BAB III PERENCANAAN KOPLING GESEK
Berdasarkan spesifikasi dari tugas yang diberikan yaitu rancangan kopling gesek untuk kendaraan “ HINO “ dengan spesifi kasi daya 88 PS dan putaran 6000 rpm, maka akan dibahas perhitungan dari masing-masing bagian kopling tersebut.
3.1 Analisa Perhitungan poros
Sesuai dengan spesifikasi daya (P) 88 PS dan putaran poros (n 1) adalah 6000 rpm. Untuk mencari daya yang ditransmisikan (Pd) dapat digunakan persamaan (2.1 halaman 19) Pd = f = f c x P
Dimana : 1 PS = 0,735 kW Sehingga, 110 PS = 88 x 0,735 = 64,68 kW f c
= diambil 1,0 (tabel 2.2 halaman 19)
P d d
= 1,0 x 64,68 kw
P d d
= 64,68 kW
Momen puntir (T) dapat dicari dengan persamaan (2.2 halaman 23) T = 9,74 x 10 5
T = 9,74 x 10 5
Pd n1
kg . mm
64,68kw 6000rpm
T = 10499,72 kg. mm T = 105,445 kg. cm Poros yang direncanakan terbuat dari baja karbon (Jis G 4501) S55C, dengan kekuatan tarik b = 66 kg/mm 2 (tabel 2.1 hal 18) Tegangan puntir bahan dicari dengan persamaan (2.3 halaman 19)
a =
b
Sf 1 x Sf 2
Dimana : Sf 1 = 6,0 (pers 2.4 hal 19) Sf 2
= 2,0 (pers 2.5 hal 20)
Maka: 66
a =
6x2
a = 5,5 kg/mm2 = 550 kg/cm 2
Diameter poros (ds) dapat dihitung dengan persamaan ( 2.6 halaman 20 )
5,1 1/3 K t . C b . T ds = τa
Dimana : K t t = 1,5 ( dipilih ) pers 2.7 hal 20 C b = 2,0 ( dipilih ) pers 2.8 hal 20 Maka :
5,1 x 1,5 x 2 x 27154,45 d s = 5,5
1/3
= 42,27 mm Sehingga diameter poros yang diambil adalah ds= 45 mm. Jika direncanakan diameter tempat bantalan adalah Db= 47 mm. Maka jari-jari fillet dihitung dengan persamaan ( 2.9 halaman 20 ) r =
D b
d
s
2
Maka : r =
47 - 45 2
= 1,0 mm
Maka alur pasar, tinggi pasak dan fillet dapat dihitung dengan persamaan (2.10 halaman 20) 1. Alur pasak (b)
b= b =
d s 4 45 4
b = 11,25mm
2. Tinggi pasak (h) dapat dihitung dengan persamaan (2.11 halaman 20) h=
ds 8 45
=
8
= 5,625 mm
3. Fillet pasak (c) dapat dihitung dengan persamaan (2.12 halaman 20) c=
h b
5,625
=
11,25
= 0,5 mm
Tegangan geser (g) dihitung dengan persamaan (2.14 halaman 21) T
g =
d
=
3 s
5,1T 3
d s
16
=
5,1 x
27154,45 kg . mm
45 mm 3
= 1,52 kg/mm2 Dari gbr 2.14 halaman 25 dan gbr 2.15 halaman 25 dapat diketahui faktor konsentrasi tegangan α
dan
β untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros
bulat dengan alur pasak persegi yang diberi fillet . r/d s
= 1/45 = 0,022
Sehingga: α
= 2,3
β
= 1,7
Perbandingan tegangan geser yang terjadi selama mengalami faktor konsentrasi tegangan dari poros didapat dari persamaan (2.15 halaman 22)
a
x Sf 2
g x K t x C b
5,5 x 2,0
1,52 x 1,5 x 2
2,3
4,8 4,56
a
x Sf 2
g x K t x C b, baik
Maka perbandingan di atas dinyatakan baik karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar.
Gambar 2.19 Poros kopling
3.2 Analisa Perhitungan Plat Gesek
Momen puntir yang diteruskan ( T ) dapat dihitung dengan persamaan (2.16 halaman 226) T = 9,74 x10
5
fc P n1
T = 9,74 x 10 5 9
1 x 80,85 kW 2500 rpm
T = 27154,45 kg. mm
Besar gaya tekan pada permukaan bidang gesek ( F ) dihitung dengan persamaan ( 2.17 halaman 22 ) F=
( D22 - D12 ) x Pa
Perbandingan diameter
D1 :
D2 adalah
0,6 - 0,8
diambil 0,7 ( pers
2.21 hal 23). Besar tekanan rata-rata (Pa) dipilih bahan asbes dan besi cor 0,007-0,07 kg/mm2 (tabel 2.3 hal 22), sehingga diambil 0,02 kg/mm 2, dengan 0,35 – 0,65 maka diambil 0,6
F=
(D12 – 0,7 D22) x 0,02 kg/mm 2
4
=
(1 – 0,7) D22 x 0,02 kg/mm 2
4
= 0,0047 D 22 . kg/mm 2
Maka, jari-jari rata-rata (r m) dapat dihitung dengan persamaan (2.19 halaman 22)
D
r m =
1
D2
4
0,7 1 D 2
=
4
= 0,425 D 2
Diameter luar (D2) dihitung dengan persamaan (2.20 halaman 23) T = . F . r m = 0,6 x 0,0047 D 22 x 0,4 D 2 = 0,00119 D 23
27154,45
D2 =
45 √ 27154, 0,00119
3
= 283,63 mm
Diameter dalam (D1) dihitung dengan persamaan (2.22 halaman 23) D1 = 0,7. D2 = 0,7 x 283,63 mm = 198,55 mm Luas plat gesek (A) dihitung dengan persamaan (2.18 halaman 22) A = =
4
4
(D22 – D12) ( (283,63)2 – (198,55) 2
= 53294,56 mm 2
Besar tekanan pada permukaan plat gesek (F) dihitung dengan persamaan (2.17 halaman 22) F
= A . Pa = 53294,56 mm 2 x 0,02 kg/ mm 2 = 1065,9 kg
Gambar 2.20 Plat gesek
3.3 Perhitungan Umur Kopling
a. Momen Puntir Momen puntir ( T ) dari daya penggerak mula dihitung dengan persamaan (2.23 halaman 23) T = 974 = 974
fc x P n1 1,0 x80,85 2500
= 31,3 kg.m
Momen beban saat start dihitung dengan persamaan (2.27 halaman 24). Tl 1
T
T12
Dimana : T12 = Merupakan momen maksimum pada saat kecepatan penuh. Efek total gaya roda terhadap poros kopling adalah GD 2 = 3 kg m2. Kecepatan relatif (putaran penuh) pada poros kopling (n r ) dihitung dengan persamaan (2.24 halaman 23).
nr = n1 – n2 Bila: n1 = Putaran poros kopling = 2900 rpm n2 = Putaran beban (diasumsikan) = 2500 rpm
fc x P
Tl 1 = 974
n2
= 974
1,0 x 80,85 2500
= 31,5 kg.m Maka : nr = n1 – n2 = 2900 – 2500 = 400 rpm
Bila jangka waktu penghubung (dari saat kopling dihubungkan hingga kedua poros mencapai putaran yang sama) adalah te = 0,1 – 5 (s) diambil 0,7 s (waktu penghubung rencana). Faktor untuk keamanan kopling tetap diambil f = 1 Maka momen percepatan yang diperlukan mencapai jangka waktu penghubung yang direncanakan adalah (Ta) dihitung dengan persamaan (2.25 halaman 23) Maka : T a =
=
GD 2 .n1 375t e
+ Tl 1 (kg.m)
3 x 2500 375 x 0,7
31,5
= 64,64 kg.m Untuk momen berat yang digunakan dari permulaan maka dipilih kopling dengan kapasitas momen gesek dinamis (Tdo) dalam daerah berikut : T do > Ta . f
(pers 2.26 halaman 23)
> 64,64 kg. m x 1 64,64 kg.m Maka harga Tdo untuk kopling gesek plat tunggal kering diper oleh dari grafik adalah : - Nomor tipe kopling 100
-
T do =
90 kg.m > 128,44 kg.m
a. Kerja Penghubung Kerja penghubung (E) dapat dihitung dengan persamaan(2.28 halaman 29) 2
2
GD . nr
E =
x
7160 3 x 400
=
2
x
7160
Tdo Tdo - T
(kg.m/hb)
90 100 91,55
= 96 kg.m/hb
Bila jumlah penghubung tiap menit N = 0,7 hb/menit dan kerja penghubung yang diizinkan adalah Ea (kg.m/hb). Maka : E
Ea E
(pers 2.29 halaman 24)
96 kg.m/hb
b. Waktu Pelayanan dan Penghubungan (Waktu Kerja) Waktu penghubung sesungguhnya dihitung dengan persamaan (2.30 halaman 24) tae =
=
GD2 . n r 375 (Tdo - T)
(s)
3 x 400 375(90 27,15)
tae = 0,0547 s tae < te c.
( pers 2.31 halaman 24)
Perhitungan Panas Pada saat terjadi penghubungan, maka poros pada kopling akan panas akibat
gesekan, sehingga temperatur permukaan plat gesek biasanya naik sampai 200 0C dalam sesaat. Namun untuk seluruh kopling umumnya dijaga agar suhunya tidak lebih dari 800 C. Jika harga penghubung untuk satu kali pelayanan direncanakan lebih kecil dari pada penghubung yang diizinkan, maka pada dasarnya pemeriksaan temperatur tidak diperlukan lagi.
d. Umur Plat Gesek Umur plat gesek dalam jumlah penghubungan (N ml ) dihitung dengan (pers 2.32 halaman 29) 3
L
Nml =
E .w
Dimana : L3 = Volume keausan yang diizinkan dari plat gesek untuk nomor Kopling 100 = 210 cm 3 (tabel 2.5 hal 25) w = Laju keausan permukaan bidang gesek (5 – 10 ) x10 -7 cm3/kg.m ( tabel 2.4 hal 24) diambil = 8,5 x 10 -7 cm3/kg.m Maka : 3
L
Nml =
E .w
210
Nml =
96 x 5 x 10
7
= 257352,94 hb Bila jumlah penghubung tiap menit N = 1 hb/menit dan kerja kendaraan 10 jam/hari (direncanakan). maka : Nl
= N x h x t h (pers 2.34 hal 25)
Nl
=
Nl
= 175200 hb/tahun
1 x 60 x 8 x 365 hari
Sehingga umur kopling dapat dihitung dengan persamaan (2.33 halaman 30) Nmd =
N ml N 1
=
338813,5 175200
= 1,46 tahun
= ± 1 tahun 5 bulan
3.4 Analisa Perhitungan Pegas a.
Pegas Kejut
-
Bahan pegas yang dipakai SUP4
-
Tegangan maksimum pegas = 6500 kg/cm 2
(gambar 2.21 hal 26)
-
Jumlah pegas (n1) = 6 buah
-
Jumlah lilitan (n2) = 6 buah
-
Jumlah lilitan aktif (n3) = 4 buah
Gaya tekan pada pegas (F) dihitung dengan persamaan (2.35 hal 25)
F= =
4
4
(D22 – D12) P
(( 283,63 mm ) 2 – (198,55 mm ) 2 ) x 0,02 kg/mm 2
= 205,12 kg
Bila jumlah pegas (n 1) adalah 6 buah maka didapat gaya tekan untuk masing-masing pegas dihitung dengan persamaan (2.40 halaman 26) Wl =
F n1
=
205,12 6
= 34,19 kg Tegangan geser (g) dihitung dengan persamaan (2.36 halaman 30) g = 0,8 x a = 0,8 x 6500 kg/cm 2 = 5200 kg/cm 2 Faktor tegangan dari Wahl (K) dihitung dengan persaman (2.37 halaman 30) K=
0,615 1 + 4.c 4 c 4.c
Dimana : c = D/d (pers 2.38 hal 25) Harga c antara 4 – 10 diambil 6 (gbr 2.17 hal 32) K=
4 . 6 -1 4.6
4
+
0,615 6
= 1,25 Diameter kawat pegas (d) dihitung dengan persamaan (2.39 halaman 31) d2 = K
8
. c .
W l
g
Maka : d
K
=
8
.c .
=
1,25 x
W l
g
8
x 6 x
34,19 kg 5200 kg/cm 2
= 0,12 cm diambil 1,2 mm Diameter lingkaran pegas (D) dihitung dengan persamaan (2.41 halaman 31) D/d
=6
D
= 6 x 1,2 mm = 7,2 mm
Lendutan pegas () dihitung dengan persamaan (2.42 halaman 27) 3
=
8 n 3 D WL 4
d G
Dimana G adalah modulus geser = 8 x 10 3 kg/mm2 (tabel 2.6 hal 28) Maka : =
8 x 4 x (15,6) 3 x 34,19 kg (1,2) 4 x 8 .10 3 kg/mm 2
= 18,5 mm = 1,85 cm Konstanta pegas (k) dihitung dengan persamaan (2.43 halaman 27) k=
k=
G . d4 8 . n 3 . D3 8.10 3 kg/mm 2 x (1,2 mm) 4 8 x4 x(7,2 mm) 3 = 1,4 mm = 0,14 cm
Panjang lilitan pegas (H) dihitung dengan persamaan (2.44 halaman 27) Untuk pemakaian umum H/D tidak boleh lebih dari 4 Maka:
H/D < 4
Diambil:
H/D 2
H
<2D < 2 x 7,2 mm
H
< 14,4 mm
Gambar 2.21 Pegas kejut
b.
Pegas Tekan
Bahan pegas dari SUP4 -
Jumlah pegas (n1) = 6 buah
-
Jumlah lilitan (n2) = 6 buah
-
Jumlah lilitan aktif (n3) = 4 buah
-
Jarak sumbu pegas ketitik pusat poros r = 8
Gaya tekan (W) dapat dihitung dengan persamaan (2.40 halaman 26) T
W=
r
=
2715,4 kg.cm 8 cm
= 339,43 kg Gaya tekan tiap pegas W1 =
=
W n
1
339,43 kg 6
= 56,57 kg
Tegangan geser (g) dapat dihitung dengan persamaan (2.36 halaman 25) g = 0,8 x a = 0,8 x 6500 kg/cm 2 = 5200 kg/cm 2 Faktor tegangan dari Wahl (K) dihitung dengan persamaan (2.37 halaman 25) K
=
4 . c -1 4.c
4
+
0,615 c
Harga c diambil 6 (gambar 2.21 hal 26)
4 . 4 -1
=
0,615
+
4.6 4
6
= 1,25
Diameter kawat pegas (d) dihitung dengan persamaan (2.39 halaman 26) d2 = K
8
W l
. c .
K
d =
g
8
.c.
=
W l
g
1,25 x
8
x 6 x
56,57 kg 5200 kg/cm
2
= 0,2 cm = 2 mm Diameter lingkaran pegas (D) dihitung dengan persamaan (2.41 halaman 26) D =6xd = 6 x 2 mm = 12 mm Lendutan pegas () dihitung dengan persamaan (2.42 halaman 27) 3
=
8 n 3 D WL 4
d G
Dimana G adalah modulus geser = 8 x 10 3 kg/mm2 (tabel 2.6 hal 28) =
8 x 4 x (12 mm) 3 x 56,57 kg (7,1 mm) 4 x 8 .10 3 kg/mm 2
= 24,44 mm = 2,4 cm Konstanta pegas (k) dihitung dengan persamaan (2.43 halaman 32) k =
G.d
4
8 . n3 . D
k =
3
8.10 3 kg/mm
2
x 2 mm
4
8 x4 x(12 mm) 3
= 4 mm Panjang lilitan pegas (H) dihitung dengan persamaan (2.44 halaman 27)
Untuk pemakaian umum H/D tidak boleh lebih dari 4 H/D
< 4 Diambil panjang lilitan pegas = 2
H/D
2
H
<2xD < 2 x 12 mm < 24 mm
Gambar 2.22 Pegas tekan
3.4 Perhitungan Paku Keling
Bahan paku keling dari bahan ST 37 yang dengan kekuatan tarik 37 kg/mm 2 Faktor keamanan
Sf 1 = 6 ( pers 2.4 hal 19 ) Sf 2 = 2 ( pers 2.5 hal 19)
Tegangan tarik izin (t) dihitung dengan persamaan (2.45 halaman 27)
t =
=
b
sf 1 xsf 2
3700 kg / cm
2
6 2
= 308,3 kg/cm 2 Tegangan geser izin (g) dihitung dengan persamaan (2.46 halaman 28 ) g = 0,8 x t = 0,8 x 308,3 kg/cm 2 = 246,64 kg/cm 2 Tabel 2.7 Jumlah paku dan baris paku keling
Baris
Jumlah paku
r (mm)
I
16
94
II
16
80
III
16
65
IV
6
42
a. Baris Pertama (I)
N pk
= 16 buah
R
= 94 mm
Gaya tekan paku keling dihitung dengan persamaa n (2.47 halaman 28) T =Pxr Maka : P
=
=
T r
27154,45 kg .mm 94 mm
= 288,87 kg
P tiap paku keling dihitung dengan persamaan ( 2.49 halaman 29 ) P1
=
=
P n pk 288,87
kg
16
= 18,05 kg Maka diameter paku keling pada baris pertama ( D1 ) dihitung dengan persamaan (2.50 hal 29) D1
=
P 1 x 4
x g
18,05 kg x 4
=
x 4,4 kg / mm 2
= 2,28 mm = 0,22 cm b. Baris Kedua (II)
N pk
= 16 buah
r
= 80
Gaya tekan paku keling dihitung dengan persamaan (2.47 halaman 29) T
=Pxr
P
=
=
T r
27154,45kg .mm 80 mm
= 339,43 kg P tiap paku keling dihitung dengan persamaan ( 2.49 halaman 29) P2
=
=
P n pk 339,43 16
kg
= 21,21 kg Diameter paku keling pada baris kedua ( D 2 ) : D2
=
P 2 x 4
x g
21,21 x 4
=
x
4,4
= 2,47 mm = 0,24 cm
a. Baris Ketiga (III)
Maka :
N pk
= 16 buah
r
= 65 mm
T
=Pxr
P
= =
T r
27154,45 kg .mm 65mm
= 417,76 kg P3
=
P n pk
=
417,76
kg
16
= 26,11 kg Diameter paku keling pada baris ketiga ( D 3 ) dihitung dengan persamaan D3
P 3 x 4
=
=
x g
26,11 x 4 x
4,4
= 2,75 mm = 0,275 cm b. Baris Keempat (IV)
Maka :
N pk
= 6 buah
r
= 42 mm
T
=Pxr
P
=
=
T r
27154,45 kg .mm 42 mm
= 646,53 kg
P4
=
=
P n pk 646,53 6
kg
= 107,75 kg Maka diameter paku keling pada baris keempat: D4
=
P 4 x 4
=
x g
107,75 x 4
x 4,4
= 5,58 mm = 0.558 cm
Tabel 2.8 Gaya pada tiap baris paku keling
Baris
Jumlah paku
P (Kg)
I
16
18,05
II
16
21,21
III
16
26,11
IV
6
107,75
Gambar 2.23 Letak paku keling
BAB IV PENUTUP 4.1 Kesimpulan
Dari hasil perhitungan dan perencanaan didapat data spesifikasi dari kopling plat gesek. Untuk kendaraan
“COLT DIESEL”
dengan daya sebesar 110 Ps dan putaran
2900 rpm adalah sebagai berikut : 1. Momen puntir yang terjadi pada kopling (T)
: 27154,45 kg.mm
2. Daya yang di transmisikan ( Pd )
: 80,85 kW
3. Tegangan puntir (a )
: 5,5 kg/mm2
4. Kekuatan tarik ( b )
: 66 kg/mm2
5. Tegangan geser (g )
: 1,52 kg/mm2
6. Diameter poros penggerak (d s)
: 42,27 mm
7. Alur pasak (b)
: 11,25 mm
8. Tinggi pasak (h)
: 5,625 mm
9. Fillet pasak (c)
: 0,5 mm
10. Diameter dalam plat kopling (D2)
: 198,55 mm
11. Diameter luar plat kopling (D 1)
: 283,65 mm
12. Luas plat gesek (A)
: 53294,56 mm 2
13. Tekanan pada plat gesek (F)
: 1065,9 kg
14. Batas pemakaian (umur kopling)
: + 1,5 tahun
15. Pegas kejut a. Gaya tekan pegas (F)
: 205,15 kg
b. Diameter kawat pegas (d)
: 1,2 mm
c. Diameter lingkaran pegas (D)
: 7,2 mm
d. Lendutan ()
: 18,5 mm
16. Pegas tekan a. Gaya tekan (W)
: 339,15 kg
b. Diameter kawat pegas (d)
: 2 mm
c. Diameter lingkaran pegas (D)
: 12 mm
d. Lendutan ()
: 24,44 mm
17. Paku keling a. Pada baris pertama -
Jumlah paku (N pk )
: 16 buah
-
r 1
: 94 mm
-
Diameter paku (D)
: 2,28 mm
-
P tiap paku keling (P 1)
: 18,05 kg
b. Pada baris kedua -
Jumlah paku (N pk )
: 16 buah
-
r 2
: 80 mm
-
Diameter paku (D)
: 2,47 mm
-
P tiap paku keling (P 2)
: 21,21 kg
c. Pada baris ketiga -
Jumlah paku (N pk )
: 16 buah
-
r 3
:
-
Diameter paku (D)
: 2,75 mm
-
P tiap paku keling (P 3)
:
d. Pada baris keempat
65 mm
26,11 kg
-
Jumlah paku
: 6 buah
-
r 4
: 42 mm
-
Diameter paku (D)
: 5,58 mm
-
P tiap paku keling (P 4)
: 107,75 kg
Dari perhitungan Bab III dengan spesifikasi kendaraan dari daya 110 PS dan putaran 2900 Rpm. Maka didapatkan daya yang ditransmisikan (Pd) = 80,85 kW, dan didapatkan diameter poros standar 42,27 mm ini dapat dilihat dari tabel standar pemakaian diameter poros karangan sularso, ini sesuai untuk merencanakan suatu unit kopling gesek, diameter dalam plat didapatkan sebesar 198,55 mm dan diameter luar plat 283,63 mm, selisihnya tidak terlalu jauh sehingga dalam perencanaan didapatkan hasil yang baik, umur kopling dari kendaraan mitsubishi coltdiesel ini ± 1,5 tahun, dimana pemakaian 1 hari kendaraan ini 8 jam, dan ini merupakan jangka waktu yang tidak terlalu lama (standar) dalam pemakaian kendaraan umum alat berat ini, dari analisa perhitungan pegas dengan memakai bahan pegas SUP4 dapat dihasilkan pegas kejut dan pegas tekan suatu plat. Dengan memakai bahan ST 34 (buku sularso) dapat dihasilkan masing-masing diameter paku keling yang direncanakan. Jadi dari perhitungan ini dapat diambil kesimpulan bahwa untuk merencanakan suatu unit kopling maka diperlukan ketelitian agar perencanaan kopling gesek plat kering ini dapat optimal dan sesuai dengan yang diinginkan.
4.2 Saran
Perhitungan terhadap momen yang terjadi pada plat gesek kopling harus tepat agar diperoleh kinerja kendaraan yang optimal karena plat gesek sangat mempengaruhi pemindahan momen dari poros penggerak ke poros yang digerkkan.
Bahan yang digunakan dalam analisa perhitungan poros mempunyai kekuatan tarik yang besar karena hal ini sangat menentukan diameter poros kopling.
Penggunaan kopling pada kendaraan haruslah sesuai dengn standar yang telah ditentukan karena hal tersebut mempengaruhi umur dari kopling tersebut.
Dalam tugas perencanaan kopling plat gesek ini masih banyak kekurangan dan ketelitian dalam analisa perhitungan serta pengujian, disebabkan pengetahuan yang terbatas dari penulis tentang kopling dan elemen-elemennya. Saran dari penulis kepada pembaca, dalam menyusun dan menyelesaikan tugas gunakan lebih banyak buku referensi. Semakin banyak referensi akan menghasilkan perencanaan yang lebih baik.