Tugas 1 Elemen Mesin III
Oleh: Afwan Heru Cahya 061001500557
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Industri Universitas Trisakti November 2015
Daftar Isi .....................................................................................................................................i 1.1 Sabuk ..................................................................................................................................1 1.1.1 Kelebihan dan Kekurangan .............................................................................1 1.1.2 Jenis Jenis Sabuk ...........................................................................................1 1.1.3 Massa Jenis Sabuk ...........................................................................................2 1.1.4 Sambungan Sabuk ............................................................................................2 1.2 Transmisi Sabuk Datar (Flat Belt) ...................................................................................3 1.2.1 Rasio Kecepatan ..............................................................................................3 1.2.2 Susunan Belt dalam Sistem Puli .....................................................................5 1.2.3 Daya yang ditransmisikan ..............................................................................6 1.2.4 Rasio Tegangan ..............................................................................................7 1.2.5 Tegangan Sentrifugal .....................................................................................7 1.2.6 Jenis Gerakan pada Sabuk Datar ....................................................................9 1.3 Transmisi sabuk V (V-belt) .........................................................................................11 1.3.1 Tipe V-belt dan puli ...................................................................................13 1.3.2 Rasio Tegangan V-belt ..................................................................................14 1.4 Trasmisi Sabuk Gilir .................................................................................................14 Daftar Pustaka .................................................................................................................18 Lampiran .........................................................................................................................19
i
1.1 Sabuk (Belt) Sabuk adalah elemen mesin yang menghubungkan dua buah puli yang digunakan untuk mentransmisikan daya. Sabuk digunakan dengan pertimbangan jarak antar poros yang jauh, dan biasanya digunakan untuk daya yang tidak terlalu besar. Belt biasanya dibuat dari kulit, karet, kapas dan paduanya. 1.1.1 Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan transmisi sabuk jika dibandingkan dengan transmisi rantai dan roda gigi adalah : 1. Harganya murah 2. Perwatan mudah 3. Tidak berisik kekuranganya : 1. Umurnya pendek/mudah aus 2. Terjadi sliding / tidak akurat 3. Efisiensi rendah 4. kapasitas daya kecil 1.1.2 Jenis-Jenis Sabuk : 1. Transmisi sabuk datar (flat belt) Digunakan di industri dengan daya yang cukup besar, jarak antar puli biasanya sampai 10 m. 2. Transmisi sabuk V (V-belt) Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Digunakan pada mesinmesin industri dimana jarak antar puli dekat. 3. Transmisi sabuk bundar (circular belt) Paling jarang digunakan, biasanya dipakai untuk mentransmisikan daya yang kecil, dan jarak antar puli sampai 5 meter.
1
1.1.3 Massa Jenis Sabuk Bahan Kulit
Massa jenis (dalam kg/cm3) 1.00
Kanvas
1.22
Karet
1.14
Balata
1.11
Anyaman tunggal
1.17
Anyaman ganda
1.25
1.1.4 Sambungan Sabuk 1. sambungan tanam 2. sambungan yang diikat 3. sambungan yang dapat berputar
2
Tabel berikut menunjukkan efisiensi dari sambungan Jenis sambungan
efisiensi
1. sambungan tanam, tak ada akhirnya, pada pabrik
90-100
2. sambungan tanam pada toko
80-90
3. Kawat yang diikat oleh machinc
75-85
4. Kawat yang diikat oleh plester
70-80
5. Raw-Hide mengikat
60-70
6. Sabuk pengikat besi
35-40
1.2. Transmisi Sabuk Datar (Flat Belt)
1.2.1. Rasio Kecepatan Rasio kecepatan adalah rasio antara kecepatan driver dan driven. Dinyatakan secara matematis : Panjang sabuk yang melewati driver dalam satu menit :
Demikian pula, panjang sabuk yang melewati driven, dalam satu menit
Karena panjang sabuk yang melewati driver dalam satu menit adalah sama dengan panjang sabuk yang melewati driven dalam satu menit, sehingga
3
Dimana : d1 = Diameter driver, d2= Diameter driven, N1= Kecepatan driver (r.p.m), N2= Kecepatan driven/pengikut(r.p.m), sehingga kecepatan rasio adalah :
Ketika ketebalan sabuk dianggap (t), maka rasio kecepatan,
Catatan: Rasio kecepatan drive sabuk juga dapat diperoleh : Kita ketahui bahwa kecepatan driver :
dan kecepatan driven
ketika tidak ada slip maka v1=v2 Sehingga :
4
1.2.2. Susunan Belt dalam Sistem Puli : a. Sistem terbuka yaitu susunan puli dimana putaran puli yang satu dengan yang lain berputar dengan arah yang sama.
x
= jarak antar poros
r1,r2 = jari-jari puli 1 dan 2 a
= sudut kemiringan
L
= Panjang total sabuk
Panjang sabuk,
Dari geometri gambar, kita juga temukan bahwa :
θ = (1800- 2a ) ....... (open belt drive) Panjang sabuk keseluruhan :
b. Sistem tertutup yaitu susunan puli dimana putaran puli yang satu dengan yang lain berlawanan arah.
5
Panjang belt keseluruhan :
1.2.3. Daya yang ditransmisikan :
T1 = Tegangan pada sisi kencang (N) T2 = tegangan pada sisi kendor (N)
6
Daya yang ditransmisikan :
1.2.4. Rasio Tegangan
µ = koefisien gesek antara puli dengan belt θ = sudut kontak (radian) 1.2.5. Tegangan Sentrifugal Ketika sabuk berputar, menyebebkan gaya sentrifugal dan akan berpengaruh dengan meningkatnya tegangan yaitu sisi yang mengencang dan sisi yang mengendur. Tegangan yang disebabkan oleh gaya sentrifugal disebut tegangan sentrifugal. Pada kecepatan sabuk lebih rendah (kurang dari 10 m/s), tegangan sentrifugal sangat kecil, tetapi pada kecepatan sabuk lebih tinggi (lebih dari 10 m/s), efeknya cukup besar sehingga harus diperhitungkan.
Akibat berputarnya sabuk, maka timbul tegangan sentrigfugal yang besarnya : Jika : m = Massa sabuk per satuan panjang (kg/m), v = kecepatan linier sabuk (m / s), r
= Radius pulley (m), dan
TC = Tegangan sentrifugal di P dan Q dalam newton. Massa sabuk per satuan panjang (kg/m) :
7
Gaya sentrifugal yang bekerja pada sabuk PQ adalah :
dan tegangan sentrifugal yang bekerja pada sabuk PQ adalah :
Total tegangan pada sisi kencang : T Total tegangan pada sisi kendor :
Sehingga daya yang ditransmisikan :
Tegangan maksimum pada sabuk : T = Tegangan ijin x luas penampang sabuk = s.bt Jika tegangan sentrifugal diabaikan, maka :
tegangan maksimum pada sabuk yang kencang. Jika tegangan sentrifugal diperhatikan, maka :
8
1.2.6 Jenis gerakan pada sabuk datar 1. Gerakan Sabuk Terbuka
2.
Gerakan Membelit Atau Melingkar Pada Sabuk
3. Gerakan Putaran Seperempat Sabuk
9
4. Gerakan Sabuk Dengan Puli Pengarah.
5. Gerakan Sabuk Campuran
10
6. Gerakan Langkah Atau Puli Tirus.
7. Gerakan cepat dan katrol lepas
1.3. Transmisi Sabuk V (V-Belt)
Sabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium, tenunan tetorom atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk dan membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Gaya gesekan juga akan
11
bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah.
Berikut adalah keuntungan dan kerugian sabukV dibandingkan dengan sabuk datar: Keuntunmgan sabuk V: 1. Sabuk V memberikan kerapatan terhadap jarak yang kecil antar pusat puli. 2. Gerakannya positif, karena pergelinciran antara sabuk dengan puli dapat diabaikan. 3. Operasi sabuk dan puli lebih tenang. 4. Sabuk mempunyai kemampuan meredam guncangan pada saat mesin mulai bekerja. 5. Perbandingan kecepatan yang tonggi (maksimum 10) dapat dicapai. 6. Aksi baji sabuk dengan lekukan memberikan nilai tinggi dalam pembatasan perbandingsn tegangan. Maka daya yang dipindahkan olehsabuk V lebih dari sabuk rata pada koefisien gesek yang sama, busur kontak dan tegangan izin pada sabuk yang sama. 7. Sabuk V dapat beroperasi pada dua arah, dengansisi ysng sempit berada diatas atau dibawah. Garis tengahnnya dapat mendatar, tegak atau mendaki. Kerugian sabuk V: 1. Sabuk V tidak dapat digunakan dengan jarak antar puli yang besar. 2. Sabuk V tidak seawet sabuk datar. 3. Konstruksi puli untuk sabuk V lebih rumit dari puli sabuk datar.
12
1.3.1. Tipe V-belt dan puli
Gambar 3.8 ukuran penampang sabuk V
Tabel Diameter puli yang di ijinkan dan di anjurkan (mm)
13
1.3.2. Rasio tegangan V-belt Gambar 3.7 menunjukkan sabuk pada puli, hubungan antara T1 dan T2 adalah :
1.4. Transmisi Sabuk Gilir
Transmisi sabuk gilir bekerja atas dasar gesekan belitan dan mempunyai beberapa keuntungan karena murah harganya, sederhana konstruksinya, dan mudah untuk mendapatkan perbandingan putaran yang diinginkan. Transmisi tersebut telah banyak digunakan dalam semua bidang industri, seperti mesin-mesin pabrik, otomobil, mesin pertanian, alat kedokteran, mesin kantor, alat-alat listrik, dll. Namun transmisi sabuk (flat) 14
tersebut mempunyai kekurangan dibandingkan dengan transmisi rantai dan roda gigi, yaitu terjadinya slip antara sabuk dan puli, sehingga transmisi ini tidak dapat dipakai bilamana dikehendaki putaran tetap atau perbandingan transmisi yang tetap. Melihat kekurangan diatas maka dikembangkan transmisi sabuk gilir “timing belt”. Untuk perhitungan gaya dan tegangan yang bekerja dan prinsip kerjanya sama dengan transmisi sabuk flat dan transmisi sabuk V.
Sabuk gilir dibuat dari karet neoprene atau plastic poliuretan sebagai bahan cetak, dengan inti dari serat gelas atau kawat baja, serta gigi-gigi yang dicetak secara telti di permukaan sebelah dalam dari sabuk. Karena sabuk gilir dapat melakukan transmisi mengait seperti roda gigi atau rantai, maka gerakan dengan perbandingan putaran yang tetap dapat diperoleh.
15
16
17
Daftar Pustaka Kurniawan, Wahyu. 2011. "ELEMEN MESIN (SABUK)" pada https://www.scribd.com/doc/47728947/ELEMEN-MESIN-SABUK [19 November 2015] Lubis, Hadrianus. 2008. "Bahan Kuliah Elmes 2 Sabuk dan Pulli" pada https://www.academia.edu/5504133/Bahan_Kuliah_Elmes_2_Sabuk_dan_Pulli [19 November 2015]
18
Lampiran Contoh permasalahan 1: Dua puli, salah satu diameternya 450 mm dan diameter lainnya 200 mm, jarak antar poros 1,95 m yang dihubungkan oleh sabuk silang. - Tentukan panjang sabuk yang diperlukan dan masing-masing sudut kontak antara belt dan pulley. - Hitunglah daya yang ditransmisikan oleh belt, jika puli yang berdiameter besar berputar dengan kecepatan 200 rpm dan tegangan maksimum yang diizinkan pada sabuk adalah 1 kN. (koefisien gesekan antara belt dan pulley adalah 0,25)
Panjang sabuk :
Sudut kontak antara belt dan pulley :
19
Daya yang di transmisikan : T1 = Tegangan pada sisi kencang (N) T2 = Tegangan pada sisi kendur (N)
Kecepatan belt :
Sehingga,
Contoh permasalahan 2: Sebuah sabuk kulit berdimensi 9 mm x 250 mm digunakan untuk menggerakkan katrol besi cor dengan diameter 900 mm pada kecepatan 336 rpm. Jika busur aktif di pulley yang lebih kecil adalah 120 °, tegangan ijin (di sisi kencang) adalah 2 MPa, density kulit adalah 980 kg/m3, dan koefisien gesekan kulit pada besi cor 0,35. Tentukan kapasitas daya sabuk. Jawab :
Kecepatan sabuk :
Luas penampang permukaan sabuk :
20
Sehingga : Tegangan maksimum pada sabuk :
Massa sabuk per meter panjang
Tegangan sentrifugal
Tegangan pada sisi kencang sabuk :
Sehingga dapat dicari tegangan pada sisi kendor sabuk (T2)
Jadi dapat dihitung kapasitas daya sabuk adalah :
atau dengan cara lain : Tegangan maksimum pada sisi kendor sabuk :
Maka kapasitas daya sabuk adalah :
21
Contoh Permasalahan 3: Sebuah kompresor, berputar dengan kecepatan 250 rpm, dan membutuhkan daya 90 kW, drive menggunakan V-belt dari motor listrik berputar pada 750 rpm. Diameter dari pulley pada poros kompresor tidak lebih besar dari 1 meter sedangkan jarak antara puli yaitu 1,75 meter. Kecepatan belt tidak boleh melebihi 1600 m/min, densitas 1000 kg / m3 dan tegangan tarik yang diijinkan sebesar 2,5 MPa. Sudut alur dari puli adalah 35 °. Koefisien gesekan antara belt dan puli adalah 0.25. Tentukan jumlah V-sabuk yang diperlukan untuk mengirimkan daya jika masing-masing belt memiliki area cross sectional dari 375 mm2 Hitung juga panjang diperlukan masing-masing sabuk. Jawab :
Pertama, hitung diameter puli dari motor
dan sudut putaran pada pulley yang lebih kecil (puli pada poros motor),
22
Massa sabuk per meter panjang
Tegangan sentrifugal
Tegangan pada sisi kencang sabuk : Sehingga dapat dicari tegangan pada sisi kendor sabuk (T2)
Jumlah V-belt Kita ketahui transmisi daya per belt adalah : Sehingga :
Panjang tiap belt Radius puli motor
Radius puli kompresor
23
Sehingga panjang tiap belt adalah :
Contoh Permasalahan 4 : Dicari panjang sabuk terbuka yang diperlukan untuk menggerakan puli dengan diameter 80 cm bekerja paralel pada jarak 12 m dari penggerak puli utama dengan diameter 480 cm. Jawaban Dik:
Diameter puli kecil d = 80 cm Radius puli kecil r2 = 40 cm Jarak antara kedua puli x = 12 m = 1200 mm Diameter puli besar d1 = 480 cm Jari-jari puli besar r1 = 240 cm L = panjang sabuk
= ( 1 + 2) + 2 +
( 1 − 2)
= (240 + 40) + 2(1200) + = 3313,3
(240 − 40) 1200
= 33,133
24
