LAPORAN TUGAS BESAR ELEMEN MESIN III
DISUSUN OLEH : NAMA : SURIYADI ANWAR NIM
: 10212010020
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANTAKUSUMA(UNTAMA) PANGKALAN BUN
1
UNIVERSITAS ANTAKUSUMA (UNTAMA)
KEP. MENDIKNAS RI. NO. 57/D/O/2008 Kampus : Jl. Iskandar No.63, Telp. 0532-22287 Kode pos. 74112 Pangkalan Bun
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS BESAR ELEMEN MESIN I
NAMA
:
Suriyadi Anwar
NIM
:
10212010020
Pangkalan Bun, 02 Januari 2013 Dosen Pengampu
Ali Syarief, ST NIDN. 11201279902
Mengetahui Ketua Prodi Teknik Mesin,
M. Arif Haryadi, ST NIDN. 1126068403 iii
2
KATA PENGANTAR Saya panjatkan puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan hidayahnya saya dapat menyelesaikan Laporan Serta Tugas Besar Elemen Mesin III ini dengan lancar. Laporan ini selain saya hadirkan untuk memenuhi tugas mata kuliah Elemen Mesin III juga untuk membuat kita dapat memahami bagaimana konsep Perencanaan Pengukuran Sistem Transmisi Pada Sistem Kincir Angin. Dalam penulisan laporan yang saya susun ini mungkin masih banyak kekurangankekurangan baik dari teknis penulisan maupun materi, ataupun perhitungan yang kurang tepat mengingat dari kemampuan yang saya miliki. Dengan keberhasilan saya dalam menyelesaikan tugas perencanaan rancanagan sistem transmisi pada sistem kincir angin ini tidak lepas dari bantuan orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Oleh karena itu saya mengucapkan terima kasih atas bimbingan dan bantuan atas semuanya.
Pangkalan Bun,02 Januari 2013
Suriyadi Anwar NIM.10212010020
iv
3
DAFTAR ISI Halalaman Judul …………………………………………………………………………………..
i
Lembar Asistensi ....................................................................................
ii
Lembar Pengesahan ………….…………………………………………………………………
iii
Kata Pengantar ……………………….………………………………………………………….
iv
Daftar Isi .................................................................................................
v
Nomenklatur ………………………………………………...……………………………………
vi
BAB I. Pendahuluan ...............................................................................
1
a. Latar Belakang ...........................................................................
1
b. Tujuan .........................................................................................
1
c. Batasan Masalah .........................................................................
2
BAB II. Teori Dasar ...............................................................................
3
a. Pengertian Roda Gigi ..................................................................... 3 b. Klasifikasi Roda Gigi ..................................................................... 4 BAB III. Mekanisme Sistem Transmisi...................................................... 9 a. Pemilihan Roda Gigi ................................................................ 10 b. Sketsa Roda Gigi .............................................................
.......... 10
BAB IV. Pembahasan Sistem Transmisi ................................................ 11 a. Perhitungan Dimensi Roda gigi Miring ....................................... 11 b. Perhitungan Poros Kincir ........................................................... 24 c. Perhitungan Pasak ..................................................................... 28 BAB V. Penutup ................................................................................ 30 a. Kesimpulan ............................................................................. 30 Daftar Pustaka .................................................................................... 31
4
NOMENKLATUR
Nama dan Lambang
Satuan
Diameter pinion (dp)
cm
Diameter gear (dg)
cm
Kecepatan putar dari gear (Ng)
rpm
Tenaga yang ditransmisikan (P)
Watt/Hp
Panjang (l)
cm
Putaran (N)
rpm
Luas penampang poros (A)
cm2
Tinggi kemringan (L)
cm
Tekanan yang terjadi (P)
kg/cm2
Tegangan kerja ijin (Fw)
m
Torsi (T)
kg/cm
Waktu(t)
detik
Diameter luar (Do)
cm
Diameter dasar (Dr)
-
Tinggi kemiringan kerucut (L)
m
Tinggi kaki gigi (Hi)
cm
Jumlah gigi (Z)
-
Tebal gigi (Tg)
mm
Gaya tangensial pinion (Wt)
m
Gaya aksial poros pinion (Wrh)
N
Kecepatan garis puncak (v)
mm/dtk
5
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang. Laporan ini tersusun karna dilatar belakang untuk memenuhi kebutuhan perencanaan rancanagan sistem transmisi roda gigi miring untuk sebuah sistem kincir angin, tugas mata kuliah Elemen Mesin III tentang merencanakan sistenm transmisi roda gigi miring pada sistem kincir angin dan disertasi pengukuran-pengukuran kekuatan pada umur pemakaiannya. Dalam laporan ini kita mendapatkan pelajaran mengenai proses-proses perhitungan yang akurat terhadap perencanaan sistem transmisi roda gigi miring serta memahami teori dasar dari roda gigi pada umumnya.
B. Tujuan. Karena suatu perencanaan elemen mesin haruslah benar-benar akurat atau teliti, maka khusus dalam perencanaan roda gigi miring ini terdapat beberapa tujuan yang ingin kita capai agar memiliki efisiensi yg tinggi, antara lain : a) Mendapatkan kekuatan roda gigi yang baik dengan dasar bahwa faktor keamanan yang dimilikinya adalah optimal yang ditunjang dengan pemilihan bahan yang sesuai serta cara kerjanya. b) Memiliki efisiensi kerja yang tinggi. c) Mendapatkan sebuah sistem kincir angin yang kuat tetapi ekonomis. d) Dapat memperkirakan umur gear yang direncanakan.
Disainer
ditujukan
untuk
digunakan
dalam
mengembangkan
komponen dasar hingga menjadi suatu barang kerja jadi maupun setengah jadi karna disainer adalah tokoh utama dalam perancangan.
Portabilitas sangatlah penting, khususnya bagi programmer yang bisa menggunakan aplikasi AutoCad yang dapat merancang disain gambar.
6
Disainer selain sebagai program proses perancangan atau pembuatan komponen maupun barang kerja tetapi juga merupakan suatu proses penganalisaan yang baik termasuk pengukuran terhadap kekuatan dari efisiensi sistem transmisi roda gigi miring dengan umur pemakaiannya terhadap material yang digunakan.
C. Batasan Masalah 1. Perhitungan ini hanya berisi tentang merancang transmisi roda gigi saja. 2. Di sini tidak dijelaskan bagaimana proses manufaktur dalam hal pembuatanya saja. 3. Dalam perencanaan transmisi ini pada penjelasan macam-macam roda giginya tidak semua bagian-bagian dari sebuah roda gigi yang dapat saya jabarkan. 4. Dan bagian yang hanya dapat kami bahas yaitu sebagian saja dimana berupa. a) Perhitungan pasangan roda gigi I. b) Perhitungan pasangan roda gigi II. c) Merancang poros kincir. d) Merancang pasak sudu.
7
BAB II TEORI DASAR
A. Pengertian Roda Gigi Rodagigi adalah digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Rodagigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Rodagigi sering digunakan karena dapat meneruskan putaran dan daya yang lebih bervariasi dan lebih kompak daripada menggunakan alat transmisi yang lainnya, selain itu rodagigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu : Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar. Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana. Kemampuan menerima beban lebih tinggi. Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil. Kecepatan transmisi rodagigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar.
Rodagigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Di samping itu terdapat pula rodagigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi. Ada pula rodagigi dengan putaran yang terputus-putus. Dalam teori, rodagigi pada umumnya dianggap sebagai benda kaku yang hampir tidak mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama.
8
B. Klasifikasi Roda Gigi Rodagigi diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Menurut letak poros. 2. Menurut arah putaran. 3. Menurut bentuk jalur gigi.
1. Menurut Letak Poros Menurut letak poros maka rodagigi diklasifikasikan seperti tabel berikut : Letak Poros
Rodagigi
Rodagigi
Keterangan
Rodagigi lurus
Klasifikasi
Rodagigi miring
bentuk alur gigi
atas
dasar
Rodagigi miring ganda
dengan poros Rodagigi luar
Arah
sejajar
Rodagigi dalam dan pinion
berlawanan
Batang gigi dan pinion
Arah putaran sama Gerakan
putaran
lurus
dan
atas
dasar
berputar Rodagigi kerucut lurus
Rodagigi
Rodagigi kerucut spiral
Klasifikasi
Rodagigi kerucut zerol
bentuk jalur gigi
dengan poros Rodagigi kerucut miring berpotongan
Rodagigi kerucut miring ganda Rodagigi permukaan dengan poros Rodagigi berpotongan
dengan poros
berpotongan berbentuk istimewa
Rodagigi
Rodagigi miring silang
Kontak gigi
Batang gigi miring silang
Gerak lurus dan berputar
Rodagigi cacing silindris
dengan poros Rodagigi cacing selubung ganda
9
silang
Rodagigi cacing samping Rodagigi hiperboloid Rodagigi hipoid Rodagigi permukaan silang
2. Menurut arah putaran Menurut arah putarannya, rodagigi dapat dibedakan atas : Rodagigi luar ; arah putarannya berlawanan. Rodagigi dalam dan pinion ; arah putarannya sama.
3. Menurut bentuk jalur gigi Berdasarkan bentuk jalur giginya, rodagigi dapat dibedakan atas : a) Roda gigi lurus (Spur gear) Roda gigi lurus dipakai untuk memindahkan gerakan putaran antara poros-poros yang sejajar. Yang biasanya berbentuk silindris dan gigi-giginya adalah lurus dan sejajar dengan sumber putaran. Pengunaan roda gigi lurus karena putarannya tidak lebih dari 3600 rpm dan kecepatan keliling tidak lebih dari 5000 ft/menit. Ini tidak mutlak, spur gear dapat juga dipakai pada kecepatan diatas batas-batas tersebut.
Gambar roda gigi lurus(spur)
10
b) Roda gigi miring (Helical gear) Roda gigi miring dipakai untuk memindahkan putaran antara poros-poros yang sejajar. Sudut kemiringan adalah sama pada setiap roda gigi, tetapi satu roda gigi harus mempunyai kimiringan ke sebelah kanan dan yang lain ke kiri. Roda gigi ini mampu memindahkan putaran lebih dari 3600 rpm dan kecepatan keliling lebih dari 5000 ft/menit.
Gambar Roda Gigi Miring
Menurut bentuk jalur gigi berdasarkan bentuk jalur giginya, roda gigi miring memiliki ciri-ciri : 1. Arah gigi membentuk sudut terhadap sumbu poros. 2. Distribusi beban sepanjang garis kontak tidak uniform. 3. Kemampuan pembebanan lebih besar dari pada rodagigi lurus. 4. Gaya aksial lebih besar sehingga memerlukan bantalan aksial dan rodagigi yang kokoh.
11
Jenis-jenis roda gigi miring antara lain : 1. Roda gigi miring biasa
2. Rodagigi miring ganda
3. Rodagigi miring silang
4. Rodagigi miring ganda bersambung
12
c) Roda gigi cacing (Worm gear) Roda gigi cacing dipakai untuk memindahkan putaran antara poros yang tegak lurus bersilang. Susunan roda gigi cacing biasanya mempunyai penutup tunggal atau ganda, suatu susuna roda gigi berpenutup tunggal adalah sesuatu dimana roda gigi dibungkus penuh atau sebagian oleh gigi cacing, sebuah roda gigi dimana setiap elemen ditutup sebagian oleh yang lain adalah susunan roda gigi cacing berpenutup ganda.
d) Roda gigi kerucut (Bevel gear) Roda gigi kerucut dipakai untuk memindahkan gerakan atau putaran antara poros yang berpotongan. Walaupun rodaroda gigi kerucut biasanya dibuat untuk sudut poros 90 , rodaroda gigi ini biasanya untuk semua ukuran sudut.
Gamabar roda gigi kerucut
13
e) Screw gear Jenis roda gigi ini trediri dari dua buah helical gear wheel yang merupakan kombinasi sederhana untuk memindahkan gaya maupun torsi poros yang membentuk sudut-sudut tertentu.
Gambar screw gear
f) Hypoid gear Hypoid gear bentuknya hampir menyerupai spiral bevel gear, namun perbedaannya terletak pada pitch yang lebih hiperbolid dibandingkan dengan cousenya dan menoperasikannya lebih lembut dan tenang.
Gambar Hypoid gear
14
BAB III MEKANISME SISTEM TRASMISI
A. PEMILIHAN JENIS RODA GIGI Roda Gigi Miring, Transmisi roda gigi miring ini dipilih dikarenakan saat digunakan pada transmisi kincir angin ini dapat menstransmisikan tenaga pada rasio kecepatan yang konstan antara dua poros yang mana sumbu yang mendapat perhatian pada sudu tertentu. Permukaan puncak untuk roda gigi miring adalah kerucut terpotong.
B. SKETSA RODA GIGI MIRING
15
Roda Gigi Miring
16
Pasangan Roda Gigi Miring
17
Pasangan Roda Gigi
18
BAB IV PEMBAHASAN SISTEM TRANSMISI
A. Perhitungan Dimensi Roda Gigi Miring. Maka untuk mencari dimensi roda gigi, roda gigi yang dipakai adalah 20 full depth involute sistem, karena untuk pemakaian yang lama. Maka jumlah gigi minimum untuk 20 full depth involute sistem adalah 18 buah (Khurmi hal. 996)
Diketahui ; Tenaga P = 1800 watt Putaran
2,4138 hp
= 100 rpm, ini juga merupakan putaran pinion pertama.
Putaran yang direncanakan
adalah 45 rpm.
Maka, rasio kecepatannya dapat dicari
= = =
= 4500
=
= 67,082 =
Jadi, rasio kecepatan adalah 1,49
19
Sudut antar poros adalah Sudut puncak untuk pinion adalah
Sudut puncak untuk gigi
Jumlah formatif untuk gigi pinion adalah
Jumlah formatif untuk gear
Faktor bentuk gigi pinion – –
20
Yang bentuk untuk gear – –
Gambar alur pentransmisian putaran oleh roda gigi miring
21
1) PERHITUNGAN PASANGAN RODA GIGI I Pada pinion I Torsi
T=
Keterangan ; P = Tenaga kuda yang ditransmisikan (Hp) NP = Kecepatan putar dari pinion (rpm)
⁄ ⁄ Mencari modul dan lebar muka Gaya tangensial dari pinion adalah
Dimana, (
)
Kecepatan garis puncak
22
Tegangan kerja ijin (
)
(
) m
Panjang dari elemen kerucut puncak atau tinggi kemiringan dari kerucut puncak .
Karena lebar muka gigi adalah dari tinggi kemiringan dari kerucut puncak, dengan demikian
Sekarang gunakan hubungan .
.m.
(
) Di mana,
(
(
)
) 4,472 . m.
0,1102 (
( 192,2
(
192,2
(
192,2
(
)
) ) )
(
) )
23
Modul yang direkomendasikan adalah minimal 1, maka dapat dicari lebar muka gigi
Adendum
Dan Dedendum
Diameter luar
Tinggi kemiringan
Pada Roda Gigi I Torsi Keterangan ; P = Tenaga kuda yang ditransmisikan (Hp) Kiecepatan putar dari gigi (rpm)
⁄ ⁄
24
Gaya tangensial dari roda gigi adalah
Dimana,
Kecepatan garis puncak
Tegangan kerja ijin ( (
) )
Panjang dari elemen kerucut puncak atau tinggi kemiringan dari kerucut puncak
25
Karena lebar muka gigi adalah
dari tinggi kemiringan dari kerucut puncak,
dengan demikian.
Sekarang gunakan hubungan .
(
.m.
) Di mana,
(
(
)
) 4,9 . m .
(
zzz (
)
) ( (
) )
(
)
(
)
\
Modul yang direkomendasikan adalah minimal 1, Maka dapt dicari lebar muka gigi
Adendum
Dan Dedendum
26
Diameter luar
Tinggi kemiringan
2) PERHITUNGAN PASANGAN RODA GIGI II Pada pinion II Torsi T= Keterangan ; P = Tenaga kuda yang ditransmisikan (Hp) NP = Kecepatan putar dari pinion (rpm)
Mencari Modul Dan Lebar Muka Gaya tangensial dari pinion adalah
Dimana,
27
Kecepatan garis puncak
Tegangan kerja ijin (
)
(
)
Panjang dari elemen kerucut puncak atau tinggi kemiringan dari kerucut puncak.
Karena lebar muka gigi adalah
dari tinggi kemiringan dari kerucut puncak,
dengan demikian.
Sekarang gunakan hubungan .
.m.
(
) Di mana,
(
)
28
(
) 4,472 . m .
(
(
)
) (
(
) )
(
(
)
)
Modul yang direkomendasikan adalah minimal 1. Maka dapat dicari lebar muka gigi
Adendum
Dan Dedendum
Diameter luar
Tinggi kemiringan
29
Pada Roda Gigi II Torsi T= Keterangan ; P = Tenaga kuda yang ditransmisikan (Hp) NP = Kecepatan putar dari gigi (rpm)
Gaya tangensial dari roda gigi adalah
Dimana, (
)
Kecepatan garis puncak
Tegangan kerja ijin ( (
) )
30
Panjang dari elemen kerucut puncak atau tinggi kemiringan dari kerucut puncak.
Karena lebar muka gigi adalah
dari tinggi kemiringan dari kerucut puncak,
dengan demikian.
Sekarang gunakan hubungan .
(
.m.
) Di mana,
( (
)
) 6,53 . m .
(
(
)
) (
(
) )
(
(
)
)
Modul yang direkomendasikan adalah minimal 1. Maka dapat dicari lebar muka gigi
Adendum
31
Dan Dedendum
Diameter luar
Tinggi kemiringan
Dengan modul yang dihitung rata-rata dibawah 1 maka sesuai dengan minimum modul yang direkomendasikan adalah 1 maka dimensi roda gigi miring pada pasangan I dan II adalah sama.
B. Perhitungan Dimensi Poros Kincir. Poros kincir adalah poros yang digunakan sebagai tempat pemasangan kincir yang akan digunakan untuk mentransfer tenaga ke roda gigi miring. Dapat digambarkan sebagai berikut
Gambar Penampang poros kincir dilihat dari samping kanan
32
Gambar 3.6 Diagram benda bebas dari poros sudu.
Daya yang dipindahkan adalah
putaran poros pinion adalah
45 rpm. Pada sudu A terdapat gaya reaksi yang timbul akibat berat sudu dan gaya tengensial sudu. Gaya berat
Gaya aksial dari poros pinion adalah
Dan gaya aksi radial dari poros roda gigi adalah
Jumlah gaya reaksi pada arah aksial adalh F aksial dan
di terima oleh dua
bantalan,
33
Jadi ;
Reaksi vertikalnya adalah
Maka gaya resultan yang bekerja pada bantalan adalah √ √
Dengan cara yang sama √ √
GARIS TENGAH POROS Poros mendapat momen puntir dan bending dalam merancang poros ini poros dibuat dari Fe 490. Menurut table, karena poros mendapat beban puntiran maka ⁄ Diambil
⁄
.
.
34
Tahanan momen yang diperlukan oleh pemnampang berbentuk lingaran harus sama dengan
Dari √
√
Karena poros dipasang pasak maka diambil 55 mm Di posisi B dibebani lengkungan dan puntiran
Maka √
√
Tegangan bending yang diijinkan untuk keadaan tegangan III maka tegangan bending yang diijinkan untuk Fe 490 adalah 40 sampai 60 N/
, kita ambil
rata-rata 50 N/
Maka momen tahanan penampang poros berbentuk lingkaran adalah :
dari
Di temukan bahwa √
√
Di bulatkan 65 mm
Beban di C dibebani lengkungan dan puntiran ⁄
35
Dengan demikian √
√
Momen tahan juga 50 ⁄
dari Di temukan bahwa √
√
Karena disini dipasang pasak maka dibulatkan 75 mm Pada titik D poros tidak dibebani baik bending maupun puntiran Jadi
⁄
Untuk diameter poros dititik D maka,
√
√
Diameter 4 lenih kecil dari pada dititik B, maka akan lebih praktis menggunakan blok bantalan yang sama, yaitu menggunakan diameter 65 mm. Hasil perhitungan poros sudu digambar pada lampiran.
C. Perhitungan Dimensi Pasak. Pasak yang digunakan adalah pasak segi empat. Menurut tabel (Khurni 463) lebar pasak untuk diameter poros 55 mm memiliki lebar 16 mm tebal 10 mm. Panjang pasak adalah dengan mempertimbangkan pasak dari segigi geser maupun kekuatan.
36
Mempertimbangankan geser material yang digunakan untuk poros Fe 490 yang memiliki tegangan geser sebesar ⁄
⁄
dan kekuatan
.
Dengan mempertimbangkan kerusakan
Kita ambil panjang terbesar yaitu 142,477 dibulatkan 143 mm
37
BAB IV PENUTUP Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini adalah: 1. Suatu perncanaan dapat dikatakan aman apabila harga yang didapat lebih kecil daripada harga yang diizinkan. 2. Dalam perencanaan ini ukuran-ukuran poros sangat
penting karena turut
mempengaruhi perhitungan kopling yang direncanakan. 3. Dalam desain poros dan kopling, bahan poros harus lebih kuat dari pada bahan untuk kopling.
38
DAFTAR FUSTAKA Bambang Irawan, Ir, Drs, MT,. Samsul Hadi, Drs,. Modul Mesin Konversi Energi. Politeknik Negeri Malang, Malang, 2000Perry, Robert, H, Engineering Manual. Materi Kuliah Elemen Mesin Hibbeler, R.C., Structural Analysis, Prentice Hall, New Jersey, 1997 Khurmi, R.S., Gupta, J.K., Machine Design, Eurasia Publishing House, New Delhi, 1980 Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, 1987, Jakarta, PT. PradnyaPar amita
39
