V Sabuk & Tali

BAB VSABUK DAN TALI

A. PendahuluanSabuk atau tali digunakan untuk mentransmisikan daya dari satu poros ke poros

yang lain, dimana puli-puli berotasi atau berputar pada putaran yang sama atau berbeda. Besar daya yang ditransmisikan tergantung dari beberapa faktor, yaitu :1. Laju/kecepatan sabuk,2. Besar tegangan pada sabuk,3. Sudut kontak antara sabuk dengan puli kecil,4. Kondisi-kondisi sabuk yang digunakan.

Perlu dicatat bahwa:(a) Poros-poros diusahakan seemikian rupa berada dalam satu sumbu (sejajar), agar

tegangan terdistribusi merata pada tiap bagian sabuk(b) Puli-pli tidak boleh teralalu dekat, sehingga sudut kontak terhadap puli kecil

dimungkinakan sebesar mungkin,(c) Puli-puli tidak boleh terlalu jauh, sehingga dapat menyebabkan sabuk memberikan

beban yang terlalu besar pada poros yang akan menyebabkan gaya gesekan pada bantalan,

(d) Panjang sabuk yang cenderung kendur dari sisi yang satu ke sisi yang lain dapat menyebabkan sabuk longgar pada puli sehingga terbentuk tekukan-tekukan pada sabuk.

(e) Sisi kencang dari sabuk terdapat pada bagian bawah, sehingga betapapun kelonggaran yang terjadi pada sisi yang kendur akan memperbesar sudut kontak terhadap puli,

(f) Untuk memperoleh efesiensi yang besar pada sabuk rata, jarak maksimum antar poros tidak boleh lebih dari 10 m dan minimal tidak kurang dari 3,5 m kali dari diameter puli.

B. Jenis Sabuk

Gambar 5.1Terdapat tiga macam sabuk yang digunakan, berikut hal-hal yang perlu diketahui dari

jenis-jenis sabuk tersebut :

(1) Sabuk RataSabuk rata sering digunakan di pabrik-pabrik atau bengkel, dimana gaya yang ditransmisikan tergolong kecil dan jarak antara kedua puli < 10 m.

(2) Sabuk-VSabuk-V banyak digunakan di pabrik dan bengkel, dimana daya yang ditransmisikan dari puli yang satu ke puli yang lain tergolong besar, dan jarak antara kedua puli sangat dekat.

(3) Sabuk BulatSabuk bulat atau tali sering digunakan di pabrik atau bengkel, dimana daya yang ditransmisikan tergolong besar, dan jarak antara dua puli > 5 m.Jika daya yang ditransmisikan sangat besar, sehingga sebuah sabuk tidak mungkin

memadai, untuk kasus seperti ini puli-puli besar (untuk sabuk-V atau sabuk bulat) dengan

179

Sabuk dan Tali 180

beberapa alur digunakan. Kemudian sabuk dipasang pada tiap-tiap alur dan dapat mentransmisikan daya tertentu dari satu puli ke puli yang lain.

C. Karakteristik Sabuk1. Material Sabuk

Sabuk atau tali dibuat dari bahan yang kuat, fleksibel, dan tahan lama juga mempunyai koefisien gesk yang besar.

Klasifikasi sabuk berdasarkan materialnya adalah :(a) Sabuk-Kulit

Material yang pertama dari sabuk rata adalah kulit, dimana sabuk kulit yang terbaik terbuat dari lembaran-lembaran dengan panjang 1,2 m – 1,5 m dipotong dari masing-masing sisi tulang belakang bagian atas kulit sapi jantan. Bagian sisi yang berbulu dari kulit lebih halus dibanding sisi dagingnya, tapi sisi berdaging lebih kuat. Serat-serat pada sisi yang berbulu melintang di permukaan kulit, sedangkan pada sisi yang berdaging terjalin sejajar pada permukaannya. Berdasarkan pertimbangan tersebut, sisi berbulu dari permukaan sabuk adalah bagian yang bersentuhan dengan permukaan puli seperti ditunjukan pada gambar 5.2. Hal ini akan memberikan kontak yang lekat pada sabuk dan puli, sehinga menghasilkan tegangan tarik yang tinggi dari bagian sabuk luar, dimana tegangan tarik maksimal terdistribusikan dari sabuk dan puli.

Gambar 5.2Kulit dapat disamak dengan kayu atau mineral (disamak-garam misalnya). Selain itu

untuk menambah ketebalan pada sabuk, beberapa lembar dapat direkatkan satu sama lain. Sabuk kulit dispesifikasikan berdasarkan banyaknya lembaran kulit, bisa tunggal, dobel atau tripel. Spesifikasi sabuk kulit juga berdasarkan ketebalan lembaran kulit yang diguakan, yaitu ; ringan, sedang, dan kuat.

Sabuk kulit harus berkala di bersihkan dan dicuci atau diberi perawatan dengan pelumas yang sesuai. Sehingga sabuk tetap halus dan fleksibel.

(b) Sabuk Serat (Katun)Sabuk-sabuk jenis serat sering atau banyak dibuat dari lipatan-lipatan kanvas atau

katun yang terdiri dari tiga atau beberapa lembar (sesuai dengan ketebalan yang diinginkan) lalu dijahit. Sabuk-sabuk ini di tenun menjadi sebuah lembaran dengan lebar dan ketebalan tertentu. Sabuk-sabuk ini diisi dengan beberapa pengisi, seperti minyak berjerami agar tahan air dan mencegah cacat pada serat. Sabuk-sabuk katun lebih murah dan sesuai untuk iklim panas, udara lembab dan tertutup dari sinar matahari. Karena sabuk-sabuk jenis ini memerlukan banyak perawatan, maka sabuk-sabuk jenis ini banyak digunakan dalam bidang pemesinan, sabuk-sabuk untuk konveyor dan lain-lain.

(c) Sabuk Karet Sabuk karet dibuat dari lembaran berisi serat dengan campuran karet dan

permukaannya dari lapisan karet yang tipis. Sabuk jenis ini sangat fleksibel namun akan cepat rusak bila terkena panas, pelumas atau gemuk.

Satu keuntungan dari jenis sabuk ini adalah mudah dibuat dan murah. Sabuk jenis ini sesuai digunakan di pabrik-pabrik gergaji, pabrik kertas , dimana tempatnya terlindung dari kelembaban.

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 181

(d) Sabuk BalataSabuk jenis ini hampir sama dengan sabuk karet, namun getah balata digunakan

sebagai pengganti karet. Sabuk jenis ini tahan terhadap asap dan air dan tidak terpengaruh oleh minyak-minyak binatang atau alkali. Sabuk balata tidak boleh dipakai di tempat dengan temperature 40 derajat celcius, karena pada temperatur ini balata akan lunak dan lengket. Kekuatan sabuk balata 25 % lebih tinggi daripada sabuk karet.

2. Massa Jenis (Density) Material SabukMassa jenis berbagai material sabuk dapat dilihat pada tabel berkut:

Tabel 5.1Material Sabuk Massa Jenis (kg/cm2)

KulitKanvasKaretBalataSabuk SelapisSabuk Dobel

1,001,221,141,111,171,25

3. Tegangan-tegangan Pada SabukTegangan maksimum pada sabuk kulit bervariasi dari 210 – 350 (kg/cm2) dan faktor

keamanan dapat diambil dari 8 – 10. Walau bagaimana pun, masa pakai sebuah sabuk lebih penting daripada tegangan. Dapat dicatat melalui pengalaman bahwa pada kondisi biasa dan tegangan yang diijinkan 28 kg/cm2 atau kurang akan berpengaruh pada usia sabuk. Dengan tegangan yang diijinkan 17,5 kg/cm2 bisa diperkirakan umur sabuk ± 15 tahun.

4. Kecepatan SabukDalam pertimbangan pemakaian sabuk, peningkatan kecepatan sabuk akan seiring

dengan peningkatan gaya sentrifugal yang bekerja untuk melepaskan sabuk dari puli. Hal ini akan menyebabkan penurunan daya yang ditransmisikan oleh sabuk. Agar pemindahan daya efisien, kecepatan sabuk yang digunakan adalah 20 – 22,5 (m/s).

5. Koefisien Gesek antara Sabuk dan PuliKoefisien gesek antara sabuk dan puli tergantung pada beberapa faktor:

a. Bahan sabukb. Bahan pulic. Slip pada sabukd. Kecepatan sabuk

Menurut C.G. Barth, koefisien untuk sabuk kulit – kayu pada puli besi cor, pada titik slip diberikan dengan persamaan :

µ = 0,54

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 182

Tabel berikut menunjukkan nilai-nilai koefisien gesek berbagai material sabuk.Tabel 5.2.

Material SabukMaterial Puli

Besi/Baja (Cor)Kayu

Kertas Padat

Permukaan kulit

Permukaan KaretKering Basah Lemak

Leather oak tannedLeather Chrome tannedConvass-stichedCotton WovenRubberBalata

0,250,350,200,220,300,32

0,20,320,150,150,180,20

0,150,220,120,12

--

0,30,4

0,230,250,320,35

0,330,450,250,280,350,38

0,380,480,270,270,400,40

0,400,500,300,300,420,42

6. Sambungan SabukMacam-macam sambungan :

a. Cemented jointb. Sambungan ikatc. Sambungan engsel

Cemented joint seperti ditunjukkan pada gambar 5.3(a) dibuat oleh pabrik sebagai sabuk tak berujung, lebih disukai daripada sambungan lain. Sambungan ikat dibentuk melalui pembuatan lubang melintang dengan margin antara ujung sabuk dan lubang, sebuah tali kulit digunakan untuk mengikat kedua ujung tersebut sehingga terbentuk sambungan ikat. Sambungan jenis ini disebut sambungan terikat dengan tali kulit – jahitan berulang seperti pada gambar 5.3(b).

Sambungan ikat dengan logam seperti pada gambar 5.3(c) dibuat seperti ikatan dengan kawat jepit. Bagian yang diikat adalah pada sisi kulit berdaging dari sabuk kulit dan pada bagian dalam.

Kadang-kadang sambungan engsel metal dapat terkait pada ujung sabuk dan ikatan melalui sebuah spi fiber atau baja seperti pada gambar 5.3(d).

Sisi Berambut Sisi Berdaging

(a) Cemented Joint (b) Sambungan Terikat (c) Sambungan Ikat Dengan Logam

Terpisah

Tersambung

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 183

(d) Sambungan engselGambar 5.3.

Tabel 5.3. Efesiensi tiap Sambungan

Jenis Sambungan Efesiensi (%)

1. Sementasi, tak berujung, sementasi pabrik2. Sementasi di bengkel3. Diikat kawat dengan mesin4. Diikat kawat dengan tangan5. Diikat dengan dengan tali kulit6. Metal belt hooks

90-10080-9075-8570-8060-7035-40

7. Jenis-jenis Pemasangan Sabuk RataGaya dari sebuah puli dapat ditransmisikan melalui beberapa jenis pemasangan

sabuk :1. Open belt drive

Open belt drive, seperti ditunjukkan pada gambar digunakan untuk poros-poros yang tersusun sejajar dan berputar dengan arah yang sama. Jarak antara kedua poros besar, kemudian sisi tegang dari sabuk terletak pada bagian bawah.

Gambar 5.4

2. Pemasangan sabuk silang (Cross/twist belt drive)Pemasangan sabuk silang seperti pada gambar digunakan untuk poros-poros yang

tersusun paralel dan berputar dalam arah yang berlawanan. Tetapi yang perlu diperhatkan adalah pada titik dimana sabuk bersilangan, sabuk-sabuk akan bergesekan dan akan terjadi sobekan atau kelicinan. Sehingga untuk menghindari ini, poros harus diletakkan dengan jarak maksimum 20b, dimana b adalah tebal sabuk, dan kecepatan sabuk kurang dari 15 m/dt.

Gambar 5.5

3. Pemasangan Sabuk KuarterPemasangan sabuk kuarter seperti pada gambar 5.7 (a) digunakan untuk poros-

poros yang disusun saling tegak lurus dan berputar dalam satu arah. Agar sabuk tidak terlepas dari puli, lebar permukaan puli harus lebih besar atau setara dengan 1,4b, dimana b adalah lebar sabuk.

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 184

Dalam kasus puli tidak dapat disusun tepat seperti gambar 5.7 (a), atau ketika gesekan yang dapat dibalik diinginkan, maka pemasangan sabuk kuarter diberi puli tambahan seperti pada gambar 5.7 (b).

Gambar 5.6.

4. Pemasangan Sabuk dengan Puli Tambahan

Gambar 5.7.Sebuah pemasangan sabuk dengan puli antara seperti pada gambar digunakan

untuk poros yang sejajar dan ketika open belt drive tidak dapat digunakan mengingat sudut kontak pada puli kecil terlalu kecil. Jenis pemasangan puli seperti ini sering digunakan untuk menghasilkan kecepatan tinggi dan ketika tegangan sabuk yang diharapkan tidak terpenuhi.

Gambar 5.8.5. Pemasangan Sabuk Gabungan

Pemasangan sabuk gabungan seperti pada gambar digunakan ketika daya yang ditransmisikan dari satu poros ke poros yang lain melalui beberapa puli.

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 185

Gambar 5.9.6. Pemasangan Puli Kerucut

Pemasangan puli kerucut seperti pada gambar 5.10 digunakan untuk mengubah kecepatan poros yang digerakkan sementara poros penggerak dalam kecepatan konstan. Pemasangan puli berundak dilengkapi dengan pemindah sabuk dari satu bagian ke yang lain.

Gambar 5.10.

7. Pemasangan dengan Puli Kencang dan LonggarPemasangan dengan puli kencang dan longgar seperti pada gambar 5.11

digunakan ketika poros yang digerakkan atau poros mesin dijalankan atau dihentikan sesuai dengan keperluan tanpa mempengaruhi poros penggerak. Puli yang terpasang pada poros penggerak disebut puli cepat dan berputar pada kecepatan yang sama dengan poros mesin dan tidak mempengaruhi pemindahan daya. Ketika poros yang digerakkan perlu untuk dihentikan, sabuk dipindahkan ke puli longgar dengan cara penggeseran batang percabangan sabuk.

Gambar 5.11

8. Perbandingan Kecepatan Pada Sabuk Perbandingan kecepatan pada sabuk adalah perbandingan kecepatan pada

penggerak terhadap puli yang digerakan.Perbandingan ini secara matematis dinyatakan sebagai berikut :Misalkan : d1 = Diameter puli penggerak,

d2 = diameter puli yang digerakan, N1 = Kecepatan puli penggerak,N2 = Kecepatan puli yang digerakan.

Panjang sabuk pada puli penggerak dalam satu menit adalah :

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 186

.d1.N1

Begitu juga, panjang sabuk pada poros yang digerakan dalam satu menit adalah:.d2.N2

Karena panjang sabuk yang melintas pada poros penggerak sama dengan panjang sabuk yang melintasi poros yang digerakan (dalam satu menit), maka :

d1N1 = .d2.N2

Atau Perbandingan kecepatan adalah :

Bila ketebalan sabuk dipertimbangkan, maka

Perbandingan kecepatan abuk adalah :

Dengan t = ketebalan sabukCat. : Untuk pemasangan sabuk gabungan (banyak) seperti pada gambar 5.9,

perbandingan kecepatan diberikan :

atau :

9. Slip pada sabukPada pembahasan awal, kita telah mendiskusikan mengenai gerakan sabuk dan

porosyang dipengaruhi gesekan tetap yang terjadi antara sabuk dan puli. Tapi terkadang gaya gesek yang diperlukan tidak tercapai akibat gerakan puli penggerak tanpa disertai sabuk. Ini juga bisa terjadi karena gerakan sabuk tidak membawa puli yang digerakan. Inilah yang disebut slip pada sabuk yang secara umum dinyatakan dalam persentase.

Akibat slip pada sabuk adalah berkurangnya perbandingan kecepatan pada sistem. Slip pada sabuk adalah fenomena umum, sehingga sabuk tidak boleh digunakan mengingat perbandingan kecepatan tertentu begitu penting.

Serupa :

Dimana : s1 % = Slip antara puli penggerak dan sabuk, s2 % = Slip antara sabuk dan puli yang digerakan,

V = Kecepatan sabuk pada puli penggerak tiap menit.

Sehingga dengan mensubstitusikan persamaan (i) ke persamaan (ii)

dengan mengabaikan

=

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 187

= (dimana s = s1 + s2 adalah slip total)

Jika ketebalan sabuk dipertimbagkan, maka :

Contoh 5.1. Sebuah mesin bekerja pada putaran 150 rpm yang memutarkan poros memanjang (line shaft) dengan sabuk. Diameter pulley mesin 75 cm dan puli pada line shaft 45 cm. Sebuah puli diameter 90 cm pada line shaft memutarkan puli diameter 15 cm yang dipasak ke sebuah poros dinamo. Carilah kecepatan poros dinamo, jika(i) Tidak ada slip(ii) Ada slip sebesar 2% tiap penggerak

Diketahui:N1 = 150 rpmd1 = 75 cmd2 = 45 cmd3 = 90 cmd4 = 15 cmN4 = Kecepatan poros dinamo

Gambar 5.12.

Jawab:(i) Tidak ada slip

(ii) Ada slip sebesar 2% tiap penggerak

10.Panjang Sabuk pada Open belt DrivePada kasus ini, kedua puli berputar dalam arah yang sama, seperti pada gambar

5.13.Misalkan : O1 dan O2 = pusat-pusat dari kedua puli , r1 dan r2 = jari-jari puli besar dan kecil, x = jarak o1-o2,

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 188

L = total panjang sabuk.Misal titik lepas sabuk dari puli (garis singgung) adalah E dan G, dan pada puli kecil

adalah F dan H seperti pada gambar.Melalui O2 tarik garis O2M sejajar terhadap FE. Dari geometri, kita dapat tentukan O2M

akan tegak lurus terhadap O1E.Misal sudut M O2 O1 = radian.

Gambar 5.13.Kita dapat tentukan bahwa panjang sabuk adalah :

= busur JJE + EF + busur FKH + MHG= 2 (busur JE + EF + busur FK)……………………….(i)

Dari geometri, kita dapat tentukan bahwa :

Karena sudut α sangat kecil sehingga :

Busur JE =

Bussur FK=

EF=

=

Perluasan persanmaan ini dengan teori binominal :

EF =

=

Substitusikan nilai busur JE dari persamaan (iii), busur Fk dari persamaan (iv), dan EF dari persamaan (i), kita dapatkan ;

L =

Substitusikan nilai α = dari persamaan (ii) didapat :

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 189

L =

=

=

11.Panjang Sabuk Cross Belt DriveDalam kasus ini, kedua puli berputar dalam arah yang berlawanan seperti pada

gambar 5.14.

Gambar 5.14.Misal : O1 dan O2 = pusat kedua puli, r1 dan r2 = jari-jari puli besar dan kecil, x =

jarak antara O1 dan O2, L = Total panjang sabuk.Misal garis singgung sabuk pada puli besar adalah E dan G dan pada puli kecil

adalah F dan H seperti pada gambar 5.14. Dari O2 tarik garis O2W sejajar terhadap FE dan dari geometri, kita tahu bahwa O2M akan tegak lurus pada O1E.

Misal sudut M O2 O1 = radian, panjang sabuk : busur GJE+EF=BUSUR FKH+HG = 2(busurJE+EF+busurFK)Dari geometri kita dapatkan bahwa :

Karena sudut sangat kecil, maka

............(ii)

.......(iii)

Sama juga untuk busur ......(iv)

Mengembangkan persamaan ini degan theorema binomial

Subsitusikan nilai busur JE dari pers. (iii), busur FK dari pers. (iv) dan EF dari pers. (v) dalam pers. (i), kita dapatkan

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 190

Subsitusikan nilai dari pers. (i)

Perlu dicatat, bahwa pernyataan-pernyataan pada persamaan adalah sebuah fungsi dari (r1 + r2). Hal ini disimpulkan, bahwa jika hasil penjumlahan radius kedua puli tetap, panjang sabuk yang diperlukan juga cenderung tetap. Asalkan jarak antara pusat kedua puli tidak berubah.

Contoh 5.2. Cari panjang sabuk yang dibutuhkan untuk memutarkan puli diameter 80 cm yang berputar paralel dengan jarak 12 m dari puli yang diputarkan dengan diameter 480 cm.Diketahui:

d2 = 80 cmr2 = 40 cmx = 12 m = 1.200 cmd1 = 480 cmr1 = 240 cm

Dit : L = ?Jawab:(i) Jika sabuk terbuka (ii) Jika sabuk bersilang

12.Daya yang Ditransmisikan oleh Sabuk

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 191

Gambar 5.15.Dalam gambar 5.15. diperlihatkan puli penggerak (driver) A dan yang digerakkan B.

seperti telah dijelaskan, puli penggerak menarik sabuk di satu sisi dan pada saat yang sama mengendurkannya di sisi yang lain.

Sehingga dengan jelas diketahui bahwa tegangan pada sisi bawah (tight side) akan lebih besar dari sisi atas (slack side) seperti pada gambar 5.15.

Misalkan : T1 = tegangan pada sisi tegang (tight side) dalam Kg, T2 = tegangan pada sisi kendur (slack side) dalam Kg, v = kecepatan sabuk dalam m/s.

Gaya putar efektif, pada putaran puli yang digerakkan adalah perbedaan antara kedua tegangan tersebut (T1 – T2). Kerja yang dilakukan tiap detik = gaya x jarak = (T1 – T2) x v (Kg.m).

Daya =

Dalam satuan internasional (SI) daya yang ditransmisikan dalam Watt dan kedua tegangan dalam Newton. Dapat diperhatikan bahwa momen pada puli penggerak adalah (T1 – T2) r1, serupa pada puli yang digerakkan adalah (T1 – T2) r2.

13.Mulur pada SabukTelah dijelaskan bahwa tegangan pada kedua sisi puli tidak sama. Pada satu sisi

tegangan lebih besar dari sisi yang lain. Akibat perbedaan tegangan ini, sabuk akan mulur terus (bergeser dengan kecepatan yang dapat diabaikan) pada puli. Pergeseran ini sangat kecil, dan pada umumnya diabaikan.

14.Perbandingan Tegangan pada Sabuk Rata

Gambar 5.16Puli bergerak searah jarum jam seperti pada gambar 5.16.Misal T1 = tegangan pada sisi tegang, T2 = tegangan pada sisi kendur, = sudut

kontak dalam radian (sudut ini terbentuk oleh busur AB, sepanjang lintasan sabuk bersentuhan dengan puli terhadap pusat puli.

Sekarang tinjau bagian kecil sabuk PQ, membentuk sudut d pada pusat puli seperti pada gambar 5.16. Sabuk PQ dalam keadaan seimbang dengan gaya-gaya sebagai berikut :a) Tegangan T dalam sabuk pada P,b) Tegangan T + T dalam sabuk pada Q,c) Reaksi normal RN, dan d) Gaya gesekan F = x RN.Dimana adalah koefisien gesek antara puli dan sabuk.

Penjumlahan gaya-gaya horizontal :

....(i)

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 192

Karena sudut sangat kecil, maka

Kemudian jumlahkan gaya vertikal

...(iii)

Karena sudut sangat kecil, maka dalm pers. (iii)

...(iv)

Dari pers. (ii) dan (iv)

atau

Integralkan kedua sisi dengan batas T1 dan T2,

...(v)

Persamaan (v) dapat ditegaskan dalam istilah logaritma ,

Catatan : 1. Tegangan maksimum dalam sabuk pada sisi tegang dapat dicari dengan persamaan :

T1 = f x b x tDimana : f = tegangan maksimum dalam sabuk,

b = lebar sabuk,t = tebal sabuk.

2. Sedangkan penentuan sudut kontak, harus diingat bahwa sudut kontak pada puli kecil, jika kedua puli terbuat dari material yang sama kita dapatkan :

Sudut kontak

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 193

Sudut kontak = (180 - 2) (untuk open belt drive)

= (180 + 2) (untuk cross belt drive)

Contoh 5.3. (satuan SI). Dua puli, satu diameter 450 mm dan yang lain 200 mm pada poros parallel 1,95 m dan dihubungkan dengan cross belt. Cari panjang sabuk yang diperlukan dan sudut kontakk antara sabuk dan tiap puli.Berapa HP yang dapat ditransfer oleh sabuk jika puli besar berputar pada 200 rev/mnt, jika tegangan tarik yang diijinkan pada sabuk 1 kN, dan koefisien gesek antara sabuk dan puli 0,25.

Diket:d1 = 450 mmr1 = 225 mm = 0,225 md2 = 200 mmr2 = 100 mm = 0,1 mx = 1,95 mN = 200 rev/mnt

T1 = 1 kN = 1.000 N

Dit: L = ?, P = ?

Jawab:

Gambar 5.17

Sudut kontak antara sabuk dan puli

Daya yang ditransfer

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 194

Gunakan persamaan

15.Tegangan SentrifugalKarena sabuk terus menerus berputar pada puli, mak ada gaya sentrifugal yang

dihasilkan, dimana mempengaruhi peningkatan tegangan baik pada sisi tegang juga sisi kendur. Tegangan yang disebabkan oleh gaya sentrifugal disebut tegangan senrifugal. Pada kecepatan lambat, tegangan sentrifugal sangat kecil namun pada kecepatan tinggi efeknya dapat dipertimbangkan dan harus dinyatakan dalam perhitungan.

Gambar 5.18Tinjau bagian kecil PQ pada sabuk yang membentuk sudut δθ pada pusat puli, seperti

pada gambar 5.17. Dimana :

W = Berat sabuk persatuan panjang,v = Kecepatan linier sabuk,r = Jari-jari puli dimana sabuk berputar,Tc = tegangan sentrifugal tangensial di P dan Q

Panjang sabuk PQ= rdθ

Berat sabuk= w x rdθ

Kita tahu bahwa gaya sentrifugal :

=

Gaya sentrifugal pada sabuk PQ :

=

Tegangan sentrifugal tangensial di P dan Q menjaga sabuk tetap dalam keadaan seimbang.

Dari penguraian gaya-gaya (gaya sebtrifugal dan tegangan sentrifugal) secara horizontal dan persamaan menjadi :

Karena sudut dθ sangat kecil, maka :

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 195

Catatan : Bila tengangan sentrifugal diperhitungkan dalam perhitungan, maka total tegangan pada sisi tegang,

Tc1 = T1 + T0

Dan total teangan pada sisi kendur,Tc2 = T1 + T0

16.Kondisi-kondisi Untuk transmisi Daya MaksimumKita tahu bahwa daya kuda yang ditransmisikan oleh sabuk adalah :

...(i)

Dimana : T1 = Tegangan paa sisi tegang (kg),T2 = Tegangan pada sisi kendur (kg),v = Kecepatan sabuk (m/det.).Juga kita ketahui bahwa :

....(ii)

Substitusi nilai T2 dari persamaan (i)

....(iii)

Dimana

Kita tahu bahwa T1 = T- TcDimana T = tegangan maksimum

Tc = teganan sebtrifugal (kg)Substitusi nialai T1 dari persamaan (iii)

(substitusi )

Untuk daya maksimum,

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 196

atau ....(iv)

(subsitusi )

atauDitunjukan bahwa jika daya kua yang diransmisikan maksimum, 1/3rd tegangan

maksimum diserap sebagai tegangan sentrifugal Catatan : Dari persamaan (iv) kecepatan sabuk untuk daya maksimum,

dalam satuan metric

dalam satuan SI

Contoh 5.4. Sabuk kulit 9 mm x 250 mm dipakai untuk memutarkan puli diameter 90 cm pada 336 rpm. Jika busur aktif pada puli kecil 1200 dan tegangan pada sisi tegang 20 kg/cm2, cari HP sabuk jika , koefisien gesek kulit dan besi tuang 0,35.

Diket:t = 9 mm = 0,9 cmb = 250 mm = 25 cmN = 336 rpm

f = 20 kg/cm2

Jawab:

Berat sabuk permeter panjang,

Tegangan sentrifugal,

Total tegangan tarik pada sisi tegang

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 197

Total tegangan tarik pada sisi kendur,

Kapasitas HP sabuk

Contoh 5.5 Sabuk lebar 10 cm dan tebal 1 cm mentransfer daya 1.000 m/mnt. Tegangan tarik aktif pemutar 1,8 kali sisi kendur. Jika tegangan yang diijinkan 16 kg/cm2, hitunglah hp maks yang dapat dipindahkan pada kecepatan ini. Asumsi berat jenis kulit 1 gm/cm2. Tentukan hp maksimum absolut yang dapat dipindahkan oleh sabuk dan kecepatan pada saat pemindahan.

Diket:Lebar sabuk (b) = 10 cmKetebalan sabuk (t) = 1 cmLuas permukaan sabuk (a) = 10 x 1 = 10 cmKec. Sabuk (v) =1000 m/men. = 50/3 (m/sec.)Tegangan bersih (T1- T2) =1,8 T2

Tegangan yang diizinkan pada sabuk (f) = 16 kg/cmGaya tarik maksimum pada sabuk (T) = f X a = 10 X 16 =160 kgMassa jenis sabuk (ρ) = 1gm/cm

Berat sabuk tiap satuan panjang (w) =

T = Tegangan sentrifugalT = Tegangan pada sisi tegangT = Tegangan pada sisi kendur

Dari persamaan :

T

T

Jawab :

a. P

b. V

=

c. Kita ketahui bahwa tegangan pada sisi tegang,

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 198

Dan tegangan pada sisi kendur,

17.Tegangan Awal pada SabukBila sabuk menghubungkan kedua puli (driver dan driven), kedua ujungnya

disambungkan sehingga sabuk-sabuk bisa terus berputar, gerakan yang terjadi pada sabuk dihasilkan dari engkaman yang kuat dan gaya gesek antara sabuk dan puli. Sehingga untuk memperbesar cengkraman itu sabuk dikenankan. Pada keadaan ini, walaupun puli dala keadaan diam, pada sabuk bekerja beberapa tegangan, diseut tegangan awal.

Saat driver mulai bergerak, tarikan bekerja pada satu sisi (meningkatkan tegangan di sisi yang lain) dan dilanjutkan pada sisi satunya (menurunkan tegangan sabuk pada sisi itu). Peningkatan tegangan sabu di satu sisi disebut juga tegangan pada sisi tegangan penurunan tegangan pada satu sisi disebut teganga sisi kendur:

Misal :T0 = Tegangan awal pada sabuk,T1 = Tegangan pada sisi tegang,T2 = Tegangan pada sisi kendur,

= Koefisien peningkatan panjang sabuk tiap menit Penambahan tegangan pada sisi tegang :

= T1- T0

Penambahan panjang sabuk paa sisi eang := α (T1-T0) …(i)

Penurunan tegangan pada sisi kendur := T0 – T2

pemendekan sabuk pada sisi kendur := α (T0 – T2).. ....(ii)

Dengan asumsi bahwa bahan material elastis sempuna sehingga panjang sabuk cenderung konstan, saat diam atau bergerak sehingga penambahan panjang pada sisi tegang akan sama dengan pemendekannya pada sisi kendur. Dari persamaan (i) dan (ii)

Atau

(abaikan tegangan sentrifugal)

(gaya sentrifugal diperhitungkan)

Catatan : Dalam kenyataan, material sauk tidak elastis sempurna, oleh karena itu jumlah tegangan T1 dan T2 saat sabuk mentansmisikan daya selalu lebih besar 2 kali tegangan awal. Menurut C.G. Barth, persamaan antara T0, T1, dan T2 dibrikan sebagai berikut :

Contoh 5.6. Dua poros sejajar yang jarak antara kedua sumbunya adalah 4,8 m, dihubungkan oleh transmisi open-belt. Diameter puli yang besar adalah 1,5 m dan yang kecil adalah 1,05 m. Gaya tarik awal dalam sabuk saat diam adalah 3 kN. Massa sabuk

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 199

adalah 1,5 kg/m. Koefisien antara sabuk dan puli adalah 0,3. Dengan memasukan gaya sentrifugal dalam perhitungan, hitung daya kuda yang ditransmisikan bila puli yang kecil berotasi pada 400 rpm.

Diket:Jarak antara sumbu-sumbu poros (x) =4,8 mDiameter puli yang besar (d ) =1,5 mJari-jari puli yang besar (d ) = 0,75 mDiameter puli yang kecil (d ) =1,05 mJari-jari puli yang kecil (r ) = 0,525 mGaya awal pada sabuk ( T ) = 3 kN = 3000 NMassa sabuk (m) = 1,5 kg/mKoefisien gesek (μ) =0,3Putaran pada puli yang kecil (N) = 400 rpm

Kecepatan sabuk (v) =

Ditanya :Daya yang ditransmisikan dengan memperhitungkan gaya sentrifugal (P)

Jawab :Kita tahu bahwa, gaya sentrifugal :

Jika T = Tegangan pada sisi tegang,T = Tegangan pada sisi kendur

Dan kita ketahui untuk open belt drive :

Sudut singgung pada puli yang kecil adalh :

Dengan persamaan :

2,3

log

Substitusikan nilai T dalam persamaan (i) :

Daya yang ditransmisikan :P

18.Transmisi Dengan Sabuk-V

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 200

Sabuk-V dibuat dari serat dan kawat dalam karet dan dibungkus dengan serat dan karet lagi seperti pada gambar. Sabuk ini dicetak dalam bentuk trapesium dan tanpa ujung. Biasanya digunakan untuk jarak yang dekat. Sudut pada sabuk-V berkisar antara 30- 40 derajat. Daya ditransmisikan oleh tegangan antara sabuk dan alur-V. Kelonggaran harus diberikan pada alur seperti pada gambar 5.19, umtuk mencegah sentuhan akibat kesesakan. Sabuk-V dipasang dalam sudut-sudut tertentu dengan sisi tegang pada bagian atas atau bawah. Untuk meningkatkan daya yang ditransmisikan, beberapa sabuk-V dapat digunakan. Perlu dicatat untuk pengunaan sabuk-V lebih dari satu, tegangan yang bekerja harus merata sehingga gaya yang terbagi sama pada tiap sabuk. Bila salah satu sabuk rusak, maka semua sabuk harus diganti. Jika hanya satu sabuk yang diganti, tegangan pada sabuk pengganti akan lebih besar dan berputar dengan kecepatan yang berbeda.

Gambar 5.19.Sabuk-V dibuat dalam lima jenis yaitu A,B,C,D dan E. Ukuran standar pada sabuk-

V diberikan pada tabel dibawah. Puli untuk sabuk-v dibuat dari besi cor atau baja tekan untuk mengurangi berat. Ukuran standar untuk puli alur-V diberikan pada tabel dibawah.

Tabel 5.4. Ukuran Standar untuk Sabuk- V

Jenis sabuk

Rentang daya kuda

Diameter tusuk

minimum (d) mm

Lebar puncak(b)mm

Ketebalan (t)mm

Berat per meter

panjang kg

ABCDE

1-53-20

10-10030-20040-500

75125200355500

1317223238

811141923

0,1060,1890,3430,596

-Tabel 5.5. Ukuran Standar Puli Alur-V

Jenis sabuk

w d a c F eJumlah

alurABCD

11141927

12152028

3,34,25,78,1

8,710,814,319,9

1012,51724

1519

25,537

691414

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 201

E 32 33 9,6 23,4 29 44,5 20

19.Panjang Kisar Standar Sabuk-VBerdasarkan standar internasional : 2494 – 1964, sabuk-V didisain berdasarkan jenis

dan panjang nominal dalamnya. Contoh sebuah sabukV jenis A dan panjang dalamnya 914 mm didesain seperti A914 – IS : 2494. Standar panjang sabuk dalam mm adalah :

610, 660, 711, 787, 813, 889, 914, 965, 991, 1016, 1067, 1094, 1168, 1219, 1295, 1372, 1397, 1422, 1473, 1524, 1600, 1626, 1651, 1727, 1778, 1905, 1981, 2032, 2057, 2159, 2286, 2438, 2464, 2540, 2667, 2845, 3048, 3150, 3251, 3404, 3658, 4013, 4115, 4394, 4572, 4953, 5334, 6045, 6807, 7569, 8331, 9093, 9885, 10617, 12141, 13665, 15189, 16713.

Panjang kisar didapat dengan menambahkan 36 mm untuk jenis A, 43 mm untuk jenis B, 56 mm unuk jenis C, 79 mm untuk jenis D, dan 92 mm untuk jenis E.

20.Kelebihan dan Kekurangan Taransmisi Sabuk-V Dibanding Transmisi dengan sabuk RataBerikut adalah kelebihan dan kekurangan transmisi sabuk-V dibanding transmisi

sabuk rata :Kelebihan :1. Transmisi dengan sabuk-V memberikan kepadatan untuk jarak yang kecil/pendek

antara pusat-pusat puli,2. Pemutar adalah positif karena slip antara sabuk dan alur puli dapat diabaikan,3. Operasi sabuk dan puli tidak berisik,4. Sabuk memiliki kemampuan sebagai bantalan terhadap goncangan saat mesin

dinyalakan,5. Gaya desakan sabuk terhadap alur memberikan nilai yang tinggi terhadap pambatasan

perbandingan tegangan, karena itu daya yang ditransmisikan oleh sabuk-V lebih besar dibanding oleh sabuk rata untuk gaya gesekan yang sama, sudut kontak dan gaya tarik yang sama dalam sabuk,

6. Perbandingan kecepatan yang tinggi ( max. 10) dapat dihasilkan,7. Sabuk-V dapat dioperasikan dalam arah yang berlainan, dengan sisi tegang dari sabuk

dapa di bawah atau di atas. Garis sumbu antara poros dapat horizontal, vertical atau membentuk sudut.

Kekurangan :1. Sabuk-V tidak dapat digunakan untuk jarak antara yang besar,2. Masa pakai sabuk-V lebih pendek daripada sabuk rata,3. Kontruksi puli untuk sabuk-Vlebih rumit disbanding untuk sabuk rata.

21.Perbandingan Tegangan pada Transmisi Sabuk-VSebuah sabuk-V dengan alur puli seperti pada gambar 5.20.

Misal :R1 = Reaksi normal antara sabuk dan sisi-sisi alur,R = Reaks total pada permukaan alur2α = Sudut alur,μ = Koefisien gesek antara sabuk dan sisi-sisi alur.

Penyelesaian reaksi vertical pada alur :R = = 2

Atau

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 202

Gambar 5.20.Perbandingan tegangan pada transmisi sabuk-V dalam kelipatan cosec α lebih besar

dari transmisi sabuk rata.Kita ketahui bahwa gaya gesek :

Dengan mengambil bagian kecil sabuk dengan sudut dθ pada pusat, tegangan pada satu sisi akan menjadi T dan pada sisi yang lain T + dT. Kemudian kita dapatkan tahanan gesek setara dengan μ R cosec α disbanding μ R. Sehingga hubungan antara T1 dan T2

untuk transmisi sabuk-V adalah :

2,3 log

22.Penggerak (Drives) V-rata

Gambar 5.21.Dalam beberapa kasus, khususnya ketika sebuah sabuk rata diganti oleh sabuk-V,

akan sangat ekonomis jika menggunakan puli muka rata, dari pada kuli dengan alur banyak, seperti ditunjukan pada gambar. Biaya untuk pembentukan alur dapat dihilangkan. Ini dinamakan dengan transmisi sabuk (Rata-V).

Contoh 5.7. Sebuah kompresor membutuhkan daya 120 h.p untuk berputar sekitar 250 rpm. Digerakan dengan sabuk V dari motor listrik yang berputar 750 rpm. Diameter puli pada poros kompresor tidak boleh lebih dari 1m, sedangkan jarak kedua puli dibatasi 1,75 m. Kecepatan sabuk tidak lebih dari 1600 m/ menit.

Tentukan jumlah sabuk v yang diperlukan untuk mentransmisikan daya jika tiap sabuk mempunyai luas permukaan 3,75 cm dan beratnya 0,001 kg/cm dan mempunyai tegangan tarik yang diizinkan 25 kg/cm . Sudut alur V pada puli adalah 350. Koefisien gesek antara sabuk dan puli adalah 0,25. Tentukan juga panjang sabuk yang diperlukan.

Diketahui :Daya kuda yang diperlukan (P) = 120 h.p.Putaran kompresor (N1) = 250 rpm.Putaran motor (N2) =750 rpm.Diameter puli pada poros kompresor (d1) = 1 mJarak antara kedua puli (x) = 1,75 m

Kecepatan sabuk (v) = 1.600 m/men.=1600/60 =

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 203

Luas permukaan sabuk (a) = 3,75 cmMassa jenis sabuk (ρ) =0,001 kg/cmSudut alur pada puli V (2α)=35Koefisien gesek antara sabuk dan puli (μ) = 0,25

Ditanya :a) Jumlah sabuk (n)b) Panjang sabuk (L)

Jawab :a. Kita ketahui bahwa berat sabuk persatuan panjang :

w = luas x panjang x massa jenis = 3,75 x 100 x 0,001 = 0,375 kg

Gaya sentrifugal

Tc =

Tegangan maksimim pada sabuk :T =

Tegangan pada sisi tegang sabuk :T1 = T-Tc = 93,8-27,2 =66,6 kg

Misalkan d2 =diameter puli pada poros motorDengan persamaan :

Untuk open belt drive :

sin

Sudut singgung pada puli yang kecil :

Dengan persamaan :

2,3 log

log

Daya yang ditransmisikan :

=

Jumlah sabuk :

n =

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 204

n = atau 6

b. panjang sabuk

L =

= 2,1 + 3,5 + 0,143 = 5,743 m

Contoh 5.8. Dua poros yang jarak antara kedua sumbunya 100 cm dihubungkan oleh sabuk V. Puli penggerak disuplai daya 125 h.p. dan mempunyai diameter 30 cm, berputar pada 1000 rpm. Sedangkan puli yang digerakan berputar pada 375 rpm. Sudut pada alur puli adalah 40 . Gaya tarik yang diizinkan dalam sabuk 21 kg/cm2 dan luas permukaan sabuk 4 cm2. Massa jenis sabuk 1,11 gm/cm3. Puli yang digerakan bergantung jaraknya dari bearing terdekat adalah 20 cm. Koefisien gesek antara sabuk dan puli adalah 0,28. Tentukan :a) Jumlah sabuk yang diperlukan,b) Diameter puli yang digerakan, jika tegangan geser yang diizinkan adalah 420 kg/ cm

Diketahui :Jarak antar kedua poros (x) = 100cmDaya kuda yang disuplai untuk menggerakan puli (P) = 125 h.p. Diameter efektif pada puli penggerak (d1) = 30 cmPutaran pada puli penggerak (N1)= 1000 rpm.Putran puli yang digerakan (N2) = 375 rpm.Sudut alur pada puli (2α) = 400

Luas permukaan sabuk (a) = 4cmTegangan tarik yang diizinkan (f) = 21 kg/cmMassa jenis sabuk (ρ) = 1,11 gm/cmJarak antar sumbu puli yang digerakan terhadap bearing terdekat = 20 cm

Ditanya :a. Jumlah sabuk (n),b. Diameter puli yang digerakan (d2)

Jawab :Kita ketahui bahwa berat sabuk per satuan panjang :

W = luas x panjang x massa jenis = a . x . ρ = 4 x100 x 1,11 = 444 gm = 0,444 kg

Tegangan sentrifugal :

Gaya tarik maksimum pada sabuk :T = f . a = 21 x 4 = 84 kg

Tegangan pada sisi tegang :T1 = T - Tc = 84 -11,2 = 72,8 kg

Dengan persamaan :

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 205

Untuk open belt drive

Sudut singgung pada puli yang kecil :

Dengan menggunakan persamaan :

2,3 log

kg

a. Jumlah sabuk Kita tahu bahwa daya kuda yang ditransmisikan tiap sabuk:

Jumlah sabuk : n =

b. Diameter puli yang digerakan Kita tahu bahwa momen yang ditransmisikan oleh puli yang digerakan :

Momen bengkok :M = (T1 + T2 + Tc) 20 = (72,8 + 6,47 + 2 . 11,2) 20 = 2.033,4 kg.cm

Momen resultan :Tr =

Dengan persamaan :

Tr =

d

d = atau 3,5 cm.

23.Transmisi dengan TaliTali untuk transmisi daya biasanya dibuat dari manila, rami atu katun. Penampangnya

berbentuk lingkaran seperti pada gambar. Salah satu kelebihan utama dari transmisi dengan tali adalah beberapa transmisi terpisah dapat diambil dari sebuah puli penggerak.

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 206

Gambar 5.22.Misalnya, pada banyak pemintalan poros-poros pada tiap lantai dihubungkan oleh tali

secara langsung dari puli mesin utama di lantai dasar. Sudut alur dari puli untuk pemasangan tali biasanya 45 derajat. Alur-alur puli dibuat menyempit didasar dan tali dijepit diantara ujung-ujung alur-V untuk meningkatkan gaya cengkaman tali terhadap puli. Permukaan puli harus halus untuk menghindari gesekan alur terhada tali. Diameter poros harus besar untuk megurangi gesekan dalam dan tegangan bengkok oleh tali. Ukuran maksimum dari poros roda adalah 40 d dan minimum 36 d, dimana d adalah diameter tali dalam cm.

Seperti pada transmisi dengan sabuk-V perbandingan tegangan dinyatakan dengan :

2,3 log

Catatan : Untuk kasus dimana daya yang ditransmisikan dalam jarak yang sangat jauh seperti di pertambangan, lift, dan alat pengangkat, tali kawat baja banyak digunakan. Tali kawat berputar pada alur puli namun diam pada dasar alur dan tidak terjepit antara ujung-ujung alur.

Tali kawat punya beberapa keuntungan dibanding tali katun :1. Lebih ringan,2. Operasi tidak berisik,3. Dapat menahan beban kejut,4. Lebih kuat, dan5. Tidak akan rusak secara tiba-tiba.

Contoh 5.9. Sebuah tali mentransmisikan 350 hp dari sebuah puli berdiameter 120 cm, yang berputar pada 300 rpm. Sudut kontak diambil rad. Sudut setengah alur 22,50. Tali yang digunakan berdiameter 5 cm. Berat tali adalah 1,3 kg/m. Tiap tali mempunyai tarikan maksimum 220 kg dan koefisien gesek antara tali dan puli 0,3. Tentukan jumlah tali yang dibutuhkan. Jika gantungan terakhir dari puli adalah 50 cm, ukuran yang dianjurkan untuk poros puli dibuat dari baja dengan tegangan geser 400 kg/cm2.

Diketahui:Daya yang ditransmisikan P = 350 hpDiameter puli, d = 120 cm

Kecepatan tali

Sudut kontak radSudut setengah alur, Diameter tali = 5 cmBerat tali, w = 1,3 kg/mTarikan maximum tiap tali, T = 220 kgKoefisien gesek Tegangan geser untuk bahan poros kg/cm2

Elemen Mesin

Sabuk dan Tali 207

Jawab:

kg

Tarikan pada sisi tegang tali

jika T2 = tarikan pada sisi kendur tali

Jumlah tali yang dibutuhkanHP yang ditransmisikan tiap tali,

jumlah tali yang dibutuhkan

Diameter untuk poros puliJika d1 = diameter poros puli,

karena gantungan terakhir dari puli adalah 50 cm, maka momen lengkung pada poros,

Elemen Mesin