Perancangan Gear Box
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Dalam dunia industri, hampir semua mesin-mesin untuk i ndustri maupun mesinmesin yang dipakai oleh masyarakat, menggunakan sistem transmisi (gear box). Untuk mempermudah menjalankan beban yang berat agar motor dapat dengan mudah untuk memindah, mengangkat atau mendorong beban yang berat tersebut. Gearbox merupakan suatu komponen dari suatu mesin yang berupa rumah untuk roda gigi. Komponen ini harus memiliki konstruksi yang tepat agar dapat menempatkan poros-poros roda gigi pada sumbu yang benar sehingga roda gigi dapat berputar dengan baik dengan sedikit mungkin gesekan yang terjadi. Selain harus memiliki konstruksi yang tepat, terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh komponen ini yaitu dapat meredam getaran yang timbul akibat perputaran dan gesekan antar roda gigi. Dari kesulitan konstruksi yang disyaratkan dan pemenuhan kriteria yang dibutuhkan, maka kami bermaksud membuat produk tersebut sebagai objek pembuatan Tugas Perencanaan Perencanaan Elemen Mesin. Dalam tugas ini membahas mengenai mengenai segala sesuatu yang ada dalam sistem gear box.
1.2 Maksud dan Tujuan
Adapun maksud dan tujuan dari perencanaan dan penulisan laporan gear box ini adalah sebagai berikut : Agar mahasiswa mampu menerapkan teori yang diperoleh dari perkuliahan sehingga dapat menerapkan secara langsung dilapangan. Agar dapat mengetahui hal-hal yang berkaitan dengan permasalahan pada perencanaan gear box, seperti gaya-gaya pada roda gigi reaksi pada poros dan yang lainnya. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi serta mengupayakan penggunaan gear box untuk meningkatkan taraf hidup masyarakat kearah yang lebih baik.
Akademi Teknik Soroako
1
Perancangan Gear Box
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Roda Gigi
Pada dasarnya sistem transmisi roda gigi merupakan pemindahan gerakan putaran dari satu poros ke poros yang lain hampir terjadi disemua mesin. Roda gigi merupakan salah satu yang terbaik antara sarana yang ada untuk memindahkan suatu gerakan. Roda gigi dikelompokkan menurut letak poros putaran atau berbentuk dari jalur gigi yang ada. ada. Keuntungan Keuntungan dari penggunaan penggunaan sistem transmisi diantaranya diantaranya : Dapat dipakai untuk putaran tinggi maupun rendah Kemungkinan terjadinya slip kecil Tidak menimbulkan kebisingan
2.2 Klasifikasi Sistem Transmisi Roda Gigi 2.2.1 Roda gigi lurus (Spurs gear)
Roda gigi lurus dipakai untuk memindahkan gerakan putaran antara porosporos 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 2.1 Roda gigi lurus
Akademi Teknik Soroako
2
Perancangan Gear Box 2.2.2 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 2.2 Roda gigi miring
2.2.3 Roda gigi payung (Bevel gear)
Roda gigi kerucut dipakai untuk memindahkan gerakan atau putaran antara poros yang berpotongan. Walaupun roda-roda gigi kerucut biasanya dibuat untuk sudut poros 90 90 , roda-roda gigi ini biasanya untuk semua ukuran sudut.
Gambar 2.3 Roda gigi payung
2.2.4 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
Akademi Teknik Soroako
3
Perancangan Gear Box
dimana setiap elemen ditutup sebagian oleh yang lain adalah susunan roda gigi cacing berpenutup ganda.
Gambar 2.4 Roda gigi cacing 2.2.5 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 2.5 Screw gear 2.2.6 Hypoid gear
Hypoid gear bentuknya hampir menyerupai spiral bevel gear, namun perbedaannya terletak pada pitch yang lebih hiperbolid dibandingkan dengan cousenya dan mengoperasikannya mengoperasikannya lebih lembut dan tenang.
Gambar 2.6 Hypoid gear
Akademi Teknik Soroako
4
Perancangan Gear Box 2.3 Rumus Dasar Roda Gigi 2.3.1 Persamaan yang digunakan pada roda gigi lurus (Spurs gear) a. Perbandingan kecepatan / ratio velocity (rv)
D
n2
n1
Nt 1 Nt 2
d1 d2
Dimana: rv
= Perbandingan percepatan
n1, n2
= Putaran roda gigi gigi (rpm).
Nt1, Nt2
= Jumlah gigi gigi (buah).
d1 ,d2
= Diameter Roda gigi (mm).
b. Jarak poros antara dua roda gigi (C) C
d1 d 2 2
Inch
Dimana: C
=
Jarak poros antara dua roda gigi (inch).
d
=
Diameter roda gigi (inch).
c. Diameter Pitch (P) P
Nt d
JumlahGigi JumlahGigi Inchi
Dimana: Nt
=
jumlah gigi (buah).
d
=
diameter lingkaran pitch (inch).
Akademi Teknik Soroako
5
Perancangan Gear Box d. Standar ukuran roda gigi
14
Nama
Tinggi gigi ©
20° dipotong
25°
1
1
0,8
1
P
P
P
P
1,157
1,25
1
1,25
P
P
P
P
2,157
2,25
1,8
2
P
P
P
P
2
2
1,6
2
P
P
P
P
0,25
0, 2
0,25
P
P
P
Tinggi kontak (d)
0,157
celah
P
20°
Addendum (A)
Dedendum (b)
1
/
2
b a c d
Tabel 2.1 Standar ukuran roda gigi e. Jari-jari base circle
Rb = r cos
; r
d 2
Dimana: r = radius pitch circle (in) o
= sudut kontak ( ) f. Kecepatan putaran roda gigi vp
π
dn 12
Dimana: Vp
=
kecepetan putaran
D
=
diameter roda gigi (inch).
N
=
putaran roda gigi (rpm).
Akademi Teknik Soroako
6
Perancangan Gear Box g. Gaya-gaya pada roda gigi lurus
Torsi yang dipindahkan (T). T 63025
daya n
lb in
Gaya tangensial (Ft). Ft
33.000 N Vp
Dimana:
Ft
=
Gaya tangensial.
N
=
daya.
Vp
=
kecepatan garis kontak
n=
putaran roda gigi (rpm)
Gaya Normal (Fn). Fn
Ft
cos
lb
Gaya Radial (Fr). Fr Fn Sin
Gaya Dinamis (Fd).
600 Vp Ft 600 600
Untuk 0 < Vp 200 ft / menit
1200 Vp) Ft 1200
Untuk 2000
(78 Vp ) Ft 78
Untuk Vp > 4000 Ft/menit
Fd
Fd
Fd
Dimana Fw Fd dan Fb Fd Dimana: Fd
=
beban dinamis (lb)
Vp
=
kecepatan putaran roda gigi (Ft/menit)
Ft
= Gaya Ga ya tangensial. tangensia l.
Akademi Teknik Soroako
7
Perancangan Gear Box h. Menentukan lebar gigi (b) Fd
b
d . Q . k Q
2d 1 d1 d 2
Dimana: b
=
lebar gigi (inchi).
Fd
=
beban dinamis (lb).
d1
=
diameter pinion.
d2
=
diameter gear.
Q
=
factor beban.
k
=
factor beban terkecil.
Syarat keamanan:
9 p
b
13 p
Gambar. 2.2. Distribusi Gaya-Gaya Penjelasan distribusi gaya-gaya:
Gaya radial (Fr)
= Gaya yang berimpit dengan jari-jari.
Gaya tangensial
=
Gaya
yang biasa disabut sebagai garis
singgung.
Gaya normal
Akademi Teknik Soroako
= Gaya yang tegak lurus bidang.
8
Perancangan Gear Box i. Menentukan beban ijin bending (Fb) Fb s0 .b.
y p
Dimana: y = faktor bentuk Lewis s = ketahanan permukaan ijin
j. Koreksi metode AGMA
Sad
=
Sat Ki Kt x Kr
Psi
Dimana
:
Sad
=
Tegangan Tegangan ijin max perencanaan perencanaan (Psi)
Sat
=
Tegangan Tegangan ijin bahan (Psi)
Ki
=
Faktor umur = 1 sembarang umum
Kt
=
Faktor tempratur = 1
Kr
=
Faktor keamanan = 1,333
Tegangan yang pernah terjadi pada kaki gigi ( t). t =
Ft Ko P Ks Km Kv B j
t
=
Tegangan Tegangan yang terjadi (Psi)
Ft
=
Gaya tangensial (lb)
Ko
=
Faktor koreksi beban lebih 1, 25
Ks
=
Faktor koreksi ukuran = 1
Km
=
Faktor koreksi distrubusi beban
Kv
=
Faktor koreksi distribusi beban
j
=
Faktor koreksi koreksi beban lebih 1, 25 25
Akademi Teknik Soroako
9
Perancangan Gear Box
P
=
diameter Pitch
b
=
lebar gigi
Syarat keamanan; sad > t 2.3.2 Persamaan yang digunakan pada roda gigi miring (Helical gear) a. Ukuran geometri pada helical gear
Normal circular pitch (Pn) adalah jarak antara dua titik pada gigi yang ada pada satu bidang yang tegak lurus terhadap sudut helix. Transverse Circular pitch (P) adalah diukur pada bidang yang tegak lurus sumbu poros. Aksial picth (Pa) adalah jarak yang diukur dari bidang yang sejajar sumbu poros. Pn
= P . cos
Pa
= P . cos
P
=
Nt d
Dimana: P
= diameter pitch pada bidang yang tegak lurus sumbu poros.
t
= jumlah gigi gear
d
= diameter circle
Pn
= normal diameter pitch P.p = ; Pn . Pn = dan Pn =
P cos φ
b. Jumlah gigi equivalent
Radius ellip Nc
=
d 2 cos 2 φ
Jumlah gigi equivalent dapat dihitung dengan rumus; Nte
=
Akademi Teknik Soroako
Pn . 2 . rc
10
Perancangan Gear Box
Dimana Pn = normal diameter pitch, dengan demikian;
Nte
=
d
Pn . 2
2 cos 2 φ
c. Beban dinamis pada helical gear
Dapat diperkirakan dengan rumus :
Fd
=
78 Vp 78
Ft
Dimana: Vp
=
pitch line velocity
d. Tegangan bending pada helical gear
Persamaan lewis : s.b. y
Fb
=
Fb
=
bidang normal.
Pn
=
diameter pitch
t
=
Kf . Pn
Dimana :
Sad
=
Ft . ko . P . Ks . Km Kv . b . j
S at . K l K t. Kr
Dimana: Ko
=
faktor beban lebih.
Kv
=
faktor dinamis
Km
=
faktor distribusi beban.
J=
faktor geometri
Akademi Teknik Soroako
11
Perancangan Gear Box 2.3.3 Persamaan yang digunakan pada gigi payung (Bevel gear) a. Perbandingan kecepatan untuk bevel gear
rv =
n driven n driver
Sedang sudut antara kedua poros roda gigi adalah jumlah dari sudut pitch-nya: =+ Dimana: = sudut poros = sudut pitch gear = sudut pitch pinion Sudut picth dapat dicari dengan rumus: sin Σ
Tan =
tan =
(Ntp / Ntg) cos Σ sin Σ (Ntg / Ntp) cos Σ 0
Dengan demikian apabila sudut poros = 90 , maka: tan =
tan =
Ntg Ntp Ntp Ntg
b. Jumlah gigi equivalent
Nt’g =
Ntg cos Γ
;
Nt’p =
Ntp cos γ
Dimana: Nt’
=
jumlah gigi equivalent ; Nt
Akademi Teknik Soroako
= jumlah gigi sebenarnya
12
Perancangan Gear Box c. Bahan dinalis untuk bevel gear
Kecepatan pitch-line = Vp, dan yang dipakai pada persamaan ini dicari pada pitch diameter rata-rata Diharapkan besarnya = Fb Fd d. Beban keausan ijin
Estimasi beban keausan ijin dapat memakai rumus: Fw =
dp . k . Q ' cos γ
dp = diameter pitch diukur dari bagian belakang gigi Q ‘=
2 N' tg N' tp N' tg
Dimana: N’tp dan N’tg = jumlah gigi eqivalent eqivalent pada pinion dan gear.
Akademi Teknik Soroako
13
Perancangan Gear Box
BAB III PERENCANAAN Diketahui data-data motor sebagai berikut :
Type Motor
: Motor AC BS 5000 - 99
Daya motor
: 2,2 KW
Putaran ( N )
: 2850 Rpm
Voltase
: 220 / 380
Ampere
: 34,6 / Z
Cutter Modul (M) : 2 Sket Rancangan Gear Box
3.1 Perencanaan Roda Gigi a. Menentukan Jumlah Gigi ( Z )
= = = = Akademi Teknik Soroako
14
Perancangan Gear Box
Jadi , Z1
= 20 Gigi
;
Z5
= 25 Gigi
Z2
= 20 Gigi
;
Z6
= 19 Gigi
Z3
= 15 Gigi
;
Z7
= 20 Gigi
Z4
= 25 Gigi
;
Z8
= 15 Gigi
Keterangan : Z1 & Z2 adalah roda gigi payung Z3, Z4, Z5, Z6, Z7 & Z8 adalah adalah roda gigi gigi miring b. Menentukan Diameter Tusuk (Dt)
Berdasarkan jumlah gigi ( Z ), maka dapat dihitung : Dt1 = Z1 . M = 20 . 2 = 40 mm Dt2 = Z1 . M = 20 . 2 = 40 mm Dt3 = Dt4 = Dt5 = Dt6 = Dt7 = Dt8 =
= = 31,05 mm = = 51,76 mm = = 51,76 mm = = 39,34 mm = = 41,41 mm = = 31,05 mm
c. Menentukan Lebar Gigi Roda Gigi Miring ( b )
b = ( 6 ÷ 10 ) mn b = 8 . 2 = 16 mm Jadi, lebar gigi untuk masing-masing roda gigi miring adalah 16 mm
Akademi Teknik Soroako
15
Perancangan Gear Box d. Menentukan jarak antara poros ( A )
A =
Antara poros II dan III
=
A1 =
A1
= 41,41 mm
Antara poros III dan IV
=
A2 =
A2
= 45,55 mm
Antara poros IV dan V
=
A3 =
A3
=
36,23 mm
e. Menentukan Tinggi Gigi Seluruhnya( h )
h = ( 2,1 ÷ 2,3 ) Mn h = 2,2 . 2 = 4,4 mm Jadi, tinggi gigi untuk roda gigi miring dan roda gigi payung seluruhnya adalah 4,4 mm f. Menentukan Lebar Gigi Roda Gigi Payung ( b )
Sudut Pitch ( i ) = arc tg
Panjang Konis Pitch ( Ra ) =
Akademi Teknik Soroako
=
arc tg
= 45 O
= = 28,28 mm
16
Perancangan Gear Box
b =
= =
9,42 mm
g. Menentukan Kemiringan Kepala Gigi Payung ( K 1 )
Dedendum ( ha ) = ( 1,1 ÷ 1,3 ) m = 1,2 . 2 = 2,4 mm Addendum ( hf ) = m = 2 Sudut kepala gigi ( k ) = arc tg
Sudut kaki gigi = arc tg K1 = k + d = 4,85
o
= arc tg
= 4,85
= arc tg = 4
+ 4
o
= 8,85
o
o
o
3.2 Perencanaan Poros a. Menentukan diameter poros 1
Dik :
n
= 2850 Rpm
dt1
= 40 mm
α
= 20
Bahan St. 70
2 ϭ b. izin = 60 – 60 – 80 80 N/mm
Βk = 1,8
0
β = 150
Dit : Diameter Poros 1 = ……mm Penyelesaian : a) Momen Puntir
Mp Mp1 1
= 7371,929825 Nmm b) Gaya keliling
Ft1
Akademi Teknik Soroako
17
