TRIYONO WIBOWO 112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tugas Perencanan Elemen Mesin I ini merupakan pengaplikasian dari materi kuliah ke dalam permasalahan yang sebenarnya. Didalam Laporan ini berisi tentang penentuan bahan dan dimensi dari poros propeller suatu truk berkapasitas 5 Ton dengan pembanding Hino Dutro 110 SD. Penentuan bahan ini dilakukan untuk dijadikan tolak ukur sebagai bahan pertimbangan, bahan pertimbangan ini berdasarkan dengan beberapa teori dasar dan hasil dari analisa serta kesimpulan yang diperoleh dari hasil percobaan. Poros merupakan salah satu elemen mesin yang memegang peranan penting sebagai penerus daya bersama- sama dengan putaran. Oleh karena itu poros harus dirancang melalui suatu perhitungan sesuai dengan beban yang akan dialaminya. Pemilihan bahan yang digunakan sebuah komponen akan menjadi pertimbangan yang mendasar untuk menentukan dimensi sebuah poros yang akan menerima pembebanan. Dalam hal ini penulis mengambil judul poros propeller, dikarenakan penulis telah mengetahui hal-hal yang apa TEKNIK MESIN - ITI 1
53
Embed
TUGAS ELMES I POROS GARDAN TRIYONO WIBOWO (112100019) - ITI.docx
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tugas Perencanan Elemen Mesin I ini merupakan pengaplikasian dari materi
kuliah ke dalam permasalahan yang sebenarnya. Didalam Laporan ini berisi tentang
penentuan bahan dan dimensi dari poros propeller suatu truk berkapasitas 5 Ton
dengan pembanding Hino Dutro 110 SD. Penentuan bahan ini dilakukan untuk
dijadikan tolak ukur sebagai bahan pertimbangan, bahan pertimbangan ini
berdasarkan dengan beberapa teori dasar dan hasil dari analisa serta kesimpulan
yang diperoleh dari hasil percobaan.
Poros merupakan salah satu elemen mesin yang memegang peranan penting
sebagai penerus daya bersama-sama dengan putaran. Oleh karena itu poros harus
dirancang melalui suatu perhitungan sesuai dengan beban yang akan dialaminya.
Pemilihan bahan yang digunakan sebuah komponen akan menjadi pertimbangan
yang mendasar untuk menentukan dimensi sebuah poros yang akan menerima
pembebanan.
Dalam hal ini penulis mengambil judul poros propeller, dikarenakan penulis
telah mengetahui hal-hal yang apa saja yang dibutuhkan untuk merancang ulang
poros tersebut dan telah mengetahui peran penting dari poros gardan.
Sebenarnya alat ini tidak hanya digunakan pada truk saja, akan tetapi alat ini
digunakan disemua mobil bahkan kereta api pun menggunakan alat ini sebagai
penerus daya yang mengalami beban puntir murni.
Banyak faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan poros propeller ini,
diantaranya adalah penentuan bahan, dimensi yang sesusai, kegunaanya dan lain-
lain. Tetapi dalam makalah ini hanya memusatkan pembahasan pada perancangan
untuk komponen-komponen dari poros ini.
TEKNIK MESIN - ITI 1
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Beban yang bekerja pada poros umumnya adalah beban berulang, jika poros
tersebut mempunyai roda gigi untuk meneruskan daya maka akan terjadi kejutan
pada saat mulai atau sedang berputar. Beban tersebut dapat dianalisa berdasarkan
pertimbangan-pertimbangan tertentu sesuai dengan teori yang tersirat dalam laporan
ini.
Dalam pelaksanaan suatu tugas perencanaan elemen mesin diperlukan usaha
yang sungguh-sungguh untuk menunjang keberhasilan suatu perancangan.
Selanjutnya diperlukan pula dasar-dasar perancangan serta pengalaman, sehingga
dapat dihasilkan rancangan elemen mesin yang cukup berkualitas dan dapat
dipertanggung jawabkan. Hal ini semua diperlukan karena mengingat banyak sekali
faktor yang harus dipertimbangkan, baik dari segi fungsi, kegunaan, konstruksi,
maupun segi keamanan.
1.2 Tujuan Perancangan
Pada Tugas Perencanan Elemen Mesin I ini akan dibahas penentuan dimensi
utama poros propeller suatu truk berkapasitas 5 Ton. Tujuan yang akan dicapai
adalah untuk menghitung :
dimensi poros
dimensi universal joint
Dimana perancangan dilakukan sesuai dengan jenis bahan dan pembebanan yang
dialami.
TEKNIK MESIN - ITI 2
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
1.3 Metodologi
Metodologi penyusunan yang dipakai adalah Metodologi Deskriptif yang
teknik operasionalnya sebagai berikut :
Observasi : Pengamatan secara langsung elemen-elemen atau komponen
propeller sebagai studi komparatif dari studi literatur yang telah didapat saat
kuliah dengan kenyataan sebenarnya.
Interview : Tanya jawab atau wawancara dengan orang-orang yang lebih
mengetahui secara teknis seputar poros gardan.
Studi Literatur : Mempelajari literatur yang berhubungan dengan masalah
terkait yang didapat dari dokumen-dokumen, buku-buku ataupun internet
sebagai referensi.
1.4 Ruang Lingkup Kajian
Dalam laporan ini ada batasan masalah yang meliputi parameter-parameter
sebagai berikut :
- tegangan geser yang diijinkan
- momen puntir poros
- dimensi poros
- tegangan geser yang terjadi pada poros
- tegangan lentur yang diijinkan
- momen lentur universal joint
- dimensi universal joint
- tegangan lentur yang terjadi pada universal joint
TEKNIK MESIN - ITI 3
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
1.5 Sistematika Pembahasan
BAB I : Pendahuluan, memberikan gambaran latar belakang dipilihnya
poros sebagai obyek perancangan.
BAB II : Landasan Teori, teori dasar tentang poros berdasarkan jenis
pembebanannya, menjelaskan hal-hal yang penting dalam
perencanaan berupa penurunan rumus serta bahan-bahan yang
biasa digunakan untuk pembuatan poros dan cara kerja dari poros
itu sendiri.
BAB III : Perhitungan, membahas perhitungan dalam perancangan.
BAB IV : Penutup, membahas analisa dan kesimpulan dari hasil
perancangan
TEKNIK MESIN - ITI 4
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Prinsip Kerja Poros
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir
semua mesin meneruskan tenaga bersama–sama dengan putaran. Peranan utama
dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.
Poros propeller atau yang disebut juga poros gardan bekerja untuk
meneruskan daya putaran dari transmisi ke diferensial dalam keadaan tidak dalam
satu garis lurus. Dan putaran diteruskan dari transmisi ke poros propeller dan dari
poros propeller ke diferensial melalui universal joint, universal joint berfungsi untuk
meneruskan daya putaran yang dalam keadaan tidak satu garis.
2.1.1 Klasifikasi Poros
Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut
pembebanannya sebagai berikut :
Poros Transmisi
Poros tersebut mendapat beban puntir murni atau puntir dan
lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling,
roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai dan lain–lain. Contoh
pada mesin yang mengalami beban puntir murni yaitu gardan.
Gambar 2.1 Poros Propeller
TEKNIK MESIN - ITI 5
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Gambar 2.2 Poros Roda Gigi
Poros Spindel
Poros spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek,
seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya
berupa puntiran, disebut spindel.
Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya
kecil, sebab apabila deformasinya besar benda kerja tidak akan
silindris. Serta bentuk dan ukuran harus teliti. Poros spindel
berhubungan langsung dengan benda kerja.
TEKNIK MESIN - ITI 6
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Gambar 2.3 Poros Spindel
Poros Gandar
Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang,
dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang
tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya
mendapat beban lentur, kecuali digerakkan oleh penggerak
mula dimana mengalami beban puntir juga. Menurut
bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum,
poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lain-
lain. Poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat
kebebasan dari perubahan arah, dan lain-lain.
Gambar 2.4 Poros Roda Kereta Api
TEKNIK MESIN - ITI 7
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.1.2 Poros Propeller Pada Kendaraan
Poros propeller memindahkan tenaga dari transmisi ke diferensial
transmisi yang umumnya terpasang pada rangka sasis, sedangkan diferensial
dan sumbu belakang disangga oleh suspensi sejajar dengan roda belakang.
Oleh sebab itu posisi diferensial terhadap transmisi selalu berubah-ubah pada
saat kendaraan berjalan, sesuai dengan permukaan jalan dan ukuran beban
poros propeller.
Poros propeller dibuat sedemikian rupa agar dapat memindahkan
tenaga dari transmisi ke diferensial dengan lembut tanpa dipengaruhi akibat
adanya perubahan-perubahan tadi.
Untuk tujuan ini universal joint dipasang pada setiap ujung, fungsinya
untuk menyerap perubahan sudut dari suspensi. Selain itu sleeve yoke bersatu
untuk menyerap perubahan antara transmisi dan diferensial.
Gambar 2.5 Perubahan Transmisi Dan Diferensial
Pada umumnya poros propeller dibuat dari tabung pipa baja yang
memiliki ketahanan terhadap gaya puntiran atau bengkok. selain itu dipilih
tabung pipa baja di karenakan luas penampang yang di perlukan lebih kecil
jika dibandingkan dengan poros pejal, selain itu biaya yang harus di
keluarkan lebih kecil jika digunakan poros yang pejal. Bandul pengimbang
atau balance weight dipasang dibagian luar pipa dengan tujuan untuk
keseimbangan pada waktu berputar.
TEKNIK MESIN - ITI 8
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Pada umumnya poros propeller terdiri dari satu pipa yang mempunyai
dua penghubung yang terpasang pada kedua ujung berbentuk universal joint.
Tipe poros propeller dua bagian dengan tiga joint kadang-kadang
menggunakan bearing tengah yang bertujuan untuk mengurangi getaran dan
bunyi.
2.2 Universal Joint
Universal joint, U joint, Cardan joint, Hardy-Spicer joint, atau Hooke joint
adalah joint dalam sebuah batang kaku yang dimungkinkan batang tersebut
membengkok dalam segala arah, dan umumnya digunakan pada rotary shaft ( poros
yang berputar ) yang mengirimkan gerakan ( putaran ). Terdiri dari sepasang engsel
terletak berdekatan, berorientasi pada 90° untuk satu sama lain, dan dihubungkan
dengan poros salib.
Gambar 2.6 Universal Joint
2.2.1 Solid Joint
Fungsi universal joint ialah untuk meredam bahan sudut dan untuk
TEKNIK MESIN - ITI 9
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
melembutkan perpindahan tenaga dari transmisi ke diferensial. Universal
joint ada dua tipe : universal joint solid bearing cup yang dapat dibongkar
dan universal joint seal bearing cup yang tidak dapat dibongkar.
Gambar 2.7 Solid Joint
Kondisi jalan mempengaruhi kerja suspensi dan berakibat pada posisi
diferenSial selalu berubah-ubah terhadap transmisi. Universal joint dipakai
untuk mengatasi kondisi tersebut agar poros selalu dapat berputar dengan
lancar, sehingga universal joint harus mempunyai syarat : dapat mengurangi
resiko kerusakan propeller saat poros bergerak naik / turun, tidak berisik atau
berputar dengan lembut, konstruksinya sederhana dan tidak mudah rusak.
Jadi universal joint berfungsi untuk melembutkan pentransfer tenaga dari
transmisi ke diferensial. Dimana konstruksi dari universal joint
dimungkinkan berputar lembut dan tidak mudah rusak. Tipe ini disebut juga
Hook Joint :
Gambar 2.8 Konstruksi Hook Joint
TEKNIK MESIN - ITI 10
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Pada umumnya poros propeller menggunakan konstruksi tipe ini,
karena selain konstruksinya yang sederhana tipe ini juga berfungsi secara
akurat dan konstan. Konstruksi hook joint adalah seperti gambar di atas. Ada
dua tipe hook joint yaitu shell bearing cup type dan solid bearing cup type.
Pada tipe shell bearing cup universal joint tidak bisa dibongkar sedangkan
pada tipe solid bearing cup bisa dibongkar. Ilustrasi konstruksi kedua tipe
universal joint tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.9 Konstruksi hook joint tipe shell bearing cup
Gambar 2.10 Konstruksi hook joint tipe solid bearing cup
TEKNIK MESIN - ITI 11
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.2.2 Flexible Joint
Flexible joint terdiri dari karet kopling yang keras yang diletakkan
diantara dua yoke berbentuk kaki tiga. Selama flexible joint tidak
menghasilkan gesekan akan berputar lembut tanpa diperlukan pelumasan.
Gambar 2.11 Flexible Joint
2.2.3 Constant Velocity Joint
Constant velocity joint mempunyai keuntungan memindahkan putaran
dan momen lebih lembut, dan mempunyai kerugian mahal karena desainnya
kompleks. Oleh karena itu jarang dipakai untuk penyambungan poros
propeller, tetapi lebih sering dipakai pada poros penggerak depan dari
kendaraan penggerak roda depan atau poros penggerak belakang dari
kendaraan dengan suspensi belakang independent.
TEKNIK MESIN - ITI 12
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Gambar 2.12 Constant Velocity Joint
2.2.4 Penghubung Bola Peluru (Pot Joint)
Kemampuan sudut dapat meneruskan tenaga/putaran pada sudut
maksimum 50o (rata – rata 30o). Penggunaan Pada suspensi independent.
Pada rigrid axle depan dengan penggerak roda (4 wheel drive). Sifat-sifat
kerjanya lebih stabil (konstan).
Gambar 2.13 Penghubung Bola Peluru (Pot Joint)
TEKNIK MESIN - ITI 13
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.2.5 Trunion Joint
Model ini berusaha menggabungkan tipe hook joint dan slip joint,
namun hasilnya masih dibawah slip joint sendiri, sehingga jarang digunakan.
Konstruksinya dapat dilihat pada gambar disamping.
Gambar 2.14 Trunion Joint
2.2.6 Slip Joint
Bagian ujung poros propeller yang dihubungkan dengan poros output
transmisi terdapat alur-alur untuk pemasangan slip joint. Hal ini
memungkinkan panjangnya poros propeller sesuai dengan jarak output
transmisi dengan diferensial. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar
disamping.
Gambar 2.15 Slip Joint
TEKNIK MESIN - ITI 14
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.2.7 Center Bearing
Center bearing terdiri dari rubber bushing yang melindungi bearing
dimana gerakannya menahan poros propeller. Rubber bushing juga berfungsi
untuk mencegah getaran yang mencapai bodi kendaraan. Dan hasilnya
getaran atau bunyi dari poros propeller pada kecepatan tinggi dapat dikurangi
seminimal mungkin.
Gambar 2.16 Center Bearing
Sebagai perbandingan untuk sasaran tugas perencanaan maka
dipilihlah Hino Dutro 110 SD yang merupakan truk roda empat kategori kecil
buatan PT. Hino Motors Manufacturing Indonesia. Tidak seperti truk
kategori lain yang mempunyai volume silinder dan kapasitas angkut yang
lebih besar, jenis mesin yang di produksi oleh Hino untuk varian 110 SD
yaitu 4009 cc dengan kapasitas beban angkut mencapai 5200 Kg (5,2 Ton).
Hal ini disebabkan karena Hino memang membuat segmen pasar untuk
kendaraan angkut dengan kapasitas kecil yang lebih efisien dan ekonomis.
TEKNIK MESIN - ITI 15
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Gambar 2.17 Hino Dutro 110 SD
Karena Hino Dutro 110 SD merupakan kelas light truck atau bahasa
umumnya truk kategori kecil, pada dasarnya hanya mempunyai 1 bagian
poros propeller yang langsung menyalurkan tenaga gerak dari transmisi ke
poros propeller dan meneruskannya ke diferensial belakang (gardan).
Gambar 2.18 Beberapa bentuk poros propeller pada kendaraan
TEKNIK MESIN - ITI 16
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.3 Hal-Hal Penting Dalam Merancang Poros
Untuk merencanakan sebuan poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan.
2.3.1 Kekuatan Poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau
gabungan antara puntir dan lentur, ada juga poros yang mendapat beban tarik
atau tekan seperti pada poros turbin.
Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter
poros diperkecil (poros bertingkat) atau bila poros mempunyai alur pasak
harus diperhatikan, sehingga sebuah poros harus cukup kuat menahan beban
yang terjadi pada poros tersebut.
2.3.2 Kekakuan Poros
Meskipun sebuah poros memiliki kekuatan yang cukup, tetapi jika
lenturan defleksi puntirannya melebihi batas yang diizinkan maka akan
mengakibatkan ketidaktelitian misalnya pada mesin perkakas atau getaran
suara pada turbin dan gear box. Karena itu disamping kekuatan juga harus
diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan menggunakan
poros tersebut.
2.3.3 Puntiran Kritis
Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran
tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa. Hal ini bisa terjadi pada turbin,
motor torak silinder, motor listrik dan lain–lain. Serta dapat mengakibatkan
kerusakan pada poros dan bagian lainnnya. Jika mungkin harus direncanakan
sedemikian rupa sehingga putaran kerja lebih dari putaran kritis.
2.3.4 Korosi
Bahan–bahan tahan korosi (termasuk plastik) dipilih untuk poros
propeller dan pompa, bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif.
Demikian juga poros–poros yang terancam kavitasi dan poros–poros mesin
TEKNIK MESIN - ITI 17
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
yang berhenti lama, sampai baras–batas tertentu dapat pula dilakukan
perlindungan terhadap korosi.
2.3.5 Bahan Poros
Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang
ditarik dingin dan difinishing, yaitu baja karbon konstruksi mesin yang
dihasilkan dari igot yang di – kill (baja yang dioksidasi dengan ferro silikon
dan dicor)
Meskipun demikian kelurusan poros ini agak kurang tetap dan dapat
mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya
diberi alur pasak dan adanya tegangan sisa dalam terasnya. Penarikan dingin
membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah.
Poros untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya
dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap
keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel
molibden, baja khrom, baja molibden dan lain–lain. Meskipun demikian
pemakaian baja paduan khusus tidak selalu diharuskan, alasannya hanya
karena putaran tinggi, dan beban berat, dalam hal demikian perlu
dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara
tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan. Pada tugas perencanaan
ini diasumsikan baja yang digunakan adalah S 55 C, dengan kekuatan tarik
sebesar σ B=66 kg/mm2
TEKNIK MESIN - ITI 18
b
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.4 Perumusan Masalah Perancangan Poros Propeller
TEKNIK MESIN - ITI 19
START
1. Daya yang ditransmisikan N (kW)
Putaran poros n (rpm)
7. Diameter poros do dan di
6. Tegangan geser yang diizinkan
2. Faktor Koreksi fc
5. Bahan poros, faktor
keamanan(Sf dan ₁ Sf ₂ ),
Kekuatan tarik σB (kg/mm2)
4. Momen rencana
T (kg mm)
3. Daya rencana Pd (kW)
8. Tegangan geser yang terjadi
b
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
TEKNIK MESIN - ITI 20
END
STOP
9. Bahan poros, Kekuatan tarik σB
(kg/mm2), faktor keamanan (Sf₁), panjang spider
10.Momen Lentur (M)
12. Tegangan lentur yang terjadi
11. Diameter spider
n
R
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.5 Rumusan Perhitungan
2.5.1 Momen Puntir
Momen puntir harus dimengerti terlebih dahulu sebelum kita
melangkah lebih jauh. Tujuannya adalah untuk menghindari penafsiran yang
menganggap bahwa momen dan kerja itu sama. Secara matematis momen
dan kerja adalah sama. Karena persamaan yaitu gaya dikalikan dengan jarak
(F x R). Tetapi secara fisis kerja dan momen berbeda, dalam kerja
lintasannya berupa garis lurus sedangkan dalam momen lintasannya harus
tegak lurus.
Gambar 2.19 Potongan melintang sebuah poros
Momen puntir yang dialami pada poros dapat dilihat dari penurunan
persamaan :
Daya=Kerja(W )Waktu (s ) ………………….(2.1)
Dimana kerja dalam satu putaran = F×2 πr , jika dalam satu menit ada n
putaran, maka daya dalam satu putaran adalah
N=2πr×F×n …………………..(2.2)
Dengan mengkonversikan satuan menit ke detik maka diperoleh persamaan :
TEKNIK MESIN - ITI 21
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
N=2πr×F×n60 ( Kg m/s ) …………………..(2.3)
Dari definisi momen puntir adalah gaya yang terjadi dikalikan dengan jarak,
T=F×R …………………..(2.4)
maka :
N=
(T /1000 )×(2 π×n /60)102 (kW) ………….(2.5)
sehingga
T=9 ,74×105 Pdn (Kg.mm) ……………… (2.6)
Untuk langkah koreksi pada N diambil fc sebagai faktor koreksi. faktor
koreksi ini tergantung jenis daya yang ditransmisikan.
Tabel 2.1 Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc)
Daya yang akan ditransmisikan Fc
Daya rata-rata yang diperlukan
Daya maksimum yang diperlukan
Daya normal
1,2 – 2,0
0,8 – 1,2
1,0 – 1,5
Sumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978
Maka :
Pd = N . fc ………………………(2.7)
dimana :
Pd = Daya rencana (kW)
N = Daya maksimum (kW)
T = Momen puntir ( Kg.mm )
fc = Faktor koreksi daya
n = Jumlah putaran per menit (rpm)
TEKNIK MESIN - ITI 22
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
2.5.2 Tegangan Geser yang Diizinkan
Tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros
dapat diperoleh dari berbagai cara, salah satu cara diantaranya dengan
menggunakan perhitungan berdasarkan kelelahan puntir yang besarnya
diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari
kekuatan tarik. Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik,
sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil
sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan
yang dijamin dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa dan baja
paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf₁. Pengaruh kekasaran permukaan
juga harus diperhatikan dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 yang dinyatakan
dengan Sf ₂. Maka tegangan geser yang diizinkan dapat ditentukan dari
persamaan:
ta = σ B
sf ₁. sf ₂ ……………………..(2.8)
dimana : τ a = tegangan geser yang diizinkan (Kg/mm2)
σ B = kekuatan tarik yang dimiliki oleh suatu bahan
poros (Kg/mm2)
Sf₁ = faktor keamanan yang tergantung pada sifat dari
bahan yang bersangkutan
Sf₂ = faktor keamanan yang tergantung pada kekasaran
permukaan bahan yang bersangkutan.
TEKNIK MESIN - ITI 23
su
sf
Tegangan (s)
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Gambar 2.20 Diagram tegangan-regangan tarik tipikal
2.5.3 Diameter Poros
Diameter poros dapat ditentukan dari hasil perhitungan tegangan
geser yang diizinkan, dimana tegangan geser yang terjadi ≤ tegangan geser
yang diizinkan.
Karena yang digunakan poros berongga persamaan menjadi ;
TJ= ❑
do /2 dimana J = π32
maka ;Tπ
32
= ❑do/2
T = π
16do ³ (1−k4 )
tegangan geser yang terjadi, ¿16 .T
πdo ³(1−k4) ……………....(2.9)
; dido
= k
TEKNIK MESIN - ITI 24
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
di = k.do
di4 = (k.do)4
maka ; do min = (16.T
π . (1−k4 ) . a¿¿
13
...................(2.10)
Gambar 2.21 Potongan melintang poros berongga
dimana : do = diameter luar (mm)
di = diameter dalam (mm)
k = harga perbandingan do dengan di
T = Momen puntir
J = Inersia polar
2.5.4 Diameter Universal Joint
Untuk mencari diameter universal joint kita harus menghitung poros
salib penghubung atau spider yang dapat ditentukan dari hasil perhitungan
tegangan lentur yang diizinkan, dimana tegangan lentur yang terjadi ≤
tegangan lentur yang diizinkan.
TEKNIK MESIN - ITI 25
Do
Di
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Dimana tegangan lentur yang diizinkan dapat ditentukan dari
persamaan:
σ b a = σ Bsf ₁
……………………(2.11)
Dimana : σba = tegangan lentur yang diijinkan (Kg/mm2)
σB = kekuatan tarik yang dimiliki oleh suatu bahan poros
(Kg/mm2)
Sf₁ = faktor keamanan berdasarkan sifat bahan yang bersangkutan
Gambar 2.22 Spider
Dalam menghitung diameter spider harus diketahui dahulu besarnya
momen puntir dari poros untuk mencari gaya (F) dengan rumus ;
T = F . R
F = T / R ……………(2.12)
Diasumsikan besarnya jarak lengan momen (Rm) adalah 1/3 dari
panjang spider (W), maka dengan rumus ;
Rm = W3
....................(2.13)
Dengan demikian, maka besarnya momen lentur adalah;
TEKNIK MESIN - ITI 26
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
M = F . Rm ………...….(2.14)
Lalu menentukan diameter spider untuk universal joint dari rumus;
M = π32
σb.ds ³
ds = ( 32 . Mπ .σb a )
13 ....…...……(2.15)
dimana : T = Momen Puntir (Kg.mm)
F = Gaya (Kg)
R = Jarak (mm)
Rm = Jarak Lengan Momen(mm)
M = Momen Lentur (Kg.mm)
σb = Tegangan Lentur yang Terjadi (Kg/mm2)
σba = Tegangan Lentur yang Diizinkan (Kg/mm2)
ds = Diameter Spider (mm)
Karena yang digunakan adalah poros pejal maka tegangan lentur yang
terjadi dihitung dengan persamaan;
σb = 32 . Mπ . ds ³ ……………(2.16)
TEKNIK MESIN - ITI 27
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
BAB III
PERHITUNGAN
3.1 Perhitungan Poros Propeller
3.1.1 Data Spesifikasi Mesin
MESIN
Model : W04D - TP
Tipe : Diesel 4 Stroke, Direct
Injection
Tenaga Maks : 110 PS pada 2800 Rpm
Momen Putir Maks : 29.0 Kgm pada 1800 Rpm
Jumlah Silinder : 4
Diameter x Langkah Piston : 104 mm x 118 mm
Isi Silinder : 4009 cc
TRANSMISI : Tipe 5 speeds
Perbandingan Gigi
ke-1 : 5.339
ke-2 : 2.792
ke-3 : 1.593
ke-4 : 1.000
ke-5 : 0.788
mundur : 5.339
rasio akhir : 4.625
KAPASITAS ANGKUT : 5200 Kg
3.1.2 Torsi (T)
TEKNIK MESIN - ITI 28
TRIYONO WIBOWO112100019 TUGAS PERENCANAAN ELEMEN MESIN I
Untuk menghitung Torsi maksimum, dengan asumsi Daya yang
konstan sebesar 110 PS dikonversi menjadi satuan kW menjadi:
N = 110 x 0,746 kW = 82 kW
Putaran mesin (input) pada 2800 Rpm. Karena daya yang dipakai
adalah daya maksimum dan diteruskan ke roda belakang maka terjadi
reduksi, sehingga faktor koreksi (fc) yang digunakan adalah 0,9.