PERANCANGAN ELEMEN MESIN
KOPLING
DI SUSUN OLEH: KELOMPOK 6
PROGRAM STUDI S1 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2012
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT, yang maha pengasih lagi maha penyayang, Atas berkat, rahmat dan hidayahnya, sehingga laporan akhirperancangan elemen mesin ini selesai pada waktu yang telah ditetapkan yang berjudul “Re-design Ulang kopling mobil ”, berdasarkan atas teori-teori elemen mesin yang telah di pelajari pada semester sebelumnya,maka di sinkronisasikan terhadap suatu produk elemen mesin yang di rancang oleh insinyur-insinyur terdahulu. Laporan ini disusun, dari beberapa kerangka materi yang telah dipelajari oleh penyusun. Melalui teori yang telah diajarkan dan realnya. Dalam laporan ini penyusun juga melampirkan gambar gambar pendukung yang akan membantu pembaca dalam memahami perhitunganperhitungan di dalamnya. Meskipun telah berusaha segenap kemampuan penyusun juga menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu segala tegur sapa dan kritik yang diberikan akan penyusun sambut dengan kelapangan hati guna memperbaiki dimasa yang akan datang. Akhir kata, penyusun beharap semoga laporan ini dapat bemanfaat bagi pembaca.
Pekanbaru, Januari 2012
penyusun
BAB I DATA MESIN Adapun tipe mobil yang akan diselidiki design KOPLINGnya adalah isuzu D-Max 4x4 diesel engine offroad.Dengan gambaran assembly sebagai berikut:
TIPE PRODUK 4JJI
Gambar 01.Assembly sistem kopling Kopling merupakan perantara putar antara mesin dengan kotak taransmisi.Jika di perkecil lagi pengamatan terhadap sistem kopling maka bisa dilihat pada gambar berikut ini:
Gambar 02.Kopling secara menyeluruh isuzu D-max Daya Maksimum
: 136 Ps
Putaran Maksimum
: 3400 rpm
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Tujuan Re-design Ulang Setelah melakukan pengukuran dimensi terhadap kopling beserta pengambilan datadata yang lainnya,maka dilakukan kalkulasi yang mana bertujuan untuk: 1. Mengetahui secara pasti material apa yang cocok digunakan terhadap dimensi tersebut. 2. Mengetahui faktor keamanan dan faktor kegagalan dalam perancangan elemenelemen kopling tersebut. 3.Bisa memperikirakan sebab-sebab kegagalan kegagalan kopling isuzu d -max serta Tahu solusi dari masalah tersebut.
2.2 Kalkulasi A. Design Poros Poros pada clutch terhubung ke mainshaft pada transmisi dimana ketika dua poros ini berhubungan, dikenal dengan gigi-4(putaran engine=putaran propheler roda atau 1:1).
Gambar 03.Poros kopling
Jika dilihat dari samping maka:
Gambar 04.Dimensi poros kopling
Karena diameter poros bertingkat,maka kami mengambil ukuran terkecil dari tingkat diameter poros tersebut untuk mewakili semuanya.Dengan alasan tegangan tertinggi berada pada poros yang ramping. Yang akan dihitung dalam pengkalkulasian pada poros,maka bisa dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 05.Ukuran yang akan dimasukkan ke rumus
Diketahui: l = 278,993 mm g = 9,81 m/s
2
Dporos = 26,5 mm Massa(m): Untuk menentukan Berat,maka ada empat buah massa yang akan di jumlahkan untuk diturunkan menjadi gaya (F), 1.Berat kanvas fiber-epoxy Diketahui: Tipe kanvas yang digunakan glass fiber-epoxy
3
= 2,1 Gram/cm (source:ASM Hand book Vol.1 and 2 modern plastic encyclopedia 1996 The Mc Grawhill book company,New York) kanvas
plain carbon Baja pelat yang digunakan adalah baja konvensional( plain steel).
3
baja = 7,85 Gram/ cm (source:ASM Hand book Vol.1
and 2 modern plastic encyclopedia 1996 The Mc Grawhill book company,New York)
Gambar 07. Ketebalan kanvas dan plat tengah
2
2
(Diambil dari G.Niemann” Maschinen- Elemente”Springer Elemente”Springer
– Din ). mkanvas = 2 (Do – Din
verlag Berlin,Jerman 1981)
= 2 (369 cm ). = 2 (110,7 cm ).(2.1 gram/cm )/4 = 2 237,47 gram/4 2
2
mkanvas = 2 ((25 cm) – (16 – (16 cm) ). mkanvas mkanvas mkanvas
2
3
mkanvas = 373,167 Gram
3
Gambar 01.Dimensi Plat gesek dilihat dari depan
2
2
– Drata-rata ). (Diambil dari G.Niemann” Maschinen- Elemente”Springer Elemente”Springermplate = 2 (Do – D verlag Berlin,Jerman 1981)
Drata-rata = (dmin + dmax)/2 = (125,84+86)/2 = 10,592 cm
= 2 (512,8095 cm ). = 2 (512,8095 cm ). = 2 (512,8095 cm ). 2
2
mplate= 2 ((25cm) – (10,592 – (10,592 cm) ). mplate mplate mplate
mplate =
2
2
2
mplate= 1265,1744 Gram mnaf
= =
1
4
1 4
Don
(3.
2
Din
2
. t.
γ
) 2 (2,65.cm)
cm
2
8,54 cm x 7,85 gram/cm3
= 104,067 gram mpegas = 131,4 gram (didapat dari pengukuran)
jadi ; Berat plat kopling menyeluruh( overall) adalah m = (mkanvas )+(mplate) +(mnaf )+(mpegas ) m = 373,167 + 1265,1744 + 104,067 + 131,4 m = 1873,8084 gram
atau setara dengan 1,87381 kg
Gambar 06.DBB poros kopling 2
FA = 9,81 m/s . 1,87381 Kg FA = 18,3820 N ∑MB = 0 MB - FA . l= 0 (Persamaan Kestimbangan,” Ferdinand P. Beer,E Ru ssell Johnston.Jr” Mehanics for Engineers.Mc Graw-hill 1987) MB
= (18,3820 N) . (0,28993 m )
MB
= 5,3295 N.m
Pmesin = 136 Ps = 136 x 0,7355 = 100,28 Kw
Putaran (n) : 3400 Rpm Selanjutnya,variabel diatas di turunkan ke torsi,menjadi
P=
T=
(Referensi dari Arismunandar,wiranto”Pengantar Turbin Gas dan Motor propulsi,ITB,Bandung 2002)
= = 281,63 N.m
Ditanya: Tegangan geser (τ ( τ) Tegangan normal (σ ( σ)
-
1. Tegangan Normal (σ ( σ)
(Persamaan diambil dari buku M.F.SPOTT,Bab 2( working stress) Edisi ke-7) σ= σ=
σ=
2
σ = 3,75 N/mm atau 3,75 Mpa 2. Tegangan geser (τ ( τ)
(Persamaan diambil dari buku M.F.SPOTT,Bab 2( working stress) Edisi ke-7) τ= τ=
τ=
2
τ = 77,04 N/mm atau 77,04 Mpa
MENGGABUNGKAN TEGANGAN DENGAN GRAFIK MHOR’ C IRCLE
Gambar 08.Elemen distribusi tegangan
σ
1
σ
3
σ
2
Gambar 09. Lingkaran Mohr poros
Maka dari lingkaran Mohr,kita bisa mengetahui
σ1,σ2,dan σ3 yaitu:
σ1 = 78,94 MPa σ2 = 0 (berada pada titik sumbu) σ3 = -75,19 Mpa Selanjutnya menentukan nilai σs ( Tegangan yang bekerja secara menyeluruh): σs =
(Persamaan diambil dari buku M.F.SPOTT,Bab 2( working stress) Edisi ke-7)
σs =
– –
σ = σ = √ σs = s
s
σs = 133,49366 MPa (Persamaan diambil dari buku M.F.SPOTT,Bab 2( working stress) Edisi ke-7) sekarang tentukan Faktor Keamanan ( Fs) : Bahan yang dipilih AISI 6150,yield point:745 Mpa (sumber: Tabel 12.2b typically Applications and mechanical property ranges for oil-quenched Science and Engineering Engineering , “W.D and tempered plain carbon and alloy steels ( Materials ( Materials Science Calister)).
Fs =
Fs =
(Persamaan diambil dari buku M.F.SPOTT,Bab 2( working stress) Edisi ke-7)
Fs = 5,58 TORSI YANG DI RENCANAKAN (Persamaan di ambil dari buku G. Niemann.H. Winter” Maschinen Elemente”. Elemente”. jilid II .1985,Berlin,Jerman) Tdesign = (281,63 N.m) . (5.58) Tdesign = 1571,50 N.m Tdesign = T . Fs
MOMEN AKIBAT GESEKAN MG = Tdesign x β
MG = (1571,50 N.m) x (1,5) MG = 2357,25 N.m
(Persamaan di ambil dari buku G. Niemann.H. Winter” Maschinen- Elemente”. Elemente”. jilid II.1985,Berlin,Jerman) β = Factor konstanta 1.2 s/d 1.5 dipilih 1.5 untuk memperoleh gesekan yang besar
B.Kalkulasi Naf dan Spline Spline merupakan sejenis pasak yang berjumlah banyak tapi menyatu dengan poros.Sedangkan naf adalah pasangan suaiannya.Biasanya suaian pas.
Gambar 10.Pasangan Spline and Naf
Gambar 11.Naf
Gambar 12. Spline Diketahui : Panjang Spline terukur : (8,53 cm + 8,86 cm)/2 = 8,695 cm D poros = 30 mm
= 745 Mpa (material poros = material naf)
Fs poros = 5.58 (berdasarkan yang telah ditentukan sebelumnya) Jumlah spline:12 buah Ditanya: - Tegangan-tegangan yang bekerja. - Lebar spline teoritis dan dibandingkan dengan lebar spline hasil pengukuran Peyelesaian:
Gambar 11.Macam-macam pasak( M.F.Spotts)
1.Tegangan yang bekerja( σ)
σ=
(
source:Diambil dari buku M.F Spott”design Spott ”design of machine element”,key
design,Hal:118)
σ=
σ = 133,51 Mpa 2. Tegangan geser yang bekerja pada spline ( τ)
( τ= τ=
source:Diambil dari buku M.F spott”design of machine element”,key
design,Hal:118)
τ = 23,926 Mpa 3. Torsi yang bekerja pada Spline (T) T=
(
source:Diambil dari buku M.F spott”design of machine element”,key
design,Hal:118)
J=
T =
= 48390,841 mm
T = 77186,62 N.mm atau 77,19 N.m 4. Gaya yang bekerja per satu pasak(F)
M.F spott”design of machine element”,key F = T/r (source:Diambil dari buku M.F design,Hal:118)
F=
F = 5146 N Karena spline berjumlah 12 buah,maka: F =
= = 428,83 N/satu buah pasak
5. Menentukan panjang spline secara teoritis( l )
l =
(source:Diambil dari buku M.F spott”design element”,key spott ”design of machine element”,key design ,Hal:118)
l =
l = 71,93 mm atau
6.Perbnadingan hasil panjang spline teoritis dengan hasil pengukuran: l teoritis
=
l pengukuran
= 8,695 cm
D. Sistem pemindahan daya pada kopling Dalam merancang suatu kopling geseken di inginkan sekecil mungkin dan diharapkan penyambungan daya putar ke poros transmisi input terjadi dalam waktu singkat,yaitu daya putar tidak hilang akibat slip.
Gambar 14.Posisi kopling dalam konstruksi sistem pemindah daya Dari hasil pengambilan data terhadap kopling isuzu D-max 4x4 tersebut maka kami mendapatkan data yang akan mendukung penganalisaan tentang karakteristik kopling,adalah sebagai berikut:
Gambar 16.spesifikasi standar Tekanan permukaan yang diberikan oleh pegas diafragma adalah sebagai berikut:
Gambar15 .Tekanan permukaan yang diterima pelat gesek akibat pegas diafragma
Diketahui: r in = 80 cm r out = 12,5 cm F pressure = 6860 N μ = 0,2
P max =
(source:Diambil dari buku M.F spott”design spott ”design of machine element”,Chapter element”,Chapter 6,belts,clutches,brakes ,Hal:240)
= =
P max =
P max P max
2
P max = 236609,65 N/m
Ditanya: Fn:........? T:.....? 1. Gaya normal yang bekerja pada clutch(Fn) Fn = 2π 2π.P max.r inner.(r outer – r inner ) (source:Diambil dari buku M.F spott”design spott ”design of machine
element”,Chapter element”,Chapter 6,belts,clutches,brakes ,Hal:240) 2
Fn = 2.22/7. 236609,65 N/m .0,08 m.(0,125 m – m – 0,08 m) 2
Fn = 2.22/7. 236609,65 N/m .0,08 m.(0,045 m) 2
Fn = 2.22/7. 236609,65 N/m .0,08 m.(0,045 m) Fn = 2.22/7. 851,79474 N Fn = 5354,1384 N
2. Menentukan Torsi yang bekerja pada pelat gesek(T) T = ½ .μ.(r outer + r inner).Fn (source:Diambil dari buku M.F spott”design spott ”design of machine element”,Chapter element”,Chapter 6,belts,clutches,brakes ,Hal:240) T = ½ . 0,2 (0,0125 m + 0,08 m). 5354,1384 N T = ½ . 0,2 (0,205 m). 5354,1384 N
T = ½ . 0,2 1097,5984 N.m T = 109,75984 N.m Kesimpulan:
Ketika R outer : 0,125 m R inner : 0,08 m Maka perbnadingan Ro/Ri = 1,5625 (J.E Shigley and C.R Mischke , Mechanical Engineering th
Design , McGraw Hill Publication, 5 Edition. 1989).
Torsi yang terjadi : 109,15984 N.m Jika F beban lebih besar antara mesin dan output transmisi dan turunkan ke torsi yang terjadi pada kopling,jika lebih dari 109,15974 N.m,maka kopling tersebut akan slip,
Fn yang terjadi
: 5354,1384 N
“semakin tinggi harga Fn,maka kemungkian slip menjadi sedikit,dan pemindahan daya berlangsung secara cepat tanpa ada keterlambatan hubungan” (hasil didapat dari variabel-variable terukur, kopling isuzu D-max 4x4 diesel offroad )
Fn bisa di tingkatkan dengan cara: 1.Menaikkan koefisien gesek kanvas 2.Menaikkan selisih antara R outer dengan R inner.
E.Mengkalkulasi Umur Release Bearing
Gambar 14.Release Bearing Pada prakteknya untuk memilih bantalan, bantalan tersebut harus dihitung umur pada bantalan selama menerima gaya-gaya yang terjadi.Pada release beraing penekan pegas
difragma,maka gaya penekanan yang diberikan adalah sejajar/searah sumbu,dan digunakanlah tappered roller bearing.
Gambar 17.Tappered roller bearing yang digunakan pada release bearing isuzu D-max 4x4
Jenis beraing yang digunakan adalah sesuai standar berdasarkan diameter inner dan diameter outer terukur.
Perhitungan untuk umur bantalan release beraing adalah sebagai berikut : Diketahui : Gaya untuk membebaskan kopling standar:
Fa(Gaya aksial) = (49+98)/2 = 73,5 N Fr(Gaya radial) = Massa bearing . gravitasi 2
= 0,3 Kg x 9,81 m/s = 2,943 N
D(diameter luar) = 70 mm d(diameter dalam) = 30 mm
C (gaya yang bekerja pada poros) (gambar berikut berdasarkan nilai d:)
(i)
C
= 50000
n (putaran poros) = 3400 Rpm Nilai Xa dan Ya di ambil dari tabel.
Xa
= 1,66
Ya
=1
v = faktor ring 1 jika ring dalam berputar 1,2 jika ring luar berputar V kita gunakan 1 P = beban ekivalen
P = v. (Xa.Fr + Ya.Fa) (J.E Shigley and C.R Mischke , Mechanical Engineering Design , th
McGraw Hill Publication, 5 Edition. 1989).
P = 1.(1,66. 2,943 N + 1. 73,5 N) P = 4,88538 + 73,5
P = 78,38538 N
L = (C/P) 0,3333 (Persamaan di ambil dari buku G. Niemann.H. Winter” Maschinen Elemente”bantalan glinding hal. glinding hal. 265. jilid II.1985,Berlin,Jerman)
L = (50000 / 78,385 N) L = (637,87714)
3
0,33333
L = 6,941 N
Lh =
(Persamaan di ambil dari buku G. Niemann.H. Winter” Maschinen Elemente”bantalan glinding hal. glinding hal. 265. jilid II .1985,Berlin,Jerman)
Lh = Lh =
Lh = 34 jam
KESIMPULAN 1.
Umur bearing ini di dasarkan apabila putaran mesin konstan 3400 Rpm
2.
Bearing ini di asumsikan mendapatkan beban konstan sebesar 73 N dari tekanan balik pegas diafragma karena membebaskan koping
3.
sehingga jika menekan kopling oada 3400 Rpm ditahan tanpa dibebaskan maka bearing hanya bertahan sekitar 2 hari
4.
Kenyataannya umur bearing Isuzu D’ Max bisa bertahun-tahun bertahun-tahun karena kopling tidak di tekan terus menerus hanya saat dibutuhkan saja yaitu pada menukar transmisi
F. KARAKTERISTIK KOPLING Suhu Kompas Kopling
Suhu kampas kopling sama dengan suhu kopling dan akan meningkatkan akibat gesekan/slip saat penyambungan. Kenaikan suhu ini tidak melebihi batas tertentu agar plat 0
gesek lebih awal. Untuk asbes suhu kerja yang direncanakan adalah 250 . Untuk menghitung kenaikan suhu kopling direncanakan : Waktu penyambungan
: 1 detik
Panas yang ditimbulkan oleh plat tengah
1. Energi yang hilang karena gesekan : E =
Tdesing
= Momen Puntir Rencana = 1571,50 N.m
t
= waktu penyambungan ( 0.2 s/d 1) Maka disini diambil 1 detik
Semakin cepat waktu penyambungan maka energy yang hilang juga semakin kecil agar energy yang dihasilkan tidak terbuang percuma.
ω = kecepatan sudut =
= 355.87 rad/sekon Sehingga ; E =
E = 279624,85 Joule atau 279,62 kJ
Umur Kopling
Umur kopling plat gesek kering adalah lebih rendah dari plat gesek basah. Umur kopling gesek basah kurang lebih sepuluh kali umur kopling gesek kering. Karena laju keausan plat gesek sangat tergantung pada macam bahan geseknya, tekanan kontak, kecepatan keliling, temperature dan lain-lain. Maka agak sukar menentukan umur secara lebih teliti.
Gambar 17.dimensi kanvas standar
Lama bergesekan : L =
Dimana :
t = tebal plat gesek = 0.2 cm A = luas permukaan plat gesek 2
2
= ¼ π (Do - Di ) 2
2
= ¼ (3.14) ((25cm) – (16 – (16 cm) ) = 579,33cm
2
K = kerja spesifik spesi fik untuk bahan asbes, dimana bahan b ahan yang merusak 3
asbes (5-8) dk/cm , dipilih 8. = 5968 watt . jam/cm
2
P = Daya yang hilang karena gesekan
= =
P P
= 466,04 watt
Maka lama gesekan adalah : L =
=1483,75 jam
Dalam penentuan umur kopling, direncanakan penyambungan oleh kopling 60 kali tiap jamnya dimana waktu kopling menyambung 1 detik dan melepas 1 detik. Sehingga waktu yang diperlukan tiap jam adalah 60 ( 1+1) detik/jam = 120 detik/jam, jika diperkirakan kendaraan dipakai selama 24 jam setiap hari, maka :
S = 24 jam/hari x 120 detik/jam
= 2880 detik/hari = 0.8 jam/hari
Sehingga umur kopling didapat adalah :
=
Oldcopling = Oldcopling
Oldcopling = 1854,69 hari Oldcopling =
Oldcopling = 5,08 tahun Standard untuk umur kopling (plat gesek) yang di tetapkan oleh pabrik adalah 5 tahun,
Kategori umur disini adalah bahwa tebal kanvas ketika umur sampai 5,08 tahun sama dengan panjang keling sehingga jika ini terjadi maka paku keling akan bergesekan dengan fly wheel dan presure plate
BAB III PERANCANGAN ULANG KOPLING
3.1 Baut ( Bolt )
Baut adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menyambung atau mengikat dua atau lebih elemen mesin lainnya. sambungan baut menggunakan alat yang ber-ulir untuk menyambungkan dua elemen atau lebih. Kelebihan jenis sambungan ini adalah kemungkinan untuk melepas dan memasang kembali. Sehingga sambungan jenis ini sangat cocok untuk peralatan yang sering dilepas dan dipasang untuk keperluan perawatan atau penggantian komponen yang aus. Gambar di bawah ini menunjukkan tiga buah tipe sambungan baut yang umum digunakan berdasarkan konstruksi dan kegunaan, tipe ulir, dan jenis kepala baut, yaitu :
Figure 1 Konstruksi sambungan baut (a) baut-mur, (b) sambungan cap-screw, (c) sambungan stud.
3.1.1 Standar dan Kekuatan Baut
Standar geometri baut tipe kepala segi enam ditunjukkan pada gambar 3.2 Bagian yang akan mengalami konsentrasi tegangan adalah pada fillet kepala baut dan pada titik awal ulir. Standard panjang bagian yang berulir berdasarkan UNS adalah :
dan untuk metrik (ISO), dalam mm :
Figure 2 Standar baut kepala hexagonal Penggunaan baut-mur untuk struktur dan aplikasi beban yang besar, maka baut harus dipilih berdasarkan proof strength Sp seperti yang dispesifikasikan di SAE, ASTM, dan ISO. Standar-standar ini mengklasifikasikan grade baut berdasarkan material, heat treatment, dan proof strength minimum. Grade atau kelas baut dapat dilihat dari tanda pada kepala bautnya. Tabel 1 dan 2 menunjukkan standard baut SAE dan ISO yang terbuat dari baja.
Table 1 standard baut SAE
Table 2 standard baut ISO
3.1.2 Preload dan Faktor Kekakuan Baut
Sebagai fastener, fungsi baut-mur adalah untuk mencekam komponen bersama, dimana beban yang bekerja akan menimbulkan tegangan tarik pada baut seperti ditunjukkan pada gambar 8.13. Dalam dunia praktis, pencekaman ditimbulkan oleh beban awal ( preload ) dengan mengencangkan baut. Pengencangan baut dapat dilakukan dengan memberikan torsi yang cukup sehingga menimbulkan beban tarik yang mendekati proof strength. Untuk sambungan yang mendapat beban statik, beban awal biasanya diberikan sampai 90% proof strength. Sedangkan untuk sambungan yang mendapat beban dinamik (fatigue) maka beban awal umumnya diberikan sampai 75% proof strength.
Figure 3 (a) Sambungan baut, (b) diagram benda bebas baut yang mendapat beban Tarik Konstruksi sambungan baut dapat dianalogikan sebagai sistem pegas seperti ditunjukkan pada gambar 8.14. Baut dapat dipandang sebagai pegas tarik dengan kekakuan kb dan komponen yang disambung dapat dianalogikan sebagai pegas tekan dengan kekakuan kj. Baut yang terdiri dari bagian tanpa ulir dan bagian berulir dapat dianggap sebagai pegas susunan seri, lihat gambar 8.14. Untuk jenis baut tertentu mungkin terdapat beberapa jenisukuran jenisukuran diameter. diameter. Recall defleksi defleksi batang yang mendapat mendapat beban beban uniaksial, maka maka kekakuan kekakuan baut dapat dituliskan menjadi :
Figure 4 Konstruksi Sambungan baut
dimana At adalah tensile stress area baut, dan A b adalah luas penampang bagian yang tidak berulir. Kekakuan komponen yang disambung juga merupakan susunan seri. Kekakuan totalnya adalah :
dimana L1 dan L2 adalah masing-masing tebal komponen yang disambung, A m luas efektif material yang di cekam. Khusus jika material komponen yang dicekam sama maka :
Menentukan nilai kekakuan sambungan jauh lebih sulit dan kompleks dibandingkan dengan kekakuan baut. Kesulitan terutama terletak pada penentuan luasefektif pencekaman, Am. Pendekatan umumnya dilakukan untuk menyederhanakan analisis. Berdasarkan analisis numerik dengan metoda elemen hingga diketahui bahwa distribusi tegangan pencekaman padakomponen yang signitfikan terjadi pada daerah berbentuk frusta cone. 3.2 Paku keling (rivet)
Paku keling adalah sebuah komponen elemen mesin yang juga berfungsi untuk menyambung atau mengikat dua buah atau lebih komponen elemen mesin lainnya. Sambungan keling digunakan secara luas dalam struktur boiler, kapal, jembatan, bangunan, tangki, kapal, pesawat uadara, dll. Dalam perancangan sambungan keling, diameter keling yang dijadikan parameter design, walaupun setelah dipasang diameter rivet akan ekpansi memenuhi ukuran lubang. Beberapa kelebihan sambungan keling antara lain adalah : • Tidak akan longgar karena adanya getaran atau beban kejut • Relatif murah dan pemasangan yang cepat • Ringan • Dapat diasembling dari sisi “blind” • Lebih tahan korosi dibandingkan sambungan baut • Kekuatan fatigue lebih baik dari sambungan las
Sedangkan kelemahan sambungan keling adalah tidak dapat dilepas, dan pencekaman tidak sekencang sambungan baut. Jarak minimum antar keling biasanya adalah sekitar tiga kali diameter (kecuali pada strukutr boiler), sedangkan jarak maksimum adalah 16 kali tebal pelat. Jarak antar keling yang terlalu jauh akan mengakibatkan terjadi plate buckling. Untuk menjamin keselamatan, prosedur perancangan konstruksi yang menggunakan sambungan paku keling haruslah mengikuti persayaratan yang ditetapkan oleh Code yang telah disusun Oleh AISC dan ASME. Paku keling dapat dibuat dari bahan yang bersifat ulet seperti baja karbon, aluminium, dan brass. Untuk mengurangi efek lingkungan, paku keling sering di coating, plating , atau di cat. Metoda pemasangan beberapa jenis paku keeling :
Figure 5 Tipe dasar paku keling jenis tubular (a) semi tubular, (b) self piercing, (c) compression
Figure 6 Berbagai metoda pemasangan paku keeling Tegangan yang terjadi pada paku keling yang mendapat beban tarik dapat dihitung dengan persamaan sederhana
dimana P adalah gaya tarik yang dialami paku keling dan Ac adalah luas paku keling sebelum dipasang. Mode kegagalan yang mungkin terjadi pada konstruksi keling akibat beban geser dapat diklasifikasikan menjadi enam jenis yaitu (1) mode bending pada pelat, (2) mode geser pada keling, (3) mode tarik pada pelat, dan (4) bearing pada rivet atau pelat, (5) shear tear-out pada pelat, dan (6) tensile tear-out pada pelat. Keenam jenis mode kegagalan ini ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Figure 7 Beban geser dan mode kegagalan pada sambungan keling
Menghitung Sambungan Baut pada Clutch Cover
Baut penutup kopling atau clutch cover ada 9 buah, baut ukurannya M 14 Diket : N
= 9 buah
E baja pada baut = 210 Gpa 6
E baja pada bahan = 30 x 10 Psi Sp
= 600 Mpa
Ditanya : Kekuatan Baut (Kb) Kekuatan Sambungan (Km) Konstanta (C) Gaya Awal (Fi) Factor Safety (Fs) Jawab : Menghitung Kekuatan Baut ( Kb) :
(Elemen Mesin I Wirat ITB) =
kb
Menghitung Kekuatan Sambungan ( Km) :
(Elemen Mesin I Wirat ITB)
Km= 19357665,21 lb/in Menghitung Konstanta (C) :
(Elemen Mesin I Wirat ITB) Menghitung Gaya Awal (Fi) :
Pada table 8.1 buku Pak Wiraf dimensi ulir berdasarkan iso jika d mayor =14 2
maka A = 115.44 mm . Pada table 8.5 buku Pak Wiraf spesifikasi baut baja 2
menurut iso metric property class 4.6 maka Sp = 225 N/mm .
(Elemen Mesin I Wirat ITB) ⁄)
Untuk mendapatkan F (gaya) diambil dari harga torsi yang direncanakan T design = 2747.8689 N.m dan r = 0.13 m jarak antara pusat baut dengan titik sumbu poros kopling.
Faktor Safety (Fs) :
(Elemen Mesin I Wirat ITB) Fs = 2.776 Menghitung Sambungan Paku Keling Pengikat Canvas :
Diket : T = 281,63 N.m Dc = 10,50 mm = 0.01050 m r
= 125 mm = 0.125 m
d = 250 mm = 0.250 m Ditanya : Gaya ( F) Torsi ( T) Tegangan (σ) Jawab : Gaya (F) :
( M.F.SPOTT,Bab 2(
working stress) Edisi ke-7)
Torsi (T) :
( M.F.SPOTT,Bab 2(
working stress) Edisi ke-7)
2
T = 26032785,94 N/m
Tegangan (σ) :
(Elemen Mesin I Wirat ITB) ( ( ) 2
σ = 1338108,389 N/mm
TABEL MODUL MODUL STANDAR
SIMBOL-SIMBOL DALAM MENDESIGN RODA GIGI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
DoG adalah Diameter lingkaran kepala pada gear DoP ADALAH Diameter lingkaran kepala pinion NG adalah jumlah gigi gear NP adalah jumlah gigi pinion DP adalah Pinion diameter lingakaran jarak bagi DG adalah Gear diameter lingakaran jarak bagi Pd adalah Jarak bagi diametral M adalah Modul P adalah Jarak bagi lingkaran a adalah Tinggi kepala b adalah Tinggi kaki c adalah Kelonggaran kepala ht adalahKedalaman total hk adalah Kedalaman kerja t adalah Tebal gigi
GIGI 1
Diketahui:
jumlah gigi gear (NG) = 56 Diameter lingkaran kepala (DoG)= 123,057 mm jumlah gigi gigi pinion (NP)= (NP)= 14 Diameter lingkaran kepala (DoP)= 39,28 mm Torque = 281,63 Nm = 281630 Nmm
Jawab :
Jarak bagi diametral (Pd) : DoP
NP 2 Pd
=>
Pd
Pd =
Np 2 DoP
Pd = 10,350 in
- Gear diameter lingakaran jarak bagi (DG)
- Pinion diameter lingakaran jarak bagi (DP)
Modul (M) =
=2,45 atau 2,5 mm
= = 5,410 in = = 1,353 in = =
Pada tabel modul modul standar harga 2,5 mm mempunyai beban eqivalen 10,160 N
= = 0,254 in = = 0,276 in Pinion =
Jarak bagi lingkaran (P) => - Gear =
= 0,096 in = Tinggi kaki ( b) = = 0,121 in = Kelonggaran kepala ( c ) =
Tinggi kepala ( a) =
=
Kedalaman total ( ht)
= 0,024 in
= a+b = 0,096 + 0,121 = 0,217 in
Kedalama kerja ( hk )
= 2a = 2 x 0,096 = 0,192 in
=
Tebal gigi ( t ) =
Torsi
=Fx
F=
D 2
F = 22280,85 N GIGI 2
=0,152 in
Diketahui:
jumlah gigi gear (NG) = 49 Diameter lingkaran kepala (DoG)= 116,439 mm jumlah gigi gigi pinion (NP)= (NP)= 18 Diameter lingkaran kepala (DoP)= 52,334 mm Torque = 281,63 Nm = 281630 Nmm
Jawab :
Jarak bagi diametral (Pd) : DoP
NP 2 Pd
=>
Pd
Pd =
Np 2 DoP
Pd = 9,707 in
- Gear diameter lingakaran jarak bagi (DG)
- Pinion diameter lingakaran jarak bagi (DP)
Modul (M) =
=2,616
= = 5,048 in = = 1,854 in = =
Pada tabel modul modul standar harga 2,5 mm mempunyai beban eqivalen 10,160 N
= = 0,272 in = = 0,508 in Pinion =
Jarak bagi lingkaran (P) => - Gear =
= 0,103 in = Tinggi kaki ( b) = = 0,128 in = Kelonggaran kepala ( c ) =
Tinggi kepala ( a) =
=
Kedalaman total ( ht)
= 0,025 in
= a+b = 0,103 + 0,128 = 0,231 in
Kedalama kerja ( hk )
= 2a = 2 x 0,103 = 0,206 in
=
Tebal gigi ( t ) =
Torsi
=Fx
F=
D 2
F = 10762,793 N GIGI 3
= 0,161 in
Diketahui:
jumlah gigi gear (NG) = 37 Diameter lingkaran kepala (DoG)= 100,078 mm jumlah gigi gigi pinion (NP)= (NP)= 20 Diameter lingkaran kepala (DoP)= 65,657 mm Torque = 281,63 Nm = 281630 Nmm
Jawab :
Jarak bagi diametral (Pd) : DoP
NP 2 Pd
=>
Pd
Pd =
Np 2 DoP
Pd = 8,511 in
- Gear diameter lingakaran jarak bagi (DG)
- Pinion diameter lingakaran jarak bagi (DP)
Modul (M) =
= 2,984 mm
= = 4,437 in = = 2,349 in = =
Pada tabel modul modul standar harga 3 mm mempunyai beban eqivalen 8,466 N
= = 0,307 in = = 0,356 in Pinion =
Jarak bagi lingkaran (P) => - Gear =
= 0,117 in = Tinggi kaki ( b) = = 0,147 in = Kelonggaran kepala ( c ) = = 0,029 in =
Tinggi kepala ( a) =
Kedalaman total ( ht)
= a+b = 0,117 + 0,147 = 0,264 in
Kedalama kerja ( hk )
= 2a = 2 x 0,117 = 0,234 in
=
Tebal gigi ( t ) =
Torsi
=Fx
F=
D 2
F = 8578,826 N GIGI 4
= 0,184 in
Diketahui:
jumlah gigi gear (NG) = 28 Diameter lingkaran kepala (DoG)= 93,427 mm jumlah gigi gigi pinion (NP)= (NP)= 23 Diameter lingkaran kepala (DoP)= 76,228 mm Torque = 281,63 Nm = 281630 Nmm
Jawab :
Jarak bagi diametral (Pd) : DoP
NP 2 Pd
=>
Pd
Pd =
Np 2 DoP
Pd = 8,325 in
- Gear diameter lingakaran jarak bagi (DG)
- Pinion diameter lingakaran jarak bagi (DP)
Modul (M) =
= 3,051 mm
= = 3,363 in = = 2,762 in = =
Pada tabel modul modul standar harga 3 mm mempunyai beban eqivalen 8,466 N
= = 0,377 in = = 0,366 in Pinion =
Jarak bagi lingkaran (P) => - Gear =
= 0,120 in = Tinggi kaki ( b) = = 0,150 in = Kelonggaran kepala ( c ) =
Tinggi kepala ( a) =
=
Kedalaman total ( ht)
= 0,030 in
= a+b = 0,120 + 0,150 = 0,270 in
Kedalama kerja ( hk )
= 2a = 2 x 0,120 = 0,240 in
=
Tebal gigi ( t ) =
Torsi
=Fx
F=
D 2
F = 7389,148 N GIGI 5
= 0,189 in
Diketahui:
jumlah gigi gear (NG) = 25 Diameter lingkaran kepala (DoG)= 81,067 mm jumlah gigi gigi pinion (NP)= (NP)= 25 Diameter lingkaran kepala (DoP)= 81,067 mm Torque = 281,63 Nm = 281630 Nmm
Jawab :
Jarak bagi diametral (Pd) : DoP
NP 2 Pd
=>
Pd
Pd =
Np 2 DoP
Pd = 8,458 in
- Gear diameter lingakaran jarak bagi (DG)
- Pinion diameter lingakaran jarak bagi (DP)
Modul (M) =
= 3,00 mm
= = 2,955 in = = 2,955 in = =
Pada tabel modul modul standar harga 3 mm mempunyai beban eqivalen 8,466 N
= = 0,361 in = = 0,361 in Pinion =
Jarak bagi lingkaran (P) => - Gear =
= 0,118 in = Tinggi kaki ( b) = = 0,147 in = Kelonggaran kepala ( c ) = = 0,029 in =
Tinggi kepala ( a) =
Kedalaman total ( ht)
= a+b = 0,118 + 0,147 = 0,265 in
Kedalama kerja ( hk )
= 2a = 2 x 0,118 = 0,236 in
=
Tebal gigi ( t ) =
Torsi
=Fx
F=
D 2
F = 6948,080 N
= 0,186 in
PERANCANGAN POROS
Diketahui : Isuzu D - MAX 2007MY TF SERIES Daya (P) = 136 PS Torsi (T) = 266 Nm (281630 N.mm)
Gigi 1: 22280,85 N
Gigi 2: 10762,793 N
Gigi 3: 8578,826 N
Gigi 4: 7389,148 N
Gigi 5: 6948,880 N
Dari hasil pengukuran poros pada transmisi mobil Isuzu D - MAX 2007MY TF SERIES diperoleh data sebagai berikut:
Panjang poros = 419,99 mm
Diameter gigi 1 dan 3 = 45 mm
Diameter gigi 2 dan 4 = 52 mm
Diameter gigi Reverse = 48 mm
Diameter gigi 5 = 32 mm
Diameter gigi rata – rata – rata rata = 44,25 mm
Bahan/material untuk poros tersebut tidak diketahui, sehingga untuk mengetahui bahan pembuatan poros dengan spesifikasi seperti di atas perlu merancang ulang poros. Untuk merancang ulang poros, maka kita perlu mengetahui torsi dan momen terbesar yang terjadi pada poros tersebut, dan dalam perancangan ini poros yang akan dirancang ulang adalah output shaft. Berikut adalah uraian perhitungan momen di tiap bagian poros.
∑Fx = 0 ∑MA = 0 By.41,99-6948,880.(34,01)-7389,148(29,29)-8578,826(22,32)-10762,793(18,07)2280,85(13,82) = 0 41,99By-236331,41-216428,14-191479,40-194483,67-31521,35 = 0 41,99By= 870243,97 By =
By = 20725,03N ↑∑Fy = 0 Ay -22280,85-10762,793-8578,826-7389,148-6948,880+20725,03= 0 Ay = 35235,47N
Potongan 1: 0 ≤ x ≤ 9,28
∑Mx = 0 Mx - (35235,47)x = 0 Mx = 35235,47x ↑∑Fy ↑∑Fy = 0 – V = 0 35235,47 – V V = 35235,47
0≤ x ≤ 18,04 Potongan 2: 0≤
∑Mx = 0 Mx – Mx – 35235,47x+22280,85(x-9,28) 35235,47x+22280,85(x-9,28) = 0 Mx-35235,47x+22280,85x-206766,29=0 Mx = 12954,62x + 206766,29 ↑∑Fy = 0 35235,47-22280,85 – V – V = 0 V = 2954,62N
Potongan 3: 0 ≤ x ≤ 22,29
∑Mx = 0 Mx -35235,47x+22280,85(x-8,76)+10762,793(x-18,04) = 0 Mx -35235,47x+22280,85x-195180,25+10762,793x-194160,79=0 Mx = 2191,827x+389341,04 ↑∑Fy = 0 35235,47-22280,85-10762,793 – V – V = 0 V = 2191,827N
Potongan 4:0≤ :0≤ x ≤ 29,26
∑Mx = 0 Mx + 8578,826(x-22,32)+10762,793(x-4,25)+22280,85(x-8,76)-35235,47x = 0 Mx+8578,826-191479,40+10762,793x-45741,87+22280,85x-195180,25-35235,47x=0 Mx = 432401,52-6386,999x ↑∑Fy = 0 – V = 0 35235,47-22280,85-10762,793-8578,826 – V V = -6386,999N
Potongan 5: 0 ≤ x ≤ 34,01
∑Mx = 0 Mx+7389,148(x-29,26)+578,826(x-6,97)+10762,793(x-4,25)+22280,85(x-8,76)35235,47x= 0 Mx
+7389,148x-216206,47+8578,826x-59794,42+10762,793x-45741,87+22280,85x-
195180,25-35235,47x=0 Mx =516923,01-13776,147x ↑∑Fy = 0 35235,47-22280,85-10762,793-8578,826-7389,148 - V = 0 V = -13776,147
Potongan 6: 0 ≤ ≤ 41,99
∑Mx = 0 Mx+6948,880(x-34,01)+7389.148(x-4,75)+8578,826(x-6,97)+10762,793(x4,25)+22280,85(x-8,76)-35235,47x = 0 Mx
+6948,880x-236331,41+7389,148x-35098,45+8578826x-59794,42+10762,793x-
45741,87+22280,85x-195180,25-35235,47x=0 Mx = 572146,4-20725,27x ↑∑Fy ↑∑Fy = 0 35235,47-22280.85-10762,793-8578,826-7389,148-6948,880 - V = 0 V = -20725,027 Momen terbesar berada pada potongan ke III : Mx = 2191,827x+389341,04 N.mm – tengah poros : Masukkan harga x yaitu 222,29 mm atau ditengah – tengah Mx = 2191,827(222,29)+389341,04 Mx = 876562.264 N.mm Jadi
– masing tegangan yang bekerja Menggambar element dari masing – masing
Dari lingkaran mohr diatas diperoleh σ1, σ2 dan σ3
σ1 = 103,715 Mpa σ2 = 0 σ3 = -2,547 Mpa
Gabungkan tegangan yang didapat menjadi σ total atau σ e persamaan dibawah ;
√ Diperoleh harga
kemudian tentukan ( Fs) dengan persamaan dibawah;
KESIMPULAN Dalam hal ini kami akan merancang ulang yaitu elemen mesin (kopling dan tranmisi) yang terdapat pada mobil Isuzu D-max. Dalam perancangan ini baik itu kopling maupun transmisi maka diperlukan data yang lengkap. Data lengkap tersebut berupa besarnya daya yang diberikan, dimensi yang diperlukan dan pemilihan bahan yang sesuai dengan dimensi dan besarnya daya. Jika data yang kita butuhkan sudah kita dapatkan maka kita mulai melakukan perhitungan. Perhitungan yang kita lakukan pada masing – masing elemen mesin yaitu – masing elemen serta berpa lama besarnya factor keamanan yang diberikan terhadap masing – masing umur dari masing – masing elemen tersebut.Dan dengan dimensi tersebut,maka kami akan memeriksa bahan apa yang cocok digunakan.Jika Kita berbicara bahan,maka yang tak luput dari perhatian kita selain memprioritaskan kualitas,tetapi kita juga harus mempertimbangkan biaya yang harus dikeluarkan oleh penggunaan bahan tersebut.Karena ada beberapa bahan yang kualitasnya tidak sama tetapi hampir sama,maka kami berusaha mencari suatu alternatif untuk mengunakan bahan yang lebih murah,bisa saja itu perombakan dimensi,menurunkan beban yang bekerja dan sebagainya.
References 1.
J.E Shigley Shigle y and C.R Mischke , Mechanical Engineering Design , McGraw Hill Publication, th
5 Edition. 1989.
th
2.
M.F Spotts, Design of Machine Elements , Prentice Hall India Pvt. Limited, 6 Edition, 1991.
3.
G. Niemann.H. Winter”Maschinen-Elemente” . jilid II .1985,Berlin,Jerman)
4.
W. D Callister, Jr. “ Materials Science and Engineering”, fourth edition new york USA 1997. Wiranto Aris Munandar, “ Pengantar Turbin Gas Dan Motor Populsi “, Bandung ITB, 2002.
5.
