-
Modul ke:
Fakultas
Program Studi
Kontruksi MesinKOMPONEN-KOMPONEN UTAMA DALAM KONTRUKSI MESIN
(POROS, BANTALAN PULLEY, V-BELT & MOTOR PENGGERAK)Prof. Dr. Ing
Darwin SebayangHendi Saryanto, S.T, M.Eng
03Teknik
Teknik MesinPembuka
Daftar Pustaka
Akhiri Presentasi
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1. PorosPoros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan
tenagamelalui putaran mesin. Setiap elemen mesin yang berputar,
seperti cakra tali, puli sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel,
roda jalan, dan roda gigi, dipasang berputar terhadap porosdukung
yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perludiperhitungkan gaya yang
bekerja pada poros di atas antara lain: Gaya dalam akibat beratnya
(W) yang selalu berpusat pada titikgravitasinya. Gaya (F) merupakan
gaya luar arahnya dapat sejajardengan permukaan benda ataupun
membentuk sudut denganpermukanan benda
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.1. Macam-macam PorosPoros untuk meneruskam daya
diklasifikasikan menurutpembebanannya sebagai berikut:1. Poros
transmisi
Gambar: Poros transmisiPoros semacam ini mendapat beban puntir
murni atau puntir danlentur. Daya di transmisikan kepada poros ini
melalui kopling,roda gigi puli sabuk atau sprocket rantai, dan
lain-lain.
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.1. Macam-macam Poros2. Spindel
Gambar: Poros SpindlePoros transmisi yang relatif pendek,
seperti poros utama mesinperkakas, dimana beban utamanya berupa
puntiran, disebutsepindel. Syarat yang harus di penuhi poros ini
adalahdeformasinya harus kecil dan bentuk serta ukuranya harus
teliti.
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.1. Macam-macam Poros3. Gandar
Gambar: Poros GandarPoros seperti yang di pasng di antara roda
roda kereta barang,dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan
kadang kadangtidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya
mendapatbeban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula
dimanaakan mengalami beban puntir juga.
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.1. Macam-macam PorosMenurut bentuk poros dapat digolongkan
atas poros lurusumum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin
torak, danlain-lain. Poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar
terdapatkebebasan bagi perubahan arah, dan lain-lain
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan porosHal-hal penting
dalam merencanakan sebuah poros sebagaiberikut ini perlu
diperhatikan: Kekuatan poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu bebanpuntir atau
lentur atau gabungan antara puntir dan lenturseperti telah
diutarakan di atas. Juga ada poros yangmendapat beban tarik atau
tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan,
tumbukan ataupengaruh kosentrasi tegangan bila diameter
porosdiperkecil (poros bertangga ) atau bila poros mempunyaialur
pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga
cukup kuat untuk menahan beban-benan di atas.
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros
Kekakuan porosMeskipun sebuah poros mempunyai kekuatanyang cukup
tetapi jika lenturan atau defleksipuntiran terlalu besar akan
mengakibatkanketidak telitian atau getaran dan suara.Disamping
kekuatan poros, kekakuanya jugaharus diperhatikan dan disesuaikan
denganmacam mesin yang akan dilayani porostersebut
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros
Putaran kritisBila putaran suatu mesin dinaikan maka suatuharga
putaran tertentu dapat terjadi getaranyang luar biasa besarnya.
Putaran ini disebutputaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada
turbin,motor torak, motor listrik , dan lain-lain. Jugadapat
mengakibatkan kerusakan pada porosdan bagian bagian lainya. Jika
mungkin, porosharus direncanakan sedemikian rupa hinggaputaran
kerjanya lebih rendah dari putarankritisnya
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros Korosi
Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harusdipilih untuk
poros propeller dan pompa bila terjadidengan kontak dengan fluida
yang korosif. Demikianjuga yang terancam kavitasi, dan poros-poros
mesinyang sering berhenti lama. Sampai dengan batas-batas tertentu
dapat pula dilakukan perlidunganterhadap korosi
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros
Pada poros yang menderita beban puntir danbeban lentur
sekaligus, maka pada permukaanporos akan terjadi tegangan geser
karenamomen puntir dan tegangan lentur karenamomen lengkung, maka
daya rencana porosdapat ditentukan dengan rumus:
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros
Poros Dengan Beban Torsi MurniPoros bulat (pejal) yang hanya
mengalami momenpuntir saja [7, 8 & 10].
Dimana :T = Momen puntir pada poros, J = Momen Inersia
Polar,
r = jari-jari poros = = torsional shear stress
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros
Untuk poros solid (solid shaft), dapatdirumuskan [7, 8 &
10]:
Sehingga momen puntir pada poros adalah:
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Sedangkan momen inersia polar pada
poros
berongga (hollow shaft) digunakan [7, 8 & 10].
Dimana do dan di adalah diameter luar dan dalam,sehingga didapat
[7, 8 & 10].
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Dengan mensubstitusikan, di/do =
k, maka didapat,
[7, 8 & 10].
Sementara, daya yang ditransmisikan oleh porosdapat diperoleh
dari [7, 8 & 10].
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Dimana:
P = Daya (W), T = Moment puntir (N.m), N = Kecepatan poros
(rpm)
Untuk menghitung sabuk penggerak (belt drive), maka dapat
digunakan [7, 8 & 10].
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros
Dimana:T1 dan T2 = tarikan pada sisi kencang (tight)
dan kendor (slack).R = jari-jari pulley
Contoh soal:Poros berputar 200 r/min untuk meneruskandaya: 20
kW. Poros dibuat dari mild steel dengantegangan geser ijin 42 MPa,
hitung diameterporos
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Jawab: Diketahui:
n = 200 r/minP = 20 kW = 20 000 W = 42 MPa
= 955 Nm = 955 x 103 Nmm
= 48.7 mm Maka diameter poros yang digunakan kita bulatkan
menjadi = 50 mm
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Untuk Poros yang hanya mengalami
bending momen saja [7, 8 &
10].
Dimana:M = momen lentur pada poros, I = momen inersia, O =
bending momen,
y = jari-jari poros = = Untuk poros solid (solid shaft),
besarnya momen inersia dirumuskan [7, 8 & 10]:
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada porosSetelah disubtitusikan didapatkan
persamaan:
Sedangkan untuk poros berongga (hollow shaft), besarnyamomen
inersia dirumuskan [7, 8 & 10]:
Sehingga:
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada poros Contoh Soal:Dua buah roda
dihubungkan dengan poros, menerimabeban masing-masing 50 kN, sejauh
100 mm daribagian tengah roda. Jarak antar sumbu roda: 1400 mm.
Hitung diameter poros jika tegangan lentur tidakboleh melebihi: 100
MPa.
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
3.1.3. Perhitungan pada porosM = F x L = 50000 x 100 = 5 x 106 N
mm
= 79,8 mm = 80 mm
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Untuk Poros dengan kombinasi momen lentur danmomen puntir
Jika pada poros tersebut terdapat kombinasi antara momenbending
dan momen puntir maka perancangan poros harusdidasarkan pada kedua
momen tersebut. Banyak teori telahditerapkan untuk menghitung
elastic failure dari materialketika dikenai momen lentur dan momen
puntir, misalnya:
Maximum shear stress theory atau Guests theory: Teori
inidigunakan untuk material yang dapat diregangkan
(ductile),misalnya baja lunak (mild steel).
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Note: =Te :Torsi Equivalen
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Maximum normal stress theory atau Rankines theory adalahTeori
yang digunakan untuk material yang keras dan getas(brittle),
misalnya besi cor (cast iron). Terkait denganMaximum shear stress
theory atau Guests theory bahwabesarnya maximum shear stress pada
poros dapatdirumuskan sebagai berikut [7,8 & 10]:
(i)
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
(ii) Jika
Dimana: Me : Momen lentur ekvivalen b : Tegangan lentur ijin
bahan poros Maka rumus diameter poros untuk beban kombinasi
basis
Me dapat dihitung dengan persamaan [7,8 & 10]:
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Untuk poros berlubang dengan beban lentur dan puntir,rumus
persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:(i)
(ii)
Dimana
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Contoh soalPoros dibuat dari mild steel untuk meneruskan daya
100 kW pada putaran 300 r/min, panjang poros 300 mm. Dua buahpuli
dengan beban masing-masing 1500 N diletakkan padaporos dengan jarak
masing-masing 100 mm dari sisi luarporos. Jika tegangan geser bahan
poros : 60 MPa, hitungdiameter poros berdasarkan Te dan Me : ?Jawab
: P = 100 kW = 100 000 W n = 300 r/min L = 300 mm W1= W2 = 1500
N
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
RA = RB = 1500 N (MA = 0 dan MB = 0) Momen lentur (M) M = F . L
= 1500 . 100 = 150 000 N mm
= 3 519 x 103 Nmm Maka :
Diameter Poros = 70 mm
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Sementara untuk
= 325 937 N mm Sementara: Diketahui, = 60 MPa, maka:
= 104 Mpa
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Diameter poros berdasarkan Moment Equivalent adalah= d = 32
mm
Untuk contoh soal ini maka dipilihlah diamotor porosberdasarkan
Torsi Equivalent yaitu sebesar 70 mm
Poros
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Beban dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu: beban
dari alam/ lingkungan, beban operasional, danbeban sustain (berat
mesin dan peralatannya). Beban darialam adalah beban yang diterima
mesin/ peralatan, selama beroperasi maupun tidak beroperasi,
darilingkungan dimana mesin/ peralatan itu berada, sepertibeban
angin, gempa dll. Beban operasional adalah bebanakibat
beroperasinya mesin/ peralatan sesuai denganfungsi kerjanya ketika
mesin tersebut beroperasi. Bebansustain adalah beban berat mesin/
peralatan yang terus-menerus diterima mesin/ peralatan tersebut
ketikaberoperasi maupun tidak beroperasi
Analisis Beban
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Analisis Beban Internal Transmission CountershaftTemukan
potongan melintang poros pada gambar dibawahyang menerima beban
terbesar dan tentukan besar bebantersebut.
Gambar: Beban Internal Transmission Countershaft
Analisis Beban
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Gambar: Diagram gaya geser, momen bending dan momentorsi
Analisis Beban
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Poros dan roda gigi berputar dengan kecepatan seragam.
Transverse shear stress diabaikan.
Analisis Beban
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Analisis : Langkah awal adalah membuat diagram beban, gaya
geser, momen bending, dan momen torsi untuk poroscountershaft
seperti terlihat pada DBB diatas.
Menentukan daerah kritis. Daerah kritis adalah daerahyang
mendapat beban terbesar. Dari DBB diatas terlihatbahwa beban
terbesar terletak pada bagian kanan rodagigi C, yang mana terjadi
momen bending dan momentorsi terbesar dengan asumsi transverse
shear stress diabaikan (tidak penting dibandingkan beban bending).
Transverse shear stress pada daerah ini lebih kecil darinilai
maksimum transverse shear stress padacountershaft.
Analisis Beban
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpuporos berbeban,
sehingga putaran atau geraanbolak-baliknya dapat berlangsung secara
halus,aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukupkokoh untuk
memungkinkan poros serta elemenmesin lainya bekerja dengan baik.
Jika bantalantidak berfungsi dengan baik maka prestasi
seluruhsystem akan menurun atau tidak dapat bekerjasecara
semestinya. Jadi bantalan dalam permesinandapat disamakan perannya
dengan pondasi padagedung
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Dalam memilih bantalan yang digunakan,perlu diperhatikan hal-hal
sebagai berikut: Tinggi rendahnya putaran poros Jenis bahan yang
digunaka Besar kecilnya beban yang dikenakan Kemudahan
perawatan
Adapun analisa terhadap bantalan dilakukanuntuk menghitung umur
bantalan berdasarbeban yang diterima oleh bantalan.
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Perhitungan umur bantalan.Untuk setiap beban :L = dimana L =
Dalam jutaan putaran
C= FL Beban bantalan
; di mana a =3 untuk bantalan pelura a = 10/3 untuk bantalan rol
Tegangan geser maksimum
(kpsi)
Bantalan
,a
FC
a1
1
2
2
1
FF
LL
xyx 2
2
max 2
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Umur bantalan yang menerima Nilai beban dasar Cr = F
F = Beban radial bantalan yang sebenarnya
Bantalan
a
g
D
R
D
nn
LL
1
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Pulley Pulley merupakan salah satu elemen mesin yang
berfungsiuntuk mentransmisikan daya seperti halnya sprocket
rantaidan roda gigi (Gambar 2.4). Puli pada umumnya dibuat daribesi
cor kelabu FC 20 atau FC 30, dan adapula yang terbuatdari
baja.Perkembangan pesat dalam bidang penggerak padaberbagai mesin
perkakas dengan menggunakan motor listriktelah membuat arti sabuk
untuk alat penggerak menjadiberkurang. Akan tetapi sifat
elastisitas daya dari sabuk untukmenampung kejutan dan getaran pada
saat transmisimembuat sabuk tetap dimanfaatkan untuk
mentransmisikandaya dari penggerak pada mesin perkakas.
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Keuntungan jika menggunakan puli : Bidang kontak sabuk-pulleyi
luas, tegangan pulley
biasanya lebih kecil sehingga lebar puli bisa dikurangi. Tidak
menimbulkan suara yang bising dan lebih tenang.
Gambar. Pulley
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Transmisi Sabuk VJarak yang jauh antara dua buah poros sering
tidak memungkkinkantransmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal
demikian, cara transmisiputaran atau daya yang lain dapat di
terapkan, di mana sebuah sabukluwes atau rantai dibelitkan
sekeliling puli atau sprocket pada porosSabuk atau belt terbuat
dari karet dan mempunyai penampungtrapezium. Tenunan, teteron dan
semacamnya digunakan sebagai intisabuk untuk membawa tarikan yang
besar. Sabuk V dibelitkan pada alurpuli yang berbentuk V pula.
Bagian sabuk yang membelit akanmengalami lengkungan sehingga lebar
bagian dalamnya akanbertambah besar. Gaya gesekan juga akan
bertambah karena pengaruhbentuk baji, yamg akan menghasilkan
transmisi daya yang besar padategangan yang relatif rendah. Hal ini
merupakan salah satu keunggulandari sabuk-V jika dibandingkan
dengan sabuk rata
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk V karena
mudahpenanganannya dan harganyapun murah. Kecepatan
sabukdirencanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan
maksimalsampai 25 (m/s). Dalam gambar 2.5 diberikan sebagai
proporsipenampang sabuk V yang umum dipakai. Daya maksimum yang
dapatditransmisikan kurang lebih 500 (kW). Di bawah ini ( gambar
2.5) dibahas tentang hal-hal dasar pemilihan sabuk-v dan puli
Gambar : Konstruksi dan ukuran penampangsabuk-V (Sularso, 1994:
164)
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Pemilihan PulleyPemilihan pulley belt sebagai elemen transmisi
didasarkanatas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih
halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangikebisingan.
Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi
jikadibandingkan dengan belt.
Karena sifat penggunaan belt yang dapat selip, maka jikaterjadi
kemacetan atau gangguan pada salah satu elementidak akan
menyebabkan kerusakan pada elemen lain.
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Rumus Dan PerhitunganPada mesin ini menggunakan sabuk-V sebagai
penerus dayadari motor listrik ke poros, dapat dihitung dengan
rumusperhitungan :
Perbandingan transmisi (Sularso, 1994 : 166)
n1 = putaran poros pertama (rpm) n2 = putaran poros kedua (rpm)
d2 = diameter puli penggerak (mm) d2 = diameter puli yang digerakan
(mm)
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
kecepatan sabuk
(m/s)
Dimana : V = kecepatan sabuk (m/s) d = diameter puli motor (mm)
n = putaran motor listrik (rpm)
Panjang sabuk
Dimana : L = panjang sabuk (mm) - D1 = diameter puli penggerak
(mm) C = jarak sumbu poros (mm) - D2 = diameter puli poros (mm)
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Motor Listrik Motor Listrik berfungsi sebagai tenaga
penggerak
minsalkan disini kita tengah merancang mesin pemarut, maka motor
listrik berfungsi untuk memutar roll pemarut. Pengguanaan dari
motor elektrik ini disesuaikan dengankebutuhan daya dari ,mesin
pemarut tersebut, yaitu dayayang diperlukan dalam proses
pemarutan.
Gambar : Motor Listrik
Bantalan
-
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Jika n1 (rpm) adalah putaran dari poros motor listrik dan T
(kg.mm) adalah torsi pada poros motor listrik, makabesarnya daya P
(kW) yang diperlukan untuk menggerakkansistem adalah :
(Sularso, 1997)
Dimana : P = Daya motor listrik (kW) T = Torsi (kg.mm)
Bantalan
-
Terima KasihDarwin Sebayang