PERENCANAAN ELEMEN MESIN II PERENCANAAN SISTEM PENGGERAK RODA GIGI & RANTAI PADA MOTOR KAWASAKI NINJA
Disusun : IRBAL FRAROZA
NRP : 112 07 0026
PROGRAM PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN INSTITUT TEKNOLOGI INDONESIA SERPONG 2009
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 1.1.
Lat Latar Bela Belaka kan ng Per Perenca encan naan aan
Sesuai dengan judulnya di depan, bahwa penulis disini akan menyajikan suatu karya yang berupa tugas perencanaan Elemen mesin II, dimana tugas ini adalah adalah salah salah satu tugas tugas perkul perkuliaha iahan n yang yang diharus diharuskan kan bagi bagi Mahasisw Mahasiswaa Jurusan Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Indonesia, Ini merupakan salah satu syarat yang harus diselesaikan untuk mengikuti Tugas Akhir. Tugas ini merupakan kelanjutan dari tugas sebelumnya yaitu Perencanaan Eleme lemen n Mesin esin I, demi demik kian ian tug tugas yang yang disus isusun un deng dengan an judu judull
SISTEM
PENGGERAK RODA GIGI DAN RANTAI UNTUK MOTOR KAWASAKI NINJA, merupakan karya penulis dengan tujuan untuk memenuhi kewajiban tugas
perkuliahan. perkuliahan. Pada Pada peren perencan canaa aan n tuga tugass Elem Elemen en mesin mesin ini penu penulis lis akan akan melak melakuk ukan an perencanaan perencanaan dengan dengan kriteria tugas yaitu transmisi transmisi daya. Dimana penulis penulis melakukan melakukan perencanaan perencanaan ulang pemilihan rantai rol untuk mentransmisikan mentransmisikan daya dari transmisi primer (transmisi (transmisi roda gigi lurus dari daya motor penggerak) penggerak) ke roda belakang. belakang. Dimana Dimana
penulis penulis melakuka melakukan n perhitu perhitunga ngan n terhada terhadap p objek objek yang dibahas dibahas dengan dengan
memodifikasi keadaan standard, namun tanpa menghilangkan konsep dasar dari pemilihan pemilihan bahan dan asumsi - asumsi untuk mencari perhitugan perhitugan dari kontrol kontrol kemamp kemampuan uan yang yang baru. baru. Asumsi Asumsi – asumsi asumsi yang dicurahk dicurahkan an oleh oleh penulis penulis untuk untuk mendap mendapatk atkan an hasil hasil yang optimal optimal tidak tidak terlepa terlepass dari dari prinsip prinsip kerja kerja dan literatur literatur sebagai pedoman perencanaan. Dalam Dalam proses proses perenca perencanaan naan,, penulis penulis mengan mengandalk dalkan an materia materiall penyus penyusun un elemen, dimana material yang dipilih harus memenuhi syarat dan kemampuan yang baik, umur umur yang yang panjang panjang dan dan harga harga yang ekonomis. ekonomis. Sistem transmisi daya prinsipnya adalah menyalurkan daya dengan tujuan meminimalkan daya yang hilang saat proses transmisi dilakukan, sehingga daya
2
output output dapat digunakan digunakan sebesar mungkin mungkin untuk menghasilka menghasilkan n akselerasi atau kerja yang optimal. Objek Perencanaan Perencanaan Elemen mesin II ini yaitu pada sepeda motor Kawasaki motor Kawasaki ninja. Untuk melakukan perencanaan ini dibutuhkan data – data spesifikasi standard dari objek yang akan dibahas. untu untuk k meng menghas hasilk ilkan an perfo performa rmance nce yang yang maksim maksimal. al. Sedi Sedikit kit dijel dijelask askan an mengenai Kawasaki Nnja.
1.2.
Tujua juan Pere erencanaan
Adapun Adapun dalam perencanaan perencanaan tugas kali ini memiliki memiliki tujuan adalah sebagai berikut berikut :
♦
Bagian transmisi penggerak roda belakang keadaan standard dari sepeda motor Kawasaki Ninja dengan meningkatkan daya dan putaran pada putaran 9500. 9500.
♦
Melakukan Melakukan pemilihan rantai rol sesuai medan kerjanya yang efektip dan efisien.
♦ ♦ 1.3.
Menilai ukuran utama Mendapatkan gambar teknis
Batasan san Per Pereencanaan
Peren Perencan canaan aan terba terbatas tas pada pada elem elemen en – eleme elemen n yang yang memb memban angu gun n siste sistem m penggerak penggerak roda belakang belakang untuk sepeda motor Kawasaki Kawasaki Ninja. Batasan – batasan perencanaan perencanaan adalah meliputi pemilihan rantai rol. Pada laporan tugas perencanaan perencanaan ini disertakan juga metode standarisasi, yaitu Unifikasi atau penggunaan Sistem Internasional (SI) secara konsekuen, sehingga angka – angka dalam perhitungan tidak perlu lagi dikonversikan.
1.4. 1.4.
Sist Sistem emat atik ika a Lap Lapor oran an Pere Perenc ncan anaa aan n
Memasuki bagian hal cara penyajian dari laporan tugas perencanaan yang dilakukan memiliki bentuk sebagai berikut :
3
BAB BAB I
PENDA PENDAHU HULUA LUAN N Berisikan mengenai latar belakang perencanaan, tujuan perencanaan, batasan perencanaan perencanaan dan sistematika sistematika laporan perencanaan. perencanaan.
BAB II
TEORI – TEORI PENDUKUNG Klasifik Klasifikasi asi elemen elemen transmis transmisii daya, daya, transmis transmisii sabuk sabuk –V, transmis transmisii sabuk sabuk gilir gilir (timi (timing ng belt) belt),, dan tran transm smis isii rant rantai ai.. Teor Teorii dasa dasar r perencanaan perencanaan transmisi transmisi rantai rol sebagai sebagai penggerak penggerak roda belakang belakang sepeda motor.
BAB III
PERENCAN PERENCANAAN AAN SISTEM SISTEM PENGGERA PENGGERAK K RODA RODA BELAKANG BELAKANG SEPEDA MOTOR KAWASAKI NINJA Pada Pada bab ini berisi berisi data kendaraan kendaraan yang yang dibutu dibutuhka hkan n dalam dalam flow flow chart perhitungan, perhitungan perencanaan poros, spline hub, rantai rol, perencanaan Sproket dan pemilihan bantalan.
BAB IV
KESIMPULAN & SARAN Bab ini berisi kesimpulan perhitungan berupa dimensi dan analisa gaya dan tegangan. Bagian saran memberikan masukan keamanan dan masukan perawatan.
4
BAB II TEORI – TEORI PENDUKUNG
Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal lain jika terdapat jarak yang memisahkan kedua poros, maka cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, dimana sebuah rantai dibelitkan sekeliling puli atau sproket atau sproket (roda (roda gigi) pada poros. Sehingga dengan jarak yang memisahkan kedua puli atau poros, maka daya atau putaran dapat ditransmisik ditransmisikan an sesuai sesuai yang diinginkan. diinginkan.
2.1 Cara Kerja Sistem Transmisi Penggerak Roda Belakang Sepeda Motor
Roda belakang dari sepeda motor akan bergerak sesuai dengan putaran yang ditransmisikan oleh rantai rol. Daya rencana yang akan ditransmisikan ke roda belakang. belakang. Sebelum Sebelum daya dan putaran putaran tersebut ditransmisikan ditransmisikan ke roda belakang, belakang, maka maka melal melalui ui kopli kopling ng akan akan ditran ditransm smisi isika kan n ke roda roda gigi gigi lurus lurus (perseneling). (perseneling) . Direncanakan posisi perseneling pada posisi empat (percepatan posisi empat berada pada putaran tertinggi). tertinggi). Pada posisi tersebut, putaran n1 poros transmisi akan hampir sama dengan putaran poros sprocket kecil. Putaran n1 sprocket kecil akan ditransmisikan ke roda belakang (sprocket besar) melalui rantai penggerak (rantai rol), dimana putaran akan mengalami reduksi sebesar n2 akibat dari transmisi rantai rol ke roda belakang, sehingga sepeda motor bergerak dengan putaran n2. 2.2 Transmisi Rantai
Rantai transmisi daya yang tersusun dari mata rantai dengan bentuk pengait rol – rol dan pengait gigi yang dirangkai dan terpasang pada sproket, dimana perbandingan perbandingan putarannya putarannya 6 : 1 dengan dengan jarak jarak hingga hingga 4 meter. meter. Transmisi rantai bekerja dimana rantai mengait pada sproket pada sproket dan dan meneruskan meneruskan daya tanpa terjadi slip sehingga menjamin perbandingan perbandingan putaran yang tetap. Rantai transmisi daya biasa digunakan jika jarak poros lebih besar dari jarak transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari jarak transmisi sabuk. Ranta Rantaii sebag sebagai ai transm transmisi isi daya daya dan dan putar putaran an memp mempun unya yaii keun keuntu tung ngan an – keuntungan seperti di bawah ini : 5
1.
Mampu ampu ment mentra rans nsmi misi sika kan n day dayaa da dan pu putara taran n yan yang g be besar. sar.
2.
Transmisi rantai lebih kuat
3.
Tidak memerlukan tegangan awal
4.
Keausan yang kecil pada bantalan
5.
Mudah pemasangan Di sisi lain transmisi rantai memiliki memiliki beberapa kekurangan kekurangan seperti di bawah ini : 1.
Varia ariassi kecep cepatan atan yang ang ditim itimb bulkan saat aat berope ropera rasi si tida idak dapat dihandari akibat lintasan busur pada sproket yang sproket yang mengait pada mata rantai.
2.
Suara uara dan dan get getar aran an karen arenaa tum tumbu buka kan n dan dan dasar asar kak kaki sproket .
3.
Perp Perpan anja jang ngan an ran ranta taii kare karena na kea keaus usan an pen penaa dan dan bus bus yang yang diak diakib ibat atka kan n oleh gesekan dengan sproket dengan sproket .
Rantai dalam sistem transmisi mesin dapat dibagi atas dua jenis, yaitu : 1. Rantai gi gigi
Bagian – bagiannya terdiri dari plat – plat berprofil roda gigi dan pena yang disebut sambungan kunci. Rantai gigi merupakan elemen penerus penerus daya yang mengait pada sproket pada sproket tanpaterjadinya tanpaterjadinya slip dan menjamin putaran roda yang yang tetap. tetap. Rantai Rantai gigi tersusun tersusun dari dari plat – plat plat berprofil berprofil seperti seperti roda giginya dan pena berbentuk bulan sabit yang disebut sambungan kunci.
Gambar 2.1. Rantai gigi [6].
Bila kita menginginkan transmisi dengan kecepatan tinggi yaitu lebih dari 1000m/menit, tidak berisik, dan dapat mentransmisikan daya yang besar, maka maka rantai gigi gigi dapat digunak digunakan. an. Namun Namun karena karena pembuatannya pembuatannya yang yang
6
sulit karena memerlukan ketelitian dan bahan atau material logam yang bervariasi bervariasi menyebabka menyebabkan n harga rantai gigi gigi mahal. mahal. Ciri yang paling menonjol dari penggunaan rantai gigi adalah dengan dengan cepat cepat berger bergerak ak setelah setelah mengai mengaitt secara secara melunc meluncur ur dengan dengan sproket yang berprofil involut (evolven ( evolven), ), mata rantai berputar sebagai satu benda dengan sproket . Hal ini yang membedakan dengan rantai rol, dimana bus mata rantai mengait sproket mengait sproket pada pada dasar kaki gigi. Dengan cara kerja di atas, tumbukan pada rantai gigi jauh lebih kecil dari rantai rol. Karena hal – hal di atas, maka dapat menyebabkan bunyi akan sangat sangat berkur berkurang ang dan tidak tidak akan akan bertamb bertambah ah keras keras walaupu walaupun n kecepat kecepatan an bertambah bertambah tinggi. Begitu mudahnya mudahnya pemasangan rantai gigi, toleransi pada saat pemasangan tidak memerlukan ketelitian yang tinggi seperti pada roda gigi.
2. Rantai rol
Terdiri atas pena, bus, rol dan plat mata rantai. Selanjutnya dalam pembahasan di atas telah dijelaskan mengenai transmisi rantai gigi, kemudian untuk transmisi yang menggunakan rantai rol akan dibahas pada sub bab selanjutnya.
2.3 Rantai Rantai Rol Rol
Rantai rol merupakan elemen mesin yang berfungsi sebagai transmisi daya atau putaran dari mesin penggerak. dengan keunggulan dan kekurangan rantai rol pada umumnya umumnya sama dengan dengan penggunaan penggunaan rantai gigi. Rantai rol biasanya biasanya dipergunakan dimana jarak poros lebih besar daripada transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari transmisi sabuk. Rantai rol terdiri dari pena, bus, rol, dan plat mata rantai (Gambar 2.2).
7
Gambar 2.2. Rantai rol rol [6].
Rantai rol yang bekerja mengait dengan dua roda gigi yang terpasang antara dua poros dengan jarak tertentu. Rantai mengait pada sproket dan sproket dan meneruskan daya tanpa terjadi slip sehingga akan menjamin putaran yang tetap. Bahan yang Digunakan Digunakan 2.3.1 Material atau Bahan
Bahan pembuatan pembuatan pena, bus dan rol dipergunakan dipergunakan baja karbon atau baja khrom dengan pengerasan pengerasan pada kulit. Sedangkan Sedangkan untuk bahan sproket biasanya dipakai dipakai besi cor kelabu (FC 25), baja karbon rol kontruksi umum (SS 41), baja karbon kontruksi mesin (S 35 C) dan baja cor (SC 46), bisa juga dipakai baja dengan dengan paduan, paduan, namun harganya harganya lebih mahal. Bahan untuk sproket diusahakan pengerasan pada bagian gigi sproket dengan cara pencelupan pencelupan dingin, terutama untuk sproket sproket dengan dengan jumlah gigi kurang dari 24. Kemudian untuk bahan poros yang digunakan pada tranmisi rantai rol biasanya menggunakan batang baja kkarbon yang difinis dingin (SC – D), baja baja karbon karbon untuk untuk kontru kontruksi ksi mesin mesin (SC), (SC), baja karbon karbon tempa tempa (SF), (SF), maupun baja dengan paduan, seperti baja nikel krom (SNC), baja nikel krom molibden (SNCM), baja krom (SCr) dan baja krom molibden (SCM). 2.3. 2.3.2 2
Pemi Pemili liha han n Ran Ranta taii Rol Rol
8
Dengan kemajuan teknologi akhir-akhir ini, kekuatan rantai semakin meningkat. Rantai dengan rangkaian tunggal adalah yang paling banyak digunakan. Rangkaian banyak, seperti dua atau lebih rangkaian digunakan untuk transmisi beban berat. Tata cara pemilihan rantai rol dapat dilihat menurut diagram pada Gambar 2.3. Daya yang akan ditransmisikan (kW), putaran poros penggerak dan yang digerakkan (rpm) dan jarak sumbu poros kira-kira (mm), diberikan lebih dahulu. Daya yang akan ditransmisikan perlu dikoreksi menurut mesin yang akan digerakkan dan penggerak mulanya, dengan faktor koreksi. Tabel 2.1 Faktor koreksi untuk daya yang akan ditransmisikan rantai rol (ƒc ) [6].
Jumlah
Faktor
rangkaian 2
1,7
3
2,5
4
3,3
5
3,9
6
4,6
9
Gambar 2.3. Diagram pemilihan pemilihan rantai rol [6]. [6].
Mome Momen n lentu lenturr selal selalu u akan akan terjad terjadii pada pada poros poros.. Kare Karena na itu haru haruss diperiksa kekuatan lentur poros bila diameternya telah diberikan. Dengan menggunakan putaran dari poros yang berputaran tinggi dan daya yang telah dikoreksi, maka dapat dicari nomor rantai dan jumlah gigi sproket kecil yang sesuai. Jumlah gigi ini sebaiknya merupakan bilangan ganjil dan lebih dari 15. Sedangkan jumlah gigi minimum yang diizinkan adalah 13. Jumlah untu untuk k gigi gigi sprok sproket et besar besar juga juga diba dibatas tasi, i, maks maksim imum um 114 114 gigi gigi sprok sproket et.. Perband Perbandinga ingan n putara putaran n dapat dapat diizink diizinkan an sampai sampai 10/1. 10/1. Sudut Sudut kontak kontak antara antara rantai dan sproket kecil harus lebih besar dari 120 o. Transmisi rantai akan lebih halus dan kurang bunyinya jika dipakai rantai dengan jarak bagi kecil dan jumlah gigi sproket yang banyak. Rangkaian Rangkaian banyak dipakai bila rangkaian rangkaian tunggal tunggal tidak mempunyai mempunyai kapasitas cukup. Perlu diperhatikan bahwa kapasitas rangkaian banyak tidak sama sama deng dengan an kelip kelipata atan n kapa kapasit sitas as satu satu rang rangka kaian ian.. Dipa Dipand ndan ang g dari dari segi segi
10
pembagian pembagian beban diantara rangkaian, rangkaian, pembebanan pembebanan pada masing-masing masing-masing rangkaian akan semakin efektip bila jumlah rangkaian semakin kecil atau lebih efektivitas yang besar bila memakai satu rangkaian. Pada saat melakukan pemilihan sering kali nomor rantai tergantung pada pemeriksaan pemeriksaan diameter naf sproket sproket sehingga sehingga pemeriksaan pemeriksaan diameter naf sproket yang cukup besar, nomor rantai maupun jumlah rangkaian dapat berubah berubah sesuai dengan dengan ruangan ruangan yang tersedia. Diameter lingkaran jarak bagi d p dan D dan D p (mm), (mm), diameter luar d luar d k k dan Dk (mm) untuk kedua sproket dapat dihitung dengan rumus berikut : Diameter lingkaran jarak bagi sproket kecil [6],
d p
p
= sin
180 0
mm
z 1
Dan diameter lingkaran jarak bagi sproket besar D D p [6],
D p
p
= sin
180 0
mm
z 2
Diameter luar sproket kecil [6], d k k
180 0 ⋅ p = 0,6 + cot z 1
mm
Dan untuk diameter luar sproket besar [6], Dk
180 0 ⋅ p = 0,6 + cot z 2
mm
Jika jarak bagi rantai telah diketahui dan jumlah gigi sproket diketahui, maka diameter naf maksimum dapat dihitung [6]. d B maks =
180 cot z − 1 − 0,76 1
mm
untuk diameter naf maksimum sproket besar [6], D B maks =
180 cot z − 1 − 2
0,76
11
mm
Diameter Diameter bos atau naf d naf d B dan D dan D B (mm), (mm), adalah penting untuk lubang poros, maka dapat dikecilkan dengan persamaan dibawah ini [6] :
5 3
⋅ d s 1 + 10 ≤ d B
mm
maks
atau
5 3
⋅ d s 1 + 10 ≤ D B
mm
maks
Jarak Jarak sumb sumbu u poro poross kedu keduaa sprok sproket et pada pada dasar dasarny nyaa dapat dapat dibu dibuat at sedekat mungkin, tapi jarak yang ideal adalah 30 sampai 50 kali jarak bagi rantai. Untuk beban yang berfluktuasi, jarak tersebut harus dikurangi sampai lebih kecil daripada 20 kali jarak bagi rantai. Maka, panjang rantai yang diperlukan dalam jumlah mata rantai dihitung dengan rumus [6] : L p =
z 1
+
z 2
2
+
2 ⋅ C p
+
[( z 2
−
z 1 ) / 6,28 ]
2
C p
Dengan C p jarak sumbu poros dalam jumlah jumlah mata rantai. Demikian Demikian untuk panjang rantai dalam dalam millimeter millimeter [6] : L = L p . p Jika jumlah mata rantai dan jumlah gigi sproket sproket telah diketahui, diketahui, maka jarak sumbu poros dapat dicari dengan persamaan berikut [6] :
z + z 1 2 C p = L − + 4 2 1
2 z 1 + z 2 2 2 L − − 9,86 ( z 2 − z 1 ) 2
C p dalam jumlah mata rantai. Dalam satuan panjang (mm) : C
= C p . p
mm
Kecepatan rantai v (m/detik) dapat dihitung [6] : v spr
=
( p ⋅ z 1 ⋅ n1 ) ( 60 ⋅ 1000 )
m / det ik
dimana : p
= jarak bagi rantai
z 1
= jumlah gigi sproket gigi sproket kecil, kecil, dalam hal reduksi putaran.
12
n1
= putaran sproket putaran sproket kecil, kecil, dalam hal putaran reduksi putaran (rpm). (rpm).
Beban yang bekerja pada rangkaian rantai F rantai F (kg) dapat dihitung [6] : F spr
=
102 ⋅ P d v spr
N
Harga F tidak tidak boleh boleh melebih melebihii melebi melebihi hi beban beban maksimu maksimum m yang yang diijinkan F diijinkan F u (kg). (kg).
Sproket) 2.4 Rantai Gigi ( Sproket)
Sproket atau Sproket atau roda gigi yang digunakan pada transmisi rantai rol adalah jenis roda gigi lurus. Roda gigi lurus merupakan roda gigi dengan alur gigi yang sejajar poros. Roda gigi yang digunakan digunakan harus bisa menjaga menjaga kestabilan kestabilan kecepatan kecepatan rantai dengan suara sehalus mungkin saat bertumbukan. Sproket kecil perbandingan putarannya bisa mencapai 4 : 1. Baik sproket besar maupun maupun sproket sproket kecil dari putaran rendah tetapi bebannya bebannya dan sproket sproket – sproket tersebut harus bekerja dalam lingkungan yang abrasiv. 2.4. 2.4.1 1
Dime Dimens nsii roda roda gigi gigi / spro sproke ket t
Dimensi sproket yang yang direnc direncan anak akan an telah telah dihit dihitun ung g menu menuru rutt persamaan persamaan dalam merencanakan merencanakan transmisi rantai rol di atas. Dari perhitungan perhitungan tersebut didapat didapat dimensi sproket sproket seperti : diameter lingkaran lingkaran jarak bagi sproket bagi sproket kecil kecil d p dan sproket dan sproket besar besar D D p (mm), mm), diameter luar sproket sproket kecil d k k dan sproket besar D besar Dk (mm), mm), diameter naf maksimum lingkaran dalam sproket dalam sproket kecil kecil d B maks dan sproket besar D D B maks (mm). mm). Perencanaan yang dilakukan merupakan perencanaan ulang mengenai sistem penggerak penggerak roda belakang belakang sepeda motor motor Kawasaki Kawasaki Ninja selanjutnya selanjutnya akan dilakukan dilakukan perhitungan perhitungan untuk mencari dimensi dimensi dan analisa kekuatan kekuatan kontruksi kontruksi sistem penggerak penggerak roda belakang belakang yang selanjutnya selanjutnya akan dibandingkan dibandingkan dengan dengan kontruksi kontruksi standar. 3.1
Peng engolah olahan an Dat Data Per Perenc encanaa naan
Langkah – langkah pengumpulan data perencanaan digunakan diagram alir Lang angkah kah ke kesatu satu
: dat dataa dia diam mbil bil dar darii spe spesi sifi fika kasi si kend kendar araa aan n sta stand ndar ar..
13
Langkah kedua
: data dari spesifikasi kendaraan standar untuk data tambahan dilakukan pengukuran terhadap objek.
Lang angkah kah ke ketig tiga
: sel selan anju jutn tny ya dat dataa – dat dataa dik dikum umpu pulk lkan an seb sebagai agai dat dataa yan yang g dibutuhkan dalam perencanaan dan data referensi sebagai data pertimbangan dalam perhitungan.
Langkah keempat
: data perencanaan akhir yang digunakan dalam perhitungan.
DATA – DATA SPESIFIKASI KENDARAAN STANDAR
DATA – DATA DIUKUR DARI OBJEK PERENCANAAN
MODIFIKASI DATA KENDARAAN STANDAR
DATA - DATA PERENCANAAN YANG DIBUTUHKAN
REFERENSI PERENCANAAN
DATA PERENCANAAN AKHIR (SPESIFIKASI KONTRUKSI YANG AKAN DIRENCANAKAN)
Gambar 3.1. Diagram pengolahan data perencanaan.
3.2
Diagram Alir Perenc encanaan
MULAI 1. Data – data Perencanaan : - Daya output P (kW); (Brosur spec. kendaraan) kendaraan) - Putaran standar n (kW); (Brosur spec. kendaraan) kendaraan) 14 - Daya rencana P d d (kW) - Putaran rencana n1 (rpm) - Efisiensi kopling η k k - Perbandingan transmisi transmisi i (Red. Spec. kendaraan)
2. Pengolahan data perencanaan perencanaan - Putaran ditransmisikan poros depan n1 (rpm) - Putaran rencana n1 (rpm) - Putaran diterima roda belakang n2 (rpm) - Jumlah gigi sprocket depan z 1 & belakang z 2.
3. Perencanaan Poros
4. Pemilihan sementara nomor rantai 5. Penentuan nomor rantai sebenarnya sebenarnya
6. Perencanaan Spline hub
7. Perencanaan Sproket depan & belakang
8. Perencanaan bantalan ujung kerah, bantalan bola radial naf gear & bantalan bola radial roda
21. - Nomor rantai, dimensi rantai & Jumlah mata rantai - Dimensi poros depan & belakang - Dimensi spline hub - Dimensi sprocket - Dimensi bearing
SELESAI
3.3 3.3
Sist Sistem em Tr Tran ansm smis isii Puta Putara ran n pada pada Sep Seped eda a Mot Motor or
15
Gambar 3.4. 3.4. Sket transmisi transmisi putaran. putaran.
Penjelasan Sket Transmisi Putaran :
1. Daya aya output P d d = 16 hp (11,92 kW ) dan putaran maksimum no = 9.500 rpm yang dikeluarkan mesin. 2. Daya Daya dan putaran putaran maksimu maksimum m tersebut tersebut akan ditransm ditransmisik isikan an melalui melalui kopling kopling ke transmi transmisi si roda roda gigi gigi lurus lurus (perseneling). (perseneling). Putaran Putaran yang yang ditransm ditransmisik isikan an kopling akan mengalami penurunan sebesar asumsi 5 % dari putaran mesin. Penuru Penurunan nan putara putaran n ini yang ditransm ditransmisik isikan an terjadi terjadi akibat akibat kerja kerja kopling kopling (Pel (Pelep epas asan an
dan dan
peny penyam ambu bung ngan an poro poross
kopl koplin ing/ g/ko kopl plin ing g
tida tidak k
teta tetap; p;
Diasu Diasumsi msika kan n ηkopling = 95 %) saat saat perse persene nelin ling g dilak dilakuk ukan an perg pergant antian ian ke putaran tertinggi tertinggi (pemindahan (pemindahan percepatan percepatan posisi empat), sehingga sehingga putaran berubah berubah menjadi menjadi n1. 3. Putaran n1 setelah melalui kopling akan ditransmisikan ke poros transmisi roda gigi lurus untuk ditransmisikan ke sprocket kecil yang berada satu poros dengan dengan poros transmisi transmisi roda gigi. gigi.
4. Kemudi Kemudian an sprocket sprocket kecil kecil akan mentrans mentransmisi misikan kan putaran putaran ke roda belaka belakang ng (sprocket (sprocket besar) melalui melalui rantai penggerak penggerak (rantai rol). Dimana putaran akan mengalami reduksi sebesar n2. Dengan posisi poros sejajar, maka putaran
16
yang ditransmisikan ditransmisikan rantai akan sama. Jika perbandingan perbandingan reduksi i = 2,6 diperoleh n2 = n3 = 3.497 rpm.
BAB III PERENCANAAN SISTEM PENGGERAK RODA BELAKANG SEPEDA MOTOR KAWASAKI NINJA
17
Pada Pada bagian bagian ini akan akan diba dibahas has meng mengen enai ai perh perhitu itung ngan an kontr kontruk uksi si siste sistem m penggerak penggerak roda belakang belakang sepeda sepeda motor kawasaki kawasaki ninja. Adapun Adapun yang yang akan dihitung dihitung yaitu mengenai dimensi dan analisa kekuatan pada elemen kontruksi seperti poros depan dan belakang, sproket depan dan belakang, spline hub, rantai rol, bantalan roda, bantalan naf dan bushing. Untuk baut dan seal hanya dilakukan pemilihan saja, tidak dilakukan analisa kekuatannya.
4.1
Data – da data Pe Perencanaan
Diketahui data-data spesifikasi sepeda motor kawasaki ninja standard yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :
- Daya motor maksimum standard 20,5 hp pada putaran 10500 rpm - Daya motor maksimum yang direncanakan P direncanakan P = 16 hp - Putaran poros maksimum yang direncanakan no = 9500 rpm - Perbandingan reduksi i = 2,6 - Jarak sumbu roda depan dan belakang l = l = 1245 mm - Jarak sumbu poros antar sproket diukur C diukur C = = 520 mm
4.2 4.2
Peng engolah olahan an Dat Data Pere Peren ncanaa anaan n
4.2.1. Daya Rencana Rencana yang akan Ditransmisikan Ditransmisikan (P d d ) Jika daya yang akan ditransmisikan sebesar [6] : P = 16 hp x 0,745 = 11,92 11,92 kW ≈ 12 kW Jika kita ambil untuk daya maksimum ƒ c = 1,2, maka daya rencana yang akan ditransmisikan [6] : P d d = 1,2 x 12
kW
= 14,4 kW
4.2.2. Putaran yang yang Ditransmisikan ke Roda Roda Belakang Belakang (n 2 ) )
18
Jika Jika diketah diketahui ui perban perbanding dingan an transmis transmisii roda roda gigi gigi dari spesifik spesifikasi asi kendaraan saat putaran maksimum dan daya maksimum adalah [6] : Tabel 4.1 Perbandingan transmisi transmisi sepeda motor kawasaki kawasaki ninja
Transmisi percepatan
Perbandingan roda gigi (z 1 /z /z 2 ) )
Perbandingan reduksi (i g )
Putaran : n g
VI V IV III II I
23/22 23/17 24/22 24/17 30/16 34/12
1,045 1,353 1,045 1,353 1,875 2,833
n g 1 g 1 = 9.570 n g 2 = 7.073,2 n g 3 = 1,056,6 n g 3 = 1,178,6 Ng = 3,772,36 3,772,36 Ng = 1,331,6 1,331,6
i
=
no i g
(rpm)
Maka perencanaan akan mengacu pada saat percepatan transmisi pertama dengan dengan putaran tertinggi tertinggi yang akan diterima sproket sproket kecil, n g 1 = 9.570 rpm. Putaran Putaran yang yang akan akan ditransm ditransmisik isikan an oleh oleh kopling kopling akan akan berkur berkurang ang karena pengaruh gesekan saat proses penyambungan dan pelepasan yang terjadi saat mentransmisikan mentransmisikan putaran dari mesin. Diasumsikan Diasumsikan putaran yang hilang 5 % akibat kerja kopling (η ( η kopling= 95 %), maka : n 1 = ηkopling . n g 1 = 0,95 . 9570 = 9091,5 rpm Dengan Dengan perbandingan perbandingan reduksi sproket kecil dan besar i = 2,6, maka putaran yang akan akan ditransmisik ditransmisikan an ke roda roda belakang belakang [6] [6] :
n2
=
9091 ,5 2,6
= 3497 rpm
4.2.3. Jumlah Gigi Sproket Sproket Sproket kecil akan berputar sesuai putaran yang ditransmisikan oleh poros transmisi. Dengan Dengan putaran putaran yang ditransmisikan ditransmisikan maka maka jumlah jumlah gigi gigi dapat dipilih untuk sproket kecil menurut table z table z 1 = 13. Maka jumlah gigi sproket besar z z 2 adalah [6] :
n1 ⋅ z 1
= n2 ⋅ z 2
19
Maka,
z 2
=
9091,5 ⋅13
= 33,8
3497
Diambil jumlah gigi z gigi z 2 = 35. 4.2. 4.2.4. 4. Mome Momen n Punt Puntir ir Ren Renca cana na (T) (T)
Momen puntir yang terjadi akibat putaran yang bekerja pada poros dapat dicari dengan persamaan [6] :
T = 9,74 ⋅105
P d
Nm
n
1. Momen Momen puntir puntir yang yang akan akan diter diterima ima poros poros depa depan n (T 1 ) )
T 1
=
9,74 ⋅10 5
14 ,4 9091 ,5
= 1.542,7 kgmm = 15.427 Nmm 2. Momen Momen puntir puntir yang yang akan akan diter diterima ima poros poros belaka belakang ng (T 2 ) )
T 2 = 9,74 ⋅ 10 5
14 ,4 3497
= 4.010,7 kgmm = 40.107 Nmm
4.3
Poros
Perencanaan poros depan (penggerak) adalah jenis poros beralur dan poros belakang belakang (digerakkan (digerakkan)) merupakan merupakan jenis jenis gandar. gandar. 4.3.1. Poros sproket sproket kecil Poros sproket beralur dengan pengencangan spline hub
[6]
. Diketahui
data – data untuk merencanakan poros :
- Momen puntir yang diterima poros depan T 1 = 15427 Nmm - Bahan poros sproket depan direncanakan baja yang difinis dingin (S35C-D). Baja ditemper pada kulit luarnya agar tahan keausan dan kelelahan puntir akibat putaran.
- Kekuatan tariknya σ b = 600 N/mm2. Kekerasannya 144 – 216 H B. Maka tegangan tarik ijin S35C-D [6] :
20
τ a
=
=
σ b
S f 1 ⋅ S f 2 600 6
⋅2
= 50 N/mm2 S f 1 : faktor keamanan untuk kelelahan puntir = 6. S f 1 : faktor keamanan untuk pembebanan dan konsentrasi tegangan = 2.
- Tegangan lentur S35C-D, σa = 300 N/mm2 (270 – 400 N/mm 2). Maka tegangan lentur ijin σa = 25 N/mm2. Selanjutnya dapat dicari perhitungan parameter poros lainnya [6] . 1. Diame iamete terr po poros ros (d s 1 ) )
d s
5,1 ⋅ K t ⋅ C b ⋅ T = τ a
1/ 3
mm
Dimana : K t = 1,5 – 3,0. Untuk harga K t = 1,5. C b = 1,2 – 2,3. Untuk harga C b = 1,2. d s 1 =
5,1 ⋅1,5 ⋅1,2 ⋅15427 50
1/ 3
= 14,224 mm ≈ 15 mm 2. Panja anjang ng alu alur (l r (l alur ) alur l alur = (0,75 – 1,5).d s = (1,25) . 15 = 18,75 mm 3. Lebar alur ( r ( b) Perlu diperhatikan untuk lebar alur pada umumnya 25 – 35 % dari diameter poros. Jika diambil 35 % dari diameter poros, maka : b
= 35 % ( d s ) ) = 0,35 x 15 = 5,25 mm 21
4. Ting inggi alu alur (h) r (h) h
=
=
(d 1 − d s 1 )
mm
4
( 25 − 15) = 2,5 4
mm
4.3. 4.3.2. 2. Poro Poross spro sproke kett besa besar r
Poros belakang yang direncanakan direncanakan adalah jenis gandar. Selanjutnya Selanjutnya data yang dibutuhkan dalam perencanaan poros belakang :
- Baha Bahan n poros poros baja baja karbo karbon n (S55C (S55C-D -D)) deng dengan an peng penger erasa asan n kulit kulit melaui pendinginan air.
- Tegangan tariknya, σ b = 1000 N/mm 2 (810 - 1010 N/mm 2). Maka tegangan tarik ijin S55C-D [6] : τ a
=
=
σ b
S f 1 ⋅ S f 2 1000 6⋅2
= 83,334 N/mm 2 Dengan harga S f 1 = 6 & S f 1 = 2.
- Tegangan lentur σa = 60 kg/mm2 (600 N/mm2). Maka tegangan lentur ijinnya σa = 50 N/mm2.
- Momen puntir yang diterima poros belakang T 2 = 40107 Nmm. selanjutnya dapat dicari diameter poros d s 2 sebagai berikut [6] :
d s
5,1 ⋅1,5 ⋅1,2 ⋅ 40107 = 2 83,334
1/ 3
= 16,5 mm ≈ 17 mm 4.3.3 4.3.3.. Peme Pemerik riksaa saan n Kekua Kekuatan tan Por Poros os
Analisa kekuatan poros yang akan direncanakan direncanakan akibat dari putaran yang bekerja [6]. 1. Pemerik Pemeriksaan saan kekua kekuatan tan poros poros beralu beralurr sproket sproket depan depan a. Tegang Tegangan an lentu lenturr yang yang terjadi terjadi pada pada poro poross ( τ ) τ p 1 )
22
τ p 1
=
=
5,1 ⋅ T 1
d s
N / mm 2
3
5,1 ⋅ 15427 15
3
= 23,3 N/mm2
b. Gaya Gaya tange tangensia nsiall pada pada perm permuka ukaan an poro poross (F t prs 1 )
T 1
F t prs 1=
(0,5 ⋅ d s 1 )
N
15.427
=
(0,5 ⋅15)
= 2057 N c. Tegang Tegangan an yang yang terjad terjadii pada pada permuka permukaan an sisi sisi alur (pa) (pa) pa
=
=
F t
prs 1 2
(π ⋅ d s / 4)
2057 (π ⋅ 15 / 4) 2
N / mm 2
= 11,6 N/mm 2
τ a S35C-D = 50 N/mm2 ≥ τ p 1 = 23 N/mm2 & pa = 11,6 N/mm2. Aman & baik digunakan d. Momen Momen punt puntir ir yang yang diijink diijinkan an pada pada poros poros (T ijin ) ijin 1 ) T ijin ijin 1=
=
π
⋅ d s13τ a 16
π
⋅153 ⋅ 50 16
Nmm
= 33117 Nmm
T ijin ≥ T 1 = 15427 Nmm ijin 1 = 33117 Nmm Poros baik untuk putaran yang direncanakan e. Momen Momen lentu lenturr yang yang terja terjadi di pada pada poros poros (M (M t 1 ) ) M t 1 t 1 =
=
π
⋅ σ a ⋅ d s13 32
π
⋅ 50 ⋅153 32
23
N .m m = 16558,6 Nmm
f.
Momen lentur yang yang diijinkan diijinkan pada pada alur alur (M t ijin 1 ) ) M t ijin 1 = 0,75 . pa . i . l alur alur . h . r m
Nmm
r m : diameter rata – rata.
r m =
(d 1 + d s 1 ) 4
=
(25 + 15) 4
= 10 mm
Maka, momen lentur ijin maksimum : = 0,75 ⋅11,6 ⋅ 6 ⋅18 ,75 ⋅ 2,5 ⋅10 = 24468,75 Nmm M t ijin 1 = 24468,75 Nmm ≥ M t 1 t 1= 16558,6 Nmm Poros baik dan aman 2. Pemerik Pemeriksaan saan keku kekuatan atan poro poross sproket sproket bela belakang kang Diketahui berat total kendaraan + oli & bahan bakar + pengendara pengendara + penumpang penumpang + lain – lain = (W (W + + 80 + 80 + 30) kg. Dima Dimana na,,
beba beban n
W = m ⋅ g = 1 0 9 k g ⋅ 1 0 m / s
stat statis is
= 1 0 9 0 N ,
sehingga beban statis total W s = 299 kg = 2990 N. Gaya – gaya reaksi akibat pembebanan pada kendaraan dapat dianalisa dengan kesetimbangan kesetimbangan jumlah momen seperti di bawah ini [3] : ∑ M A = 0; ∑ M A = − P 1 ⋅ l 1 − W ⋅ 0,5 ⋅ l − P 2 ⋅ l 2 − P 3 ⋅ l + R B ⋅ l = 0...(1) ∑ M B = 0; ∑ M B = − R A ⋅ l + P 1 ⋅ (l − l 1 ) + (W ⋅ 0,5 ⋅ l ) + P 2 ⋅ (l − l 2 ) + P 3 ⋅ l = 0...(2)
Dari Dari persa persama maan an diat diatas as dapa dapatt dihit dihitun ung g gaya gaya reaksi reaksi yang yang bekerja pada pada poros poros roda kendaraan kendaraan adalah adalah [3] : a. Gaya Gaya reaks reaksii pada pada roda roda belak belakang ang (R B ) R B = =
P 1 ⋅ l 1
+ W ⋅ 0,5 ⋅ l + P 2 ⋅ l 2 + P 3 ⋅ l l
N
[300 ⋅ 422 + 1090 ⋅ (0,5 ⋅1245 ) + 800 800 ⋅ 722 + 800 ⋅ 1245 ] 1245
= 1910,6 N b. Gaya Gaya rea reaksi ksi pad pada a roda roda dep depan an (R (R A )
24
P 1 ⋅ (l − l 1 ) + W ⋅ 0,5 ⋅ l + ( P 2 ⋅ (l − l 2 ) + P 3 ⋅ (l − l )
R A = =
l
N
[300 ⋅ (823) + 1.090 ⋅ (0,5 ⋅1245) + 800 ⋅ (523) + 800 ⋅ (0)] 1245
= 1080 N c. Momen Momen puntir puntir yang yang diiji diijinka nkan n poros poros belak belakan ang g (T ijin ) [6] ijin 2 ) π
T ijin ijin 2 =
⋅ d s13 ⋅ τ a
Nmm
16
=
π
⋅17 3 ⋅ 83,334 16
=
80349 Nmm
T ijin ijin 2 = 80349 N.mm ≥ T 2 = 40107 N.mm Memenuhi syarat & aman d. Tegang Tegangan an lentu lenturr yang yang terjadi terjadi pada pada poros(τ poros(τ p 2 ) ) [6]
5,1 ⋅ T 2
τ p 2 =
d s
=
N / mm 2
3 2
5,1 ⋅ 40.107 17 3
=
41,6 N / mm 2
τa S55C = 83,334 N/mm2 ≥ 41,6 N/mm2 Baik & memenuhi syarat e. Momen Momen lentur lentur yang yang terja terjadi di pada pada poros poros belaka belakang ng (M t 2 ) ) [6] M t 2 =
=
π
⋅ d s 2 3 ⋅ σ a 32
π
Nmm
⋅ 17 3 ⋅ 50 32
= 24104,5 Nmm f.
Panjang Panjang poros poros minimum minimum ( j) [6] Dike Diketah tahui ui jarak jarak antar antar tump tumpua uan/l n/len enga gan n ayun ayun// swing swing arm diukur g = g = 180 mm dan beban statis total W s = 2990 N. M t 2 =
( j − g ) ⋅ W s
N .mm
4
25
Maka , j =
=
4 ⋅ M t W s
+ g
2
mm
4 ⋅ 24104,5 + 180 2990
= 218,7 mm ≈ 220 mm Maka lebar tiap tumpuan poros/lengan ayun/ swing swing arm kiri dan kanan x kanan x =
220 − 180 2
= 20 mm.
g. Momen lentur maksimum maksimum (M t ijin 2 ) ) [6] M t ijin 2 =
=
R B ⋅ j
Nmm
4
1910 ,6 ⋅ 220 4
= 105083 Nmm M t ijin 2 = 105083 Nmm ≥ M t 2 = 24104,5 Nmm Baik dan aman digunakan
4.4 4.4
Pemil emilih ihan an Semen ementa tarra No Nomor Ra Ranta ntai
Menuru Menurutt Gambar Gambar 2.5 diagram diagram pemiliha pemilihan n rantai rantai rol berdasa berdasarkan rkan jumlah jumlah putaran pada sproket sproket kecil terhadap daya yang ditransmisikan ditransmisikan dengan dengan satu rangkaian, dipilih untuk sementara nomor rantai # 40 :
Jarak Bagi dan Diameter Diameter Naf [6] 4.4.1. Diameter Jarak
1.
Diam Diamet eter er jar jarak ak bag bagii spro sproke kett a. Diameter Diameter jarak jarak bagi bagi sproket sproket depa depan n (d ) p )
26
p d p
mm
180 sin z 1
=
12,7
180 sin 13
=
= 53
mm
b. Diameter Diameter jarak jarak bagi bagi sproket sproket bela belakan kang g (D p ) ) p D p
180 z 2
=
sin
12,7
180 sin 35
=
2.
= 141,7
mm
Diam Diamete eterr naf naf maksi maksimu mum m sprok sproket et a. Diameter Diameter naf naf maksi maksimum mum sproket sproket kecil kecil (d (d B maks. )
d B maks = co t
− 1 − 0,7 6 z1
180
= 12,7 ⋅ co t
mm
− 1 − 0,7 6 13
18 0
= 38 mm b. Diameter Diameter naf naf maksim maksimum um sproket sproket besa besarr (D B maks )
180 − 1 − 0,76 z 2
D B maks = p cot
=
180 − 1 − 0,76 35
12,7 cot
= 127,6 mm ≈ 128 mm. 4.4.2. Pemeriksaan Pemeriksaan Diameter Poros Poros dan Diameter Naf Naf [6]
27
Diameter naf harus diperiksa untuk menghindari momen lentur yang berlebihan berlebihan dan naf tidak eksentris, sehingga sehingga harus direncanakan direncanakan diameter diameter poros yang tidak tidak terlalu terlalu besar. besar.
1. Diamete Diameterr poros poros dan diameter diameter naf depan depan Untuk poros sproket kecil, d s1 = 15 mm dengan diameter naf maksimum sproket kecil d B
maks
= 38 mm sebaiknya sebaiknya diperkecil diperkecil
menjadi :
5 3
⋅ d s 1 + 10 ≤ d B
maks
5 = ⋅15 + 10 ≤ 38 3
35
≤
38
mm
Baik Baik dan
aman
Diameter sproket kecil, d s 1 = 15 mm. Diameter naf sproket kecil, d B maks= 35 mm → Diameter bantalan luar
2. Diamete Diameterr naf dan dan diamet diameter er poros poros belak belakang ang/be /besar sar Diameter naf sproket besar, D besar, D B maks = 128 mm terlalu besar untuk poros bersangkutan, bersangkutan, d s 2 = 17 mm. Sehingga diameter naf harus disesuaikan menjadi :
5 3 =
⋅ d s 1 + 10 ≤ D B
maks
5 ⋅17 + 10 ≤ 128 3
= ( 42
≤ 128 128 )
mm
mm
Baik Baik
dan
aman
Diameter sproket besar, d s 1 = 17 mm. Diameter naf sproket besar, D besar, D B maks= 42 mm → Diameter bantalan luar
28
4.4. 4.4.3. 3. Ke Kece cepa pata tan n Ranta Rantaii (v) Kecepatan rantai penggerak yang terjadi d engan putaran n2 = 3.497
rpm dapat diperoleh [6] : v
=(
( p ⋅ z 1 ⋅ n2 ) ( 60 ⋅ 1000 )
m / det ik
(12,7 ⋅ 13 ⋅ 3497 ) = 9,6 ( 60 ⋅ 1000 )
=
m / det ik
Kecepatan Rantai (vizin ) 4.4.4. Daerah Kecepatan
Daerah kecepatan dalam perencanaan rantai rol jangan melebihi dari kecepatan yang diizinkan, karena dapat menyebabkan suara yang berisik, terjadi slip dan membahayakan keselamatan. Daerah kecepatan yang diizinkan [6], vizin = ( 4 – 10 ) m/s. Karena itu untuk kecepatan rantai rol yang terjadi, 4 m/s
≤
v = 9,6 m/s
≤
10 m/s
Kecepatan memenuhi syarat sehingga rantai rol yang direncanakan baik dan dan aman. aman. 4.4.5.
Ukuran Rantai Rol yang Direncanakan (L p ) )
Diketahui panjang antar sumbu poros sproket depan dan belakang diukur C diukur C = = 520 mm, maka jarak dalam jumlah satuan mata rantai C p [6] :
C p
=
520 12,7
= 40,945
mata
rantai
Diperoleh panjang rantai dalam jumlah mata rantai : L p =
=
z 1
+
z 2
2 13
+
2
35
+
+
2 ⋅ C p
+
[( z 2
2 ⋅ (40 ,945 ) +
−
z 1 ) / 6,28 ]
2
C p
[(35 −13 ) / 6,28 ] 2 40 ,945
= 106 mata rantai Panjang rantai dalam satuan SI L (mm) (mm) : L = 106 . 12,7 = 1346,2 mm 4.4.6.
Beban Tarik Rantai Rantai Rata – rata (F B rol )
29
Merupakan beban yang akan ditarik oleh rantai rol [6]. F B rol =
=
102 ⋅ P d
N
v 102 ⋅ 14,4 9,6
5
= 153 kg = 1530 N Batas kekuatan tarik rantai nomor # 40 : Batas beban tarik ijin rata – rata ≥ Beban tarik rencana F B = 19500 N ≥ F B rol = 1530 N 4.4.7.
Faktor Keamanan (Sƒ rol )
Fakt Faktor or keama keamanan nan dipe dipero role leh h dari dari perba perband nding ingan an antar antaraa batas batas kekuatan tarik rata-rata F rata-rata F B dari pemilihan nomor rantai sementara terhadap pembebanan pembebanan yang yang akan akan diterima diterima pada rantai rantai rol rencana rencana F F B rol. Dimana Sf rol rol ≥
untuk satu rangkaian [6]. Dimana harga F B = 1.950
6
kg (19.500 N). Maka, Sƒrol =
=
F B F B
rol
19500 1530
= 12,7 4.4.8.
Pembebanan Pembebanan Maksimum Ijin
Beban maksimum yang diizinkan menurut nomor rantai # 40, F U U = 300 kg (3000 N). Sehingga pembebanan maksimum yang akan diterima oleh oleh ranta rantaii rol rol F U
maks maks
tidak tidak bole boleh h mele melebih bihii beba beban n maks maksim imum um yang yang
diizinkan. Diketahui F Diketahui F U rol = W s = 2990 N. Maka [6], F U U maks = 2990 N ≤ F U U = 3000 N Baik dan aman digunakan
30
4.5 4.5
Penen enenttuan uan Nom Nomor Ran Rantai tai Seb Sebena enarnya nya
Material rantai dipilih baja nikel krom (SNC 21), perlakuan panas dengan pendinginan pendinginan minyak, minyak, kekerasannya kekerasannya 235 235 – 341 341 H H B. Berdasa Berdasarkan rkan perhitun perhitunga gan n yang telah telah dilakuk dilakukan, an, maka maka rantai rantai rol dipilih dipilih nomor nomor # 40 sebagai rantai yang akan dipakai. Maka persyaratan menurut rantai rol nomor # 40 adalah sebagai berikut : 4.5.1.
Nomor rantai rantai # 40
Gambar 4.4 Dimensi nomor nomor rantai rol # 40 [6].
4.5.2. Kecepatan rantai [6] vizin = ( 4 – 10 )
≥
v
m/s.
10 m/s ≥ v = 9,6 m/s > 4 m/s Aman dan baik digunakan 4.5.3. Batas kekuatan tarik rantai rol rata – rata [6] Batas beban tarik ijin rata – rata rantai ≥ Beban tarik rencana F B = 19500 N ≥ F B rol = 1530 N 4.5.4. Faktor keamanan rantai rol [6] Sƒrol
>
6
12,7 > 6 Tidak berisik, aman dan baik digunakan.
31
4.5.5. Pembebanan maksimum [6] Fu
>
F u rol
3000 N > 2990 N Aman dan baik digunakan
Gambar 4.5 Rantai rol rencana [6]. [6].
4.6
Perencanaan Sp Sprroket
Sproket yang direncanakan adalah sproket depan/kecil sebagai penggerak dan sproket belakang/besar yang digerakan. 4.6.1 Perhitungan Dimensi Dimensi Sproket Pada bagian ini akan di rencanakan dimensi sproket atau roda gigi yang yang akan akan dihubu dihubungk ngkan an oleh oleh rantai rantai rol, rol, yaitu yaitu sproket sproket kecil kecil (depan (depan)) dan sproket besar (belakang). Pada perencanaan sproket ini akan menghitung dimens dimensii menuru menurutt data data dan hasil hasil perhitun perhitunga gan n yang yang telah telah dilaku dilakukan kan pada pada halaman sebelumnya. Diketahui data – data hasil perhitungan sebagai berikut :
− − −
Putaran input yang diterima sproket kecil n1 = 9091,5 rpm Putaran yang akan diterima sproket besar n besar n 2 = 3497 rpm Jumlah gigi sproket kecil (depan) z (depan) z 1 = 13
32
− − − − − − − − −
Jumlah gigi sproket besar (belakang) z (belakang) z 2 = 35 Diameter sproket kecil d s 1 = 15 mm Diameter sproket besar d besar d s 2 = 17 mm Diameter jarak bagi sproket kecil d p = 53 mm. Diameter jarak bagi sproket besar D besar D p = 141,7 mm Diameter naf maksimum sproket kecil d B maks = 35 mm Diameter naf maksimum sproket besar D D B maks = 40 mm Bahan kedua sproket adalah baja untuk kontruksi mesin (S30C) Kekuatan lentur S30C σa = 290 N/mm 2 (290 – 340 N/mm 2) dan kekerasan = 179 – 255 H B (JIS G 4501). Selanjutnya dimensi lain yang belum ditentukan adalah [6] : 1.
Modul (m) Modul gigi kedua sproket sama.
m= =
jarak bagi z 53 13
= 4 2.
Diam Diamet eter er lin lingk gkar aran an kepa kepala la (d g ) a.
Sproket kecil (d kecil (d g 1 ) g 1 ) d k 1 k 1 = ( z 1
+ 2) ⋅ m
= (13 + 2) ⋅ 4 = 60 mm b.
Sproket besar (d besar (d g 2 ) g 2 ) d k 2 k 2 = (35 + 2) ⋅ 4 = 148 mm
3.
Diam Diamet eter er ling lingka kara ran n das dasar ar (d (d f ) a.
Sproket kecil (d f 1 ) f 1 )
33
mm
d f 1 f 1 = z 1 ⋅ m ⋅ cos α
mm
= 13 ⋅ 4 ⋅ cos 20 0 = 21,5 mm b.
Sproket besar (d f 2 ) f 2 ) 0 d f 1 f 1 = 35 ⋅ 4 ⋅ cos 20
= 57,5 mm 4.
Ting inggi kepa kepala la gigi igi (hk ) hk = k ⋅ m
mm
= 1,0 . 4 = 4 mm dengan k faktor tinggi kepala yang besarnya = 0,8 – 1,2. 5.
Tinggi kaki (h f ) h f = k ⋅ m + c k
mm
dimana, ck adalah kelonggaran puncak = 0,25 x m = 1. h f = 1, 2 ⋅ 4 +1 = 4,8 mm 6.
Jara Jarak k bagi agi ling lingk kar ( ar ( t ) t = π . m
mm
= 3,14 . 4 = 12,56 mm 7.
Teba Teball gig gigii jar jarak ak bagi agi (h ) t ht = =
⋅m
π
2 π
mm
⋅4
2
= 6,28 mm 8.
Leba Lebarr gig gigii jar jarak ak bag bagi (h) h = 0,55 . t = 0,55 . 12,56 = 6,9
34
≈ 7 mm 9.
Tebal gig gigii dal dalaam (b) Biasanya b ≈ 10 mm dengan α = 20 0.
Gambar 4.7 Dimensi sproket depan depan yang direncanakan. direncanakan.
35
Gambar 4.8 Dimensi sproket belakang belakang yang direncanakan. direncanakan.
4.6.2 Analisa Gaya dan Tegangan Sproket Sproket Pada analisa gaya roda gigi lurus ada tiga gaya yang terjadi saat kontak dengan rantai rol, yaitu gaya tangensial (F ), ) ) t t , gaya radial (F r r dan gaya normal (F n ). ). Pada saat putaran diterima oleh poros sproket kecil n1 = 9091,5 rpm, maka maka rantai rantai rol akan akan mendist mendistribu ribusika sikan n putaran putaran yang mengh menghubu ubungk ngkan an
36
sproket kecil dan sproket besar, dimana mekanisme kerja dari rantai rol ini akan mereduksi putaran menjadi n2 = 3497 rpm.
Gambar 4.9. Gaya – gaya yang bekerja pada roda gigi [6].
1. Analisa Analisa gaya gaya sprok sproket et kecil kecil/dep /depan an [6] [6] a.
Kecepa Kecepatan tan keliling keliling lingkara lingkaran n jara jarakk bag bagii (v spr 1 ) ) π
v spr 1 spr 1
=
=
⋅ d p1 ⋅ n
6 0 ⋅ 1000 π
m / d e tik
⋅ 53 ⋅ 9091,5 = 60 ⋅1000
25,2
m / det ik
dengan : d p
: diameter jarak bagi (mm).
n = n 2 : putaran sproket 3497 rpm. b.
Gaya tangensial (F t spr 1 ) ) spr 1 F t spr 1 spr 1 =
=
102 ⋅ P d
N
v spr 1
102 ⋅14 ,4 25 ,2
= 583 N P d d adalah daya yang akan ditransmisikan. c.
Gaya normal (F n spr 1 ) spr 1 )
37
F n spr 1 spr 1 =
=
F t
spr 1
N
cos α 583 cos 20
0
= 1430 N dengan α : sudut tekanan kerja = 20 0 [6]. d.
Gaya radial (F r spr 1 ) spr 1 ) F r spr 1 spr 1 = F t spr 1 spr 1 . tan α = 583 . tan 20 0 = 1304 N
e.
Tegangan lentur yang terjadi pada sproket ( σspr )
σ spr 1 = spr 1 =
F t ⋅ H 2
b⋅h /6
N / mm 2
583 ⋅ 9,6 10 ⋅ 7 2 / 6
= 68,5 N/mm2 Dengan, H : H : tinggi gigi = 9,6 mm; b : lebar gigi = 10 mm; m : modul = 4; h : tebal gigi jarak bagi = 7 mm.
σa S30C = 290 N/mm2 ≥ σ spr 1 = 68,5 N/mm2 Aman dan baik digunakan Dengan cara yang sama, maka analisa tegangan untuk sproket besar seperti seperti tabel dibawah dibawah ini : Tabel 4.2 Tabel analisa gaya sproket kecil (variabel 1) dan besar (variabel 2).
38
B A B IV KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran dari perencanaan kontruksi sistem penggerak penggerak roda belakang belakang sepeda sepeda motor motor Kawasaki Kawasaki ninja. berikut berikut ini data – data data yang digunakan dalam perencanaan : Daya maksimum rencana yang akan ditransmisikan, P ditransmisikan, P d d = 16 hp (12 kW) Putaran poros maksimum direncanakan no = 9500 rpm Perbandingan reduksi i = 2,6 Jarak sumbu roda depan dan belakang l = 1245 mm Jarak sumbu poros antar sproket diukur C diukur C = = 520 mm
5.1.
Kesimpulan
Kesimpulan ini berisi dimensi dan analisa kekuatan dari kontruksi yang direncanakan yang meliputi poros depan dan belakang, spline hub, sproket depan dan belakang, bantalan dan rantai penggerak. 5.1.1.
Poros
Poros Poros yang yang direncan direncanaka akan n adalah adalah poros poros beralur beralur untuk untuk di sproket sproket depan dan poros jenis gandar untuk di sproket belakang. 1). Poros sproket sproket depan depan (poros (poros penggerak) penggerak) Tabel 5.1. Dimensi poros beralur sproket depan.
poros d s1 (mm) 15
poros tingkat tingkat pertama d 1 (mm) 25
Panjang alur l a (mm) 18,75
Alur poros Tinggi alur h (mm) 2,5
Lebar alur b alur b (mm) 5,25
a. Bahan Bahan poros poros sprok sproket et kecil kecil dire direnca ncanak nakan an batan batang g baja baja yang yang difinis dingin (S35C-D) b. Kekuatan Kekuatan tarik S35C-D σ b = 600 N/mm2. Kekerasannya 144 – 216 HB c. Tegang Tegangan an lentu lenturr S35C S35C-D -D σ a = 300 N/mm2 (270 – 400 N/mm 2) d. Tegangan Tegangan lentur lentur poros poros sproket sproket kecil kecil
39
Tegangan lentur ijin ≥ Tegangan lentur terjadi ≥ Tegangan permukaan alur τ a S35C-D = 25 N/mm2 ≥ τ poros 1 = 23,3 N/mm2 ≥ pa = 11,6 N/mm2 e. Momen puntir yang akan akan diterima diterima poros poros sproket sproket kecil kecil Momen puntir ijin ≥ Momen puntir yang terjadi T t ijin = 33117 Nmm ≥ T 1 = 15427 Nmm f. Momen Momen lentu lenturr poros poros sprok sproket et kecil kecil Momen lentur ijin ≥ Momen lentur yang terjadi M t ijin 1 = 24468,75 N.mm ≥ M t 1 t 1 = 16558,6 N.mm 2). Poros sproket besar/belakang besar/belakang Tabel 5.2. Dimensi poros belakang.
poros d s2 (mm) 17
Panjang poros minimum j minimum j (mm) 220
Lebar tiap lengan ayun g ayun g (mm) (mm) 20
a. Bahan Bahan poros poros baja baja karbon karbon (S55C (S55C-D) -D) yang yang difinis difinis dingi dingin n b. Kekuatan Kekuatan tarik S55C-D S55C-D σ b = 1000 1000 N/mm N/mm2 (810 (810 - 1010 1010 N/mm2) c. Tega Tegang ngan an lent lentur ur S55C S55C-D -D σ a = 600 N/mm2. Maka tegangan lentur ijinnya σ a = 50 N/mm2 d. Tega Tegang ngan an lentu lenturr pada pada poros poros Tegangan lentur ijin ≥ Tegangan lentur yang terjadi. τb S55C = 83,334 N/mm 2 ≥ τ p 2 = 41,6 N/mm2 e. Mome Momen n punt puntir ir poro poross belak belakang ang Momen puntir ijin ≥ Momen puntir yang terjadi T ijin ijin 2 = 80349 Nmm ≥ T 2 = 40107 Nmm
f. Mome Momen n lentu lenturr spr sprok oket et besar besar Momen lentur ijin ≥ Momen lentur yang terjadi M t ijin 2= 105083 N.mm ≥ M t 2 = 24104,5 Nmm
40
5.1.2. Spline hub Spline hub atau key berfungsi sebagai pengunci sproket pada poros depan. Tabel 5.3. Dimensi spline hub.
dalam d s 1 (mm)
luar d 1 (mm)
Tinggi alur h (mm)
Lebar alur b (mm)
Panjang alur l alur l (mm) (mm)
Jumlah alur n alur n (mm)
15
35
2,5
5,25
18,75
6
1). Bahan spilne hub hub baja karbon kontruksi kontruksi mesin mesin (S45C) (S45C) 2). Tegan Teganga gan n tarik tarik S45C S45C-D -D σ b = 60 kg/mm2 = 600 N/mm 2 dan kekerasannya 179 – 255 H B 3). Tegang Tegangan an geser geser spline hub hub
≥ Tegangan geser pada permukaan τ b S = 50 N/mm2 ≥ τ k 1= 11,5 N/mm2
Tegangan geser izin
5.1.3.
Sproket
Sproket yang direncanakan adalah sproket depan (penggerak) dan belakang belakang (pengikut). (pengikut). Dari Dari perhitungan perhitungan diperoleh diperoleh kesimpulan kesimpulan sebagai sebagai berikut berikut : 1). Putaran input input yang yang diterima diterima sproket sproket kecil n spr 1 spr 1 = 9091,5 rpm 2). Putaran yang diterima diterima sproket sproket besar besar n n spr 2 spr 2 = 3497 rpm 3). Jumlah gigi sproket sproket kecil/depan kecil/depan z z 1 = 13 4). Jumlah gigi sproket sproket besar/belakang besar/belakang z z 2 = 35 5). Bahan kedua kedua sproket adalah baja untuk untuk kontruksi kontruksi mesin (S30C) (S30C) Kekuatan lentur S30C σ a = 290 N/mm2dan kekerasan = 179 – 255 HB 6). Anali Analisa sa gaya gaya dan dan tegan teganga gan n yang yang terja terjadi di pada pada kedu keduaa spro sproke kett mengalami sedikit perbedaan, hal ini disebabkan transmisi pada rantai sering terjadi variasi kecepatan. Perbedaan dapat dilihat pada Tabel Tabel 5.4. 5.4. Tabel 5.4 Analisa gaya sproket sproket kecil (variabel 1) dan besar besar (variabel 2).
41
Tabel 5.5 Dimensi Sproket besar.
jarak bagi d p (mm) 141,7
lingkaran dasar d f (mm) 57,5
5.1.4.
Rantai tai rol rol
Tinggi kepala gigi hk 1 k 1 (mm) 4,8
Tinggi kaki h f (mm) 4,8
Jarak bagi lingkar t (mm) 12,56
Tebal gigi dasar kaki h (mm) 7
Lebar gigi dalam b (mm) 10
Material rantai dipilih baja nikel krom (SNC 21), perlakuan panas dengan pendinginan minyak, kekerasannya 235 – 341 H B. Nomor Nomor rantai rol adalah # 40 dengan rangkaian rangkaian tunggal. tunggal. Dimensinya dapat dilihat pada Tabel 5.7. 1). Daerah Daerah Kecepat Kecepatan an rantai rantai Kecepatan rantai ijin ( 4 – 10 ) m/detik ≥ kecepatan rantai terjadi vizin = 10 ≥ v = 9,6 m/detik 2). Beban Beban rencana rencana ranta rantaii (F U U ) Beban ijin maksimuum rantai No. # 40 ≥ Beban maksimum diterima F U U = 3000 N ≥ F U U rol = 2.990 N 3). Batas kekuatan kekuatan tarik tarik rantai rantai nomor nomor # 40 (F B ) Batas beban tarik ijin rata – rata rantai ≥ Beban tarik rencana F B = 19500 N ≥ F B rol = 1530 N
4). Faktor keamanan keamanan rantai rol (Sƒrol ) Semakin besar Sƒ besar Sƒrol ≥ 6 semakin baik digunakan. Faktor keamanan rantai rencana ≥ 6 Sƒrol = 12,7 ≥ 6
42
5). Pelumasan Pelumasan yang digunakan digunakan adalah adalah pelumasan dengan dengan cara tetes minyak dengan SAE 20 atau SAE 30 yang dianjurkan. 6). Tabel 5.6 Dimensi sistem reduksi reduksi penggerak roda roda belakang yang direncanakan. direncanakan.
naf sprocket kecil d B maks (mm) 35
naf sprocket besar d B maks mm) 40
Panjang rantai L (mata rantai)
Panjang rantai L P (mm) 1346,2
106
Jarak sumbu poros terukur C p (mm) 520
Gambar 5.1 Dimensi nomor nomor rantai # 40 [6].
5.1.5.
Bantala talan n
Banta Bantalan lan yang yang diren direncan canak akan an adal adalah ah banta bantala lan n poro poross (bushing), bushing), bantalan untuk naf gear gear dan bantalan bantalan untuk untuk roda. roda. 1). Bantalan radial ujung kerah (bushing) a. Material yang yang digunakan digunakan baja karbon karbon kontruksi kontruksi S30C. S30C. b. Panjang bantalan bantalan l = l = 80 mm c. Panjang Panjang bagian bagian luar luar kera kerah h
l 3
= 20
mm
d. Diamete Diameterr kerah kerah ujung ujung B B = 32,5 mm e. Leba Lebarr kera kerah h b = 5 mm f. Daya Daya yang diserap diserap oleh oleh bantal bantalan an ujung ujung H’ H’ = = 0,0525 kW 2). Bantalan naf gear gear roda belakang belakang a. Jeni Jeniss bear bearin ing g adal adalah ah bant bantal alan an pelu peluru ru radi radial al deng dengan an alur alur tunggal dan sekat ganda ganda nomor 6004 ZZ. ZZ. 43
b. Material yang digunakan digunakan jenis perunggu perunggu atau baja paduan tembaga. c. Beban dinamis dinamis spesifik spesifik bantalan bantalan bola bola radial 6004 6004 ZZ, ZZ, C = C = 735 kg = 7350 N d. P r r = beban radial = 1264 N e. Umur Umur pemaka pemakaian ian bearing bearing ln = 9383 jam Tabel 5.7 Dimensi bantalan bantalan bola radial naf gear 6004 ZZ [6].
dalam d (mm) d (mm) 20
luar D (mm) 42
Lebar/tebal B (mm) 12
Jarak antara sisisisi bola r (mm) r (mm) 1
3). Bantala Bantalan n roda belakan belakang g a. Jenis Jenis bearing bearing adalah adalah bantal bantalan an peluru peluru radial radial denga dengan n alur alur tunggal dan sekat ganda ganda nomor 6003 ZZ b. Material yang digunkan digunkan jenis perunggu perunggu atau baja paduan paduan tembaga c. C = beban dinamis spesifik 6003 ZZ = 470 kg = 4700 N d. P r r = beban radial = 1264 N. Karena jumlah bantalan 2
(dua) pada satu poros maka
1264 2
= 632
N .
e. Umur Umur Pemak Pemakaian aian banta bantalan lan bola bola radial radial naf naf gear gear ln ln = 19627 jam Tabel 5.8 Dimensi bantalan bola bola radial roda belakang sepeda sepeda motor [6]. [6].
dalam d (mm) d (mm) 17
5.2.
luar D (mm) 35
Lebar/tebal B (mm) 10
Jarak antara sisisisi bola r (mm) r (mm) 0,5
Saran
a. Ranta antaii rol rol dan bear bearin ing g yang yang dig digunak nakan haru haruss seri sering ng mend mendap apat at pelumasan pelumasan berkala. berkala. b. Pengecekan Pengecekan ukuran ukuran penyetelan penyetelan rantai. Rantai rol jangan jangan terlalu jatuh menggantung menggantung (kendor) (kendor) karena saat beroperasi beroperasi akan terasa berat dan saat
44
start perlu waktu untuk menarik beban. Demikian juga untuk penyetelan rantai rol terlalu kencang (tegang) dapat mengakibatkan sering terjadi spin dan kemungkinan terpelanting karena gerakan motor bisa liar, serta dapat dapat menyeb menyebabk abkan an umur umur transmis transmisii skunde skunderr pendek pendek karena karena gesekan gesekan yang terlalu besar antar komponen akibat ketegangan penyetelan. c. biasaka biasakan n menggun menggunaka akan n suku cadang cadang asli dan hindari hindari pemaka pemakaian ian suku suku cadang palsu. d. Keny Kenyam amana anan n dan dan kesel keselam amata atan n nyaw nyawaa lebih lebih berha berharg rgaa darip daripad adaa selisi selisih h harga suku cadang asli dan palsu (relatif harga tidak terlalu jauh). e. Hindari Hindari kondisi kondisi yang dapat menyebab menyebabkan kan kemungk kemungkinan inan berkura berkurangn ngnya ya umur komponen (beban berlebihan, kerusakan jalan, kondisi basah, dll.) f. Hind indari berbag rbagaai
varia ariassi
geraka akan
saat saat berken kendara yang
dapat pat
menimbulkan tumbukan secara tiba - tiba dan membahayakan nyawa.
D A F TA R P U S TA K A
1. Khur Khurmi mi R.S R.S Gupt Gupta, a, J.K J.K. Machine Design, Design, Third Edition. Eurasia Publishing Home Ltd, Ram Nagar, New Delhi, 1982.
45
2. Niema Nieman n G, Priam Priambo bodo do Bam Bamba bang ng.. Elemen Mesin Mesin,, Jilid I, Edisi Kedua. Erlangga, Jakarta, 1992. 3. Sular Sularso so,, Sug Sugaa Kiyo Kiyoka katsu tsu.. Pemilihan Pemilihan dan Perencanaan Perencanaan Elemen Mesin, Cetakan Ketujuh. Pradnya Paramitha, Jakarta, 1991.
46
