BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN...

Universitas Wijaya Putra

40

BAB IVPERENCANAAN DAN PERHITUNGAN TRANSMISI PADA MESIN

PERAJANG TEMBAKAU DENGAN PENGGERAK KONVEYOR

4.1 Perencanaan Pulley dan V-Belt 1

4.1.1 Penetapan Diameter Pulley 1

1. Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm)

n2 = ?

Gambar 4.1 Perencanaan susunan belt dan pulley

Data awal yang diketahui :

Motor yang digunakan Motor Listrik = 1/4HP

Diameter pulley penggerak (D1) = 75 mm

Diameter pulley yang digerakan (D2) = 200 mm

Putaran pulley penggerak (n1) = 2800 rpm

n2 =

n2 =

n2 = 1050 rpm

D2

C

D1


41

2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull)

Vp =

Vp = ,Vp = 10,99 m/det

3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg)

F =

F = ,, / = 1,73 kg

4. Penerapan V-Belt

Data diameter pulley dan jarak poros motor :

D1 (diameter pulley penggerak) = 75 mm

D2 (diameter pulley yang digerakkan) = 200 mm

â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 310 mm

Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi :

Tegangan yang timbul

K = 2 x φ x σo

Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan)

σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan)

( ir.Wayan Barata, 1998 )

Maka : K = 2 x 0,7 x 12

= 16,8 kg cm


42

Luas penampang V-belt A(cm2)

A =

= ,, /= 0,654 cm2

Table 4.1 diameter V-belt

Tipe penampang O A B C D E F

Luas penampang A (cm2)0,5 0,8 1,4 2,3 4,8 7,0 11,7

Tinggi belt (h)5,0 8,0 10,5 13,5 19,0 23,5 30,0

Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A

Panjang V-Belt

L = 2â + (D2 + D1 ) +â

Dimana : â = jarak poros 310mm

D1 = 75 mm

D2 = 200 mm

Maka,

L = 2(310) + , x (200+75) + ( )L = 620 mm + 431,75 mm + 60,99 mm

L = 1.112,74 mm


43

Kekendoran V-belt,Amin (mm)

Tipe belt A :

Amin = â - 2 h

Dimana : h = 8,0 mm

= 310 – 2.(8,0mm)

= 294 mm

Ketegangan V-belt, Amax (mm)

Tipe belt F :

Amax = (1,05~110).â

= 1,10 x 310 mm

= 341 mm

Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2

max = ( . . )+ .( . )+ ( . )Dimana :

= Tegangan awal untuk V-belt = 12 kg/cm2

F = Gaya keliling yang terjadi = 1,73 kg

Z = Jumlah V-belt = 1 buah

A = Luas penampang = 0,8 cm2

Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2

g = Percepatan grafitasi = 9,8 m/det2 x 100


44

Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2

h = Tinggi belt = 8,0 mm = 0,8 cm

Dmin = Diameter pully terkecil = 75 mm = 7,5 cm

V1 = Kecepatan pully penggerak = 10,99 m/det

Maka :

max = 12 + ,( , )+ , ( , )( , ) + ( , ),= 12 + 1,08 + 1,54 + 64

= 78,62 kg/cm2

5. Jumlah putaran V-belt

U = = , , x 1000 = 9,88 rps

6. Umur belt, H (jam kerja)

= ( . . ) σσ

Dimana :

Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan)

U = 9,88 = jumlah putaran V-belt (rps)

X = 2 (jumlah pulley yang berputar) buah

m = 8, factor buah V-belt (tetapan)

σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan)

σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt

= 78,62 kg/cm2


45

maka :

= ( , ) ,= 140,6 x 2,6

= 365,56 jam kerja

Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan

Gambar 4.2 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt

Perhitungan yang diperlukan meliputi :

Dari table untuk V-belt tipe A didapat(ir.Wayan Barata, Element Mesin, hal. 163)

e = 12,5 mm

c = 3,5 m

t = 16 mm

s = 10 mm


46

Maka :

Dout 1 = dpull 1 +2.c Dout 2 = dpull 2 +2.c

= 75 + 2 . 3,5 = 200 + 2 . 3,5

= 82 mm = 207 mm

Din 1 = Dout 1 - 2.e Din 2 = Doutl 2 - 2.e

= 75 - 2 . 12,5 = 200 - 2 . 12,5

= 60 mm = 185 mm

7. Lebar pulley, B (mm)

Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan

sama, maka:

Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s

Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah

Maka :

Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10

= 0 + 20

= 20 mm

8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree)

α =180 -â

.600

Dimana : â = 310 (jarak antar poros penggerak) mm

dpull 1 = 75 mm

dpull 2 = 200 mm


47

Maka :

α =180o – ( ) .600

α =180o – 24,2o

α = 155,80

9. Torsi yang terjadi pada pulley

T = F

T = 1,73 kg x

T = 64,875 kg.cm

4.2 Perencanaan Pulley dan V-Belt 2

4.2.1 Penetapan Diameter Pulley 2

1. Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm)

n2 = ?

Gambar 4.3 Perencanaan susunan belt dan pulley

Data awal yang diketahui :

D1

D2

c


48

Motor yang digunakan Motor Listrik = 180W

=0,18kW

Diameter pulley penggerak (D1) = 91 mm

Diameter pulley yang digerakan (D2) = 75 mm

Putaran pulley penggerak (n1) = 35 rpm

n2 =

n2 =

n2 = 42,5 rpm

2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull)

Vp =

Vp = ,Vp = 0,167 m/det

3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg)

F =

F = ,, /F = 109,9 kg

4. Penerapan V-Belt

Data diameter pulley dan jarak poros motor :

D1 (diameter pulley penggerak) = 91 mm

D2 (diameter pulley yang digerakkan) = 75 mm

â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 183 mm


49

Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi :

Tegangan yang timbul

K = 2 x φ x σo

Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan)

σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan)

Maka : K = 2 x 0,7 x 12

= 16,8 kg cm Luas penampang V-belt A(cm2)

Dari tabel 4.1 di bawah A didapat 0,8 cm2

A =

= ,, /= 6,5 cm2

Table 4.1 diameter V-belt

Tipe penampang O A B C D E F

Luas penampang A (cm2)0,5 0,8 1,4 2,3 4,8 7,0 11,7

Tinggi belt (h)5,0 8,0 10,5 13,5 19,0 23,5 30,0

Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A

Panjang V-Belt

L = 2â + (D2 + D1 ) +â

Dimana : â = jarak poros 183 mm


50

D1 = 91 mm

D2 = 75 mm

Maka,

L = 2(183) + , (75+91) + ( )L = 336 mm + 260,63 mm + 37,64 mm

L = 634,27 mm

Kekendoran V-belt,Amin (mm)

Tipe belt A :

Amin = â - 2 h

Dimana : h = 8,0 mm

= 183 – 2.(8,0mm)

= 167 mm

Ketegangan V-belt, Amax (mm)

Tipe belt F :

Amax = (1,05~110).â

= 1,10 x 183 mm

= 184,10mm

Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2

max = ( . . )+ .( . )+ ( . )Dimana :

= Tegangan awal untuk V-belt = 12 kg/cm2


51

F = Gaya keliling yang terjadi = 109,9 kg

Z = Jumlah V-belt = 1 buah

A = Luas penampang = 0,8 cm2

Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2

g = Percepatan grafitasi = 9,8 m/det2 x 100

Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2

h = Tinggi belt = 8,0 mm = 0,8 cm

Dmin = Diameter pully terkecil = 75 mm = 7,5 cm

V1 = Kecepatan pully penggerak = 1,67 cm/det

Maka :

max = 12 + ,( , )+ , ( , )( , ) + ( , ),= 12 + 68,69 + 0,036 + 64

= 144,726 kg/cm2

5. Jumlah putaran V-belt

U = = , , x 1000 = 0,26 rps

6. Umur belt, H (jam kerja)

= ( . . ) σσ


52

Dimana :

Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan)

U = 0,26 = jumlah putaran V-belt (rps)

X = 2 (jumlah pulley yang berputar) buah

m = 8, factor buah V-belt (tetapan)

σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan)

σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt

= 144,726 kg/cm2

maka :

= ( , ) ,= 5341,9 x 0,0224

= 119,7 jam kerja

Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan

Gambar 4.4 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt


53

Perhitungan yang diperlukan meliputi :

Dari table untuk V-belt tipe A didapat (Ir.Wayan Barata,Element Mesin, hal. 163)

e = 12,5 mm

c = 3,5 m

t = 16 mm

s = 10 mm

Maka :

Dout 1 = dpull 1 +2.c Dout 2 = dpull 2 +2.c

= 91 + 2 . 3,5 = 75 + 2 . 3,5

= 98 mm = 82 mm

Din 1 = Dout 1 - 2.e Din 2 = Doutl 2 - 2.e

= 91 - 2 . 12,5 = 75 - 2 . 12,5

= 66 mm = 50 mm

7. Lebar pulley, B (mm)

Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan

sama, maka:

Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s

Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah

Maka :Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10

= 0 + 20

= 20 mm


54

8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree)

α =180 -â

.600

Dimana : â = 183 (jarak antar poros penggerak) mm

dpull 1 = 91 mm

dpull 2 = 75 mm

Maka :

α =180o – ( ) .600

α =180o –( –5,3)o

α = 185,30

9. Torsi yang terjadi pada pulley

T = F

T = 109,9 kg x

T = 5000,45 kg.cm

4.3 Perencanaan poros 1

4.3.1 Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 1

Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :

N = 1/4 HP

n1 = 2800 rpm

∝ = 185,3o


55

Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt)

F = 1,73 lb

Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :

Fr = Fφsin ∝2

= 1,730,9 sin 155,82= 1,92 sin 77,9

= 1,9 lb

4.3.2 Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 1

Gambar 4.5 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros1

1. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi)

Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000

psi, N = 2,5

max = , .= , . , = 10000 psi

RA RB

A BC

Fc

1,383,86


56

2. Torsi poros, Tp (lb.in)

Tp = .Dimana :

Hp = 1/4 Hp

n = 2800 rpm

maka :

Tp = . ,= 56,25 lb.in

3. Tegangan tarik pada pulley

Gambar 4.6 tegangan Tarik pulley

Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1

Maka, 52

1 F

F

Dimana: 1F = batas kekuatan tarik maksimum V-belt

2F = batas kekuatan tarik minimum V-belt

2pullD = 200 mm = 7,87 inch

F1

F2

n

Fd


57

Maka,

212

.2

pulld

TFF

212

.2

pulld

TFF

87,7

25,56212

xFF

= 14,29 lb

untuk 2F

21 5FF

29,145 12 FF

29,144 2 F

lb3,572 F

untuk 1F

21 5FF

3,5751 xF

lb17,851 F


58

Maka,

cos.cos. 21 FFFd

212 dd

b

2

75200 b

mmb 5,622

125

222 bax

22 bax

22 5,62310 x

25,390696100 x

25,006100x

mm316,2x

x

acos

2,316

310cos

a∝∝∝ααα

xb


59

0,98cos

011,360,98cosarc

02

01 36,11cos.36,11cos. FFFd

98,0.57,398,0.85,17

5,349,17

lb99,20

4. Perhitungan gaya pada poros 1

Gambar 4.7 Free body diagram poros 1

∑ Fv = 0

RA+ RB- Fc = 0

RA + RB = Fc

RA+RB = 1,73

∑ MA = 0

Fc x 5,24 - RB x 3,86

-RB x 3,86 = -1,73 x 5,24

-RB = ,,RB = 2,35 lb (arah perumpamaan benar)

Dari persamaan 1,2

RA RB

1,383,86

FcA B

C


60

RA + RB = 1,73

= 1,73 – 2,35

RA = - 0,62 lb (arah perumpamaan terbalik)

Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C

Daerah A– B

Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1

= - 0,62 x 0

= 0

Untuk X1 = 3,86 in → MB = RA x X1

= - 0,62 lb x 3,86 in

= - 2,39 lb in

Daerah B – C

Momen = - Fc x X2

Untuk X2 = 0 → MC = Fc x X2

= 1,73 x 0

= 0

Gambar 4.8 diagram momen

A C

MB=- 2,39 lb in

B


61

5. Diameter poros, Dp (mm)

Diketahui : T = 56,25 lb.in

M = - 2,39 lb.in

Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1040,

Syp = 50.000 Psi, N = 2,5= 0,5 sypN=, . ,

= 10000 Psi

≥ 16( . ) (Tp + )≥ 16(3,14 . 10000) (56,25 ) + (−2,39 )≥ 16(31400) 3169,8≥ 1631400 56,3≥ 900,831400≥ √0,0287 ≥ 0,306 = 7,77

Diameter poros ≥ 7,77 mm, maka perencanaan poros aman

Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yangberdiameter 19 mm


62

4.4 Perencanaan poros 2

4.4.1 perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 2

Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :

N = 180 w

n1 = 35 rpm

∝ = 185,3o

Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt)

F = 109,9 lb

Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :

Fr = Fφsin ∝2

= 109,90,9 sin 185,32= 122,1 sin 92,65

= 121 lb

4.4.2 Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 2

Gambar 4.9 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros 2

RA RC

A B C

FB

4,94,9


63

6. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi)

Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000

psi, N = 2,5

max = , .= , . , = 10000 psi

7. Torsi poros, Tp (lb.in)

Tp = .Dimana :

Hp = 0,18 kW

n = 35 rpm

maka :

Tp = . ,= 324 lb.in

8. Tegangan tarik pada pulley

Gambar 4.10 tegangan Tarik pulley

Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1

F1

F2

n

Fd


64

Maka, 52

1 F

F

Dimana: 1F = batas kekuatan tarik maksimum V-belt

2F = batas kekuatan tarik minimum V-belt

2pullD = 75 mm = 2,95 inch

Maka,

212

.2

pulld

TFF

212

.2

pulld

TFF

95,2

324212

xFF

= 219,7 lb

untuk 2F

21 5FF

7,2195 12 FF

7,2194 2 F

lb54,92 F

untuk 1F


65

21 5FF

54,951 xF

lb274,51 F

Maka,

cos.cos. 21 FFFd

221 dd

b

2

7591 b

mmb 82

16

222 bax

22 bax

22 8183 x

6433489 x

33553x

mm183,2x

a∝∝∝ααα

xb


66

x

acos

2,183

183cos

0,998cos

03,60,998cosarc

02

01 6,3cos.6,3cos. FFFd

998,0.9,54998,0.5,274

7,549,273

lb6,328

9. Perhitungan gaya pada poros Utama

Gambar 4.11 Free body diagram poros 2

∑ Fv = 0

RA+ RC- FB = 0

RA + RC = FB

RA+RC = 109,9

∑ MA = 0

RA RC

A B CFB

4,94,9


67

FB x 4,9 - RC x 9,8

-RC x 9,8 = -109,9 x 4,9

= ,,RB = 54,95 lb (arah perumpamaan benar)

Dari persamaan 1,2

RA + RC = 109,9

= 109,9 – 54,95

RA = 54,95 lb (arah perumpamaan benar)

Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C

Daerah A– B

Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1

= 54,95 x 0

= 0

Untuk X1 = 4,9 in → MB = RA x X1

= 54,95 lb x 4,9 in

= 269,25 lb in

Daerah B – C

Momen = - FB x X2

Untuk X2 = 0 → MC = FB x X2

= 109,9 x 0

= 0


68

Gambar 4.12 diagram momen

10. Diameter poros, Dp (mm)

Diketahui : T = 56,25 lb.in

M = - 2,39 lb.in

Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1050,

Syp = 50.000 Psi, N = 2,5

= 0,5. sypN=, . ,

= 10000 Psi

≥ 16( . ) (Tp + )≥ 16(3,14 . 10000) (56,25 ) + (−2,39 )≥ 16(31400) 3169,8≥ 1631400 56,3≥ 900,831400

A C

MB=269,25 lbin

B


69

≥ 0,025≥ 0,29 = 7,37

Diameter poros ≥ 7,37 mm, maka perencanaan poros aman

Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yangberdiameter 17 m

4.5 Perencanaan Bantalan 1

Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2,

data yang diketahui :

Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :

Diameter luar bantalan (Dp) = 35mm = 1,378 in

Beban statis dasar (Co) = 3,070 lb

Beban dinamis dasar (C) = 4,440 lb

Putaran maksimum (n) = 1050 rpm

Gaya radial (Fr) = 1,9 lb

Daya yang hilang ( akibat gesekan )

Hp = . .= , ,= ,= 0,022 Hp


70

Umur Bantalan

L10 = .Dimana : L10 = Umur bantalan

C = Basic dynamic load rating = 4,440 lb

V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1

P = Beban ekuivalen

= V . Fr = 1 . ( 1,9 ) = 1,9 lb

Fr = Beban radial

n = putaran ( rpm ) = 1050 rpm

Maka,

L10 = , , . jam

= 127,61 x 15,87

= 2025,17 jam


71

4.6 Perencanaan Bantalan 2

Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2,

data yang diketahui :

Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :

Diameter luar bantalan (Dp) = 32mm = 1,26 in

Beban statis dasar (Co) = 1.910 lb

Beban dinamis dasar (C) = 2,760 lb

Putaran maksimum (n) = 35 rpm

Gaya radial (Fr) = 121 lb

Daya yang hilang ( akibat gesekan )

Hp = . .= ,= ,= 0,016 Hp


72

Umur Bantalan

L10 = .Dimana : L10 = Umur bantalan

C = Basic dynamic load rating = 2760 lb

V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1

P = Beban ekuivalen

= V . Fr = 1 . ( 121 ) = 121 lb

Fr = Beban radial n = putaran ( rpm ) = 35 rpm

Maka,

L10 = , . jam

= 11,868 x 476,19

= 5651,42 jam

BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN...

Documents

Transcript of BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN...