Tugas Elmes 1 Avanza Edit

PRAKTIKUM ELEMEN MESIN I

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Laporan ini merupakan pengaplikasian dari materi kuliah ke dalam

permasalahan yang sebenarnya. Didalam Laporan ini berisi tentang penentuan bahan dan dimensi dari Poros Propeller Toyota Avanza. Penentuan bahan ini dilakukan untuk dijadikan tolak ukur sebagai bahan pertimbangan, bahan pertimbangan ini berdasarkan dengan beberapa teori dasar dan hasil dari analisa serta kesimpulan yang diperoleh dari hasil percobaan. Poros merupakan salah satu elemen mesin yang memegang peranan penting sebagai penerus daya bersama-sama dengan putaran. Oleh karena itu poros harus dirancang melalui suatu perhitungan sesuai dengan beban yang akan dialaminya. Pemilihan bahan yang digunakan sebuah komponen akan menjadi pertimbangan yang mendasar untuk menentukan dimensi sebuah poros yang akan menerima pembebanan. Dalam hal ini penulis mengambil judul Poros Propeller Toyota Avanza, dikarenakan penulis telah mengetahui hal-hal yang apa saja yang dibutuhkan untuk merancang ulang poros tersebut dan telah mengetahui peran penting dari poros Propeller. Sebenarnya alat ini tidak hanya digunakan pada Toyota Avanza saja, akan tetapi alat ini digunakan disemua mobil bahkan kereta api pun menggunakan alat ini sebagai penerus daya yang mengalami beban puntir murni. Banyak faktor yang harus diperhatikan dalam pembuatan Poros Propeller ini, diantaranya adalah penentuan bahan, dimensi yang sesusai, kegunaanya dan lain-lain. Tetapi dalam makalah ini hanya memusatkan pembahasan pada penentuan material untuk komponen-komponen dari poros ini.

1 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


Beban yang bekerja pada poros umumnya adalah beban berulang, jika poros tersebut mempunyai roda gigi untuk meneruskan daya maka akan terjadi kejutan pada saat mulai atau sedang berputar. Beban tersebut dapat dianalisa berdasarkan pertimbangan-pertimbangan tertentu sesuai dengan teori yang tersirat dalam laporan ini. Dalam pelaksanaan suatu tugas perancangan elemen mesin diperlukan usaha yang

sungguh-sungguh

untuk

menunjang

keberhasilan

suatu

perancangan.

Selanjutnya diperlukan pula dasar-dasar perancangan serta pengalaman, sehingga dapat dihasilkan rancangan elemen mesin yang cukup berkualitas dan dapat dipertanggung jawabkan. Hal ini semua diperlukan karena mengingat banyak sekali faktor yang harus dipertimbangkan, baik dari segi fungsi, kegunaan, konstruksi, maupun segi keamanan.

1.2 Tujuan Perancangan Pada Laporan ini akan dibahas penentuan dimensi utama poros propeller belakang Toyota Avanza. Tujuan yang akan dicapai adalah untuk menghitung : 

dimensi poros



dimensi universal joint



kekuatan sambungan las

Dimana perancangan dilakukan sesuai dengan jenis bahan dan pembebanan yang dialami.



1.3

Metodologi Metodologi penyusunan yang dipakai adalah Metodologi Deskriptif yang

teknik operasionalnya sebagai berikut : 

Observasi:

Pengamatan secara langsung elemen-elemen atau komponen

propeller sebagai studi komparatif dari studi literatur yang telah didapat saat kuliah dengan kenyataan sebenarnya. 

Interview: Tanya jawab atau wawancara dengan orang-orang yang lebih mengetahui secara teknis seputar poros propeller.



Studi Literatur: Mempelajari literatur yang berhubungan dengan masalah terkait yang didapat dari dokumen-dokumen, buku-buku ataupun internet sebagai referensi.



Membandingkan data hasil pengukuran geometrik dan hasil perhitungan untuk membuat analisa.

1.4

Ruang Lingkup Kajian Dalam laporan ini ada batasan masalah yang meliputi parameter-parameter

sebagai berikut : -

momen puntir poros

-

tegangan geser yang diijinkan

-

dimensi poros

-

defleksi Poros

-

dimensi universal joint

-

tegangan lentur dan tegangan geser maksimum universal joint

-

pengecekan sambungan las.



1.5 Sistematika Pembahasan BAB I : Pendahuluan, memberikan gambaran latar belakang dipilihnya poros sebagai obyek perancangan. BAB II : Studi Literatur, teori dasar tentang poros berdasarkan jenis pembebanannya, menjelaskan hal-hal yang penting dalam perencanaan berupa penurunan rumus serta bahan-bahan yang biasa digunakan untuk pembuatan poros dan cara kerja dari poros itu sendiri. BAB III : Perhitungan, membahas perhitungan dalam perancangan. BAB IV: Analisa, pada bab ini dilakukan analisis terhadap hasil perancangan. BAB V : Kesimpulan , menyajikan kesimpulan hasil perancangan poros.



BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Prinsip Kerja Poros Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir

semua mesin meneruskan tenaga bersama–sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros propeller bekerja untuk meneruskan daya putaran dari transmisi ke diferial dalam keadaan tidak dalam satu garis lurus. Dan putaran diteruskan dari transmisi ke poros propeller dan dari poros propeller ke diferensial melalui universal joint, universal joint berfungsi untuk eneruskan daya putaran yang dalam keadaan tidak satu garis. 2.1.1

Klasifikasi Poros Poros

untuk

meneruskan

daya

diklasifikasikan

menuruut

pembebanannya sebagai berikut :



Poros Transmisi Poros tersebut mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai dan lain–lain. Contoh pada mesin yang mengalami beban puntir murni yaitu gardan.



Poros Spindel Poros spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya kecil, sebab apabila deformasinya besar benda kerja tidak akan



silindris. Serta bentuk dan ukuran harus teliti. Poros spindel berhubungan langsung dengan benda kerja.



Poros Gandar Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kertas barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali digerakkan oleh penggerak mula dimana mengalami beban puntir juga. Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lain– lain. Poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat kebebasan dari perubahan arah, dan lain–lain.

2.1.2

Poros Propeller pada Toyota Avanza Propeller shaft memindahkan tenaga dari transmisi ke differential

transmisi umurnnya terpasang pada chassis frame, sedangkan differential dan sumbu belakang rear axle disangga oleh suspensi sejajar dengan roda belakang. Oleh sebab itu posisi differential terhadap transmisi selalu berubahubah pada saat kendaraan berjalan, sesuai dengan permukaan jalan dan ukuran propeller shaft beban. Propeller shaft dibuat sedemikian rupa agar dapat memindahkan tenaga dari transmisi ke differential dengan lembut tanpa dipengaruhi akibat adanya perubahan-perubahan tadi. Untuk tujuan ini universal joint dipasang pada setiap ujung, fungsinya untuk menyerap perubahan sudut dari suspensi. Selain itu sleeve yoke bersatu untuk menyerap perubahan antara transmisi dan diferential.



Gambar 2.1 Perubahan transmisi dan diferential

Pada umumnya propeller shaft dibuat dari tabung pipa baja yang memiliki ketahanan terhadap gaya puntiran atau bengkok. selain itu dipilih tabung pipa baja di karenakan luas penampang yang di perlukan lebih kecil jika dibandingkan dengan

poros pejal, selain itu biaya yang harus di

keluarkan lebih kecil jika digunakan poros yang pejal. Bandul pengimbang balance weight dipasang dibagian luar pipa dengan tujuan untuk keseimbangan pada waktu berputar. Pada umumnya propeller shaft terdiri dari satu pipa yang mempunyai dua penghubung yang terpasang pada kedua ujung berbentuk universal joint. Tipe propeller shaft dua bagian dengan tiga joint kadang-kadang menggunakan bearing tengah yang bertujuan untuk mengurangi getaran dan bunyi.

2.2

Universal Joint Universal joint,

U

sendi, Cardan

joint,

Hardy-Spicer sendi,

atau

sendi Hooke adalah joint dalam sebuah batang kaku yang dimungkinkan batang tersebut membengkok dalam segala arah, dan umumnya digunakan pada rotary shaft ( poros yang berputar ) yang mengirimkan gerakan ( putaran ). Terdiri dari



sepasang engsel terletak berdekatan, berorientasi pada 90° untuk satu sama lain, dan dihubungkan dengan poros salib.

Gambar 2.2 Tipe cross joint

2.2.1

Universal Joint solid Fungsi universal joint ialah untuk meredam bahan sudut dan untuk

melembutkan perpindhan tenaga dari transmisi ke differential. Universal joint 8 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


ada dua tipe : universal join solid bearing cup yang dapat dibongkar dan sal joint tipe shell bearing cup yang tidak dibongkar.

Gambar 2.3 Universal joint Kondisi jalan mempengaruhi kerja suspensi dan berakibat pada posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi. Universal joint dipakai untuk mengatasi kondisi tersebut agar poros selalu dapat berputar dengan lancar, sehingga universal joint harus mempunyai syarat : dapat mengurangi resiko kerusakan propeller saat poros bergerak naik/ turun, tidak berisik atau berputar dengan lembut, konstruksinya sederhana dan tidak mudah rusak. Jadi universal joint berfungsi untuk melembutkan pentransfer tenaga dari transmisi ke diferensial. Dimana konstruksi dari universal joint dimungkinkan berputar lembut dan tidak mudah rusak. Berikut Konstruksi Hook Joint :



Gambar 2.4 Konstruksi Hook Joint Pada umumnya poros propeller menggunakan konstruksi tipe ini, karena selain konstruksinya yang sederhana tipe ini juga berfungsi secara akurat dan konstan. Konstruksi hook joint adalah seperti ganbar di atas. Ada dua tipe hook joint yaitu shell bearing cup type dan solid bearing cup type. Pada tipe shell bearing cup universal joint tidak bisa dibongkar sedangkan pada tipe solid bearing cup bisa dibongkar. Ilustrasi konstruksi kedua tipe universal joint tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2.5 Konstruksi hook joint tipe shell bearing cup



Gambar 2.6 Konstruksi hook joint tipe solid bearing cup 2.2.2

Flexible Joint Flexible joint terdiri dari karet kopling yang keras yang diletakkan

diantara dua yoke berbentuk kaki tiga. Selama flexible joint tidak menghasilkan gesekan akan berputar lembut tanpa diperlukan pelumasan.

Gambar 2.7 flexible joint

2.2.3

Constant Velocity Joint Constant velocity joint mempunyai keuntungan memindahkan putaran

dan momen lebih lembut, dan mempunyai kerugian mahal karena desainnya komplit. Oleh karena itu jarang dipakai untuk penyambungan propeller shaft, tetapi lebih sering dipakai pada poros penggerak depan dari kendaraan penggerak roda depan atau poros penggerak belakang dari kendaraan dengan suspensi belakang independent.



Gambar 2.8 Constant Velocity Joint

2.2.4

Penghubung Bola Peluru (Pot Joint) Kemampuan sudut

dapat meneruskan tenaga/putaran pada sudut

maksimum 50o (rata – rata 30o). Penggunaan Pada suspensi independent. Pada aksel rigrid depan dengan penggerak roda (4 wheel drive). Sifat – sifat Kerjanya lebih stabil (konstan).

Gambar 2.9 Penghubung Bola Peluru (Pot Joint)



2.2.5

Trunion Joint Model ini berusaha menggabungkan tipe hook joint dan slip joint, namun

hasilnya masih dibawah slip joint sendiri, sehingga jarang digunakan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar disamping.

Gambar 2.10 Trunion Joint

2.2.6

Slip Joint Bagian ujung poros propeller yang dihubungkan dengan poros output

transmisi terdapat alur-alur untuk pemasangan slip joint. Hal ini memungkinkan panjangnya poros propeller shaft sesuai dengan jarak output transmisi dengan differential. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar disamping.

Gambar 2.11 Slip Joint



2.2.7

Center Bearing Center bearing terdiri dari rubber bushing yang melindungi bearing

dimana gerakannya menahan propeller shaft. Rubber bushing juga berfungsi untuk mencegah getaran yang mencapai bodi kendaraan. Dan hasilnya getaran atau bunyi dari propeller shaft pada kecepatan tinggi dapat dikurangi seminimal mungkin.

Gambar 2.12 Center Bearing Toyota Avanza merupakan kendaraan roda empat buatan Toyota Motor Co.,Ltd

yang pada dasarnya dibuat untuk memenuhi pasaran

kendaraan keluarga dengan dimensi kompak. Tidak seperti kendaraan sekelas lain yang pada saat ini mempunyai volume silinder yang besar, ada dua jenis mesin yang di produksi oleh Toyota yaitu 1300 cc dan 1500 cc. Hal ini disebabkan karena Toyota memang mengkhususkan diri membuat kendaraan ber-cc kecil. Volume silinder yang kecil tidak membuat Toyota Avanza mengalami masalah besar dalam penggunaanya. Perbandingan gigi transmisi yang baik, dan dibantu oleh bodi dan rangka yang kompak dan ringan, kekurangan tersebut dapat diatasi. Toyota mengeluarkan dua versi dari Toyota Avanza yaitu:





Toyota avanza

Gambar 2.13 Toyota Avanza

 Toyota Avanza veloz.

Gambar 2.14 Toyota Avanza Veloz Karena Toyota Avanza merupakan kelas suv atau bahasa umumnya mobil keluarga. Pada dasarnya Toyota Avanza ini mempunyai 2 bagian poros propeller, yaitu: 

Poros propeller tengah menyalurkan tenaga gerak dari Tarnsmisi ke poros yang kedua.poros yang pertama di topang dengan bearing center yang menempel pada chasis.



Poros propeller belakang menyalurkan tenaga dari poros pertama ke differensial belakang. 15

JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


Gambar 2.15 Beberapa bentuk poros propeller pada kendaraan 2.3

Hal-Hal Penting Dalam Merancang Poros Untuk merencanakan sebuan poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan. 2.3.1

Kekuatan Poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau

gabungan antara puntir dan lentur, ada juga poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti pada poros turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertingkat) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan, sehingga sebuah poros harus cukup kuat menahan beban yang terjadi pada poros tersebut. 2.3.2

Kekakuan Poros Meskipun sebuah poros memiliki kekuatan yang cukup, tetapi jika

lenturan defleksi puntirannya melebihi batas yang diizinkan maka akan mengakibatkan ketidaktelitian misalnya pada mesin perkakas atau getaran suara pada turbin dan gear box. Karena itu disamping kekuatan juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan menggunakan poros tersebut.



2.3.3

Puntiran Kritis Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran

tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa. Hal ini bisa terjadi pada turbin, motor torak silinder, motor listrik dan lain–lain. Serta dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian lainnnya. Jika mungkin harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerja lebih dari putaran kritis. 2.3.4

Korosi Bahan–bahan tahan korosi (termasuk plastik) dipilih untuk poros

propeller dan pompa, bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga poros–poros yang terancam kavitasi dan poros–poros mesin yang berhenti lama, sampai baras–batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi. 2.3.5

Bahan Poros Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik

dingin dan difinishing, yaitu baja karbon konstruksi mesin yang dihasilkan dari igot yang di – kill (baja yang dioksidasi dengan ferro silikon dan dicor) Meskipun demikian kelurusan poros ini agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya diberi alur pasak dan adanya tegangan sisa dalam terasnya. Penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah. Poros untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibden, baja khrom, baja molibden dan lain–lain. Meskipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu diharuskan, alasannya hanya karena putaran tinggi, dan beban berat, dalam hal demikian perlu dipertimbangkan penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan 17 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


yang diperlukan. Poros–poros yang bentuknya sulit seperti poros engkol banyak dibuat dari besi cor nodular atau coran lainnya.

2.4

Perumusan Masalah Perancangan Ulang Poros Propeller Belakang Toyota Avanza

START 1. Daya yang ditransmisikan P (kW) Putaran poros n (rpm) 2. Faktor Koreksi fc 3. Daya rencana Pd (kW) 4. Momen rencana T (kg mm)

5. Bahan

poros Kekuatan tarik σb (kg/mm2) Faktor keamanan Sf1 Sf2

6. Tegangan

geser yang diizinkan τa (kg/mm2)

7.

Faktor koreksi lenturan (Kt) Faktor koreksi puntiran (Cb) 8.

Diameter poros ds (mm) b 18



b

9. Bahan pasak Penampang pasak b x h Kedalaman alur pasak t1(mm) & t2(mm) Tegangan geser yang terjadi 10. Dimensi pasak

11. Bahan

poros Kekuatan tarik σb (kg/mm2) Faktor keamanan Sf1 Sf2 12. Diameter poros D2 =(Do2 & Di2) 13. Defleksi puntiran

14. θ : θ 15. Diameter poros ds (mm) & D1=(Do1 & Di1) Bahan poros Dimensi pasak Bahan pasak Diameter poros D2=(Do2 & Di2)

STOP

END 19 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


2.5

Sambungan Las Jenis sambungan tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran dan profil

batang yang bertemu di sambungan, jenis pembebanan, besarnya luas sambungan yang tersedia untuk pengelasan, dan biaya relatif dari berbagai jenis las. Sambungan las terdiri dari lima jenis dasar dengan berbagai macam variasi dan kombinasi yang banyak jumlahnya. Kelima jenis dasar ini adalah sambungan sebidang (butt), lewatan (lap), tegak (T), sudut, dan sisi, seperti yang diperlihatkan.

Gambar 2.16 Notasi las



Gambar 2.17 Jenis-jenis las

2.5.1

Sambungan Sebidang Sambungan sebidang dipakai terutama untuk menyambung ujung-

ujung plat datar dengan ketebalan yang sama atau hampir sarna. Keuntungan utama jenis sambungan ini ialah menghilangkan eksentrisitas yang timbul pada sambungan lewatan tunggal. Bila digunakan bersama dengan las tumpul penetrasi sempurna (full penetration groove weld), sambungan sebidang menghasilkan ukuran sambungan minimum dan biasanya lebih estetis dari pada sambungan bersusun. Kerugian utamanya ialah ujung yang akan disambung biasanya harus disiapkan secara khusus (diratakan atau dimiringkan) dan dipertemukan secara hati-hati sebelum dilas. Hanya sedikit penyesuaian dapat dilakukan, dan potongan yang akan disambung harus 21 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


diperinci dan dibuat secara teliti. Akibatnya, kebanyakan sambungan sebidang dibuat di bengkel yang dapat mengontrol proses pengelasan dengan akurat. 2.5.2

Sambungan Lewatan Sambungan lewatan merupakan jenis yang paling umum. Sambungan

ini mempunyai dua keuntungan utama, yaitu: 1. Mudah

disesuaikan.

Potongan

yang

akan

disambung

tidak

memerlukan ketepatan dalam pembuatannya bila dibanding dengan jenis sambungan lain. Potongan tersebut dapat digeser untuk mengakomodasi kesalahan kecil dalam pembuatan atau untuk penyesuaian panjang. 2. Mudah disambung. Tepi potongan yang akan disambung tidak memerlukan persiapan khusus dan biasanya dipotong dengan nyala (api) atau geseran. Sambungan lewatan menggunakan las sudut sehingga sesuai baik untuk pengelasan di bengkel maupun di lapangan. Potongan yang akan disambung dalam banyak hal hanya dijepit (diklem) tanpa menggunakan alat pemegang khusus. Kadangkadang potongan-potongan diletakkan ke posisinya dengan beberapa baut pemasangan yang dapat ditinggalkan atau dibuka kembali setelah dilas. Keuntungan lain sambungan lewatan adalah mudah digunakan untuk menyambung plat yang tebalnya berlainan. 2.5.3

Sambungan Tegak Jenis sambungan ini dipakai untuk membuat penampang bentukan

(built-up) seperti profil T, profil 1, gelagar plat (plat girder), pengaku tumpuan atau penguat samping (bearing stiffener), penggantung, konsol (bracket). Umumnya potongan yang disambung membentuk sudut tegak lurus. Jenis sambungan ini terutama bermanfaat dalam pembuatan penampang



yang dibentuk dari plat datar yang disambung dengan las sudut maupun las tumpul. 2.5.4

Sambungan Sudut Sambungan sudut dipakai terutama untuk membuat penampang

berbentuk kotak segi empat seperti yang digunakan untuk kolom dan balok yang memikul momen puntir yang besar. 2.5.5

Sambungan Sisi Sambungan sisi umumnya tidak struktural tetapi paling sering dipakai

untuk menjaga agar dua atau lebih plat tetap pada bidang tertentu atau untuk mempertahankan

kesejajaran

(alignment)

awal.

Seperti

yang

dapat

disimpulkan dari pembahasan di muka, variasi dan kombinasi kelima jenis sambungan las dasar sebenarriya sangat banyak. Karena biasanya terdapat lebih dari satu cara untuk menyambung sebuah batang struktural dengan lainnya, perencana harus dapat memilih sambungan (atau kombinasi sambungan) terbaik dalam setiap persoalan.

2.6

Rumusan Perhitungan 2.6.1

Momen Puntir Momen puntir harus dimengerti terlebih dahulu sebelum kita

melangkah lebih jauh. Tujuannya adalah untuk menghindari penafsiran yang menganggap bahwa momen dan kerja itu sama. Secara matematis momen dan kerja adalah sama. Karena persamaan yaitu gaya dikalikan dengan jarak (F x S). Tetapi secara fisis kerja dan momen berbeda, dalam kerja lintasannya berupa garis lurus sedangkan dalam momen lintasannya harus tegak lurus.



n

R

Gambar 2.18 Potongan melintang sebuah poros

Momen puntir yang dialami pada poros dapat dilihat dari penurunan persamaan : Daya =

ker ja (W ) Waktu ( s )

………………….(2.1)

Dimana kerja dalam satu putaran = F × 2πr , jika dalam satu menit ada n putaran, maka daya dalam satu putaran adalah N = 2πr × F × n

………………….(2.2)

Dengan mengkonversikan satuan menit ke detik maka diperoleh persamaan : N=

2πr × F × n 60

( kg m/s )

………………….(2.3)

Dari definisi momen puntir adalah gaya yang terjadi dikalikan dengan jarak,

T =F ×r

…………………..(2.4)

maka : N=

(T / 1000) × (2π × n / 60) 102

…………………(2.5)

sehingga T = 9,74 ×10 5

N n

(kg mm)

……………….(2.6)



Untuk langkah koreksi pada N diambil fc sebagai faktor koreksi. faktor koreksi ini tergantung jenis daya yang ditransmisikan.

Tabel 2.1 Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc) Fc

Daya yang akan ditransmisikan

Daya rata-rata yang diperlukan

1,2 – 2,0

Daya maksimum yang diperlukan

0,8 – 1,2

Daya normal

1,0 – 1,5

Sumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978

Maka : T=k.

…………………….(2.7)

dimana : Pd = N x fc

………………….(2.8)

T = Momen puntir ( kg mm ) Pd = Daya hasil koreksi (hp) n

2.6.2

= Jumlah putaran per menit (rpm)

Tegangan Geser yang Diizinkan Poros propeller pada umumnya meneruskan daya melalui roda gigi.

Dengan demikian poros propeller mendapatkan beban puntir, sedangkan tegangan geser yang diizinkan dapat ditentukan dari persamaan:

τa = dimana :

…………………….(2.9)

τa

=

σb

= kekuatan tarik yang dimiliki oleh suatu bahan poros

tegangan geser yang diizinkan



Sf1

= faktor keamanan yang tergantung pada sifat dari

su sf

Patah

syield

smaksimum/ultimatte

Tegangan (s)

bahan yang bersangkutan.

Regangan (e)

Gambar 2.19 Diagram tegangan-regangan tarik tipikal = daerah tegangan geser yang diizinkan (τa )

2.6.3

Diameter Poros Diameter poros dapat ditentukan dari hasil perhitungan tegangan geser

yang diizinkan, dimana tegangan geser yang diizinkan ≥ tegangan yang terjadi. Diameter poros dapat ditentukan dengan persamaan :

τa =

..……………………..(2.10)

τmax =

……………………...(2.11)



τa =

=

=

; asumsi, a = 0,8 di = a.do di4 = (a.do)4

maka ;

do min

=(

=[

Do Di



Gambar 2.20 Potongan melintang poros berongga

Jika yang ingin digunakan poros berongga maka persamaannya menjadi : Ip =

π [ D04 − Di4 ] 32

……………………..(2.14)

dimana : Do = diameter luar Di = diameter dalam Dengan demikian maka : Μp

16Μp

Tegangan puntir (τ p ) = Ιp C = πD 3

…………………..(2.15)

dimana : Mp = Momen puntir = T Ip =Inersia polar C

=1/2 D

Poros Berongga, maka τp =

Τ.D0

π ( D04 − Di4 ) 16

 Τ.D0 .16  Di = D04 −  τ p .π    

…..……………..(2.16) 1

4

…………………

(2.17) 2.6.4

Menghitung Universal Joint Universal joint, U sendi, Cardan joint, Hardy-Spicer sendi, atau

sendi Hooke adalah joint dalam sebuah batang kaku yang dimungkinkan batang tersebut membengkok dalam segala arah, dan umumnya digunakan pada rotary shaft (poros yang berputar) yang mengirimkan gerakan (putaran).



Terdiri dari sepasang engsel terletak berdekatan, berorientasi pada 90° untuk satu sama lain, dan dihubungkan dengan poros salib.

Gambar 2.21 universal joint Diameter Universal Joint dapat ditentukan dari hasil perhitungan tegangan geser yang diizinkan, dimana tegangan geser yang diizinkan ≥ tegangan yang terjadi. Diameter Universal Joint dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : •

Tegangan Geser Maksimum τ =

=

; v = gaya geser (mm2) A = luas penampang universal joint

•

Tegangan Lentur Maksimum

σmax =

; M = momen punter (Torsi) (kg.mm) c = diameter universal joint.(mm) J = momen inersia polar.(mm4) 29



•

Diameter Universal Joint Dengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, dapat dituliskan sebagai berikut : τ = tegangan geser maksimum (kg/mm2) τmax =

; σ = tegangan lentur maksimum (kg/mm2)

=

Dengan menggunakan cara trial and error, maka di peroleh harga dari diameter dari universal joint.

2.6.5

Menghitung Sambungan Las Mengelas adalah menyambung dua bagaian logam dengan cara memanaskan

sampai suhu lebur.dengan memakai behan pengisi. Dalam sambungan las ini, yang akan dibahas hanya bagaimana cara menghitung kekuatan hasil pengelasan saja. Sistim sambungan las ini termasuk jenis sambungan tetap dimana pada konstruksi dan alat permesinan, sambungan las ini sangat banyak digunakan. Untuk menghitung kekuatan sambungan las ini, disesuaikan dengan cara pengelasannya serta jenis pembebanan yang bekerja pada penampang yang dilastersebut. Dengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, maka kekuatan sambungan las dapat di ketahui dengan persamaan sebagai berikut :

h



τlas =

; Mp = T = memon punter (torsi) r = jarak titik pusat poros ke kulit terluar poros (

)

J = memon inersia polar J = 0,707.h.Ju Ju = 2π J = 0,707.h (2π

)

τlas =

BAB III PERHITUNGAN 3.1 Perhitungan Poros Gardan 3.1.1 Data Spesifikasi Mesin Data yang digunakan : Daya (N)

= 104 Hp pada 6000 rpm

Momen putaran maksimum = 14,4 Kg.m pada 4000 rpm 3.1.2 Torsi (T) Untuk menghitung Torsi maksimum, dengan asumsi Daya yang konstan maka dipilih putaran yang paling rendah, yaitu pada putaran 104 Hp 31 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


Putaran mesin (input) pada 6000 rpm. Karena daya yang dipakai adalah daya maksimum, maka faktor koreksi (fc) yang digunakan adalah 1,2. Pd (Daya yang direncanakan)

= fc.P = 1,2 (104) = 124,8Hp

3.1.2.1 Torsi yang terjadi Diketahui: Gear 1 = 1: 3,769 Gaer 2 = 1: 2,045 Gaer 3 = 1: 1,376 Gear 4 = 1: 1,000 Gear 5 = 1: 0,838 R = 1: 4,128 T=k.

T = 71620. T = 51245,8 kg.mm 3.1.3 Perhitungan Diameter Poros Diketahui :

cb = faktor lenturan Kt = faktor koresi (jika terjadi kejutan atau tumbukan) a = perbandingan diameter di terhadap do poros T = 39065,454 Kg.mm a = 0,8 cb = 1 kt = 1,5



Dalam perancangan poros propeller Toyota Avanza di asumsikan bahan yang digunakan ST 37, yang memiliki kekuatan tarik sebesar

σ B = 37kg / mm 2 3.1.3.1 Tegangan Geser yang Dizinkan τa =

σb Sf

Dimana faktor keamannya : Sf 1 = 6

Maka tegangan geser yang diizinkan : τa =

37 kg / mm 2 = 6,16 kg/mm2 6

3.1.3.2 Perhitungan Diameter Poros

τmax =

τa = =

;

τa = Tegangan ijin poros = 6,16 kg/mm T

= Torsi propeller

Ip

= Momen Inersia

C

= Jari – jari propeller (mm)

=

= 51245,8 kg.mm (mm4 )

=

=

; 33 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS

2


asumsi, a= 0,8 di = a.do di4 = (a.do)4 do min

=(

=[

= = 20,24 mm di = a.do =0,8.(20,24) di = 16,192 mm dalam perancangan ini, diameter luar yang dipilih sebesar 63mm. diameter tersebut diesesuaikan dengan data yang ada (63 mm > 20,24 mm). Sehingga diameter dalamnya adalah : di = a.do di = o,8.(63) = 50,4 mm Pemeriksaan Tegangan geser yang terjadi, adalah :

τ=

=

=

=

= 1,768 kg/mm2



Berdasarkan hasil perhitungan yang diperoleh, maka Tegangan yang terjadi (τ = 1,768 kg/mm2) lebih kecil dari tegangan geser yang sebenarnya sebesar (τa = 6,16 kg/mm2). sehingga (τ = 6,16 kg/mm2 > τa = 1,768 kg/mm2).

AMAN.

3.2 Perhitungan Universal Joint Y F2y F1x X F1x F2y 3.2.1 DBB Universal Joint Dapat Disederhanakan F1x

L= 59 mm F1x= 51245,8 kg . mm a

b M

a

x b

x

x 59 mm

F1x

3.2.2 DBB Potongan • DBB potongan (a-a)

F1x M N

+ ∑ Fy = 0 ; -V+F1x=0



V

V= F1x= 51245,8 kg.mm

• DBB potongan (b-b)

M

+ ∑M=0; -M+F1x.(x)=0

N

-M+F1x( =0 V

M = 51245.8( F1x

= 1511751.1

kg.m • Diagram Momen Lentur M F1x( (+) 0

X (-)

F1x(

3.2.3 Tegangan Geser Maksimum

τ=

=

=

= 48,18 kg.mm

3.2.4 Tegangan Lentur Maksimum

σmax = 36 JURUSAN TEKNIK MESIN ITENAS


=

3.2.5 Diameter Universal Joint Diketahui, Bahan, SNCM 25, σu = 120 kg/mm2 Sf = 6

τa =

= 20 kg/mm2

Dengan menggunakan Teori Tegangan Geser Maksimum, dapat dituliskan sebagai berikut :

τmax = 20 kg/mm

=

= (20)2

= d = 42,5 mm



Dengan menggunakan cara trial and error, maka di peroleh harga dari diameter seperti pada tabel berikut : Tabel 3.1 Hasil perhitungan dengan menggunakan cara trial and error d (mm)

τ (kg/mm )

35 40 42 42,5 42,4

1290 579 432,31 402,68 408,41

2

Sumber: hasil perhitungan, 2013

3.3 Perhitungan Sambungan Las 6,3

t `

r

Dipilih lebar las sama dengan tebal pipa,yaitu 6,3mm .

τlas =

; Mp = T = 51245,8

kg.mm

r =

31,5 mm.

J = 0,707.h.Ju = 0,707.h (2π

) 38



τlas = =

=

τa

= 1,846 kg/mm2

= 6,16 kg/mm2

Dalam sambungan las yang akan didesain, kekuatan kawat yang akan diambil memiliki kekuatan sama dengan bahan induk (poros).

τa(las) < τa(poros), sebesar 1,846 kg/mm < 6,16 kg/mm 2

2

AMAN.

BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN Agar poros yang direncanakan mampu menahan terjadinya defleksi akibat puntiran, maka tegangan geser maksimum yang seabenarnya poros harus lebih kecil atau sama dengan tegangan geser yang diijinkan. Dari hasil perhitungan penentuan dimensi utama poros propeller, memang terdapat beberapa penyimpangan dibandingkan dengan keadaaan yang sebenarnya. Penyimpangan yang terjadi ini kerena dalam perhitungan yang diameter poros yang



dihitung adalah diameter minimum poros yang dapat menahan beban maksimum yang terjadi. Tetapi secara umum dapat disimpulkan bahwa hasil perancangan poros propeller masih aman untuk di gunakan pada Toyota Avanza. Satu hal yang perlu ditekankan bahwa dalam suatu perancangan ada faktor yang sangat penting dalam menunjang keberhasilan suatu proses perancangan yaitu pengalaman dalam merancang. Dengan pengalaman yang cukup banyak, maka seorang perancang dapat mengambil faktor-faktor berdasarkan beberapa asumsi yang tepat sedemikian rupa sehingga rancangannya optimal. Namun demikian dalam menilai suatu proses perancangan, secara umum kita tidak dapat membenarkan atau menyalahkan suatu hasil perancangan karena tergantung oleh banyaknya variabel serta dilakukannya beberapa pembulatan terhadap hasil perhitungan. Semua hasil perhitungan ini menunjukkan bahwa poros yag direncanakan telah memenuhi syarat untuk dibuat dan dioperasikan.

BAB V KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan spesifikasi poros propeller belakang hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut : 1. Poros Propeller 

Bahan ST 37 40





Daya pada mesin

= 104 Hp



Momen puntir rencana (T)



Diameter poros luar (do) = 20.24 mm



Diameter poros dalam (di) = 16.192 mm

= 51245.8 kg mm

Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan spesifikasi universl joint hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut : 2. Universal joint 

Bahan (JIS G 4103) SNCM 25



Diameter universal joint (ds) = 42.5 mm



Panjang universal join (L) = 59 mm



Tegangan lentur maksimum (σmax) = 401,38 kg.mm



Tegangan geser maksimum (τ) = 48,18 kg.mm Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan, dapat diambil kesimpulan

bahwa kekutan sambungan las pada poros propeller hasil penentuan yang digunakan pada Toyota Avanza, adalah sebagai berikut : 3. Kekuatan sambungan las 

Tegangan geser yang di ijinkan pada bahan (τa) = 6,846 kg/mm2



Tegangan geser las yang sebenarnya (τlas) = 1,846 kg/mm2 Dalam sambungan las akan diambil kekuatan kawat sambungan las sama

dengan bahan induk (poros).

τa(las) < τa(poros), sebesar 1,846 kg/mm < 6,16 kg/mm 2

2

AMAN.



DAFTAR PUSTAKA 1. Sularso dan Suga, K. 1987. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : P.T. Pradnya Paramita. 2. Niemann, G alih bahasa Budiman, Anton dan Priambodo, Bambang. 1992. Elemen Mesin, Desain dan Kalkulasi dari Sambungan, Bantalan dan Poros Jilid 1. Jakarta : Erlangga.



3. Spotts, M.F. 1985. Design of Machine Elements, 6th Edition. Englewood Cliffs : Prentice Hall International, Inc. 4. Dieter,George E alih bahasa Djaprie, Sriati. 1986. Metalurgi Mekanik. Jakarta: Erlangga. 5. Sato, G. Takeshi dan Hartanto, N. Sugiarto. 1989. Menggambar Mesin Menurut Standar ISO. Jakarta : P.T. Pradnya Paramita. 6. Popov, E.P. 1981. SI Version Mechanics Of Materials 2nd Edition. Englewood Cliffs : Prentice Hall International, Inc.

LAMPIRAN Lampiran 1 : Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fc Daya yang akan ditransmisikan Daya rata – rata yang diperlukan

1,2

fc –

2,0

Daya maksimum yang diperlukan

0,8

–

1,2

Daya normal

1,0

–

1,5



Lampiran 2 : Baja paduan untuk poros

Lampiran 3 : Baja karbon untuk kontruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros



Lampiran 4 : Penggolongan baja secara umum Golongan Baja lunak

Kadar C % - 0,15

Baja liat

0,2 – 0,3

Baja agak keras

0,3 – 0,5

Baja keras

0,5 – 0,8

Baja sangat keras

0,8 – 1,2

Lampiran 5 : Standar baja



Toyota Dipasarkan oleh dealer resmi Toyota di Indonesia yaitu Auto2000, Tunas Toyota, Nasmoco dan Astrido Toyota. Lampiran 6 : Spesifikasi kendaraan mesin.

Mesin

K3-VE

3SZ-VE 46



semuanya mesin bensin semuanya tersedia dalam transmisi manual ataupun otomatis

4 silinder segaris, 16-katup DOHC, VVT-i EFI

4 silinder segaris, 16-katup DOHC, VVT-i EFI

1.298 (1.300)

1.495 (1.500)

Diameter x langkah (mm x mm)

72 x 79.7

72 x 91.8

Daya maksimum (PS/rpm)

92/6000

104/6000

Torsi maksimum (kgm/rpm)

12.2/4000

14.4/4000

Avanza 1.3 E dan 1.3 G

Avanza 1.5 S

Tipe mesin

Isi silinder (cc)

Dipakai di


Tugas Elmes 1 Avanza Edit

Recommend Documents