Perancangan Poros Transmisi

PERANCANGAN POROS TRANSMISI DENGAN DAYA 100 HP Fredy Mananoma, Agung Sutrisno, Stenly Tangkuman Jurusan Teknik Mesin Universitas Sam Ratulangi Jl. Kampus Unsrat, Bahu, Manado

ABSTRAK Tujuan penulisan ini adalah merancang sebuah poros transmisi dengan daya 100 hp. Pada poros terdapat dua roda gigi yang memberikan beban tangensial dan radial, terdapat juga dua bantalan sebagai tumpuan bagi poros. Dari hasil perancangan didapatkan nilai diameter pada setiap titik kritis, yaitu D1=1,80 in, D 2=3,40 in, D3=3,74 in, D4=5,00 in, D 5= 4,40 in, dan D 6=3,15 in. Selanjutnya hasil perancangan dibuat dalam bentuk gambar teknik dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Autocad. Kata kunci : Diameter Poros, Gaya, Perancangan, Poros Transmisi,

ABSTRACT The aim of this work is to design a shaft for transmitting power of 100 hp. There are two gears on the shaft, and two beari ngs as supports at the shaft. Based on design result, diameter of critical points on the shaft have been acquired as follows; D 1=1,80 in, D 2=3,40 in, D 3=3,74 in, D 4=5,00 in, D 5=4,40 in, and D6=3,15 in. Finally, a technical drawing of the designed shaft can be made using Autocad software. Keywords : Diameter, Force, Design, Transmission Shaft,

I.

pengolahan barang jadi, berlomba-

PENDAHULUAN

lomba untuk meningkatkan hasil

1.1 Latar Belakang

Dalam

era

globalisasi,

produksinya dengan memperhatikan

perkembangan teknologi yang serba

kualitas

modern saat ini, kebutuhan manusia

permintaan masyarakat. Salah satu

akan

cara untuk mengimbangi kemajuan

sesuatu

meningkat

produk

pula.

Karena

semakin adanya

teknologi

yang

yaitu

sesuai

dengan

dengan

cara

peningkatan permintaan masyarakat

mengubah pola pikir yang cenderung

tersebut

industri

konsumtif menjadi pola pikir yang

yang bergerak diberbagai bidang

kreatif dan inovatif dengan cara

menuntut

dunia

Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 6 Nomor 1

1

menciptakan suatu mesin yang dapat

1.4 Tujuan Perancangan

bermanfaat terutama dalam bidang industri.

Tujuan

penulisan

adalah

merancang sebuah poros transmisi

Mesin-mesin ini diciptakan

dengan daya 100 hp.

dengan tujuan untuk mengefisienkan waktu dan tenaga contohnya, poros

II.

LANDASAN TEORI

yang merupakan komponen penting

2.1

Definisi Poros

dalam sistem transmisi.

Poros adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang

I.2 Rumusan Masalah

Permasalahannya

adalah

terpasang

bulat

dimana

elemen-elemen

bagaimana cara merancang sebuah

gear

poros

flywheel (roda gila), engkol, sproket,

transmisi

dengan

daya

transmisi sebesar 100 hp.

dan

(roda

seperti

gigi), pulley

elemen

(puli),

pemindah

tenaga

lainnya. Atau dengan kata lain, poros adalah komponen alat mekanis yang

1.3 Batasan Masalah

Terdapat masalah.

Batasan

lima

batasan

masalah

mentransmisikan gerak berputar dan

yang

daya. Poros merupakan salah satu

pertama adalah poros tersebut adalah

bagian terpenting dari mesin. Hampir

bagian dari transmisi sistem blower

semua mesin meneruskan tenaga

yang menyuplai udara ke tungku

bersama-sama

pembakaran dengan panjang poros

Peranan seperti itu dapat dilakukan

38 inci (panjang titik A ke D adalah

oleh poros. (Mott. R. L, 2009)

dengan

putaran.

35 inci), yang kedua bahan poros adalah baja AISI 1040 OQT 400,

2.2

Macam-macam Poros

Batasan ketiga yaitu daya yang

Menurut pembebanannya poros

ditransmisikan adalah 100 hp, yang

diklasifikasikan menjadi tiga macam

keempat poros berputar pada putaran

yaitu poros transmisi, poros spindle,

600 rpm, dan yang kelima blower

dan poros gandar.

tidak diharapkan mengalami kejutan

2.2.1

atau tumbukan.

Poros Transmisi

Poros

transmisi

merupakan

poros yang mengalami pembebanan


2

puntir (torsi), pembebanan lentur

puli yang berputar pada bantalan

murni

terhadap as tersebut adalah tegangan

maupun

kombinasi

dari

pembebanan torsi dengan lentur. 2.2.2

statik.

Poros Spindel

Penelitian terhadap kegagalan

Spindle adalah poros transmisi

fatigue untuk baja ulet dan besi cor

yang memiliki dimensi lebih pendek

getas pada pembebanan kombinasi

dengan

antara bending dan torsi pertama kali

pembebanan

puntir

saja,

contohnya pada mesin perkakas.

dilakukan di Inggris pada 1930 oleh

2.2.3

Davis,

Poros Gandar

Gough

dan

Pollard.

Gandar merupakan poros yang

Kombinasi bending dan torsi pada

tidak berputar dengan kata lain yang

material ulet yang mengalami fatigue

berputar adalah rodanya yang biasa

biasanya terjadi pada bagian elips.

kita jumpai pada roda kereta api.

Material cor getas biasanya gagal ketika

2.3

terjadi

tegangan

utama

maksimal.

Pembebanan Poros

Pada prinsipnya, pembebanan pada poros ada 2 macam, yaitu

2.4

Pemasangan dan Konsentrasi

puntiran karena beban torsi dan

Tegangan

bending karena beban transversal

Untuk

pada roda gigi, puli atau sproket.

pemasangan

Beban

bisa

bantalan, sproket, roda gigi dan lain-

dari

lain, poros dibagi menjadi beberapa

yang

merupakan

terjadi

juga

kombinasi

keduannya.

Karakter

pembebanan

mengakomodasi komponen

seperti

step dengan diameter yang berbeda

yang terjadi bisa konstan, bervariasi

Pasak (key), snap ring dan

terhadap waktu, maupun kombinasi

cross

dari keduannya.

mengamankan posisi elemen mesin

Perbedaan antara poros dan as (axle)

adalah

poros

yang

pin

berfungsi

terpasang

untuk

untuk

bisa

meneruskan

mentransmisikan torsi dan untuk

momen torsi (berputar), sedangkan

mengunci elemen mesin tersebut

as tidak. Pada pembebanan konstan

pada

terhadap

komponen pada poros dan adanya

waktu,

tegangan

yang

arah

aksial.

Pemasangan

terjadi pada as dengan roda gigi atau


3

step akan mengakibatkan terjadinya

perkalian torsi T dengan kecepatan

konsentrasi tegangan.

sudut ω (ω dalam radian per satuan

Keuntungan penggunaan pasak

wakktu).

adalah mudah untuk dipasang dan ukurannya

telah

distandarkan

2.7

Perancangan poros

berdasarkan diameter poros. Pasak

Tegangan

juga terpasang pada lokasinya secara

adalah

akurat ( phasing ), mudah dilepas dan

diperhatikan

diperbaiki. Kekurangan penggunaan

poros.

pasak adalah tidak bisa menahan

parameter

pergerakan

yang

aksial

dan

dan

parameter

kritis,

besar

yang

pada

Defleksi

defleksi harus

perancangan

sering

menjadi

karena

defleksi

akan

mempercepat

memungkinkan terjadinya backlash,

keausan bantalan dan mengakibatkan

karena

terjadinya misalignment pada roda

adanya

clearance antara

pasak dengan poros.

gigi, sabuk dan rantai. Metode

2.5

ANSI/ASME

Material Poros

Baja

sering

digunakan

poros

ASME

untuk

transmisi

standar

perancangan dipublikasikan

karena modulus elastisitasnya tinggi,

sebagai B106. 1M-1985. Pendekatan

sehingga

ASME mengasumsikan pembebanan

ketahanannya

terhadap

defleksi tinggi. Besi cor nodular

adalah

digunakan

atau

(komponen bending rata-rata adalah

pada

nol) dan steady torque (komponen

stainless

torsi alternating adalah nol) pada

komponen poros.

ketika lain

Perunggu

gear

terintegrasi dan

fully

reversed

steeldigunakan di laut atau pada

kondisi

kondisi korisif lainnya. Through atau

tegangan di bawah kekuatan yield

case hardened steel sering digunakan

torsional material. Banyak poros

pada poros yang digunakan juga

yang masuk dalam kategori ini.

sebagai jurnal pada sleeve bearing .

Digunakan kurva elips seperti pada gambar

2.6

yang

bending

2.6

ketahanan

Daya Poros

mengakibatkan

dengan

memasukan

bending

(bending

yang

endurance strength) pada sumbu σ a

ditransmisikan poros adalah hasil

dan kekuatan yield tarik pada sumbu

Daya

instan


4

σm

sebagai

batas

kegagalan.

Kekuatan yield tarik didapat dari kriteria Von Misses. Jika

beban

torsi

tidak

konstan, komponen alternating akan mengakibatkan

tingkat

tegangan

multiaksial kompleks. Pendekatan dilakukan

dengan

kriteria

Von

Misses. Untuk tujuan perancangan, yaitu mencari diameter poros yang dibutuhkan,

dengan

asumsi

komponen alternating dan rata-rata dijaga pada rasio yang konstan, gaya aksial pada poros sama dengan nol

III.

METODELOGI

PENELITIAN

Prosedur penelitian dilakukan seperti pada Gambar 1. Pada gambar tersebut dilakukan

terlihat dalam

bahwa

prosedur

lima

tahapan.

Kelima tahapan tersebut adalah studi literatur,

pengumpulan

data

Gambar 1. Diagram Alir Perancangan

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Poros yang dirancang seperti

penunjang, pengolahan data, hasil

terlihat

dan pembahasan, serta pemodelan

(gambar 2).

(pembuatan gambar teknik). Setelah itu dilakukan pembuatan laporan.

pada

sketsa

berikut

ini

Bahan poros adalah baja AISI 1040

OQT

400.

Poros

tersebut

adalah bagian dari sistem transmisi blower yang menyuplai udara ke tungku pembakaran. Roda gigi A menerima daya 100 hp dari roda gigi P . Roda gigi C menyalurkan daya ke


5

roda gigi Q. Poros berputar pada putaran 600 rpm.

Gambar 3. Diagram benda bebas poros

Gambar 2. Sketsa poros yang dirancang

Bagian poros yang menerima

Gambar 4. Diagram gaya geser

torsi ini hanya dari A sampai C . Dari roda gigi C ke kanan sampai D, torsi sama dengan nol. Roda gigi A digerakan oleh roda gigi P, dan roda gigi C menggerakan roda gigi Q. Hal ini sangat penting diketahui untuk

Gambar 5. Diagram momen lentur

menentukan arah gaya-gaya dengan benar. Nilai gaya-gaya ini diperoleh dari perhitungan berikut.

Titik A Roda gigi A menghasilkan puntiran pada poros dari A menuju ke kanan.

W tA = T A / ( D A / 2) = 10500/(20/2) = 1050 lb W rA =W tA tan (ϕ) = 1050 tan (20º) = 382 lb W tC = T c / ( Dc / 2) = 10500/(10/2) = 2100 lb W rC = W t C tan (ϕ) = 2100 tan (20º) = 764 lb

Dari A ke kiri, yang ada cincin penahannya, tidak ada gaya, momen, atau torsi. Momen pada titik A nol karena ujung bebas poros. Untuk menghitung

diameter

yang

diperlukan untuk poros pada titik A, dengan hanya menggunakan nilai torsi.


6

⁄     [    ]

  ⁄ [   ( ) ]  

 ⁄     )   ( [  ( ) ]    Pada titik B dan di sebelah kanannya (diameter D3), perhitungan masih sama kecuali nilai K t = 2,5 untuk filet tajam.

Titik B Titik B adalah lokasi bantalan dengan filet tajam di sebelah kanan B dan filet bulat halus di sebelah kirinya. Diinginkan membuat D2 paling tidak agak lebih kecil daripada D3 di bantalan

tempat

bantalan

supaya

dapat

digeser

dengan

mudah sampai ke tempat ia harus ditekan menuju ke posisi akhirnya. Biasanya

diberikan

suaian

sesak

ringan di antara lubang bantalan dan dudukan porosnya. Di sebelah kiri B (diameter D2), T = 10500 lb.in. Momen lengkung pada titik B adalah resultan momen dalam bidang x dan dalam bidang y:

      √    = 11 173 lb.in

⁄          [    (  )   () ]   

Titik C

Titik C adalah lokasi roda gigi C dengan filet bulat halus di sebelah kirinya, alur pasak profil pada roda gigi, dan alur untuk cincin penahan

di

sebelah

kanannya.

Penggunaan filet bulat halus di sini sebenarnya perancangan

merupakan yang

keputusan

mensyaratkan

bahwa perancangan lubang roda gigi harus mengakomodasi sebuah filet yang besar. Biasanya ini berarti bahwa sebuah kamfer harus dibuat di tepi-tepi lubang roda gigi. Momen lengkung pada titik C adalah:

      √    = 10387 lb.in


7

Di sebelah kiri titik C ada nilai torsi

gaya geser vertikalnya sama dengan

sebesar 10500 lb.in dengan alur

gaya reaksi pada bantalan tersebut.

pasak profil yang memberikan K t =

Dengan

2,0. Dengan demikian

resultan bidang x dan y, maka gaya

⁄          [    (  )   () ]    Di sebelah titik C ada torsi, tetapi alur cincinnya menuntut K t = 3,0 untuk perancangan dan terdapat

menggunakan

gesernya adalah

V D =

√     

Untuk menghitung diameter poros di titik ini bisa menggunakan Persamaan berikut:

momen lengkung berbalik. Penulis menggunakan

persamaan

(12-24)

D =

dengan nilai K t = 3,0, M = 10387

√ 

Sebuah filet tajam dekat titik ini pada

lb.in dan T = 0.

poros ditandai dengan

⁄  ) ]     [  ( Dengan menggunakan faktor alur cincin

1,06,

reaksi

maka

diameternya

menjadi 3,01 in.

faktor konsentrasi tegangan

2,5

harus digunakan:

      

Nilai ini sangat kecil dibandingkan

Nilai ini lebih tinggi dari pada yang dihitung untuk diameter di sebelah kiri titik C , sehingga ini akan menjadi penentu

, dengan

perancangan di

titik C .

dengan

diameter

dengan

cara

lain,

yang

dihitung

dan

biasanya

memang begitu. Diameter pada titik D mungkin perlu dibuat lebih besar daripada nilai hitungan karena harus disesuaikan dengan ukuran bantalan

Titik D

yang menahan beban radial 1039 lb. Titik

D

adalah

tempat

bantalan D, dan tidak ada torsi atau momen lengkung di sini. Tetapi,


8

Selanjutnya menentukan diameter pada

melakukan perancangan poros sistem

titik-titik kristis, hal ini ditunjukkan

transmisi.

pada tabel 1 berikut ini.

DAFTAR PUSTAKA Tabel

1.

Diameter

minimum

dan

Mott Robert L., 2004, Elemenelemen Mesin Dalam Perancangan

diameter yang ditetapkan

Mekanis

1,

Penerbit

Andi

Yogyakarta.

Deutschman, Aaron D, J. Michels Walter, and E. Wilson Charles, 1975, Machine Setelah ukuran dasar dari diameter-

Design,

Theory

and

Practice. Mc Millan.

diameter poros sudah di tetapkan, barulah

penulis

melanjutkan

pemodelan poros transmisi 100 hp dengan

menggunakan

Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1979. Perencanaan Elemen Mesin. Jakarta

AutoCAD

2013.

Sato G. T., dan N. Sugiarto Hartanto, 2005, Menggambar Mesin Menurut Standar Iso. Jakarta.

V. KESIMPULAN DAN SARAN 5. 1. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan, maka diperoleh nilai diameter pada titiktitik kritis, yaitu sebagai berikut:

                 ,

,

,

, dan

,

.

5. 2. Saran

Perancangan ini diharapkan dapat

dijadikan

referensi

dalam


9

Perancangan Poros Transmisi

Recommend Documents