Dividing Head Digital

TUGAS

MATA KULIAH TEKNIK RANCANG BANGUN

PERANCANGAN DIGITAL DIVIDING HEAD

BERBASIS MIKROKONTROLER

Disusun oleh:

Nama : RONI SETIAWAN

NIM : 08518241014

Prodi : PT. Mekatronika

PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2010/2011

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kepala pembagi merupakan alat bantu yang penting dalam proses

pengefraisan. Alat ini digunakan untuk membagi lingkaran atau keliling

benda kerja menjadi bagian yang sama, seperti pada pembuatan roda gigi,

segi empat, segienam, segi delapan dan lainnya. Alat ini dapat juga digunakan

untuk memutar benda kerja dengan perbandingan relatif terhadap meja seperti

pada pembuatan helik dan pereameran.

Prinsip utama dari kepala pembagi adalah dengan di putar sebesar sudut

putar tertentu akan menghasilkan putaran cekam/benda kerja sejauh tertentu.

Dengan memanfaatkan piringan pembagi, kepala pembagi dapat membagi

keliling ligkaran menjadi bagian yang sama. Bagian utama dari alat pembagi

adalah roda gigi cacing dan ulir cacing dengan perbandingan putaran tertentu.

Piringan pada kepala pembagi memiliki banyak lubang dengan tingkatan

tertentu. Sehingga dapat dibuat patokan untuk membagi keliling lingkaran

menjadi bagian yang sama.

Kepala pembagi dengan tingkat kemampuan dan ketelitian pembagi

sangat tergantung dari piringan pembagi yang digunakanya. Semakin banyak

lubang pada piringan pembagi, berarti semakin panjang jangkauan

pembagianya juga semakin teliliti tingkat pembaginya. Dengan semakin

banyak lubang pembagi, operator harus semakin teliti dalam setiap pemutaran

pedal pembagi. Dengan semakin telilitinya, operator akan cepat lelah

sehingga faktor human eror akan bertambah.

Untuk itu, dibuatlah inovasi baru Digital Dividing Head, yaitu kepala

pembagi yang menggunakan prinsip digital. Prinsip kerja dari kepala pembagi

ini tidak jauh berbeda dengan kepala pembagi konvensional (menggunakan

piringan pembagi), yaitu dengan putaran tertentu dapat menghasilkan putaran

tertentu pada benda kerja. Perbedaan yang dominan antara kepala pembagi

digital dengan kepala pembagi konvensional adalah cara pembagianya. Pada

2

kepala pembagi konvensional pembagianya menggunakan perhitungan

manual, kemudian operator memutar spindle pemutar sebesar sudut tertentu

terhadap piringan pembagi. Sedangkan kepala pembagi digital, pembaginya

menggunakan mikrokontroler. Semisal operator menginginkan membagi

lingkaran menjadi 20. Operator tidak perlu menghitung berapa lubang harus

dia putar, tetapi operator cukup mengetik berapa pembagi yang diinginkan

pada keypad yang tersedia kemudian tekan OK. Selanjutnya operator siap

untuk mengfrais. Untuk pemutaran selanjutnya operator tinggal menekan

berlawanan dengan jarum jam. Penekanan tombol dilakukan sampai benda

kerja menjadi yang diinginkan. Dengan hanya menekan tombol berarti

operator melakukan kerja yang efisien, dan factor human error pun lebih

kecil.

Selain itu untuk pembagian diferensial, dividing head digital lebih

efektif dari pada yang konvensional. Karena pada kepala pembagi digital

tidak perlu mengganti roda gigi bantu (seperti pada kepala pembgi

diferensial), tetapi cukup mengetik berapa nilai pergeseran (sudut aksial) dan

berapa panjang benda pada keypad yang tersedia di eretan. Selanjutnya tekan

OK. Eretan akan bergerak maju/mundur sesuai yang diinginkan sepanjang

benda kerja yang telah ditentukan.

1.2 Batasan Masalah

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah untuk memperkecil factor human

eror dalam pembuatan roda gigi dengan tidak mengurangi tingkat kepresisian

dalam pembuatan roda gigi. Adapaun batasan masalahnya adalah:

1. Bagaiamana desain dividing head digital?

2. Bagaiamana cara kerja dari dividing head digital?

3. Apa saja kelebihan dan kelemahan dividing head digital?

3

BAB II

PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN

2.1 Desain Konstruksi

Konstruksi dari digital dividing head ini pada dasarnya sama dengan

konstruksi dari dividing head konvensional. Perbedaanya terletak pada ada

dan tidaknya piringan pembagi, serta penambahan eretan pada dividing head

digital. Pada dividing head konvensianal terdapat piringan pembagi yang

berfungsi untuk membagi benda kerja. Sedangkan pada dividing head digital

tidak terdapat piringan pembagi, karena system pembagianya menggunakan

putaran motor servo yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Selain itu pada

dividing head digital memiliki eretan yang tidak dimiliki oleh dividing head

konvensioanal. Eretan ini berfungsi untuk pembagian diferensial. Sedangkan

pada dividing head konvensianal pembagian diferensial menggunakan

susunan roda gigi dengan perbandingan rasio tertentu. Berikut adalah

konstruksi dari dividing head digital:

1

2

3

4

5

6

7 8

4

9

10

11

12

13

8

7

2

14

6

15

16

17

5

Keterangan:

1. Cekam 10. Roda gigi lurus

2. Box gigi pembagi 11. Roda gigi pembagi utama (roda cacing)

3. Box utama 12. Motor servo

4. Box eretan 13. Roda gigi pembagi utama (ulir cacing)

5. Keypad 14. Roda gigi pembagi sudut (roda cacing2)

6. Pemutar 15. Roda gigi pembagi sudut (ulir cacing2)

7. Landasan eretan 16. Roda gigi pembagi sudut (ulir cacing1)

8. Poros ulir eretan 17. Roda gigi pembagi sudut (roda cacing1)

9. Poros utama

2.2 Langkah Pembuatan

Langkah-langkah pembuatan Digital Dividing Head secara garis besar

adalah:

1. Penyediaan bahan dan komponen yang diperlukan

Untuk membuat digital dividing head ini diperlukan bermacam macam

bahan dan komponen yang berfariasi. Untuk mewujudkan alat ini

sebaiknya semua barang sudah tersedia sesuai rencana.

2. Pembuatan Poros Utama

Poros utama dibuat dengan memperhitungkan berapa besar beban yang

akan dipikulnya.

3. Pembuatan roda gigi pembagi utama

Roda gigi pembagi utama menggunakan pasangan roda gigi cacing. Pada

alat ini perbandigan putaran antara roda gigi cacing dan ulir cacing

adalah 50:1. Untuk mendapatkan perandingan putaran tersebut dilakukan

perhitungan untuk membuat pasangan roda gigi cacing dengan ulir

cacing. Pada poros ulir cacing, nantinya akan dibuat roda gigi lurus yang

berfungsi sebagai transmisi putaran dari motor servo ke ulir cacing.

4. Pembuatan box roda gigi pembagi

Box ini berfungsi sebagai tempat poros dimana roda gigi pembagi

berputar.

6

5. Pembuatan roda gigi pembagi sudut

Bagian ini berfungsi agar kepala pembagi dapat membentuk sudut 0o

90o. Bagian ini terdiri dari 2 buah roda gigi cacing dan ulir cacing.

Perbandingan dari roda gigi ini adalah 900:1. Hal ini diharapkan supaya

kepala pembagi lebih teliti dalam membentuk sudut vertical. Dengan

perbandingan rasio tersebut maka untuk mendapatkan 1o pergeseran

poros utama menuju sumbu vertical dibutuhkan 2,5 putaran.

6. Pembuatan box kepala pembagi

Box ini berfungsi sebagai housing dari pada roda gigi yang ada. Box ini

terdiri dari box roda gigi pembagi utama, box roda gigi pemutar sudut

kepala pembagi, box motor servo, serta rangkaian mikrokontroler yang

berfungsi sebagai control pembagi.

7. Pembuatan roda gigi motor servo

Alat ini menggunakan 2 buah servo, yaitu satu buah servo sebagai

pembagi utama, dan servo lainya digunakan pada eretan yang nantinya

dapat digunakan pada pembagian diferensial. Roda gigi ini berfungsi

untuk mentaransmisikan putaran dari motor servo ke roda gigi pembagi

utama. Perbandingan ratio pada servo pembagi dengan ulir cacing

pembagi adalah 2:1, sedangkan ratio antara servo eretan dengan ulir

cacing eretan adalah 2:1.

8. Pembuatan roda gigi dan ulir eretan

Roda gigi dan ulir pada eretan ini berfungsi untuk pembagian diferensial.

Susunan roda gigi ini terdiri dari pasangan roda gigi cacing serta

pasangan ulir M20 x 1,75. Gambar dan susunan roda gigi dan ulir dapat

dilihat dalam gambar. Pasangan roda gigi cacing memiliki perbandingan

50:1. Sehingga dengan susunan seperti gambar untuk menggeser eretan

per 1 mm diperlukan 28,57 putaran pada ulir cacing atau 57,14 putaran

pada servo eretan.

9. Pembuatan landasan dan eretan bawah

Kepala pembagi ini dilengkapi dengan landasan dan eretan. Landasan

berfungsi sebagai tempat berpegangnya kepala pembagi dengan meja

7

mesin frais, sedangkan eretan berguna jika kepala pembagi digunakan

untuk pembagian diferensial.

10. Pembuatan rangkaian elektronik dan pemrograman mikrokontroler

Pada alat ini system pembagianya menggunakan keypad sebagai input,

kemudian diproses dalam mikrokontroler dan selanjutnya mikrokontroler

memberikan sinyal terhadap motor servo untuk berputar sebesar sudut

tertentu, dan selanjutnya motor servo memutar roda gigi. Mulai dari

pengaturan kecepatan arah dan jumlah putaran motor servo dikendalikan

oleh mikrokontroler.

8

Bagan alur pembuatan Dividing Head dapat dilihat pada gambar

berikut:

Membuat gambar desain

Pengadaan bahan dan

komponen yang diperlukan

Perhitungan gaya

Pembuatan

roda gigi pembagi

Pembuatan

box gigi pembagi

Pembuatan roda gigi

pembagi sudut vertikal

Pembuatan

box utama

Go

Not

Go

Pembuatan

roda gigi eretan

Pembuatan

eretan dan landasan

Pembuatan

Rangkaian elektronik

Pemrograman

mikrokontroler

Uji perfomance

Selesai

Not Go

Go

Bagan alur pembuatan Digital Dividing Head

Revisi gambar

Membuat Rancangan

9

2.3 Perencanaan dan Perhitungan

2.3.1 Roda Gigi Pembagi Utama

Roda gigi pembagi utama terdiri dari pasangan roda gigi cacing

dan ulir cacing. Roda gigi cacing ini berfungsi untuk meneruskan daya

putar yang dihasilkan motor servo ke poros utama. Roda gigi cacing ini

memiliki ratio 50:1, yang artinya, roda gigi cacing akan berputar 1

putaran jika ulir cacing berputar sebanyak 50 putaran.

Roda gigi cacing dan ulir cacing terbuat dari baja karbon rendah

dengan presentase karbon 0,20% - 0,30%. Baja karbon rendah memiliki

sifat mudah dibentuk dan mudah ditempa, sehingga cocok digunakan

sebagai bahan dasar roda gigi cacing. Berikut adalah perhitungan

pembebanan dan ukuran pada roda gigi pembagi:

Roda gigi ini diperkirakan memikul cekam dan benda kerja

dengan rencana sebagai berikut :

No Nama elemen dan

bagianya

Ketentuan dan

Persamaan Nilai Satuan

1 Beban Putar (W) Cekam dan benda

kerja 20 Kg

2 Kecepatan putar (V) 0.1 m/min

3 0.85

4 perbandingan reduksi i = Z2/Z1 50

5 Daya yang diperlukan (P) P =W.V/102. 0.023 KW

6 Daya Motor Listrik PM 0.027 Hp

7 jumlah gigi ulir cacing

(Z1) 1

8 jumlah gigi roda cacing

(Z2) 50

9 sudut kisar (y) 2 derajat

10 cacing bersatu dengan

porosnya ? ya

11 modul aksial (ms) ms = mn/cos y 1.501

12 modul normal (mn) 1.5

13 diameter lingkar jarak d1 = Z1mn/sin y 42.981 mm

10

bagi ulir cacing (d1)

14 diameter lingkar jarak

bagi roda cacing (d2) d2 = ms.Z2 75.046 mm

15 jarak sumbu poros (a) a = (d1+d2)/2 59.013 mm

16 tinggi kepala gigi cacing

(hk) Hk = mn 1.5 mm

17 tinggi kaki gigi cacing (hf) Hf = 1,157mn 1.736 mm

18 tinggi gigi (H) H = 2,157mn 3.236 mm

19 kelonggaran puncak (c ) c = 0,157mn 0.236

20 diamter luar gigi cacing

(dk1) dk1= d1+2hk 45.98 mm

21 diamter dalam gigi cacing

(df1) df1= d1-2hf 39.51 mm

22 diameter kepala ulir

cacing (dk2) dk2 = d2+2hk 78.046 mm

23 diameter dalam ulir

cacing (df2) df2 = d2-2hf 71.575 mm

24 lebar sisi roda gigi cacing

(B) B = 0,577 dk1 26.531 mm

25 sudut lengkungan sisi gigi

(ø) 90 derajat

26 lebar sisi gigi efektip (Be) Be = dk1 Sin(ø/2) 32.513 mm

27 bahan cacing dan roda

cacing Baja Karbon rendah (0,20% - 0,30% C)

28 tegangan lentur yang

ba) 21 kg/mm

2

29 faktor bentuk roda cacing

(Y) 0.048

30 beban lentur yang

diijinkan (Fab) Fab = ba.Be.mn.Y 49.160 Kg

31 faktor tahan aus Kc 0.035 kg/mm2

32 faktor sudut kisar Ky 1

33 beban permukaan gigi Fac = Kc.d2.be.Ky 85.4 Kg

11

yang diijinkan (Fac)

34 beban tangensial gigi (Ft) Ft = 102 P 20 kg

35 F min Fac > Ft ya

2.3.2 Roda Gigi Pemutar Sudut

Roda gigi pemutar sudut terdiri dari 2 pasang roda gigi cacing dan

ulir cacing. Sumber putaran pada roda gigi ini berasal dari handel

pemutar yang diputar secara manual oleh manusia. Ratio perbandingan

roda gigi ini adalah 900:1, yaitu terdiri dari 2 pasang roda gigi cacing

yang saling berhubugan dengan ratio 50:1 dan 18:1. Dengan ratio

900:1, untuk mendaatkan perpindahan sedut vertical kepala pembagi

sebesar 10 diperlukan 2,5 putaran pada handel pemutar.

Roda gigi cacing dan ulir cacing pemuttar sudut terbuat dari baja

karbon rendah dengan presentase karbon 0,20% - 0,30%. Baja karbon

rendah memiliki sifat mudah dibentuk dan mudah ditempa, sehingga

cocok digunakan sebagai bahan dasar roda gigi cacing. Berikut adalah

perhitungan pembebanan dan ukuran pada roda gigi pengatur sudut:

No Nama elemen dan

bagianya

Ketentuan dan

Persamaan

Pasangan

Gigi 1

Pasangan

Gigi 2 Satuan

1 Beban Putar (W) Box pembagi,

cekam dan benda

kerja

10 10 Kg

2 Kecepatan putar (V) 0.1 0.1 m/min

3 1 1

4 perbandingan reduksi i = Z2/Z1 50 18

5 jumlah gigi ulir cacing (Z1) 1 1

6 jumlah gigi roda cacing (Z2) 50 18

7 sudut kisar (y) 4 4 derajat


porosnya ? ya ya

9 modul aksial (ms) ms = mn/cos y 1.002 1.002

10 modul normal (mn) 1 1

11 diameter lingkar jarak bagi d1 = Z1mn/sin y 14.336 14.336 mm

12

ulir cacing (d1)

12 diameter lingkar jarak bagi

roda cacing (d2) d2 = ms.Z2 50.122 18.044 mm

13 jarak sumbu poros (a) a = (d1+d2)/2 32.229 16.190 mm

14 tinggi kepala gigi cacing (hk) Hk = mn 1 1 mm

15 tinggi kaki gigi cacing (hf) Hf = 1,157mn 1.157 1.157 mm

16 tinggi gigi (H) H = 2,157mn 2.157 2.157 mm

17 kelonggaran puncak (c ) c = 0,157mn 0.157 0.157 mm

18 diamter luar gigi cacing (dk1) dk1= d1+2hk 16.336 16.336 mm

19 diamter dalam gigi cacing

(df1) df1= d1-2hf 12.022 12.022 mm

20 diameter kepala ulir cacing

(dk2) dk2 = d2+2hk 52.122 20.044 mm

21 diameter dalam ulir cacing

(df2) df2 = d2-2hf 47.808 15.730 mm

22 lebar sisi roda gigi cacing (B) B = 0,577 dk1 9.426 9.426 mm

23 sudut lengkungan sisi gigi (ø) 90 90 derajat

24 lebar sisi gigi efektip (Be) Be = dk1Sin(ø/2) 11.551 11.551 mm

25 bahan cacing dan roda cacing Baja Karbon rendah (0,20% - 0,30% C)


ba) 21 21 kg/mm

2

27 faktor bentuk roda cacing (Y) 0.048 0.048

28 beban lentur yang diijinkan

(Fab) Fab = ba.Be.mn.Y 11.643 11.643 Kg

29 faktor tahan aus Kc 0.035 0.035 kg/mm2

30 faktor sudut kisar Ky 1 1

31 beban permukaan gigi yang

diijinkan (Fac)

Fac =

Kc.d2.be.Ky 30.264 17.295 Kg

32 beban tangensial gigi (Ft) Ft = 102 P 10 10 kg


13

2.3.3 Eretan

Eretan terdiri dari landasan, pasangan roda gigi cacing dan ulir

cacing dan pasangan poros ulir luar dan dalam. Landasan pada eretan

berfungsi sebagai dudukan dan tempat bergesernya kepala pembagi.

Landasan ini memiliki bentuk seperti ekor burung dengan permukaan

yang sangat halus. Landasan dibentuk seperti ekor burung, bertujuan

sebagai penstabil dan mengurangi getaran kepala pembagi saat

beroperasi. Sedangkan permukaan yang sangat halus bertujuan untuk

mengurangi gaya gesek, sehingga perpindahan kepala pembagi menjadi

lebih lancer. Pasangan roda gigi cacing berfungsi untuk mereduksi dan

meneruskan putaran dari motor servo ke poros ulir eretan. Pasangan

roda gigi ini memiliki ratio 50:1, hal ini berarti untuk memutar 1

putaran roda cacing diperlukan 50 putran ulir cacing. Pasangan poros

ulir luar dan ulir dalam pada eretan berfungsi untuk mengubah gerak

putar dari roda gigi cacing menjadi gerak maju mundur eretan. Poros

ulir ini adalah ulir metris dengan ukuran M20 x 1,75. Hal ini berarti jika

poros ulir berputar 1 putaran, eretan akan menggeser kepala pembagi

sejauh 1,75mm pada landsan. Jadi untuk menggeser kepala pembagi per

1mm diatas landasan, ulir cacing harus diputar sebanyak 28,57 putaran.

Landasan dibuat dari baja karbon tinggi dengan kadar karbon

0,60% - 1,50%. Baja karbon tinggi memiliki sifat sulit dibengkokan dan

dipotong, sehingga landasan akan semakin awet dan tahan lama. Untuk

roda gigi cacing dan ulir cacing terbuat dari baja karbon rendah dengan

presentase karbon 0,20% - 0,30%. Baja karbon rendah memiliki sifat

mudah dibentuk dan mudah ditempa, sehingga cocok digunakan

sebagai bahan dasar roda gigi cacing. Sedangkan poros ulir terbuat dari

baja karbon menengah dengan presentase karbon 0,30% - 0,40%. Baja

karbon menengah lebih sulit dibengkokan, dilas maupun dipotong,

sehingga poros ulir lebih tahan lama. Berikut adalah gambar desain

eretan:

14

Berikut adalah perhitungan pembebanan dan ukuran pada

pasangan roda gigi cacing pada eretan:

No Nama elemen dan

bagianya

Ketentuan dan

Persamaan Nilai Satuan

1 Beban Putar (W)

Poros ulir dan gaya

gesek dan pemotongan

benda kerja ketika

digunakan pembagian

diferensial

20 Kg

2 Kecepatan putar (V) 0.1 m/min

3 0.850

4 perbandingan reduksi i = Z2/Z1 50

5 Daya yang diperlukan

(P) P =W.V/102. 0.023 KW

6 Daya Motor Listrik PM 0.027 Hp

7 jumlah gigi ulir cacing

(Z1) 1

8 jumlah gigi roda cacing

(Z2) 50

9 sudut kisar (y) 4 derajat


porosnya ? ya

11 modul aksial (ms) ms = mn/cos y 1.002

12 modul normal (mn) 1

13 diameter lingkar jarak d1 = Z1mn/sin y 14.336 mm

15

bagi ulir cacing (d1)

14 diameter lingkar jarak

bagi roda cacing (d2) d2 = ms.Z2 50.122 mm

15 jarak sumbu poros (a) a = (d1+d2)/2 32.229 mm

16 tinggi kepala gigi cacing

(hk) Hk = mn 1 mm

17 tinggi kaki gigi cacing

(hf) Hf = 1,157mn 1.157 mm

18 tinggi gigi (H) H = 2,157mn 2.157 mm

19 kelonggaran puncak (c ) c = 0,157mn 0.157 mm

20 diamter luar gigi cacing

(dk1) dk1= d1+2hk 16.336 mm

21 diamter dalam gigi

cacing (df1) df1= d1-2hf 12.022 mm

22 diameter kepala ulir

cacing (dk2) dk2 = d2+2hk 52.122 mm

23 diameter dalam ulir

cacing (df2) df2 = d2-2hf 47.808 mm

24 lebar sisi roda gigi

cacing (B) B = 0,577 dk1 9.426 mm

25 sudut lengkungan sisi

gigi (ø) 90 derajat

26 lebar sisi gigi efektip

(Be) Be = dk1 Sin(ø/2) 11.551 mm

27 bahan cacing dan roda

cacing Baja Karbon rendah (0,20% - 0,30% C)


ba) 21 kg/mm

2

29 faktor bentuk roda

cacing (Y) 0.048

30 beban lentur yang

diijinkan (Fab) Fab = ba.Be.mn.Y 11.643 Kg

31 faktor tahan aus Kc 0.035 kg/mm2

16

32 faktor sudut kisar Ky 1

33 beban permukaan gigi

yang diijinkan (Fac) Fac = Kc.d2.be.Ky 30.264 Kg

34 beban tangensial gigi

(Ft) Ft = 102 P 20 kg


2.3.4 Poros Utama

Poros utama berfungsi untuk meneruskan putaran dari roda gigi

pembagi utama ke cekam dan benda kerja. Poros utama terbuat dari

baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,40% - 0,50%. Baja

karbon menengah memiliki sifat kekuatan lebih tinggi dibandingkan

dengan baja karbon rendah. Baja karbon menengah juga lebih sulit

dibengkokan, dilas maupun dipotong.

Desain dari bentuk poros utama seperti pada gambar dibawah.

Gaya yang bekerja pada poros utama diantaranya gaya geser, gaya

puntir, dan gaya momen. Pada saat mesin tidak beroperasi, poros utama

hanya memikul berat dari cekam saja. Tetapi ketika mesin beroperasi,

gaya puntir, gaya geser dan momen bekerja pada poros utama. Berikut

adalah perhitungan gaya yang bekerja pada poros utama:

No Nama elemen dan

bagianya Ketentuan dan Persamaan Nilai Satuan

1 Gaya (F1) 20 Kg

F2

F1

l M

17

2 Gaya (F2) 50 Kg

3 diameter poros (d)

(minimum)

1/3 31.34 mm

4 Panjang (l)

(maksimum) 175 mm

5 momen puntir (M) M=F1.r 313.34 kgmm

6 29 kg/mm2

7 Momen Lentur (Ml) Ml=F2.l 8750 kgmm

8 Tegangan geser maks

(Tmaks) Tmaks=(5,1/d

3)(Ml

2 2)1/2 1.45 kg/mm

2

2.3.5 Roda gigi Lurus

Roda gigi lurus disini berfungsi untuk meneruskan daya dari

motor servo. Roda gigi lurus pada digital dividing head ada sebanyak 2

pasang, yaitu pada masing-masing motor servo. Pasangan roda gigi

lurus ini memiliki ratio 2:1. Hal ini bertujuan untuk memperbesar torsi

yang dihasilkan motor servo. Roda gigi ini dibuat dari baja karbon

rendah dengan kadar karbon 0,20% - 0,30%. Berikut adalah

perhitungan gaya dan ukuran roda gigi lurus :

No Nama elemen

dan bagianya

Ketentuan dan

Persamaan

Motor

pembagi

Motor

eretan Satuan

1 daya yang akan

ditransmisikan (P) Daya motor servo 0.373 0.373 KW

2 Putaran Poros (n1) 120 120 rpm

3 Perbandingan

reduksi (i) i = Z2/Z1 2 2

4 modul (m) 2 1.5

18

5 = acos(df1/Z1m) 22 26 derajat

6 jumlah gigi

penggerak (Z1) 28 20

7 jumlah gigi yang

digerkan(Z2) 56 40

8 diameter lingkar

jarak bagi

penggerak (d1)

d1 = mZ1 56 30 mm

9 diameter lingkar

jarak bagi

penggerak (d2)

d2 = mZ2 112 60 mm

10 jarak sumbu poros

(a) a = (d1+d2)/2 84 45 mm

11 kelonggaran puncak

(Ck) 0.5 1.5 mm

12 diameter kepala

penggerak (dk1) dk1 = d1+2m 60 33 mm

13 diameter kepala

yang digerakan

(dk2)

dk2 = d2+2m 116 63 mm

14 diameter kaki

penggerak (df1) df1 = d1-2m 52 27 mm

15 diameter kaki yang

digerakan (df2) df1 = d2-2m 108 180 mm

16 tinggi gigi (H) H = 2m+Ck 4.5 4.5 mm

17 faktor bentuk gigi

penggerak (Y1) 0.32 0.32

18 faktor bentuk gigi

yang digerakan

(Y2)

0.396 0.396

19 kecepatan kelilin

(v) v = 1n1/(60.1000) 0.35 0.1884 m/s

20 gaya tangensial (Ft) Ft = 102P/v 108.18 201.94 Kg

21 faktor dinamis fV FV =3/(3+v) 0.895 0.94

22 b) 45 45 kg/mm

2

23 kekerasan

permukaan gigi

(Hb)

180 180 kg/mm2

24 a) 30 30 kg/mm

2

25 faktor tegangan 0.053 0.053

19

kontak (Kh)

26 beban permukaan

(FH) FH=FV Kh d1 2Z2/(Z1+Z2) 3.54 2 kg/mm

2.3.6 Box Gigi Pembagi

Box gigi pembagi merupakan tempat roda gigi pembagi berputar.

Box ini terbuat dari baja cor dengan ketebalan rata-rata 10mm. baja cor

yang digunakan memiliki kekerasan (HB) 175, kekuatan lentur 15,4

kg/mm2 dan kekuatan pembebanan 0,60 kg/mm

2. Desain box gigi

pembagi seperti gambar berikut:

Pada box gigi pembagi memiliki poros sebagai sebagai sumbu

gerakan ketika dilakukan pengaturan sumbu poros dividing head. Poros

ini terbuat dari baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,40% -

0,50%. Baja karbon menengah memiliki sifat kekuatan lebih tinggi

dibandingkan dengan baja karbon rendah. Perhitungan gaya yang

bekerja pada poros box gigi pembagi adalah:

M

F

F

l1 l2

20

No Nama elemen dan

bagianya Ketentuan dan Persamaan Nilai Satuan

1 Gaya (F) 5 Kg

2 diameter poros (d)

(minimum)

1/3 8 mm

3 Panjang (l1) 30 mm

3 Panjang (l2) 0 mm

4 momen puntir (M) M=2F.r 40.4 kgmm

5 29 kg/mm2

6 Momen Lentur (Ml) Ml=F(l1+l2) 150 kgmm

7 Tegangan geser

maks (Tmaks) Tmaks=(5,1/d

3)(Ml

2 2)1/2 1.48 kg/mm

2

2.3.7 Box kepala pembagi

Box kepala pembagi merupakan housing dari semua komponen

yang digunakan. Yaitu terdiri dari box utama yang menyatu dengan box

gigi pemutar sudut. Bahan yang digunakan dalam pembuatan box

kepala pembagi ini sama dengan bahn yang digunakan pada box gigi

pembagi, yaitu baja cor dengan ketebalan rata-rata 10mm. baja cor yang

digunakan memiliki kekerasan (HB) 175, kekuatan lentur 15,4 kg/mm2

dan kekuatan pembebanan 0,60 kg/mm2. Desain kepala pembagi seperti

gambar berikut:

21

2.3.8 Handel Pemutar

Handel pemutar berfungsi sebagai pemutar untuk mengatur

sumbu poros kepala pembagi. Pada handel ini terdapat skala yang dapat

digunakan untuk ukuran pengaturan sudut sumbu kepala pembagi.

Handel ini terbuat dari baja ringan dengan konstruksi seperti gambar

dibawah:

2.3.9 Keypad dan Rangkaian Kendali

Rangkaian kendali pada alat ini menggunakan mikrokontroler

ATMEGA16. Inputan mikrokontroler berasal dari sinyal keypad yang

ditekan oleh operator. Dengan mengolah sinyal keypad yang masuk,

mikrokontroler dapat menghasilkan sinyal keluaran berdasarkan

program yang telah dibuat. Kemudian sinyal keluaran tersebut

dikuatkan dan digunakan untuk men-drive motor servo. Sehingga akan

membentuk sistem mekanik dan elektronik yang terintegrasi. Gambar

rangkaian kendali terdapat pada lampiran. Berikut adalah diagram blok

dari sistem elektronik:

Rectifier

Keypad Rangkaian

kendali Motor Servo

Listrik DC

Mekanik

Listrik AC 220 V

22

2.4 Cara Kerja

2.4.1 Pembagian biasa

Sistim pembagian pada dividing head digital ini sama dengan

sistim pembagian pada dividing head konvensional, yaitu dengan

menggunakan susunan ulir cacing dan roda gigi cacing. Yang

membedakan dengan dividing head konvensional adalah dividing head

digital ini system pemutarnya menggunakan motor servo yang

dikendalikan oleh mikrokontroler, bukan menggunakan piringan pembagi

seperti pada dividing head konvensional. Pada dividing head digital ini

menggunakan susunan ulir cacing dan roda gigi cacing dengan

perbandingan 50:1. Jadi untuk memutar benda kerja sebesar 360o ulir

cacing harus berputar 50 putaran. Penggerak dari ulir cacing ini adalah

motor servo, sedangkan ratio putaran antara ulir cacing dan motor servo

ini adalah 2:1. Jadi dapat dikatakan untuk memutar benda kerja sebesar

360o motor servo harus berputar 100 putaran.

Untuk mengatur putaran motor servo kita tinggal mengetikan pada

keypad yang tersedia. Keypad tersebut akan memberikan sinyal masukan

bagi mokrokontroler. Kemudian mikrokontroler yang sudah terprogram

tersebut mengolah sinyal dari keypad, kemudian menghasilkan sinyal

keluaran untuk memutar motor servo tersebut. Missal kita ingin membagi

lingkaran menjadi segi 8. Untuk membuatnya kita pasang benda tersebut

pada cekam dividing head, kemudian tekan angka 8 lalu OK. Selanjutnya

tinggal proses pengefraisan. Jika kita telah selesai mengfrais satu bidang,

untuk bidang berikutnya kita tinggal menekan tombol

contoh tersebut dengan sinyal input dari angka 8, mikrokontroler akan

mengolahnya menjadi sinyal untuk memutar motor servo sebesar 12,5

putaran. Dengan memutar motor servo sebesar 12,5 putaran berarti benda

kerja akan berputar 1/8 putaran. Setiap kali kita menekan tombol next

maka cekam motor servo akan berputar 12,5 putaran atau cekam

berputar sebesar 1/8 putaran secara searah. Sedangkan untuk membalik

23

2.4.2 Pengaturan sumbu poros dividing head

Sumbu poros cekam pada dividing head digital ini dapat diatur dari

sudut 0o sampai 90

o. Jika pada dividing head konvensioanal kita

mengatur sudut cekam dengan cara manual, pada dividing head digital ini

pengaturan sudut diatur menggunakan pemutar dengan memiliki susunan

roda gigi terentu. Pada dividing head digital ini pengaturan sumbu poros

menggunkan susunan roda gigi cacing dan ulir cacing. Susunan roda gigi

diatur sedemikian rupa sehingga ratio putaran antara pemutar dengan

sumbu putar vertical cekam adalah 900:1. Dengan ratio tersebut berarti

untuk memutar sumbu vertical sebesar 1o dapat dilakukan dengan cara

memutar pemutar sebesar 2,5 putaran. Dengan cara tersebut pengaturan

sudut vertical sumbu cekam akan lebih teliti.

2.4.3 Pembagian diferensial

Prinsip dari pembagian diferensial adalah pembagian dengan

melakukan 2 gerakan sekaligus yaitu bergerak maju-mundur dan berputar

secara beraturan. Pada dividing head digital ini gerakan maju-mundur

dan berputar pada cekam diatur oleh dua buah motor servo, yaitu motor

servo pembagi dan motor servo eretan yang dikendalikan oleh sebuah

mikrokontroler.

Semisal kita ingin membagi lingkaran menjadi segi 8 dengan sudut

aksial (kemiringan) 5 derajat, dengang diameter 40 dan panjang benda

yang akan dibentuk 20 mm. Kita set eretan dan benda kerja, setelah itu

kita tekan angka 8 lalu OK, kemudian tekan angka 5 lalu OKx, kemudian

tekan 40 lalu OKy, kemudian tekan 20 OKz . Dengan sinyal angka 8,

mikrokontroler akan mengolah menjadi putaran motor servo pembagi

sebesar 12,5 putaran atau 1/8 putaran cekam. Sedangkan 5, 40 dan 20

akan mengatur kecepatan putar pada 2 buah motor servo. Jika

digambarkan maka akan membentuk segitiga siku-siku, seperti pada

gambar berikut:

24

Berdasarkan gambar tersebut, 5 merupakan sudut kemiringan,

sedangkan 20 merupakan panjang yang harus ditempuh oleh eretan.

Berdasarkan rumus trigonometri, maka panjang lintasan pembagi adalah

hasil kali antara panjang lintasan eretan dengan tangen dari sudut

kemiringan. Berdasarkan contoh, panjang lintasan pembagi = 20. tg 5 =

1,75. Sedangkan angka 40 menyebabkan cekam berputar sejauh 5,01o

sudut putar atau motor servo berputar sebanyak 18,036 putaran. Jadi

dengan memasukan angka 5, 40 dan 20 pada keypad akan menyebabkan

benda kerja dengan diameter 40 mm berputar sejauh 1,75mm dan eretan

bergeser 20mm dalam waktu yang bersamaan.

2.5 Perencanaan Biaya

Perkiraaan biaya yang dibutuhkan untuk pembelian bahan baku dan

komponen yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

No Bahan Ukuran Jml Harga sat Harga total

Material elektronik

1 Mikrokontroler ATMEGA 16 1 50000 50000

2 transformator stepdown/5A 1 150000 150000

3 keypad 1 10000 10000

4 LCD 1 30000 30000

5 motor servo 2 500000 1000000

6 sistem minimum

mikro 10000 10000

7 pcb dan

pelengkapnya 10000 10000

Material logam

Panjang lintasan pembagi Sudut kemiringan

Panjang lintasan eretan

25

1 Baja St 60 Ø 6" x 200mm 1 50000 50000

2 Baja St 40

Ø 1" x 600mm 1 30000 30000

Ø 2" x 200mm 1 20000 20000

Ø 2.25 x 100mm 1 20000 20000

Ø 3.25" x 100mm 1 30000 30000

Ø 5" x 200mm 1 20000 20000

3 Baja tuang 12 m3 12 250000 3000000

4 Baja ringan 40cm3 40 5000 200000

5 Bearing

Ø 10mm 4 15000 60000

Ø 18mm 2 20000 40000

Ø 22mm 1 30000 30000

Ø 30mm 4 40000 160000

Ø 40mm 2 50000 100000

Jumlah Rp 5.035.000,-

26

BAB III

KESIMPULAN

Dividing head digital ini merupakan pengembangan inovatif dari dividing

head konvensioanal yang ada. Dalam pengoperasianya dividing head ini cukup

mudah dan sederhana, sehingga mampu mengurangi factor human eror.

Kelebihan dari digital dividing head ini antara lain:

1. Sistim pembagianya cukup mudah yaitu dengan cara menekan keypad.

2. Dapat digunakan untuk pembagian diferensial tanpa menggunakan roda gigi

bantu.

3. Mampu mengurangi factor human eror, seperti salah pembagian

Adapun kekuranganya antara lain:

1. Pembagian ini menggunakan mikrokontroler, sedangkan mikrokontroler

rentan terhadap getaran

2. Motor servo yang digunakan harus memiliki torsi yang kuat.

27

Daftar Pustaka

Harsoadi dan Zainulah, Amin. 2007. Praktikal Konstrusi Baja. Direktorat

pembinaan sekolah menengah: Jakarta.

Kreith, Ed. Frank. 1999. Mechanical Enginering Handbook. Boca Raton: CRC

Press LLC.

Rochim, Taufik. Teori Dan Teknologi Proses Permesinan. Departemen Mesin

ITB. Bandung. 1993

Sularso, Kiyokatsu Suga. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin.

Pradya Paramita. Jakarta. 1987.

Sumbodo, Wirawan. 2008. Teknik Produksi Mesin Industri jilid1. Direktorat






Widarto. 2008. Teknik Pemesinan jilid1. Direktorat pembinaan sekolah menengah

kejuruan: Jakarta.

Widarto. 2008. Teknik Pemesinan jilid2. Direktorat pembinaan sekolah menengah

kejuruan: Jakarta.

http://books.google.com/?id=wUJVAAAAMAAJ .

http://elib.unikom.ac.id/gdl.php?mod=browse&op=read&id=jiptumm-gdl-s1-

2002-muhaimi-8693-roda_gigi

http://www.wikipedia.com/gigi

Dividing Head Digital

Documents

Transcript of Dividing Head Digital