2010
Mechanical Engineering
BAGIAN I REM
Fungsi rem adalah menghentikan putaran poros, mengatur putaran poros, dan juga mencegah mencegah putaran yang tidak dikehendaki. dikehendaki. Efek pengereman pengereman secara mekanis diperoleh dengan gesekan, dan secara listrik dengan serbuk magnit, arus pusar, fasa yang dibalik, arus searah yang dibalik, atau penukaran katup, dll. Rem gesekan yang umum digunakan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Rem Rem blok blok a. Blok Blok tungg tunggal al b. Blok Blok gand gandaa 2. Rem Rem drum drum 3. Rem cake cakera ra 4. Rem Rem pita pita
A. REM BLOK TUNGGAL TUNGGAL
Rem blok tunggal adalah jenis yang paling sederhana, yang terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem.
Biasa Biasany nyaa pada pada blok blok rem terseb tersebut ut pada pada permuk permukaa aan n gesek gesekny nyaa dipas dipasang ang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus. Jika gaya normal atau atau gaya gaya tekan tekan blok blok terha terhada dap p drum drum adala adalah h
, koef koefisi isien en gesek gesek adala adalah h µ, dan dan 1
2010
Mechanical Engineering
gaya gesek yang ditimbulkan pada rem adalah F t (N), dimana keterangan gambar adalah :
Maka,
Momen T yang diserap oleh drum rem adalah :
Perl Perlu u dike diketa tahu huii bahw bahwa, a, jika jika sudu sudutt kont kontak ak kura kurang ng dari dari 60°, 60°, maka maka dapa dapatt diasumsikan bahwa tekanan normal antara blok dan drum adalah seragam.
Ada tiga kasus dalam rem blok tunggal :
Kasus pertama :
Jika panjang tuas rem adalah l , jarak engsel tuas sampai garis kerja R N adalah x , dan dan gaya gaya yang yang diberi diberikan kan kepa kepada da tuas tuas adalah adalah P, dan dan jika jika garis garis kerja kerja gaya gaya F t t mela melalu luii engse ngsell tuas tuas sepe sepert rtii ditu ditunj njuk ukka kan n pada pada gamba ambarr 1.1, 1.1, maka maka dari dari keseimbangan momen pada titik tumpuan O, akan diperoleh :
Torsi pengereman :
Besarnya torsi searah/berlawanan jarum jam adalah sama.
2
2010
Mechanical Engineering
Kasus kedua :
Jika engsel tuas terletak di luar garis kerja gaya F t , maka persamaan diatas menjadi agak berbeda. Dalam hal ini engsel di geser menjauhi sumbu poros sejauh
seperti gambar 1.2, maka untuk putaran searah jarum jam, persamaan
keseimbangan momen pada titik tumpuan O berbentuk sebagai berikut :
Atau Torsi pengereman :
Untuk putaran berlawanan dengan jarum jam,
Atau
Torsi pengereman :
3
2010
Mechanical Engineering
Kasus ketiga
Bila engsel menjauhi garis kerja gaya F t, dengan jarak
dalam arah mendekati
sumbu poros, maka untuk arah putaran sesuai dengan jarum jam,
Atau
Torsi pengereman :
Untuk putaran berlawanan dengan jarum jam,
Atau
Torsi pengereman :
4
2010
Mechanical Engineering
Catatan : 1. Dari ketiga kasus diatas dapat dilihat bahwa untuk mendapatkan gaya pengereman yang sama, besarnya gaya P berbeda dan tergantung pada arah putaran. Dilihat dari persamaan diatas ketika drum rem berputar berlawanan arah jarum jam dalam kasus 2 (gambar 1.2.b) dan ketika berputar searah jarum jam dalam kasus 3 (Gambar. 1.3.a), persamaan (i) dan (ii) adalah sama, yaitu R N × x = Pl + μ .RN. Dari persamaan tersebut dapat dilihat bahwa momen gaya gesekan ( μ. RN. ) ditambahkan ke momen gaya (P. l). Artinya, gaya gesek membantu untuk menerapkan rem, tipe rem seperti dinamakan self energizing brakes.. Ketika Gaya gesekan cukup besar untuk menerapkan rem tanpa gaya eksternal, maka model rem tersebut dinamakan self-locking brake. Dari ekspresi di atas, kita melihat bahwa jika x ≤ μ. , maka P akan negatif atau sama dengan nol. Ini berarti tidak ada gaya eksternal yang dibutuhkan untuk menerapkan rem sehingga rem akan melakukan penguncian sendiri. Oleh karena kondisi self-locking brake adalah x ≤ μ. . 2. Dalam perancangan rem seharusnya self energizing bukan self-locking. 3. Untuk menghindari self-locking, x harus lebih besar dari μ .a. 4. Jika Ab adalah daerah permukaan blok, maka tekanan bantalan di blok, Pb = RN / Ab Ab = Lebar sepatu (blok) × panjang proyeksi sepatu (blok) = w (2r sin θ)
Dalam perencanaan rem, persyaratan terpenting yang harus dipenuhi adalah besarnya momen pengereman yang harus sesuai dengan yang diperlukan. Disamping itu, besarnya energy yang diubah menjadi panas harus pula diperhatikan, terutama dalam hubungannya dengan bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak bahan lapisan rem, tetapi juga menurunkan koefisien gesekannya.
5
2010
Mechanical Engineering
Drum rem biasanya dibuat dari besi cor atau baja cor. Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan, dan dapat mengerem dengan halus. Disamping itu juga harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan kecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaran.
Gambar 1.4. Contoh rem blok
Sebelumnya dijelaskan bahwa ketika sudut kontak kurang dari 60 °, maka dapat diasumsikan bahwa tekanan normal antara balok dan roda adalah seragam. Tapi ketika sudut kontak lebih besar dari 60 °, maka torsi pengereman untuk memutar blok rem (yaitu ketika 2θ> 60 °) adalah
Dimana
6
2010
Mechanical Engineering
Tabel 1.1 koefesien gesek dan tekanan rem.
Contoh permasalahan :
1. Sebuah rem blok tunggal ditunjukkan pada Gambar. 1.6. Diameter drum adalah 250 mm dan sudut kontak adalah 90 °. Jika gaya yang diberikan pada akhir tuas sebesar 700 N dan koefisien gesekan antara drum dan lapisan adalah 0,35. Tentukan torsi yang dapat ditransmisikan oleh rem blok.
7
2010
Mechanical Engineering
Jawab : Diketahui : d = 250 mm
r
= 125 mm
0
2θ = 90 = P = 700 N μ = 0,35 0
Karena sudut kontak lebih dari 60 , maka koefesien geseknya setara dengan :
Dengan memperhatikan gambar, bahwa momen berada dibawah titik tumpuan O, sehingga :
Sehingga, torsi yang dapat ditransmisikan oleh rem blok adalah,
8
2010
Mechanical Engineering
2. Rem blok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.7, memiliki torsi pengereman 360-mN. Diameter rem drum adalah 300 mm. Koefisien gesekan 0,3. Tentukan : a. Gaya (P) yang akan diterapkan pada akhir tuas untuk rotasi searah jarum jam searah jarum jam dan berlawanan jarum jam dari drum rem; dan b. Lokasi pivot atau titik tumpu dengan blok rem sehingga konstruksi dapat mengunci sendiri (self-locking) tanpa diberikan gaya (P), untuk rotasi searah jarum jam dari rem drum (besarnya x ).
Jawab :
μ = 0,3
a. Untuk :
Gaya (P) untuk searah jarum jam ditunjukkan sesuai gambar 1.8 Kita dapat mencari berdasarkan torsi rem :
9
2010
Mechanical Engineering
Untuk mencari besarnya gaya (P), digunakan momen kesetimbangan di titik O
Gaya (P) untuk berlawanan arah jarum jam ditunjukkan sesuai gambar 1.9
b. Jarak titik tumpuan dengan blok rem ( x), searah jarum jam dapat dilihat pada gambar 1.8. yaitu :
Untuk membuat rem self-locking, F t
x
x harus sama dengan R N x 200. Sehingga
P harus sama dengan nol. Sehingga,
B. REM BLOK GANDA
Rem blok tunggal kurang menguntungkan karena drum mendapat gaya tekan hanya satu arah hingga menimbulkan momen lentur yang besar pada poros serta gaya tambahan pada bantalan. Kekurangan tersebut dapat diatasi jika dipakai dua blok rem yang menekan drum dari dua arah yang berlawanan, baik dari sebelah dalam atau sebelah luar drum. Rem semacam ini disebut rem blok ganda. 10
2010
Mechanical Engineering
Sistem pengoprasian rem blok ganda sama dengan rem blok tunggal, hanya saja torsi yang dihasilkan adalah :
Contoh permasalahan :
1. Sebuah rem blok ganda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.11 mampu menyerap torsi 1400 Nm. Diameter rem drum adalah 350 mm dan sudut kontak untuk sepatu masing-masing 100 °. Jika koefisien gesekan antara rem drum dan lapisan adalah 0.4; tentukan : a. Gaya pegas yang diperlukan untuk mengatur rem; dan b. Lebar dari sepatu rem, jika tekanan bantalan pada bahan lapisan tidak lebih 2
dari 0,3 N/mm .
Gambar 1.11
11
2010
Mechanical Engineering
Jawab : Diketahui :
0
a. Karena sudut kontak lebih dari 60 , maka koefesien geseknya setara dengan :
Besarnya momen pada tumpuan O 1
Besarnya momen pada tumpuan O 2
Jika diketahui kapasitas torsi 1400 Nm, maka gaya (S) adalah :
b. Jika b adalah lebar sepatu, Kita ketahui persamaan daerah permukaan sepatu adalah
Gaya normal untuk sepatu bagian kanan adalah :
Dan gaya normal untuk sepatu bagian kiri adalah :
12
2010
Mechanical Engineering
Kita lihat gaya normal maksimum berada di sisi kiri sepatu. Oleh karena untuk mendesain sepatu digunakan gaya normal maksimum yaitu R N2, sehingga, Pb = RN / Ab
2. Sebuah pegas tertutup dioperasikan pada rem blok ganda, dan harus dirancang untuk kapasitas torsi maksimum 3.000 Nm. Diameter rem drum tidak melebihi 1 meter dan blok harus dilapisi dengan Ferrodo yang memiliki koefisien gesekan 0,3. Dimensi lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.12.
Gambar 1.12
Tentukan : 1. Gaya pegas yang diperlukan untuk mengatur rem. 2. Carilah lebar sepatu rem jika tekanan bantalan pada bahan lapisan tidak lebih dari 0,5 N/mm2.
13
2010
Mechanical Engineering
3. Hitung gaya yang dibutuhkan untuk diberikan oleh thrustor untuk melepaskan rem itu.
Jawab : Diketahui :
0
a. Karena sudut kontak lebih dari 60 , maka koefesien geseknya setara dengan :
Besarnya momen pada tumpuan O 1
Besarnya momen pada tumpuan O 2
b. Jika b adalah lebar sepatu, Kita ketahui persamaan daerah permukaan sepatu adalah
Gaya normal untuk sepatu bagian kanan adalah :
Dan gaya normal untuk sepatu bagian kiri adalah : 14
2010
Mechanical Engineering
Kita lihat gaya normal maksimum berada di sisi kiri sepatu. Oleh karena untuk mendesain sepatu digunakan gaya normal maksimum yaitu R N2, sehingga, Pb = RN / Ab
c.
6
Jika diketahui kapasitas torsi 3 x 10 N.mm, maka gaya (S) adalah :
Gambar 1.13
15
2010
Mechanical Engineering
C. REM PITA
Rem pita pada dasarnya terdiri dari sebuah pita baja yang disebelah dalamnya dilapisi dengan bahan gesek, drum rem, dan tuas. Gaya rem akan timbul bila pita dikaitkan pada drum dengan gaya tarik pada kedua ujung pita tersebut. Jika gaya tarik pada kedua ujung pita adalah T 1 dan T2, maka besarnya gaya geser adalah sama dengan (T 1 - T2). Prinsip kerja rem pita yaitu ketika gaya P diterapkan pada tuas di titik C, maka pita akan mengencang pada drum. Gesekan antara pita dan drum memberikan gaya pengereman.
16
2010
Mechanical Engineering
Keterangan gambar : T1
= Ketegangan di sisi ketat pita
T2
= Ketegangan di sisi kendur pita
θ
= Sudut putaran pita pada drum
μ
= Koefisien gesekan antara pita dan drum,
r
= Radius drum,
t
= Tebal pita, dan
r e
= Efektif radius drum = r + t / 2.
Jika r adalah radius drum rem, maka besarnya torsi rem adalah :
Perbandingan antara kedua gaya tarik pada ujung pita adalah :
Momen di titik tumpu O adalah :
Dimana : l = Panjang tuas dari titik tumpu (OC), dan b = jarak tegak lurus dari O ke garis aksi dari T 1 atau T2.
Daya yang diserap (P) dapat dicari dengan persamaan :
Catatan: 1. Ketika pita rem melekat pada tuas, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1,14 (a) dan (b), maka gaya (P) harus ke arah atas dengan tujuan untuk mengencangkan pita pada drum.
17
2010
Mechanical Engineering
2. Model lain pita rem terpasang pada tuas seperti ditunjukkan pada Gambar. 1,15 (a) dan (b), maka gaya (P) harus ke arah bawah untuk mengencangkan pita.
3. Jika tegangan tarik yang diizinkan ( σt) untuk material pita diketahui, maka tegangan tarik maksimum pita adalah : T1 = σ t × w × t dimana
w = Lebar pita, dan t
= Tebal tebal.
4. Lebar pita (b) tidak boleh melebihi 150 mm untuk diameter (d) drum lebih besar dari 1 meter dan 100 mm untuk diameter drum kurang dari 1 meter. Ketebalan pita (t) juga dapat diperoleh dengan menggunakan empiris yaitu t = 0,005 d. Tabel 1.2. Untuk rem yang dioperasikan dengan derek tangan, ukuran pita baja yang umumnya digunakan:
Contoh permasalahan :
1. Sebuah rem pita sederhana beroperasi pada drum dengan diameter 600 mm yang berputar pada
kecepatan 200 rpm. Koefisien gesek adalah 0,25. Rem pita
memiliki kontak 270°, jarak antara titik OB adalah 125 mm dan OC adalah 750 mm. 18
2010
Mechanical Engineering
a. Berapakah gaya yang dibutuhkan untuk menarik pada ujung lengan rem sehingga dapat menghentikan roda jika daya yang diserap sebesar 35 kW? Berapa jarak tarikan minimum? b. Berapakah lebar pita baja dengan tebal 2,5 mm yang diperlukan untuk rem ini jika tegangan tarik maksimum tidak melebihi 50 MPa?
Gambar 1.16 Jawab :
a. Tarikan yang dibutuhkan pada ujung lengan rem untuk menghentikan roda (P). Pertama-tama, dicari tegangan terik T 1 dan T2. Kita tahu bahwa :
…. (antilog dari 0,5123) Jika diketahui daya yang diserap, maka torsi rem adalah : 19
2010
Mechanical Engineering
Selanjutnya dari torsi rem yang telah diperoleh :
Dari persamaan (i) dan (ii) diperoleh :
Dari momen kesetimbangan di titik O, akan diperoleh :
Catatan
OD adalah titik dimana jarak tegak lurus antara O dengan T 2
b. Lebar pita baja : Telah diperoleh tegangan tarik maksimum (T 1) 8027 N, sehingga :
20
