l-
Milik Perpuslrko;n l-lnrun '
K nt-*
I!al 1rn*
DASAR PERENCANAAN DAN PEMILIHAN ELEMEN MESIN
DASITR PERENCIINAAN DAN PEMILIHAN
ELEMEN MESIN OLEH:
In. Sulnnso,MSME Mesin I-ektorKepala,DePartemen InstitutTeknologiBandung KrvornrsuSucA Toh-inGakuen Professor, Technical College, Japan
CetakanKesebelas
t"lc. F:gestef :
X".7dB /W
/oo
PT PRAI}TEAE\RA}[XA J A K A RT A
Pcrpsfur
Naional: futalog dalamterbitan6pf)
Sularso danpemilihanetemen Dasarperencanaan mesin/olehSularso,KiyokatsuSufa. - Cet' tt'Jakarta: PradnYaParamita,2004' ilus26 cm x;352ha1.; ISBN 979- 408- 126- 4. 1..Alat'alat bagianmesin' I. Judul' IL Sug4 KiYokatsu.
62r.82
l*{ Lt }'{ '."1
DASARPERENCANA ELEMEN MESIN Judul asli Oleh
Design k
@Hak Ciptadilindungi Diterbitkanoleh : PT, JalanBungaNo"8-8A Jakarta13140 :2W CetakanKegebelas : PT.AKA Dicetakolbh
PRAKATA Dengan berkembangnyasegalabentuk industri yang mempergunakandan menghasilkan mesin di Indonesia,maka semakin banyak diperlukan tenaga trampil yang mampu mengatasiberbagaimasalahperbaikandan perencanaanmesin.Namun justru dalam keadaanyang demikian itu akhir-akhir ini dirasakan adanyakelemahandalam pengetahuan-pengetahuan dasar mesin pada para teknisi yang berkecimpungdalam bidang permesinan.Kelemahanini di antaranya diakibatkan oleh kurangnya sarana pendidikan,baik yang formil maupunnon-formil, bagi para tenagateknik di Indonesia. Salah satu saranayang penting tetapi langka adalah buku. Maka penulisanbuku ini diharapkandapat memberikansumbangandalam rangka memperkokohpengetahuan dasar dalam ElemenMesin bagi para teknisi dan tenagaprofesionil lainnya. Sesuaidenganjudulnya, buku ini bermaksudmemberikanpedomandalam merencanakandan memilih elemenmesin.Meskipuntujuan utamanyaadalahmembantupara mahasiswatingkat sarjana muda di Perguruan Tinggi, namun uraian-uraian dalam buku ini diberikan secarapraktis sehinggadapat ditangkap juga oleh siswa Sekolah Lanjutan Atas maupun merekayang mempunyaidasar pengetahuansederajat. Contoh-contoh perhitungan dalam buku ini diberikan secaraterperinci disertai tabel-tabeldan grafik-grafik.Tata cara perhitunganyang pentingjuga dijelaskandalam bentuk diagram aliran atau flow chart sehinggapara pembaca dapat memperoleh gambaran menyeluruh tentang langkahJangkahyang perlu dilakukannya. Diagram aliran ini bila perlu juga dapat dimanfaatkan,untukmenyusunprogram komputer. Sebagaistandar untuk menyatakanbahan, ukuran, jenis, dll. di dalam buku ini dipergunakan standar Jepang JIS. Dengan dasar standar JIS ini tidak akan ada kesulitanmencariekivalensiatau persamaannyadenganstandarlain, terutamastandar internasionalISO dan standar lain yang terkenal di dunia. Penulismenginsyafibahwamasihada beberapahal yang dapat ditarnbahkanuntuk lebih melengkapibuku ini. Namun untuk itu kami terlebih dahulu akan mengundang sarandan tanggapandari para pembaca. Akhirnya penulis ingin menyampaikanrasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Seiji Kaya, Ketua dari The Assbciation for International Technical Promotion di Jepadgataskerja samadan bantuan yang diberikan dalam penulisandan penerbitanbuku ini. Terima kasih juga kami ucapkankepadaTuan Koichi Fukui dan Prof. ir. Wiranto Arismoenandaryang telah menjembatanikerja samaini. Bandung,Indonesiadan Tokyo, Jepang 1978
J,,2,Surlnso
)ldtuJ.,f Kryorersu Suce,
F$
I
DAFTAR I S I BAB 1. POROS DAN PASAK I I 5 12 17 23 25
Ll Macam-macamPoros t.2 Hal'hal PentingDalam PerencanaanPoros . 1.3 PorosDenganBebanPuntir.. .. . . . 1.4 Poros DenganBebankntur Murni t.5 Poros DenganBebanPuntir Dan Lentur 1 . 6 Macam-macamPasak 1.7 Hal-hal PentingDan Tata Cara PerencanaanPasak
BAB 2. KOPLING TETAP 29 29 29 36 4
LI Macam-macamKopling Tetap 2.2 H4-hal Penting Dalam PerencanaanKopling Tetap . 2_3 Kopling Kaku. L4 Kopling Karet Ban 2.5 KoplingFluida .. ..
.
BAB 3. KOPLING TAK TETAP DAN REM
3.1 Macam-macamKoplingTakTetap 3.2 Kopling Cakar 3.3 Kopling Plat 3.4 Kopling Kerucut 3.5 Kopling Friwil 3.6 Klasifikasi Rem . 3.7 Rem Blok Tunggal. 3.8 Rem Block Ganda 3.9 Rem Drum 3.10 Rem Cakera 3.ll Rem Pita
:"'""''
57 58 6l 73 76 77 77 83 84 90 94
BAB 4. BA}.ITALAI{ 4.1 4.2 4.3 4.4
Klasifikasi Bantalan PerbandinganAntara Bantalan Luncur Dan Bantalan Gelinding Klasifikasi Bantalan Luncur. Bahan Untuk Bantalan Luncur
103 103 104 105
I
I
I I I
,
Daftar Isi
vl
..... .... ...... . .... ..
4.5 Hal-hal PentingDalam PerencanaanBantalanRadial 4.6 BantalanAksial 4.7 CaraPelumasan Untuk BantalanLuncur 4.8 Jenis-jenis BantalanGelinding 4.9 Kelakuan BantalanGelinding 4.10 Bahan BantalanGelinding 4.11 Nomor Nominal BantalanGelinding 4.12 KapasitasNominal BantalanGelinding 4.13 PerhitunganBebanDan Umur BantalanGelinding. 4.14 FelumasanBantalanGelinding 4.15 SekatPelumas.
107 124 127 129
r30 131 132 133 t34 157 158
BAB 5. SABUK DAN RANTAI ...... ... .... ...
5.1 TransmisiSabuk-V
163 179 190 201 l I
BAB 6. RODA GIGI
t I
2tl 214 2t5 2t7 230 232 237 265 266 276 282
5"1 Klasifikasi Roda Gigi 6.2 Nama-namaBagian Roda Gigi Dan Ukurannya 6.3 PerbandinganPutaran Dan PerbandinganRoda Gigi 6.4 Profil Roda Gigi Dan Kelakuan 6.5 PersamaanUmum Untuk PerencanaanRoda Gigi Lurus Involut 6:6 Roda Gigi DenganPerubahanKepala 6.7 KapasitasBebanRoda Gigi 6.8 Proporsi Bagian-bagianRoda Gigi 6"9 Roda Gigi Kerucut 6.10Roda Gigi Cacing 6 . 1 rRangkaianRoda Gigi
BAB 7. I.JLIR DAN PEGAS 1.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6. 7.7
Hal Umum TentangUlir .. PemilihanBaut Dan Mur Ulir DenganBebanBerulang Hal Umum TentangPegas . . ... . . Perencanaan PegasUlir PegasUlir DenganBebanBerulang Alat PercegahDan PeredamGetaran
Lampiran Laftar Istitah
... ' . .
284 296 304 311 315 31E 326
------ 32e 341
I I
I I /l I I 2. I
2 2 2 2 2 3 3
r
:
i i
I
it
frerpus"lkaen Knta lrlalang
DAFTARNAMA.NAMADIAGRAMALIRAN
l. ,} 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. t0. il. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. ?2. 23.
u.
25.
x. n.
28. 29. 30. 31.
Diagramaliran untukmerencanakan porosdenganbebanpuntir ............,.' 6 Diagram aliran untuk merencanakanporos denganbebanlentur murni. 14 Diagram aliran untuk merencanakanporos denganbebanpuntir dan lentur 20 Diagramaliran untuk merencanakan pasakdan alur pasak . . ...... 26 Diagram aliran untuk memilih kopling tetap jenis flens . . 32 Diagram aliran untuk memilih kopling tetap jenis karet ban 42 Diagramaliranuntuk memilihkoplingfluida . ....... 46 Diagram aliran untuk merencanakankopling cakar .. 60 Diagram aliran untuk memilih kopling elektro magnit 66 Diagram aliran untuk merencanakankopling kerucut 15 Diagram aliran untuk merencanakanrem blok tunggal Diagram aliran untuk menghitungfaktor efektivitasrem pada otomobil 92 Diagram aliran untuk merencanakanrem pita 96 Diagramaliran untuk merencanakan bantalan.luncursecarasederhana .... l2o Diagram aliran untuk merencanakanbantalanluncur secarateliti . . . ... .. l2l Diagram aliran untuk merencanakanbantalanaksial Diagram aliran untuk memilih bantalangelindingpada persnelengotomobil .... 147 Diagram aliran untuk peririlihanbantalangelindingpada diferensialotomobil .... 152 Diagramaliran untuk memilihbantalangelindingpada roda otomobil .. .. .... .. 155 Diagramaliranuntuk memilihsabuk-V. ... .... 176 Diagramaliran untuk memilihsabukgilir. . .. . " lg8 Diagramaliran untuk memilihrantai rol . ... .. 195 Diagramaliran untuk memilihrantai gigi .... 204 Diagramallran untuk merenbanakan roda gigi Iurus standar . ... .. 246 Diagram aliran untuk merencanakanroda gigi denganperubahankepala .... 2sg,z6o Diagramaliran untuk merencanakan roda gigi kerucutlurus .... .. 274 Diagram aliran untuk merencanakanroda gigi cacingsilinder .... 279 Diagramaliran untuk merencanakan baut dan mur kait .... 302 Diagramaliran untuk merencanakan baut dan mur denganbebanberulang...... 303 Diagramaliran untuk merencanakan pegasulir .. ... . 314 Diagram aliran untuk merencanakanpegasulir denganbebanberulang ... . 3zl,322
IF';{tiJ
fir uJ; };'l t;lr,l4
dad'DiagraxnAliran Lcnrbartg.l'arnbang Dagram aliran yang menjadiinti dari buku ini digambarkandenganmenggunakan tersebutdibuatagakberbeda sepertidi bawahini. Lambang-lambang lambangJambang denganyang biasadipergunakandalam program urnum komputer untuk memudatrkan pengertiantata cara perencanaan. Jumlah lambangyangdipakai diusahakansesedikit mungkin.
yangdiberikandisu*indi.sini. Data dan persyaratan
seperti pemilihan pei-' Di sini diperlu*an-,pertirnbangan-pertimbangan syaratan kerja, persyaratanpengerjaan,bahan dan perlakuan paaas,pedan faktor-faktorlain,harga-harga empiris,dll., nggunaanfaktor keamanan
Pengolahan:dilakuf
Harga yang dihitung dibadingkan deng,tn hargrapatol(an, dll. untuk mengambilkeputusan.
Hasil perhitunganyang utama dikeluarkan pada alat tik.
Untok menyata.kanpengeluarandari tempat.keputusan'ke,tempdJ umnya atau berikutnya,atau suatu pemasukanke dalam aliran y'ang berlanjut. yang berturutan langkah-langkah Untuk menghubungkan
Y = y a: T: t idak .
t
t i
r{ !
BAB 1. POROSDAN PASAK Porosmerupakansalahsatubagianyangterpentingdari setiapmesin.Hampir semua mesin meneruskantenaga bersama-samadengan putaran. Peranan utama dalam transmisisepertiitu dipegangoleh poros. Dalam bab ini akan dibicarakanhal poros penerusdaya dan pasakyang dipakai untuk meneruskanmomendari atau kepadaporos. [.]
Macam-macam Poros Poros untuk meneruskandaya dikasifikasikanmenurut pembebanannyasebagai berikut. (l)
PorosTransmisi
Poros macam ini mendapat beban puntir murni etau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai, dll. @
Spindel
Poros transmisi yang relatif pendek, sepertiporos utama mesinperkakas,dimana beban utamanyaberupa puntiran, disebut spindel. syarat yang harus dipenuhi poros ini adalahdeformasinya haruskecil dan bentuksertaukurannyi harusteliti. (3) Gandar Poros seperti yang dipasang di antara roda-roda kereta barang, dimana tidak mendapatbebanpuntir, bahkan kadang-kadangtidak boleh berputar, disebutgandar. Gandar ini hanya mendapatbebanlentur, kecualijika digerakkanoleh penggera=k mula dimanaakan mengalamibebanpuntir juga. Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagaiporos utama dari mesin totak, dll., poros luwes untuk transmisi dava kecil agar terdapatkebebasanbagi perubahanarah, dan lain-lain.
ti i
|.: rc
[J
Hal-hal Penting Dalam Perencanaan poros Untirk merencanakansebuahporos, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan. (1) Kekuatanporos Suatu poros transmisi dapat mengalamibeban puntir atau lentur atau gabungan antatapuntir dan lentur sepertitelah diutarakandi atas.Jugaada poros yang;enda;at
Bab 1' PorosDan Pasak dll' bebantarik atau tekan sepertiporos baling-balingkapal atau turbin' diameter poros bila tegangan konsentrasi pengaruh atau Kelelahan, tumbukan diperhatikan' diperkecil(porosbertangga)atau bila poros mempunyaialur pasak,harus beban-beban menahan untuk kuat cukup hingga sebuah poros harus-lirencanakan di atas. (2)
Poros
jika lenturan atau Meskipun sebuahporos mempunyaikekuatanyang cukup tetapi (pada mesin defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak-telitian gigi). roda kotak dan pada turbin (misalnya suara perkakaJ)atau getarandan juga harus diperhatikandan Karena itu, disampingkekuatanporos, kekakuannya poros tersebut. dilayani yang akan disesuaikandenganrnacammesin (3) Putaran Kritis dapat Bila putaran suatu mesindinaikkan maka pada suatuharga putaran tertentu ini Hal putaran kritis' ini disebut Putaran lerjadi g"t"run yang luar biasa besarnya. mengakibatkan dapat dan dll., listrik, motor daiat terjadi pada turbin, motor torak, direncakeiusakanp"d" poro. dan bagian-bagianlainnya. Jika mungkin,.porosharus putaran kritisnya' dari rendah lebih putaran kerjanya nakan sedemikianrupa hingga (4) Korosi poros propeler Bahan-bahantahan korosi (termasukplastik) harus dipilih untuk pula untuk porosDemikian yang korosif. dan pompa bila terjadi kontak denganfluida Sampai lama. berhenti yang sering mesin pofos yangterancamkavitasi,dan poros-poros korosi. terhadap perlindungan batas.batastertentu dapat pula dilakukan (5) .BnhanPoros dingin Poros untuk mesin umum biasanyadibuat dari baja batang yang ditarik dari yang dihasilkan S-C) (disebut bahan dan difinis, baja karbon konstruksi mesin kadar dicor; dan ferrosilikon dengan ingot yang'di-ikin" (baja yang dideoksidasikan ini kelurusannva taiUon teijamin) (nS C:rz: Tabel l.l). Meskipun demikian, bahan yang kurang tegangan karena agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi terasnya' dalam di sisa tegangan ada sJimbangmisalnyabila diberi alur pasak,karena kekuatannya dan keras menjadi poros Tetapi pinarikan dingin membuat permukaan dari batang bertambah besar. Hirga-htga yang terdapat di dalam tabel diperoleh poros untuk bahwa diingat harus ini percobaandengandiameter 2S.-; dalam hal rendah lebih akan tersebut yang diameternyajauh lebih besar dari 25 mm, harga-harga iari paOayang ada di dalam tabel karenaadanyapngaruh masa' Poros.porosyangdipakaiuntukmeneruskanputarantinggidanbebanberat yang sangattahan terhadap umumnyadiUuatiuriUuj" paduandenganpengerasankulit khrom nikel molibden, baja nikel, keausan.Beberapadi antaranyaadalah baja khrom G4105dalam Tabel G4104, baja khrom, baja khrom molibden,dll. (G4102,G4103, dianjurkan jika selalu tidak t.i;. seranpun temikian pemakaianbaja paduan khusus demikian perlu hal Dalam karena iutaran tinggi dan beban berat. alaSannyat panas secaratepat "nyn prlakuln dipertimbangkanpenggunaanbaja karbon yang diberi dari ingot (G3201, ditempa tempa kel-uatuoy"ng diperlukan. Baja untuk -.-p"roletr
tI
1.2 Hal-hal Pe,ntingDalam perencanaanporos Tebel 1.1 Baie karbon untuk konsfrutsi mesin drn boia batang yang difinis dingin unhrk poros. Perlakuan panas
Kekuatan tarik (kg/mm')
Penormalan
48 52 55 58 62 66
Staadar dan macam Lambang
Baja karbon konstruksi mesin
(JrsG 45ol) Batang baja yang difinis dingin
s30c s35C s40c s45C s50c s55C s35C-D s45C-D s55C-D
53 60 72
Keterangan
ditarik dingin, digerinda,dibubut, atau gabungan antara hal-hal tersebut
Tabel 1.2 Baja prduan untuk poros. Standardan macam
Lambamg
Perlakuanpanas
SNC 2 Baja khrom nikel (JIS G 4102)
sNc 3 sNc21
Pengerasankulit
SNC22 SNCM SNCM Baja khrom nikel moliMen SNCM (JrsG 4103) SNCM
1 2 7 8
sNcM22 sNcM23 sNcM25
Baja khrom (JIS G 4104)
Baja khrom moliMen (JIS G 4105)
SCr 3 SCr 4 SCr 5 SCr2l SCr22 SCM SCM SCM SCM
Pengerasankulit
Pengerasankulit
2 3 4 5
scM2l SCM22
scM23
Pengerasankulit
Kekuatan tarik (klmm2)
85 95 80 100 85 95 100 105 90 100 t20 90 95 100 80 85 85 95 100 105 85 95 100
I rI
r
a
I
Bab 1. PorosDan Pasak yang dikil dan disebutbahan sF; kekuatandijamin)iuga seringdipakai. Poros.porosyang bentuknyasulit sepertiporos engkol, besi cor nodul atau coran lainnya telah banyak dipakai. Gandar untuk kereta rel dibuat dari baja karbon, khususnyayang dinyatakan dalam EA5o2(Tabte 1.3). Demi keamanan,perlu dipertimbangkan secarahati-hati. Trltsl 1.3 Behanporosuntukkendaraanrel. Kelas
Lambang
Pemakaian utama
Perlakuanpanas
Batas Kekuatan mulur tarik (kg/mm2) (kg/mm2)
A SFA 55A Kelas I
Poros pengikut
B SFA 55B
28
55
30
60
Celup dingin dan pelunakan
35
65
C-elupdingin dan pelunakanpada bagian tertentu
30
60
Penormdan atau celup dingin dan pelunakan
A SFA 604 Kelas 2 B SFA 608 A SFA654 Kelas 3 B SFA65A A
SFAQA
B
SFAQB
Gandar yang digerakkan dan poros pengikut
Kelas 4 Cannn: A=0935% P atau kurang
9,a%
S atau
kurang
B :0,M5% P atau kurang 0,045% S atau kurang
Pada umumnya baja diklasifikasikan atas baja runak, baja liat, baja agak k dan baja keras. Di antaranya, baja liat dan baja agak:keras banyak aipititr u Poros. Kandungan karbonnya adalah seperti yang tertera dalam Tabel 1.4. lunak yang terdapat di pasaran umumnya agak kurang homogen di tengah, se tidak dapat dianjurkan untuk dipergunakan sebagaiporos pJnting. Baja agak keir pada umumnya berupabaja yang dikil sepertitelah disebutun ai atas. Baja macam i jika diberi perlakuan panas secaratepat dapat me4iadi bahan poros yang sangat Tebel 1.4 Pelggolongan bojr seceraumum. Golongan Baja lunak Baja liat Baja agak keras Baja keras Baja sangat keras
Kadar C (%) -o,15 0,2-0,3 0,H,5 0,H,9 0,9-1,2
Meskipun demikian, untuk perencanaanyang baik, tidak dapat dianjurkan un memilih baja atas dasar klasifikasi yang terlalu umum seperti di atas. sebaiknya
I
1.3 PorosDe,nganBebanPuntir
\
5
milihan dilakukan atasdasarstandar-standaryang ada. Nama-nama dan lambang-lambang dari bahan-bahan menurut standar beberapa negarasertapersamaannyadenganJIS (standarJepang)untuk poros diberikan dalam Tabel 1.5. Tabel 1.5 Strndrr brjr. Ndma
Baja karbon konstruksi mesin
Baja tempa
(Jrs)
s25C s30c s35C S,|(rc s45C s50c s55C sF 40,45 50,55
Baja nikel khrom
sNc sNc22
Baja nikel khrom moliMen
SNCM 1 SNCM 2 SNCM 7 SNCM 8 SNCM22 SNCM23 SNCM25
Baja khrom
Baja khrom molibden
IJ
Standar Jcpang
Standar Amerika (AISI), Inggris (BS), dan Jerman (DIN)
AisI 1025,Bso6oA25 AISI 1030,85060A30 4ISI 1035,85060A35,DIN C35 AISI 1040,85060A40 AISI 1045,85060A45,DIN C45,CK45 AISI 1050,85060450,DIN St 50.11 AISI 1055,85060455 ASTMAl05-73 BS653M31 BSEn36 AISr 4337 BS830M3l AISI 8645,BS En100D AISI 4340,8S817M40, E16M{ AISI 4315 AISI 4320,BSEn325 BSEn39B
SCr 3 SCr 4 SCr 5 SCr2l SCr22
AISI 5135,85530A36 AISI 5140,BS530A40 AISI 5145 AISI 5115 AISI5l2O
SCM2 SCM3 SCM4 SCM5
AISI4130, DIN 34CrMo4 AISI 4135,85708A37,DIN34CrMo4 AISI 4140, BS708M$, DIN42CrMo4 AISI4145. DIN50CrMo4
PorosDenganBebanPuntir Berikut ini akan dibahasrencanasebuahporos yang mendapatpembebananutama berupatorsi, sepertipada poros motor dengansebuahkopling. Jika diketahui bahwaporos yang akan direncanakantidak mendapat beban lain kecualitorsi, maka diameterporos tersebutdapat lebih kecil dari pada yang dibayangkan. Meskipun demikian,jika diperkirakan akan terjadi pembebananberupa lenturan,
Bab 1. Poros Dan Pasak Diagram aliren untuk ."r"ooo"k"o
poroe dcnganbehenpuotir
S T AR T I Daya yang ditransmisikan:P ftW) Putaran poros: n, (rpm)
13 Dameter Porosd" (mm) ';ffi;;;il,,-i.,iiu"i p*".
Jari-jari filet dari poros bertangga Ukuran pasak dan alur Pasak
3 Daya rencana P, (kW) 4 Momen puntir rencana I (kg mm)
5 Bahan poros, Perlakuan Panas' kekuatan tdrik d! (kglmm1 Apakah Poros bertangga atau beralur pasak Faktor' keamanan Sft, Sf,
6 Teganqqn geser Yang diizinkan ro ftg/mm') 7 Faktor koreksi untuk momen puntir K, Faktor lenttrran C,
E Diameter poros d (mm)
9 Jari.-jari filet dari poros'brtangga r (mm) Ukuran pasak dan alur Pasak
l0 Faktor konsentrasi tegaugan pcda poros bertanggaf,pada paspkb
ll Tegangan gesert (kg/min'z)
r- Sf' 12 ' ": c K, t d" tauf
r
1.3 Poros De.nganBeban puntir
tarikan, atau tekanan, misalnyajika sebuahsabuk, rantai atau roda gigi dipasanglcan pada poros motor, maka kemungkinan adanyapembebanantambahan terseuut rtnu diperhiturrgkandalam faktor keamananyang diambil. Tara caraperencanaandiberikan dalam sebuahdiagiam aliran. Hal-hal yang perlu diperhatikanakan diuraikan sepertidi bawahini. Pertama kali, ambill ah suatu kasus di mana daya P (kW) harus ditransmisilon dan putaran poros t?1(rpm) diberikan. Dalam hal ini p"tiu Otukukan pemeriksaan terhadap daya P tersebut. Jika P adalah daya ruta-ratayang diperlukan maka harus dibagi denganefisiensimekanis4 dari sistim transmisi untuk mendapatkandaya penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat stai, atau mungkin beban yang besar terus bekerja setelahstart. Dengan iemikian serinj kali diperlukan koreksi pada daya rata-ratl yang diperlukan dingan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan. Jika P adalahdaya nominal output dari motor penggerak,maka berbagaimacam faktor keamananbiasanyadapat diambil dalam perencanaan,sehinggakoreksi pcrtama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalahf" (Table 1.6) mala daya ren,:ana i, (kW) sebagaipatokan adalah Pd : f"P (kw)
(l .l)
Trbel 1.6 Frktor-frktor koreksidayayrng rkrn ditrrncnrbihra,f. Daya yang akan ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimumyang diperlukan Daya normal
f"
r,2-2p 0,8-1,2 I,G-l,5
Jika daya diberikan dalam daya kuda @s), maka harus dikalilcan dengan eT35 untuk mendapatkandaya dalam kW. Jika momenpuntir (disebutjuga sebagaimomenrencana)adalahu (kg.mm) maka (I/1000)(2nnrl60)
_ .o:_____aE_
(r.2)
sehingla T : 9,74xtOt&
n1
(1.3)
Bila momen rencanaz (kg.mm) dibebankanpada suatu diameterporos d" (mm), maka tegangangeserr (kglmm2)yang terjadi adalah
'
:
T
5,IT
1"a!rcy:E
(1.4)
Tegangangeseryang diizinkan z. (kg/mm2) untuk pemakaianumum pada poros 'lapat diperolehdenganberbagaicara. Di dalam buku ini ro dihitung atas dasarbatas kelelahanpuntir yang besarnyadiambil 40o/odari bataskelelahantarik yang besarnya
Bab 1. PorosDan Pasak kira-kira 45o/odari kekuatantarik os Gg/mm'z).Jadi bataskelelahanpuntir edalah l8lo dari kekuatan tarik or, sesuaidengan standar ASME. Untuk harga l8o/oini faktor keamanandiambil sebesarl/0,18 : 5,6.Harga 5,6 ini diambil untuk bahanSF dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk bahan S-c denganpengaruhmasa,dan baja paduan.Faktor ini dinyatakandengan,!f,. . Selanjutnyaperlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. pengaruh kekasaranpermukaanjuga harusdiperhatikan.Untuk memasukkanpengaruh-pengaruh ini dalamperhitunganperlu diambil faktor yang dinyatakansebagaisf, denganharga sebesar1,3sampai3,0. Dari hal-hal di atasmaka besarnyaro dapatdihitung dengan r,:
o"f(Sf, x Sfz)
(1.5)
Kemudian, keadaanmomen puntir itu sendirijuga harus ditinjau. Faktor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga diprikai di sini. Faktor ini dinyatakan denganK,, dipilih sebesarl,0jika bebandikenakansecarahalus,1,0-l,5jika terjadisedikitkejutan atau tumbukan, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar. Meskipun dalam perkiraan sementaraditetapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinanpemakaiandengan beban lentur di masa mendatang.Jika memangdiperkirakan akan terjadi pemakaian denganbebanlentur maka dapat dipertimbangkanpemakaianfaktor C6yangharganya dntaru 1,2 sampai.2,3.(Jika diperkirakantidak akan terjadi pembebananlentur maka C, diambil : 1,0). Dari petsamaan(1.4) diperolehrumus untuk menghitungdiameterporos 4 (mm) sebagai d":
lrL*''"f'''
(1.6)
Diameterporos harus dipilih dari Tabel l.7.Pada tempat dimanaakan dipasang bantalangelinding,pilihlah suatu diameteryang lebih besardari harga yang cocok di dalam tabel untuk menyesuaikannyadengan diameter dalam dari bantalan. Dari bantalanyang dipilih dapat ditentukanjarijari filet yang diperlukan padatanggaporos. Selanjutnyaukuran pasakdan alur pasakdapat ditentukan dari Tabel 1.8. Harga faktor konsentrasiteganganuntuk alur pasaka dan untuk poros bertangga fl dapatdiperolehdengandiagramR. E. Peterson(Gambarl.l,1.2). Bila a atau B dibandingkandenganfaktor keamanan,f, untuk'konsentrasitegangan padaporos bertanggaatau alur pasakyangditaksir terdahuhi,maka a alau B seringkali menghasilkandiameterporos yang lebih besar. Periksalahperhitungantegangan,mengingatdiameteryang dipilih dari Tabel 1.7 lebih besardari d" yang diperolehdari perhitungan. Bandingkanu and B, dan pilihlah yang lebih besar. Lakukan koreksi pada Sf2 yang ditaksir sebelumnyauntuk konsentrasitegangan, denganmengambilr,'Sf2l(uatau p) sebagaiteganganyang diizinkan yang dikoreksi. Bandingkanhargaini denganx.Ca.K dari tegangangeserx yang dihitung atas dasar poros tanpa alur pasak, faktor lenturan C6, dan faktor koreksi tumbukan Kr, dan tentukan masing-masingharganyajika hasil yang terdahulu lebih besar,sertalakukan jika lebih kecil. penyesuaian
_-b--
T
G'
1.3 Foros Dengan Beban puntir Tebel 1.7 Dirmeter potos. (Satuanmm)
4
10 11
l*' l.
'11,2 t2 '12,5
1.,,,
t4 (15) t6
6
(r7)
*6,3
,22A 24 25
,18 50
35 *35,5
55 56
38
60
18 19 20 22
65 70 7l 75 80 E5' 90 95
9
)
45
63
8
l.
42
28 30 *31,5 32
7 *7,1
Keterangan:
q
100 (105) lt0 *ll2 120 r25 130 tq 150 160 r70 180 190 2W
*224 2& 250 2@ 280 300 r315 320 3N 1355 360 380
400 4m
m
450 4ffi 480 500 530 560 600 630
2n
Tanda* menyatakanbahwabilangan yang bersangkutandipilih dari bilangan standar. didalam kurung hanya dipakai untuk bagiandimana akan dipasang -Bilangan bantalangclinding.
It c oo c c a0 o 6
o 6 c
ca I
c
o T cl lr
Gbr. I.l
0.t2
Fektor komentresi t€g.ogrn c untuk pembebanaapumir statb dari surtu porosbolrt d€ngu dur posrl persegi yeng diberi filet.
r
I
r lo
Bab l. Tebcl lJ
Poros Dan Pasak
LILunn posek den'elur pasaf,. Penampong alur pasak
hmmpeng posak
Uluran.ukuran utama Utuea mhd
,nr b xh
'i
i
Ufjts.o rrld.r b ,4 , d|0 tr
lrt0r.tr rood.r rl Pu.t Flrn.tb krl luncrr
2 I
2x2 3x3 axa 5xJ 6x6
I 5 6
Ox?)
7
lx7
t
l0xt 12xt llx9
l0 l2 ta
(Satuan:mm)
Prrt tiru
2 3 a 5
l"JLuu St !&r
c
,!
Ukuru Pant prim.tir
r2
3trndil A Plst lun0r
ft
Prlet tins
dso
lcfcrcBi Diamctcr pot6 yaDt dspri dipctai dr.
Gal G36 t{5 l(F56 t+70
1,8 2,5 3,0 3.5
lGto
4.0
7
rt-90
4p
3,3
2,4
22-n
t t 9
2"2-lto 28-t1o 35-t60
5,0
sp
3,X 3,3
5J
1t
2A 2,4 29
3{l3t 38-.14 4-fi
0,tG
o2s
6
72
7
02, o"o
0,'lo0,6(l
lp rA rJ 2,3 2,8 3,0
0,5 OB
r2
0,0t0,15
t,7 3,5
3O
0,lG 025
02, 0J0
frHh dsri " " " "
G8 t-10 t0-t2 12-17 t7_22 n-25
(15x l0)
t5
'|(Flt0
5p
16x l0 Itxll
t6 It
t0 ll
,15-lt0 5G200
6,0 7p
43 4A
3A 3,4
5G58 5H5
l)x 12 tlxll
x
t2 ta
56-m 63-2fi
7,5 9,0
19 5,4
39 4l
65-75 75-t5
(!l x 16)
u
flF2to
rp
25xla t,16 32x lt
25 n t2
ru-2t0 9F320
ep r0p It,0
t0
z2
t0,
t5
162
ta t6 It
0,6(F o.fl,
9G360
5,0
5,5
t,0
tJ 5A 6A 7A
5,0
rp 4l 5'/t 6A
0,4{F 0,60
5G55
E(FgO tH5 9t-lt0 ll0-r30
dalamtabel. ' , harut d[i[h d|ri angtaongta bcrikut scsuaidcngandaerahyangbersangkutan 6,t, 10,t2,14,16,1t,n,22,25,?9,32,t6,Q,45,50,56,63,70,90,g0, 100,ll0, 125,140,l@, 1g0,200,220,250,280, 320,360,400.
t I
I
1.3 Poros Dengan BebanPuntir
ll
Q.
tr € o0 n
o
6
o t J
o J
a E
Gbr. 1.2 Faktor konsennesiteganganp untuk pembebananpuntir statiC daii suatu porocbulat dengenpengecilandiameter yang diberi filet.
P [Contoh 1.1] Tentukan diametersebuahporos bulat untuk meneruskandaya l0 (kW) ^l pada 1450(rpm). Disamping pula akan dikenakannya Elgn-gustit*drperkirakan ' pasak perlu alur dibuat, dan dalam sehari akan bekerja selama _be,ban-lentr*r.-Sebuah 8 jam dengantumbukan ringan. Bahan diambil baja batangdifinis dingin S30C. [Penyelesaian] O P : l0 (kW), z, : 1450(rpm) @ f": l'o '; @ Pa: l,O x 10 : l0 (kW) ,,@ T:9,74 x 105x 10/1450 :6717 (kg'mm) @ S30C-D,oa : 58(kg/mm2),S/r : 6,0,Sfz :2,0 O @ r": 581(6,0x 2,0) : 4,83(kg/mm2) @ Ca:2,0 Kr: 1,5 T51 lrlr
O@ 4 : O
@
@
x 2,0x 1,5x 6717 : 27,7(mm) LO,rr)
diameterporos d" : 28 (mm) Anggaplahdiameterbagian yang menjaditempat bantalanadalah : 30 (mm) Jari-jari filet : (30 - 28)12- 1,0(mm) AlurpasakT x4x filet0,4 Konsentrasiteganganpada poros bertanggaadalah : 0,034,30128: 1,07,F : 1,37 1,0128 Konsentrasiteganganpada poros denganalur pasakadalah 0,4128: 0,014,c : 2,8,a > p Dari persamaan(1.4) : 1,56(kg/mm2) r : 5,1 x 67171(28)t
r il
il
tl
t2
'
Babl.
PorosDanPasak
@ 4,83 x 2,012,8:3,45 (kg/mm2)
@'
o' o'
I
@' @'
I
@
1,55x 2,0 x 1,5 : 4,68(kg/mm2) :.ro'Sfz < rC5'Kr-Kembali ke @ Anggaplahdiameter4 : 31,5(mm) Diameter bagian bantalan 35 (mm) Jari-jarifilet (35 - 31,5)12: 1,75(mm) Alur pasak l0 x 4,5 x 0,6 Konsentrasi tegangandari poros brtangga adalah : 0,056,35/31,5: 1,11,f : l,3O 475131,5 Konsentrasi tegangandari poros denganalur pasak adalah 0,6131,5:0,019,q,:2,7, u > P : l,l0(kg/mm') t : 5,1 x 67171(31,5)3 : (kg/mm') 4,83 x 2,012,7 3,58 l,l0 x 2 x 1,5:3,3(kg/mm2) :. qSf2la > t'C6'f', baik 4 : 3l'5 (mm)
s30c-D
.
Dia^meterporos: 531,5x Q35 Jari-jari filet 1,75(mm) Pasak: l0 x 8 Alur pasak: l0 x 4,5 x 0,6 Diameter poros motor dengan daya l0 (kW) x 4 kutub adalah lebih besar dari 630,yaitu $42.
I I
t
i
I t.l
1.4 Poros DenganBebanLentur Murni Gandar dari kereta tambang dan kereta rel tidak dibebani dengan puntiran melainkan mendapatpembebananlentur saja. Jika beban pada satu gandar didapatkan sebagaill2 dari berat kendaraan dengan muatan maksimum dikurangi berat gandar dan roda, maka besarnya momen lentur M1(kg'mm) yang terjadi pada dudukan roda dapat dihitungl Dari bahan yang dipilih dapat ditentukan tegangan lentur yang diizinkan oo adalah z : (kg/mn). Momen tahanan lentur dari poros dengair diameter 4 (--) dapat diperoleh dari diperlukan (n132)dllmmt;, sehinggadiameterd"yang Mt
Mr
o o-1 7 :@" :T
n:\Y,,)''
lo,zMr
(1.7) (1.8)
Dalam kenyataan, gandar tidak hanya mendapat beban statis saja melainkan juga beban dinamis. Jika perhitungan d" dilakukan sekedar untuk mencakup beban dinamis secarasederhanasaja, maka dalam p€rsamaan(1.8) dapat diambil faktor keamananyang lebih besaruntuk menentukanoo.Tetapi dalam perhitungan yang lebih
b-_
.L i
r
t-
t
i
r
lerpust,:kaan 1.4 Poros Dengan Beban
Fiot:r
hl i !":ng
teliti, beban dinamis dalam arah tegak dan mendatar harus ditambahkan pada beban statis. Bagian gandar dimana dipasangkannaf roda disebut dudulcan roda. Beban tambahan dalam arah vertikal dan horizontal menimbulkan momen pada dudukan roda ini. suatu gandar yang digerakkan oleh suatu penggerak mula juga mendapat beban puntir. Namun demikiart gandar ini dapat diperlakukan sebagaiporos pengikut dengan jalan mengalikan ketiga momen tersebut di atas (yang ditimbulkan oteh gaya-giya statis,vertikal dan horizontal) denganfaktor tambahan(faktor m) dalam rauef t.g-.Tebel1.9 Fektortambohrntegmgrnpadagrndar. Pcmakaian gandar Gandarpengikut (tidak termasukgandar lengan rem cakera)
Faktor tambahan teganganzr
1,0
Gandaryang digerakkan; ditumpu pada ujungnya
l,l-1,2
Gandar yang digerakkan; lenturan silang
l,l-12
Gandar yang digerakkan; lenturan terbuka
1,2-1,3
Lambangdari masing-masingbagianperangkatroda diberilcandalam Gambar 1.3. Rumus perencanaangandar diberikan dalam JIS 84501. Tata cara perencanaan denganmenggunakanrumus-rumustersebut ditunjukkan dalam suatu diagram aliran (Diagram 2).
Gbr.l.3 Gra&r.
I
Rumus.rumusdari JIS E4501diberikan di bawahini, sedangkanarti dari lambanglambangnyadapat dilihat di dalam diagram aliran.
M t:
(j - ilwl4
M 2:
avMl
P: Q o:
at W P (h b )
Ro :P(h+r)ls
(l.e) (1.10) (1.l t)
(r.r2)
r
-
r ]
.t
r..
' 2.
a
. .. '' - ' ' "
:
Bab l.
Poros Dan Pasak
Diagram aliran untuk merencanaksnporos denganbebanhntur nuni
S T AR T Bebanstatis pada satu gandar lV(kg) Jarak telapak roda g (mm) Jarak bantalan radial j (mm) Tinssi titik berat II (mm) kerja maks. Iz (km/h) feiiatan Jari-jari telaPak roda r (mm) Momen pada tumpuan roda kerena beban statis Mt (kg mm)
L
getaranvertikal
J-n
4 Momen Pada tumPuan roda karena gayavertikal tambahan M, (kg mm)
5 Jarak dari tengahbantalanke ujung luar naf roda a (mm) Panjang naf roda / (mm)
6 Bebanhorisontal P (kg) Bebanpada bantalan karena beban horisontal 0o Gg) Beban pada telaPak roda karena bebanhorisontal Ro Gg)
1
l
7 Momen lentur Pada naf tumPuan roda sebelah dalam karena beban horisontal M. (kg mm)
8 Macam, Pemakaian, bahan, Perlakuan Panasdari roda Tesanean lentur Yang diizinkan ma"am roda oru (kg/mm') ;il;i Faktor tambahan untuk tegangan menurut Pernakaianroda z
9 Diameter tumpuan roda d" (mm) Tegangan lentur Pada tumpuan rods di sebelahdalam naf roda o5
ll Faktor keamanankelelahann
12
n'. I
13 Diameter tumpuan roda d" (mm) Bahan poros Perlakuanpanas
1.4 Poros Delrcan Beban Lcntur Murni
Mt:
t5
Pr + Qo@+ /) - Re(a* t) - (i - ill}l
(r.14)
Harga ay dan cl diberikan dalam Tabel 1.10. Harga teganganyang diizinka;r.6y6(kg/mm2) dari suatu dudukan roda tcrhadap kelelahandiberikan dalam Tabel l.l l. Tabel l.l0
.
cye ep
Kecepatan kerja max. (km/jam) 120atau kurang
t2vrffi 160-190 190-210 Trbel l.l1
lr1
dy
0,4 , 0,5 ' 0,6 0,7
0,3 0,4 0,4 0,5
Tegrngrnyrry dlperbolchlmprdr hhn jdlr. Tegangan yang diperbolehkan, or, (kg/mm2)
Bahan gandar Kelas I Kelas 2 Kelas 3 Kelas 4
10,0 10,5 I1,0 15,0
Dari hal-hal di atasdapat disimpulkanbahwa
o,=lYr*, ^(M,* M,+ M))'''
( l.lt
setelah d" ditentukan maka teganganlentur o6(kg/mm2) yang terjadi poda dudukan roda dapat dihitung. selanjutnya jika oy6lo6samadenganI atau lebih, maka 10,2m(Mr I Mz _ .-r: 71
+ M)
n: owb> l C 6-
(r.16) (1.17)
Berikut ini diberikan contoh rencanasederhanatanpa mempergunakanDiagram 2. [contoh 1.2] sebuah kereta tambang beratnya 2,6 ton memakai 2 gn&r dengan 4roda. Gandar tersebuttetap, dan beratnyasendiri 950(kg). Lebar ret6l0(mm) dan jarak tumpuan pada gandar dengan penampangpeseg adalah 420 (mm). ntopoun diameter gandar yang harus diambil pada bantalan rol kerucut yang dipasaog pod" jarak285 (mm) dari tengahgandar?(Gambar 1.4) [Penyelesaian]Beban pada gandar adalah (950 + 2ffi)12 = lz?s(kg). panjang lenganmomen pada bantalan rol kerucut adalah (61012\- 2gs zo (mmi. nesarnyi momenlentur M : (177512) x 20 : 12750(kg.mm)
r
I ;
I' l5
Bab 1. Poros Dan pasak
Gbt. f.,f f,.rcir 3rnDlr3. Jika bahanyang dipakai
adalah
S45C,maka or : 5g (kg/mm2;. Jikafaktorkeamanan untukbeban ,ruri,a"Lu' o ii.'ili.;or perkarian diambil4' untuk sehingga t"i"."r,"r" menjadi 6 x 4 : Z4,maka n'ilriffiTs oo: Jgrl Dari persamaan(l.g)
, f lo,2 tr/r * = x tTzsnl : 42,3(mm) --r4i (mm) LT (C-atatan:Dalamkenv
uuo,"ruivuie?;'j,ffi:lffif"f*kai
Jawaban: as(nrn)
diameter 60mmsebagai hasildariperhitunsan
Berikut ini diberikan contoh penggunaanDiagram2. l. [contoh r'3] Gandar dari sebuah kendaraanrer sepertidiperrihatkan daram Gambar
i;?"Tl,tl11*tffl*:"b:;i;,tr-ii.rir91-"rl"ahi"i",e;ndarpadaduduk dianggapsebesar roo(tm/tj, ;;;.#1"" dari JIS E4so2r"u. rfru.
[Penyelesaian]
0
Gbr' l'5
gandardiambit
Gamber untul contoh13.
h : 970(mm), : loo (km/h);'r : 430(mm) -y l12o @ _-r tt, :2! _a--__ x 12000 :2,43 x 106(kg.mm)
,e;'-
!-
1.5 Poros Dengan BebanPuntir Dan Lentur ^ @ @O O
Q , y: 0, 3, d r: 0 ,4 Mz :0,3 x 2,43 x 106 : 0,729 x 106(kg.mm) a: 345( m m ),/-1 2 8 (mm)
Ai @ P : 0,3x12000: :600(kg) Qo : 3@Ox 97011930: 1809(kg) Ro : 3600 x (970 + 430\lll20 : 4500(kg) A Ms:3600 x 430+ l8l0 x (345+ 128)- 4500x {345 + 128- (810/2)} : 2,188x 106ftg.mm) @ Porospengikut, Kelas 3,6wt : l l (kg/mm2) Untuk poros pengikut m : I I x(2,43+0,972+2,188) x 106'11i3 :173(mm)--+175(mm) O O-rll0,2x lt-] L 10,2 x I x (2,43 + 0,972 + 2,188) x 106 :10,64 (kg/mm,) @ 0 b: @ n : 11110,64:1,03,baik @ Ditentukand": 175(mm), Kelas 3
15 Poros DenganBebanPuntir Dan Lenfur Porospadaumumnyameneruskandayamelaluisabuk,roda gigi dan rantai. Dengan ddmikian poros tersebutmendapatbebanpuntir dan lentur sehinggapada permukaan poros akan terjadi tegangangeserz(: TlZr) karcna momen puntir T dan tegangan o(: MIZ) karenamomenlentur. Untuk bahan yang liat seperti pada poros, dapat dipakai teori tegangangeser maksimum f
-max
:-
,/rc 2
Pada poros yang pejal denganpenampangbulat, o : 32 Mlnd? dan r : 16 Tlnd3,, sehingga
r-",: (\lld:)JW Bebanyang bekerjapada poros pada umumnyaadalahbebanberulang.Jika poros tersebutmempunyairoda gigi untuk meneruskandaya besarmaka kejutan berat akan terjadi pada saatmulai atau sedangberputar. Dengan mengingatmacam beban, sifat beban, dll., ASME menganjurkansuatu rumus untuk menghitungdiameterporos secarasederhanadimana sudahdimasukkan pengaruhkelelahankarenabebanberulang.Disini faktor koreksiK, untuk momenpuntir sepertiterdapat dalam persamaan(1.6) akan terpakai lagi. Faktor lenturan C6 dalam perhitunganini tidak akan dipakai, dan sebagaigantinya dipergunakanfaktor koreksi K, untuk momenlenturyang dihitung. Padaporos yang berputardenganpembebanan momenlentur yangtetap,besarnyafaktorK^adalah 1,5.Untuk bebandengantumbukan ringan K, terletak antara 1,5 dan 2,a, lan untuk beban dengantumbukan berat l(. terletakantara2dan3.
t-
I I
F t8
Bab 1. Poros Dan Pasak Dengan demikian persamaan(1.18) dapat dipakai dalam bentuk
?-"*: (5,lld:)J@W@F
(1 . 1 e )
Besarnya rmaxyang dihasilkan harus lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan ro. Harga-harga K, telah diberikan dalam pasal 1.3.
Ada suatu cara perhitungan yang populer dimana dicari lebih dahulu momen puntir ekivalen yang dihitung menurut teori tegangangeser maksimum, dan momen lentur ekivalenyang diperolehdengapteori tegangannormal maksimum. Selanjutnya diameter poros ditentukan denganmenganggapbahwa kedua momen di atas seolaholah dibebankanpada poros secaraterpisah.Dari keduahasil perhitungan ini kemudian dipilih harga diameter yang terbesar. Namun demikian, pemakaian rumus ASME lebih dianjurkan dari pada metodaini. Dari parsamaan (1.19)
d"2 [(5,rlr ")J@
+@g1r rt
(1.20)
Besarnyadeformasiyang disebabkanoleh momenpuntir pada poros harusdibatasi juga. untuk poros yang dipasangpada mesin umum dalam lonaisi kerja normal, besarnya defleksipuntiran dibatasi sampai0,25 atau 0,3 derajat. untuk poros panjang atau poros yang mendapatbebankejutanatau berulang,hargatersebut narusOinurangl menjadi ll2 dart harga di atas.Sebaliknyadapat te4ad1,pad-aporos transmisi di dalam suatupabrik, beberapakali harga di atas tidak menimbulkanliesukaran apa-apa. Jikb 4 ada]ahdiameterporos (mm), 0 defleksipuntiran (.), / panjangporos (mm), Zmomen puntir (kg.mm), danG modulusgeser(kg/mm11, ^ii-'
e:58 4#
(t.2r)
Dalam hal baja G : 8,3 x 103(kglmm2).perhitungan0 menurut rumus di atas dilakukan untuk memeriksaapakah harga yang diperolehmasih di bawah batasharga yang diperbolehkanuntuk pemakaianyang bersangkutan.Bila g dibatasisampai0.25" untuk setiapmeterpanjangporos, maka dapat dipiroleh persamaan
d " > 4 ,1 \ft _. Kekakuan poros terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila suatu poros baja ditumpu oleh bantalan yang tipis atau banlalan yang mapan sendiri, maka lenturan porosl, (mm) dapat ditentukan denganrumus berikut.
! :3,23" to-^o!ail|
(r.22)
di mana 4 : diameter poros (inm), / : jarak antara bantalan penumpu (mm), ^F= beban(kg), l, danI, : jarak dari bantalanyangbersangkutan ke titii
I
ttlif:r l'eipusr-.,karn Umum
1.5 porosDengannetan rurltir D* L"nt# {"i
h{alrng
19
dan resu\tantenya, dan se\anjutnya dihitung lenturan yang akan terjadi dalam arah vertikal dan horizontal. Jika berat poros sendiri tidal dipat diabaikan, maka pe_ nambahangayavertikar dengan r12berat poros tersebutdapat dianggapcukup. Bila suatu poros panjang ditumpu secarakaku dengan't^ouil'ojt^u J.oLn .u." lain, maka lenturannyadapat dinyatakandenganrumus berikut. l:3,23
x l0-a
Ft?rt
w
(r.23>
GayaFdihitung dengancara sepertidiutarakandi atas. Dalam persamaan(r.22) lenturan yang terjadi perlu dibatasi sampai0,3-0,35(mm) atau kurang untuk setiap I (m) iarak bantalan, untuk poro, transmisi umum Oengan bebanterpusat'Syaratini bila dipenuhitidak akan memperburuk kaitan antarapur"nlun roda gigi yang teliti. Bila celah antara rotor_dan rurnah merupakan masalah,seperti padaturbin, maka batastersebuttidak borehlebih dari 0,03-0,ii lmmTm). poros putaran tinggi, putaran kritis sangatpenting untut _Untuk aiperhitungkan. Pada mesin-mesinyang dibuat secarabaik, putaran kerja di dekat atau di atas putaran kritis tidak terlalu berbahaya.Tetapi, demi keamanan, dapat diambil pedoman secaraumum bahwaputaran kerja poros maksimumtidak bolehn'"t"Ui6i s0(%i putaran kritisnya. Misalkan ada suatu bebanterpusatyang berasaldari berat rotor, dil. yang bekerja di suatutitik pada sebuahporos. Jika beratleban tersebutoinyaiatcan dengan rv (ke), jarak antarabantalan/ (mm), dan diameterporos yang seragamd, (mm),sertapenumpunya terdiri atas bantalantipis atau mapan sendiri, rnutu putu.un t riti, poros tersebut nf" (rpm) adalah
N":527N&F
(r.24)
Perludiperhatikanbahwadalampenentuanputarankritis, gayayang diperhitungkan hanyalahgaya berat dari masaberputar yang membebanipoios sa;a,s"dangkanlaya luar sepertiyangterdapatdalampersamaan(r.22) dan(r.23itidak ada sangkul_puutiry". Berat poros sendiri dapat diabaikanjika cukup kecil. tetapi jika dirasa-cukupuasar dibandingkandenganberat masayang membebaninya, berat poros tersebutdapat ditambahkanpada berat bebanyang ada. ^^iuilzdari Jika bantalan cukup panjang dan poros ditumpu secarakaku, maka putaran kritisnya adalah ,a,
f-
t N^: 527ffiait I ' IJrl WtLt2
(t.2s)
Bila terdapat beberapabenda berputar pada satu poros, maka dihitung lebih dahulu putaran-putaran kritis N"t, N"z,N"g,' '., dari masing-masing bendatersebutyungseoraholah beradasendiripada poros. Maka putaran kritis keseluruhan dari sistimr/"e adalah I Nio
h,. iT'.iT
{t.26)
Harga N"o dari rumus ini kemudian dibandingkan dengan putaran maksimum se_ sungguhnyayang akan dialami oleh poros.
?n
*,-r'i.t
!- '
3.
',
:'i
baU t.
Poros flan Pasak
Diegnn dirrn untul Ecttncrnrkrn poros denptr behn puntir den hntur
S T AR T Daya yang diransmisikan P (k$f) Putaran poros n1 (rPm)
14 Defleksi Puntiran 0(")
3 Daya rencana Pd (kW) 4 Momen rencana I (kg mm)
'6
Perhitungan bebanhorisontcl Perhitungan beban vcrtikal l8 Berat masing-masing bcnda yang berputar W, (kg)
E Gambar bidang momen lentur
19 Putaran kritis untuk masing bendayg berPutarJV",(rpm) 20 Putaran kritis sistem if* (rpm)
10 Bahan poros Perlakuan Panas Kekuatan tarik o" (kg/mm2) Apakan ada tanggaatau alur Pasak Faktor keamanan Sfr, Sf, 1l Teganganlentur yang diizinkan o" (kg/mm') 12 Faktor koreksi lenturan K' Faktor koreksi Puntiran K,
13 Diameter Porosd (mm)
21
ftt
N_
22 Dianetet poros d(mm) Bahan poros Perlakuan panas
1.5 Poros Dengan Beban Puntir Dan Lentur
2l
Urutan perencanaansepertidi atas tersusundalam Diagram 3. Contoh di bawah ini akan memperjelasapa yang dibahasdi atas.
"!
[contoh 1.4] Sebuahporos ditumpu oleh 2 buah bantalan pada jarak I (m). Dua bluahpuli sabuk-v dipasangpada jarak 300(mm) dan 200 (mm) dari masing-masing bantalan, di mana gaya mendatar dan gaya tegak pada sabuk-V adalah sepertiyang diperlihatkan dalam Gambar 1.6. Hitunglah diameter poros yang diperlukan untuk meneruskandaya sebesar18 (kW) pada 300(rpm). Bahan poros diambil S30C. Jika defleksipuntiran dibatasisampaiI derajat,berapabesardiameterporos yangdipandang cukup? Jika berat puli sabuk I adalah 25(kg), berapakahkecepatankritis poros? Apakah poros dalam contoh ini cukup aman?
Gbr. f.5
Conroh1.4.
[Penyelesaian] O @ @ @ O @
P : 18(kW), n, : 300(rpm) f": 1,4 Pa: 1,4 x 18 : 25,2(kW) T :9,74 x lOs x 25,21300:81820(kg.mm) Bebansepertiyang diperlihatkandalam Gambar 1.6 Hr :215 (kg) n : 403(kgl ' Hz : 270(ke) -' Yz : 35 (kgl
A
.Rr r :
2l5x7Co+27Ox2N : zo5(kg) 1000 Rnz: Qls + 270)- 205:280 (kg) Rvr :
2103x700*35x200
: zg9(kg)
1000 Rvz (403 + 35) - 289 : 149(kg) @ Gambarkandiagram momen lentur (Gambar l.Z) Dari diagram momen lentur, harga-hargamomen lentur horizontal dan vertikal pada posisi puli I dan puli II adalah Mnr :205 x 3CI : 61500(kg.mm) Mnz :280 x 200 : 56000(kg.mm) Myr :289 x 300 : 86700(kg.mm) Mvz : 149 x 2I0/':-:29800(kg.mm) O Momen lentur gabunganadalah
Mnr : {i-I5mITTF6-mF : 106300 (kg.mm) Mnz: J(smf@900F : 63400 (kg.mm)
l l
Bab 1. Poros Dan Pasak
22 Mn :615S
Gbr. 1.7 Diagram momct! lentur drri contoh. r = 29t00 (kg mm)
@ Bahanporos S30C,on: 55 (kg/mm2). Porosharus diberi tanggasedikit pada tempat puli' Puli ditetapkandenganPasak.
, ,0 s , - 6 ,0sfz:2 x 2,0): 4,58(kg/mm2) @ rao: 551(6,0 @ K^ - 2,0,Kr: 1,5 (1.20) q9 Dari persamaan fr/3 : 64,9(mrn) -- 65 (mm) d": f(5,114,5s)j poros' Konsentrasitegangandi alur pasakadalahlebih besardari pada di tangga Dari Tabel 1.8,alur Pasakadalah 18 x 6 x 1,0 (1,0Jari-jarifilet) l,0165:0,015. Dari Gambar1.2,a :2,85 16 : 4,55(kg/mm2) (1,5 x 8l r :;6f JQ,o x lo6olo)2* Jikaq' Sf2 dibandingkandengant'a, 4,58 x 2 < 4,55 x 2,85 Suatudiametersebesar{70 tidaklah cukup, dan kita coba$75' Alur pasak20 x 7 x 1,0,1,0/75: 0,013,a :2,86 t :;;Ei
16
x 244967:2,96(kg/mm2)
4,58x 2>2,96 x 2,86,baik @ PerhitungandefleksiPuntiran G : 8,3 x 103(kg/mm2) 81820x 1000
o :584ffi :0,18'
l.
@ 0,18' < 0,25" baik tipis' @ Bantalanyang dipakai pada kedua ujung poros dianggap (kg)' Gaya resultantedari komponenhorizontal yang bersangkutan:a85 Padatitik pusatgaya: 3N +Hx
500 : 584(mm), 1000- 584 : 416 (mm)
Gaya resultantedari komponenvertikal yang bersangkutan:a38Gg)' Karena gaya ini lebih kecil dari komponen horizontal maka diabaikan.
F I
r-
1.6 Macam-macam Pasak
23
Perhitungandefleksi:Dari persamaan(1.22) . 485 x 5842x 4162 : 0,29(mm) ! : 3,23 x l0-" * ZSa, yll :0,2911 :0,29 (mm/m) 'OOO@ 0,29 < (10,3-0,35),baik Wz : 20 (kg) @ Berat bendayang berputar: Wt : ZS(kg), Beratporos:W,: (nl4) x 7,52x 100x ?,86/1000:34,7(kg) Setengahdari berat tersebut dianggap bekerja di tengah poros sebagaibeban terpusat. kritis dari masing-masingbendayang berputar adalah Kecepatan @ 7s2 n 0fro N.r : 52700-----jj-300 8930(rpm) x 700J;: N"2 :
: 13000(rpm)
s2700--E-ffi)* i52
lt00o
N"r : s2700-----::-Jjd
I @ Dari persamaan(1.25),N%
: e000(rpm) I
I I * * (oob6;, (8e30)z Groory
tl0-" x (0,0125+ 0,0059+ 0,123) tt-r"o: N3o:106x32,5733 N"o : 5707(rPm) <<(0,6 - 0,7),baik @ 30015707 @ d":75 (mm);S30C Diameter poros yang direncanakandengan cara ini akan lebih besar dari hasil yangdiperolehdengancaraperhitunganlain. Hal ini disebabkanoleh faktor konsentrasi tegangandari Petersonyangbesarpada alur pasak.ASME menganjurkanagartegangan puntir yang diizinkan pada permukaanporos yang menggunakanalur pasak diambil 75 (%) dari poros tanpa alur pasak. Dengan lain perkataan,faktor keamananuntuk ini adalah110,75: 1,33. Seperti ditunjukkan dalam contoh ini, bila daya diteruskan oleh sabuk, maka tumbukan dapat diserap oleh sabuk itu sendiri, sehinggaporos dapat dibuat sedikit lebih kecil. Bila daya diteruskan oleh roda gigi atau rantai, maka tumbukan akan dikenakanlangsungpada poros hinggakondisi pembebanannya lebih berat.
1.6 Macam-macamPasak Pasakadalah suatu elemenmesin yang dipakai untuk menetapkanbagian-bagian mesinsepertiroda gigi, sproket,puli, kopling, dll. pada poros. Momen diteruskandari poros ke naf atau dari naf ke poros. Fungsiyang serupadenganpasakdilakukan pula.olehseplain(spline)(Gambar 1.8) dan gerigi(serration,Gambar 1.9)yang mempunyaigigi luar pada poros dan gigi dalam denganjumlah gigi yang samapada naf dan salingterkait yang.satu denganyang lain. Gigi pada seplain adalah besar-besar,sedangpada gerigi adalah kecil-kecil dengan
24
Bab 1. Poros Dan Pasak Lubang
N%
i -\\K ..
Poros
@mn
(a) Alur persegi
Lingkaranjarak bagi
Gbr. 1.9 Gerigi (serration). Lingkaran dasar
i -L'
(b) Alurinvolut Gbr. l.t
Sephin(spline).
jarak bagi yang kecil pula. Kedua-duanyadapat digeser secaraaksial pada waktu meneruskandaya. Dalam pembahasandi sini hanya akan diuraikan tentangpasak saja. Pasakpada umumnya dapat digolonglan atas beberupamacam sbb.: (Gambar 1.10). Menurut letaknya pada poros dapat dibedakanantara pasak pelana,pasak rata, pasak benam, dan pasaksinggung,yangumumnyaberpenampangsegiempat.Dalam arah memanjang dapat berbentukprismatisatau berbentuktirus. Pasakbenamprismatisadayangkhusus dipakai sebagaipasakluncur. Di sampingmacamdi atasada pula pasaktemberengdan pasakjarum. Pasak luncur memungkinkan pergeseranaksial roda gigi, dll. pada porosnya, seperti pada seplain, Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskanmomenyang besar.Untuk momendengantumbukan, dapat dipakai pasak singgung. Pasak benam (c)
Gbr. l.l0
Macamorcrn
1ol.
T-
I
1.7 Hal-hal Penting Dan Tata Cara Pere,ncanaan Pasak
25
1,7 Hal-hal PentingDan Tata Cara PerencanaanPasak Pasakbenammempunyaibentuk penampangsegiempat di mana terdapat bentuk prismatisdan tirus yang kadang-kadangdiberi kepalauntuk memudahkanpencabutannya. Kemiringan pada pasaktirus umumnya sebesarl/100, dan pengerjaanharus hatihati agar naf tidak menjadieksentrik.Padapasak yangrata, sisi sampingnyaharus pas denganalur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan rusak. ukuran dan bentuk standarpasak diberikan dalam Tabel 1.8. Untuk pasak, umumnya dipilih bahan yang mempunjai kekuatan tarik lebih dari 60 (kg/mm2), lebih kuai dari pada porosnya. Kadang-kadangsengajadipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehinggapasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. rni disebabkanharga pasak yang murah sertamudah menggantinya. Sebagaicontoh ambillah suatu poros yang dibebani denganpuntiran murni atau mfuFn antarapuntiran dan lenturan,dimana diameterporos dan pasaksertaalurnya akan ditentukan. JIka momen rencana dari poros adalah z(kg.mm), dan diameter poros adalah 4 (mm), maka gayatangensialF (kg) pada permukaanporos adalah
F:#)
(r.27)
Menurut lambang pasak yang diperlihatkan dalam Gambar l.ll, gaya geser bekerjapada penampangmendatarb x /(mm2) oleh gaya rGg).Dengan demikian tegangangeserrk (kg/mm2)yang ditimbulkan adalah F bl Dari tegangan geser yang diizinkan rka(kg/mm2), panjang pasak /, (mm) yang diperlukan dapat diperoleh. 'k-
a . > -:
-*
F
(r.28)
b.l,
Gbr. l.l1
Gaya geserprdr penk.
Harga qo adalahharga yang diperolehdenganmembagikekuatan tarik o, dengan falitor keamanansf,a x sfrr. Harga ^!f,, umumnyadiambil 6, dan sfr2 dipilih ^niuru l-1,5 jika bebandikenakansecaraperlahanJahan,antara 1,5-3jika dikenakandengan tumbukanringan, dan antara 2-5 jika dikenakansecaratiba-tiba dan dengantumbukan berat. Selanjutnya,peihitunganuntuk menghindarikerusakanpermukaansampingpasak karenatekananbidangjuga diperlukan.
Bab l. 'Poros DanPasak Diagram diran untuk merencenlkan pasak dan alur pasak S T AR T I Daye yang akan ditransmisikanP (k!v) Putaranporosnt (rPm)
14 Harga terbesar dari antara /, dan L (mm) l, 15 PanjangPasakIn (mm)
3 Daya rencanaPd (kW)
/'
bld":Q,25-
16
-.915
4 Momen rencana7 (kg mm)
5 Bahan poros, Perlakuan Panas Kekuatan tarik ou(kg/mm2) Apakan ada tanggaatau alur Pasak Faktor keamananSf', Sft
6 Tegangangeserporos yang diizinkan r* (kg/mm') 7 Faktor koreksi untuk PuntiranK, ' Faktor lenturan Co
l0 Pasak: lebar Dx tinggi I Kedalaman alur Pasak Poros 4, Kedalaman alur Pasak naf l,
ll Bahan pasak,PerlakuanPanas Kekuatan tarik o"(kg/mm2) Faktor keamanan Sfn, Sfo,
Yang l2 TekananPenhukaan^Pasak diizinkan p, (kg/mm') TegangangeserPasakYang diizinkan tr, Gg/mm') 13 PanjangPasak,dari tegangan geseryang diizinkan /t (mm) PanjangPasak,dari tekanan PermukaanYangdiizinkan /r (mm)
17 Ukuran pasakD xi Panjang pasak /* (mm) Bahan pasak,perlakuanPanas
I i
pasak 1.7 Hal-halPentingDan Tata Caraperencanaan
27
Gaya keliling lr (kg) yang sama sepertitersebut di atas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Kedalaman alur pasak pada poros dinyatakan dengan /r, dan kedalamanalur pasak pada naf denganrr. Abaikan penguranganluas permukaan oleh pembulatansudut pasak.Dalam hal ini tekananpermukaanp (kg/mm2)adalah P : l;7,
Q'29\
utavD
Dari hargatekananpermukaanyang diizinkanp,(kg),panjang pasakyang diperlukan dapat dihitung dari Po 2
(l.30)
I x (t, atau tr)
Harga poadalahsebesar8 (kg/mm2)untuk poros dengandiameterkecil, l0 (kg/mm2) untuk poros dengandiameterbesar,dan setengahdari harga-hargadi atasuntuk poros berputarantinggi. Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35(%) dari diameter poros, dan panjangpasakjanganterlalu panjang dibandingkandengandiameterporos (antara 0,75 sampai 1,5d"). Karena lebar dan tinggi pasak sudah distandarkan,maka bebanyangditimbulkan olehgaya.Fyangbesarhendaknyadiatasidenganmenyesuaikan panjang pasak. Namun demikian, pasak yang terlalu panjang tidak dapat menahan tekananyang meratapada permukaannya.Jika terdapat pembatasanpada ukuran naf atauporos,dapatdipakai ukuran yangtidak standarataudiameterporosperlu dikoreksi. Tata caraperencanaandiberikan di dalam Diagram 4. [Contoh 1.5] Tentukan bahan dan ukuran suatupasakuntuk poros yang meneruskan daya sebesar10(kW) pada 1450(rpm). Panjangpasak benam tidak boleh lebih dari 1,3kali diameterporos. [Penyelesaian] O @ @ @ @ @ @
P : l0 (kW), n, : 1450(rpm) f":l Pa: 1,0 x l0: lQ(kry) T:9,74 x 105x l0lt450: tilT (kg.mm) S30C-D: or : 58 (kg/mm2),S.ft : 6, Sfz : 2 t* : 58/(6,0x 2,0) : 4,83(kg/mm2) Kt:2, Ct:2 T 5.1 ltlr
@ o':L#x
2 x 2 x e tn
) : a26gg) O F : 6717 l(31,512)
: 3 0 ,4( m m )31,5( m m ) --+
@ Penampangpasak 10 x 8, Kedalamanalur pasakpada poros tr : 4,5 (mm) Kedalamanalur pasak pada naf tz : 3,5 (mm) Jika bahanpasakS45Cdicelupdingin dan dilunakkan, maka @ on:70 (kg/mm2), Sfr : 6, Sftz:3, Sf*r.Sf*z:6 x 3 : 1g Tegangan geser yang diizinkan rr, : 70118: 3,9(kg/mm2) @
I
\1!F;
r
ii
Bab l.
Poros Dan Pasak
Tekanan permukaan yang diizinkan po : 8 (kg/mm2) L)6
@ t : Vft3 P:
426
4;3p
3,9 i. tr 2lo,9 (mm)
S 8'o ." l" Z 15'2(mm)
@ / :, 15,2(mm) @ /r : 25 (mm) @ bfd" = l0l3l,5 :0,317,0,25 < 0,317< 0,35,baik lkld": 25131,5:0,817,0,75< 0,794< 1,5,baik Ukuran pasak: 10 x 8 (standard) Panjangpasakyang aktif: i5 (mm) Bahanpasak: S45C,dicelupdingin, dan dilunakkan.
T
29
BAB 2. KOPLING TETAP Kopling tetap adalah suatu elemenmesin yang berfungsi sebagaipenerusputaran dan daya dari poros penggerakke poros yang digerakkan secarapasti (tanpa terjadi slip), di mana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbedasumbunya.Berbedadengan kopling tak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkanbila diperlukan,maka kopling tetap selaludalam keadaanterhubung.
2.1 Macam-macamKoplingTetap Kopling tetap mencakup kopling kaku yang tidak mengizinkanketidak lurusan kedua sumbuporos, kopling luwes(fleksibel)yang mengizinkansedikit ketidak lurusan sumbu poros, dan kopling universalyang dipergunakanbila kedua poros akan membentuksudutyangcukup besar(Gambar2.1). a
2J
(a) Kopling kaku (1) Koplingbus' (2) Kopling flenskaku (3) Koplng flens tempa. (b) Kopling luwes (l) Kopling flensluwes (2) Koping karet ban (3) Kopling karet bintang (4) Kopling gigi (5) Kopling rantai (c) Kopling untversal (l) Kopling universalHook (2) Kopling universalkecepatantetap
Hal-hal Penting Dalam Perencanaan Kopling Tetap Dalam merencanakansuatukoplingletap, hal-halberikut ini menjadipertimbangan. yang mudah dan cepat. l) Pemasangan 2) Ringkasdan ringan. 3) Aman pada putaran tinggi; getarandan tumbukan kecil. 4) Tidak ada atau sesedikitmungkin bagianyang menjorok (menonjol). 5) Dapat mencegahpembebananlebih. 6) Terdapat sedikit kemungkinan gerakan aksial pada poros sekiranya terjadi pemuaia4karenapanas,dll.
23
Kopling Kaku Kopling kaku dipergunakanbila kedua poros harus dihubungkan dengansumbu segaris.Kopling ini dipakai pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik. Kopling flens kaku terdiri atas naf denganflens yang terbuat dari besi cor atau baja cor, dan dipasangpada ujung poros dengandiberi pasak sertadiikat denganbaut pada flensnya.Dalam beberapahal naf dipasangpada poros dengansambunganpres atau kerut.
30
Bab2. Kopl
Tetap
(a-l) Kopling bus (a-3) Kopling flens (a-2) Koplirig flenskaku
Bus karet atau kulit
(b-2) Kopling karet ban (b-1) Kopling flensluwes
(b-4) Kopling gigi
Tempat nipel pelurtas'
(c) Koplinguniversa! Hook Gbr. 2.1 Macem-mlcarn kopling tetNp.
Kopling karet
4
Kopling ini tidak mengizinkan sedikitpun ketidak lurusan sumbu kedua poros sertatidak dapatmengurangitumbukan dan getarantransmisi.Padawaktu pemasangan, sumbu kedua poros harus terlebih dahulu diusahakansegarisdengan tepat sebelum baut-bautflensdikeraskan. Tabel2.1menunjukkan bentuk dan ukuran kopling flenskaku. Tata caraperencanaandisusun sebagaidiagram aliran di dalam Diagram 5. Tata cara ini sudahbarangtentu dapat disusunlain, yaitu secaralebih sederhanaatau secara lebih terperinci.Urutannyapun dapat dirubah. Mula-mula perlu diketahui besarnyadaya dan putaran yang akan diteruskanporos penggerak.Jika diameter poros penggeraksudah tertentu seperti pada poros motor listrik, periksalahdiametertersebutdan ambil diameter yang sarnauntuk poros yang digerakkan. Menurut tata caradalam Diagram l, periksalahsifat dari daya yang akan diterus. kan, tetukan faktor koreksi dan daya rencana,dan hitunglah momen rencana. Bila bahan poros ditentukan sesuai dengan standar, maka kekuatannya dapat diketahui denganjelas. Tetapijika bahantersebutditentukan sebagaibaja liat misalnya, Trbel 2.1 Ukurrn kopting fiens (JIS B f451-1962).
Q uq
/- - r
ffi
Bingkai
Jumlah baut n
Lubani baut pas
(Satuan:mm)
A
G Tanpa bingkai (Halus saja)
rn l 2 ) (r00) IE tt2 r{0 r24 160 tn r1$) 060) m 180 @1) (200) 150 224 pto) (250) 315 2E0 fl55) (315)
D H
F lubang max.
25 28 ?5S
45 50 56 63 7l 80 90 100
Diameter lubang min
20 22,4 28 35,5 40 45 50 56 63 7l 80
L
C
Kasar
40 45 50 56 63 7l 80 90 100 lt2 125
45 50 63 80 90 100 tt2 t25 l,m 160 180
d
K n
B
75 E5 100 It2 t32 140 160 180 2@ 236 265
tl,2 tl,2 ll,2 15 l5 l8 t8 21,6 23,6 26,5 26,5
HaIus Kasar
l8 l8 l8 20 20 22A 22A 28 28 1{{ 155
22,4 224 22,4 28 28 35,5 35,5 45 45 50 50
Kasar Halus
Halur
31,5 4 31,5 4 31,5 4 35,5 6 35,5 6 ,|() 6 ,00 6 50 8 50 8 63 8 63 8
4 4 4 4 6 6 6 6 6 6 6
10,5 10,5 10,5 t4 t4 1E l8 2l 2l 24 24
l0 l0 l0 14 l4 l6 16 20 ?i 25 25
Ktterangan: 1. Jika tidak disebutkan secarakhusus, angka-angka di dalam tabel berlaku umum baik untuk "halus" maupun untuk i'kasar". 2. Pemakaianangka-angkadi dalam kurung sejauhmungkin dihindarkan.
Diagram aliran untuk memilih kopling tetap ienis flens
5.
S T AR T t D"y" yatg akan ditrans misikan P 14
3 Daya rencana Po GW)
K6o6: o6o
15 Bahan flens,tebal flens F (mm) Kekuatan tarik a" (kg/mm) Faktor keamananS/" Faktor koreksiK"
4 Momen rencanaT (kg mm) 16 Tegangangeseryang^diizinkan untuk flens t"" (kg/mm') Bahanporos, PeflakuanPanas Kekuatan tarik oe ftg/mm'; Apakah ada tanggaatau alur Pasak Faktbr keamananSl" S/,
l? Tegangan geser flens to (kg/mm2)
l8
Krop: oso
6 Tegangangeserporosyangdiizinkan r", (kg/mm') Faktor koreksi untuk PuntiranK, Faktor koreksi lenturan C,
8 Diameter Porosd" (mrn)
9 Diameter luar koPling flens '4 (mm) Diaineter naf (bos) C (mm), Panjangnaf / (mm) Diameier pirsat baut B (mm)
19 Diameter luar koPling flens,4 (mm) Diameter Poros d" (mm) Diameter baut 4 (mm) x Jumlah baut.n Bahan baut; bahan flens
5 I ,1 :l
10 Nilai efektif baut e Jumlah baut efektif r" I I Tegangargeserbaut t, (kg/mm2)
12 Bahan baut, PerlakuanPanas Kekuaton taiik o" (kg/mm'?) Faktor keamanan S/, Faktor koreksi K, T"guogung"serbaut yangdiizinkan zr,(kglmm') -
-t
rI
I
2.3 KoplingKaku
33
makaambillahhargakadar karbon terendahsebesar0,2 (o/")dari kadar yangdimungkinkan antara 0,2 dan 0,3 (o/J, lalu kalikan dengan 100 dan tambahkan 20 pada hasil perkalian tersebut untuk memperolehharga kekuatan tarik o6 dari bahan yang bersangkutan. Selanjutnyapilih ^!fr sebesar6 atau 5,6, dan tentukan sl denganmemperhatikan apakahada alur pasakatau tanggapada poros, untuk memperolehtegangangeseryang diizinkan z, (kg/mm2). Kemudian tentukan faktor koreksi K, (lihat 1.3). Jika dapat dipastikan bahwa nanti tidak akan ada elemenyang dipasangpada poros yang dapat memberikanmomen lentur, maka ambillah faktor koreksi lenturan Ct : l, dan jika nanti ada kemungkinan mengganti kopling dengan sabuk-V atau alat transmisi lain yang menimbulkanlenturan maka harga C6 perlu diambil antara 1,2 hingga 2,3. Diameterporosd" (mm) selanjutnyadapat dihitung denganpersamaan(1.6),dan ukuran yang diambil dapat diperolehdari harga-hargadalam Tabel l.Z. Jika kopling akan dipasangpada poros dengan menggunakanpasak, tentukan diamefer luar kopling sedemikianrupa hingga harga diameter poros yang diperoleh dari perhitungan terletak antara harga diameter lubang maksimum dan minimum dari Tabel 2.1, Dengan demikian maka seluruh ukuran kopling dapat ditentukan. Selanjutnyahanya perlu dilakukan pemeriksaanpada diameter baut sertajumlahnya, dan tebal flens.Bahankopling dari standar yangadamencakupSS4IB untuk baut dan mur, FC20, sc42, sF45, dsb. untuk flens, dll. (Tabel 2.2). Dalam hal ini telah diambil Tabrcl2.2 Bahanuntukflensdanbautkoptingtetap.
*E {E
Tipe standar
Besicor kelabu (Jrs G 5501)
o |rr
!
Lambanl
FC20 FC25 FC30 FC35
Perlakuan panas Pelunakan temperatur rendah
Kekuatan tarik (kg/mm2)
20 25 30 35
Pelunakan
(Jrsc 5101)
sc37 sc42 sc46 sc49
Baja karbon tempa (Jrs G 3201)
sF50 sF55 sF60
Pelunakan
Baja karbon untuk konstruksi mesin (Jrs G 3102)
s20c s35C s40c s45C
q 50 60 70
ss4lB ss50B
q 50
s20c-D s35C-D
50 60
Baja karbon cor
Baja karbon untuk konstruksibiasa
(ns G 3101) Baja batang difinis dingin (Jrs G 3123)
Keterangan
JI
42 46 49 50-60 55-65 60-70
Penormalan. Kadang-kadang setelahpenormalan dilanjutkan dengan ditemper. Perlakuan panar yang lain juga dilakukan.
Bab 2. KoPling TetaP faktor-faktor keamananyang cukup besarhinggapada umumnyaukuran yang ditentujika kan secaradi atas akan lutus dari hampir semuapemeriksaan.Namun demikian ternyata masih kurang kuat, dapat diambil bahan baut yang mempunyai kadar karbon yang lebih tinggi, atau ambil bahan lain untuk flensnya' ' iuotuk dalat menyetellurus kedua sumbu poros secaramudah, permukaanflens yang satu dapat dibubut ke dalam dan permukaan flens yang menjadi pasangannya dibubut menonjol sehinggadapat salingmengepas' Bagianyang perlu diperiksaadalah baut. Jika ikatan antarl kedua flensdilakukan denganbaui-bJ,rf pu., di mana lubangJubangnyadirim, maka meskipun diusahakan ketJitian yang tinggi, distribusi tegangangeserpada semuabaut tetap tidak dapat di' jamin seraga.. fr4ulin banyakjumlah baut ydirg dipakai, makin sulit untuk menjarnin -k ..r"gu-uo tersebut. Sebagaicontoh dalam hal kopling yang mempunyaiketelitian rendah-,dapatterjadi bahwahanyasatubaut sajayangmenerimaseluruhbebantransrnisi hingga daiam waktu singkat akan putus. Jika setelah baut ini putus terjadi lagi pem' bebananpada satu baut, maka seluruhbaut dapat mengalamihal yang samadan putus secarabergantian. Biasanyadalam perhitungandianggapbahwa hanya 50 (%) saja dari seluruhbaut seluruhbebansecaramerata.Jika jumlah blut *kti! jang berjumlahz buah junl 1n"o"oggungbeba'n -.n"rio," dinyatakandengann"mak4dengan mempergunakanlambangi
T:4Ia\"rrr"B;1ug.^^) "r: #rr"r(kg/mm2) Ta S tao
16oadalah suatu harga yang diperoleh misalnya dengan membagi kekuatan ta: (ktTinmr) dari bahan SS4l dengan faktor keamanan Sfa : 6. Bagian yang mengala 4l
konsintrasi tegangansepertibagian ulir harus dijauhkan dari permukaankontak kopling. Dalam hal ada tumbukan, maka ro harus dikalikan dengan faktor Ka dipilih antara 1,5dan 3. Bagian berikutnya yang memerlukan perhatian adalah flens. untuk kopling ya dipergUnakanbagi tugas-tugasp€nting sepertimenghubungkanturbin dengan pakailahbajatempauntuk menghindariadanyabagianyangkeropok.Untuk pema l,ritt urn,r-oya dipakai besi cor, dan jika dikehendaki bahan yang agaklebih kuat dipakai baja cor. farena bagian yang keropok peka terhadaptumbukan' maka fa koreksi K" harusdiambil sebesar2 atalu3 dan dikalikan pada tp' Dengan memakai lambangJambang dalam Diagram 5, rumus adalah
T: nckrt Maka oF -
2T nCzF
tp 3 tlto
2.3 Kopling Kaku
35
Jika baut pas dipakai, gesekanatara kedua flens dapat juga meneruskanmomen; tetapi gesekanini biasanyadiabaikan. Ada juga flens yang ditempa menjadi satu'denganporos pada ujung poros dan disebut poros flens tempa. Keuntungannyaadalah diameter flens dapat dibuat kecil karenatidak memerlukannaf. [Contoh 2.1] Pilihlah suatu kopling flens kaku yang dihubungkan dengan poros baja liat dengansebuahpasak untuk meneruskandaya sebesar65 (PS) pada 180(rpm), dan periksalahkekuatanbaut dan ffens. IPenyelesaian] P:65 (PS):0,735 x 65:47,78 (kW),zt : 180(rpm) @ f" : 1,2 Pa : 1,2 x 47,78: 57'34(kW) \t /i\ '3 T :9,74 x 105x 57,341180:3,10x 105(kg.mm) @ Dilgan mengambilkadar karbon untuk baja liat sebesarO,2O(%), maka kekuatan miknya o" adalah ot:0,20 x 100* 20 : 40 (kg/mm2) Sft : 6,0,Sfz:2,0 6 r-: 4ol(6,0x 2,0) : 3,33(kg/mm2) fi.il W &:2,0, Cr: l,o f sl lr/3 /i\
,@
4:
L#
x 2,0x 1,0x 3,10x l05J :98,2 (mm)-- 100(mm)
tu Dari Tabel2.1,A : 355(mm), B : 260(mm),C : 180(mm),Z : 125(mm) a :25 (mm),z : 8 @ e:0,5,n" :0,5x8:4 8x3,10x105 l,2l (kg/mm2) @ rb: 4 x 260: *3--x @ Denganbahanbaut SS4IB,oa: 4l (kg/mm2) Faktor keamananSft: 6, Faktor koreksiKt: 3,0 : 4ll(6 x 3) : 2,28(kglmm2) ru @ @ l,2l < 2,28,baik @ Bahanflens FC20, ,F: 35,5(mm), o" : 17 (kg/mm'), Sfr : 6, Faktor koreksi Kr : 3 @ 'tr,: 17l(6 x 3) : 0,94(kg/mm2) 2x3,10x105 @ 'F-nx1802x35.5 baik @ 3,0 x 0,17 : 0,51 < O,g4(kg/mm2), @ Diameterluar kopling A : 355(mm) kopling standar 4 : .100(rirm), Baut: M25 x 8 (pcs) Bahanbaut: SS4l..Bahanflens:FC20 Ujung poros mesinyang digerakkanseringkali lebih pendekdari pada panjangnaf
Bab 2. KoPling TetaP standar harus dirubah' Di sini kopling standar. Dalam hal demikian ukuran kopling pendek' lebih juga menjadi akan p"ifu iipttfratikan bahwapasak standar adalah 355(mm)' kopling maksimum Di dalam JIs Bl45l, iiu-.i"itrr"t poros harus dibuat lebih besar Diameter poros terbesaradalah 100(mm). Jika suatu tersendiri' untuk melakukan perlu direncanakan dari yang diperlukan, maka kopling sepertiyang diuraikan standar cara tata dan p"rrn*n-"uo tersebut,pengetatruana"tut di atas tetaP daPat diPergunakan.
2.4 Kopling Karet ban kopling flens kaku, Mesin-mesinyang dihribungkandenganpenggeraknyamelalui yang saling.diporos sumbu memerlukanp.oy"t"ti y"ng [ng", tetiti agar.kedua yangterjadi tumbukan getaran dan itu, hubungkandapatmenjadit"t"ug"t{ lurus. Selain dapat tidak yang digerakkan dan A"y" a*ari mesin penggerak J"U--p"n"-.ao berisik' bunyi menimbulkan serta mesin diredam,sehinggaOapatmemperpendekumur kesulitan-kesulitan di atas dapat dipergunakan kopling karet Untuk poros yang di: -.rrgttina"ti ioi a"pai uft.4" denganbaik meskipun kedua sumbu ban. Kopling juga meredam dapat ini kopling hubungkannla tidak benar-benarlurus. Selain itu tumbukan dan getaranyang terjadi pada transmisi' pada pemasanganporos, dalam batas-batastertentu Meskipun ierjadi terai".t "n dapat meneruskandaya seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.), kophng ini masih denganmudah karena juga dilakukan dapat dan pelepasan ;J";;; ffi*i-t;;angan bebandapat pula . variasi hubungandilakukan denganjepitanbaut pada ban karetnya. poros dapat dicegah' kedua diserapoleh ban tcaret,sJaangtanhubunganlistrik antara dipakai' umum Gambar 2.3 memperlihatkan.utunuo ban'karet yang
Eksentrisitas e
lnklinasi 0
tidak lebih dari'l/. diameter luar kopling
tidak lebih dari 4 .
Kompresi tidak lebih dari lV/"tebd kopling C. Perpanjangan tidak lebih d^ti5% tebal koPling C.
Gfu.2.2Daerahkesalahanyangriliperbolehkanpadakop|ingkaretban.
semakin luas' i Karena ,keuntungannya demikian banyak, pemakaian -kopli"g -ini kopling flens kbku' namunl Meskipun harganyaagakiebih tinggi dibandrngkandengan keuntringanyangdiperolehdarisegi.segilainlebihbesar. Beberapaprodusenkoplinginimenyediakanukuran.ukuran-standar.uyr| lebih dahulu besarnyadayal merencanakanatau melakulianpemilihan,perlu diketahui
putaranporos'mesinyangdipakai'pttYT,11?,i, yangakanditeruskan, i::::,i*l
,"p,,tipadaperencanaankoplingflens.Setelahtipeyangsesuaidipilih'kemudlan! l sertabahanyang dipakai' diperiksakekuatanbagian-bagiannya nensl pada kopline seperti Jip"rn"tit"o Ada beberapa hal penting yang n"ru, I
I
L
2.4 Kopling Karet ban
Logam pemasang
37
oo lt
Karet luar Berkaskawat o
lenang ban Karet dalam
Sudut putaran (rad)
Gbr. 2.3 Susunankopling karet ban.
Gbt.2.4
Yariasi momenpuntir.
kaku. Salahsatu dari padanyaadalahtaksiran variasi momenpuntir, sebagaitambahan atas momenyang dihitung dari daya dan putaran poros. Misalkan momen puntir yang diteruskan bervariasi seperti dalam Gambar 2.4. Garis putus-putus menyatakanmom€n puntir 7. (kg.mm) yang dihitung dari daya nominal P (kW) dan putaran n1 (rpm) dari suatumotor listrik. Motor tersebutmampu memberikandaya tambahanyang cukup besarsesuaidenganpermintaandi atas daya rata-tatayang sesungguhnya. T^:9,74 x lOs x P/2, (kg.mm)
(2.6)
Bila terdapat sedikit variasi momen, kalikan harga T^ dengan faktor koreksi / untuk tumbukan dan umur ban. (Lihat Tabel 23). Bila variasi momen sangatbesar sepertidikemukakandi atas, kalikan harga Tn.", (kg'mm) yang terbesardalam satu putaran denganfaktor koreksi yung samafc seperti di atas. Ta: f"T^,*
(2.7)
Pilihlah ukuran sedemikianrupa hingga momen fa (kg.mm) lebih rendah dari pada momennormal maksimumdari kopling standar4 (kg.mm). Perlu juga diperiksa apakah momen awal yang dikenakan beberapakali dalam seharijuga lebih rendah dari harga Z6ini. Untuk perhitungandiameterporos, faktor koreksi K, untuk poros sudahtercakup di dalam 7r. Faktor koreksi lenturan C, ditentukanatasdasarperkiraanapakahkopling tersebutdi masamendatangakan diganti denganalat lain yang menimbulkanmomen lentur pada poros. Biasanyaperhitungandidasarkanatas harga Ct: l, yaitu dengan anggapantidak akan ada penggantiankopling denganalat lain. Dengandemikianrumusuntuk diameterporosadalah d" :
lT,,f"
(2.8)
Diameter poros dari motor induksi yang tertutup dan didinginkan dengan kipas diperlihatkandalam Tabel2.4. r Selanjutnya,perhitungankekuatangeserdari bagianpermukaanban yangmenempel pada logam pemasangdiperlihatkandalam Gambar 2.5. Bagian yang menempeldapat dibagi atas bagian piringan dan bagian silinder. Luastempelan51 dan 52 (mm2)uhtuk ukuran-ukuranyang bersangkutandiperlihatkan
Bab 2. Kopling TetaP
38
Tabel 2.3 Faktor koreksif . Variasi momen puntir Macam penggerak mula
Kecil
Sedang
Besar
Motor Dieselde- Motor Dieseldengan 6 silinder ngan kurang dari Motor listrik atat lebih. Motor 6 silinder. Motor Turbin uap bensin dengan 4 bensin dengan silinderataulebih kurang dari 4 silinder
Watak sisi yang digerakkan
I
Momen awal Variasi momen Kejutan Putaran balik
: : : :
kecil kecil ringan tidak ada
I -1,5
1,5-2
2-3
II
Momen awal Variasi momen Kejutan Putaran balik
: : : :
sedang sedang sedang tidak ada
1,5-2
2 -2,5
2,5-4
m
Momen awal Variasi momen Kejutan Putaran balik
: : : :
besar besar berat banYak
2 -?-5
?5-?5
3,5-5
PenalcaianPaktek Motor listrik-PomPa minYak Motor listrik-roda gigi rcduksi Motor listrik-kompresor
T
1,0 2,0 3,0
Penakaiot praktek Motor torak-roda gigi reduksi (4 silinder) Motor torak-pompa minYak (4 silindcr) Motor torak-generator (6 silinder)
f' 2,5 2,5 3,5
Tabte 2.4 Diameter poros motor induksi tiga fasa (tertutup seluruhnya' didinginkan dengankipas). (mm) PS
kw
0,5 I 2 3 5 7,5 10 15 20 25 30
o,4 0,75 1,5 )) J,I
11 15 1 8 ,5 20
4 (kutup)
6 (kutup)
l+16 18-19 2+28 2+28 28-35 32-35 3542 42 45 48 55
18-19 22-24 2+28 28-35 32-35 3242 42 45 4548 48-55 55-60
8 (kutup)
22 24 28 35 35 42 42 48 )) 60 65
2.4 Kopling Karet ban
39
Gbr.25 LrmbongJrmbmgpcdt Lophngluet bm. dalam Tabel2.5. Jika diameterluar dari bagian piringan dan silinder adalah d, daa d, (mm), maka tegangan geser ?, (kg/mrn,) yang tirnbul pada bagian yang menempel adalah
( t , # +s,!)" ,:ro
r,:nl\!'#* t'+)
(2.e)
Tegangangeseryang diizinkan rta antarx ban kopling dan logam pemasangadalah 0,M (kg/mm'z).
(2.10)
r, S tro
Pemeriksaanselanjutnyaperlu dilakukan pada baut pengikat antara flens dengan Trld 2.5 Ukuran-ukuran dasardankapasitas koplingkaretban. & rn E I
il
.,& .#fi
,& ilg !m irl du .lfllr
xm
Ukurm kopling
Baut
Flcot Monco
Lus jc?itm
s, m23 ?86 3328 4041 5*7 56ti t$2e,1 ?f0i2 41410 4]f33 7Z*
& 1254 1Et4 2713 2996 38 4333 61E0 120r'.s 170E2 26376 432M
Dia.Fpitatr Lbs
d,
82 99 tt6 t2t 146 166 2m 267 356 422 526
cl2
64 t3 95 r06 t22 l3t t& 214 272 350 430
c 39 45 51 5t 61 82 106 r39 t73 220
Dia. baut
Jumlah baut
Dia. xjual bagi
Dia. lw
Da. bu
Db. totd por6
nornrl
ennf
nrt!. B
n
50 2x 6 65 2x 6 75 2x 6 t5 2x 6 100 2x 6 tt2 2x 6 t4 2x 6 180 2x 6 236 2x 6 290 2x 8 370 2x12
dxp 6xlp 8 x.1,25 l0 x 1,5 l0 x 1,5 12 x 1,75 12 x 1,75 12 x 1,75 16x2p It x 2,5 24x3p 24 x 3.0
E
F
84 9t tt2 t25 140 t62 t95 2& 332 445 560
32 4 45 50 4 t0 100 r25 l60
tv
1E 93 22 l u 25 t25 2a t4l 15t 45 t79 56 224 7l 2E6 90 363 t50 473 310 M 620
(ksn) 4 E t2 l7 20 a 36 t2 160 sfi) lm
(krn) l0
m 30 42 50 72 90 205 ,|(D t25o 25{n
Gpo)
5(m 'aiq) lln
{m 3fi)
32m 260 21(D r6ql 1200 r@0
tI I
r &
Bab 2. Kopling Tetap
logam pemasangkopling ban. Dalam hal kopling flens faku ya4g diikat denganbaut pas, perhitungankekuatandidasarkanpada setengahdarijumlah seluruhbaut, karena distribusi gaya geseryang tidak merata. Tetapi pada kopling karet ban, karena flens diikat denganbaut tanam, maka momen yang diteruskandapat dianggapterbagi rata pada semuabaut. Deriganpemakaianbaut tanam ini, tegangangeserterjadi pada uli baut sehinggakonsentrasitegangan harus diperhatikan. Di sini faktor konsentrasi tegangandapat diambil sebesar3,0. Maka besarnyategangangeseryang diizinkan pada baut adalah 16o: oef(Sf1 x Sfr)
Q.ll
Jika diameter inti baut adalah d,, inaka
8T-"* xu:iEvi"v-E fl":
fl
Akhirnya, pada kopling yang dipergunakanuntuk meneruskandaya dari penggerakmula dengan momen puntir yang sangat bervariasi seperti sebuah torak denganjumlah silinder sedikit, atau kopling untuk menggerakkanmesin bebanyang bervariasisecaraperiodik, maka getaranpuntir perlu diperiksa. Jika jumlah puncak momen tiap putaran adalah v, dan putaran poros adalah (rpm), maka frekwensivariasi momen puntir adalahvnr.Dalam hal sepertiyang tunjukkan dalam Gambar 2.4, besarnyafrekwensiadalah2nr. Sekarangakan dihitung frekwensipribadi dari poros. Momen inersia poros digerakkan dinyatakan dengan d (kg'cm's2). Jika GDI (kg'm2) diberikan, It : l}a x GDI l@ x 980).Ini adalahjumlah momeninersiabebandan ll2 dali inersia kopling. Momen inersia dari satu flens dapat diperoleh dari Tabel 2.6, besarnya adalah setengahdari selisih antara momen inersia logam pemasang dan
inersiabadankopling. Momeninersiadari motor induksidapatdiperolehd,ariGDldari Tabel2.7.Jumla Tabel 2.6 Momen inersia kopling karet ban.
No. Kopling
No.100 No.120 No.140 No.l60 No.l85 No.210 No.265 No.3,t0 No.445 No.550 No.700
Konstanta pegas puntir kopling (kg.cm/rad) 4,25 x 103 7,91x 103 2,02 x lOa 1,77x lDa 2,94 x l}a 3,91x 104 6,07 x 104 1,88x 10s 5,10x 105 1,00'x 106 1,80x 106
Momen inersia(kg.cm2) Badan kopling
0,0035 0,0079 0,016 0,030 0,049 0,087 0,38 1,07 3,4 t7
Logam pemasang
0,0086 0,020 0,040 0,074 0,130 0,23 0,83 3,1 10,1 29 84
2.4 Kopling Karet ban
4l
Tabel 2.7 GD2- drri motor induksi tiga fase (tertutup seluruhnya,didinginkan dengankipas). (kg' mt) PS
kw
0,5 I 2 J
0,4 0,75 1,5 ))
)
71
1S
10 15 20 25 30
11 15 1 8 ,5 22
4 (kutup)
6 (kutup)
8 (kutup)
0,006 0,013 0,019 0,031 0,063 0,13 0,19 0,27 o,37 0,59 0,72
0,009 0,017 0,031 0,052 0,127 0,22 0,36 0,52 0,95 1,2 1,4
0,015 0,028 0,102 0,12 0,23 0,37 0,55 123 1,72 4 4
an dari lDa x GDz*l(ax 980) dan ll2 dari momen inersiakopling adalahI^. Jika roda gigi reduksi dipakai antara motor dan kopling, maka GD2 dari motor dan pinyon harus dikalikan dengankuadrat dari perbandinganreduksi i(i > l). Hasil perkalian tersebut setelahditambah dengan GD2 dari roda gigi kemudian dikalikan dengan(104/4x 980). Jika konstanta pegas kopling ban adalah k(kg'cmlrud), maka harga ukuranukuran yang bersangkutanadalah sepertiyang tertera dalam Tabel 2.6. Dengansistim poros sepertiyang digambarkandalam Gambar 2.6, putaran kritisnya n, (rpm) adalah
(2.r4) Adalah suatu hal yang dapat dipandang baik jika frekwensivariasi momen puntir vn, tidak lebih dari 0,8 n,. Suatu diagram untuk pemilihan kopling macam ini diberikan dalam Diagram 6. lContoh 2.21 Sebuah kompresor yang menimbulkan variasi momen puntir seperti dalam Gambar 2.7 dalam satu putaran poros, digerakkanoleh sebuahmotor induksi sebesar5,5(kW) pada 960(.pm). Pilihlah suatu kopling karet ban untuk menghubungkan kedua mesin tersebut. Motor tersebut mempunyai poros berdiameter 42(mm), GD2 sebesar0,22(kg'm2), dan 6 buah kutup, sedangkankompresor mempunyaiGD2 sebesar 0,12(kg.m2).Ukuran kopling dsb.terdapatdalamTabel2.3. (ks
o 7" : 5,02Lg'm
Sisi penggerak
Gbr.2.6
Sudut putaran (rad)
Sisi yang digerakkan
Pendeketensurtu sistem poroo.
Gbt.2.7
Variasi momenpuntir drri contoh2.2.
'{.ln
t-
'"4
Bab 2. Kopling TetaP Diegren elinn untuk mcmilih kopling tetrp ft:nis heret bsn
S T AR T aDsya yant akan ditransmisikanP
!l'
(kw)
'ad
Putaran 2 Momen yang ditraasmisikan T' (kg
Momen puntir maksimum
5 Momen rencana llkg
mm)
6 Femilihen ukuran kopling ban karOt Momen normal maksimum I, (kg m) Diameter Dusat baut I (mm) Diam*ir naf C (mm), Panjangnaf t (mm). Diamcter baut dxjumlah baut z
Bahan poros, perlakuanpa-nas Kekuatan tarik os Gdnm') Faktor keamanan SIr, Sf,
9 Diameter poros d" (mm)
diameter --'Penksa naf dan diameter l0
ll
15 Bahan baut, Perlakuan Panas Kekuatan tarik or" (kgmm'z) Diameter akar baut drt (mm) Diameter Pusat baut A (mm) Judah baut n Sft, Sfr, faktor koreksi f
sentrasi tegangan
2 Luas tempel Sr, S, (mm2) Tegangan gpser yang diizinkan t. (kg/mm2) 13 Tegangan geserPada bagian yang menemPelt (kg/mm')
16 Tegangangeserbaut^Yang diizinkan tr" (kg/mm') 17 Tegangan geserbaut tt
lE
f"t6: t5o
9 Momen inersia sisi Penggerak/. (kg mm2) Momen inersia sisi Yang kan d (kg mm2) Konstanta PegaskoPling /c (kg cm/rad) 20 Putaran kritis n" (rPm)
;t'\-
9: (o,s-0,8) nc
/
22 Nomor kopling Diameter poros d" (mm) Bahan poros Diameter baut do (mm) Jumlah baut 2n" Bahan baut
1 I
t 2.4 Kopling Karet ban
43
[Penyelesaian] P : 5,5(kW), n, : 960(rpm) T^:9,74 x 105x 5,51960:5580(kg.mm) 7.n* : 11000 (kg'mm),v:2 bari Tabel 2:7,f" : 3,g Ta: 3,0 x 11000: 33000(kg.mm) No. 265A :265 (mm) Momen normal maksimumTu = 36(kg.m) > 33000(kg.mm), B:140 (mm),C: 100(mm),I:71(mm), F: l|(mm),d: 12(mm), n:2x6 Bahanporos S45C v-/ or : 58 (kg/mm2),s/, : 6,0 denganalur pasakSfz :2,5 Pengaruhtanggaporos adalahkecil. 58 3,87(kg/mm2) @ "': 60lZ,O @ @ @ O @
6't
f5t
lr lt
4 : L*: x soool : 35'l(mm)
Diameter poros sebesar35 (mm) dapat dipandangcukup. Tetapi karena diameter poros motor adalah42 (mm\, maka diameteryang samajuga harus diambil untuk poros yang digerakkan. Dengan diameter naf kopling No. 265 sebesar100(mm), diameter lubang poros" maksimum adalah 56 (mm). Jadi diameter poros sebesar42 (mm) adalah cukup baik. @ Periksakonsentrasiteganganpada alur pasak. untuk diameter poros sebesar38 sampai 44 (mm), ukuran pasak adalah 12 x g. Jari-jari filet rr, rz : 0,25 sampai 0,,10(mm) -+ ambil 0,4 (mm). Maka 0,4f42 : 0,0095,a : 3,2 Konsentrasiteganganternyata lebih besardari taksiran semulayaitu sebesar2,5. Karena itu perlu diadakankoreksi. :3,02(kg/mm2) 3,87 x 2,513,2 Periksa apakah tegangan geser yang diperoreh dengan mengalikannya dengan 7a : 33000(kg'mm) untuk porostanpapasakadalahlebih kecil dari 3,02(kg/mm2) atau tidak. :2,27 < r12(kg/mm2) baik. 5,1 x 33000/423 penempelan Luas antara ban denganlogam pemasang. @ Bagianpiringan Sr : 10287(m-t). Bagiansilinder Sz : 6180(mor'). dt : 200(mm), d2 : 164(mm), zo : 0,04 (kg/mm2).
o
a
,:
+ 164 nrxmf(rorr',200 + 6180+) --- 2/ :0,023(kg/mm2) 4 1\
@ 0,023< 0,04,baik @ BahanbautS20C,ot:41(kg/mm2).
!-
Bab 2. Kopling TetaP
r :
B : l4o(mm), 2: 6 , s f r: 6 , s f z : 3 , f " : 3 dr',J 10,863(mm), @ 16": 4ll(6 x 3) : 2,28(kglmm2) 8 x 1100O @ ?D:ffi:o'283(kg/mm2) @ 3,0 x 0,283: 0,849<;2,28,baik @ Kompresor:GD2 : 0,12(kg' m2) f : 10a x O,l2l(4 x 980) : 0,306(kg'cm2) Kopling: 1" : (0,83- 0,38): 0,45(kg'cm's2) Sisidigerakkan/r : 0,306+ (0,4512): 0,531(kg'cm's2) Motor: GDz :0,22(kg'mz), I : l}a x 221( x 980) : 0,56(kg'cm's2) Sisipenggerak^I, : 9,569+ (0,4512): 0,785(kg'cm's2) ' Konstanta pegaspuntiran: k : 6,07 x 104(kg'cm/rad)
@ n":tgm:4r80(rpm) : 0,46 < 0,8, baik @ 2 x 96014180 @ No. 265 Diameterluar 265 (mm) .Diameterporos 42(mm), bahanporos S45C " Baut Ml2 x 6(buah) x dua sisi Bahan baut S20C
25
Kopling Fluida Dalam tahun 1905oleh Fettinger di Jermandibuat untuk pertama kali suatu yang meneruskandaya melalui fluida sebagaizalpnrantara. Kopling ini disebut fluida, di'mana antara kedua poros tidak terdapathubunganmekanis. Bila suatu impeler pompa dan suatu raner turbin dipasang saling di mana keduanya berada di dalam ruangan yang berisi minyak, maka jika poros yang dihubungkan dengan impeler pompa diputar, minyak yang mengalir dari i tersebut akan menggerakkan raner turbin yang dihubungkan dengan poros (Gambar 2.8). Momen puntir yang diteruskanadalahberbandinglurus dengan lima dari diameter luar kopling dgn kuadrat dari putaran. Dalam keadaan normal, putaran poros output adalah lebih rendah dari pada putaran poros
Aliran minyak Diameter D
II I
Gelang inti Selubung
Porosinput
Gbr.2.8
Poros output
Bagankopling fluida.
I t*iur
2.5 Koplingrfica
Ferpusti.r.ka:r n Umum 45 Kc'ta ['!;,rlpfS
Perbedaanputaran ini disebut slip, yang besarnyaantara2 sampai5 (o/o)dari putaran porosinput. Dalam keadaanslip sebesarini efisiensikopling mencapaihargamaksimumnya. Kopling fluida sangat cocok untuk mentransmisikanputaran tinggi dan daya besar. Keuntungan dari kopling ini adalah bahwa getaran dari sisi penggerakdan tumbukan dari sisi beban tidak saling diteruskan.Demikian pula pada waktu terjadi pembebananlebih, penggerakmulanya tidak akan terkena momen yaog mel"bihi batas kernampuan.Oleh karena itu umur mesin dan peralatanyang dihubungkannya akan menjadi' lebih panjang dibandingkan dengan pemakaian kopling tetap uiasa. Selainhal di atas,diameterporos.jugadapat diambil lebih kecil. Start dapat dilakukan denganlebih mudah dan perc'epatandapat berlangsungdenganhalus, karena kopling dapat diatur sedemikianrupa hingga penggerakmula diputar lebih dahulu .u-p"'i mencapaimomenmaksimumnyadan baru setelahitu momen diteruskankepadapoios yangdigerakkan.Jika beberapakopling fluida dipakai untuk menghubungkanbeberapa penggerakmula secaraserentak,distribusi beban yang merata di mesin-mesin "nt"r" penggerakmula tersebutdapat diperolehdenganmudah. Karena sifat-sifattersebutdi atasmaka kopling ini banyak dipakai sebagaipenerus daya pada alat-alat besar, lokomotip, dsb., baik yang digerakkan oleh mltoi listrik maupun (terutama)oleh motor bakar. Cara memilih kopling fluida diberikan dalam Diagram 7 sebagaidiagram aliran. Tentu saja diagram ini dapat dirubah dan disesuaikandengankondisi yang ada serta konsepsiperencananya. Dengan mengambil konveyor sebagaicontoh mesin yang akan digerakkan, kita akan meninjauperbedaanyang dapat diakibatkan oleh penggunaankopling kaku dan kopling fluida. cara ini dapat dipakai untuk memilih kopling fluida yang cocok. Misalkan mesin yang digerakkan dalam keadaanbekerja dengankapasitasbeban maksimum.Jika gaya tahananpada sabuk yang menarik adalah F(kg), diameterpuli adalah D (m), dan kecepatankonveyoradalah v (mlmin\, maka mornenpuntir tahanan f (kg.m) adalah
T:Fx( Dlz)
(2.I 5)
Putaran n, (rpm) dari puli penggerak adalah
np: Vl(nD)
(2.16)
Denganefisiensimekanisiebesar4, daya rata-ratayang diperlukanadalah p
x (2nnrl60) _T x 2rn,
_T '^:---6-:-6
e.r7)
Pilihlah untuk sementaradayaPM,{(kw) dan jumlah kutup (p) dari suatu motor standaryang lebih besardari daya di atas,dan carilah GD2 motor tersebutdari Tabel 2.6. Bagilah bagian-bagianbergerak yang akan dipercepat dari 0 hin€ga mencapai kecepatanv pada waktu start, atas bagian yang bergeraklurus dan bagian yang berputar. Tentukan harga GD2 (kg.m2) dari masing-masingbagiantersebutdalam bentuk rnomen inersia sudut untuk menghitungjumlah harga GD2 pada poros puli. Harga tersebutkemudian dibagi dengan4 x 9,8 untuk mendapatkanmomen inersia ekivalen I, (kg'm' s') dari sistem.
-----
F =1-iir+:.:::1
a
ir f'.,i r ' i *J
*
'
.- ;::'':
f.:
:
t
K 7.
Dirgnm alirrn mtuk memilili kopllng fluidr ST A R T
Tahanan rata'rata F (kg) Diameter Puli PenggerakD (mm) Kecepatan Z (m/min) GD2ikem2) pada Poros Puli Waktup€rcepatant"(s) 2 Momen beban f $g m) Putar4n n, (rpm)
i,iifi'l[?*o .o)cD,kopring 16 Tipe kopling ffuida Yang dipilih untuk sementara Gb2 kopling (kg m') l7 Koreksl rencana roda gigi reduksi karena slip pada kopling fluida Koreksi GD'
3 Efisiensi mekanis 4 Daya rata-rata P. (kW)
l8 Koreksi ZGD2 (kgm2)
4 Daya motor Pr; (kW) :Iumlah,kulup (P) Putaran (rPm) GD2 dari motor (kg m')
19 Momen percepatan?"(kg m) Momen start Io (kg m)
Rorcana.roda gigi reduksi GD2 r&a gi.gi ieduksi (kg m') 20 Momen nomiiral motor 7. (kg m)
5 Riencanaporos 7 RencanakoPlingtetaP 8- EG D2 9 Momen percepatan 4 (kg m) ' Moinen start I, (kg m)
22 Daya motor standar PM (kW) Momen Porosmotor I; (kg m)
A) Dihubungkan lalg dengan motor B) Dengan kopling
23 Pu: Pu^
24 Jumlah minYakditentukan l0 Momen nominal motor I,
12 Daya motor standar P
(k\v)
25 Nomor koPling fluida Jumlah minYak Daya motor Yang ditentukan P,
(kw)
Jumlah kutuP (P)
14 Daya motor Ya g ' Pl, (kw) , :Jumlahrkutup (p)
ditentukan . .
Perpust;rka:in Katn Ltalaag 2.5 Kopling
Jika kecepatansudut a : 2nnrl60 (rad/s) dicapai dalam jangka waktu percepatan lo" (s), maka besarnyapercepatansudut ar (radis2)adalah dt = 2nn1l(60t") Jika momen percepatan"a dalah T,(kg.m), GD2 r o: r eQ ):4 " w ' 6 o t*
2nn,
maka
(2.18)
Dalam keadaanpembebanansecaramaksimum, momen puntir yang diperlukan untuk start adalah
(2.re)
To=T+To
Pada beberapamesin, beban permulaanyang dikenakan tidak berapa besar,dan bebanberat baru dikenakansetelahmesinbergerak.Tetapi, dalam uraian di sini dibahas keadaanyang paling berat. Penggerakrnula yang umumnyadipakai adalahmotor induksi. Motor ini digolongkan atas2 tipe menurutrotornya, yaitu: motor denganlilitan, dan motor dengansangkar pada rotornya. Rotor sangkar selanjutnya dapat dibagi atas rotor sangkar bajing (squirrel cage),dan sangkarbajing khusus.Macam yang terakhir ini mempunyaiarus awal yang rendah dan momen awal yang besar. Motor denganrotor lilitan harus selaludiberi tahanan awal pada sirkit sekunder. Pada waktu start, suatu tahanan yang besarditambahkan untuk memberikanmomen yang besar, dan dengan bertambahnyaputaran, tahanan diperkecil sehinggamotor mengalamipercepatanhingga tercapai putaran normalnya. Cara semacamini selain mahaljuga menyulitkanpengendalianjarak jauh. Pada motor induksi macam sangkar bajing dengan daya kecil kurang dan 3,7 (kW), teganganjala dapat dikenakan secaralangsungpada waktu start. Dalam hal ini arusawal dapat mencapai400 sampai600 (%) arus nominal. Motor dengankapasitas sebesar5,5 sampai 15 atau 20(kW) menggunakanhubunganbintang-segitiga(I - A). Jika lilitan primer disusun dalam hubungan bintang pada wallu start, maka masingmasinglilitan akan mendapattegangansebesarl/J3 kali tegangannormalnya,dan arus yangterjadi hanya sebesarl/3 dari arus normalnya.Cara ini hanyadapat dipalcaiuntuk start denganbebanrendah.Motor dengandaya lebih besardari 15(kW) menggunakan transformator lilitan tunggal tiga fasa yang disebut kompensatorstart. Cara ini mempunyai kelemahandalam hal faltor daya yang rendah, pemakaiandaya yang tinggi, dan mahal harganya. Jika output nominal motor adalahPr (kW) pada n1(rpm), maka besarnyamomen pada bebanpenuh Zp (kg'm) adalah D
7r:974xJ
Q.2o)
Sekarangkita perhatikanlebih lanjut hubungun anta;rl Te denganmomenawal. Motor induksi sangkarbajing khusussepertitelah disebutkandi atas, masih dapat dibagi lagi atas sangkarbajing gandadan sangkarbajing alpr dalam. Momen awal motor ditentukan dalam standartidak kurang dari 125(o/o)Ip untuk daya kurang dan 3,7 (kW) (tipe sangkarbajing), dan 150(%) f , untuk daya lebih besar
Bab2. KoPlingTetaP
48--'---*-
dari 5,5 (kw) (tipe sangkarbajing alur dalam dengan4 kutup, dan 6 kutup). Mo maksimumadalah 175(%) Tr' Dalam kenyataanmomen awal dan momen maksimumdari motorstandar daya kurang dari 37 (kw) adalahkurang lebih 200 (%) Tr. Jika diperlukanmomen lebih besar dari momen awal motor standar, pemakaian suatu motor momen dengan tahanan sekunder yang tinggi dapat menghasilkan momen awal sebesar
lebih 300(o/o\Tr, denganmengorbankansedikit efisiensinya' Karakteristik suatu motor induksi sangkarbajing menunjukkanmomenmaksi pada 80 sampai go(%) putaran sinkronnya.Putaran sinkron n": l2oflp (rpm), manaf : frekwensisumberlistrik (Hz), dan p : jumlah kutup. (Lihat Gambar 2. Karena itu jika momen pada bebanpuncak lebih besardari momen maksimum, putaran tidak dapat naik dengan cepat sehingga akan menjadi sangat panas dan da
terbakar pada akhirnya.
Momen puntir
1
Momen max.
Momen bebanpenuh
Momen awa s (start) Gbr. 2.9
I\taran
-
80_9Ol rffi% (Putaransinkron)
Kurva momen puntir terhatlap Putaran dari motor induksi tiga fasa.
Gambar 2.10 menunjukkanmacam-macamhubunganantara momen dan untuk beberapamesin.Momen yang diperlukan pada putaran 0 (o/o)merupakan persoalan.
Gbr.2.10 Kurva standar momen luntlr
ml hadap kecepatan &ri macam beban. 1A: Unit motor-generatorlistrik 18: Pompa sentrifugal (kecepat tinggi; salurankeluar ditutul lC: Kompresor torak
q o
Putaran (/o)
beban) 4C: Pompa aliran aksial (sal keluar terbuka)
r-
t.
I II
2.5 Kopling Fluida
49
Jika jumlah start dalam sehari hanya beberapa kali saja maka daya yang diperlukan adalah
'$ w ) -P: r : ::" 6l2on
(2.2r)
di mana l(kg.m) adalah momen yang diperlukan, nr(rpm) adalah putaran, dan 4 adalah efisiensi mekanis. untuk ini harus dipilih suatu motor dengan output nominal P, (kW) yang lebih besar dari pada p di atas. Jika motor sering sekali distart, maka To adalah lebih besar dari pada r. Dengan menganggap To + (1,25 sampai 1,5) r T, > T maka daya motor yang dipilih adalah
r^:r\i#" wvtt
(2.22)
Sebagaipilihan lain dapat dipakai suatu motor induksi dengan rotor lilitan dan tahanan awal untuk mengubahtahanan sekunderdalam 5 atau 6 tunggupada waktu start (Gambar2.ll).
Momen puntir 0
Arus Gbr. 2.11 Tahanandan momenpuntir sekunder.
Jt
f,z
JJ
J a J =o
-
q r in ""r
-
Putaran motot (/"\
I I 100
Ada juga suatu cara mengangkatdan melepaskanbebandengankopling tak tetap dan rem, di manamotor penggerakdalam keadaanberputarterus. Hal ini akan dibahai dalam pasaltentangkopling tak tetap dan rem. Gabungan antara suatu moter induksi sangkar bajing dan sebuahkopling fluida tidak memerlukan kompensator start. cara seperti ini memungkinkan .Lrt ?.ngun menghubungkanlangsungpadajala sertadapat dipakai untuk pengendalianjaratcjautr. Keuntungan khusus dari cara ini ialah adanyakemungkinanuniuk menstart motor secaratanpa beban. Kemudian beban dihubungkan setetlahmotor mencapaimomen yang besar. Seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.12(a),motor distart dan berputar hingga mencapai93 (%) putaran sinkronnya dengankopling fluida yang slip 100(%\. p;da titik ini momen puntir motor mencapai 220 sampai240(%) mororn nominalnya hingga bebandapat distart denganlebih mudah dari pada denganearayangterdahulu.Setelah
I' 50
Bab 2. Kopling Tetap ________t@ G
-E ---soF
o o
EA .- R
.!F E.E aa a:!
600
I- - - ,oE
E& >'c
{00
H----
IE 6=
I
'd
l() x
E
e_\ 2fl) i ---20!
A
putam porG motor (%)
(a) Momen puntir dan arus bila dihubungkanlangsungdengan motor
a AE
g
Bt
o
Lq
A
c&
EE
D€
r3 . rE
Eg,
l 'q
putir
!
s
ymg dirsep kooling luida
G>
Putsran poror motor (7.)
(b) Bila dihubungkandenganiopling fluida ------ __ro0 a 9
roF
e3
rnE
s& t. >'5
ttO b
A
€E
E
E
!
Aru Oih dip.kai kopling 6uida)
208 o 2s Putenn poro mtor
----80---& 60 l putum mtor x%) pdbandirsappuluu kopling {l iufuts) -
0
(c) Momen puntir dan arus biladipakai topttg nuiOa
Gtu'2'r2
ffi*:ififfullllf*,tlng.*ng
dengan motor dibandingkan dengan hubu-
itu pufaran poros output akan naik dengancepatmendekatiputaran poros input, denganlain perkataan,slip akan turun dengancepat dari roo rzl hingga mencapai sampai5 (%\- Harga slip antara 3 sampai5 (o/")ini adarahu-o- uot.rk kopling fi pada keadaanbekerjaterus.menerus. Jika denganpemakaiankopling nuida aiknawati kan akan mengurangidaya tarik, maka dapat diatur perbandinganliameterpuli roda grgr reduksinya pada walru merencanakanalat yang bersarigkutan. Bermacam-macamkopling fluida 1€lah dikembangkan menurut Kopling murah dan iederhana dengari isi minyak y"n! t"tup sangat banyak
|-
2.5 Kopling Fluida
51
Ada pula kopling fluida denganpenyimpanminyak di dalam sirkit aliran minyak, serta kopling kembar yang merupakan gabunganantara dua kopling fluida dengan sirkit aliran minyak yang terpisah(Gambar 2.13).
Rusul pcndingin lmpcla pompr
Potu penggerak
Poros yilg digrrakk0
Macam kembar Dengan penyrmpanminyak
Gh. 2.13 Mgcrm-mecrhkoplingfluide. Padakopling-koplingyangdibahasterdahulu,momenyangditeruskandikendalikan dengan mengatur jumlah minyak di dalam sirkit, dan pada kopling yang terakhir pengendaliandilakukan dengan menghalangi sebagiandari sirkit aliran fluida dengan plat penghalang.Cara yang terakhir ini dipakai pada kopling dengan kapasitas besar dan mesinberputarantinggi. Diagram kapasitassuatumacamkopling fluida sebagaicontoh diperlihatkandalam Gambar 2.la@). Bilangan-bilangandi samprngmasing-masinggaris lurus menyatakan diameterkopling dalam inch. Ukuran, jumlah minyak standar,berat, dsb., dari kopling fluida yang paling dasardiperlihatkandalam Gambar 2.14(b).
> x
ut
(l
x(l o oo b0
t{
x o oo a0 o A
Gbr. 2.14(a) Diagram kapositesdari kopling fluide.
J
52
Rab 2. Kopling Tetap
----tt---lomor -----=\ ukuran
7,4
8,4
9,5
10,6
Dameter luar D (mm)
215 248
277
306 360 395
440
498
563
Panjangtotal I (mm)
116
tt2
145
r54
r75 r90
175
187
224 234
Jumlah minyak (/)
1,0
1,6
aa
3,1
5
7
10
l3
Berat kering (kg)
4,0
4,7
25
35
60
100 130
Ukuran
9,2
t2
20
13,5
t5
GD2
Bagian luar
0,06 0,09 0,18 0,28 1,8
) 9,
4,5
(kgm')
Bagiandalam
0,02 0,02 0,05 0,07 0,2
0,3
1,0
16.5 18,5
2l 606
16
10,0 15,0 1<
2,0
5,0
Gbr. 2.1aft) Dimensidimensi dari kopling fluida dasar. Catatan:Ingatlahbahwabagianluar haru^s.dif,ubunlkan langsungdengan motor.
[Contoh 2'3] Sebuah konveyor sabuk untuk memindahkan benda tertentu sering distart dan dihentikan.Diameterpuli penggerakD: 500(mm), kecepatansabuk z : 120(m/min), tahanan rata-ratadalam keadaanberbebanF : 4201tg),eret roda gaya dari bagian-bagianyang bergerak lurus dan berputar (terhadap poros puli) Gi, : '3200(kgm'z).carilah kapasitassebuahmotor induksi 50(Hz),6 kutup (p) yang dihubungkanlangsung,untuk mencapaiputaran penuh dalam 5 detik G) mulai darisaat start. Carilahjuga kapasitasmotor untuk persyaratanyang samatetapi dipasangdengan perantaraankopling fluida yang sesuai. Kurva karakteristik motor induksi, kurva momen puntir beban dari konveyor, dan karakteristik gabungan antara kgdins fluida dan motor, diperlihatkan daiam 2.15(a),(b), dan (c). [Penyelesaian] O
@ @
F : 420(kg),D : 500(mm) : 0,5 (m) V:120 (m/min) Gp' :3200 (kg.m2),t : 5 (s) " T : 420 x (0,512): 105(kg.m) np: Vl(nD) : l20l(n x 0,5) : 76,4(rpm\ Dengan4-0,85,
.- 1- ar!4!4
'++.*'<;.€fiiGaialiic**-*r;-
-1 I Milik PcrpurtakaanUmuP 2:5 Kopling,
Kota Lfalang
E
.3E at!
ET
P
>5
Putum mtor (%)
(a) Kurva karaktcristik motor
o .=E 'E
EE 6r
Es
Putuu
poros puli (%)
(b) Tahanan konveyor Puttraf, poros motor - :-
---
- 100
m! E
6 .38
60&
Ed qi El|
^E
40b
>'5 !
E
20 1
putCran porq outpu-t-(%)
(c) Karakrcrisit hubungan-antara'mditir din kopHhgfiuida Gbr.2.f5 105 x 2n x f.r : -ildT665-
76.4
Diagram untuk Contoh23.
: 9,68(k\trr)
Misalkan diambil motor dng.Pu^: GD2 - 0,52(kg.m2) (dari Tabel 2.6) Perbandinganreduksi i = 9@176,4: Pergunakan2 ttngkat reduksi PerbandinEanreduksitingkat-l : i, : Perbandinganreduksitingkat-2: i, :
ll (kW), 6 (p), dan 960(rpn). 12,57 1,2,1nV x 4,25 12,j7 + 4,25 x 2,96
0
t3
F
Bab 2. Kopling Tetap
54
Tingkat-l: dari Gambar6.24,m :3, zr :20' zz: 2O x 4,25: 85, x 85:255(mm) x 20:60(mm),dr:3 b:3 x l0:30(mm),dr:3 : 3080D;b Dalam hal ini pakaiGD2: ?850(kgimt) x (nl4'1D2n'b'(o,7o7De)2 (kg'mt) Pinyontingkat-l GD2 :3080 x (0,004 x 0,03 : 0,0012(kg'mt) Roda gigi tingkat-l GD2 :3080 x (0,25t4 x 0,03 : 0,3846(kg'm') : 226(rpm) Tingkat-2: 1I (kW), 9601(85120) Dari Gambat6.24,m : 4, zt : 30,zq :30 x 2,96x 89 b:4 x 10:40(mm),d. :4 x 39: l-20(mm),da:4 x 89:356(mm) Pinyontingkat-2:GD2 :3080 x (0,12)4x 0,04:0,0255(kg'm') Rodagigi tingkat-2: GDz :3080 x (0,3504 x 0,04 : 1,979(kg'mt) Jumlah hargaGD2 dari roda gigi (terhadapporos puli) + (0,3846+ 0,0255)x (89/30)'z+ 1,979:5,79 0,0012x (85/20)'z(8gl3o)2 \9
\,
@ ro
(kg'm') Perhitunganporos 1l (kW), 960(rpm), S30C-D,oa : 58 (kg/mm2) Sfr : 6, Sfz : 2,5, % : 581(6x 2,5) : 3,87(kg/mm2) Tv:9,74 x 105x (1U960): 11160(kg'mm) Cr:2, Kt:2 : 38,9(mm) --+'10(mm) x 2 x 2 x 1116011/3 d" : f(5,113,87) Perhitungankopling flenskaku. Meriurut Tabel 2.1, kopling yang cocok untuk dihubungkan denganporos berdiameter40 (mm) adalahkopling dengandiameterluat A : 160(mm) dan tebd flensF: 20 (mm). :3080 x (0,16)4x (0,02x 2) :0,074(kg'm2) 9D' + 5,8 + 3200: 3300(kg'm') iGD' : (0,52+ 0,074)x (85/20)'z(8gl3o\2 )n y 764 1 3300
T": ffi"--:60:-
(ke'm) , S:134,6
: 239,6(kg'm) Ta: lo5+ 134,6 (A) @
Motor dihubungkanlangsung Dari Gambar 2.15(a),jika harga yang diperoleh dengan membagi momen a dengan1,5 adalahmomennominal Ip (kg'm), maka : 159,7(kg'm) > 105(kg'm) (padaporospuli) Tr : 239,611,5
159,7x2nx76,4 : 14,7(k\il) 6120x 0,85 @ P,u : 15(kW) @ 15(kw) > 11 (kw), dari sini tembaii ke @. (x\, GD2:0,95 (kg'm2) r<\, Janganrubah modul, jumlah gigi dan lebar gigi. Jika perlu rubahlah bahan yang dipakai atau perlakuan panas. Ta :9,'14 x 105x (15/960): 15219(kg'mm) \9, x 2 x 2 x l52l9lrt3 : 43,I (mm) -* 45 (mm) d": l(5,113,87)
@
PR:
Ir
2.5 KoplingFluida
55
@' Kopling dapat tetap sama. @' 2GD2 : (0,95+ 0,074)(8512q'z$9130\2 + 5,8 + 3200:3369(kg.m2) 2rx76,4 | (o'\, To: 3369 t ---?6--__.. * j: 137,5 (kg.m) TR Ta: lO5+ 137,5: 242,5(kg'm) @' Tr :242,511,5: 161,7(kg'm) > 105(kg'm) (padaporospuli) 161,7x2nx76,4 : 14,9(kW) @' P a: 6120x 0,85 @' Pu : 15(kW) @' Py : Pya,baik @ Pm : 15(kw), 6 (p), adalah motor yan! aipititr. (.R) Dengankoplingfluida @ Put : ll (kW), 6 (p), GDz : 0,52(kg.m') @ ll (kW),960(rpm),No. 16,5 GD2:5,5 + 1,5: 7,0(kg.m2) Misalkan slip pada kopling fluida adalah 5(f). @ Perbandingan reduksi960 x 0,95176,4.:11,94 Sesuaikanroda gigi tingkat-2. : lt,94l$5120):2,81 . z+ : 30 x 2,81: 84,3-- 84,d+ : 4 x 84 : 336(mm) GD2 :3080 x (0,336)4x 0,04: 1,570(kg.m') Koreksi harga total GD2 dari roda gigi (terhadapporos puli). @ Koreksi denganhargayangdiperolehkarenaperubahandari kopling kaku menjadi koplingfluida. 0,074(kg.m') -- 3 (kg.mt) 2GD2: (0,52+ 7)(8512q2$4130)2 + 4,96 + 3200: 4270(kg.m2) 4270 2r x 76.4 I U I : -6d-, 174,2(kg.m) " 4AT-,8" S: Ta: 105+ 174,2:279,2 (kg.m) O Dari Gambar 2.15(c),kurang lebih 230(ft) momennominal samadenganmomen awal, sehingga Tr : 279,212,3: 121,4(kg.m) (pada poros puli) l2l,4 x 2n x'16,4 : I1,2 (krlf) @ Pn:
6120x 0,85
e
Pu : 11(k!v) Momenporosmotor Ta :9,74 x lOs x
A A
ft:
tl,l (kg.m)
Pu: Pa*balk. Dari perpotongankoordinat ll (kW) dan 960(rpm) dari Gambar 2.14(a\ maka, dipilih kopling fluida No. 16.5denganpenyimpanminyak. Dari kurva karakteristik kopling No. 16.5 dalam Gambar 2.16, dipakai minyak s/d No. 5, jumlah minyak 9,5 (l), shp 3 (%).
!-
Bab 2. Kopling Tetap
@
Perhitunganuntuk mengoreksiroda gigi reduksi tidak diperlukan karena slip pada kopling fluida. No. 16.5 Tingkat minyak No. 5, jumlah minyak 9,5 (l), ll (kW), 6 (p) (b) No. 16.5 '
(a) No. 16.5 Penggerak bagian luar Minyak kopling B Jumlah minyak l0,l / Tanda *4
Penggerak bagian luar Minyak kopling B Jumlah minyak 9,5 / Tzndz #5
I
I
0
6m 800 lm l2m Putaranporosinput (rpm)
rffi Put.ran
poros inpul {rpm}
(c) No. 16.5 Penggerak bagian luar Minyak kopling B Junlah minyak 8,5 / Tanda #6
{ Gbr. 2.16 Contoh-contohkurva kopling fluida.
I
f'
Puhr.n
lbr6
input (rph)
t-
I t
57
BAB 3. KOPLING TAK TETAP DAN.REM
Sebuahkopling tak tetap adalah suatu elerdenmesin yang menghubungkanporos yang digerakkandan poros penggerak,denganputaran yang samadalam meneruskan daya, ierta dapat melepaskanhubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar. Rem adalah alat untuk menghentikanputaran suatu poros dengan perantaraan gesekan.Berbedadengankopling tak tetap yangmembuatkeduaporos berputardengan kecepatansama,makarem berfungsiuntuk menghentikanporos atau bendayangsedang berputar. Sering kali penghentianini harus dilakukan dalam waktu singkat hingga berhenti samasekali,dengan carayang aman. Kadang-kadangrem juga dipergunakan untuk mengaturputaran suatuporos denganmengurangiatau membatasiputaran.
Macam-macam Kopling Tak Tetap Kopling tak tetap mencakupmacam-macamberikut ini. (1) Kopling Cakar Kopling ini meneruskanmomen dengankontak positip (tidak denganperantaraan gesekan)hingga tidak dapat slip. Ada dua bentuk kopling cakar, yaitu kopling cakar persegidan kopling cakar spiral. (2) Kopling Plat Kopling ini meneruskanmomen denganperantaraangesekan.Dengan demikian pembebananyang berlebihanpada poros penggerakpada waktu dihubungkan, dapat dihindari. Selainitu, karena dapat terjadi slip, maka kopling ini sekaligusjuga dapat berfungsisebagaipembatasmomen. Menurut jumlah platnya, kopling ini dapat dibagi atas kopring plat tunggal, dan kopling plat banyak, dan menurut cara pelayanannyadbpat dibagi atas caramanual, cara hidrolik, dan cara maknetik. Kopling disebut keiing bila plat-plat gesektersebut bekerjadalam keadaankering,dan disebutbasahbila'terendamatau dilumasidengan minyak. (3) Kopling Kerucut Kopling ini menggunakanbidang gesekyang berbentukbidang kerucut. (4) KoplingFriwil Kopling ini hanya dapat meneruskanmomen dalam satu arah putaran, sehinggh putaran yang berlawananarahnya akan dicegahatau tidak diteruskan.Cara kerjanya dapat berdasarkanatasefek baji dari bola atau rol.
I 58
Bab 3. Kopling Tak Tetap Dan Rem (t
Kopling Macam Lainnya
Termasukdalam.golongan ini adalah misalnyakopling fluida kering atau serbuk, yang meneruskanmomen denganperantaraangaya sentrifugalpada bu butiran baja d.i dalam suatu rumah, dan kopling fluida yang bekerja atas dasar sentrifugal pada minyak pengisinya.Karena kopling tersebuttidak dapat di hubungannyapada waktu berputar,maka dapat digolongkandalam kopling tetip.
3.2 Kopling Cakar Konstruksi kopling ini adalahyang paling sederhanadari antara kopling tak yang lain (Gambar 3.1). Kopling cakar pese!1idapat meneruskanmomen dalam arah putaran, tetapi tidak dapat dihubungkandalam keadaanberputar.Dengande an tidak dapat sepenuhnya berfungsisebagaikopling tak tetap yang sebenarnya. nya, kopling cakar spiral dapat dihubungkan dalam keadaanberputar, tetapi baik untuk satu arah putaran tertentu saja.Namun demikian,karenatimbulnya tu kan yang besarjika dihubungkandalam keadaanberputar,maka cara semacamini hanya boleh dilakukan jika poros penggerakmempunyaiputaran dari 50 (rpm).
penggerak (a) Gbr.3.l
{b) Dua macam kopling tak tetap.
Jika daya yang akan diteruskanadalahP (kw) dan putaran poros adalahn1 ( serta faktor koreksif. dm bahan poros dipilih, maka diametei poros dapat dihit menurut tata caraDiagram 1. Sebuahalur pasak untuk menggeserkan cakar tentu harus disediakan. Diameter dalam D1(mm), diameter luar D2(mm), dan tinggl h(mm) dari untuk suatu diameter poros dn(mm) dapat ditentukan secaraempiris (Garnbar 3
Gbr. 3.2 Lambang-,lnnnbang untuk kopling ca&.on.
r- I
r I
I
3.2 Kopling Cakar
59
D1 :1,2d"+10(mm)l Dz.: 2d" + 25 (mm) ! h : 0,5d"+ 8 (mm) )
(3.1)
Momen puntir yang diteruskanadalah T : 9,74 x 105 x f"pln, (kg.mm)
(3.2\
dan jika gayatangensiald ftg) bekerjapadajari-jari rata-ratar, (mm), maka r^:
(Dt + D)14
F, : Tlr-
(3:3) (3.4)
Jika luas akar dari cakar adalah ll2 dan @14|l@7- D?\, maka tegangangeser t (kg/mm2)yang timbul pada akar cakar adalah 7:(8ln)F,l@i_D?)
(3.5)
Momen lentur yang bekerja pada cakar adalah (F,ln).h,jika 4 dikenakan pada ujung cakar, di mana n adalahjumlah cakar. Alas dari penampangcakar segiempat adalah (D, - Dr)12,dan tingginya adalah KD, + Dr)|{@ln), sehinggamomentahananlenturnya adalah
l ( Dz-D,\fn(Dr+Dr)1,
_ 6' o:
2
'LTl
(3.6)
Besarnyateganganlentur o, (kg/mmr) adalah ot:
Frh iZ
(3.7)
Tegangangesermaksimuft ?-u* Gg/mmr) adalah
?-",: fJ[TEyz
(3.8)
Jika harga ini lebih kecil dari tegangangeseryang diizinkan, maka dapatditerirna. Tetapijika lebih besar,maka Dr, D2, h, dsb.harus disesuaikan. Dalam hal ini perlu ditegaskanbahwa penghubungkan dan melepaskankopling harusdilakukan dalam keadaanberhenti. Kini akan dicoba membuat diagram aliran untuk suatu contoh perhitungan(lihat Diagram 8). [Contoh 3.1] Sebuahkopling cakar untuk putaran dua arah akan dihubungkandengan s€buah poros baja liat untuk meneruskandaya sebesar1,5(kw) pada 120(rpn)" Tentukan diameter luar, diameter dalam dan tinggi cakar denganrnengambiljuamiah cakar 3 buah.
Bab 3. Kopling Tak TetaP Dan Rern kopling cakar E. Diagram ahran untuk merencanakan
S TA R T Daya yang akan ditransmisikanP (kW) Putaran poros nt (rPm) 2 Macam baja Poros(l C) Kekuatan iarik o, (kB/mm2) Sfi, Sf2 r" Faktor koreksiI Daya rencanap (kW) Momen rencana f GE mm) 4 Faktor koreksi momen Puntir Kt Faktor lenturan C, Diameter Poros d" (mm)
Macam baja bahan kopling (f C) Kekuatan tzrik o" (kg/mm') Faktor keamanan Sfr, Sf, Tegangangeseryang diizinkan r. (kg/mm')
Diameter dalam cakar Dt (mm) Diameter luar cakar D, (mm) Tinggi cakar ft (mm) 'Jari-jari rztarata r. (mm) 8 Gaya tangensial4 (kg) 9 Tegangangesercakar z (kg/mm') l0 Momen tahananlentur cakar Teganganlentur Z (mm3) Cakar oo ftg/mm') 11 Tegangangesermaksimumr
12 r
-.'(kg/mm'z)
to ^"1
13 Diameter poros 4 (mm) Diarneterdalam cakar Dt (mm) Diameter luar cakar D, (mm) Tinggi cakar ft ((mm) " Bahan cakar
3.3 Kopling Plat
61
[Penyelesaian]
O P : 1,5(k\il), n, : 120(rpm) o\ Denganmenganggapkadar karbon poros baja liat sebesar
\,
@
@
@ @ ro
0,20(%\, on : 40 (kg/mm2) Ambil mis. S/r : 6, Sfz: 2,5 (denganalur pasak) x": 401(6x 2,5): 2,67(kglmm2) f" : l, Pa: P : 1,5(kW) : t2175(kg.rnm) T :9,74 x 105(1,51120) Kr:2,5,Ct:l d" : [(5,112,67)x 2,5 x I x 12175]r/3: 38,7--+40 (mm) Denganmenganggapkadar karbon baja liat sebagaibahancakar sebesar0,25(l), on: 45 (kg/mm2),{fr : lo, sfz : 5, r,: 451(10x 5) : 0,9(kg/mm2) Dr:1,2x40*10:58(mm) Dz:2x40*25:105(mm) h:0,5x40*8:28(mm) r. : (58 + 105)14: 4l (mm) F, : l2l75l4l :297 (kc) 8 297 : ='1195?. o'099(kg/mm'z) sg\: ' I (105- s8) [z(105 + s8)1'z
a t:e' @
z 297 x 28
oo: frffi:
L -x3
):7 1 41
(-mt)
(kglmm'z) 0,388
@ ?mu:: Jd3s-8zTZlTFggz- p : 0,218(kg/mm2) @ 0,218(kg/mm') < 0,9 (kg/mm2),baik @ d,: 40 (mm), Dt : 58 (mm), Dz : 105(mm), ft : 28 (mm) Bahancakar:bajaliat (C:0,25%)
Kopling Plat Kopling plat adalah suatu koplingyang menggunakansatu plat atau lebih yang dipasangdi antara kedua poros sertamembuatkontak denganporos tersebutsehingga terjadi penerusandaya melalui gesekanantara sesamanya. Konstruksi kopling ini cukup sederhanadan dapat dihubungkan dan dilepaskandalam keadaanberputar. Karena itu kopling ini sangatbanyak dipakai. Kopling plat dapat dibagi atas kopling plat tunggal dan kopling plat banyak,yaitu berdasarkan atas banyaknya plat gesekyang dipakai. Juga dapat dibagi atas kopling basahdan kering, sertaatas dasar cara pelayanannya(manual, hidrolik, numatik, dan elektromagnitis).Macam mana yang akan dipilih tergantung pada tujuan, kondisi kerja, lingkungan,dan sebagainya. Bentuk kopling plat yang paling sederhanadiperlihatkan dalam Gambar 3.4. Badan A dipasangtetap pada poros sebelahkiri, dan badan B dipasangpada poros di sebelahkanan serta dapat bergesersecaraaksial pada poros tersebut sepanjangpasak
e,
Bab 3. Kopling Tak Tetap Dan Rem
oz
Gbr.33 Bryrn koplingplet.
Poros penggerak
Gbr.3/
Poros yang digerakkan
LemblngJemblne untuh hopling plrt (setu Hdeng gcl).
luncur. Bidang gesek C pada badan B didorong ke badan A hingga terjadi
putarandari porospenggerakdi sebelahkiri ke poros yangdigerakkandi sebelah Pemutusan hubungan dapat dilakukan dengan meniadakan gaya dorong hingga akan hilang. D, adalah diameter dalam, dan D" adalah diameter luar bidang gesek.
bagianbidang gesekyang terlalu dekat pada sumbuporos hanya mempunyai yang kecil sajapada pemindahanmomen, maka besarnyaperbandinganDrl D2 lebih rendahdari 0.5. Besarnyatekanan pada permukaanbidang gesekadalah tidak terbagi rata seluruhpermukaantetsebut; makin jauh dari sumbuporos, tekanannyasemakin Jika dalam Gambar 3.4 besarnya tekanan rata-tala pada bidang gesek adalah (kg/mm2), maka besarnya gaya yang menimbulkan tekanan ini adalah
F:i(DT-o?)p Jika koefisien gesekanadalah 1t, dan seluruh gaya gesekandianggap bekerja keliling rata-ratabidang gesek,maka momengesekanadalah
T:ttF.'+ Harga pt dan harga tekanan yang diizinkan p"(kglmm2) diberikan dalam Tabel Harga-hargakoefisiengesekdalam tabel tersebutditentukan denganmemperhitu keadaan bidang gesekyang sudah agak menurun gesekannyakarena telah te beberapa waktu, serta didasarkan atas harga tekanan yang diizinkan yang di baik. Selanjutnyaharus diperhatikan pula GD2 dari poros yang digerakkanyang dipercepatpadawaktu kopling dihubungkan. Falilor keamanankoplipg harus dengan memperhatikan macam penggerakmula yang dipakai, variasi beban, GD2, dan ada tidaknya tumbukan.
63
3.3 Kopling Plat Tabel3.1 Harga p dan,po. Lt
Bahan permukaankontak
p. (kg/mm') Kering
Besicor dan besi cor Besicor dan perunggu Besicor dan asbes(ditenun) Besicor dan serat Besicor dan kayu
0,10-0,20 0,1H),20 0,35-0,65 0,0H,10
Dilumasi
0,08--0,12 0,1H,20 0,05-0,10 0,10-0,35
0,09{,17 0,05-o,08 0,007-0,07 0,005-0,03 0p2-0,03
Kerja penghubunganyang diizinkan dibatasi menurut banyaknyapenghubungan dalam suatu jangka waktu tertentu. Kenaikan temperatur juga dibatasi. Umur plat gesekjuga harus dihitung. 'Sekalipununtuk kopling plat yang sederhana,sebanyakmungkin segiyang penting harus diperhatikan,agar kopling dapat bekerjadenganhhlus dan aman,karenakopling adalah suatubagianyang penting. Suatucontoh perhitungansederhanaakan diberikan di bawah ini tanpa suatudiagram. [Contoh 3.2] Rencanakansebuahkopling trlat tunggaluntuk meneruskandaya sebesar 7,5(kW) pada 100(rpm). AnggaplahbesarnyaperbandinfandiameterDrlDr: 0,8, koefisiengesekanF : 0,2, dan tekanan permukaanyang diizinkan pada bidang gesek po: (kg/mm2). "0,02 IPenyelesaian] O @ @ @
P : 7,5(kW), nt : 100(rpm) Denganmenganggapdaya nominal motor sebesar7,5 (kW),t Pa: I x 7,5 :7,5 (kW) T:9,74 x 105x 7,5ll00:73050(kg'mm)
: 1,0
O f : ( n l $ (D |- o ? )p " :(n l 4 )(l-0 ,8\DZx 0,02:O,W s65Dtr @ r^: (Dr + D)14: (0,8+ l)Dzl4: O,45Dz : 508,5x t0-6 D3, x 0,45Dr: 0,0005085D1 @ f - pF'r^:0,2 x 0,00565D? @ 73050:508,5x 10-6D, Dz :
: 523,7 (mm)+ 530(mm)
(mm) -L" @D2 : 530"ilf, : D1 0,8 x 530 : 424(mm) Dalarn contoh ini, ukuran kopling hanya ditentukan dari perhitungan momen saja.Tetapi, dalam praktek karenapercepatandll. turut menentukan,maka perhitungan sepertidi atastidak cukup. Di bawah ini akan diberikan carayang lebih lengkap. 1) Mula-mula ditentukan cara pelayananpada mesinyang akan dipakai seperti: manualatau otomatik, langsungataujarak jauh, sertamacampelayananseperti:manual, hidrolik, nurnatik, atau magnitik [Gambar 3.5(a),(b), (c). 2) Tentukan maqlm kopling menurut besarnya momen yang akan diteruskan, plat tunggal atau plat banyak. 3) Pertimbangkanmacam dan karakteristik momen dari penggerakmula. Jika
t r
&
Bab 3. Kopling Tak Tetap Dan Rem
Macam gigi
(b) Kopling hidrotik
(c) Kopling numatik
Gbr.3.5 Penggolongan koplingmenurutcarakerjanya. variasi momennya besar, suatu kopling kering dapat dipakai dengan plat luar roda gigi, atau kopling basahtanpa bentuk plat luar yang demikian.Jika kopling dikenai bebantumbukan berat, ada baiknya dipakai kopling numatik. 4) Untuk jangka waktu penghubungansebesar0,2 sampai I detik (s), Tacam apa sajadapatdipakai. Namun untuk 0,2 (s) atau kurang, kopling basahhan ,!1-qatdipakai untuk kapasitaskecil. Terutamakopling denganpelayananhidrolik har dihindari karena kerjanya lebih lambat dari pada yang lain.
t-
3.3 KoplingPlat
65
t untuk jumlah penghubungankurang dali 20 kali/menit, semuamacam dapat dpnkai, tetapi untuk Iebih dari 20 kali/rnenit, kopring basahtidak cocok. 6) Jika lingkungan kerja tidak baik, pakailah kopling basah,dan jika pemakaian @ling kering tak dapat dihindari, pasanglahkopling tersebut di dalam kotak yang
firmtup rapat dan kedap.
Momen Puntir i) Momen yang dihitung dari daya penggerak
T : g74f"P nl
(3.r l)
Jika P adalah daya nominal motor, f" : I dapat dipandangcukup karena sudah mcakup beberapatambahan. ii) Momen yang dihitung dari beban. Jika gayd yang ditimbulkan oleh beban
rdelafi F(kg), kecepatan beban adalah /(m/min), putaran poros kopling adalah n1 ifrpm), dan efisiensi mekanis adalah 4, maka momen beban Tr(kg.m) dapaidinyatakan dl
fr:n+Uffi
(3.r2)
illomen ini mencakupdua macam beban: pertama, beban berat sejak dari permulaan raerti pada konveyor,dan kedua,bebanringanpadapermulaansepertipadapemutaran Gtnm mesin bubut bersamabenda kerjanya dan kemudian beban penuh setelahpemotonganoleh pahat bubut dimulai. Jika beban berat sudah bekerja sejak permulaan dan harganyatidak diketahui, Ipka momen z(kg'm) yang dihitung dari daya motor nominal dapat dipakai secara rftktif. Jika momen start adalah 2,. (kg.m), maka 7,, x T
(3.13)
MomenmaksimumpadakecepatanpenuhkemudiandapatdianggapTn(kg.m). Jika efek total roda gaya terhadapporos kopling adalah GD2 (kg.m2), tecepaian mbtif adalahltr : ,7 - n2 (rpm), di manabebanberputardengann2 (rpm)1,danjangka nalitu penghubungan(dari saat kopling dihubungkan hingga kedua poros mencapai Ftaran yang sama) adalah lo (s), maka persamaangerak dari seluruh benda yang berputaradalah
TFE
r
-
ii:r.lt/,i
i
: 6.
^r
Bab 3. Kopling Tak TetaP Dan Rem
9. Diagram alinn untuk memilih kopling elektro naknit
S T AR T I Daya yang akan diransmisikan
P (kw)
Putaran poros motor nr (rpm) Putaran poros kopling nr (rpm)
15 Bahan gesek Volume keausan yang diizinkan 13 (cm3; Laju keausanPcrmukaan w (cm37tg m)
2 Faktorkoreksil 3 Daya rencanaPr'(kW)
l7 Umur dalam jumlah hari atau tahun l[,o (hari, tahun)
Momen poros motor ?'t(kt m) Momen poros koPling T, (kg m)
5 Momen bebanpada saat start ?ir (kg m) Momen beban setelahstart Ir, (kg m)
6 GD2 padaporos koPling (kg m') Putaran relatif n, (rPm)
rencana 7 Waktu penghubungan (s) '" keamanankoPling/ Foktor 8 Momen start I" (kg m)
9 Pemilihan tipe koPling Pemilihannomor tipe koPling Momen gesekanstatis I," (kg m) Momen gesekandinamis Ir" (kg m)
I I Kerja penghubunganE (kg m)
12
E -:l Eo
' 13 Waktu penghubungansesungguhnyat@(s)
l8 Nomor kopling elektro maknit Bahan gesek Waktu penggantian bahan
Milik perpuitaka;rnUmun
I
3.3 xoptindeut r :Ja:(G?'\'t-'o \+s /
Koul
blafang
(
(3.r4)
to
di manaZ: momendari luar (kg.m), ./: momeninersia(kg.m.s2),g : 9,g(m/sr), @o:kecepatansudutawal(rad/s),60r:ke9epatansudutakhir(rad/s) Jika momenp€rcepatanyang diperlukan untuk mencapaijangka waktu penghubungan yang direncanakanl"(s) adalah7,(kg.m), maka karenamomenluar ?: Ta7,,,
r.-r,,:ffi(#-'#)i: r":ffi*r,,
GD2(n, - nr) 375t.
(3.15) (3.r6)
Bila GD2 dan momen bebanadalah kecil pada penghubungan,dan momen beban berat dikenakan setelahterjadi hubungan,sertajika momen bebanmaksimum adalah 712,dimana
,.:g##* ,,,.)r,,
(3.r7)
maka kopling tersebutdapat dianggapbekerja denganmomen gesekanstatis. Dalam keadaandemikian,pilihlah kopling dengan?ls sebagaikapasitasmomengesekanstatis dalam daerahberikut: Tro > Tn'f
(3.18)
Sebaliknya,meskipunbebanberat dikenakankemudian,jika GDz.n, I _ 1o:Eill * -711>2Tp
(3.re)
dan, bila momenbebanberat dikenakandari permulaan,maka pilihlah kopling dengan 7oosebagaikapasitasmomengesekandinamisdalam daerahberikut: Too> T;f
Q.zO)
untuk kopling elektromagnit plat tunggal kering (Gambar 3.6) momen gesekan statisnyadiberikan dalam Tabel 3.2, dan momen gesekandinamisnyadalam Gambar 3.7..Faktor keamanan;f diberikan dalam Tabel 3.3. (2) Keria Penghu[nngan Setelahpemilihan kppasitas momen, perlu dibahas panas gesekanatau kerja penghubunganolbh slip pada waktu berlangsungprosespenghubungan.untuk kopling dengankapasitasmomen yang dipilih, kerja penghubunganyang diizinkan AiUeritan menurut jumlah penghubungandalam jangka waktu tertentu. Jika kerja untuk sekali penghubunganlebih kecil dari pada kerja penghubunganyang diizinkan, maka dapat .diterima. i) Pada waktu percepatan.Sekarangakan dicari kerja yang dilakukan bila beban
Bab 3. KoPling Tak TetaP Dan Rem
58 ,t-----------l
I
r-qTl
Ii l - ilt
II
#+ - I
ffiLl]l @r r'-r--
Gbr. 3.6 Kopling elektromegnit denganplar tunggal ker
Tabet 3.2 Contoh momenpuntir geek statis untuk kopling elektromagnit plat tunggd kering. (Gambor 3.6). Nomor kopling
1,2
2,5
)
t0
20
,00
70
r00
Momen gpsekstatis(kg'm)
1,2
)s
)
10
20
&
70
100
GD2 sisirotor (kg'm2) GD2 sisi stator (kg' m2)
0,0013 0,0034 0,00E9 o,o22r 0,0E82 0,2r9t 0,ffi22 0,0052 0,0150 09322 0,1004 0,23r:
Diameter lubang ds7 Alur pasak bse x lq+o'r
20 5x2
30 7x3 175
90.
c .L
25 60 50 0,3
35 75 60,3 0,3
42 90 69 0,3
50 l t5 85 0,4
1,5
2,4
4,5
9,0
s
110
25 7 x3
A B U Berat (kg)
15 5x2
140
Q, 50 l0 x 3,5 15x5
220 144 70 r32 95,3 0,5 l6
zffi 150 85 t57 109 0,7 25
0,4124 t,125' 0,503( 1,085: 60 15x5
70 l E x6
315 180 100 168 123 0,7
380 205
3E,5
56
tn t92 138 O,E
yang telah berputar denganputaran nz$pm) dipercepatmenjadi zr (rpm) sttelah hubungkan dengan poros penggerak yang mempunyai putaran rl1 (rpm) dalama yang sama.Kerja untuk satukali hubungandapatdinyatakandengansatuan(k c'mll rhnya Kerja yang dilakukan dalam jangka waktu penghubunganyang sesunggl (s) dari kecepatansudut ro2(rad/$ menjadi ar1(rad/s) dengankapasitasmr)men T, (.kg'm) adalahperkalian antarasudutyang ditempuh oleh putaran poros dalarn jant waktu lo,, sebesar(at - a2\l2kali to", denganTao.Jadi
n: r*V,"" :,o(T _r#)T: rl|,,l,,* Karena Todalampersamaan(3.16)menjadi Tao,maka GD2'n, GD2 n . : , : tae 1l;=-1i' 19"6x 60(rrt- n) !E1r*=7; Dari keduapersamaandi atas,
-\
3.3
Kopling plat
69
ttt
r r , ' r r r i[ ljil i , l
lr
e:
g" E lllT-fT-r€'
a''
.!-
E' s'
€' '
r r r l,uL ul ,rllllllllrrirrrrl I I l, ul, l I I I r ch. 3.7 Kerekreri*ik *iJffi*'"'"ttt ercltromegoit detrgrnn roo"ldffi -.o-",
t'o'n' reletifderiLoplirg
S$.uiti:t"*n
Tebel 3.3 Fektor keemenanuntuk memilih kopling tak tetap. Macam penggerakmula flnak pembebanan Ewensi penghubungan, rsia, variasi beban, Motor listrik. Motor bensin Motor Diesel4-6 silinder.Motor nbukan) Turbin. 4-6 silinder bensin 1-2 silinder. ffi*'ensi dan inersia ren5- bebasvariasi beban.
1 ,5
t,7
hrensi ffi-
t,7
2,0
dan inersia ren-
ht*-ensi rendah.
r.irsi bebanbesar,inersia E.
hn ker
Macam mesin
2,r
Blower, kipas angin, mesinkantor.
2,4
Mesin perkakaskecil, mesin pintal, pompa kecilkecepatantinggi, mesinkayu kecil.
2,0
)1
2,8
Mesin perkakas besar, pres kecil, pengerek, mesin pintal, pompa kecil, kompresor.
2,4
2,8
3,4
Pres sedang, .kran, pengaduk,mesin tap, penumbuk.
tumbukan, beban
3,4
4,0
4.7
I Rolling mill berat, | pres besar, mesin I serut, mesin tusuk I gerigi.
-i
KoPling Tak TetaP Dan Rem Bab 3. Kopling
70 Tao'fl,
GD2'n,
E': rsT'!W[;=-r; '. n:G!r::'; ,Itu -
\
.| d 0 -
r tL
(ke'm/hb)
Bilateban dalam keadaan diam, maka flr:
flr.
ii) Jika sisi beban berputar berlawanan fungan arah putaran poros,.pengger7k Jika jangka waktu yang diperlukanuntuk perlambatandain2(rpm) menjadinol adalah r, (si dan jangka waktu untuk percepatandari nol menjadi z, (rpm) adalah l, (s maka persamaangerak dari benda ying berputar adalah -' .'2:) -(Tao * Trr) :GP2 -49 'Q tr
(
- O) Trr):G?2 .(t'l 49 t2
(Tao-
(
maka,
(
GD2'n,
GD2ln" u :g ffi ;tz :7 ffi f i
Besarnyasudut yang ditempuhadalah((C|,zl2)t,* ai, * ('?. : U - : roo\i t1* tDtl T r, 7WtTn, ) -.r
+ (a112\tr),sehingga
76
. E _Taof(2nr+nz\nz * "? 1 " L - 7lffiL Tdo+ Tn Too- TrrJ Jika kerja penghubunganyang diizinkan adalahE" (kg'm/hb), maka haruslah E<_E" Jumlah penghubunganterhadap kerja penghubunganyang diizinkan untuk elelCromagnitplat tunggal kering diperlihatkan dalam Gambar 3.8. (Waktu Keria) (3) Waktu PelayananDan Penghubungan Pada permulaanperhitungan, momen percepatanyang diperlukan untuk memr waktu penghubunganteyangdirencanakandicari lebih dahulu,dan momenpuntir nomof kopling ditentukan. Kemudian momen percepatanoleh kopling dan penghubunganyang sesungguhnyato" dapatdihitung. Karena Zaomenjadi lebih mal
GD2'n, T; iB(I;;=
t'
7l
3:3 Kopling Plat
E ;0 J' I
€ o
!
E. tt a0 r! cl o0 .o oo
t o
v
Jumlah penghubungantiap menit (hb/min)
Gbl. 3.t
ii)
Kerje pcnghutungrn yrng-diperbolehken untuk kopling elektromegnit dengrn plrt tunggelkering (Gbr-3.Q.
Bila sisi bebair'berputar berlawanan dengan arah putaran poros penggerak
nz ,, , _GDz( \ 'o" - 375\Zro * Trr''- Too- Tu)
(3.30)
Waktu yang diambil sejak dari permulaan pelayanan hingga tercaEai hubungan adalah waltu penghubunganyang sesungguhnyataeseperti tersebut di atas ditambah waktu to yang diambil sejakoperator memulai pelayanansampaisaatgayamulai bekerja pada badan kopling. Waktu tq mencakup semua waktu di dalam pelayanan yang tergantung pada macam kopling, dan perbedaandi antara operator dalam hal kopling manual.Besarnyawaktu tersebutadalahpenting,'meskipunharganyatidak tetap. (4) PerhitungonPanas Kerja penghubunganpada kopling akan menimbulkan panaskarena gesekanhingga temperatur kopling akan naik. Temperatur permukaanplat gesekbiasanyanaik sampai 200("C)dalam sesaat.Tetapi untuk seluruhkopling umumnya dijagaagarsuhunyatidak l€bih tinggi dari pada 80('C). Jika kerja penghubunganuntuk satu kali pelayanandirencanakanlebih kecil dari pada kerja penghubunganyang diizinkan, pada dasarnya pemeriksaantemperatur tidak diperlukanlagi. (t
Umur Plat Gesek Umur plat gesekkopling kering adalah lebih rendah dari pada kurang lebih se-
Bab 3. Kopling Tak TaaP Dan Rem
72
persepuluhumur koplingibasah.Karena laju keausanplat geseksangattergantungpa ma macam bahan geseknya,tekanan kontak, kecepatankeliling, tempetatut, dll., taksiran demikian, Sekalipun teliti. secara umur agak sukar untuk menentukan dapat diperolehdari rumus berikut ini. t'I\r - tt
7 tt -
E.*
di mana E: kerja penghubunganuntuk satu kali hubungan(kg'm/hb)' w: keausanpermukaanbidanggesek(cm2/(kg'm) (Tabel3.4),dan 13': volumekea yang diizinkan dari plat gesek(cm3)(Tabel 3.5)' Tabel 3.4 Laju keausanpermukaanpelat gesek. w [cm3/(kg.m)]
Bahan permukaan
(3-6) x ('t-8) x (5-10)x (G| 2) x
Paduantembagasinter Paduan sinter besi Setengahlogam Damar cetak
10-? 10-? 10-? 10-?
Tabel 3.5 Bataskeausanrem dan kopling elektromagnitpelat tunggalkering.
20
40
Nomor kopling/rem
t,2
?5
5
10
Bataskeausan permukaan(mm)
2,0
2,0
t<
)\
3,0
3,0
Volume total pada batas keausan (cm3)
7,4
10,8
))\
?1 5
63,5
91,0
70 100 ?5
1(
r50 zto
awal,di [contoh 3.3] sebuahmesinyangmemberikanbebanpenuhsejakdari : porosI putaran (PS) I dengan P olehsebuahmotor dengandayanominal sebesar efek (rpm). Dimisalkan 600 nr : 1450(rpm) dan putaran poros kopling sebesar : gayaterhadapporos kopling GD2 3,0 (kg.m2), dan frekwensiirenghubunganN : (nU/-in). pititriah sebuahkopling plat tunggal kering yang cocok untuk poros ir Taksirlahjuga umur plat geseknya,jika kopling dianggapbekerja6 jam sehari. [Penyelesaian] . O @ @ @
P = 1,0(PS): 0,735(kW);nr: 1450(rpm),nr: 600(rpm)
f":l Pa: I x 0,735: 0,735(kW) :0,494 (kg'm) Tr :974 x 0,73511450 : Tz :974 x 0,7351600 l,l9 (kg'm) O Tn : Tz: l,l9 (kg'm):7t, @ GDz :3 (kg'm2),n,: 600- 0 : 600(rPm) @ t" : 0,3(s),f -- 1,7
T--
I
i
i
I
# f, r T
73
3.4 KoPling Kerucut
n : #f&
+ t,re: 17,te(ke'm)
f.'f :17,19 x 1,7:29,2(kg'm) fo'pling plat tunggalkering denganpelayananelektro magnitik(untuk pengendalian oromatik) *$, Tao: 32 (kg'm) > 29,2(kg'm) +.f0, 6 (hb/min) : 360(hb/h)Eo :200 (kg'm)
(ke'm) 156,7
@ t: +# ":tTt:
I D
] f t I
3 x6 00
: 0,156(s) 375(32- 1,19) lmr ot56(s) < 0,3(s),baik ,@DL] : 9l (cm3) .trkadamar cetak dipilih sebagaibahangesek,w : 8 x 10-7 (cm3/kg'm) 9l :7,26 x 10s: 726000(hb) @r N-r : ffi-f-.-" 6 x 6Ox 6:2160(hb/harD Dengan300hari tiap tahun, 2160 x 300 : 648000(hb) : 1,12(tahun) '-+kurang lebih setahun. t o : 726000164S000 (@, Kopl.ingplat tunggal kering elektro magnit, No. ,10.Plat gesekharus diganti tiap
i @ L:
tehun. Dalam hal rem cakera yang mirip dengan kopling plat, dipergunakan rt@tan): yang samasepertipada penurunanpersamaan(3.24),di manaI11 ditambahkan l[ury [ Lo. Rumus-rumusmomen, kerja penghubungan,dan waltu penghubungandan 16lhnnan, yang diperlukan untuk penurunan, adalah rumus-rumus kopling dengan fr yang dibalik. ffi
efling Kerucut Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengan konstruksi sederhanadan i keuntungandi mana dengangaya aksial yang kecil dapat ditransmisikan rorrn yang besar (Gambar 3.9). Kopling macam ini dahulu banyak dipakai; tetapi ffilsrang tidak lagi, karena daya yang diteruskantidak seragam.Meskipun demikian, keadaandi mana bentuk plat tidak dikehendaki,dan ada kemungkinanterkena &h rtryak, kopling kerucut seringlebih menguntungkan.
Poros penlgerak
Gbr. 3.9 Poros yang digerakkan
Kopling kerucut.
Bab 3. KoPling Tak TetaPDan Rem
76
@ f" : l,O (untuk daYanominal motor) @ Pa: I x 37 :37 (kW) @ T :9,74 x 105x 37ll44}: 25000(kg'mm) \0,
@ @ @
o o' @' 6)'
@
D. : r401--1 0 : 15", p : 0,3,po : o,o3(kg/mm2) Q :2 x 25000/(0,3x 240\: 095(kg) :278C[. (mm') A : 69510,025 :2780fl.(n x 240): 37 (mm)'-+ 40 (mm) b * 0,3 x 0,966): 375(kg) F:695(sin 15'* 0,3cos15'): 695(0,259 375 < 350,tidak baik. 0:12" F : 695(sin 12" f 0,3cos 12") :695 (0,208* 0'3 x 0,978): 348ftg) , 348 < 350,baik 0:12" Permrlkaangesek:baja dan besi cor Diameter rata':iata 240 (mm) x lebar kontak ztO(mm)
3.5 Kopling Friwil Dalam permesinanseringkali diperlukan kopling yang dapat lepasdengan nya bila poros penggerakmulai berputarlebih lambat atau dalam arah berlawanan poros yang digerakkan. Kopling friwil adalah kopling yang dikembangkan u maksud tersebut. Sepertidiperlihatkandalam Gambar 3.11(a),bola-bolaatau rol-rol dipasangdr ruanganyang bentuknyasedemikianrupa hinggajika poros penggerak(bagianda berputar searahjarum jam, maka gesekanyang timbul akan menyebabkanrol bola terjepit di antara poros penggerakdan cincin luar, sehinggacincin luar bet poros yang digerakkan akan berputar meneruskandaya. Arah gcrakln
b€b8
-
P€Ddorong Pcgs Arah gerakm bcbas
Arsh Scntm bcbs Bols atsu rol silindcr
,_
Arah gerakm tfihubung Bagia! dalam Cincin luu Arah gerakan b€b6
Arsh gcnkm tcrhubunS
(a)
Gbr. 3.ff
Arah gcrakanterhubung
KoPHngfriwil. (b)
!-
I Miiik PcrPustakaanUmrn L t a la n g 3.7 Rem Block Tunggal
77
Jika poros penggerakberputar berlawananarah jarum jam, atau jika poros yang df,erakkan berputar lebih cepat dari pada poros p,enggerak, maka bola atau rol akan @s dari jepitan hinggatidak terjadi penerusanmomenlagi. Kopling ini sangatbanyak fimanya dalam otomatisasimekanis'. Suatu bentuk lain dari kopling semacamini, menggunakanbentuk kam (nok) nbagai penggantibola atau rol dan disebutkopling kam (Gambar 3.11(b)).
flasifikasi
Rem
Fungsi utama rem adalah menghentikanputaran poros, mengaturputaran poros, dnnjuga mencegahputaranyangtidak dikehendaki,sepertitelah dikemukakandi muka. Efek pengeremansecaramekanisdiperoleh dengangesekan,dan secaralistrik dengan rrbuk magnit, arus pusar, fasa yang dibalik, arus searahyang dibalik atau penukaran hrrup, dll. Rem gesekandapat diklasifikasikanlebih lanjut atas (a) Rem blok, yang dapat dibagi lagi atasrem blok tunggal, dan ganda (b) Rem drum (c) Rem cakera (d) Rem pita dan beberapamacamlain yang kurang penting.
Rem Blok Tunggal Rem blok macam yang paling sederhanaterdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem, seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.12. Biasanyapada blok rem tersebutpada permukaangeseknyadipasanglapisan rem atau bahan gesekyang dapat diganti bila telah aus. Dalam Gambar 3.13(a),jrka gayatekan blok terhadap drum adalah Q (kd, koefisiengesekadalah p,, dan gaya gesekyang ditimbulkan pada rem adalah/(kg), maka f:
(3.36)
ttQ
Momen T yangdiserip oleh drum rem adalah 7 : f' (Dl2) alaluT : pQ. (Dl2)
(3.37)
Jika panjangtuas rem adalah 11,jarak engseltuas sampaigaris kerja Q adalahlr, dan gaya yang diberikan kepada tuas adalah F, dan jika garis kerja gaya/melalui engseltuas, maka dari keseimbanganmomen,
Gbr.3.12 Rem blok tunggal.
:" ,-i
Bab 3. Kopling Tak Tetap Dan Rem
78
(b)
rembloktunggel. Gbr.3.13 Mrcern-mrcern
Ql 2 - F \:0
(
F : a+:+ =1, Flr '
Dalam hal pelayananmanual, trcsarnya gayaF kurang lebih 15 sampai 20 Gaya tekan pada blok rem dapat diperbesardenganmemperpanjanglt. Suatu hal yang kurang menguntungkanpada rem blok tunggal adalah gaya yangbekerjadalamsatuarah sajapadadrum, sehinggapadaporostimbul momen serta gaya tambahan pada bantalan yang tidak dikehendaki.Demikian pula, u yangbesar,tuasperlu dibuat pelayananmanualjika diperlukangayapeng€reman panjang sehinggakurang ringkas. Karena alasan-alasan inilah maka rem blok tu tidak banyak dipakai pada mesin-mesinyang memerlukan momen pengefeman besar. Jika engseltuas terletak di luar garis kerja gayaf, maka persamaandi atas agak berbeda.Dalam hal engseldigesermendekatisumbuporos sejauhc sepertida Gambar 3.13(b), maka untuk putaran searahjarum jam, persamaankeseimba momenpada tuas berbentuksebagaiberikut. Ql2 - Flr 't fc :0 , -(flP)I,
It
+ fc + ttc -- J,lz ttlt
Untuk putaran berlawanandenganjarum jam, r- :
,lz - Itc
l-=" llr
Bila engselmenjauhigaris kerja gayaf denganjarak c dalam arah menjauhisu poros, maka untuk arah putaran sesuaidenganjarum jam,
, : f', -urirt Untuk putaran berlawanandenganjarum jam,
:r-
3.7 Rem Block Tunggal
F:ft+f
79 (3.42\
Dari hasil-hasildi atas dapat dilihat bahwa untuk mendapatkangaya pengereman gmigsama,besarnyagayaFberbeda dan tergantungpada arah putaran.Perlu diketahui mh, bahwauntuk putaran searahjarum jam pada (b), bila rem bekerja,blok rem akan Ufierik ke arah drum, sehinggadapattedadi gigitan secaratiba-tiba. Dalam perencanaanrem, persyaratan terpenting yang harus dipenuhi adalah hrrnya momen pengeremanyang harus sesuaidenganyang diperlukan. Di samping nu. besarnyaenersi yang dirubah menjadi panas harus pula diperhatikan, terutama &lem hubungannyadengan bahan gesekyang dipakai. pemanasanyang berlebihan ffinkanhanyaakan merusakbahan lapisanrem, tetapi juga akan menurunkankoefisien 6csekannya. Ji&:agayatekan rem per satuanluas adalahp (kg/mm'z)dan kecepatankeliling drum uun adalah u (m/s), maka kerja gesekanper satuan luas permukaangesekper satuan mtru, dapat dinyatakandenganppu(kg.m/(mm2.s)).Besaranini disebutkapasitas nn Bila suatu rem terus-menerusbekerja, jumlah panas yang timbul pada setiap permukaan gesektiap detik adalah sebandingdengan besarnyapprs.Dalam t|t --') panas, +nan besaran tersebut dapat ditulis sebagai ppal860(Kcal/(mm2.s)).Bila harnya ppt: pada suatu rem.lebih kecil dari pada harga batasnya,maka pemancaran ilmas akan berlangsungdenganmudah,dan sebaliknyaakan terjadi bila hargatersebut plebihi batas,yang dapat mengakibatkanrusaknyapermukaangesek. Harga batasyang tepat dari pputergantungpada macam dan konstruksi rem serta h'han lapisannya.Namun demikian, pada urnumnya kondisi kerja juga mempunyai Fgaruh sepertiberikut: 0'l [kg'm/(mm''s)] atau kurang, untuk pemakaian jarang dengan pendinginan radiasibiasa. 0,06[kg.m/(mm2. s)] atau kurang, untuk pemakainterus-menerus, 0,3 [kg.m/(mm' . s)] atau kurang,jika radiasi panassangatbaik. Drum rem biasanyadibuat dari besicor atau baja cor. Blok rem merupakanbagian yangpenting.Dahulu biasanyadipakai besicor, baja lia't, perunggu,kuningan,tenunan arbes,pasta asbes,serat, kulit, dll., untuk bahan gesek,tetapi akhir-akhir ini banyak dftembangkan bahan gesek dari damar, serbuk logam, dan keramik. Bahan yang mnggunakan tenunan atau tenunan istimewa terdiri dari tenunan asbessebagaikerangka,denganplastik cair atau minyak kering yang diserapkansebagaiperekat,dan drikeraskan dengancetakpanasatau perlakuanpanas.Damar cetak'dansetengahlogam mnumnyahanya berbedadalam hal kadar serbuklogamnya.Keduanyadibuat dengan mencampurkanseratpendekdari asbes,plastik serbuk,dan bahantambahanberbentuk rrbuk, kemudiandibentuk. Cara ini mempunyaikeuntungankarenasusunannyadapat dirubah sesuaidengan keperluan. Bahan geseklogam, logam-keramik,dan keramik tilak mengandungasbessama sekali. cara membuatnyaadalah dengan mengepres dan membentuksatu macamatau lebih serbuk logam atau serbuk keramik, dan merypres dan membentuksatumacamatau lebih serbuklogam atau serbukkeramik, dan nengeraskannyapada temperaturdi bawahtitik cair bahanyang bersangkutan. Bahan rem harus memenuhi persyaratankeamanan,ketahanan,dan dapat meryeremdenganhalus.Di sampingitu juga harusmempunyaikoefisiengesekyangtinggi, heausankecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaral. Karakteristik gesekandari beberapamacambahan gesekdiperlihatkandalam Gambar 3.14.
Bab 3
Kopling Tak TetaP Dan Rem Gbr.3.l4
otI | ^ ., 1 o 4F
l- - -- -- -- -- -o' -- -- -- -- - ^ - - - - - a - r l:- - _ *- - .- - - - - ..- 2
.i
:-^\.
8.,,1-;-x--i\;;
EI t7
I 0,2F
| zl
\:
I o'rl-
I
t t t ' 300 200 'm0 tOO Temperatur permukaaq gesek ("C)
ol
Karakteristik gecekan yang tergmtung pada baban gesek. 1: Damar cetak A (p tinggi) 2: Setengahlogam (p sedang) 3: Logam (p rendah) 4: Tenunan(tekstil) khusus 5: Damar cetak B (p rendah) 6: Karet cetak 7: Rol
ffil
Gbr.3.15 Blok rem.
Dari Gambar 3.15,tekanankontakp (kg/mm'z)dari permukaanblok rem adalah p:
Q'4
Ql@h)
Daerah tekanan yang diizinkan p" (kg/mm2) untuk bahan-bahanyang bersangkutz ' diperlihatkan dalam Tabel 3.6. Sudut kontak a'dapat diambil di antara 50 sampai derajat.Jika diameterdrum adalah D (mm), maka h x D sin (a/2)
QA
Padarem dengansudut a besar,tekanansebuahblok pada permukaandrum tak dap terbagi secaramerata.Namun demikian hargap dalam persamaan(3.43)dapat diaml sebagaihargarata-ratauntuk sementara.Dari tekanankontak rencanayang diberik po,ditentukanukuran rem, dan kemudiandihitung tekanankontak yang sesungguhnl Dalam Diagram 11 diperlihatkancontoh Iata caraperencanaanrem blok tunggr Tabel3.6 Kodsiengesekdantekananrem. Bahandrum
Bahan gesek
Koefisien gesekp
Tekanan permukaan p, (kglmm2)
Kering
0,10-0,20 0,09-0,17
Besicor
Dilumasi
0,08-0,12
Besicor, baja cor, besi cor khusus
Catatan:
Keterangan
Perunggu
0,10-0,20
0,05-0,08
Kerins-dilumasi
Kayu
0,10-0,35
0,02-{,03
Dilumasi
Tenunan
0,35-0,60
0,007-0,07
Kapas, asbes
Cetakan(pasta)
0,30-0,60
0,003-0,18
Damar, asbes, setengahlogam
Paduan sinter
0,20-0,50
0,003-0,10
Logam
Jika kecepatan slip dan gaya tekan bertambah' maka p berkurang'
i I
L
3.7 Rem Block Tunggal
81
rem blok tunggal Diagram aliran untuk merencanakan
ll.
ST A R T Daya yang akan direm P (kW) Putaran drum rem n, (rpm) Kondisi radiasidan pendinginan
15 Diameter drum rem D (mm) 16 Kecepatankeliling drum rem u (m/s)
2 Faktor koreksil 3 Daya rem rencanaP, (kW) 4 Momen rem I (kg mm) l8 ppo: hargabatas
i
5 Bahan gesek Bahan drum Koefisiengesekp 6 Reaksirem Q (kg) 7 Gayarem/(kg)
19 Bahan gesek Panjangtuas rem Ukuran blok rem
8 Gaya pelayanan lP (kg)
9 Panjangtuas rem
l0
dihitung:
11 Tekanankontak rencanadari permukaanrem P, 1kg/mm2) Sudut kontak a (") 12 Ukuran blok b (mm) x ft (mm) 13 Tekananrem yang sesungguhnya p (kglmmz)
14 p: daerahtekanan
Catatan: Jika urutan 8 dan 9 dibalik, maka 10 adalahF: gaya pelayananrnaksimurn.
82
Bab 3. Kopling Tak TetapDan Rem [Contoh 3.5] Sebuah drum rem dengan diameter 300(mm) dipasangpada sebuah poros yang mempunybiputaran sebesar250(rpm) dengandaya 1,6(kW). Ukuran yang diberikanterdapatdalam Gambar 3.16.Berapakahpanjangtuas yang diperlukanuntuk menghentikanputar'anporos dengangaya 20 (kg) pada ujungnya? Berapakahukuran blok rem untulr menjaminkeamananterhadappanas? Bahangesekadalahasbes(pasta), dan panjangtuas tidak lebih dari I meter.
Gbr. 3.16 Contoh3.5 untuk rem blok.
[Penyelesaian] P : 1,6(kSI), nt : 250(rpm), radiasibiasa,pendinginanalamiah. f": 1,2 Pa: 1,6 x 1,2 : 1,92(kW) .- 2 (kW) dianggapsebagaidaya motor nominal T :9,74 x 105x 21250:7792(kg.mm) Asbes(pasta);bahandrum: besicor, F : 0,3 7792 : 0,3Q x (3ffi12),Q : 173(kS) f :0,3 x 173: 5t,9 (kg) r:20(kg) 51,9 loo + 9,3 x 30, rr:943--1 950(mm) \y./ ^n : "u @.-r1 @ 950(mm) < 1000(mm), baik. @ Misalkan tekanankontak rencanadari asbespastapd: 0,03(kg/mm2),dan kontak 50 derajat. @ 0,03 : lT3lbh, bh : 5767(mm2) h : 300sin (50'/2) : 127(mm) : 45,4(mm) -+ 50 (mm) b : 51671127 : p l73l127 x 50) : 0,027(kg/mm2) @ @ 0,003< 0,027< 0,19,baik @ Diameter drum rem D(mm) @ Kecepatankeliling drum rem
O @ @ @ @ @ @ @
,:ffi:a#4:3,e3(m/s) @ ppu :0,3 x 0,027x 3,93:0,032[kg.m/(mm2.s)] @ 0,032 < 0,1 (pendinginanalamiah),0,06 (pemakaianterus-menerus) Pemakaianterus-menerus denganppu -- 0,032[kg. m/(mm' . s)] adalahcukup aman. (pasta) Asbes @ Ir : 950(mm), D : 50 (mm), h : 127(mm)
r h
83
3.8 Rem Blok Ganda
Rem Blok Ganda Telah disinggungdi atas bahwa rem blok tunggal agak kurang rnenguntungkan karenadrum mendapatgayatekan hanyadalam satu arah hinggamenimbulkanmomen hntur yang besarpada poros sertagayatambahanpada bantalan.Kekurangantersebut dapat diatasijika dipakai dua blok rem yang menekandrum dari dua arah yang berbwanan, baik dari sebelahdalam atau dari sebelahluar drum. Rem semacamini disebut rem blok ganda(Gambar 3.l7). Rem denganblok yang menekandari luar dipergunakan untuk mesin-mesinindustri dan kereta rel yang pada umumnya digerakkan secara numatik, sedangkanyang menekan dari dalam dipakai pada kendaraanjalan raya yang digerakkansecarahidrolik.
(b) Rem dalam
(a) Rem luar
Gbr.3.17 RemHok grndr. Dalam pembahasanberikut ini hanya akan ditinjau rem blok ganda yang menekan dari luar, sedangyang menekandari dalam akan dibicarakanpada pasal 3.9. Mengenai tabel-tabeldan rumus-rumus,di sini dapat dipakai tabel dan rumus dari rem blok tunggal. ' Karena dipakai dua buah blok rem, maka momen T yang diserapoleh rem dapat dinyatakan denganrumus-rumusdi bawah ini, dengancatatan bdhwa besarnyagaya rem dari kedua blok harus samaatau hampir sama.Dalam Ganibar 3.18,jika masingmasinggayarem adalah/dan f ', dan gayapadatuas adalah Q dan Q', maka
fxf';Q:Q' T : f x (Dlz) + f' x (Dl2\ x fD
(3.45)
pQ@12)+ pQ'(Dl2) N ttQD
(3.46)
T:
Notrri untuk rem blol gendr.
r E4
Bab 3. KoPling Tak TetaP D,an Rem
.
Jadi, dibandingkan dengan persamaan (3.37), besarnya momen T adalah dua kali lipat' Di dalam Gambar 3.18, Tuas ,4 ditumpu oleh piston B dari silinder numatik. Jika udara tekan di Bdibuang ke atr1osfir, r4 akanjatuh karena pembetat F. Dengan demikian B akan tertarik ke bawah dan memutar tuas C (disebut engkol bel). Gerakan ini akan menarik D dan E ke kanan, dan mendorong E ke kiri. Di sini dianggap bahwa gaya Q yang dikenakan dari drum pada ,E adalah sama dengan gaya Q' pada E'; Q dapat dihitung dengan perbandingan tuas sebagai berikut. a+a' O :F X --= -X a'
c
7*
e* e'
d
(3.47)
Momen rem ?F(kg.mm) dapat diperoleh dari rumus di atas dan persamaan(3.45), dan daya rem Ps (kW) dapat dihitung dari putaran drum rem n 1 (rpm)'
P":srk-tr
(4.48)
Perhjtungankapasitasrem dan blok rem adalahsamasepertipadarem blok tunggalperhitunganini, maka di sini tidak akan dibuat diagram aliranKarena sederhananya [Contoh 3.6] Pada rem blok ganda seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.18, dimisalkana : 520(mm),c' : 80 (mm), c : 80(mm), c' : 160(mm), e : 300(mm)' e' : 300(mm), dan D : 600(mm). Jika berat F adalah60 (kg) dan putaran drum rem adalah 100rpm, berapakahbesardaya (kW) yang dapat direm? Dalam hal ini ambil F :0,25'
n**-;:tuo ,0,,# , ry#ry: reooGg) * ,ro-a T : 0,25 x 1800x 600 : 270000(kg'mm)
,J!##:27,7(kw) 3.9 Rem Drum Rem untuk otomobil umumnya berbentuk rem drum (macam ekspansi)dan rem cakera(disk). Rem drum mempunyaiciri lapisanrem yang terlindung,dapat menghasilkan gaya rem yang besaruntuk ukuran rem yang kecil, dan umur lapisan rem cukup panjang.Suatukelemahanrem ini adalahpemancaranpanasnyaburuk' Blok rem dari ren ini disebut sepaturem karenabentuknyayang mirip sepatu.Gaya rem tergant pada letak engselsepaturem dan silinder hidrolik sertaarah putaran roda. Biasanya,macam sepertiyang diperlihatkan dalam Gambar 3.19(a)adalah terbanyak dipakai, yaitu yang memakai sepatu depan dan belakang- Pada rem macam ini, meskipun roda berputar dalam arah yang berlawanan, gaya rem tetap besarnyaRem dalam Gambar 3.19(b) memakai dua sepatu depan, di mana gaya rem dalam satu arah putaran jauh lebih besar dari pada dalam arah yang berlawanan' Juga terdapat
"_ffi,"ff 3.9 Rem Drum
,"**"rV
85
\
(a,
(c)
O)
Gbr.3.l9
Macam-macamrem drum.
macam yang diperlihatkan dalam Gambar 3.19(c), yang disebut duo-servo. Dalam hal sepatu rem seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.20(a), disebut sepatu berengsel, dan sepatu yang menggelinding pada suatu permukaan seperti dalam Gambar 3.20(b), disebut sepatu mengambang. Macam yang terdahulu memerlukan ketelitian yang lebih tinggi dalam pembuatannya. untuk merencanakan rem drum, pada umumnya perhitungan yang sederhana seperti diberikan dalam contoh di bawah ini dapat diikuti untuk memperoleh ukuran bagian-bagian yang bersangkutan serta gaya untuk menekan sepatu.
Sepatuberengseldan sepatumengambang.
(a)
(b)
[Contoh 3.7] Sebuahrem otomobil seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.21 mempunyai ukuran sebagaiberikut: a : 162(mm), 6 : 77 (mm), e : 86 (mm), dengan I : 0,38. Tentukan gaya r'(kg) untuk mengembangkansepaturem dan mendapatkan gayaf: ft * f, : 647(kg), Gaya / diperoleh dengan perhitungan seperti di bawah ini. Pipa rem
Gbr.3.2l
Rem drum.
Berat seluruh kendaraan W : 1320(kg) Diameter ban efeltif D : 562(mm) Diameter dalam drum rem d : 228(mm) Kecepatanmobil Z : 50 (km/h), u : 13,9(m/s) Jarak pengereman,S: 12,4(m) Atas dasarhal di atas,jika enersikecepatanyangharusdihabiskansampaimobil adalah samadengankerja rem pada 4 roda, maka w)21(2s):(FdlD\xSx4 : f x (n815€2) x 12,4 x 4 1320x 13,92119,6 : 647(kg) f : 13012120,1 [Penyelesaian] Untuk sepatudePan, -F x 162 - ft x 86 + (ft10,38) x 77 : 0 ^ ft:
162^ : l'389F T-eeF
Untuk sepatubelakang, F x 162- f, x 86 - (ftlo,38) x 77 : 0 f,:
162 o'516F zs1^oF:
Gaya rem tiap roda adalahf : f, * f, : 647(kg\, atau 1,389F* 0,561F: sehinggagayapadapermukaandrum F : ::2 (kg). Menurut perhitungan dari pabrik, gaya rem total adalah 1030(kg) pada luar roda, untuk mobil yang sama. Harga ini hampir sama dengan 647 (kg) x 4 2251562: 1050(kg), dengandasarperhitungandi atas.Meskipundemikian,gaya nenekan sepatu satu roda belakang adalah 149(kg), yang ternyata sangat dengan 332(kg) yang didasarkan pada perhitungan di atas. Jadi, mempelajari cara perhitungan biasa adalah sangatperlu. Dalam keadaan darurat, pengereman dilakukan dengan perlambatan d' : €g (m/s') di manae : o,5 - 0,8,g :9,8 (m/s'). Misalkan bebanroda depandalam keadaanjalan biasaadalah we(kg),beban belakanglV"(kg),jarak sumburoda depandan belakangZ (mrr), dan tinggi titik & (mm). (Gambar 3.22') Jika pengeremendilakukan dalarn keadaan darurat, gaya inersia sebesarI( akan timbul padatitik berat.Jika titik singgungantararoda belakangdenganpermuJ jalanan diambil sebagaiengsel,maka pertambahan gaya reaksi yang timbul pada depan adalah lTiL : W'e'h;
Wi:
W'e'hlL
Dengandemikian,bebandinamis roda depanlAoradalah Wap: WD+ W'e'(hlL)
3.9 Rem Dru
Milik PcrPustakaanUmum Kou blalang 87
Gb.3.22 Bebondepnn,drn bebnnbelakrng. Jika titik singgungroda depan denganjalanan diambil sebagaiengsel,maka petrgurangangaya leaksi pada roda belakang adalah lYi: W'e'h[, sehinggabeban dinamisroda belakangW* adalah Wan: W - llr'e.(hlL)
(3.s0)
Perlambatana' yang terjadi pada masa mobil (wlg) adalah disebabkanoleh gaya g*,k 1rlV, selingga menurut hukum Newton ke dua
p4l : (lVlilu' p : ( a'fg): e
(3.5r)
Gaya rem Brp (kg) yang diperlukan untuk roda depan pada diameter luarnya rdalah
Bt o : r ( r ,**r
r)
(3.s2)
Gaya rem &" (kg) yang diperlukan untuk roda belakangpada diameterluar.roda
/ Bn :ellvt\-
,\ w'e"il L/
(3.53)
Di sini, jika diameterpiston silinder hidrolik 6dalah dnp dan d-" (mm), maka luas Irnampangnyaadalah Anpdan Ans(cm2\, di mana AnD: (nl4)d3DltD)
Awn:@F)aSrlml
(3.54)
Jika tekanan minyak adalah p*(kglcm2), gaya tekan Awo.pw dan A*".p_(kg) ekan dikenakan pada masing-masingroda depan dan roda belakang. Harga yang diperolehdenganmembagimomenrem ?(kg.mm) denganhasil perkalian antara gaya tekan P (kg) yang dikenakan pada ujung-ujung sepatudan jari-jari drum (mm) disebut faltor efelcivitas rem, yang dinyatakan dengan (FER)D dan (FER)r, berturut-turut untuk roda depan dan roda belakang. Tekanan kontak pada lapisan rem tergantung pada letaknya, yaitu Pt : Pr^rrcos(96", - 0r)
(3.55)
Bab 3: KoPling Tak TetaP Dan Rem
g1 p1-"* adalah di mana p1 adalahtekanan kontak pada letak dari sumbu-Y' maksimum' kontak *ukri-u*, dan 01-o'adalah sudut untuk tekanankontak oleh gaya diperkecil atau diperbesar silinder datam di Tekanan minyak padap e d a l re my a n g m e n g g e ra k k a npi stonsi l i ndermau' errem,bai kS ecara darurat' untuk atau dengan penguat gaya.-Pada pengereman dalam keadaan
minyak yang k"nuikarr"guyur"* yang terlalu melonjak, maka kenaikan tekanan (kg) dibuat lebih lu timbulkan oleh injakan f.dul ..- dengangayalebih da1-15-22 suatucontohpel dari pada injakan di bawah 15-22(kg. Gambar 3.23menunjukkan tetap sama' Na kan gayatersebut.Dalam hal demikian, perbandingangayarem pengeremanti de-ikiun, pada konstruksi baru, untuk menjaga agar pada waktu jalanan, maka pengurangankenai terjadi slip antara telapak ban dan permukaan dikemukakandi atashanyadilaku seperti pedal tertentu gaya teianan minyak di atas gayarem sedikitberul perbandingan ini, hal dalam padaroda belakangsajalsehingga (3'52)' gayarem (3'51) dan persamaan dalam Untuk gayarem yang diperlukan berikut ini: rumus dengan dapatdinyatakan Bo" gandarno, iuo sebenarnya-per
Gbr. 3.23 Gaya pedal dan tekanan minyak silinder rodr'
40 30 Gaya pedal 0 (kg)
Bap :
2(FER) o' Pn'Ano
.a R
dan
4r
: 2(FER)n'Pn'Ann .fn
(3.
R
BdD+ BdB: eL/'
(3.
: (km/h) atau u : I Dengan hatga e tersebut,jarak rem pada kecepatanY 50 (m/s) dapat diperolehdengan S :^ -
02
zeg
Faktor efektivitas rem tergantungpada macam dan ukuran drum rem. Koefi (F gesekjugamerupakansalahsaiu faktor penting, di mana hubungannyadengan mempe iip"rtittutt un daiam Gambar 3.24.Hargaini adalahhargakasar,dan untuk denganrumus harga yang teliti harus dihitung dari ukuran yang sesungguhnya diagram.
89
3.9 Rem Drum
Frhtor efektivites rem terhrdrp koeffgiengeccLlepicrn.
Koefisilh gesek
Selanjutnya, perbandingan distribusi gaya rem (BD) adalah 8 ,. B. : E-:f : (BD)o @D)a DdB Effi; o4p -f o4g -DdD i h";
(3.60)
Gaya rem yang sebenarnyadikenakanpada roda depandan belakangadalah Bao: W'e'(BD)o;Bas: W'e'(BD),
(3.61)
Titik di mana Br, : Bao dan Brn : Baadisebut titik kunci sinkron (Gambar 3.25). Jika pada titik ini e dinyatakan dengane", maka '/r\
""\r,
t w.e".i) :
",
w.(BD)D
(BD)o - (WrlW)
" " : 'T
Q.6 2 )
Harga e" ini biasanyadiambil sebesar0,5 sampai0,7. Enersikinetis total dari mobil yang mempunyaikecepatanu adalah Eo: (Wl2g)u2
(3.63)
Jika waktu rem adalaht" : t)la(s)dan luasbidanglapisanadalahA* danA6(mm2), besarnyakapasitas enersi dari lapisan (yaitu enersi kinetis per satuan luas lapisan dan satuan waktu, yang berkaitan dengan ppu seperti diuraikan di muka) Kae dan Kag [kg'm/(mm2s)]masing-masinguntuk roda depandan roda belakangdapat dinyatakan denganrumus berikut.
90
).oo oo 6 J'
3
!00
6t E
o
E c, (t .>\ 6
(Bcrat kotor mobil: l225kg, beban depan:640kg, beban belakang: 5t5kg, hlL:0,221
Gbr.3.25 TidL Luncisinkron.
K to :
K rn :
E*(BD)p ZALD. t"
.g&(BD), 2Au.t"
Harga-harga Kae dan KaB diusahakandapat ditekan sampai sebesar0'18 ftg' (mm2s)latau kurang untuk rem drum, dan untuk rem cakerayang sangatbaik radiasir sampai0,65[kg.m/(mm2s)]atau kurang.Perhitungandi sini didasarkanpada kendaraan sebagaiberikut: ng Mobil PenumPT Truk kecil Truk besar
100(km/h) : 27,8(m/s) ' :22,8 ', 80 o @ 'n
: l $ , 'l
n
serta perlambatan sebesar0,6 g. di samping perhitungan untuk hal-hal di atas sebenarnyamasih ada koefisien gesekanantara roda dan permukaan jalanan pada batas slip, dll. perhitungan-perhitungan tersebut tidak akan dilakukan di sini. Adapun tata perencanaanrem macam ini akan disusun bersama-samadenganrremcakera.
3.10 Rem Cakera Rem cakera terdiri atas sebuahcakera dari baja yang dijepit oleh lapisan rem kedua sisinya pada walctu pengereman(Gambar 3.26). Rem ini mempunyai yang baik seperti mudah dikendalikan, pengerernanyang stabil, radiasi panas 6ait, an., sehinggasangat banyak dipakai untuk roda depan' Adapun adalah umur hlisan yang pendek, serta ukuran silinder rem yang besarpada roda' Jika lambangJambang seperti diperlihatkan dalam Gambar 3.27 dipkai, momenrem 7, (kg'mm) dari satu sisi cakeraadalah
r 9l
3.10 Rem Cakera
Gbr.326
Rem ceken.
Gb.3.tl
Tr:
Note.duntul.rem c*cre.
(3.6t
4FK1R.
I manap adalahkoefisiengeseklapisan,F (kg) adalahhasil perkalianantaraluaspiston tau silinder roda A-(cm2) dan tekanan minyak p, (kg/cm2), sedangkanKt dan R. d[hitung dari rumus berikut:
K,:ffi[r-m3,.^rr]
^^:Y
(3.66)
(3.67>
Perhitunganini dilakukan untuk membuatkeausanlapisan yang seragambaik di tekanankontak yang merata. dekat poros maupun di luar, denganjalan mengusahakan : Jika R, 1,5Rr, maka Kr:l ,O2luntuk4:25o Kz:
l,O4 untuk d : 45"
Satu cakera ditekan oleh gaya'P(kg) x 2dafi kedua sisinya.Jika pusat tekanan ada di K1R^: r, maka faktor efektivitasrem (FER) adalah (FER) :ZTlFr :2p
(3.68)
Dalam hal otomobil, karena satu gandar mempunyai2 roda denganjari.jari R, gaya rem pada diameter luar roda adalah B a : 2 (F ER )' p .' 4 .' R
r
(3.6e)
Faktor efektivitas rem diberikan dalam Gambar 3.24. Dibandingkan dengan macamrernyang lain, rem cakeramempunyaiharga FER terendahkarenapemancaran panasyang sangatbaik, sehinggabanyak dipakai" Dalam Diagram 12 diberikan tata denganrem drum. cara perhitunganFER yang disusunbersama-sama
5:
92
-+id;.'":';;*''
Bab 3. KoplinE Tak Tetap Dan Rem
12. Diagram aliran untuk rnenghitungfaktor efektiiitas rem pada otomobil
'S T A R T Berat total W (ke) Bebandepan W, (kg) Bebanbelakang W"'(ke) Jarak sumbu roda Z (rnm) Tinggi titik berat I (mm) Jari-jari efektif ban R (mm)
Index D untuk roda depan. Index B untuk roda belakans.
2 Pemilihantipe rem Gaya pedal Q (kg) Reduksirencanapada rem darurata':eg (mls2)
3 Diametersilinderhidrolik roda d.*p,d." (mm) Jari-jari rem rr, r; (mm) KoefisiengeseklapisanM D, M B Sudut kontak lapisan 0r, 0, (')
13 Kecepatankendaraan t/ (km/h), u (n/0
14 Enersikinetis kendaraan 4 (ke m) /
4 Hubungan antara tekanan minyak p* (kg/cm'z)dan gaYaPedal 5 Bebandinamis Woo,Wo, (kg) 6 Gaya rem yang diperlukan B,o, 8,, (kg)
16 Kapasitasenersilapisan /kcm\ Kro, Kr" ( -: . , \mm- s/
7 Luas penampangsilinder hidrolik A.o, An" (dm") 8 Tekananminyak p- (kg/cm'?) 9 Faktor efektivitasrem roda depan(FER), l0 Gaya rem yan! diperlukan Pada gandardepan 4o Gg) Perbandingan distribusi gaYa rem (BD)r, (BD)" ll
Gaya rem yang diperlukan pada gandar belakang Br, (kg)
12 Faktor efektivitasrem roda belakang(FER)' a
17 Luas lapisanA"o, A""(cmz) Lebar rem drum D" (mm)
l8 (FER)D (FER)' Atn 4"" bB
1-
!-
3.10 Rem Cakera
[contoh 3.8] Diberikan sebuahmobil penumpangdenganberat total 1320(kg). Beban roda depan 700(kg), beban roda belakang 620(kg), jarak gandar 2500(mm), tinggi titik berat 550(mm), dan jari-jari efektif roda 281(mm). Rem cakera denganjari-jari cakera rala-rala 94 (mm) dipakai untuk roda depan, dan rem drum macam mukabelakangdenganjari-jari drum sebesarI 14(mm) dipakai untuk roda belakang.Dimisalkan pada waktu pedal diinjak dengan gaya Q<30(kg), akan menimbulkan tekanan minyakp. (kg/cm'?)sebagaiberikut: untuk 0 < 21,3(kg),p-:2,37Q
- 4,49,dan
untuk Q > 21,3(kg),p- :0,92Q + 26,4 Diameter silinder untuk roda depan 52,7(mm), dan untuk roda belakang19,05(mm). Untuk merencanakan rem cakeradengankoefisiengeseklapisafiFo :0,3g, sudut kontak lapisan roda belakang25o", dan perlambatan pada titik kunci sinkron 0,6g, berapakahbesarnyafaktor efektivitas rem (FER), untuk,roda belakang?Tentukan juga luas rem roda depandan belakang,sertalebar rem ro
O W : 1320(kg), Wr: q
CI
@ a,
re, @ @ @ @
700(kg), Wa: 020(kg) t : 2500..(mm), h = 550(mm), R : 281(mm) Roda depan:Rem cakera, Roda belakang:Rem drum (macammuka-belakang) Q : 28 (kg) < 30 (kg) a':0,69(m/s2) dnp : 57,1(mm), dn": 19,05(mm), r, : 94 (mm), r, : I 14(mm) I : 0,38 0, + 0":250(') pn:2,37Q - 4,49(0 < 21,3(kg) p. : 0,92Q + 26,4(e > )tJ {ft(d) Wao: 700 + 0,6 (550/2500)x 1320: g74(kg) Wan: 620 - 0,6 (550/2500)x 1320: ++6(kg) Bro:0,6 x 874: 524,4(kg), Brn:0,6 x 446:267,6(kg) : AnD @14)x 5,722: 25,7(cm2),Awn: @l$ x 1,9052:2,g5 (cm2) Q : 28 (kg) > 21,3(kg), pn : 0,92 x 28 * 26,4 : 52,2(kglcm2) (FER)D: 2Fo : 2 x 0,38 : 0,76 Bao: 2 x 0,76 x 25,7 x 52,2 x Qal28l): 082(kg)
(7oot32o) oe ::(P)s_ --lSb].ffi)-(BD)o:0,662, (BD), : 9,333 ","
@ @ @ @ @
"' 682 o'662 Ba:3a8 Gg) MTT*: "' 348:2 x (FER), x 2,85x 52,2x (tt4l28L),(FER)' : 2,88 V : 100(km/h),u : 100x 100/36@ : 27,8(m/s) Ek: Ql2)(132019,8) x 27,82: 52050 (kg.m) 27,8- 0,6 x 9,8 x te,te: 4,73(s)
Bab 3. Kopling Tak Tetap Dan Rem
94
@ Kto:0,55(H; .o,ut(H) kg'mm\
-#;)
52050x 0,662 662o(mm2) At': o'55 @ z , e"Tt * qJg: "' Satusisi: A"rl2 : 3310(mm2)
52050x 0,338
ffi:o '12
). Ar.c: 15500(*-')
(z/180")x 250' x 114x Da: 15500 ). bs:31(mm) --+35(mm) :0,76, (FER)B: 2,88 (FER)D @ Ato :3310 x 2 (tnrrl\, Arn : 15500(mm2),bs : 35 (mm)
3.lf
Rem Pita Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang di sebelah dilapisi denganbahan gesek,drum rem, dan tuas, sepertidiperlihatkandalam 3.28. Adapun macam-macamnyaditunjukkan dalam Gambar 3.29' Gaya rem timbul bila pita diikatkan pada drum dengangayatarik pada keduaujung pita Jita gayatarik pada keduaujung pita adalahF1 dan F, (kg), maka besarnyagaya adalah samadengan(Ft - F")
Gbr.3.2,t Rem pite (tunggel).
( a)
b) Gbr.3.29 Macun-rnecamrem pita. (a) Macamdeferensial (b) Untukputarandalamduaarah (c) Untuk putarandalamdua arah
!i
I
3.ll
Rem Pita
95
Jika D* (m) adalah diameter drum rem, maka besarnya momen rem adalah
T : (h - F)DR|2
(kg)
(3.70)
Perbandinganantara kedua gaya tarik pada ujung pita adalah
(3.7r)
F1lF2 : s"o
di manae - 2,718(bilangandasarlogaritma natural), dan p adalahkoefisiengesek,dan 0 sudut kontak (rad). Selanjutnya, Fr: bntoo
(3.72\
Ft 3 b^(D^12)p"
(3.73)
;" di mana 6n : lebar pita rem (mm), pa: tekananpermukaanyang diizinkan pada bahangesek(kg/mm2), oo : kekuatan tarik pita rem (kg/mm2), ' t : tebal plat pita rem (mm). Salahsatu atau kedua ujung pita diikatkan pada tuas. Dalam hal rem tunggal sepertidiperlihatkan dalam Gambar 3.28, besarnyagaya yang dikenakanpada ujung tuas dapat dinyatakandenganrumus berikut ini. (3.14)
p : (bla)F2
Jika celah antara druin rem dan lapisanrem adalah d (mm), maka ujung F, harus membuat langkah sebesar .;
(+.r), ae - !e: z / \z untuk dapat mengikatkan pita pada drum.'Untuk membuat langkah ini, ujung tuas harus digerakkan sebesar (3.7t
L,s: 6'0'(alb\ (Gambar 3.30).
Gbr. 331 Genkan uiungtues.
Bab 3.' Kopling Tak Tetap Dan Rem
98
Bandingkan F" dan F,v,dan ambillah harga yang lebih besar. Pilihlah bahanlapisanrem, dan tetapkankoefisiengeseksertatekananpermu nya menurut Tabel 3.6. Tentukansudut kontak 0('), dan celah6 (mm) antarapermukaanlapisandan d rem. Kemudian hitung euo. Gaya tarik f' (kg) pada sisi tarik pita dan gayatarik F, (ke) pada sisi lain F":
Fr -
F 2 ; F 1 l F , : evo
Maka
r,:'fi1r"\
,r :fu,"[ Lebarrem untuk derekkecil diperlihatkandalamTabel 3.7.Untuk drum rem de diameteryanglebih besarterdapatlebarrem sampai150(mm), atau pita dapat di dua kali. Tabel 3.7 Tebal dan lebar rem.
250 300 350 400 450 500
40 50 60 70 80 100
2 J
3 4 4 )
Pilihlah lebar rem, dan tentukan tekanan rem maksimufl P-", (kg/mm'z), rem minimuf,p-i, (kg/mm2),dan tekananrem rata-ratap' (kg/mm2)dari rum berikut ini: Frl(DRbRl2)
(3.
pmin: F2l(DRbRlz)
(3.
pnat:
P^:
(P^", * P^i)12
(
Periksalahapakahp-"* terletak dalam daerahtekananrem menurut Tabel 3.6, dan ternyata terlalu besar,perbesarlebar rem 6*. Hitunglah kapasitas rem ppnJ)[kg'm/(mm2s)], dan periksalah apakah harga lebih rendah dari pada harga batasyang diberikan di dalam bagian rem blok t Hitunglah panjang dan langkah tuas, dan periksalah apakah hasilnya sesuaide ketentuan yang diberikan. Jika hasil-hasildi atas dipandangcukup memuaskan,selanjutnyarencanakan dan kelingan. Pilihlah bahan-bahan dan masing-masing kekuatan tariknya. Sebagai fa
I 3'll
ne- dnt"
Uilk
PcrPustakaanUmuo Kota
lr'latang
qo
keamanan,ambillah dasar 75(o/) dari batas kelelahanatau batas mulur (o, x 0,45) untuk tegangantarik, danSo/o\ dari (os x 0,45)untuk tegangangeser.Besarnyafaktor keamananadalah l/(0,45 x 0,75)x3 dan l/(0,45 x 0,4)15,6. Tetapkan faktor keamananakhir denganmengalikanharga di atas dengan 1,2 sampai 2,0 sesuaidengan kondisi masing-masing. setelah tegangantarik yang diizinkan o, (kg/mm2) dari pita dan tegangangeser yangdiizinkan dari paku keling tj (kg/mm2)ditentukan,tetapkandiameterdan susunan paku keling sedemikianrupa hingga tidak terlalu banyak mengurangi luas penampang efektif pita. Dalam hal ini perlu diperhatikan bahwa lubang paku sedikit lebih besai dari pada diameterpaku. Jika d, adalahdiameterpaku (mm) dan z adalahjumlah paku, maka
\:
rl(nl4\d1z
(3.86)
Karena gayatidak selaludapat dikenakan padaz paku keling s@aramerata,maka perlu diperhitungkanefisiensisambungankeling 4, (Tabel 3.8). Tabel 3.8 Efisiensi kelingan (Diameter paku keling 10-30 mm, tebal plat dalam mm).
Hg
58. EE
3E
Macam kelingan
Efisiensi(%)
l-baris paku
34-60
2-baris paku (selang-seling, sejajar)
53-75
lbaris paku
6G82
z' : zl4p
(3.87)
F t : oo (b p -d ? ' )t
(3.88)
d'oadalahdiameter lubang paku (mm). Dari persamaandi atas, tebal plat r 1 ryl" (mm) dapat dihitung. Tebal plat ini terletak antara 2 sampai4 (mm); jika kurang iebal, dapat dipakai dua plat yang ditumpuk. untuk pita dapat dipakai bahan dari baja konstruksi umum yang luwes (ss4l) atau baja pegas(suP). Dalam hal ini tebal plat juga terletak antara 2 sampai4 (mm). Untuk paku, dipakai baja rol untuk paku (SV). Perhitunganyang samadapat pula dilakukan untuk sisi Fr. [Contoh 3.9] Rencanakansebuahrem pita untuk sebuahderek denganbebanangkat 2000(kg), putaran drum 29 (rpm), diameter drum 400 (mm), diameter drum dengan lilitan kabel 3 lapis 470 (mm), dan diameterdrum rem 720(mm). [Penyelesaian] O A
W : 2ffi0(kg), D : 400(mm) : 0,4(m) D' : 470(mm) : 0,47(m), no: 29 (rpm) Jika 4 : 0,8,maka
'
Bab 3., Kopling Tak TetapDan Rein
nx2000x29x0.47 : l7'5 (kw) * Px :22(kw) @ @ T :974 x 22129:739 (kg.m) @ Dn:72O (mm) : 0,72(m), on : n x 0,72 x 291ffiJ t,09 (m/s) :2053 (kg) @ F. : 7391(0,7212, : (0,41O,72) .Frv 2000 x @ X 1,5 : 1667(kg). Ambil L : 2053(kg) @ Pilih tenunanasbes,F : O,3,po : O,007 0,0?(kg/mm2) 0 : 270" : (z/180') x 270" : 4,71(rad), d : 3 (mm) @ 4e : 4rll 4,ll - :4fiTi x 2053: 2713(kg) @ rr t:-
I
rz l +F l x
2053:660(ke)
Dn : 120(mm)
@ @ @ @ @ @ @ @
@ @
@
@ @' @' @'
Pmsx:27131fQ20x 12012)= 0,063(kg/mm2) Pmin: 660l(720x 12012): 0,015(kg/mm') p, : (0,063+ 0,015)/2: 0,039(kg/mm2) 0,007(kg/mm2) < 0,063(kg/mm2) < 0,07(kg/mm2),baik. Itp^o:0,3 x 0,039 x 1,09:0,0127 (kg.m/(mm2s)) Pendinginanalamiah,0,01n ftg.m/(mm2s)l < 0,06 ftg.m/(mm2s) baik. F : 2O(kg), b": 35 (mm) Fa: Fzb,maka20a:660 x 35 ... a = ll55(mm) +a: llg0(mm) d : 3(mm), maka As : 3 x 4,71 x llE0/35 = 477(mm) a77 @tn1.< 600 (mm), baik; Bahanpita: SS4l, oB: 4l (kg/mm2) Faktorkeamanan: t x2-6 Bahanpaku: SV4IA, 6b : 41 (kg/mm2) Faktor keamanan5,6 x 1,5 : 8,4 Diameter paku do: 12(mm), Diameterlubang paku d'o: 12,8(mm) oo : 4116: 6,86(kg/mm2),t'o : 4llt,4: 4,9(kg/mm2) 2713(kd:4,9(3,1414)122x zr, i. z1- 4,9+ S(buah) Efisiensikelingan4p : 0,7 z\:510,7:7,1+ 8(buah) : 660 4,9 (3,1414)x 122x z2 .'. zz : 1,2.+) (buah) 4p = 0,6, zL : 21016: 3,3 r 4(buah) Dua diameterlubang dikurangkandari lebar pita, pada sisi maupun sisi.F2. ^F, 2713(kg\: 6,86(120- t2,8 x 2'1x t ... | :4,2(mm) Karena lebih dari (2 - 4) (mm), kembali ke @. Bahanpita: SS50,oa : 50 ftg/mm2), oo : fi16: 8;33(kg/mm2) 2713(kg):8,33 (120- 12,8x 2) x t ... t:3,216(mm) Ambil r:4(mm) Masih dalam daerah(2 - 4)(mm), baik.
- -F
I 3.ll
e
I
i i
Rem Pita
Bahan rem: tenunan asbes bn : l2}(mm), 0 : 27O(o),d : 3 (mm) Langkah tuas: As : 47? (mm) Pita: SS50,120(mm) lebar x 4 (mm) tebai Paku: SV4IA, sisi F1: Sl2 x 8 (buah),sisi ltrr: $12 x 4 (buah)
l0l
