ELEMEN MESIN II

Disusun Oleh:

Nama : Hari Suprihatin

No.Mhs : 13/03801

Kelas : CM2

Pembimbing : Ir. Tarmono, M.T

TEKNIK MESIN

SEKOLAH VOKASI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

ii

KATA PENGANTAR

Assalamuallaikum wr wb

Puji dan Syukur atas Kehadirat Allah SWT yang telah memberikan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan Makalah Elemen Mesin II.

Makalah ini disusun dalam rangka memenuhi syarat keluarnya nilai UTS.

Makalah ini berisi rangkuman dari clutch, brakes, sliding contact bearing dan rolling

contact bearing. Rangkuman bersifat struktural dari setiap rumusnya, sehingga lebih

jelas dan lebih mudah untuk dipahami.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing yang telah

menjelaskan materi ke-4 bab tersebut yang kemudian menjadi referensi dalam

penulisan makalah ini, terima kasih juga kepada orang tua, pu-ku, dan teman yang

telah mendukung secara materil maupun moril dalam penyusunan makalah ini.

Penulis mohon maaf jika pada saat penyusunan makalah ini terdapat kesalahan

yang disengaja maupun tidak disengaja. Penulis menyadari terdapat banyak

kekurangan pada makalah ini. Penulis memohon kritik dan saran terhadap makalah

yang penulis susun. Tidak ada manusia yang sempurna karena kesempurnaan hanya

milik Allah SWT.

Penulis berharap makalah ini membantu mahasiswa dalam pembelajaran

mempelajari empat bab tersebut.

Wassalamu'alaikum wr wb

Yogyakarta, 11 Oktober 2014

Penulis

.

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ........................................................Error! Bookmark not defined.

KATA PENGANTAR ......................................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................................... iii

BAB I KOPLING TIDAK TETAP ..................................................................................... 1

BAB II REM .................................................................................................................... 7

BAB III BANTALAN LUNCUR ...................................................................................... 10

BAB IV BANTALAN GELINDING ................................................................................. 14

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 20

1

BAB I

KOPLING TIDAK TETAP

A. Pendahuluan

Kopling tidak tetap adalah elemen mesin yang menghubungkan poros penggerak

ke poros yang digerakkan tanpa menghentikan putaran poros penggerak.

Hubungan yang menunjukkan dalam perubahan roda gigi atau menghentikan

kendaraan dibutuhkan poros penggerak yang berhenti tetapi mesin tetap

bekerja.

B. Jenis-Jenis Kopling Tidak Tetap

1. Kopling Positif

Kopling positif digunakan ketika penggerak positif diperlukan tanpa

ada slip. Tipe paling sederhana dari positif kopling tidak tetap adalah jaw

atau claw clutch.

a) Kopling Cakar Persegi

Kopling cakar persegi digunakan dimana keterlibatan maupun tidak

pada gerak dan dibawah beban yang tidak diperlukan. Tipe kopling ini

akan mentransmisikan daya salah satu dari rotasi.

b) Kopling Cakar Spiral

Terdapat dikanan maupun dikiri, karena daya ditransmisikan pada

satu arah saja. Kopling jenis ini kadang-kadang digunakan dimana kopling

tidak tetap dilibatkan maupun tidak dalam gerakan.

2. Kopling Gesek

Clucth friksi (friction clutch) merupakan clucth yang paling umum.

Kopling jenis ini meneruskan gerakan dengan cara gesekan sehingga dapat

terjadi slip. Clutch friksi modern terbuat dari keramik atau bahan organik

campuran resin dengan kawat tembaga.

Koefisien gesek dari bahan material organik adalah 0.35, dan untuk keramik

0.25. Bahan keramik biasanya digunakan untuk aplikasi yang berat seperti

truk atau balapan. Material keramik yang keras mampu menyebabkan roda

gila dan piringan penekan cepat aus.

2

Jenis kopling gesek:

a) Kopling Plat

b) Kopling Kerucut

c) Kopling Sentrifugal

C. Meterial untuk Permukaan Gesek

- Mempunyai koefisen gesek yang tinggi dan beraturan

- Tidak terpengaruh oleh kelembaban dan oli

- Mempunyai kemampuan menahan temperatur tinggi yang disebabkan

oleh selip

- Mempunyai konduktivitas kalor tinggi

- Mempunyai resisten tinggi

D. Pertimbangan Desain Kopling Gesek

1. Memilih permukaan kontak yang penyusunnya sesuai

2. Perpindahan komponen dari kopling harus mempunyai berat yang ringan

untuk meminimalisir beban inersia khususnya pada kecepatan tinggi.

3. Kopling seharusnya tidak membutuhkan gaya eksternal untuk

mempertahankan kontak dari permukaan gesek.

4. Ketentuan untuk menaikkan kontak permukaan harus disediakan

5. Kopling seharusnya mempunyai ketentuan untuk fasilitas perbaikan

6. Kopling harus mempunyai ketentuan untuk membuang kalor yang dihasilkan

pada permukaan kontak.

7. Komponen dari kopling yang menonjol harus dilindungi.

3

E. Kopling Plat Tunggal

T = torsi yang dapat diteruskan kopling

P = tekanan aksial dengan permukaan kontak

r1 = jari” luar permukaan gesek

r2 = jari” dalam permukaan gesek

= koefisien gesek

Ada 2 kejadian yang harus dipertimbangkan:

1. Pertimbangan tekanan merata

W = gaya aksial untuk menghubungkan kedua permukaan gesek

T=

R= jari” rata” permukaan gesek

4

2. Pertimbangan keausan merata

F. Kopling Plat Ganda

Digunakan untuk meneruskan torsi yang besar, misalnya untuk mobil, mesin

perkakas dan sebaiknya.

n1 = jumlah plat pada poros penggerak

n2 = jumlah plat pada poros yang digerakkan

n = jumlah permukaan kontak

n = n1 + n2 -1

P . r = C

P = C/r

C = konstanta

T=

R

R= jari” rata” permukaan gesek

Catatan:

1.

n= jumlah pasang permukaan gesek

untuk kopling plat tunggal ada dua

permukaan gesek, n > 2

2. Pmaks = C/r2

3. Pmin = C/r1

4. Prata”

5. Untuk kopling baru,

pertimbangan: tekanan merata

untuk kopling lama,

pertimbangan: keausan merata

6. Torsi yang ditransmisikan dengan

pertimbangan tekanan merata

lebih tinggi dibandingkan dengan

pertimbangan keausan merata.

-> tekanan merata

R= jari” rata” permukaan gesek

R -> keausan merata

5

G. Kopling Kerucut

Pn = Tekanan normal antara permukaan kontak

r1 = Jari” luar permukaan gesek r2 = Jari” dalam permukaan gesek R = Rata” jari” permukaan gesek α = sudut permukaan kerucut μ = Koefisien gesek permukaan kontak b = Lebar permukaan gesek

1. Pertimbangan Tekanan Merata

2. Pertimbangan Tekanan Merata

P . r = C

P = C/r

C = konstanta

R

Wn = beban normal = Pn × 2πR.b

We = Wn (sin α + μ cos α)

We= gaya aksial untuk menghubungkan

kopling

Wd= gaya aksial untuk melepaskan

kopling

6

H. Kopling Setrifugal

b = Lebar sepatu m = Massa setiap sepatu n = Jumlah sepatu r = jarak sumbu spider dengan pusat gravitasi R = Jari” dalam rim N = Kecepatan putar RIM ω = Kecepatan sudut RIM ω1 = Kecepatan sudut saat awal kontak μ = Koefisien gesek antara RIM dan sepatu

Pc = gaya sentrifugal pada setiap sepatu

Ps = gaya sentrifugal saat awal kontak

P =gaya sentrifugal bersih

P = Pc - Ps

T= torsi yang ditransmisikan

l = θ.R

A = l . b

P = l.b.p

l.b.p = Pc - Ps

θ=sudut putaran spider

A= luas kontak sepatu

P= tekanan sepatu

7

BAB II

REM

A. Pendahuluan

Rem adalah elemen mesin yang berfungsi mengatur putaran poros dan

menghentikan putaran poros. Rem dapat menyerap energi kinetik dari elemen

yang bergerak dan juga energi potensial: energi yang diseerap rem disimpan

dalam bentuk panas(kalor). Panas tersebut dikeluarkan keudara luar.

B. Energi yang Diserap Rem

1. Gerak Translasi

m = massa yang bergerak

v1 = kecepatan awal pengereman

v2 = kecepatan akhir pengereman

jika pengereman sampai gerakan berhenti, maka V2 = 0

2. Gerak Rotasi

I = momen kelembaman (inersia) massa

ω1 = kecepatan sudut awal pengereman

ω2 = kecepatan sudut akhir pengereman

Jika berhenti sampai putaran berhenti, maka ω2 = 0

3. Gerak Kombinasi Translasi dan Rotasi

4. Gerak dari Suatu Ketinggian sampai Ketinggian yang lain (gerak vertikal)

g = kecepatan gravitasi

h1 = ketinggian awal pengereman

h2 = ketinggian akhir pengereman

v = kecepatan rata” ->

t = waktu pengereman

8

5. Energi total yang diserap oleh rem dengan gerak kombinasi translasi, rotasi,

vertikal

=> energi total

Jika besaran “ berikut digunakan :

Ft = gaya tangensial(gaya gesek) pengereman anatara permukaan kontak

d = diameter piringan rem

N1 = kecepatan putar piringan sebelum pengereman

N2 = kecepatan putar piringan sesudah pengereman

N = kecepatan putar rata”

t = waktu pengereman

----->

T = torsi yang diserap oleh rem

C. Energi yang harus Dikeluarkan Rem

E = energi yang diserap rem atau energi yang ditimbulkan pada rem

μ = koefisien gesek

RN = gaya nornal pada permukaan kontak, N

P = tekanan normal antara permukaan rem,

A =luasan proyeksi permukaan kontak

v = kecepatan keliling piringan rem

Jika energi yang diserap adalah energi kinetik dan energi potensial:

Ek = energi kinetik

Ep = energi potensial

Kalor yang dikeluarkan (dibuang):

C = koefisien perpindahan panas

t1-t2 = perbedaan temperatur permukaan rem dengan sekeliling

Ar = luas permukaan radiasi

9

Kenaikan temperatur piringan rem:

Δ t = kenaikan temperatur

Hg = kalor yang dibangkitkan

m = massa piringan rem

c = kalor jenis bahan rem

D. Jenis-Jenis Rem

Menurut cara meneruskan energi ke elemen rem:

1. Rem Hidrolik

2. Rem Elektril

3. Rem Mekanis

Menurut arah gaya pengereman, rem mekanis dibedakan:

1. Rem radial

- Rem dalam

- Rem luar

2. Rem aksial

- Rem piringan

- Rem kerucut

Macam-macam rem mekanik:

1. Rem sepatu blok tunggal

2. Rem sepatu blok ganda

3. Rem sepatu blok pivot

4. Rem pita sederhana

5. Rem pita diferensial

6. Rem pita dan blok

7. Rem ekspansi dalam

10

BAB III

BANTALAN LUNCUR

A. Pendahuluan

Bantalan adalah elemen mesin yang fungsinya mendukung elemen mesin lain

yaitu poros (leher poros) berbeban dan berputar cepat agar supaya tidak terjadi

gesekan.

Bantalan luncur adalah banatalan yang mendukung poros tanpa elemen

tambahan. Permukaan leher poros dengan permukaan bantalan hanya

dipisahkan oleh lapisan minyak pelumas dengan ketebalan tertentu.

Ciri-ciri bantalan luncur:

- Konstruksi sederhana

- Beban yang didukung tergantung l dan d

- Putaran cepat

- Pelumasan tidak mudah

- Umur lama, asal terjaga adanya lapisan film pelumas

Untuk mendapatkan lapisan pelumas ada beberapa kondisi pelumasan:

1. Bantalan pelumasan tebal, lapisan pelumas dapat memisahkan secara

sempurna kedua permukaan, kondisi ini dinamakan pelumasan hidrodinamis.

2. Bantalan pelumasan tipis, lapisan pelumas tidak dapat memisahkan semua

permukaan yang saling kontak, kondisi ini dinamakan pelumasan tipis.

3. Bantalan pelumasan no(batas), lapisan pelumas tidak ada sehingga terjadi

kontak logam dengan logam, kondisi ini dinamakan pelumasan batas.

4. Bantalan pelumasan hidrostatis, lapisan pelumas dapat memisahkan kedua

permukaan dengan tekanan dari luar. Bantalan mendukung poros yang

lain(tidak bergerak), kondisi ini dinamakan pelumasan hidrostatis

B. Pelumasan Hidrodinamis

O’ = sumbu bantalan

O = sumbu leher poros

l = panjang bantalan

c = kelonggaran diameter

c1 = kelonggaran radial

e = eksentrisitas, jarak O’ dengan O

l/d = 1, bantalan bujur sangkar

l/d < 1, bantalan pendek

l/d > 1, bantalan panjang

11

ε = perbandingan eksentrisitas

ho = tebal minimum lapisan pelumas

Pelumasan batas, tidak stabil –RS

Pelumasan tipis, sebagian tidak stabil –QR

Pelumasan tebal, stabil –PQ

μ = koefisien gesek

Z = viskositas absolut –kg/ms

N = kecepatan putar –rpm

p = tekanan bantalan – N/mm2

d = diameter leher poros –mm

l = panjang bantalan –mm

c = kelonggaran diameter –mm

A = luasan proyeksi bantalan –mm

A = l.d

ZN/p = bilangan karakteristik bantalan

K= modulus bantalan (ZN/p = k)

= besar bilangan karakteristik bantalan pada saat koefisien gesek minimum di titik A

- Pada saat kondisi standard, ZN/p = 3k

- Pada kondisi beban berat dan berfluktuasi serta kejutan yang besar,

ZN/p = 15k

1. Penjelasan grafik: μ – ZN/p

a. Daerah stabil(pelumasan tebal), -PQ

b. Daerah setengah stabil, -QAR

Titik A adalah mulai terjadi kontak logam.

c. Daerah Tidak Stabil, -RS

Koefisien gesek naik dan temperatur semakin tinggi, kondisi pelumasan

tidak terkendali. Terjadi kontak logam dengan logam dan tekanan kontak

sangat tinggi.

TEMPERATUR

Z

ZN/p

ZN/p

TEMPERATUR

KOEF GESEK

Z

KOEF GESEK

TEMPERATUR

TEMPERATUR

Z

ZN/p

μ naik sampai titik R & tidak turun jika

pelumas tidak diperbaiki

12

2. Koefisien Gesek

k = faktor koreksi kebocoran

0,002 , jika l/d 0,75 sampai 2,8

Besaran p, Z, ZN/p, c/d, l/d tergantung dari penggunaan bantalan dan ditempatkan dari

tabel 26.3

13

3. Tekanan Kritis

4. Bilangan Summerfeld

Untuk perencanaan standard :

C. Kalor yang Ditimbulkan Bantalan

μ = koefisien gesek

W = beban bantalan, N

V = kecepatan keliling= p.l.d, m/s

V =

p = tekanan bantalan, N/mm2

l = panjang bantalan, mm

d = diameter bantalan, mm

N = kecepatan putaran, rpm

D. Kalor yang Diserap Bantalan

C = koefisien penyerapan kalor, W/m2/°C

A = luas proyeksi bantalan, mm2

tb = temperatur permukaan bantalan, oC

ta = temperatur udara sekeliling, oC

t0 = temperatur lapisan pelumas, oC

C = 140 to 420 W/m2/°C, tanpa ventilasi

C = 490 to 1400 W/m2/°C, dengan ventilasi

Kalor yang dapat diserap dan dialirkan keluar oleh minyak pelumas:

m = massa minyak pelumas, kg/s

S = kalor jenis minyak pelumas, J/kgoC

t = perbedaan temperatur minyak keluar dengan minyak yang masuk bantalan

CATATAN :

Qg = Qd - Qt ,

jika Qg = Qd maka Qt = 0

bila kalor yang ditimbulkan akibat gesekan dapat diserap semuanya oleh

bantalan maka tidak ada kalor yang dialirkan keluar oleh minyak pelumas.

Umur bantalan sangat lama apabila ketebalan lapisan minyak selalu terjaga.

14

BAB IV

BANTALAN GELINDING

A. Pendahuluan

Bantalan yang mendukung poros dengan elemen tambahan yaitu elemen

gelinding. Permukaan leher poros dengan permukaan bantaan dipisahkan oleh

elemen-elemen gelinding seperti berikut:

- Bola (peluru)

- Rol silindris

- Rol bulat

- Rol kerucut (konis)

- Rol jarum

Ciri-ciri bantalan gelinding:

- Banyak dipasaran

- Beban, putaran dan umur saling bergantung

- Pelumas sesuai perencanaan

Secara garis besar bantalan dibedakan menjadi :

- Bantalan bola

- Bantalan rol

B. Bantalan Bola

Dimensi bantalan diberi angka atau nomor bantalan:

a. Seri sangat ringan (100)

b. Seri ringan (200)

c. Seri menengah (300)

d. Seri berat (400)

(lihat tabel 27.1)

Contoh:

bantalan nomor 305, artinya:

- bantalan seri menengah

- diamater dalamnya 0,5x5=25 mm

C. Umur Bantalan

Bantalan rol maupun bantalan gelinding umurnya dipengaruhi oleh beban yang

didukung dan kapasitas dimensi.

L = 60.N. LH putaran

Keterangan:

15

L = umur rata”, -putaran

Lh = umur kerja, -jam

N = kecepatan putar, -RPM

C = kapasitas dinamis, -N-kN

W = beban ekuivalen, N-kN (beban yang didukung)

k = eksponen bantalan, tergantung jenis bantalan

k = 3, untuk bantalan bola

k = 10/3, bantalan rol

Harga kapasitas dinamis C dapat dilihat pada tabel 27.6 dan harga beban ekuivalen W,

W = x.v.WR + y.WA

v = faktor rotasi

x = faktor beban radial

y = faktor beban aksial

Harga x dan y dilihat pada tabel 27.4

16

17

18

19

20

DAFTAR PUSTAKA

Gupta, J.K., Khurmi, R.S., 2005, A Textbook of Machine Design, 4th , Eurasia Publishing House.

Tarmono, MT., 2014, Kitab Suci Elemen Mesin, 1st, Handwritting Publishing.