – macam bantalan luncur

1. Bantalan radial berbentuk silinder,

silinder elip

2. Bantalan aksial yang berbentuk engsel

3. Bantalan khusus yang berbentuk bola




“Gear Box”

Gambar 2.24. Bantalan Luncur Radial

Gambar 2.25. Bantalan Luncur Radial dan

Aksial

2.4.3. Rumus Dasar Bantalan

Rumus yang digunakan pada saat perencanaan

bantalan yaitu :

Umur bantalan (L10h)





“Gear Box”

L10h=(CP )bx10

6

60.n

( 23 )

Beban equivalen (P)

P = Fs ( X.V.Fr.y.Fa )

( 24 )

dimana :

b = Konstanta

= 3.0 ( untuk ball bearing )

= 10/3 ( untuk roll bearing )

V = Faktor putaran

= 1 ( untuk ring dalam berputar )

= 1.2 ( untuk ring luar berputar )

L10h = Umur bantalan (jam )

C = Beban dinamis ( lb )

P = Beban ekuivalen ( lb )

Fs = Konstanta beban ( beban

shock/lanjut )




“Gear Box”

Fr = Beban radial ( lb )

Fa = Beban aksial ( lb )

X = Konstanta radial

Y = Konstanta aksial

n = Putaran ( rpm )

2.5. Pelumasan

Dalam sistem transmisi pada mesin – mesin

yang bergerak, diperlukan suatu sistem pelumasan

guna mengurangi hubungan kontak dari dua bagian

yang bergerak. Apabila tidak ada pelumasan maka

akan mempercepat terjadinya kerusakan pada komponen

mesin tersebut.

2.5.1. Klasifikasi Pelumasan

Sistem pelumasan dalam dunia permesinan

dapat dikellompokkan menjadi dua jenis

yaitu :

1. Pelumasan menurut bentuknya




“Gear Box”

Pelumasan padat

Pelumasan semi padat

Pelumasan cair

2. Pelumasan menurut caranya

Pelumasan tangan : Dipakai untuk beban

yang ringan dan kerja yang tidak

kontinyu.

Pelumasan tetes : Minyak diteteskan

dengan jumlah yang teratur melalui

sebuah katup jarum.

Pelumasan sumbu : Pelumasan dengan

menggunakan sumbu untuk menghisap

minyak.

Pelumasan percik : Minyak dari bak

penampung dipercikkan dan biasanya

digunakan dalam pelumasan torak,

silinder motor yang mempunyai putaran

tinggi.




“Gear Box”

Pelumasan cincin : Pelumasan ini dengan

menggunakan cincin yang digantung pada

poros sehingga ikut berputar bersama

poros dan mengangkat minyak dari bawah.

Pelumasan pompa : Disini pompa digunakan

untuk mengalirkan minyak ke bantalan

karena sifat minyak yang kental.

Pelimasan gravitasi : Dari sebuah tangki

di atas bantalan minyak dialirkan oleh

gaya beratnya sendiri.

2.5.2. Tujuan dan Fungsi Pelumasan

1. Mengurangi daya energi pada bagian –

bagian mesin yang saling bergesekan.

2. Untuk memelihara ukuran sebenarnya

( menahan keausan ) dari bagian mesin yang

bergerak.




“Gear Box”

3. Membuang kotoran – kotoran yang

diakkibatkan oleh pergesekan antara

koponen yang bergerak

2.5.3. Rumus Dasar Pelumasan

a. Perencanaan viskositas absolute dari

pelumas

Z=ρt(0.22S−180S ) ( 25 )

t = ∞ - 0.0035 ( T – 60 )

Dimana :

Z = Absolute viscositas ( cp )

ρt = Spesific gravity pada temperature

test ( t )

S = Saybelt universal second = 120

Kp = 1.45 x 10-7 Reynold

Sehingga dari grafik didapat harga SAE

dengan persamaan :




“Gear Box”

S1=r.f.ηnc.p

( 26 )

Dimana :

S1 = Angka karakteristik bantalan

µ = Viskositas minyak pelumas

c = Radial cleareance ( in )

p = Beban yang diterima bantalan

( psi )

Gambar 2.26. Dimensi Pelumasan Bantalan

b. Tebal minimum minyak pelumas dari grafik




“Gear Box”

hoc =0.19

( 27 )

c. Koefisien gesek ( f ) dari grafik

rf.fc

=15

( 28 )

d. Daya yang dihitung

Fhp= Tf .n63000

( 29 )

e. Kapasitas minyak pelumas ( Q ) dari

grafik

Qrf.c.n.l

( 30 )

f. Kapasitas minyak pelumas yang keluar dari

bantalan setiap saat ( Qs ) dari grafik




“Gear Box”

Q.SQ

0.88 ( 31

)

g. Grafik




“Gear Box”

Gambar 2.27. Viscosity-temperature chart for

determining viscosity of typical SAE numbered

oils at various temperatures.




“Gear Box”




“Gear Box”

BAB III

MEKANISME SISTEM TRANSMISI

3.1 Input Data

Data data yang diketahui :- Daya putaran motor (N input) = 30 HP

- Putaran input (N input) = 2400 rpm

- Putaran output (N1) = 600 rpm



- Putaran output (Nreves) = 1000 rpm

Asumsi

- C (JARAK POROS) = 5 in

- Sudut tekan ( θ ) = 25º

- Diameterial pitch = 6 inchi

3.1.1. Pertimbangan Menggunakan Roda Gigi

Dalam perencanaan ini menggunakan roda gigi

lurus karena beberapa pertimbangan, yaitu :

Dilihat dari poros, karena porosnya sejajar

maka roda gigi yang paling sesuai adalah

menggunakan roda gigi lurus.

Karena daya dan putaran rtelatif rendah maka

lebih cocok menggunakan roda gigi lurus.

3.1.2. Pertimbangan Dalam Menggunakan Poros




“Gear Box”

Untuk menentukan diameter poros tergantung

pada perhitungan yang akan dilakukan, tetapi untuk

menentukan bahan dari poros digunakan pertimbangan

sebagai berikut :

Poros sebaiknya menggunakan bahan Alloy

Stell

Bahan poros sebaiknya dilakukan proses

Hardening dan dilakukan pemanasan awal dan

Annealling sebelum digunakan

Poros yang akan digunakan sebaiknya harus

mampu menahan beban putar yang memadai

3.2. Sket Gear Box

3.2.1. gambar sket gear box

input

output

gambar 3.1 sket gear box

Keterangan Gambar :




“Gear Box”

SIMBOL ARTI KETERANGAN1,3,5,7 Pinion Roda gigi yang lebih kecil pada dua

roda gigi yang bersinggungan,

disebut juga roda gigi penggerak.2,4,6,8 Gear Roda gigi yang didesain lebih besar

dari pada pinion yang berfungsi

sebagai roda gigi yang digerakkan.9 Revers Roda gigi tambahan yang digunakan

untuk membalikkan arah putaran pada

poros (b)a,b,c Poros Bagian dari mesin yang berfungsi

untuk meneruskan tenaga dari mesin

Dan

Arah

putaran

Arah pergerakan roda gigi danh

porosBantala

n

Bagian mesin yang digunakan untuk

menumpu poros sehingga putaran

mesin bisa berlangsung secara

halus.

3.3. gambar sket gear box disetiap tingkatan kecepatan

3.3.1. tingkat kecepatan 1 (n) = 600 rpm




“Gear Box”

Gambar 3.2 tingkat kecepatan 1

Pada tingkat kecepatan 1 (n1) roda gigi 1 dan 2

saling berhubungan sehingga terjadi tingkat

kecepatan 1 (n1) = 600 rpm

3.3.2. tingkat kecepatan 2 (n) = 1500 rpm





“Gear Box”




3.3.3. tingkat kecepatan 3 (n3) = 2400 rpm








“Gear Box”

3.3.4. tingkat kecepatan revers (nr) = 1000 rpm

Gambar 3.5 tingkat kecepatan revers (nr)

Pada tingkat kecepatan revers (nr) roda gigi 7,8

dan 9 saling berhubungan , karena adanya roda gigi

rivers maka putarannya searah dengan putaran

pinion. sehingga terjadi tingkat kecepatan revers

(nr) = 1000 rpm




“Gear Box”

BAB IVPEMBAHASAN SISTEM TRANSMISI

Diketahui data-data sebagai berikut :

- Daya putaran motor (N input) = 30 HP

- Putaran input (N input) = 2400 rpm




- Putaran output (Nreves) = 1000 rpm

Asumsi

- C (JARAK POROS) = 5 in

- Sudut tekan ( θ ) = 25º

- Diameterial pitch = 6 inchi

4.1.1 Perhitungan roda gigi 1 dan 2




“Gear Box”

Data-data sebagai berikut :

Daya Motor : 30 Hp

Putaran Input : 2400 Rpm

Putran Output : 600 Rpm

Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”

Diameter Pitch : 6”

a. Perbandingan Kecepatan

rV = N1N2

=2400600

=d1d2 =

4 =d1d2

d2 = 4 x d1

C = d1 + d2

2

5" = d1 + 4 d1

2=

5 d12

10" = 5 d1 d1 = 2"

d2 = 10" x 2” = 8"

b. Jumlah roda gigi

Nt1 = P . d1

= 6 . 2 = 12 buah

Nt2 = 6 . 8 = 48 buah

c. Addendum, dedendum, tinggi gigi, celah FTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

Clearen =0,25P

=0,256 = 0,042"

Working Depth =2P

=26 = 0,33"

Tinggi gigi =2,25P

. 2,256 = 0,375"

Diameter adendum

d1 = d1 + 2 x 1P = 2 +2 x 0,17 = 2.34"

d2 = d2 + 2 x 1P = 8 + 2 x 0,17 = 8.34"

Diameter dedendum

d1 = d1 – 2 x 125P = 2 – 2 x 0.21 = 1.58"

d2 = d2 – 2 x 125P = 8 – 2 x 0.21 = 7.58"

d. Kecepatan Pitch Line

VP1 =π . d1 Ninput12

=3,14 . 2 . 240012 = 1256 Ft/min


=3,14 . 8 . 240012 = 5024 Ft/min

e. Torsi yang terjadi

T = 63000 Ndaya

n




“Gear Box”

T1 = 63.000 302400 = 787,5 lbin

T2 = 63000 30600 =3150 lbin

f. Gaya yang terjadi

- Gaya tangensial

Ft1 =N . 33.000

VP

=30 x 330001256 =788,21 lbin

Ft2 =N . 33.000

VP

=30 x 330005024 =197.05 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal

Fn1 =Ft1

Cos θ = 788,21Cos 25° = 869,69 lb

Fn2 =Ft2

Cos θ = 197,05Cos 25° = 217.42 lb (arahnya

berlawanan)

- Gaya radial

Fr1 = Fn1 . sin = 869.69 x sin 25° = 367,54 lb

Fr2 = Fn1 . sin = 217.42 x sin 25° = 91,88 lb

(arahnya berlawanan)

- Gaya Dinamis

Untuk 0< Vp <2000




“Gear Box”

Fd =600 + Vp600 . Ft1

=600 + 1256600 . 788.21 = 2438.19 lb

g. Menentukan Lebar gigi

b =Fd

dp . Q . K = 2438.192 . 1,6 . 453 = 1.68 in

dimana :

Q =

2 xd2d1 + d2

=2 . 82 + 8 = 1,6

K = 453 (stell BHN 400) tabel 10.11

- cek lebar gigi 9p<b<13

p

1.5 < 1.68 < 2.16 (Aman)

h. Beban Ijin Bending ( Fb )

Fb = SoxbxY

p

Dari tabel 10.2 didapat :

Y1 = 0.277 (untuk Nt1 = 12 gigi)

Y2 = 0.473 (untuk Nt1 = 48 gigi)

- bahan stell SAE 1045 mempunyai So = 32.000 psi (Tabel

10.3)

Fb1 = 32.000x1.68x0.277

6 = 2481.92 psi

- bahan stell SAE 1040 mempunyai So = 25.000 psi (Tabel 10.3)

Fb2 = 25000x1.68x0.277

6 = 3311 psi




“Gear Box”

i. Tegangan ijin maksimum

Sad =Sat . KlKt . Kr < T t

Ft x Ko x P x Kj x KmKv x bx j

Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)

J = 0.340 (untuk pinion)

Kv = 1

Kl = 1

Kt = 1 (temperatur pelumasan kurang dari 250 *F)

Kr = 1,33

Sat = 40000 (BHN 300) tabel 10-7

40.000 . 11 . 1,33 >

788,21 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1,68 . 0,335

30075,2 psi < 10924,01 psi (maka perencanaan roda gigi

aman)




“Gear Box”



Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV =

N4N3

=15002400

=d3d4 =

1.6 =d3d4

d4 = 1.6 x d3




“Gear Box”

C = d3 + d4

2

5" = d3 + 1.6 d3

2=2.6 d3

2

10" =2.6 d1 d3 = 3.84"

D4 = 10" - 3.84” = 6.16"

b. Jumlah roda gigi

Nt3 = P . d1

= 6 . 3.84 = 23 buah

Nt4 = 6 . 6.16 = 37 buah

c. Addendum, dedendum, tinggi gigi, celah

Clearen =0,25P

=0,256 = 0,042"

Working Depth =2P

=26 = 0,33"

Tinggi gigi =2,25P

. 2,256 = 0,375"

Diameter adendum

d3 = d3 + 2 x 1P = 3.84 +2 x 0,17 = 4.18"

d4 = d4 + 2 x 1P = 6.16 + 2 x 0,17 =6.5"

Diameter dedendum

d3 = d3 – 2 x 125P = 3.84 – 2 x 0.21 = 3.44"

d4 = d4 – 2 x 125P = 6.16 – 2 x 0.21 = 5,76"





“Gear Box”


=3,14 . 3.84 . 240012 = 2411.52 Ft/min


=3,14 . 6.16 . 240012 = 3868,48 Ft/min


T = 63000 Ndaya

n

T3 = 63.000 302400 = 787,5 lbin

T4 = 63000 301500 =1260 lbin


- Gaya tangensial

Ft3 =N . 33.000

VP

=30 x 330002411.52 =410.52 lbin

Ft4 =N . 33.000

VP

=30 x 330003868.48 =255.91 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal




“Gear Box”

Fn3 =Ft3

Cos θ = 410.52Cos 25° = 450.95 lb

Fn4 =Ft4

Cos θ = 255.91Cos 25° = 282.36 lb (arahnya

berlawanan)

- Gaya radial

Fr3 = Fn3 . sin = 450.95 x sin 25° = 191.42 lb

Fr4 = Fn4 . sin = 282.36 x sin 25° = 119.33 lb


- Gaya Dinamis

Untuk 0< Vp <2000

Fd =600 + Vp600 . Ft1

=600 + 2411,52600 . 410,52 = 2060,48 lb


b =Fd

dp . Q . K = 2060,483,84.1,23.242 = 1.80 in

dimana :

Q =

2 xd4d3 + d4

=2 . 6,16

3,84 + 6,16 = 1,23



p

1.5 < 1.80 < 2.16 (Aman)





“Gear Box”

Fb = SoxbxY

p


Y3 = 0.39 (untuk Nt3 = 23 gigi)

Y4 = 0.449 (untuk Nt4 = 37 gigi)


10.3)

Fb1 = 25000.1,8.0,39

6 = 2925 psi

Fb2 = 25000.1,8.0,449

6 = 3367,5 psi




Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)


Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33

Sat = 19000 (BHN 140) tabel 10-7

19.000 . 11 . 1,33 >

410,52 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1,8 . 0,335




“Gear Box”

14285,71 psi < 5314,08 psi (maka perencanaan roda gigi

aman)




“Gear Box”



Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV = N6N5

=24002400

=d5d6 =

1 =d5d6

d5 = d6




“Gear Box”

C = d5 + d6

2

5" = d5 + d5

2=

2d52

10" = 2 d5 d5 = 5"

d6 = 10" - 5” = 5"

b. Jumlah roda gigi

Nt5 = P . d5

= 6 . 5 = 30 buah

Nt6 = 6 . 5 = 30 buah

c. Addendum, dedendum, tinggi gigi, celah

Clearen =0,25P

=0,256 = 0,042"

Working Depth =2P

=26 = 0,33"

Tinggi gigi =2,25P

. 2,256 = 0,375"

Diameter adendum

d5 = d5 + 2 x 1P = 5 +2 x 0,17 = 5.34"

d6 = d6 + 2 x 1P = 5 + 2 x 0,17 = 5.34"

Diameter dedendum

d5 = d5 – 2 x 125P = 5 – 2 x 0.21 = 4.58"

d6 = d6 – 2 x 125P = 5 – 2 x 0.21 = 4.58"





“Gear Box”


=3,14 . 5 . 240012 = 3140 Ft/min


=3,14 . 5 . 240012 = 3140 Ft/min


T = 63000 Ndaya

n

T5 = 63.000 302400 = 787,5 lbin

T6 = 63000 302400 =787,5 lbin


- Gaya tangensial

Ft5 =N . 33.000

VP

=30 x 330003140 =315,26 lbin

Ft6 =N . 33.000

VP

=30 x 330003140 =315,26 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal




“Gear Box”

Fn5 =Ft1

Cos θ = 315,26Cos 25° = 347,85 lb

Fn6 =Ft2

Cos θ = 315,26Cos 25° = 347,85 lb (arahnya

berlawanan)

- Gaya radial

Fr5 = Fn5 . sin = 347,85 x sin 25° = 147 lb

Fr6 = Fn6 . sin = 347,85 x sin 25° = 147 lb


- Gaya Dinamis

Rumus dari buku deutschman, hal :582, (10-39)

Untuk 2000< Vp <4000

Fd =1200 + Vp1200 . Ft1

=1200 + 31401200 . 315,26 = 1140,19 lb


b =Fd

dp . Q . K = 1140,195 . 1 . 127 = 1.79 in

dimana :



p

1.5 < 1.79 < 2.16 (Aman)


Fb = SoxbxY

p




“Gear Box”


Y5 = 0.425 (untuk Nt5 = 30 gigi)

Y6 = 0.425 (untuk Nt6 = 30 gigi)


10.3)

Fb5 = 25.000x1,79x0.426

6 = 3169,79 psi

Fb6 = 25.000x1.49x0,426

6 = 3169,79 psi




Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)


Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33

Sat = 11000 (BHN 140) tabel 10-7

19.000 . 11 . 1,33 >

315,26 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1,79 . 0,335

8270.67 psi < 4100.77 psi (maka perencanaan roda gigi

aman)




“Gear Box”




“Gear Box”

4.1.4 Perhitungan roda gigi 7 , 8 dan 9


Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV = NoutNin =

d7d8




“Gear Box”

= 10002400

=d7d8

d8 = 2,4 d7

Jarak poros c=3”, untuk roda gigi 7 dan 8

c = 3”, maka C = d7 + d8

2

3" = d7 + 2,4 d7

2

6" = d7 + 2,4d7

d7 = 1,76"

d8 = 6" – d7

= 6" – 1,76”

= 4,24”

Jarak poros c=3”, untuk roda gigi 8 dan 9

c = 4”, maka C = d8 + d9

2

4" = 4,24``+```d rSub { size 8{9} } } over {2} } `} {¿ ¿¿8" = 4,24” + d9

d9 = 3,76"




“Gear Box”

Jadi :

d7 = 1,76”

d8 = 4,24”

d11 = 3,57”

b. Jumlah roda gigi

Nt7 = P . d7

= 6 . 1,76

= 11 buah

Nt8 = P . d8

= 6 . 4,24

= 25 buah

Nt9 = P . d9

= 6 . 3,76

= 23 buah

c. Clearen, Working Depth, Tinggi Gigi

Clearen =0,25P

= 0,042"




“Gear Box”

Working Depth =2P

= 0,33"

Tinggi gigi =2,25P

= 0,375"

Diameter Adendum

d7 = d7 + 2 . 1P

= 1,76+2 . 0,17

= 2,1"

d8 = d8 + 2 . 1P

= 4,24 + 2 . 0,17

= 4,58"

d9 = d9 + 2 . 1P

= 3,76 + 2 . 0,17

= 4,1"

Diameter Dedendum




“Gear Box”

d7 = d7 – 2 . 1,25P

= 1,76 – 2 . 0.21

= 1,34"

d8 = d8 – 2 . 1,25P

= 4,24 – 2 . 0.21

= 3,82"

d9 = d9 – 2 . 1,25P

= 3,76 – 2 . 0.21

= 3,34"


Vp7 =π . d7 Ninput12

=3,14 . 1,76 . 240012

= 1105,28 Ft/min

Vp8 =π . d8 . Ninput12




“Gear Box”

=3,14 . 4,24 . 240012

= 2662,78 Ft/min

Vp9 =π . d9 . Ninput12

=3,14 . 3,76 . 240012

= 2361,28 Ft/min


T = 63000.N daya

n

T7 = 63.000 302400

= 787,5 lbin

T8 = 63000 301800

= 1050 lbin

T9 = 63000 30600

= 3150 lbin





“Gear Box”

- Gaya tangensial

Ft7 =N . 33.000

VP

=30 x 330001105,28

= 895,7 lb

Ft8 =30x 330002662,78

= 271,79 lb (arahnya berlawanan)

Ft9 =N . 33.000

VP

=30 x 330002361,28

= 419,28 lb

- Gaya normal

Fn7 =Ft7

Cos θ

= 895,7Cos 25°

= 988,29 lb

Fn8 =Ft8

Cos θ




“Gear Box”

= 371,79Cos 25°


Fn9 =Ft9

Cos θ

= 419,26Cos 25°

= 462,6 lb

- Gaya radial

Fr7 = Fn7 . sin

= 988,29 . sin 25°

= 417,66 lb

Fr8 = Fn8 . sin

= 410,22 . sin 25°


Fr9 = Fn9 . sin

= 462,6 . sin 25°

= 195,5 lb




“Gear Box”

- Gaya Dinamis

Untuk 0 < Vp < 2000

Fd =600 + Vp600 . Ft7

=600 + 1105,28600 . 895,7

= 2545,69 lb


b =Fd

dp . Q . K

= 2545,691,76 . 1,51 . 453

= 2,11”

dimana :

Q =

2 xd8d7 + d8

=2 .4,24

1,76 + 4,24

= 1,51

K = 453 ( stell BHN 400 ) tabel 10.11




“Gear Box”


p

1,5 < 2,11 < 2,16 (Aman)


Fb = SoxbxY

p


Y7 = 0.259 ( untuk Nt9 = 11 gigi )

Y8 = 0.402 ( untuk Nt10 = 25 gigi )

Y9 = 0.39 ( untuk Nt11 = 23 gigi )


10.3)

Fb7 = 50.000x2,11x0.259

6

= 4554,08 psi


10.3)

Fb8 = 25.000x2,11x0.402

6

= 3534,25 psi




“Gear Box”

Fb9 = 25.000x2,11x0.39

6

= 3428,75 psi


Sad =Sat . KlKt . Kr < T t =


Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)


Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33 ( normal design )

Sat = 19000 (BHN 140) tabel 10-7

19.000 . 11 . 1,33 >

895,7. 1 . 6 . 1 . 1,31 . 2,11 . 0,335

14285,71 psi > 9552.88 psi

(maka perencanaan roda gigi aman)



RBVA

RAVRA

1.5 in

11.5 in

B

C

RBH

RBRAH Fr1 Fn1

Ft1


“Gear Box”

4.2. Perencanaan Poros

4.2.1.Perencanaan Poros I

Data yang diketahui:

Daya input (Nin) = 30 hp

Putaran input (nin) = 2400 rpm

Sudut kontak () = 25o

Gaya yang terjadi

Ft1 = 788,21 lb Fr1 = 367,54 lb Fn1 =

869,69 lb

Ft3 = 410,52 lb Fr3 = 191,42 lb

Fn3 = 452,95 lb

Ft5 = 315,26 lb Fr5 = 147,00 lb Fn5 =

347,85 lb

Ft7 = 895,70 lb Fr7 = 417,66 lb Fn7 =

988,29 lb

a. Perencanaan Poros I kondisi 1




“Gear Box”

Data-data yang diketahui :

Ft1 = 788,21 lb

Fr1 = 367,54 lb

Fn1 = 869,69 lb



A B

1.5 in 11.5 inRA RB

C

Fn1


“Gear Box”

Analisa Momen Banding

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn1 × 1.5 – RB × 13 = 0

RB=Fn1×1,513

=869,69 x 1,513

=100,34 lb

MB = 0

RA – Fn1 + RB = 0

RA = Fn1 – RB

RA = 869,69– 100,34

= 769,34 lb

Momen bending yang terjadi pada poros I

kondisi 1

MC = RA . 1,5

= 769,34 × 1,5




“Gear Box”

= 1154,01 lbin



1154 lbin

RBH

RBV

A

RAVRA

4,5 in

8,5 in

B

D RBRAH

Fr3Fn3

Ft3


“Gear Box”

Gambar 4.1. Diagram momen poros I

kondisi 1

b. Perencanaan poros I kondisi 3


Ft3 = 410,52 lb

Fr3 = 191,42 lb

Fn3 = 452,95 lb



Fn3A B

4,5 in 8,5 inRA RB

D


“Gear Box”

Analisa momen bending

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn3 × 4.5 – RB × 13 = 0

RB=Fn3×1,513

=452,95 x 4,513

=156,79 lb

MB = 0

RA – Fn3 + RB = 0

RA = Fn3 – RB

RA = 452,95 – 156,79

= 296,15 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah

AC

MC = 296,15 × 4,5

= 1332,67 lbin



1332,67 lbin

8,5 in

4,5 inFt5

RB RBVA

RAVRA

B

E

RBH

RAH Fr5 Fn5


“Gear Box”


kondisi 3

c. Perencanaan poros I kondisi 5



A B

8,5 in 4,5 inRA RB

E

Fn5


“Gear Box”


Fn5 = 347,85 lb


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn5 × 8,5 – RB × 13 = 0

RB=Fn5×6,513

=347,85×8,513

=227,44 lb

MB = 0

RA – Fn5 + RB = 0

RA = Fn5 – RB

RA = 347,85 – 227,44

= 120,40



1023,40 lbin

Ft7

Fn7

RA

11,5 in

1,5 in

A

BF

RBV

RBH

RBRAH

RAV

Fr7


“Gear Box”

Momen bending yang terjadi pada poros I kondisi

5

M5 = 120,40 × 8,5

= 1023,48 lbin


kondisi 5

d. Perencanaan poros I kondisi 7



Fn7A B

1,5 in11,5 inRA RB

F


“Gear Box”


Fn7 = 988,29 lb


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn7 × 11,5 – RB × 13 = 0

RB−Fn7× 8,513

=988,29× 11,513

= 874,25 lb

MB = 0

RA – Fn7 + RB = 0

RA = Fn7 – RB

RA = 988,29– 874,25

= 114,03 lb

Momen bending yang terjadi di poros I roda gigi

7




“Gear Box”

M7 = 114,03 × 11,5

= 1311,38 lbin



1311,38 lbin


“Gear Box”


kondisi 7

4.2.1.1. Perencanaan diameter poros I

Momen yang terjadi :

Kondisi 1 : 1154,01 lbin




Dimana :

M max = 1332,67 lbin

T = 787,5 lbin




“Gear Box”

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100 NR

dengan Syp = 139.000 psi (tabel A-2 Apendix 2)

dengan angka keamanan Ak = 3.

Rumus dari Deutschman hal 339

τmax=0,58SypAk

=16πD3 √ (Mmax )2+(T )2

Diameter poros

=3√16×3π×0,58×139000 √(1332,67 )2+(787,5)2

D = 0.66“

Pengecekan kekuatan poros

Tegangan maximum yang diijinkan dari

bahan (Ss) :

=0,58×139000

3=26873,4

psi

Tegangan geser yang terjadi pada poros

( max)FTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

τmax=√(σx2 )2

+τ2

Dimana:

σx=32 x Mmaxπ . D3

=32 . 1332,673,14 . (0,66)3

=42752,96psi

τ=16 . T1π . D3

=16 . 787,53,14 . (0.66 )3

= 14464,6 psi

Maka:

τmax= √(σx2 )2 + τ2

= √(42752,962)2 + (14464,6)2=25810,43 psi

Karena max < Ssyp maka perencanaan diameter

poros I aman.

4.2.1.2. Perencanaan Poros Bintang pada Poros I


Diameter poros D = 0,66”

T = 630 lbin

Jumlah Spline n = 6 ( table 7-9 )

Lebar Spline W = 0,16”

Tinggi Spline h = 0,032”FTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

Diameter poros bintang d = 0,576”

Panjang poros L = 13”

Syp ( AISI 52100 Nr ) = 139.000 Psi

rm = ( D+d)/4

= (0,66+0,576) / 4

= 0,304

Torsi moment persamaan kapasitas torsi of

strength

T = 1000.n.rm.h.L

= 1000 . 6. 0,304. 0,032 . 13

= 758,8 lb.in

Pengecekan kekuatan poros bintang

Dimana : Fs = 2t / nD

= 2. 630/ 6.0.64

= 328,125 lb

Ditinjau dari tegangan geser

τs = F / A

= F / W.L

= 328,125 / 0,16.13




“Gear Box”

= 157,8 Psi

Ditinjau dari tegangan tekan

τc = F / A

= F / 0,5 H.L

= 328,125 / 0,5. 0,032. 13

= 1577,5 Psi

Ditinjau dari yield point strength of the

material in shear

Sssyp = 0,58 Syp / Ak

= 0,58 . 139000 / 3

= 26873,3 Psi

Karena τs dan τc < Ssyp maka perencanaan roda

gigi aman.

4.2.2. Perencanaan poros II

Data yang diketahui:

Daya input (Nin) = 30 hp

Putaran input (nin) = 2400 rpm

Sudut kontak () = 25 o

Gaya yang terjadi :



A B

1,5 in 11,5 inRA RB

C

Fn2


“Gear Box”

Ft2 = 197,05 lb Fr2 = 91,88 lb

Fn2 = 217,42 lb

Ft4 = 255,91 lb Fr4 = 119,33lb

Fn4 = 282,36 lb

Ft6 = 315,26 lb Fr6 = 147,00 lb Fn6 =

347,85 lb

Ft9 = 419,26 lb Fr9 = 195,5 lb Fn9 =

462,6 lb

a. Perencanaan poros II kondisi 1




RBV

A

RAVRK

1,5

11,5

B

C

RBH

RLRAH

Fn2

Ft2

Fr2


“Gear Box”

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn2 × 1,5 – RB × 13 + Fn9 x 11,5 = 0

RB=Fn2×1,5+462,6.11,513

=217,42.1,5+462,6.11,513

=434,31

lb

MB = 0

Fn2 + Fn9 = RA + RB = 0

217,42 + 462,6 = RA + 434,31

RA = 434,31 – 680,02 = - 245,71 lb

Momen bending yang terjadi pada poros II

kondisi 1

M = RA x 1,5 = -245,71 x 1,5 = -326,56

lbin



-368,56 lb

RBVA

RAVRA

4,5 in

8,5 in

B

D RBRAH

A B

4,5 in 8,5 inRA RB

D


“Gear Box”

Diagram momen poros II kondisi 1

b. Perencanaan poros II kondisi 2




Fn4

RBH

Fn4Fr4

Ft4

-1256,22 lbin


“Gear Box”

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn4 × 4,5 – RB × 13 + Fn9 x 8,5 = 0

RB=Fn4×1,5+462,6.8,513

=282,36.4,5+462,6.8,513

=400,86 lb

MB = 0

Fn4 + Fn9 = RA + RB = 0

282,36 + 462,6 = RA + 400,86

RA = 400,86 – 680,02 = - 279,16 lb


kondisi 1

M = RA x 1,5 = -279,16 x 4,5 = -1256,22

lbin





“Gear Box”

4.2.2.1. Perencanaan Poros II Pada kondisi 3



RBV

A

RAVRK

8,5 in

4,5 in

BE

RBH

RL

RAHFn6

Fr6

Ft6

A B

8,5 in 4,5 inRA RB

E

Fn6

3594,48 lbin


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn6 × 8,5 – RB × 13 + Fn9 x 4,5 = 0

RB=Fn6×8,5+462,6.4,513

=347,85.8,5+462,6x4,513

=387,57 lb

MB = 0

Fn6 + Fn9 = RA + RB = 0

347,85 + 462,6 = RA + 387,57

RA = 387,57 – 810,45 = - 422,88 lb


kondisi 1

M = RA x 8,5 = -422,88 x 8,5 = -3594,48

lbin


c. Perencanaan poros II kondisi 4



BF

RBV

RBH


“Gear Box”



AK

11,5

1,5inA

RLRAH

RAVFt8

Fn8Fr8

Fn9A B

1,5 in11,5inRA RB

F

587,11 lbin


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn9 × 11,5 – RB × 13 = 0

RB=462,6x11,513

=409,22 lb

MB = 0

RA – Fn9+ RB = 0

RA = 462,6 – 409,22 = 53,37 lb


kondisi 1

M = RA x 11,5 = 53,37 x 11,5 = 587,11

lbin





“Gear Box”

4.2.2.2. Perencanaan diameter poros II


Kondisi 1 : -368,56 lbin




Dimana: M max = 587,14 lbin

T = 787,5 lbin

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100

HR dengan Syp = 139.000 psi (tabel A-2 Apendix A)


τmax=0,58SpAk

≥16πD3 √(Mbmax )2+(T )2

Diameter poros

¿ 3√16×3π×0,58×139000 √ (587,14 )2+(787,5 )2

D = 0.57 “

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang

tersedia maka diameter poros diambil 0,65 in


Tegangan geser maximum yang diijinkan

dari bahan (Ss)




“Gear Box”

=0,58×139000

3=26873,33

psi


( max)

τmax=√(σx2 )2

+τ2

Dimana:

σx =32 x Mmaxπ . D3

=32 . 587,143,14 . (0,58)3

= 10316,53 psi

τ=16 . T1π . D3

=16 . 787,53,14 . (0,58 )3

= 20566,33 psi

Maka:

τmax= √(σx2 )2 + τ2

= √(10316,532)2 + (20566,33 )2 = 21203,34 psi

Karena max < Syp maka perencanaan diameter

poros I aman.

4.3.1.Perencanaan poros III



RBV

A

BE

RBH

RBRAH Fr5 Fn5

Fr5 Fn5

Ft5

A B

1,5 in 1,5 inRA RB

E

Fn9

346,95 lbin


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn9 × 1,5 – RB × 3 = 0

RB=Fn9×1,5

3=462,6×1,5

3=231,3

lb

MB = 0

RA – Fn9 + RB = 0

RA = Fn9 – RB

RA = 462,6 – 231,3 = 231,3 lb

Momen bending yang terjadi pada poros

daerah AE

ME = 231,3 × 1,5 = 346,95 lbin



RAV

RA1,5

1,5 inFt5


“Gear Box”

Diagram momen poros III

4.3.1.1 Perencanaan diameter poros III


M max = 346,95 lbin

T = 787,5 lbin

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100

HR dengan Syp = 139.000 psi (tabel A-2 Apendix A)


τmax=0,58SpAk

≥16πD3 √(Mbmax )2+(T )2

Diameter poros III

¿ 3√16×3π×0,58×139000 √ (346,95 )2+(787,5 )2

D = 0.54 “

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang

tersedia maka diameter poros diambil 0,54 in


Tegangan geser yang terjadi maximum yang

diijinkan dari bahan (Ss)




“Gear Box”

=0,58×139000

3=26873,4

psi


( max)

τmax=√(σx2 )2

+τ2

Dimana:

σx =32 x Mmaxπ . D3

=32 .346,953,14 . (0,54)3

= 12125,5 psi

τ=16 . T1π . D3

=16 . 787,53,14 . (0.54 )3

= 25483,53 psi

Maka:

τmax= √(σx2 )2 + τ2

= √(12125,52)2 + (25483,53)2= 26194,79 psi

Karena max < Syp maka perencanaan diameter

poros I aman.

4.3. Perencanaan pasak

a. Perencanaan pasak pada poros II

Data yang diketahui :




“Gear Box”

Bahan pasak AISI 1010 HR Syp = 42000 psi

(tabel A-2 Appendix)

Angka keamanan (Ak) = 3

Diameter poros (D) = 0,57 in

Tinggi pasak = 0,125

Lebar pasak = 0,1875

Torsi (T) = 787,5 lbin.

Jumlah Spinel = 6

a. Gaya yang bekerja pada pasak

F = 2 . Tn . D

= 2 . 787,56. 0,57

= 452,58lb

b. Perhitungan panjang pasak

L ¿

F . AkW . syp

L ¿

452,58 . 30,1875.42000

= 0.17 in

c. Pengecekan kekuatan pasak

Ditinjau dari tegangan geser (L = b

= 1 in)

τs=FA

τs=F

W . L=452,580,1875.1

= 2413,76 psi

Ditinjau dari tegangan tekan /

kompresiFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

τc=FA

τc=F

0,5 . H . L=452,580,5.0,125.1

= 7241,28 psi

Syarat perencanaan aman : s dan c < Ssyp

Dimana:

=0,58 . 42000

3= 8120psi

karena s dan c < Ssyp Maka

perencanaan pasak aman.

b. Perencanaan pasak pada poros III

Data yang diketahui :

Bahan pasak AISI 1010 CD Syp = 68000 psi

(tabel A-2 Appendix)

Angka keamanan (Ak) = 3


Tinggi pasak = 0,125

Lebar pasak = 0,1875

Torsi (T) = 1050 lbin.

Jumlah Spinel = 6

d. Gaya yang bekerja pada pasak

F = 2 . Tn . D

=2 . 10506. 0,54

= 603,44lb

e. Perhitungan panjang pasak




“Gear Box”

L ¿

F . AkW . syp

L ¿

603,44. 30,1875.68000

= 0.14 in

f. Pengecekan kekuatan pasak

Ditinjau dari tegangan geser (L = b

= 1 in)

τs=FA

τs=F

W . L=603,440,1875.1

= 3218,346 psi

Ditinjau dari tegangan tekan /

kompresi

τc=FA

τc=F

0,5 . H . L=603,440,5.0,125.1

= 9655,04 psi

Syarat perencanaan aman : s dan c < Ssyp

Dimana:

=0,58 . 68000

3= 13146,66psi

karena s dan c < Ssyp Maka

perencanaan pasak aman.

4.4. perencanaan bantalan




“Gear Box”

4.4.1. Perencanaan Bantalan pada Poros I



Roda gigi Fr (lb)

1 369,54

3 191,42

5 147

7 (rivers) 417,66

Kecepatan putaran (n input) = 2400 rpm


Fr = 417,66 lb

Jenis bantalan double row notch ball

dengan dimension series 32, C = 2534,25 lb

(table 9-1)

Mencari Beban Equivalen

P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 417,66 + 0 )

= 208,83 lb

Dimana :

o Fr = 417,66 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)

o V = 1 (ring dalam berputar)




“Gear Box”

o Y = 0 (tabel 9-5)

o Fs = 1 (tabel 9-8, uniform and steady

load)

o Fa = 0 (tanpa gaya aksial)

Perhitungan umur bantalan

dimana:

b = konstanta bantalan = 3

n = putaran poros = 2.400 rpm

L10=(CP)bx10

6

60.n

= (2534,25208,83 )3x10

6

60 . 2400

= 12411,01 jam




“Gear Box”

4.4.2. Perencanaan Bantalan pada Poros II


Roda gigi Fr (lb)

2 91,88

4 119,33

6 147

9 (rivers) 195,5



Fr = 195,5 lb


dengan dimension series 32, C = 1993,25 lb

(table 9-1)


P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 195,5 + 0 )

= 97,75 lb

Dimana :

o Fr = 195,5 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)


o Y = 0 (tabel 9-5)




“Gear Box”


load)



dimana:



L10=(CP)bx10

6

60.n

= (1993,2597,75 )3x10

6

60 . 2400

= 58880,6 jam

4.4.3. Perencanaan Bantalan pada Poros III


Roda gigi Fr (lb)

8 179,36



Fr = 179,36 lb


dengan dimension series 32, C = 1940 lb

(table 9-1)




“Gear Box”


P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 179,36 + 0 )

= 89,68 lb

Dimana :

o Fr = 179,36 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)


o Y = 0 (tabel 9-5)


load)



dimana:



L10=(CP)bx10

6

60.n

= (194089,68 )3x10

6

60 . 2400

= 70300 jam

4.5. Perencanaan Pelumasan


o Putaran ( n input ) = 2400 rpm

o Temperatur operasi = 150 o FFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

o D x n = 25 x 2400 = 60.000

(temperatur kerja 150 o F)

o Minyak pelumas dengan viskositas 120 SUS pada

temperatur 150 o F

Viskositas Absolut ( Z )

Z=ρt×[0,22 ..S−180S ]

Dimana :

Z = Viskositas absolute pada temperature f dalam

centi point ( cp )ρt = ‘spesipik gravity’ pelumas pada temperature

f

S = 120 ( grafik 9-40 ) Say belt Universal

Second (SUS)

Spesifik Grafity ( t )

Pada temperatur standart 60 oF dengan 60 = 0,89

dan t (temp. test oF,t=150oF

t = 60 – 0,00035 x ( t – 60 )

= 0,89 – 0,00035 x (150 – 60)

= 0,86

Maka :

Z=0,86×[0,22x120−180120 ]

= 0,86 x 24,9

= 21,41 CpFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

Dimana :

1 cp = 0,145 x 10−6 reyns

viskositas absolute dalam reyns :

μ=Z (0,145x10−6 )

μ=21,376 (0,145x10−6 )

μ=3,104 x 10−6 reyns

Viskositas kinematik :

Vt=Zρ

= 21,410,86

= 24,894 cs

Dari hasil perhitungan didapat, viskositas absolute

( μ=3,104 . 10−6 reyns) dengan temperatur kerja 1500F maka dari

grafik ( 8-13 ) dapat diketahui jenis minyak pelumas

yang dipakai adalah jenis SAE 20 sampai 30, pada sistem

pelumasan rendam.




“Gear Box”

BAB V

KESIMPULAN

Secara umum diketahui, bahwa untuk merencanakan

suatu element mesin diperlukan ketelitian yang sangat

tinggi dan dengan pertimbangan matang agar mendapatkan

hasil yang sesuai dengan yang direncanakan.

Perhitungan dan pemilihan material untuk

mendapatkan dimensi yang direncanakan tetap

berpandangan bahwa suatu desain direncanakan sesuai

dengan kebutuhan dan ukuran. Serta memenuhi syarat

keamanan yang diinginkan dan memilih faktor ekonomi

yang murah dengan hasil sebaik-baiknya.

Maka analisa data yang ada dapat diambil kesimpulan

ukuran / dimensi dari semua komponen yang dihitung.

5.1. Roda gigi

a. Roda gigi 1

- Diameter = 2" = 50,8 mm

- Lebar = 1,68" = 41,148 mm

- Diameter addendum = 2,34" = 58,436 mm

- Diameter dedendum = 1,58” = 40,132 mm

- Bahan = Steel BHN 400




“Gear Box”

b. Roda gigi 2

- Diameter = 8 " = 203,2 mm

- Lebar = 1,68 " = 41,148 mm

- Diameter addendum = 8,34 " = 211,836 mm

- Diameter dedendum = 7,58 ” = 192,532 mm


c. Roda gigi 3

- Diameter = 3,84 " = 84,582 mm

- Lebar = 1,8 ” = 42,418 mm

- Diameter addendum = 4,18 " 92,964 mm

- Diameter dedendum = 3,44 “ 73,66 mm


d. Roda gigi 4

- Diameter = 6,16 " = 169,418 mm

- Lebar = 1,68 " = 42,418 mm


- Diameter dedendum = 5,76 " = 158,75 mm


e. Roda gigi 5

- Diameter = 5 " = 108,996 mm

- Lebar = 1,79 " = 44,704 mm

- Diameter addendum = 5,34 " = 117,348 mmFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”



f. Roda gigi 6

- Diameter = 5 " = 108,996 mm

- Lebar = 1,79 " = 44,704 mm




g. Roda gigi 7

- Diameter = 1,76 " = 58,42 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mm




h. Roda gigi 8

- Diameter = 4,24 " = 93,98 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mm




i. Roda gigi 9

- Diameter = 3,76 " = 109,22 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mmFTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”




5.2. Poros

a. Poros I

- Digunakan type poros bintang

- Bahan poros = AISI 52100 NR Syp

139.000 Psi

- Diameter poros = 0,66" = 16,256

mm

- Panjang poros = 13" =

330,2 mm

- Jumlah Spline = 6

- Lebar Spline = 0,16” = 4,064

mm

- Tinggi Spline = 0,032” = 0,8128

mm

b. Poros II

- Bahan poros = AISI 52100 NR Syp

139.000 Psi FTI / TEKNIK MESIN



“Gear Box”

- Diameter poros = 0,57" = 13,462

mm


330,2 mm

c. Poros III

- Bahan poros = AISI 52100 HRN Syp

139.000 Psi

- Diameter poros = 0,54" = 12,7 mm


330,2 mm

5.3. Pasak

a. Pasak Poros II

- Digunakan type pasak standart flat key

- Bahan pasak = AISI 1010 HR Syp

42.000 Psi

- Diameter poros = 0,57" =

13,462 mm




“Gear Box”

- Lebar pasak = 0,1875” = 4,7625

mm

- Tinggi pasak = 0,125“ =

3,175 mm

- panjang pasak = 0,17“ = 2,6162

mm

b. Pasak Poros III

- Digunakan type pasak standart flat key

- Bahan pasak = AISI 1010 CD Syp

68.000 Psi

- Diameter poros = 0,54" =

12,7 mm

- Lebar pasak = 0,1875” = 4,7625

mm

- Tinggi pasak = 0,125“ =

3,175 mm

- panjang pasak = 0,14 “ =

2,54 mm




“Gear Box”

5.4. Bantalan

a. Poros I

- Jenis bantalan single-row deep drove

ball bearing

- Diameter Poros = 0,69” = 16,256

mm

- Diameter Luar Bantalan = 1,85" =

46,99 mm

- Lebar Bantalan = 0,55” = 13,97 mm

- Umur Bantalan = 12411,01 jam

b. Poros II


ball bearing

- Diameter Poros = 0,57” = 13,462

- Diameter luar bantalan = 1,65" =

41,91 mm

- Lebar Bantalan = 0,5118” = 12,99 mm




“Gear Box”

- Umur Bantalan = 58880,6 jam

c. Poros III


ball bearing

- Diameter Poros = 0,54” = 12,7 mm

- Diameter lubang bantalan = 1,55"

= 39,37 mm

- Lebar Bantalan = 0,4851” = 12,321

mm

- Umur Bantalan = 70300 jam




“Gear Box”

5.5. Pelumasan

- Spesifik Gravity = 0,86

- Viscosias absolute = 21,41 Cp

- Viscositas absolute dalam Reyns = 3,104 .

10-6 reyns

- Viscositas kinematik (Vt) = 24,894

cs

- jenis pelumas SAE 20 – 30 pada system

pelumasan rendam

- Volume pelumasan = 6 liter

- Umur minyak pelumas = 5,7 bulan




“Gear Box”




“Gear Box”

DAFTAR PUSTAKA

1. Deutsman, A.D, Walter J. Michels, Charles E.

Wilson, Machine Design Theory and Practice, Coller Macmillan

International, Macmillan Publishing Co. Inc. 1975.

2. Suga, Kyokatsu, Professor, toh – in Gakuen

recnichal College, Japan, Dasar Perencanaan dan Pemilihan

Elemen Mesin, Ir. Sularso, MSME, (terj). Departemen

Mesin Institut Teknologi Bandung, 1980.




“Gear Box”

SARAN

Pemilihan jenis material dan factor keamanan

adalah suatu hal yang sangat perlu diperhatikan dalam

perencanaan Gear Box, serta dibutuhkannya suatu rakitan

atau rangkaian roda gigi yang praktis, sehingga efisien

tempat dan biaya dalam pembuatan Gear Box dapat

ditentukan seminimal mungkin.

Gunakan jenis material yang tepat untuk menerima

beban atau gaya-gaya yang terjadi dan pilihlah jenis

pelumasan yang effisien sehingga Gear Box lebih aman

dan lebih lama umur pemakaiannya.



Laporan Tugas Elemen Mesin

Documents