Laporan Tugas Elemen Mesin

Tugas Perencanaan Elemen Mesin

“Gear Box”

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.

Tugas Perencanaan Mesin ini merupaan Tugas yang diberikan guna

melengkapi nilai tugas mahasiswa pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas

Induatri Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, pada Jenjang Sarjana. Selain

itu bahwa dalam tugas ini berguna untuk meningkatkan kemampuan

mahasiswa Teknik Mesin terutama dibidang Teknik.

Dalam Perencanaan Mesin kali ini, mencoba mengangkat permasalahan

tentang Gearbox. Gearbox merupakan suatu komponen dari suatu mesin yang

berupa rumah untuk roda gigi. Komponen ini harus memiliki konstruksi yang

tepat agar dapat menempatkan poros-poros roda gigi pada sumbu yang benar

sehingga roda gigi dapat berputar dengan baik dengan sedikit mungkin

gesekan yang terjadi.

Selain harus memiliki konstruksi yang tepat, terdapat beberapa kriteria

yang harus dipenuhi oleh komponen ini yaitu dapat meredam getaran yang

timbul akibat perputaran dan gesekan antar roda gigi.

Dari kesulitan konstruksi yang disyaratkan dan pemenuhan kriteria yang

dibutuhkan, maka kami bermaksud membuat produk tersebut sebagai objek

pembuatan Tugas Perencanaan Elemen Mesin. Pembuatan produk tersebut

dengan memperhatikan spesifikasi yang diinginkan.

1.2. Maksud dan Tujuan

Disamping untuk memenuhi kurikulum S1 Jurusan Teknik Mesin

ITATS,tugas ini juga dimaksudkan :

a. Agar mahasiswa dapat menerapkan teori yang diperoleh dari

perkuliahan sehingga dapat menerapkan secara langsung

dilapangan.

FTI / TEKNIK MESIN 1 INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA


“Gear Box”

b. Agar mahasiswa dapat mengetahui hal-hal yang berkaitan dengan

permasalahan pada perencanaan Gearbox, seperti gaya-gaya pada

roda gigi reaksi pada poros dan yang lainnya.

c. Menyiapkan mahasiswa menjadi anggota masyarakat yang

memiliki kemampuan akademik yang dapat menerapkan,

mengembangkan dan menciptakan ilmu pengetahuan dan

teknologi.

d. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi serta

mengupayakan penggunaan Gearbox untuk meningkatkan taraf

hidup masyarakat kearah yang lebih baik.

1.3. Batasan Masalah.

Karena dalam masalah perencanaan roda gigi adalah sangat luas,

menyangkut berbagai macam disiplin ilmu, maka dilakukan pembatasan

permasalahan. Permasalahan yang akan dibahas pada perencanaan elemen

mesin tentang roda gigi transmisi ini antara lain:

a. Perencanaan Roda Gigi.

b. Perencanaan Poros.

c. Perencanaan Pasak.

d. Perencanaan Bantalan.

e. Perencanaan Pelumasan.



“Gear Box”

1.4. Sistematika Penulisan.

Dalam penulisan perencanaan Gear Box disajikan dalam bentuk Bab per

Bab yang kemudian diuraikan dalam sub Bab. Adapun Bab-bab yang ada secara

garis besar adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentag latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode

pengambilan data dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Berisi tentang jenis-jenis roda gigi, rumus dasar roda gigi, poros, bahan dasar

poros, pasak, bantalan dan systempelumasan.

BAB III : MEKANISME SISTEM TRANSMISI

Berisi tentang gambar sket perencanaan sistem transmisi

BAB IV : PEMBAHASAN SISTEM TRANSMISI

Berisi tentang perhitungan perencanaan sistem transmisi perhitungan

pertencanaan poros, perhitungan pertencanaan pasak, perhitungan pertencanaan

bantalan dan perhitungan pertencanaan pelumasan.

BAB V : PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan hasil perencanaan sistem transmisi dan saran.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN-LAMPIRAN



“Gear Box”

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Roda Gigi

Pada dasarnya sistem transmisi roda gigi merupakan pemindahan

gerakan putaran dari satu poros ke poros yang lain hampir terjadi disemua

mesin. Roda gigi merupakan salah satu yang terbaik antara sarana yang ada

untuk memindahkan suatu gerakan. Roda gigi dikelompokkan menurut letak

poros putaran atau berbentuk dari jalur gigi yang ada. Keuntungan dari

penggunaan sistem transmisi diantaranya :

1. Dapat dipakai untuk putaran tinggi maupun rendah

2. Kemungkinan terjadinya slip kecil

3. Tidak menimbulkan kebisingan

Adapun klasifikasi dari roda gigi antara lain :

2.1.1. Roda Gigi Lurus (Spur gear)

Roda gigi lurus dipakai untuk memindahkan gerakan

putaran antara poros-poros yang sejajar. Yang biasanya berbentuk

silindris dan gigi-giginya adalah lurus dan sejajar dengan sumber

putaran. Pengunaan roda gigi lurus karena putarannya tidak lebih

dari 3600 rpm dan kecepatan keliling tidak lebih dari 5000



“Gear Box”

ft/menit. Ini tidak mutlak, spur gear dapat juga dipakai pada

kecepatan diatas batas-batas tersebut.

Gambar 2.1. Roga Gigi Lurus

2.1.2. Roda Gigi Miring (Helical gear)

Roda gigi miring dipakai untuk memindahkan putaran

antara poros-poros yang sejajar. Sudut kemiringan adalah sama

pada setiap roda gigi, tetapi satu roda gigi harus mempunyai

kimiringan ke sebelah kanan dan yang lain ke kiri. Roda gigi ini

mampu memindahkan putaran lebih dari 3600 rpm dan kecepatan

keliling lebih dari 5000 ft/menit.

Gambar 2.2. Roda Gigi Miring



“Gear Box”

2.1.3. Roda Gigi Cacing (Worm gear)

Roda gigi cacing dipakai untuk memindahkan putaran antara poros

yang tegak lurus bersilang. Susunan roda gigi cacing biasanya mempunyai

penutup tunggal atau ganda, suatu susuna roda gigi berpenutup tunggal

adalah sesuatu dimana roda gigi dibungkus penuh atau sebagian oleh gigi

cacing, sebuah roda gigi dimana setiap elemen ditutup sebagian oleh yang

lain adalah susunan roda gigi cacing berpenutup ganda.

Gambar 2.3. Roda Gigi Cacing

2.1.4 Roda Gigi Kerucut (Bevel gear)

Roda gigi kerucut dipakai untuk memindahkan gerakan atau

putaran antara poros yang berpotongan. Walaupun roda-roda gigi kerucut

biasanya dibuat untuk sudut poros 90, roda-roda gigi ini biasanya untuk

semua ukuran sudut.



“Gear Box”

Gambar 2.4. Bevel Gear

2.1.5. Screw Gear

Jenis roda gigi ini trediri dari dua buah helical gear wheel yang

merupakan kombinasi sederhana untuk memindahkan gaya maupun torsi

poros yang membentuk sudut-sudut tertentu.

Gambar 2.5. Screw Gear

2.1.6 Hypoid Gear

Hypoid gear bentuknya hampir menyerupai spiral bevel gear,

namun perbedaannya terletak pada pitch yang lebih hiperbolid

dibandingkan dengan cousenya dan menoperasikannya lebih lembut dan

tenang.



“Gear Box”

Gambar 2.6. Hipoid Gear

2.2. Rumus Dasar Roda Gigi

Dalam perencanaan ini saya menggunakan jenis roda gigi lurus

karena ada beberapa pertimbangan yaitu :

# Dilihat dari poros, karena sejajar maka yang paling cocok dipergunakan

adalah roda gigi lurus.

# Karena daya dan putaran relative rendah, maka lebih cocok bila

menggunakan roda gigi lurus.

Adapun rumus dasar yang berhubungan dengan perencanaan roda

gigi antara lain sebagai berikut :

a. Diameter Pitch Circle (P)

Rumus dari buku deutschman (hal 521)

P = Nt/d (in) ( 1 )

Dimana :

P = Diametral pitch

d = Diameter roda gigi ( inch )

Nt = Jumlah gigi ( buah )



“Gear Box”

b. Perbandingan Kecepatan (rv)

Rumus dari buku deutschman hal 525

rv = W2/W1 = NtP/Ntg = d1/d2 = n2/n1 ( 2 )

Dimana :

N1,n2 = putaran roda gigi ( rpm )

Nt1,Nt2 = jumlah gigi ( buah )

d1,d2 = diameter roda gigi ( inch )

c. Jarak Poros (C)


C = d1+d2 (in) ( 3 )

2

Dimana :

C = jarak poros antara dua roda gigi

d = diameter roda gigi

d. Kecepatan Pitch Line / Garis Kontak (Vp)


Vp = .d.n (ft/mnt) ( 4 )

12

Dimana :

Vp = kecepatan putaran



“Gear Box”

e. Torsi yang Bekerja

T = 63000.N daya ( 5 )

n

Dimana :

T = torsi yang bekerja

N = daya motor

n = putaran input

f. Gaya-gaya pada Roda Gigi

Gambar 2.7. Gaya-Gaya pada Roda Gigi

Gaya radial (Fr)

Fr = Fn.Sin = Fn.Cos ( 6 )

Gaya normal (Fn)

Fn = Ft

Cos



“Gear Box”

Gaya tangensial (Ft)

Ft = 2T ( 7 )

D

Gaya dinamis (Fd)

Fd = 600+Vp . Ft ( 8 )

600

Untuk 0 < Vp ≤ 2000 ft/menit

Fd = 1200+Vp .Fp

1200

Untuk 2000 < Vp ≤ 4000 ft/menit

Fd = 78+ Vp .Ft

78

Untuk Vp > 4000 ft/min dimana Fw ≥ Fd dan Fb ≥ Fd

Dimana :

T = Torsi (lbm)

n = Putaran (rpm)

Ft = Gaya tangensial (lb)

Fn = Gaya normal (lb)

Fd = Gaya dinamis (lb)

Fr = Gaya radial (lb)



“Gear Box”

g. Lebar Gigi (b)


b = Fd ( 9 )

d1.Q K

Q= 2.d2

d1+d2

Dimana :

b = Lebar gigi (in)

Fd = Gaya dinamis (in)

d1 = diameter pinion

d2 =diameter gear

Q = Perbandingan roda gigi

K = Faktor pembebanan

h. Syarat Keamanan Roda Gigi

9 ≤ b ≤ 13

p p

i. Evaluasi Kekuatan Gigi (Persamaan AGMA)

Sad = Sat.Kl ( 10 )

Kt.Kr



“Gear Box”

t = Ft.Ko.P.Ks.Km ; Sad >t (syarat aman ) ( 11 )

Kv.b.j

Dimana :

Sat = Tegangan ijin Material

Kl = Faktor umur

Kt = Faktor temperature

Kr = Faktor keamanan

σ t = Tegangan bending pada kaki gigi

Ko = Faktor koreksi beban lebih

Km = Koreksi distribusi beban

Kv = Faktor dinamis

J = Faktor bentuk geometris

j. Menentukan Gaya bending Pada Pinion dan Gear (Fb)


Fb=So . b .YP ( 12 )

Dimana :

Fb = Gaya bending

So = Kekuatan permukaan gigi

Y = Faktor bentuk Lewis

b = diameter pitch

P = lebar gigi



“Gear Box”

k. Menentukan Panjang Garis Kontak Gigi

r=d2

AB=[√ (r 4+a4 )2−r42 cos2 θ−r4 sin θ+(r 2+a2)−r

22 cos2 θ−r2 sin θ]( 13 )

l. Menentukan Perbandingan Kontak (kontak ratio)

Sad= ABρ . cosθ ( 14 )

Dimana :

AB = Panjang garis kontak

CR = Kontak ratio

M. Standart Ukuran Roda Gigi

Tabel 2.1. Standart Ukuran Roda Gigi

Nama φ=1412

°20° 20° dipotong 25°

Addendum (A)P

1 1P

0,8P

1P

Dedendum (b)1, 157

P1, 25

P1P

1, 25P

Tinggi gigi ©2 ,157

P2 ,25

P1,8P

2P

Tinggi kontak (d)2P

2P

1,6P

2P



“Gear Box”

Celah0 ,157

P/(b−a )(c−d )

0 ,25P

0,2P

0 ,25P

Gambar 2.8. Bagian-bagian pada Roda Gigi

2.2. Poros

Poros adalah suatu bagian stationer yang berputar, biasanya

berpenampang bulat, dimana terpasang elemen - elemen seperti roda gigi,



“Gear Box”

roda gila dan elemen pamindah daya lainnya. Poros dapat menerima beban –

beban lentur, tarik, tekan atau putaran yang bekerja sendiri – sendiri atau

berupa gabungan satu dengan yang lainnya. Definisi yang pasti dari poros

adalah sesuai dengan penggunaan dan tujuan penggunaan.

Dibawah ini terdapat beberapa definisi dari poros :

a. Shaf adalah poros yang ikut berputar untuk memindahkan daya dari

mesin ke mekanisme yang digunakan.

Gambar 2.9. shaf

b. Axle adalah poros yang tetap dan mekanismenya yang berputar pada

poros tersebut, juga berfungsi sebagai pendukung.

Gambar 2.10. Axle

c. Spindle adalah poros yang terpendek terdapat pada mesin perkakas dan

mampu atau sangat aman terhadap momen bending.



“Gear Box”

Gambar 2.11. Spindle

d. Line Shaft adalah poros yang langsung berhubungan dengan mekanisme

yang digerakkan dan berfungsi memindahkan daya dari motor

penggerak ke mekanisme tersebut.

Gambar 2.12. Line Shaft

e. Jack Shaft adalah poros yang pendek, biasanya dipakai untuk dongkrak

“JACK” mobil.



“Gear Box”

Gambar 2.13. Jack Shaft

f. Flexible adalah poros yang juga berfungsi memindahkan daya dari dua

mekanisme, dimana peerputaran poros membentuk sudut dengan poros

yang lainnya, daya yang dipindahkan rendah.

Gambar 2.14. Flaxible

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang telah diheattreatment.

Poros yang dipakai untuk meneruskan daya dan putaran tinggi umumnya

dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap

keausan.

Poros dapat dibedakan menjadi 2 macam :

a. Poros Lurus

Adalah sebatang logam yang berpenampang lingkaran

berfungsi memindahkan putaran atau mendukung beban-beban yang

didukung pada poros ini adalah beban puntir dan bending.

b. Poros Bintang

Adalah sebatang logam yang berpenampang lingakaran dan

terdapat sirip yang menyerupai bintang. Poros dihubungkan dengan

roda gigi tanpa menggunakan pasak.



“Gear Box”

Persamaan yang digunakan pada poros bintang :

a) Tegangan geser maksimum ( max )

max =

0,5 x SypN

Psi

Dimana:

max = tegangan geser maksimum ( Psi )

N = faktor keamanan

Syp = yield posisi dari material

b) Diameter poros

d = √16 x √MB2+T 2

π x 0,5 xSyp

N

Dimana:

d = diameter poros (inch)

MB = momen bending yang diterima poros (lb. in)

T = momen torsi myang diterima poros

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang telah di

heatreatment. Poros yang dipakai pada untuk meneruskan daya

dan putaran tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan

pengerjaan kulit yang sangat tahan terhadap keausan.

2.3. Pasak ( Keys )

Pasak digunakan untuk menyambung poros dan roda gigi, roda

pulley, sprocket, cams, lever, impeller dan sebagainya.



“Gear Box”

Karena distribusi tegangan secara actual untuk sambungan pasak

ini tidak dapat diketahui secara lengkap maka dalam perhitungan tegangan

disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai berikut :

1. Untuk beban torsi yang konstan ( torque stedy ). >> N = 1.5

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah. >> N = 2.5

3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak balik >> N = 4.5

Adapun macam – macam pasak yaitu :

1. Pasak datar segi empat ( Standart square key ).

Gambar 2.15. Pasak data segiempat

2. Pasak datar standar ( Standart flat key ).



“Gear Box”

Gambar 2.16. Pasak datar standar

3. Pasak tirus ( Tepered key ).

Gambar 2.17. Pasak tirus

4. Pasak bidang lingkaran ( Wood ruff key ).



“Gear Box”

Gambar 2.18. Pasak bidang lingkaran

5. Pasak bintang (Splines ).

Gambar 2.19. Pasak bintang

6. Pasak bintanng lurus ( Straight splines ).



“Gear Box”

Gambar 2.20. Pasak bintanng lurus

7. Pasak bintang involute ( involute spline ).

Gambar 2.21. Pasak Bintang Involute

Adapun berbagai macam pasak, namun yang dibahas adalah

pasak standar ( Standart flat key ). Pemasangan pasak pada poros maupun

roda yang disambungkan dan dibuat alur pasak yang disesuaikan dengan

ukuran pasak.

Keterangan :

F = Gaya yang bekerja. h = Tinggi pasak.

A = Pasak. b = Lebar pasak

B = Poros. l = Panjang pasak.

2.3.1. Rumus Dasar Pasak

Ukuran lebar dan tinggi pasak ada dalam table yang

disesuaikan dengan kebutuhan atau tergantung pada diameter

poros.

a. Panjang pasak sesuai dengan kebutuhan dan dimensinya.



“Gear Box”

W = Lebar pasak.

H = Tinggi pasak.

L = Panjang pasak.

Ss = Tegangan geser.

Gaya (F)

F=2TD dimana

T=FD2 ( 15 )

Tegangan geser (s)

Ss= FA dimana A=L.W ( 16)

Tegangan kompresi (c)

T=Ss . W . L. D2 ( 17 )

Pada perhitungan ini dipergunakan faktor keamanan

dengan asumsi sebagai berikut :

1. Untuk beban torsi yang konstan ( torque stedy ).

>> N = 1.5

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah.

>> N = 2.5

3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak balik.

>> N = 4.5

b. Tegangan geser yang diijinkan.

SsypN

=0.58 SypN ( 18 )



“Gear Box”

c. Tegangan kompresi yang diijinkan.

Sc= 4 . TL .W . D ( 19 )

d. Syarat yang harus dipenuhi supaya pasak aman.

Sc= 4 .TL .W . D

≤SsypN ( 20 )

e. Tinjauan terhadap kompresi.

L= 4 .TSc .W . D ( 21 )

f. Syarat yang harus dipenuhi supaya pasak aman ( geser ).

Ss= 2.TL .W . D

≤SsypN ( 22 )

g. Tinjauan terhadap geser.

L= 2 .TSs .W . D ( 23 )

2.4. Bantalan ( Bearing )

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban

sehingga putaran atau gerakan bolak baliknya dapat berlangsung secara

halus, aman dan umur pakai panjang. Agar elemen mesin dapat bekerja

dengan baik maka bantalan harus dipasang cukup kokoh.

2.4.1. Klasifikasi Bantalan

1. Berdasarkan gerakan terhadap poros

Bantalan luncur



“Gear Box”

Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara

poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh

permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.

Gambar 2.22. Bantalan Luncur

Bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara

bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui

elemen gelinding.

Gambar 2.23. Bantalan gelinding dengan bola

2. Berdasarkan arah beban terhadap poros



“Gear Box”

Bantalan radial

Setiap arah beban yang ditumpu oleh bantalan ini

tegak lurus terhadap sumbu poros.

Bantalan aksial

Setiap arah beban yang ditumpu oleh bantalan itu

sejajar dengan sumbu poros.

Bantalan gelinding halus

Bantalan ini dapat menumpu beban yang sejajar dan

tegak lurus terhadp poros.

2.4.2. Macam – macam bantalan luncur

1. Bantalan radial berbentuk silinder, silinder elip

2. Bantalan aksial yang berbentuk engsel

3. Bantalan khusus yang berbentuk bola

Gambar 2.24. Bantalan Luncur Radial



“Gear Box”

Gambar 2.25. Bantalan Luncur Radial dan Aksial

2.4.3. Rumus Dasar Bantalan

Rumus yang digunakan pada saat perencanaan bantalan yaitu :

Umur bantalan (L10h)


L10 h=(CP )b

x106

60 .n ( 23 )

Beban equivalen (P)

P = Fs ( X.V.Fr.y.Fa ) ( 24 )

dimana :

b = Konstanta

= 3.0 ( untuk ball bearing )

= 10/3 ( untuk roll bearing )

V = Faktor putaran

= 1 ( untuk ring dalam berputar )

= 1.2 ( untuk ring luar berputar )

L10h = Umur bantalan (jam )



“Gear Box”

C = Beban dinamis ( lb )

P = Beban ekuivalen ( lb )

Fs = Konstanta beban ( beban shock/lanjut )

Fr = Beban radial ( lb )

Fa = Beban aksial ( lb )

X = Konstanta radial

Y = Konstanta aksial

n = Putaran ( rpm )

2.5. Pelumasan

Dalam sistem transmisi pada mesin – mesin yang bergerak,

diperlukan suatu sistem pelumasan guna mengurangi hubungan kontak dari

dua bagian yang bergerak. Apabila tidak ada pelumasan maka akan

mempercepat terjadinya kerusakan pada komponen mesin tersebut.

2.5.1. Klasifikasi Pelumasan

Sistem pelumasan dalam dunia permesinan dapat

dikellompokkan menjadi dua jenis yaitu :

1. Pelumasan menurut bentuknya

Pelumasan padat

Pelumasan semi padat

Pelumasan cair

2. Pelumasan menurut caranya



“Gear Box”

Pelumasan tangan : Dipakai untuk beban yang ringan dan

kerja yang tidak kontinyu.

Pelumasan tetes : Minyak diteteskan dengan jumlah yang

teratur melalui sebuah katup jarum.

Pelumasan sumbu : Pelumasan dengan menggunakan

sumbu untuk menghisap minyak.

Pelumasan percik : Minyak dari bak penampung

dipercikkan dan biasanya digunakan dalam pelumasan

torak, silinder motor yang mempunyai putaran tinggi.

Pelumasan cincin : Pelumasan ini dengan menggunakan

cincin yang digantung pada poros sehingga ikut berputar

bersama poros dan mengangkat minyak dari bawah.

Pelumasan pompa : Disini pompa digunakan untuk

mengalirkan minyak ke bantalan karena sifat minyak yang

kental.

Pelimasan gravitasi : Dari sebuah tangki di atas bantalan

minyak dialirkan oleh gaya beratnya sendiri.

2.5.2. Tujuan dan Fungsi Pelumasan

1. Mengurangi daya energi pada bagian – bagian mesin yang

saling bergesekan.

2. Untuk memelihara ukuran sebenarnya ( menahan keausan ) dari

bagian mesin yang bergerak.



“Gear Box”

3. Membuang kotoran – kotoran yang diakkibatkan oleh

pergesekan antara koponen yang bergerak

2.5.3. Rumus Dasar Pelumasan

a. Perencanaan viskositas absolute dari pelumas

Z=ρt (0.22 S−180S )

( 25 )

t = ∞ - 0.0035 ( T – 60 )

Dimana :

Z = Absolute viscositas ( cp )

ρt = Spesific gravity pada temperature test ( t )

S = Saybelt universal second = 120

Kp = 1.45 x 10-7 Reynold

Sehingga dari grafik didapat harga SAE dengan persamaan :

S1= r . f . ηnc . p ( 26 )

Dimana :

S1 = Angka karakteristik bantalan

µ = Viskositas minyak pelumas

c = Radial cleareance ( in )

p = Beban yang diterima bantalan ( psi )



“Gear Box”

Gambar 2.26. Dimensi Pelumasan Bantalan

b. Tebal minimum minyak pelumas dari grafik

ho

c=0 .19

( 27 )

c. Koefisien gesek ( f ) dari grafik

rf . fc

=15 ( 28 )

d. Daya yang dihitung

Fhp= Tf .n63000 ( 29 )

e. Kapasitas minyak pelumas ( Q ) dari grafik

Qrf . c .n. l ( 30 )



“Gear Box”

f. Kapasitas minyak pelumas yang keluar dari bantalan

setiap saat ( Qs ) dari grafik

Q .SQ

0 .88 ( 31 )

g. Grafik



“Gear Box”

Gambar 2.27. Viscosity-temperature chart for determining viscosity of typical

SAE numbered oils at various temperatures.



“Gear Box”

BAB III

MEKANISME SISTEM TRANSMISI

3.1 Input Data

Data data yang diketahui :

- Daya putaran motor (N input) = 30 HP

- Putaran input (N input) = 2400 rpm

- Putaran output (N1) = 600 rpm



- Putaran output (Nreves) = 1000 rpm

Asumsi

- C (JARAK POROS) = 5 in

- Sudut tekan ( θ ) = 25º

- Diameterial pitch = 6 inchi

3.1.1. Pertimbangan Menggunakan Roda Gigi

Dalam perencanaan ini menggunakan roda gigi lurus karena

beberapa pertimbangan, yaitu :

Dilihat dari poros, karena porosnya sejajar maka roda gigi yang

paling sesuai adalah menggunakan roda gigi lurus.

Karena daya dan putaran rtelatif rendah maka lebih cocok

menggunakan roda gigi lurus.

3.1.2. Pertimbangan Dalam Menggunakan Poros

Untuk menentukan diameter poros tergantung pada perhitungan

yang akan dilakukan, tetapi untuk menentukan bahan dari poros digunakan

pertimbangan sebagai berikut :

Poros sebaiknya menggunakan bahan Alloy Stell

Bahan poros sebaiknya dilakukan proses Hardening dan

dilakukan pemanasan awal dan Annealling sebelum digunakan



“Gear Box”

Poros yang akan digunakan sebaiknya harus mampu menahan

beban putar yang memadai

3.2. Sket Gear Box

3.2.1. gambar sket gear box

input

output

gambar 3.1 sket gear box

Keterangan Gambar :

SIMBOL ARTI KETERANGAN

1,3,5,7 Pinion Roda gigi yang lebih kecil pada dua roda gigi yang

bersinggungan, disebut juga roda gigi penggerak.

2,4,6,8 Gear Roda gigi yang didesain lebih besar dari pada pinion

yang berfungsi sebagai roda gigi yang digerakkan.

9 Revers Roda gigi tambahan yang digunakan untuk

membalikkan arah putaran pada poros (b)

a,b,c Poros Bagian dari mesin yang berfungsi untuk meneruskan

tenaga dari mesin

Dan

Arah

putaran

Arah pergerakan roda gigi danh poros

Bantalan Bagian mesin yang digunakan untuk menumpu poros

sehingga putaran mesin bisa berlangsung secara

halus.



“Gear Box”

3.3. gambar sket gear box disetiap tingkatan kecepatan

3.3.1. tingkat kecepatan 1 (n) = 600 rpm

Gambar 3.2 tingkat kecepatan 1

Pada tingkat kecepatan 1 (n1) roda gigi 1 dan 2 saling berhubungan

sehingga terjadi tingkat kecepatan 1 (n1) = 600 rpm

3.3.2. tingkat kecepatan 2 (n) = 1500 rpm




“Gear Box”



3.3.3. tingkat kecepatan 3 (n3) = 2400 rpm






“Gear Box”

3.3.4. tingkat kecepatan revers (nr) = 1000 rpm

Gambar 3.5 tingkat kecepatan revers (nr)

Pada tingkat kecepatan revers (nr) roda gigi 7,8 dan 9 saling berhubungan ,

karena adanya roda gigi rivers maka putarannya searah dengan putaran

pinion. sehingga terjadi tingkat kecepatan revers (nr) = 1000 rpm



“Gear Box”

BAB IVPEMBAHASAN SISTEM TRANSMISI

Diketahui data-data sebagai berikut :

- Daya putaran motor (N input) = 30 HP

- Putaran input (N input) = 2400 rpm




- Putaran output (Nreves) = 1000 rpm

Asumsi

- C (JARAK POROS) = 5 in

- Sudut tekan ( θ ) = 25º

- Diameterial pitch = 6 inchi

4.1.1 Perhitungan roda gigi 1 dan 2



“Gear Box”

Data-data sebagai berikut :

Daya Motor : 30 Hp

Putaran Input : 2400 Rpm

Putran Output : 600 Rpm

Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”

Diameter Pitch : 6”

a. Perbandingan Kecepatan

rV =

N1

N 2

= 2400600

=d1

d2 = 4 =

d1

d2

d2 = 4 x d1

C =

d1 + d2

2

5" =

d1 + 4 d1

2=

5 d1

2

10" = 5 d1 d1 = 2"

d2 = 10" x 2” = 8"

b. Jumlah roda gigi

Nt1 = P . d1

= 6 . 2 = 12 buah

Nt2 = 6 . 8 = 48 buah

c. Addendum, dedendum, tinggi gigi, celah

Clearen =

0 ,25P

= 0 , 256 = 0,042"

Working Depth =

2P

= 26 = 0,33"



“Gear Box”

Tinggi gigi =

2 ,25P

.2 , 25

6 = 0,375"

Diameter adendum

d1 = d1 + 2 x

1P = 2 +2 x 0,17 = 2.34"

d2 = d2 + 2 x

1P = 8 + 2 x 0,17 = 8.34"

Diameter dedendum

d1 = d1 – 2 x

125P = 2 – 2 x 0.21 = 1.58"

d2 = d2 – 2 x

125P = 8 – 2 x 0.21 = 7.58"

d. Kecepatan Pitch Line

VP1 =

π . d1 N input

12

=

3 ,14 . 2 . 240012 = 1256 Ft/min

VP2 =

π . d2 N input

12

=

3 ,14 . 8 . 240012 = 5024 Ft/min

e. Torsi yang terjadi

T = 63000

Ndayan

T1 = 63.000

302400 = 787,5 lbin

T2 = 63000

30600 =3150 lbin

f. Gaya yang terjadi



“Gear Box”

- Gaya tangensial

Ft1 =

N . 33 . 000V P

=

30 x 330001256 =788,21 lbin

Ft2 =

N . 33 . 000V P

=

30 x 330005024 =197.05 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal

Fn1 =

Ft1

Cos θ =

788 , 21Cos 25 ° = 869,69 lb

Fn2 =

Ft 2

Cos θ =

197 , 05Cos 25 ° = 217.42 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya radial

Fr1 = Fn1 . sin = 869.69 x sin 25° = 367,54 lb

Fr2 = Fn1 . sin = 217.42 x sin 25° = 91,88 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya Dinamis

Untuk 0< Vp <2000

Fd =

600 + Vp600 . Ft1

=

600 + 1256600 . 788.21 = 2438.19 lb

g. Menentukan Lebar gigi

b =

Fdd p . Q . K =

2438 .192 . 1,6 . 453 = 1.68 in

dimana :

Q =

2 xd 2

d1 + d2

= 2 . 82 + 8 = 1,6

K = 453 (stell BHN 400) tabel 10.11



“Gear Box”

- cek lebar gigi

9p<b<13

p

1.5 < 1.68 < 2.16 (Aman)

h. Beban Ijin Bending ( Fb )

Fb =

SoxbxYp

Dari tabel 10.2 didapat :

Y1 = 0.277 (untuk Nt1 = 12 gigi)

Y2 = 0.473 (untuk Nt1 = 48 gigi)

- bahan stell SAE 1045 mempunyai So = 32.000 psi (Tabel 10.3)

Fb1 =

32 .000 x 1.68 x0 . 2776 = 2481.92 psi


Fb2 =

25000 x1 . 68 x 0 .2776 = 3311 psi

i. Tegangan ijin maksimum

Sad =

Sat . KlKt . Kr < Tt

Ft x Ko x P x Kj x KmKv x bx j

Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)

J = 0.340 (untuk pinion)

Kv = 1

Kl = 1

Kt = 1 (temperatur pelumasan kurang dari 250 *F)

Kr = 1,33

Sat = 40000 (BHN 300) tabel 10-7

40 .000 . 11 . 1, 33 >

788 ,21 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1 ,68 . 0 ,335

30075,2 psi < 10924,01 psi (maka perencanaan roda gigi aman)



“Gear Box”



Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV =

N 4

N3

= 15002400

=d3

d 4 = 1 .6 =

d3

d 4

d4 = 1.6 x d3

C =

d3 + d4

2

5" =

d3 + 1. 6 d3

2=

2. 6 d3

2



“Gear Box”

10" =2.6 d1 d3 = 3.84"

D4 = 10" - 3.84” = 6.16"

b. Jumlah roda gigi

Nt3 = P . d1

= 6 . 3.84 = 23 buah

Nt4 = 6 . 6.16 = 37 buah


Clearen =

0 ,25P

= 0 ,256 = 0,042"

Working Depth =

2P

= 26 = 0,33"

Tinggi gigi =

2 ,25P

.2 , 25

6 = 0,375"

Diameter adendum

d3 = d3 + 2 x

1P = 3.84 +2 x 0,17 = 4.18"

d4 = d4 + 2 x

1P = 6.16 + 2 x 0,17 =6.5"

Diameter dedendum

d3 = d3 – 2 x

125P = 3.84 – 2 x 0.21 = 3.44"

d4 = d4 – 2 x

125P = 6.16 – 2 x 0.21 = 5,76"


VP3 =

π . d3 N input

12

=

3 ,14 . 3 . 84 . 240012 = 2411.52 Ft/min

VP4 =

π . d4 N input

12



“Gear Box”

=

3 ,14 . 6 .16 . 240012 = 3868,48 Ft/min


T = 63000

Ndayan

T3 = 63.000

302400 = 787,5 lbin

T4 = 63000

301500 =1260 lbin


- Gaya tangensial

Ft3 =

N . 33 . 000V P

=

30 x 330002411.52 =410.52 lbin

Ft4 =

N . 33 . 000V P

=

30 x 330003868 .48 =255.91 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal

Fn3 =

Ft 3

Cos θ =

410 . 52Cos 25 ° = 450.95 lb

Fn4 =

Ft 4

Cos θ =

255 . 91Cos 25 ° = 282.36 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya radial

Fr3 = Fn3 . sin = 450.95 x sin 25° = 191.42 lb

Fr4 = Fn4 . sin = 282.36 x sin 25° = 119.33 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya Dinamis

Untuk 0< Vp <2000



“Gear Box”

Fd =

600 + Vp600 . Ft1

=

600 + 2411 , 52600 . 410,52 = 2060,48 lb


b =

Fdd p . Q . K =

2060 ,483 ,84 .1 , 23 .242 = 1.80 in

dimana :

Q =

2 xd4

d3 + d4

= 2 . 6 ,163 , 84 + 6 , 16 = 1,23


- cek lebar gigi

9p<b<13

p

1.5 < 1.80 < 2.16 (Aman)


Fb =

SoxbxYp


Y3 = 0.39 (untuk Nt3 = 23 gigi)

Y4 = 0.449 (untuk Nt4 = 37 gigi)


Fb1 =

25000 .1,8 .0 , 396 = 2925 psi

Fb2 =

25000 .1,8 .0 ,4496 = 3367,5 psi


Sad =



Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)



“Gear Box”

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)


Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33

Sat = 19000 (BHN 140) tabel 10-7

19 . 000 . 11 . 1 , 33 >

410 ,52 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1,8 . 0 ,335

14285,71 psi < 5314,08 psi (maka perencanaan roda gigi aman)



“Gear Box”



Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV =

N 6

N5

= 24002400

=d5

d6 = 1 =

d5

d6

d5 = d6

C =

d5 + d6

2

5" =

d5 + d5

2=

2d5

2



“Gear Box”

10" = 2 d5 d5 = 5"

d6 = 10" - 5” = 5"

b. Jumlah roda gigi

Nt5 = P . d5

= 6 . 5 = 30 buah

Nt6 = 6 . 5 = 30 buah


Clearen =

0 ,25P

= 0 ,256 = 0,042"

Working Depth =

2P

= 26 = 0,33"

Tinggi gigi =

2 ,25P

.2 , 25

6 = 0,375"

Diameter adendum

d5 = d5 + 2 x

1P = 5 +2 x 0,17 = 5.34"

d6 = d6 + 2 x

1P = 5 + 2 x 0,17 = 5.34"

Diameter dedendum

d5 = d5 – 2 x

125P = 5 – 2 x 0.21 = 4.58"

d6 = d6 – 2 x

125P = 5 – 2 x 0.21 = 4.58"


VP5 =

π . d5 N input

12

=

3 ,14 . 5 . 240012 = 3140 Ft/min

VP6 =

π . d6 N input

12



“Gear Box”

=

3 ,14 . 5 . 240012 = 3140 Ft/min


T = 63000

Ndayan

T5 = 63.000

302400 = 787,5 lbin

T6 = 63000

302400 =787,5 lbin


- Gaya tangensial

Ft5 =

N . 33 . 000V P

=

30 x 330003140 =315,26 lbin

Ft6=

N . 33 . 000V P

=

30 x 330003140 =315,26 lbin (arahnya berlawanan)

- Gaya normal

Fn5 =

Ft1

Cos θ =

315 , 26Cos 25 ° = 347,85 lb

Fn6 =

Ft 2

Cos θ =

315 , 26Cos 25 ° = 347,85 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya radial

Fr5 = Fn5 . sin = 347,85 x sin 25° = 147 lb

Fr6 = Fn6 . sin = 347,85 x sin 25° = 147 lb (arahnya berlawanan)

- Gaya Dinamis

Rumus dari buku deutschman, hal :582, (10-39)

Untuk 2000< Vp <4000



“Gear Box”

Fd =

1200 + Vp1200 . Ft1

=

1200 + 31401200 . 315,26 = 1140,19 lb


b =

Fdd p . Q . K =

1140 ,195 . 1 . 127 = 1.79 in

dimana :


- cek lebar gigi

9p<b<13

p

1.5 < 1.79 < 2.16 (Aman)


Fb =

SoxbxYp


Y5 = 0.425 (untuk Nt5 = 30 gigi)

Y6 = 0.425 (untuk Nt6 = 30 gigi)


Fb5 =

25 . 000 x 1 ,79 x 0. 4266 = 3169,79 psi

Fb6 =

25 .000 x 1. 49 x 0 ,4266 = 3169,79 psi


Sad =



Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)




“Gear Box”

Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33

Sat = 11000 (BHN 140) tabel 10-7

19 . 000 . 11 . 1 , 33 >

315 , 26 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 1 ,79 . 0 , 335

8270.67 psi < 4100.77 psi (maka perencanaan roda gigi aman)



“Gear Box”

4.1.4 Perhitungan roda gigi 7 , 8 dan 9


Daya Motor : 30 Hp



Asumsi :

Sudut kontak : 25o

Jarak Poro : 5”



rV =

NoutNin

=d7

d8

=

10002400

=d7

d8



“Gear Box”

d8 = 2,4 d7

Jarak poros c=3”, untuk roda gigi 7 dan 8

c = 3”, maka C =

d7 + d8

2

3" =

d7 + 2,4 d7

2

6" = d7 + 2,4d7

d7 = 1,76"

d8 = 6" – d7

= 6" – 1,76”

= 4,24”

Jarak poros c=3”, untuk roda gigi 8 dan 9

c = 4”, maka C =

d8 + d9

2

4" = 4 , 24``+```d rSub { size 8{9} } } over {2} } `} { ¿¿¿8" = 4,24” + d9

d9 = 3,76"

Jadi :

d7 = 1,76”

d8 = 4,24”

d11 = 3,57”



“Gear Box”

b. Jumlah roda gigi

Nt7 = P . d7

= 6 . 1,76

= 11 buah

Nt8 = P . d8

= 6 . 4,24

= 25 buah

Nt9 = P . d9

= 6 . 3,76

= 23 buah

c. Clearen, Working Depth, Tinggi Gigi

Clearen =

0 ,25P

= 0,042"

Working Depth =

2P

= 0,33"

Tinggi gigi =

2 ,25P

= 0,375"

Diameter Adendum

d7 = d7 + 2 .

1P



“Gear Box”

= 1,76+2 . 0,17

= 2,1"

d8 = d8 + 2 .

1P

= 4,24 + 2 . 0,17

= 4,58"

d9 = d9 + 2 .

1P

= 3,76 + 2 . 0,17

= 4,1"

Diameter Dedendum

d7 = d7 – 2 .

1,25P

= 1,76 – 2 . 0.21

= 1,34"

d8 = d8 – 2 .

1, 25P

= 4,24 – 2 . 0.21

= 3,82"

d9 = d9 – 2 .

1,25P

= 3,76 – 2 . 0.21

= 3,34"



“Gear Box”


Vp7 =

π . d7 N input

12

=

3 ,14 . 1 ,76 . 240012

= 1105,28 Ft/min

Vp8 =

π . d8 . N input

12

=

3 ,14 . 4 ,24 . 240012

= 2662,78 Ft/min

Vp9 =

π . d9 . N input

12

=

3 ,14 . 3 , 76 . 240012

= 2361,28 Ft/min


T = 63000.N daya

n

T7 = 63.000

302400

= 787,5 lbin

T8 = 63000

301800



“Gear Box”

= 1050 lbin

T9 = 63000

30600

= 3150 lbin


- Gaya tangensial

Ft7 =

N . 33 .000V P

=

30 x 330001105 ,28

= 895,7 lb

Ft8 =

30 x 330002662 ,78

= 271,79 lb (arahnya berlawanan)

Ft9=

N . 33 . 000V P

=

30 x 330002361 ,28

= 419,28 lb

- Gaya normal

Fn7 =

Ft 7

Cos θ

=

895 ,7Cos 25 °

= 988,29 lb



“Gear Box”

Fn8 =

Ft 8

Cos θ

=

371 ,79Cos 25 °


Fn9 =

Ft 9

Cos θ

=

419 ,26Cos 25 °

= 462,6 lb

- Gaya radial

Fr7 = Fn7 . sin

= 988,29 . sin 25°

= 417,66 lb

Fr8 = Fn8 . sin

= 410,22 . sin 25°


Fr9 = Fn9 . sin

= 462,6 . sin 25°

= 195,5 lb

- Gaya Dinamis

Untuk 0 < Vp < 2000



“Gear Box”

Fd =

600 + Vp600 . Ft7

=

600 + 1105 , 28600 . 895,7

= 2545,69 lb


b =

Fdd p . Q . K

=

2545 ,691, 76 . 1,51 . 453

= 2,11”

dimana :

Q =

2 xd 8

d7 + d8

=

2 . 4 , 241, 76 + 4 ,24

= 1,51

K = 453 ( stell BHN 400 ) tabel 10.11

- cek lebar gigi

9p<b<13

p

1,5 < 2,11 < 2,16 (Aman)




“Gear Box”

Fb =

SoxbxYp


Y7 = 0.259 ( untuk Nt9 = 11 gigi )

Y8 = 0.402 ( untuk Nt10 = 25 gigi )

Y9 = 0.39 ( untuk Nt11 = 23 gigi )


Fb7 =

50 .000 x 2 ,11 x 0 .2596

= 4554,08 psi


Fb8 =

25 . 000 x 2 ,11 x 0 . 4026

= 3534,25 psi

Fb9 =

25 .000 x 2 ,11 x 0 .396

= 3428,75 psi


Sad =

Sat . KlKt . Kr < Tt =


Dimana :

Ko = 1 (tabel 10-4)

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 (tabel 10-5)




“Gear Box”

Kv = 1

Kl = 1


Kr = 1,33 ( normal design )

Sat = 19000 (BHN 140) tabel 10-7

19 . 000 . 11 . 1 , 33 >

895 , 7 . 1 . 6 . 1 . 1,31 . 2 ,11 . 0 , 335

14285,71 psi > 9552.88 psi

(maka perencanaan roda gigi aman)


RBV

A

RAVRA

1.5 in

11.5 in

B

C

RBH

RBRAH

Fr1Fn1

Ft1


“Gear Box”

4.2. Perencanaan Poros

4.2.1.Perencanaan Poros I

Data yang diketahui:

Daya input (Nin) = 30 hp

Putaran input (nin) = 2400 rpm

Sudut kontak () = 25o

Gaya yang terjadi

Ft1 = 788,21 lb Fr1 = 367,54 lbFn1 = 869,69 lb

Ft3 = 410,52 lb Fr3 = 191,42 lb Fn3 = 452,95 lb

Ft5 = 315,26 lb Fr5 = 147,00 lbFn5 = 347,85 lb

Ft7 = 895,70 lb Fr7 = 417,66 lb Fn7 = 988,29 lb

a. Perencanaan Poros I kondisi 1

Data-data yang diketahui :

Ft1 = 788,21 lb

Fr1 = 367,54 lb

Fn1 = 869,69 lb


A B

1.5 in 11.5 inRA RB

C

Fn1


“Gear Box”

Analisa Momen Banding

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn1 × 1.5 – RB × 13 = 0

RB=Fn1×1,5

13=869,69 x 1,5

13=100 , 34

lb

MB = 0

RA – Fn1 + RB = 0

RA = Fn1 – RB

RA = 869,69– 100,34

= 769,34 lb

Momen bending yang terjadi pada poros I kondisi 1

MC = RA . 1,5

= 769,34 × 1,5

= 1154,01 lbin


1154 lbin

RBH

RBV

A

RAVRA

4,5 in

8,5 in

B

D RB

RAHFr3

Fn3

Ft3

Fn3

A B

4,5 in 8,5 inRA RB

D


“Gear Box”

Gambar 4.1. Diagram momen poros I kondisi 1

b. Perencanaan poros I kondisi 3


Ft3 = 410,52 lb

Fr3 = 191,42 lb

Fn3 = 452,95 lb

Analisa momen bending


1332,67 lbin


“Gear Box”

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn3 × 4.5 – RB × 13 = 0

RB= Fn3×1,513

=452,95 x 4,513

=156 ,79 lb

MB = 0

RA – Fn3 + RB = 0

RA = Fn3 – RB

RA = 452,95 – 156,79

= 296,15 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AC

MC = 296,15 × 4,5

= 1332,67 lbin



8,5 in

4,5 inFt5

RB RBV

A

RAVRA

B

E

RBH

RAH Fr5 Fn5

A B

8,5 in 4,5 inRA RB

E

Fn5


“Gear Box”

c. Perencanaan poros I kondisi 5


Fn5 = 347,85 lb


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn5 × 8,5 – RB × 13 = 0

RB=Fn5×6,5

13=347,85×8,5

13=227 , 44

lb

MB = 0

RA – Fn5 + RB = 0


1023,40 lbin

Ft7

Fn7

RA

11,5 in

1,5 in

A

BF

RBV

RBH

RBRAH

RAV

Fr7


“Gear Box”

RA = Fn5 – RB

RA = 347,85 – 227,44

= 120,40

Momen bending yang terjadi pada poros I kondisi 5

M5 = 120,40 × 8,5

= 1023,48 lbin


d. Perencanaan poros I kondisi 7


Fn7

A B

1,5 in11,5 inRA RB

F


“Gear Box”


Fn7 = 988,29 lb


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn7 × 11,5 – RB × 13 = 0

RB−Fn7× 8,5

13=988,29× 11 ,5

13= 874 , 25

lb

MB = 0

RA – Fn7 + RB = 0

RA = Fn7 – RB

RA = 988,29– 874,25

= 114,03 lb

Momen bending yang terjadi di poros I roda gigi 7

M7 = 114,03 × 11,5

= 1311,38 lbin


1311,38 lbin


“Gear Box”


4.2.1.1. Perencanaan diameter poros I

Momen yang terjadi :

Kondisi 1 : 1154,01 lbin




Dimana :

M max = 1332,67 lbin

T = 787,5 lbin

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100 NR dengan Syp =

139.000 psi (tabel A-2 Apendix 2) dengan angka keamanan Ak = 3.

Rumus dari Deutschman hal 339

τ max=0 ,58 SypAk

=16

πD3 √( M max )2+ (T )2

Diameter poros



“Gear Box”

=3√16×3π×0 ,58×139000

√ (1332,67 )2+(787,5 )2

D = 0.66“

Pengecekan kekuatan poros

Tegangan maximum yang diijinkan dari bahan (Ss) :

=0 ,58×139000

3=26873 , 4

psi

Tegangan geser yang terjadi pada poros ( max)

τ max=√( σ x

2 )2

+τ2

Dimana:

σx =32 x M max

π . D3

= 32 . 1332,67

3 , 14 . (0 , 66 )3=42752 , 96 psi

τ =16 . T 1

π . D3

= 16 . 787,53 ,14 . (0.66 )3

= 14464 ,6 psi

Maka:

τ max = √(σx2

)2 + τ2

= √(42752 ,962

)2 + (14464 , 6 )2=25810 , 43 psi

Karena max < Ssyp maka perencanaan diameter poros I aman.



“Gear Box”

4.2.1.2. Perencanaan Poros Bintang pada Poros I


Diameter poros D = 0,66”

T = 630 lbin

Jumlah Spline n = 6 ( table 7-9 )

Lebar Spline W = 0,16”

Tinggi Spline h = 0,032”

Diameter poros bintang d = 0,576”

Panjang poros L = 13”

Syp ( AISI 52100 Nr ) = 139.000 Psi

rm = ( D+d)/4

= (0,66+0,576) / 4

= 0,304

Torsi moment persamaan kapasitas torsi of strength

T = 1000.n.rm.h.L

= 1000 . 6. 0,304. 0,032 . 13

= 758,8 lb.in

Pengecekan kekuatan poros bintang

Dimana : Fs = 2t / nD

= 2. 630/ 6.0.64

= 328,125 lb

Ditinjau dari tegangan geser

τs = F / A



“Gear Box”

= F / W.L

= 328,125 / 0,16.13

= 157,8 Psi

Ditinjau dari tegangan tekan

τc = F / A

= F / 0,5 H.L

= 328,125 / 0,5. 0,032. 13

= 1577,5 Psi

Ditinjau dari yield point strength of the material in shear

Sssyp = 0,58 Syp / Ak

= 0,58 . 139000 / 3

= 26873,3 Psi

Karena τs dan τc < Ssyp maka perencanaan roda gigi aman.

4.2.2. Perencanaan poros II

Data yang diketahui:

Daya input (Nin) = 30 hp

Putaran input (nin) = 2400 rpm

Sudut kontak () = 25 o

Gaya yang terjadi :

Ft2 = 197,05 lb Fr2 = 91,88 lb Fn2 = 217,42 lb

Ft4 = 255,91 lb Fr4 = 119,33lb Fn4 = 282,36 lb

Ft6 = 315,26 lb Fr6 = 147,00 lbFn6 = 347,85 lb

Ft9 = 419,26 lb Fr9 = 195,5 lb Fn9 = 462,6 lb

a. Perencanaan poros II kondisi 1


A B

1,5 in 11,5 inRA RB

C

Fn2


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn2 × 1,5 – RB × 13 + Fn9 x 11,5 = 0

RB=Fn2×1,5+462 ,6 . 11 , 5

13=217 , 42 .1,5+462 , 6 .11 , 5

13=434 ,31

lb

MB = 0

Fn2 + Fn9 = RA + RB = 0

217,42 + 462,6 = RA + 434,31

RA = 434,31 – 680,02 = - 245,71 lb

Momen bending yang terjadi pada poros II kondisi 1

M = RA x 1,5 = -245,71 x 1,5 = -326,56 lbin


RBV

A

RAVRK

1,5 in

11,5 in

B

C

RBH

RLRAH

Fn2

Ft2

Fr2

-368,56 lb

RBV

A

RAVRA

4,5 in

8,5 in

B

D RB

RAH

A B

4,5 in 8,5 inRA RB

D


“Gear Box”

Diagram momen poros II kondisi 1

b. Perencanaan poros II kondisi 2


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn4 × 4,5 – RB × 13 + Fn9 x 8,5 = 0

RB=Fn4×1,5+462 ,6 .8,5

13=282 ,36 .4,5+462 , 6 .8,5

13=400 , 86

lb


Fn4

RBH

Fn4

Fr4

Ft4

-1256,22 lbin


“Gear Box”

MB = 0

Fn4 + Fn9 = RA + RB = 0

282,36 + 462,6 = RA + 400,86

RA = 400,86 – 680,02 = - 279,16 lb


M = RA x 1,5 = -279,16 x 4,5 = -1256,22 lbin


4.2.2.1. Perencanaan Poros II Pada kondisi 3


RBV

A

RAVRK

8,5 in

4,5 in

B

E

RBH

RL

RAHFn6

Fr6

Ft6

A B

8,5 in 4,5 inRA RB

E

Fn6

3594,48 lbin


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn6 × 8,5 – RB × 13 + Fn9 x 4,5 = 0

RB=Fn6×8,5+462 ,6 .4,5

13=347 ,85. 8,5+462 ,6 x 4,5

13=387 , 57

lb

MB = 0

Fn6 + Fn9 = RA + RB = 0

347,85 + 462,6 = RA + 387,57

RA = 387,57 – 810,45 = - 422,88 lb


M = RA x 8,5 = -422,88 x 8,5 = -3594,48 lbin


c. Perencanaan poros II kondisi 4


AK

11,5 in

1,5inA

BF

RBV

RBH

RLRAH

RAVFt8

Fn8

Fr8

Fn9

A B

1,5 in11,5inRA RB

F

587,11 lbin


“Gear Box”


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn9 × 11,5 – RB × 13 = 0

RB=462 ,6 x 11 ,513

=409 ,22 lb

MB = 0

RA – Fn9+ RB = 0

RA = 462,6 – 409,22 = 53,37 lb


M = RA x 11,5 = 53,37 x 11,5 = 587,11 lbin




“Gear Box”

4.2.2.2. Perencanaan diameter poros II


Kondisi 1 : -368,56 lbin




Dimana: M max = 587,14 lbin

T = 787,5 lbin

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100 HR dengan Syp =

139.000 psi (tabel A-2 Apendix A) dengan angka keamanan Ak = 3.

τ max=0 ,58 SpAk

≥16

πD3 √( Mb max )2+(T )2

Diameter poros

¿ 3√16×3π×0 ,58×139000

√(587 ,14 )2+(787 , 5 )2

D = 0.57 “

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang tersedia maka

diameter poros diambil 0,65 in


Tegangan geser maximum yang diijinkan dari bahan (Ss)

=0 ,58×139000

3=26873 ,33

psi


τ max=√( σ x

2 )2

+τ2


A B

1,5 in 1,5 inRA RB

E

Fn9


“Gear Box”

Dimana:

σx =32 x M max

π . D3

= 32 . 587 ,14

3 , 14 . (0 , 58 )3= 10316 , 53 psi

τ =16 . T 1

π . D3

= 16 . 787 , 5

3 , 14 . (0 ,58 )3= 20566 ,33 psi

Maka:

τ max = √(σx2

)2 + τ2

= √(10316 ,532

)2 + (20566 , 33 )2= 21203 ,34 psi

Karena max < Syp maka perencanaan diameter poros I aman.

4.3.1. Perencanaan poros III



RBV

A

RAV

RA

1,5 in

1,5 in

B

E

RBH

RB

RAH Fr5 Fn5

Ft5

Fr5 Fn5

Ft5

346,95 lbin


“Gear Box”

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn9 × 1,5 – RB × 3 = 0

RB=Fn9×1,5

3=462,6×1,5

3=231,3

lb

MB = 0

RA – Fn9 + RB = 0

RA = Fn9 – RB

RA = 462,6 – 231,3 = 231,3 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AE

ME = 231,3 × 1,5 = 346,95 lbin

Diagram momen poros III

4.3.1.1 Perencanaan diameter poros III


M max = 346,95 lbin

T = 787,5 lbin

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 52100 HR dengan Syp =

139.000 psi (tabel A-2 Apendix A) dengan angka keamanan Ak = 3.

τ max=0 ,58 SpAk

≥16

πD3 √( Mb max )2+(T )2

Diameter poros III



“Gear Box”

¿ 3√16×3π×0 ,58×139000

√(346 ,95 )2+(787 , 5 )2

D = 0.54 “

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang tersedia maka

diameter poros diambil 0,54 in


Tegangan geser yang terjadi maximum yang diijinkan dari

bahan (Ss)

=0 ,58×139000

3=26873 ,4

psi


τ max=√( σ x

2 )2

+τ2

Dimana:

σx =32 x M max

π . D3

= 32 .346 , 95

3 , 14 . (0 , 54 )3= 12125 , 5 psi

τ =16 . T 1

π . D3

= 16 . 787 , 5

3 , 14 . (0. 54 )3= 25483 , 53 psi

Maka:

τ max = √(σx2

)2 + τ2

= √(12125 ,52

)2 + (25483 , 53)2 = 26194 ,79 psi

Karena max < Syp maka perencanaan diameter poros I aman.



“Gear Box”

4.3. Perencanaan pasak

a. Perencanaan pasak pada poros II

Data yang diketahui :

Bahan pasak AISI 1010 HR Syp = 42000 psi (tabel A-2 Appendix)

Angka keamanan (Ak) = 3

Diameter poros (D) = 0,57 in

Tinggi pasak = 0,125

Lebar pasak = 0,1875

Torsi (T) = 787,5 lbin.

Jumlah Spinel = 6

a. Gaya yang bekerja pada pasak

F =

2 . Tn . D

= 2 . 787 , 56 . 0 ,57

= 452 , 58lb

b. Perhitungan panjang pasak

L ¿F . AkW . syp

L ¿452 ,58 . 30 ,1875 .42000

= 0 .17 in

c. Pengecekan kekuatan pasak

Ditinjau dari tegangan geser (L = b = 1 in)

τ s=FA

τs = FW . L

= 452, 580 ,1875. 1

= 2413 , 76 psi

Ditinjau dari tegangan tekan / kompresi

τ c=FA

τc = F0,5 . H . L

= 452,580,5 .0 ,125 .1

= 7241 ,28 psi



“Gear Box”

Syarat perencanaan aman : s dan c < Ssyp

Dimana:

= 0 ,58 . 42000

3= 8120 psi

karena s dan c < Ssyp Maka perencanaan pasak aman.

b. Perencanaan pasak pada poros III

Data yang diketahui :

Bahan pasak AISI 1010 CD Syp = 68000 psi (tabel A-2 Appendix)

Angka keamanan (Ak) = 3


Tinggi pasak = 0,125

Lebar pasak = 0,1875

Torsi (T) = 1050 lbin.

Jumlah Spinel = 6

d. Gaya yang bekerja pada pasak

F =

2 . Tn . D

= 2 . 10506 . 0 ,54

= 603 ,44lb

e. Perhitungan panjang pasak

L ¿F . AkW . syp

L ¿603 ,44 . 30 ,1875 .68000

= 0.14 in

f. Pengecekan kekuatan pasak

Ditinjau dari tegangan geser (L = b = 1 in)

τ s=FA



“Gear Box”

τs = FW . L

= 603 , 440 ,1875. 1

= 3218 , 346 psi

Ditinjau dari tegangan tekan / kompresi

τ c=FA

τc = F0,5 . H . L

= 603 ,440,5 .0 ,125 .1

= 9655 , 04 psi

Syarat perencanaan aman : s dan c < Ssyp

Dimana:

= 0 , 58 . 68000

3= 13146 ,66 psi

karena s dan c < Ssyp Maka perencanaan pasak aman.

4.4. perencanaan bantalan

4.4.1. Perencanaan Bantalan pada Poros I



Roda gigi Fr (lb)

1 369,54

3 191,42

5 147

7 (rivers) 417,66

Kecepatan putaran (n input) = 2400 rpm


Fr = 417,66 lb



“Gear Box”

Jenis bantalan double row notch ball dengan dimension series

32, C = 2534,25 lb (table 9-1)

Mencari Beban Equivalen

P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 417,66 + 0 )

= 208,83 lb

Dimana :

o Fr = 417,66 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)

o V = 1 (ring dalam berputar)

o Y = 0 (tabel 9-5)

o Fs = 1 (tabel 9-8, uniform and steady load)

o Fa = 0 (tanpa gaya aksial)

Perhitungan umur bantalan

dimana:

b = konstanta bantalan = 3

n = putaran poros = 2.400 rpm

L10=(CP )b

x106

60 . n

= (2534 ,25208 ,83 )

3

x106

60 . 2400

= 12411,01 jam



“Gear Box”

4.4.2. Perencanaan Bantalan pada Poros II


Roda gigi Fr (lb)

2 91,88

4 119,33

6 147

9 (rivers) 195,5



Fr = 195,5 lb


32, C = 1993,25 lb (table 9-1)


P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 195,5 + 0 )

= 97,75 lb

Dimana :

o Fr = 195,5 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)


o Y = 0 (tabel 9-5)




dimana:





“Gear Box”

L10=(CP )b

x106

60 . n

= (1993 , 2597 ,75 )

3

x106

60 . 2400

= 58880,6 jam

4.4.3. Perencanaan Bantalan pada Poros III


Roda gigi Fr (lb)

8 179,36



Fr = 179,36 lb


32, C = 1940 lb (table 9-1)


P = Fs ( x . v . Fr + Y . Fa )

P = 1 ( 0,5 . 1 . 179,36 + 0 )

= 89,68 lb

Dimana :

o Fr = 179,36 lb

o X = 0,5 (tabel 9-5)


o Y = 0 (tabel 9-5)






“Gear Box”

dimana:



L10=(CP )b

x106

60 . n

= (194089 , 68 )

3

x106

60 . 2400

= 70300 jam

4.5. Perencanaan Pelumasan


o Putaran ( n input ) = 2400 rpm

o Temperatur operasi = 150 o

F

o D x n = 25 x 2400 = 60.000 (temperatur kerja 150 o

F)

o Minyak pelumas dengan viskositas 120 SUS pada temperatur 150 o

F

Viskositas Absolut ( Z )

Z=ρt×[0 ,22 .. S −180S ]

Dimana :

Z = Viskositas absolute pada temperature f dalam centi point ( cp )

ρt = ‘spesipik gravity’ pelumas pada temperature f

S = 120 ( grafik 9-40 ) Say belt Universal Second (SUS)

Spesifik Grafity ( t )

Pada temperatur standart 60 oF dengan 60 = 0,89 dan t (temp. test

o F , t=150 o F

t = 60 – 0,00035 x ( t – 60 )

= 0,89 – 0,00035 x (150 – 60)

= 0,86



“Gear Box”

Maka :

Z=0 ,86×[0 , 22 x 120−180

120 ] = 0,86 x 24,9

= 21,41 Cp

Dimana :

1 cp = 0,145 x 10−6 reyns

viskositas absolute dalam reyns :

μ=Z (0 , 145 x 10−6 )

μ=21, 376 (0 , 145 x10−6)

μ=3 ,104 x 10−6 reyns

Viskositas kinematik :

Vt=Zρ

=

21 ,410 ,86

= 24,894 cs

Dari hasil perhitungan didapat, viskositas absolute (μ=3 ,104 . 10−6reyns)

dengan temperatur ker ja 1500 F maka dari grafik ( 8-13 ) dapat diketahui jenis

minyak pelumasyang dipakai adalah jenis SAE 20 sampai 30, pada sistem

pelumasan rendam.



“Gear Box”

BAB V

KESIMPULAN

Secara umum diketahui, bahwa untuk merencanakan suatu element mesin

diperlukan ketelitian yang sangat tinggi dan dengan pertimbangan matang agar

mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang direncanakan.

Perhitungan dan pemilihan material untuk mendapatkan dimensi yang

direncanakan tetap berpandangan bahwa suatu desain direncanakan sesuai dengan

kebutuhan dan ukuran. Serta memenuhi syarat keamanan yang diinginkan dan

memilih faktor ekonomi yang murah dengan hasil sebaik-baiknya.

Maka analisa data yang ada dapat diambil kesimpulan ukuran / dimensi dari

semua komponen yang dihitung.

5.1. Roda gigi

a. Roda gigi 1

- Diameter = 2" = 50,8 mm

- Lebar = 1,68" = 41,148 mm

- Diameter addendum = 2,34" = 58,436 mm

- Diameter dedendum = 1,58” = 40,132 mm

- Bahan = Steel BHN 400

b. Roda gigi 2

- Diameter = 8 " = 203,2 mm

- Lebar = 1,68 " = 41,148 mm

- Diameter addendum = 8,34 " = 211,836 mm

- Diameter dedendum = 7,58 ” = 192,532 mm




“Gear Box”

c. Roda gigi 3

- Diameter = 3,84 " = 84,582 mm

- Lebar = 1,8 ” = 42,418 mm

- Diameter addendum = 4,18 " 92,964 mm

- Diameter dedendum = 3,44 “ 73,66 mm


d. Roda gigi 4

- Diameter = 6,16 " = 169,418 mm

- Lebar = 1,68 " = 42,418 mm


- Diameter dedendum = 5,76 " = 158,75 mm


e. Roda gigi 5

- Diameter = 5 " = 108,996 mm

- Lebar = 1,79 " = 44,704 mm




f. Roda gigi 6

- Diameter = 5 " = 108,996 mm

- Lebar = 1,79 " = 44,704 mm




g. Roda gigi 7

- Diameter = 1,76 " = 58,42 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mm



“Gear Box”




h. Roda gigi 8

- Diameter = 4,24 " = 93,98 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mm




i. Roda gigi 9

- Diameter = 3,76 " = 109,22 mm

- Lebar = 2,11 " = 52,07 mm




5.2. Poros

a. Poros I

- Digunakan type poros bintang

- Bahan poros = AISI 52100 NR Syp 139.000 Psi

- Diameter poros = 0,66" = 16,256 mm

- Panjang poros = 13" = 330,2 mm

- Jumlah Spline = 6

- Lebar Spline = 0,16” = 4,064 mm

- Tinggi Spline = 0,032” = 0,8128 mm

b. Poros II

- Bahan poros = AISI 52100 NR Syp 139.000 Psi



“Gear Box”



c. Poros III

- Bahan poros = AISI 52100 HRN Syp 139.000 Psi



5.3. Pasak

a. Pasak Poros II

- Digunakan type pasak standart flat key

- Bahan pasak = AISI 1010 HR Syp 42.000 Psi


- Lebar pasak = 0,1875” = 4,7625 mm

- Tinggi pasak = 0,125“ = 3,175 mm

- panjang pasak = 0,17“ = 2,6162 mm

b. Pasak Poros III

- Digunakan type pasak standart flat key

- Bahan pasak = AISI 1010 CD Syp 68.000 Psi


- Lebar pasak = 0,1875” = 4,7625 mm

- Tinggi pasak = 0,125“ = 3,175 mm



“Gear Box”

- panjang pasak = 0,14 “ = 2,54 mm

5.4. Bantalan

a. Poros I

- Jenis bantalan single-row deep drove ball bearing

- Diameter Poros = 0,69” = 16,256 mm

- Diameter Luar Bantalan = 1,85" = 46,99 mm

- Lebar Bantalan = 0,55” = 13,97 mm

- Umur Bantalan = 12411,01 jam

b. Poros II


- Diameter Poros = 0,57” = 13,462

- Diameter luar bantalan = 1,65" = 41,91 mm


- Umur Bantalan = 58880,6 jam

c. Poros III


- Diameter Poros = 0,54” = 12,7 mm

- Diameter lubang bantalan = 1,55" = 39,37 mm


- Umur Bantalan = 70300 jam



“Gear Box”



“Gear Box”

5.5. Pelumasan

- Spesifik Gravity = 0,86

- Viscosias absolute = 21,41 Cp

- Viscositas absolute dalam Reyns = 3,104 . 10-6 reyns

- Viscositas kinematik (Vt) = 24,894 cs

- jenis pelumas SAE 20 – 30 pada system pelumasan rendam

- Volume pelumasan = 6 liter

- Umur minyak pelumas = 5,7 bulan



“Gear Box”

DAFTAR PUSTAKA

1. Deutsman, A.D, Walter J. Michels, Charles E. Wilson, Machine Design Theory

and Practice, Coller Macmillan International, Macmillan Publishing Co. Inc.

1975.

2. Suga, Kyokatsu, Professor, toh – in Gakuen recnichal College, Japan, Dasar

Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Ir. Sularso, MSME, (terj).

Departemen Mesin Institut Teknologi Bandung, 1980.



“Gear Box”

SARAN

Pemilihan jenis material dan factor keamanan adalah suatu hal yang sangat

perlu diperhatikan dalam perencanaan Gear Box, serta dibutuhkannya suatu

rakitan atau rangkaian roda gigi yang praktis, sehingga efisien tempat dan biaya

dalam pembuatan Gear Box dapat ditentukan seminimal mungkin.

Gunakan jenis material yang tepat untuk menerima beban atau gaya-gaya

yang terjadi dan pilihlah jenis pelumasan yang effisien sehingga Gear Box lebih

aman dan lebih lama umur pemakaiannya.


Laporan Tugas Elemen Mesin

Documents

Transcript of Laporan Tugas Elemen Mesin