05-Kopling Tak Tetap & Rem

BAB IV KOPLING TAK TETAP

Sebuah kopling tak tetap adalah suatu elemen mesin yang menghubungkan poros yang digerakkan dan poros penggerak, dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya, serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar. Rem adalah alat untuk menghentikan putaran suatu poros dengan perantaraan gesekan. Berbeda dengan kopling tak tetap yang membuat kedua poros berputar ber putar dengan kecepatan kecepata n sama, s ama, maka rem r em berfungsi untuk menghentikan poros atau benda yang sedang berputar. Sering kali penghentian ini harus dilakukan dalam waktu singkat hingga berhenti sama sekali, dengan cara yang aman.

Kadang-kadang rem juga dipergunakan dipergunakan untuk untuk mengatur mengatur putaran suatu

poros dengan mengurangi atau membatasi putaran.

4.1 Macam-macam Kopling Tak Tetap

Kopling tak tetap mencakup macam-macam berikut ini : (1) Kopling Cakar

Kopling ini meneruskan momen dengan kontak positip (tidak dengan perantaraan gesekan) hingga tidak dapat slip. Ada dua bentuk kopling cakar, yaitu kopling cakar persegi dan kopling cakar spiral. (2) Kopling Plat

Kopling ini meneruskan momen dengan perantaraan gesekan. Dengan demikian pembebanan yang berlebihan pada poros penggerak pada waktu dihubungkan, dapat dihindari. Selain itu karena dapat terjadi slip, maka kopling ini sekaligus juga dapat berfungsi sebagai pembatas momen. Menurut jumlah platnya, kopling ini dapat dibagi atas kopling plat tunggal, dan kopling plat banyak, dan menurut cara pelayanannya dapat dibagi atas cara manual, cara hidrolik, dan cara magnetik. Kopling disebut kering bila

139

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.











plat-plat gesek tersebut bekerja dalam keadaan kering, dan disebut basah bila terendam atau dilumasi dengan minyak. (3) Kopling Kerucut

Kopling ini menggunakan bidang gesek yang berbentuk bidang kerucut. (4) Kopling Friwil

Kopling ini hanya dapat meneruskan momen dalam satu arah putaran, sehingga putaran yang berlawanan arahnya akan dicegah atau tidak diteruskan. Cara kerjanya dapat berdasarkan atas efek baji dari bola atau rol. (5) Kopling Macam Lainnya

Termasuk dalam golongan ini adalah misalnya kopling fluida kering atau kopling serbuk, yang meneruskan momen dengan perantaraan gaya sentrifugal pada butiran-butiran baja di dalam suatu rumah, dan kopling fluida yang bekerja atas dasar gaya sentrifugal pada minyak pengisinya. Karena kopling tersebut tidak dapat dilepaskan hubungannya pada waktu berputar, maka dapat digolongkan dalam kopling tetap.

4.2 Kopling Cakar Konstruksi kopling ini adalah yang paling sederhanadari antara kopling tak tetap yang lain (gambar 4-1). Kopling cakar persegi dapat meneruskan momen dalam dua arah putaran, tetapi tidak dapat dihubungkan dalam keadaan berputar. Dengan demikian tidak dapat sepenuhnya berfungsi sebagai kopling tak tetap yang sebenarnya. Sebaliknya, kopling cakar spiral dapat dihubungkan dalam keadaan berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran tertentu saja. Namun demikian, karena timbulnya tumbukanyang besar jika dihubungkan dalam keadaan berputar, maka cara menghubungkan semacam ini hanya boleh dilakukan jika poros penggerak mempunyai putaran putaran kurang dari 50 (rpm). Jika daya yang akan diteruskan adalah P adalah P (kW) (kW) dan putaran poros adalah n1 (rpm), serta faktor koreksi f koreksi f c dan bahan poros dipilih, maka diameter poros dapat dihitung. Sebuah alur pasak untuk menggeserkan cakar tentu saja harus











Gambar 4-1 Dua macam kopling tak tetap

Gambar 4-2 Lambang-lambang untuk kopling cakar

Diameter dalam D1 (mm), diameter luar D luar D2 (mm), dan tinggi h (mm) dari cakar untuk suatu diameter poros d 1 (mm)dapat ditentukan secara empiris.

D1 = 1,2 d s + 10 (mm)⎫

⎪

D2 = 2 d s + 25 (mm) ⎬ h = 0,5 d s + 8 (mm) ⎪ ⎭

(4-1)

Momen puntir yang diteruskan adalah : T = 9,74 x 105 x f c P/n1 (kg . mm)

(4-2)

Dan jika gaya tangensial Ft (kg) Ft (kg) bekerja pada jari-jari rata-rata r m (mm), maka : r m = ( D D1 + D2)/4

(4-3)

F t t = T/r m

(4-4) 2

2

2

Jika luas akar adalah ½ dari (π ( π /4)( /4)( D2 – D D1 ), maka tegangan geser τ geser τ (kg/mm (kg/mm ) yang timbul pada akar cakar adalah :











Momen lentur yang bekerja pada cakar adalah ( F /n). /n h, jika F jika F t t dikenakan pada t t ).h ujung cakar, dimana n adalah jumlah cakar. Alas dari penampang cakar segi empat adalah ( D ( D2 – D1)/2, dan tingginya adalah [( D1 - D2 ) / 4](π / n ) , sehingga momen tahanan lenturnya adalah :

( D2 - D1 ) ⎡π ( D1 + D2 )⎤ 2 Z = × ×⎢ ⎥ 1

6

2

⎣

4n

(4-6)

⎦

Besarnya tegangan lentur σ lentur σ b (kg/mm2) adalah : σ b

=

F t h

(4-7)

nZ 2

Tegangan geser maksimum τ max max (kg/mm ) adalah : τ max

= ⎛ ⎜ ⎝

σ b

2

+ 4τ 2 ⎞⎟ / 2 ⎠

(4-8)

Jika harga ini lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan, maka dapat diterima. Tetapi jika lebih besar, maka D maka D1, D2, h, dsb., harus disesuaikan. disesuaikan. Dalam hal ini perlu ditegaskan bahwa menghubungkan dan melepaskan kopling harus dilakukan dalam keadaan berhenti.

Contoh Soal 4-1 Sebuah kopling cakar untuk putaran dua arah akan dihubungkan dengan sebuah poros baja liat untuk meneruskan daya sebesar 1,5 (kW) pada 120 (rpm). Tentukan diameter luar, diameter dalam dan tinggi cakar dengan mengambil jumlah cakar 3 buah.

[ Penyelesaian] 1. P = 1,5 (kW), n1 = 120 (rpm) 2. Dengan menganggap kadar karbon poros baja liat sebesar 0,20 (%), σ b = 40 (kg/mm2) Ambil mis. Sf = 6 , Sf = 2,5 (dengan alur pasak)











T = T = 9,74 x 105 (1,5/120) = 12175 (kg . mm) 4. K t t = 2,5 , C b = 1 d s = [(5,1/2,67) × 2,5 × 1 × 12175]

1/ 3

= 38,7 → 40 (mm)

5. Dengan menganggap kadar karbon baja liat sebagai bahan cakar sebesar 0,25 (%), σ B = 45 (kg/mm2), Sf 1 = 10 , 2 = 5 , 2

τ a = 45/(10 x 5) = 0,9 (kg/mm ) 6. D1 = 1,2 x 40 + 10 = 58 (mm) D2 = 2 x 40 + 25 = 105 (mm) h = 0,5 x 40 + 8 = 28 (mm) 7. r m = (58 + 105)/4 = 41 (mm) 8. F t t = 12175/41 = 297 (kg) 9.

τ =

8

×

π

297

(105

2

- 58

2

)

= 0,099 (kg/mm 2 )

(105 - 58)2 ⎡ π (105 + 58) ⎤ 2 3 7141 mm ×⎢ = ( ) 10. Z = × ⎥ 1

⎣

6

σ b

11.

=

τ max

297 × 28 3 × 7141

4×3

⎦

= 0,388 (kg/mm 2 )

= 0,388 2 + 4 × 0,099 2 / 2 = 0,218 (kg/mm 2 )

12. 0,218 (kg/mm2) < 0,9 (kg/mm2) , baik 13. d s = 40 (mm), D (mm), D1 = 58 (mm), D (mm), D2 = 105 (mm), h = 28 (mm) Bahan cakar : baja liat (C = 0,25 %)

4.3.

Kopling Plat Kopling plat adalah suatu kopling yang menggunakan satu plat atau

lebih yang dipasang di antara kedua poros serta membuat kontak dengan poros











dilepaskan dalam keadaan berputar. Karena itu kopling ini sangat banyak dipakai. Kopling plat dapat dibagi atas kopling plat tunggal dan kopling plat banyak, yaitu berdasarkan berdasarkan atas banyaknya plat gesek yang dipakai. dipakai. Juga dapat dibagi atas kopling basah dan kering, serta atas dasar cara pelayanannya (manual, hidrolik, pneumatik dan elektromagnetis). Macam mana yang akan dipilih tergantung pada tujuan, kondisi kerja, lingkungan, dan sebagainya.

Gambar 4-4 Bagan kopling plat

Gambar 4-5 Lambang-lambang untuk kopling plat (satu bidang gesek)

Bentuk kopling plat yang paling sederhana diperlihatkan dalam Gambar 4.4. Badan A dipasang tetap pada poros sebelah kiri, dan badan B dipasang pada poros di sebelah kanan serta dapat bergeser secara aksial pada poros tersebut sepanjang pasak luncur. Bidang gesek C pada badan B didorong ke badan A hingga terjadi penerusan penerusan putaran dari poros poros penggerak di sebelah kiri ke poros yang digerakkan di sebelah kanan. Pemutusan hubungan dapat













D1 adalah diameter dalam, dan D2 adalah diameter luar bidang gesek. Karena bagian bidang gesek yang terlalu dekat pada sumbu poros hanya mempunyai pengaruh yang kecil saja pada pemindahan momen, maka besarnya perbandingan perbandingan D D1 /D2 jarang lebih rendah dari 0,5. Besarnya tekanan pada permukaan bidang gesek adalah tidak terbagi rata pada seluruh permukaan tersebut; makin jauh dari sumbu poros, tekanannya semakin kecil. Jika dalam Gambar 4.4 besarnya tekanan rata-rata pada bidang gesek adalah p adalah p (kg/mm2), maka besarnya gaya yang menimbulkan tekanan ini adalah :

F =

( D 4

π

2 2

2

)

- D1 p p

(4-9)

Jika koefisien gesek adalah μ, μ, dan seluruh gaya gesekan dianggap bekerja pada keliling keliling rata-rata rata-rata bidang gesek, gesek, maka momen momen gesekan gesekan adalah :

D + D2 T = μ F . 1 4

(4-10)

Harga μ Harga μ dan harga tekanan yang diizinkan p diizinkan pa (kg/mm2) diberikan dalam Tabel 4.1. Harga-harga koefisien gesek dalam tabel tersebut ditentukan dengan memperhitungkan keadaan bidang gesek yang sudah agak menurun gesekannya karena telah terpakai beberapa waktu, serta didasarkan atas harga











Tabel 4.1 Harga μ dan p dan pa Bahan permukaan

μ

kontak

Besi cor dan besi cor Besi cor dan perunggu Besi cor dan asbes (ditenun) Besi cor dan serat

Kering

Dilumasi

0,10 – 0,20

0,08 – 0,12

0,09 – 0,17

0,10 – 0,20

0,10 – 0,20

0,05 – 0,08

0,35 – 0,65

-

0,007 – 0,07

0,05 – 0,10

0,05 – 0,10

0,005 – 0,03

-

0,10 – 0,35

0,02 – 0,03

Besi cor dan kayu

Kerja

penghubungan

yang

2 pa (kg/mm )

diizinkan

dibatasi

menurut

banyaknya

penghubungan dalam suatu jangka waktu tertentu. Kenaikan temperatur juga dibatasi. Umur plat gesek juga harus dihitung. Sekalipun untuk plat yang sederhana, sebanyak mungkin segi yang penting harus diperhatikan, agar kopling dapat bekerja dengan halus dan aman, karena kopling adalah suatu

bagian yang penting. Suatu contoh perhitungan

sederhana akan diberikan di bawah ini.

Contoh Soal 4-2 Rencanakan sebuah kopling plat tunggal untuk meneruskan daya sebesar 7,5 (kW) pada 100 (rpm). Anggaplah besarnya perbandingan diameter D1 /D2 = 0,8 , koefisien gesekan

μ

= 0,2 , dan tekanan permukaan yang

diizinkan pada bidang gesek p gesek p = 0,02 (kg/mm2).











8. 73050 = 508,5 x 10-6 D23 9. D2 = 530 (mm) D1 = 0,8 x 530 = 424 (mm)

Dalam contoh ini, ukuran kopling hanya ditentukan dari perhitungan momen saja. Tetapi dalam praktek karena percepatan dll., turut menentukan , maka perhitungan seperti di atas tidak cukup. Di bawah ini akan diberikan cara yang lebih lengkap. 1) Mula-mula ditentukan cara pelayanan pada mesin yang akan dipakai seperti : manual atau otomatik, langsung atau jarak jauh, serta macam pelayanan seperti : manual, hidrolik, pneumatik, pneumatik, atau magnetik [Gambar 4.5 (a), (b), (c)]. 2) Tentukan macam kopling menurut besarnya momen yang akan diteruskan, plat tunggal atau plat banyak. 3) Pertimbangkan macam dan karakteristik momen dari penggerak mula. Jika variasi momennya besar, suatu kopling kering dapat dipakai dengan plat luar macam roda gigi, atau kopling tanpa bentuk plat luar yang demikian. Jika kopling akan dikenai beban tumbukan berat, ada baiknya dipakai dipakai kopling kopling pneumatik. pneumatik. 4) Untuk jangka waktu penghubungan sebesar 0,2 sampai 1 detik (s), kopling macam apa saja dapat dipakai. Namun untuk 0,2 (s) atau kurang, kopling basah hanya dapat dipakai untuk kapasitas kecil. Terutama kopling dengan pelayanan hidrolik harus dihindari karena





















Rumus-rumus tersebut dapat dikelompokkan menjadi lima : 1. Momen puntir, 2. Kerja penghubungan, 3. Jangka waktu kerja, 4. Perhitungan Perhitungan panas, dan 5. Umur plat gesek.

(1) Momen Puntir

i) Momen i) Momen yang dihitung dihitung dari daya penggerak penggerak mula. Jika daya penggerak mula adalah P (kW), faktor koreksi f c, dan putaran poros kopling n1 (rpm), maka momen puntir T puntir T (kg.mm) (kg.mm) pada poros kopling adalah : T = 974

f c P

(4-11)

n1

Jika P Jika P adalah adalah daya nominal motor, f motor, f c = 1 dapat dipandang cukup karena sudah mencakup beberapa tambahan. ii) Momen yang dihitung dari beban. Jika gaya yang ditimbulkan oleh beban adalah F (kg), kecepatan beban adalah V (m/min), putaran poros kopling adalah n1 (rpm), dan efisiensi mekanis adalah η, maka momen beban T l l (kg.m) dapat dinyatakan oleh : T l = 974

FV 6120 × n1 × η

(4-12)

Momen ini mencakup dua macam beban : pertama, beban berat sejaksejak dari permulaan seperti pada konveyor, dan kedua, beban ringan pada permulaan permulaan seperti pada pemutaran pemutaran cekam mesin bubut bersama benda













Momen maksimum pada kecepatan penuh kemudian dapat dianggap T l2 l2 (kg.m). Jika efek total roda gaya terhadap poros kopling adalah GD2 (kg.m2), kecepatan relatif adalah nr = n1 – n – n2 (rpm), dimana beban berputar dengan n2 (rpm), dan jangka waktu penghubungan (dari saat kopling dihubungkan hingga kedua poros mencapai putaran yang sama) adalah t a (s), mak persamaan persamaan gerak dari seluruh benda benda yang berputar berputar adalah adalah :

⎛ GD 2 ⎞ ω f - ω 0 ⎟⎟ T = J ω = ⎜⎜ 4 g ⎝ ⎠ t a

(4-14)

di mana T = momen dari luar (kg.m), J = momen inersia (kg.m.s 2), g = 9,8 (m/s2), ω0 = kecepatan sudut awal (rad/s), ω1 = kecepatan sudut akhir (rad/s). Jika momen percepatan yang diperlukan untuk mencapai jangka waktu penghubungan penghubungan yang direncanakan direncanakan t e (s) adalah T a (kg.m), maka karena momen luar T luar T = T a – T l1 l1,











Maka kopling tersebut dapat dianggap bekerja dengan momen gesekan statis. Dalam keadaan demikian, pilihlah kopling dengan T s0 sebagai kapasitas momen gesekan statis dalam daerah berikut :

T s0 > T l2 l2 . f

(4-18)

Sebaliknya, meskipun beban berat dikenakakan kemudian, jika :

T a =

GD 2 . n1 375t e

1

+ T l 1 < T l 2 2

(4-19)

dan, bila momen berat dikenakan dari permulaan, maka pilihlah kopling dengan T d0 d0 sebagai kapasitas momen gesekan dinamis dalam daerah berikut :

T d0 d0 > T a . f

(4-20)

Untuk kopling elektromagnet plat tunggal kering (Gambar 4.6) momen gesekan statisnya diberikan dalam Tabel dan momen gesekan dinamisnya











n1 (rpm) dalam arah yang sama. Kerja untuk satu kali hubungan dapat dinyatakan dengan satuan (kg.m/hb).

Gambar 4-6 Kopling elektromagnet dengan plat tunggal kering

Kerja yang dilakukan dalam jangka waktu penghubungan yang sesungguhnya t ae ae (s) dari kecepatan sudut ω2 (rad/s) menjadi ω1 (rad/s) dengan kapasitas momen T d0 d0 (kg.m) adalah perkalian antara sudut yang ditempuh oleh putaran poros dalam dalam jangka waktu t ae (ω1 - ω2)/2 kali t ae ae, sebesar (ω ae, dengan T d0 d0. Jadi :











Gambar 4-7 Karakteristik momen puntir gesek dinamis terhadap putaran relatif dari kopling elektromagnet dengan plat tunggal kering(gambar 4-6)











∴ E =

GD 2 . n 7160

×

T d 0 T d 0 - T l 1

(kg.m/hb)

(4-23)

Bila beban dalam keadaan diam, maka nr = n1. ii) Jika sisi beban berputar berlawanan dengan arah putaran poros penggerak . Jika waktu yang diperlukan untuk perlambatan dari n2 (rpm) menjadi nol adalah t 1 (s), dan jangka waktu untuk percepatan dari nol menjadi n1 (rpm) adalah t 2 (s), maka persamaan gerak dari benda yang berputar adalah :

− (T d 0 + T l 1 ) =

(T d 0 + T l 1 ) =

maka,

GD 2 4 g

GD 2 4 g

×

×

(0 - ω 2 ) t 1

(ω 1 - 0) t 2

(4-24)

(4-25)













E ≤ E a

(4-28)

Jumlah penghubungan terhadap kerja yang diizinkan untuk kopling elektromagnit plat tunggal kering diperlihatkan dalam Gambar 4.8.

(3) Waktu Pelayanan Dan Penghubungan (Waktu Kerja)

Pada permulaan perhitungan, momen percepatan yang diperlukan untuk memenuhi waktu penghubungan t e yang direncanakan dicari lebih dahulu, dan momen puntir serta nomor kopling ditentukan. Kemudian momen percepatan oleh oleh kopling dan waktu penghubungan yang sesungguhnya t dapat











perbedaan di antara operator dalam hal kopling manual. Besarnya waktu tersebut adalah penting, meskipun harganya tidak tetap.

(4) Perhitungan Panas

Kerja penghubungan pada kopling akan menimbulakan panas karena gesekan hingga temperatur kopling akan naik. Temperatur permukaan plat 0

gesek biasanya naik sampai 200( C) dalam sesaat. Tetapi untuk seluruh 0

kopling umumnya dijaga agar suhunya tidak lebih tinggi dari pada 80( C). Jika kerja penghubungan untuk satu kali pelayanan direncanakan lebih kecil dari pada kerja penghubungan yang diizinkan, pada dasarnya pemeriksaan pemeriksaan temperatur temperatur tidak tidak diperlukan diperlukan lagi.











Tabel 4.3 Batas keausan rem dan kopling elektromagnit pelat tunggal kering Nomor kopling/rem kopling/rem 1,2 2,5 5 10 20 40 70 100

Batas keausan permukaan permukaan (mm) Volume total pada batas keausan (cm3)

2,0

2,0

2,5

2,5

3,0

3,0

3,5 3,5

3,5

7,4

10,8

22,5

33,5

63,5

91,0 91,0

150

210

Contoh Soal 4-3 Sebuah mesin yang memberikan beban penuh sejak dari awal, digerakkan oleh sebuah motor dengan daya nominal sebesar P = 1 (PS)











10. #40, 6 (hb/min) = 360 (hb/h) E (hb/h) E a = 200 (kg.m) 11. E =

3 × 600 2 7160

×

32 32 - 1,19

= 156,7 (kg.m)

12. E/E a = 156,7/200 = 0,784 < 1, baik 13. t ae =

3 × 600 375(32 - 1,19)

= 0,156 (s )

14. 0,156 (s) < 0,3 (s), baik 3

15. L = 91 (cm3) -7

3

Jika damar cetak dipilih sebagai bahan gesek, w = 8 x 10 (cm /kg.m) 16. N mL =

91 156,7 × 8 × 10

-7

= 7,26 × 10 5 = 726000(hb)











Gambar 4-9 Kopling kerucut

banyak dipakai; dipakai; tetapi sekarang tidak tidak lagi, karena karena daya yang yang diteruskan diteruskan tidak seragam. Meskipun demikian, dalam keadaan di mana bentuk plat tidak dikehendaki, dan ada kemungkinan terkena minyak, kopling kerucut sering













b = A/( π π D m )

(4-35)

Gaya dorong aksial F (kg) adalah sama dengan jumlah dari komponen horizontal dari gaya tekan normal Q (kg)., dan komponen horizontal tahanan











6. Q = 2 x 25000/(0,3 x 240) = 695 (kg) 7. A = 695/0,025 = 27800 (mm2) b = 27800/(π 27800/(π x x 240) = 37 (mm) → 40 (mm) 8. F = F = 695 (sin 150 + 0,3 cos 150) = 695 (0,259 + 0,3 x 0,966) = 375 (kg) 9. 375 > 350, tidak baik.











05-Kopling Tak Tetap & Rem

Recommend Documents