PEM basori

PROYEK PERENCANAAN ELEMEN MESIN

Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear

Disusun Oleh : Akhmat Busori 2107100140

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2011

Perencanaan Elemen Mesin LEMBAR PENGESAHAN

LAPORAN PERENCANAAN PESAWAT PENGANGKAT TETAP DENGAN SPUR GEAR Dalam rangka: Penyelesaian Tugas Perancangan Elemen Mesin (TM 091365) Disusun oleh: Akhmat Busori NRP. 2107100140

Surabaya, 7 Desember 2011 Menyetujui, Dosen Pembimbing,

Ir. Achmad MulyanaNIP.130 687 429

i

Perencanaan Elemen MesinKATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga dapat terselesaikan Proyek Perencanaan Elemen Mesin ini dengan tema perencanaan Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear. Proyek Perencanaan Elemen Mesin ini adalah tugas mata kuliah Perencanaan Elemen Mesin (TM 091365) yang wajib diselesaikan. Tugas ini dimaksudkan agar mahasiswa dapat mengaplikasikan ilmu yang didapat dibangku kuliah dengan merancang suatu alat mekanis yang diharapkan dapat bermanfaat bagi industri yang berkaitan, dan masyarakat pada umumnya. Dalam kesempatan ini kami sampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Achmad Mulyana selaku dosen pembimbing Proyek Perencanaan Elemen Mesin ini. 2. Bapak Ir. Azis Achmad selaku dosen koordinator Proyek Perencanaan Elemen Mesin. 3. Orang tua dan saudara-saudara saya yang telah memberikan dukungan dan doa. 4. Rekan-rekan lain yang telah memberikan sumbangan pemikiran dalam menyelesaikan tugas ini. Pendekatan dan metodologi yang diterapkan dalam perencanaan ini tentunya tidak luput dari kekurangan dan kelemahan. Untuk itu segala kritikan, saran, dan masukan untuk perbaikan tugas ini sangat kami harapkan. Akhirnya, semoga tugas ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Surabaya, Desember 2011

Penulis

ii

Perencanaan Elemen Mesin DAFTAR ISILEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................ i KATA PENGANTAR ................................................................................................ ii DAFTAR ISI .............................................................................................................. iii BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 1 .................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2. Permasalahan 1.3 Tujuan ................................................................................................ 1 1.4. Batasan Masalah ............................................................................ 2 1.5 Sistematika Penulisan ........................................................................ 2 BAB II Dasar Teori .................................................................................................... 3 2.1 Perhitungan gaya-gaya pada pesawat pengangkat ............................. 4 2.2 Spur Gear 7 2.3 Poros .. 7 2.4 Pasak .. 13 2.5 Bantalan 14 BAB III Perencanaan Sprocket, Rantai, Roda Gigi Carrier Dan Racet .... 16 3.1. Perhitungan dan perancangan Beban . 16 3.2. Perancangan Sprocket 17 3.3. Perencanaan Rantai 18 3.4 Perencanaan Roda Gigi 19 3.5 Perencanaan Carrier 27 3.6 Perencanaan Racet .. 28 BAB IV Perencanaan Poros 31 4.1. Perencanaan Poros 1 4.2. Perencanaan Poros 2 31 37

BAB V Perencanaan Pasak . 44 5.1. Perencanaan Pasak pada Poros 1 . 44 5.2. Perencanaan Pasak pada Poros 2 . 44 BAB VI Perencanaan Bantalan . 46 iii

Perencanaan Elemen MesinBAB VII Kesimpulan . 50 DAFTAR PUSTAKA . 54 LAMPIRAN .. 55

iv

Proyek Perencanaan Elemen MesinBAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi dimasa kini membuat perkembangan teknologi permesinan sangat dibutuhkan. Mesin-mesin yang dibuat untuk menggantikan tenaga manusia bertujuan untuk mempermudah pekerjaan manusia. Kita sebagai mahasiswa jurusan teknik mesin harus bisa memanfaatkan ilmu-ilmu yang telah kita pelajari untuk diaplikasikan, dimana salah satu aplikasi tersebut adalah perencanaan alat-alat mekanis yang dapat mempermudah kehidupan manusia. Pesawat pengangkat yang sebelumnya digerakkan dengan tangan dan masih menggunakan konstruksi sederhana kini makin berkembang dalam hal desain maupun kapasitasnya. Pesawat pengangkat dengan sistem transmisi dengan kapasitas yang besar mulai banyak dikembangkan. Pada Tugas Mata Kuliah Perencanaan Elemen Mesin ini akan direncanakan suatu alat pengangkat yang digerakkan dengan tangan yang dilengkapi dengan sistem transmisi untuk memperbesar daya angkatnya. Dengan bertambahnya daya angkat yang besar tersebut maka pesawat pengangkat yang digunakan harus memiliki sistem transmisi yang memiliki keuntungan mekanis yang besar dan aman sehingga dapat digunakan untuk aplikasi yang luas. 1.2 Permasalahan Dalam merancang pesawat pengangkat ini yang perlu diperhatikan adalah tentang model mekanisme yang akan digunakan karena harus memaksimalkan gaya tarik tangan yang terbatas untuk mengangkat beban yang besar. Perancangan ini bertujuan untuk memaksimalkan gaya angkat tangan untuk dapat mengangkat beban 1 ton atau 1000 kg. Selain itu juga harus diperhatikan agar peralatan yang direncanakan akan berfungsi dengan baik dan aman tanpa mengabaikan sisi ekonomis dari rancangan peralatan akan yang dibuat. 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari perencanaan pesawat pengangkat ini adalah menentukan mekanisme yang akan digunakan sehingga dapat diketahui material dan desain yang optimumPerencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

1

Proyek Perencanaan Elemen Mesin1.4 Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil rancangan yang baik tentunya diperlukan waktu yang cukup lama, sehingga dengan waktu yang tersedia maka penyusun membatasi perencanaan pada beberapa aspek saja sehingga akan mempermudah pengerjaan. Pada Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear ini batasan permasalahan adalah: 1. Gaya tarik yang diberikan adalah 5 kg. 2. Bantalan, mur, baut dan sprocket yang digunakan adalah sesuai dengan yang tersedia dipasaran. 3. Kecepatan angkat beban adalah 3 m/menit. 4. Kecepatan gerak tangan adalah 15 m/menit. 1.5. Sistematika Penulisan BAB I : Pendahuluan Berisi tentang latar belakang, permasalahan, tujuan perencanaan, batasan masalah, dan sistematika penulisan dari mekanisme yang akan direncanakan. BAB II BAB III : : Dasar Teori Berisi tentang teori-teori yang menjadi landasan perencanaan Perencanaan Roda Gigi, Sprocket, Rantai, Carrier dan Racet Berisi tentang perhitungan dari perencanaan pada komponen elemen mesin diantaranya gaya- gaya yang bekerja akibat putaran ataupun pembebanan pada Roda Gigi, Sprocket, Rantai dan Racet BAB IV : Perencanaan Poros Berisi tentang perhitungan dari perencanaan pada komponen elemen mesin diantaranya gaya- gaya yang bekerja akibat putaran ataupun pembebanan pada poros BAB V : Perencanaan Pasak Berisi tentang perhitungan dari perencanaan pada komponen elemen mesin diantaranya gaya- gaya yang bekerja akibat putaran ataupun pembebanan pada pasak

Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

2

Proyek Perencanaan Elemen MesinBAB VI : Perencanaan Bantalan Berisi tentang perhitungan dari perencanaan pada komponen bantalan. BAB VII : Kesimpulan Berisi tentang hasil akhir dari perencanaan yang telah dilakukan


3

Proyek Perencanaan Elemen MesinBAB II DASAR TEORI Transmisi daya adalah suatu pengertian bahwa pada suatu mekanisme terjadi perpindahan daya. Mekanisme tersebut dapat berupa belt, roda gesek, rantai (chain), kopling (coupling and clutch) ataupun roda gigi. Transmisi daya dengan menggunakan roda gigi adalah pemindahan daya yang dapat memberikan putaran yang tetap maupun putaran yang berubah. Roda gigi memiliki berbagai jenis antara lain roda gigi lurus, (spur gear), roda gigi miring (helical gear), roda gigi konis (bevel gear) dan roda gigi cacing (worm gear). Untuk merencanakan suatu transmisi daya terdapat beberapa faktor yang perlu diperhatikan, antara lain: Jumlah daya yang akan dipindahkan Jumlah putaran tiap menit (n : rpm) Jumlah gigi Jenis roda gigi yang akan direncanakan Dan lain-lain. Sebagai langkah awal yang dilakukan dalam perencanaan suatu transmisi daya adalah jenis roda gigi yang akan digunakan. Demikian pula dalam memilih bahan untuk roda gigi maupun poros didasarkan atas kebutuhan yang optimum dengan harapan kekuatan (strength stress) cukup, tahan aus (low wear), tidak terlalu besar dan mudah didapat. 2.1 Perhitungan gaya-gaya pada pesawat pengangkat Pada pesawat pengangkat ini akan digunakan planetary train gear set atau roda gigi planetary. Pemilihan ini karena sifat dari sistem transmisi roda gigi planetary yang fleksibel dan mampu memperbesar torsi output secara signifikan dengan ukuran yang relatif kecil.


4

Proyek Perencanaan Elemen Mesin

Gambar 2.1 Planetary Gear Train Set Planetary gear set dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan transmisi mulai menurunkan putaran hingga menaikkan torsi dengan bentuk yang kompak dan lebih sederhana daripada gear box. Kelebihan ini mendasari pemilihan planetary gear sebagai sistem transmisi utama dari pesawat pengangkat ini.

Gambar 2.2 Berbagai konfigurasi yang dapat diubah untuk mendapatkan speed dan torsi yang diinginkan.


5


Gambar 2.3 Terminologi planetary gear Persamaan umum untuk paletary gear sebagai berikut: Untuk sebuah planetary gear (gambar 2.3), jika Ti = torsi input, i = input perpindahan angular , To = torsi output, o = output perpindahan angular, maka: Rasio kecepatan angular Rv Kerja Input = Ti * i Kerja Output = To * o, and Efficiency (h) =i o

Kerja Output Kerja Input

To Ti

o i

Jika poros input bergeraak sesuai Ti, maka susunan roda gigi akan stabil jika Ti i = Mfriction + To o Jika tidak ada rugi-rugi gesekan maka efisiensinya kan menjadi 1 dan kerja input akan sama dengan kerja output.To adalah sama dengan Ti dibagi R To =Ti / Rv v

dimana To adalah torsi output ideal. Mfriction, menyebabkan torsi actual menjadi lebih kecil. To terkecil akan digunakan untuk menentukan efisiensi system. Efisiensi tersebut hanya dapat diketahui melalui eksperimen.

Gambar 2. 4 Skema planetary gear dalam keadaan seimbang.Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

6

Proyek Perencanaan Elemen Mesin2.2 SPUR GEAR

Gambar 2.5 Terminologi Spur Gear Roda gigi lurus digunakan untuk mentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yang paralel. Ukuran yang kecil dari pasangan roda gigi disebut pinion (berfungsi sebagai penggerak) sedangkan yang besar disebut gear (yang digerakkan).


7

Proyek Perencanaan Elemen MesinBeberapa istilah yang akan digunakan dalam perencanaan roda gigi ini antara lain: 1. Diametral Pitch (P) merupakan jumlah gigi tiap inchi lengkungan roda gigi atau jumlah gigi pada roda gigi dibagi dengan diameter pitch circlenya 2. Circular pitch (p) jarak roda gigi yang diukur pada pitch circlenya yaitu jarak satu titik pada roda gigi sampai titik pada roda gigi berikutnya pada kedudukan yang sama Persamaan dari penjelasan diatas adalah

P pSehingga :

Nt d d Nt

PpDimana : p : circular pitch P : diametral pitch Nt : jumlah gigi pada roda gigi Center of distance Jarak titik pusat sepasang roda gigi sama dengan setengah dari jumlah diameter-diameter pitchnya.

c

dp dg 2

Dimana : c : jarak pusat 2 poros sepasang roda gigi dp : diameter pinion dg : diameter gear Velocity Ratio Persamaan dari velocity ratio adalah :

i

1 2

n1 n2

Nt 2 Nt1

d2 d1


8

Proyek Perencanaan Elemen MesinDimana : i n : velocity ratio : kecepatan sudut : kecepatan keliling Dalam merencanakan roda gigi ini diketahui torsi dan putaran yang dibutuhkan sehingga gaya-gaya beban yang bekerja terhadap roda gigi dapat dihitung. Daya yang diterima Persamaan yang dipakai adalah Nt d : jumlah gigi : diameter pitch circle]

Beban Pada gigi

TDimana : HP T n

HP 63000 n

: daya input (hp) : torsi (lb.in) : putaran permenit (rpm)

Gaya-gaya pada spur gear:

Gambar diatas menunjukkan sepasang roda gigi yang bersentuhan pada pitch point P. Fn : gaya yang ditimbulkan oleh gigi pada roda gigi yang digerakkan terhadap gigi roda gigi penggerak Fn dapat diproyeksikan pada arah tangensial (Ft) dan arah radial (Fr)

FtFrDimana

Fn cosFn sin: sudut tekan

Ft tan


9

Proyek Perencanaan Elemen MesinTorsi akibat gaya normal

TDimana :

Fn

d1 cos 2

Ft

d1 2

d1 : diameter pitch line (in) Kecepatan pitch line

Vp

.d .n 12

(ft/menit)

Kekuatan gigi : 1. Beban bending ijin material dihitung menggunakan persamaan :

Fb

S .b.Y Kf .P

dimana : Fb S b Y P Kf : Beban bending ijin (lb) : tegangan aman statis bahan (psi) : tebal gigi (in) : angka lewis (tabel 10-2) : Diametral pitch : Faktor konsentrasi tegangan

2. Beban dinamis Efek dinamis pada roda gigi yang terjadi sebagai akibat factor tidak akuratnya pembuatan gigi, kurang baiknya jarak gigi, pemasangan roda gigi, defleksi akibat sifat elastis gigi dan poros serta pembebanan yang tidak konstan adalah factor-faktor yang harus diperhitungkan dalam perencanaan suatu transmisi roda gigi. Persamaan untuk menghitung beban dinamis :

Fd Fd

600 Vp Ft 600 1200 Vp Ft 1200

untuk 0

Vp

2000 ft/min Vp 4000 ft/min

untuk 2000


10

Proyek Perencanaan Elemen Mesin78 78 Vp

Fd

Ft

untuk Vp

4000ft/min

Syarat keamanan roda gigi terhadap kemungkinan patah berdasarkan teori LEWIS apabila nilai Fb 3. Beban keausan ijin Kerusakan permukaan gigi dapat disebabkan oleh terabrasinya permukaan gigi akibat gesekan antar permukaan gigi yang tidak disertai sistem pelumasan yang baik maupun akibat adanya material ikutan dalam minyak pelumas yang dapat menggores permukaan gigi. Untuk menghitung beban keausan ijin material dapat digunakan persamaan :

Fd

Fwdimana :

dp.b.Q.K

Fw : beban keausan ijin dp : diameter pinion (roda gigi yang diameternya lebih kecil) b : tebal gigi K : faktor beban keausan (tabel 10-11)

Q

2.dg dp dg

2.Ntg Ntp NtgFd

Syarat keamanan roda gigi terhadap keausan apabila nilai Fw Tebal gigi Syarat tebal gigi adalah:

9 P

b

13 P

Pembatasan ini dengan pertimbangan apabila tebal gigi terlalu tipis maka sulit untuk membuat senter (terhadap sumbu poros), tapi apabila terlalu tebal maka kemungkinan terjadi ketidakmerataan pembagian beban pada roda gigi semakin besar. 2.3 POROS Poros merupakan elemen mesin yang berfungsi meneruskan tenaga. Momen bending dan momen torsi yang bekerja pada poros Pada perhitungan poros, yang dihitung atau ditentukan adalah diameter poros. Untuk dapat menentukan diameter poros maka harus diketahui terlebihPerencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

11

Proyek Perencanaan Elemen Mesindahulu tegangan yang diterima oleh poros seperti tegangan bending, tegangan torsi ataupun tegangan kombinasi antara bending dan torsi Kita menganalisa setiap gaya yang ada pada poros. Untuk memudahkan perhitungan gaya-gaya yang ada pada poros dibagi menjadi dua bagian, yaitu gaya arah horizontal dan gaya arah vertikal. Sedangkan untuk momen yang putarannya CW (berlawanan arah jarum jam) bernilai positif (+), dan untuk momen yang putarannya CCW (searah jarum arah jarum jam) bernilai negatif (-). Untuk menganalisa diameter poros yang akan dipakai, kita dapat menggunakan persamaan Distortion Energy, yaitu :1/ 2

Syp N

32 Do3 1 Di Do4

Mm

Syp Mr Se

2

3 Tm 4

Ssyp Tr Se

2

Dengan asumsi-asumsi : 1. Di = 0 karena poros pejal 2. Diameter luar (Do) homogen 3. Dari sistem pembebanan dapat disimpulkan : Momen bending rata-rata tanpa fluktuasi dan tanpa beban kejut MB = Mr (Momen bending range) . Mm = 0, karena momen bending berulang dan tidak berfluktuasi. 4. Faktor keamanan N = 3 Maka persamaan Distortion of Energi menjadi :1/ 2

Syp NDimana :

32 Syp Ksb. .Mr 3 Do Se

2

3 2 .Kst. Tm 4

Mm : momen bending rata-rata Mr : momen bending range Tm : momen torsi rata-rata Tr : momen torsi range Se : Cr.Cs.Cf.Cw.1 .Sn Kf

Ses : Cr.Cs.Cf.Cw. Kf bending

1 .Ss Kfs

: konsentrasi tegangan untuk

Kfs : konsentrasi tegangan untuk geser Syp : yield point dari material Ssyp : 0.5 Syp : yield point geser


12

Proyek Perencanaan Elemen MesinCr Cs Cf : reliability factor : size correction factor : surface correction factor Pasak digunakan untuk menyambung juga untuk menjaga hubungan relatif antara poros dengan peralatan mesin yang lain (dalam hal ini berupa roda gigi). Bila poros berputar dengan torsi sebesar T ini akan menghasilkan gaya F yang bekerja pada diameter luar dari poros dan gaya F inilah yang akan bekerja pada pasak. Besarnya gaya F adalah :F T D 2

Cw Sn

: weld correction factor (tabel 3-3) : endurance limit

2.4 PASAK

.. (Machine Design hal 366) dimana D = diameter poros

Ft n

Ft

D L W

Gambar 5.1 Gaya yang bekerja pada pasak dan dimensi pasak Adanya gaya F pada pasak akan menimbulkan tegangan geser dan tegangan kompresi. Beberapa persamaan yang kita gunakan untuk perhitungan pasak adalah : a. Tinjauan pasak terhadap tegangan geser F Ss = (Machine Design hal 366) A dimana : A = Luas bidang gesek pada pasak = W . L (lebar pasak x panjang pasak) dimana : Ssyp N = 0,58 Syp (untuk baja) (Machine Design hal 90) = 2,5 (faktor keamanan untuk beban dengan beban kejut rendah)


13

Proyek Perencanaan Elemen MesinSehingga:

2T w.L.D

0,58.Syp N

(Machine Design hal 366)

L

2.T.N 0,58.Syp.w.D

b. Tinjauan pasak terhadap tegangan kompresi Sc dimana : A = Luas bidang kompresi pada pasak =L Sehingga: Sc = =

F A


w 24.T 2.T = w D.w.L D. .L 2



Syarat pasak aman terhadap tengangan kompresi : Sc =

Syp N

Sehingga:

4.T D.w.L

Syp N(Machine Design hal 367)

L2.5 BANTALAN

4.T.N D.w.Syp

Pada elemen mesin yang berputar diperlukan media yang menghubungkan antara elemen tersebut dengan bodi yang diam.dengan media ini tentunya diharapkan daya yang ditransferkan dari input akan dapat dipindahkan atau disambungkan ke elemen mesin yang lain dengan loses energi akibat gesekan yang seminimal mungkin. Media ini adalah bantalan (bearing). Selain menjalankan fungsi diatas bearing juga berfungsi sebagai tumpuan dari poros.


14

Proyek Perencanaan Elemen MesinGeometri Ball Bearing

Beban ekuivalen Untuk menghitung beban ekuivalen digunakan persamaan :

Pdimana :

X .V .Fr Y .Fa1,0 untuk ring dalam yang berotasi 1,2 untuk ring luar yang berotasi X : faktor beban radial (table 9-5) Y : faktor beban aksial (table 9-5)

P : beban ekuivalen (lb) Fr : gaya radial (lb) Fa : gaya aksial (lb) V : faktor rotasi Umur bearing

Untuk mencari umur bearing digunakan persamaan :L10 C .10 6 Pb

L10 : umur bearing dalam putaran C : basic load rating (tabel 9-1) b : 3,0 untuk ball bearing untuk satuan jam digunakan persamaan :L10 C 10 6 . P 60.nb


15

Proyek Perencanaan Elemen MesinBAB III PERENCANAAN SPROCKET, RANTAI, RODA GIGI DAN RACET 3.1 Perhitungan dan perancangan Beban Data-data awal perancangan Perancangan awal ini menggunakan data-data awal sebagai berikut: Kekuatan tarikan tangan manusia rata-rata 5 kg Beban yang akan diangkat maksimal 1 ton Diameter sprocket tangan (Dst) 0.35 m Diameter sprocket beban (Dsb) 0.155 m Kecepatan sprocket tangan 15 m/menit Kecepatan naik beban 3 m/menit Perhitungan gaya Torsi sprocket tangan Tst = (m.g) rst = (5 . 9,8) 0.35/2 = 8.58 Nm Torsi Sprocket beban Tsb = (mb. g) rsb = 1000*9.8*0.155/2 = 795.5 Nm Torsi sprocket tangan = torsi sun gear (Ts) = 8.58 Nm Torsi Sprocket beban = torsi carrier (Tc) = 759.5 Nm Fp = Ts. Rs Fc = 2 Fp Hubungan antara Tc dan Ts Tc = m . Fc . rc Dengan m jumlah planet gear dan rc = rs + rp


16


Fc rr

Fp

Fp

rs

rc

Gambar 3.1 skema gaya-gaya planetary gear Tc = m.2Fp.rc Tc = m . 2 . Ts/rs (rs+rp) 795.5 Nm = m . 2 8.58 Nm/rs ( rs+rp) 795.5 rs = 17.15 m(rs+rp) 795.515rs 17.15 m rs = 17.15 m rp rs/rp = (795.5 17.15 m)/ 17.15 m dibuat table perbandingan kombinasi dengan jumlah planet berbeda-beda m rp rs 1 1 43.3 2 1 21.1 4 1 10.1 8 1 4.5 10 1 3.4 12 1 2.7

Pemilihan m = 8 karena perbandingan jari-jari tidak terlalu besar dan akan menghasilkan ukuran ring gear yang sesuai jika ditentukan diameter planet gear 3 cm. 3.2 Perancangan Sprocket a. Sprocket Tangan Bahan Kecepatan turun(v) : Cast Iron : 15m/menit 17


Proyek Perencanaan Elemen MesinLebar Diameter (D) Putaran n= : 1.4 in : 0.35 m :

v D

15 m / menit = 13.65 rpm 0.35m:

Jumlah Gigi

Dari table data rantai yang terseleksi (N Rudenko, Mesin Pengangkat hal 29) didapat bahwa untuk rantai dilas dikalibrasi dan tidak dikalibrasi dengan penggerak tangan : jumlah gigi minimum pada sprocket adalah 5, jadi jumlah gigi diambil 8 buah b. Sprocket Beban Bahan Kecepatan naik(v) Lebar Diameter (D) Putaran n= : Cast Iron : 3 m/menit : 1.5 in : 0.15 m :

v D

3m / menit = 6.16 rpm 0.155 m:

Jumlah Gigi

Dari table data rantai yang terseleksi (N Rudenko, Mesin Pengangkat hal 29) didapat bahwa untuk rantai dilas dikalibrasi dan tidak dikalibrasi dengan penggerak tangan : jumlah gigi minimum pada sprocket adalah 5, jadi jumlah gigi diambil 6 buah 3.3 Perencanaan Rantai Rantai yang digunakan pada alat pengangkat ini yaitu rantai lasan (welded) terbuat dari jalinan baja oval (CT2 atau CT3) yang berurutan seperti pada gambar. B D

t Rantai lasan digunakan untuk mesin pengangkat kapasitas kecil (katrol, Derek dan crane yang digerakkan tangan) sebagai peralatan pengangkat utama. Rantai lasan memiliki kelemahan yakni berat, rentanPerencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

18

Proyek Perencanaan Elemen Mesinterhadap sentuhan dan beban lebih, kerusakan tiba-tiba, keausan yang berlebihan pada dambungan dan hanya digunakan untuk kecepatan rendah. Keunggulan rantai lasan adalah fleksibel untuk semua arah, dapat menggunakan puli dan drum dengan diameter yang kecil serta desain dan pembuatannya sederhana. Ukuran rantai sebagai berikut : 1. Rantai untuk tangan - Diameter (d) dari perbandingan dengan sprocket D/d = 20 d = D/20 = 0.35/20 = 0.0175 m - Kisar (t) asumsi pendek t 3d T = 2d = 2x0.0175 = 0.035 m - Lebar (B) = 2d = 2x0.0175 = 0.035 m - Luas penampang (L) = d2= 3.14x(0.0175x1000)2=961.625mm2 - Beban putus (Sbr)= 17 kg/mm2 x961.625mm2 = 16347.65 kg - Beban aman (Ss) = Sbr/k = 16347.65/3 = 5449.208 kg Dengan k faktor keamanan tabel 4 N Rudenko Mesin Pengangkat 2. Rantai untuk beban - Diameter (d) dari perbandingan dengan sprocket D/d = 20 d = D/20 = 0.155/20 = 0.00775 m - Kisar (t) asumsi pendek t 3d T = 3d = 3x0.00775 = 0.02325 m - Lebar (B) = 3d = 3x0.00775= 0.02325 m - Luas penampang (L) = d2= 3.14x(0.00775x1000)2=188.5963mm2 - Beban putus (Sbr)= 17 kg/mm2 x188.596mm2 = 3206.136 kg - Beban aman (Ss) = Sbr/k = 3206.136/3 = 1068.712 kg Dengan k faktor keamanan tabel 4 N Rudenko Mesin Pengangkat 3.4 Perencanaan Roda Gigi a. Planet gear Diametral pitch (P) Diameter(Dp) Perhitungan dimensi Number of teeth (Ntp) Addendeum (a) :4 : 3 cm : : D.p = 3.4 =12 buah : 1/p=1/4=0.25 cm 19


Proyek Perencanaan Elemen Mesin Deddendum(d) Clearance (c) Working Depth Whole depth Diameter luar (Do) Tinggi gigi Perhitungan gaya tangensial Tsb = Fsb x rsb = (1000x9.8)(0.155/2) Tp = Tsb Fcxrc=T s Fc = Ts/(rp+rs) Fc = 759.5/((3/2)+(13.6/2) Fc = 9146.67 N Ftp = Fp = Fc/28 = 9146.67/28 = 571.66N (0.255 lbf/N) =128.625 lbf Penentuan Bahan o Kecepatan keliling Vp = : 1.25/p=1.25/4=0.32 cm : 0.25/p = 0.25/4 = 0.06 cm : 2/p = 2/4 = 0.5 cm : 2.25/p = 0.56 cm : D+2a=3+2(0.25) cm : addendeum +deddendum :

Torsi Sprocket = Torsi planet gear

.d.n 1.17 6.16 = = 1.887 ft/s 12 12

o Pemilihan bahan dengan metode AGMA t = dimana : t = Tegangan di kaki roda gigi Ft = Gaya tangensial roda gigi = 128.625 lb Ko = Faktor koreksi beban lebih = 1 (tabel 10-4) P = Diametral pitch = 4 Ks = Faktor koreksi ukuran = 1 Km = Faktor distribusi beban = 1,3 (tabel 10-5) Kv = Faktor dinamik 20

Ft K O P K S K m KV b J


Proyek Perencanaan Elemen MesinJ = Faktor geometri = 0,25 (fig.10-22) b = 0,98 (fig..10-21) = Lebar roda gigi = 0.975in

t =

128 .625 1 4 1 1,3 0,98 0.975 0,34

620 .81 psi

Tegangan ijin untuk perencanaan: Sad = dimana : Sad Sat KL KT KR = Tegangan ijin maksimum = Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24, Deutschman) = Life factor=1.6 (tabel 10-8, Deutschman) = Faktor temperatur = 1 = Faktor keamanan=1.33 (tabel 10-9, Deutschman) Sat =

S at K L KT KR

Sad Kt Kr Kl

620 .81 1 1.33 1.6

516 .052 psi

Agar aman digunakan material Cast Iron AGMA Grade 30 dengan Sat 8500 psi Tegangan kompresi yang timbul : c = C PFt C o C s C m C f Cv d b I S ac CL CH CT CR

dimana: c = Tegangan kompresi Cp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material = 2000 (tabel 10-12) Ft = gaya tangensial = 128.625 lb Co = Faktor koreksi beban = 1 (tabel 10-4) Cs = Faktor koreksi umum =1 d = Diameter pinion = 1.17 in b = Lebar roda gigi = 0.975 in I = Faktor geometri = 0,11 (fig. 10-32) Sac = Tegangan maksimum bahan = 75000 psi (tabel 10-14) CL = Faktor umur = 1 CH = Faktor kekerasan = 1 (fig.10-34) 21


Proyek Perencanaan Elemen MesinCm = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama = 1,32 (fig.10-31) Cf = 1, jika roda gigi difinished bagus Cv = Faktor dinamik = 0,86 (fig. 10-27) c = 1800128.625 1 1 1,32 1 0,86 1.17 0.975 0,11 66374 .65 psi

CT = Faktor temperatur = 1.03 CR = Faktor keamanan = 1,25 (tabel 10-16)

Tegangan yang diijinkan :Sac CL CH CT CR 75000 1.33 1 1.03 1,25 77475 .73 psi

Jadi, c < S ac b. Sun gear

CL CH , sehingga kedua gear aman dari keausan. CT CR

Diametral pitch (P) Diameter(Dp) Perhitungan dimensi Number of teeth (Ntp) Addendeum (a) Deddendum(d) Clearance (c) Working Depth Whole depth Diameter luar (Do) Tinggi gigi Perhitungan gaya tangensial Tst = Fst x rst

:4 : 13.6 cm=5.3 inch : : D.p = 13.6x4 =109 : 1/p=1/4=0.25 cm : 1.25/p=1.25/4=0.32 cm : 0.25/p = 0.25/4 = 0.06 cm : 2/p = 2/4 = 0.5 cm : 2.25/p = 0.56 cm : D+2a=13.6+2(0.25)=14.10 cm : addendeum +deddendum = 0.25 +0.32 = 0.56 in :

Torsi Sprocket tangan= Torsi sun gear = (5 kgx 9.8m/s2)(0.35/2) = 8.56 NmPerencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

22

Proyek Perencanaan Elemen MesinTst = Ts 8.58 Nm = Fts x rs Fts = 8.58 Nm/(0.136/2)m Fts = 126.0367 N Fts = 28.36 lb Penentuan Bahan o Pemilihan bahan dengan metode AGMA t = dimana : t = Tegangan di kaki roda gigi Ft = Gaya tangensial roda gigi = 28.36 lb Ko = Faktor koreksi beban lebih = 1 (tabel 10-4) J = Faktor geometri = 0,4 (fig.10-22) b P = Diametral pitch = 4 Ks = Faktor koreksi ukuran = 1 Km = Faktor distribusi beban = 1,3 (tabel 10-5) Kv = Faktor dinamik = 0,98 (fig..10-21) = Lebar roda gigi = 0.975in


t =

28.36 1 4 1 1,6 0,98 0.975 0,4

474 .8637 psi

Tegangan ijin untuk perencanaan: Sad = dimana : Sad Sat KL KT KR = Tegangan ijin maksimum = Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24, Deutschman) = Life factor=1.6 (tabel 10-8, Deutschman) = Faktor temperatur = 1 = Faktor keamanan=1.33 (tabel 10-9, Deutschman) Sat =

S at K L KT KR

Sad Kt Kr Kl

474 .8637 1 1.33 1.6

394 .73 psi


23

Proyek Perencanaan Elemen MesinAgar aman digunakan material Cast Iron AGMA Grade 30 dengan Sat 8500 psi Tegangan kompresi yang timbul : c = C PFt C o C s C m C f Cv d b I S ac CL CH CT CR

dimana: c = Tegangan kompresi Cp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material = 1800 (tabel 10-12) Ft = gaya tangensial = 28.36 lb Co = Faktor koreksi beban = 1 (tabel 10-4) Cs = Faktor koreksi umum =1 Cm = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama = 1,32 (fig.10-31) Cf = 1, jika roda gigi difinished bagus Cv = Faktor dinamik = 0,86 (fig. 10-27) d = Diameter pinion = 1.17 in b = Lebar roda gigi = 0.975 in I = Faktor geometri = 0,11 (fig. 10-32) Sac = Tegangan maksimum bahan = 75000 psi (tabel 10-14) CL = Faktor umur = 1 CH = Faktor kekerasan = 1 (fig.10-34) CT = Faktor temperatur = 1.03 CR = Faktor keamanan = 1,25 (tabel 10-16)

c = 1800

28.36 1 1 1,3 1 0,86 5.3 0.975 0,11

14633 .78 psi


Jadi, c < S ac



24

Proyek Perencanaan Elemen Mesinc. Ring gear Diametral pitch (P) Diameter(Dp) Perhitungan dimensi Number of teeth (Ntp) Addendeum (a) Deddendum(d) Clearance (c) Working Depth Whole depth Diameter luar (Do) Tinggi gigi Penentuan Bahan o Pemilihan bahan dengan metode AGMA t = dimana : t = Tegangan di kaki roda gigi Ft = Gaya tangensial roda gigi = 128.62 lb Ko = Faktor koreksi beban lebih = 1 (tabel 10-4) J = Faktor geometri = 0,4 (fig.10-22) b P = Diametral pitch = 4 Ks = Faktor koreksi ukuran = 1 Km = Faktor distribusi beban = 1,3 (tabel 10-5) Kv = Faktor dinamik = 0,98 (fig..10-21) = Lebar roda gigi = 0.975in :4 : Ds+2*Dp =19.6 cm= 7.71inch : : =2Ntp+Nts = 157 : 1/p=1/4=0.25 cm : 1.25/p=1.25/4=0.32 cm : 0.25/p = 0.25/4 = 0.06 cm : 2/p = 2/4 = 0.5 cm : 2.25/p = 0.56 cm : D+2a=30.2+2(0.25)=30.7 cm : addendeum +deddendum = 0.25 +0.32 = 0.56 in


t =

128 .62 1 4 1 1,6 0,98 0.975 0,4

527 .6923 psi

Tegangan ijin untuk perencanaan: Sad =

S at K L KT KR


25

Proyek Perencanaan Elemen Mesindimana : Sad Sat KL KT KR = Tegangan ijin maksimum = Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24, Deutschman) = Life factor=1.6 (tabel 10-8, Deutschman) = Faktor temperatur = 1 = Faktor keamanan=1.33 (tabel 10-9, Deutschman) Sat =

Sad Kt Kr Kl

527 .6923 1 1.33 1.6

438 .6442 psi

Agar aman digunakan material Cast Iron AGMA Grade 30 dengan Sat 8500 psi Tegangan kompresi yang timbul : c = C P dimana: c = Tegangan kompresi Cp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material = 1800 (tabel 10-12) Ft = gaya tangensial = 128.62 lb Co = Faktor koreksi beban = 1 (tabel 10-4) Cs = Faktor koreksi umum =1 Cm = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama = 1,32 (fig.10-31) Cf = 1, jika roda gigi difinished bagus Cv = Faktor dinamik = 0,86 (fig. 10-27) d = Diameter pinion = 1.17 in b = Lebar roda gigi = 0.975 in I = Faktor geometri = 0,11 (fig. 10-32) Sac = Tegangan maksimum bahan = 75000 psi (tabel 10-14) CL = Faktor umur = 1 CH = Faktor kekerasan = 1 (fig.10-34) CT = Faktor temperatur = 1.03 CR = Faktor keamanan = 1,25 (tabel 10-16)Ft C o C s C m C f Cv d b I S ac CL CH CT CR


26

Proyek Perencanaan Elemen Mesin128.36 1 1 1,3 1 0,86 11.78 0.975 0,11

c = 1800

20914 .94 psi


Jadi, c < S ac


3.5 Perencanaan Carrier

A

B

Bahan = besi cor grafit bulat FCD 50 JIS G 5502 tarik = 500 N/mm2 = 500 MPa = 72516.87 lb/in2 geser = 350 N/mm2= 350 MPa = 50763.21 lb/in2 Diameter = 19.6 cm = 7.5 in Torsi yang ditransmisikan = 795.5 Nm = 7040.772 lb in Tegangan titik kritis : 1. titik A FA = = 2346 lb


27

Proyek Perencanaan Elemen MesinLuas permukaan A (LA) LA = x D A x t LA = 3,14 x 3 x t = (9.42 x t) in2 Syarat keamanan geser A < geser geser 50763.21 t> t > 0.005 in Agar keamanan dan reliabilitynya bagus serta memudahkan proses pengecoran dibuat tebal 0.5 in. 2. titik B FB = = 2200.24 lb

Luas permukaan B (LB) LB = x r2 LB = (3,14 r2)in2 Syarat keamanan geser B < geser geser 50763.21 r2 > r2 > 0.0138 rmin > 0.117 in 3.6 Perencanaan Racet Jenis peralatan ini terdiri dari racet dan sebuah pengunci. Gigi racet dapat diletakkan pada bagian dalam atau luar ataupun roda racet. Gigi tersebut dibentuk sedemikian rupa sehingga racet dapat bergerak bebas ketika beban diangkat.


28


Roda racet Dimensi yang direncanakan: z = jumlah gigi = 12 buah m = modul = 20 mm a. Panjang gigi racet a = m = 20 mm = 0.79 in b. Tinggi gigi racet h = 0.75 x m = 0.75 x 20 = 15 mm c. Lebar gigi racet b = x m = 1.5 x 20 = 30 mm = factor pembanding antara lebar gigi (b) dengan panjang gigi (a) d. Diameter racet D = 1.45 in Perhitungan kekuatan Racet Bahan = besi cor grafit bulat FCD 50 JIS G 5502 tarik = 500 N/mm2 geser = 350 N/mm2 Rumus kelenturan:m 23 M zlentur

lentur

M 23 z m3


29

Proyek Perencanaan Elemen Mesin3116400 x 2 3 12 x5 x 20 3

=

= 173,13 N/mm2 M = momen gaya yang ditransmisikan = 1000kg *9,8m/s2*120 mm = 3116400 Nmm Karena tarik> lentur maka bahan aman digunakan sebagai roda racet Pena pengunci Pena pengunci racet dianggap sebagai batang kantilever yang mngalami pembebanan. Persamaaan kekuatannya adalah P l= 0.1 d3bending Dimana : l = P=

b a 2

30 2

20

35mm

2M 2m

2(3116400 ) 12(20)

25970 N

Direncanakan bahan pena pengunci Baja Khrom Nikel SNC 2 dengan tegangan tarik ijin 850 N/mm2. Untuk menghitung tegangan yang bekerja digunakan persamaan sebagai berikut d= 2.71 3M b ( 2.m. tarik a 2)

dimana : diameter poros 13.2 mm maka besarnya tegangan tariktarik

2.713 2.713

M b ( 3 z.m.d a

2)

tarik

311640 (35) 12.20.13.2 3

tarik

= 112.35N/mm2

Jadi pena aman digunakan karena tegangan tarik yang terjadi lebih kecil dari tegangan tarik beban


30

Proyek Perencanaan Elemen MesinBAB IV PERENCANAAN POROS 4.1. Perencanaan Poros 1 2. Data Diameter sprocket beban Diameter planet gear Jumlah planet gear Panjang poros Massa jenis ( ) Torsi poros Torsi poros = 795.5 Nm = 7040.772 lb in Gaya tangensial pada carrier: Ftc = 9146.67 N = 2056.253 lb Gaya Radial pada Carrier : Frc = Ftc tan 20 = 754.645 lb Berat planet gear (Wp) Wp = 8 . =8.4

= 6.1in = 1.18 in =8 = 8 in = 0,26 lb/in3 = 1482 lb.in

Dari perhitungan gear didapat gaya-gaya yang bekerja adalah:

. dp2 . b.

.

1 gc1 32,2

4

. (1.18)2 x 0.975 x 0,26 x

= 0.688 lb Berat carrier (Wp) Wp = 0.334 kg = 0.736 lb (dari simulasi menggunakan software CATIA) Berat sprocket (Ws) Ws = =44

. ds2 . b.

.

1 gc1 32,2

. (6.1)2 x 1.5 x 0,26 x

= 0.28 lb Gaya Tangensial Spocket (Fts) Fts =T7040 .772 lb.in = 2308.45 lb 3.05in

r

=s

Gaya Radial Spocket (Frs)Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

31

Proyek Perencanaan Elemen MesinFrs = Fts . tan20 = 124.5 x 0.367 = 847.2 lb 3. Menghitung Gaya-Gaya pada tumpuan (Bearing) Ftc Frs Fts B BH A AH Av WsGambar 4.1 gaya-gaya pada Poros 5

Frc

C

Wp +Wc

Bv

Bidang Horisontal 1 Fts 2 3 Ftc

A x1 AH 1 1 in x2 2 1.25 in

B x3 BH 3 1 in

C

Gambar 4.2 Gaya-gaya pada bidang horisontal poros 1

MA = 0(

-)

-BH .(2.25) + Fts .(1) + Ftc .(3.25) = 0 -BH .(2.25) + 2308,45 .(1) + 2056.253 . (3.25) = 0 BH =2308 .45 x(1) 2056 .253 x(3.25) = 3996.1 lb 2.25


32

Proyek Perencanaan Elemen Mesin FH = 0 ( +) AH + BH Fts Ftc = 0 AH = Fts + Ftc - BH AH = 2308.45 + 2056.253 3996.1 lb AH = 368.6 lb Mencari tegangan terbesar Bidang Momen Horisontal AH A x1Mx1

Potongan 1 1 (0 x1 1in) Mx1 = AH . x1 = 368.6 .x1 x1 = 0 in MA = 0 lb.in x1 = 1 in MB = 368.6 lb.in Potongan 2 2 (0 x2 1.25 in) Fts x2 A Mx2 AH Mx2 = AH. (1+x2) Fts. x2 =386.6(1+ x2) - 2308.45 . x2 = 386.6 1921.85 x2 x2 = 0 in MC = 386.6 lb.in x2 = 1.25 in MB = -2015.713 lb.in Potongan 3 3 (0 x3 1 in) x3Mx3

Ftc

Mx3 = Ftc . x3Perencanaan Pesawat Pengangkat Tetap dengan Spur Gear Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

33

Proyek Perencanaan Elemen Mesin=2056.253.x3 x1 = 0 in MA = 0 lb.in x1 = 1 in MB = 2056.253 lb.in 386.6 lb.in

A

B

C

-2056.253 lb.inGambar 4.4 Momen bending horisontal poros 5

Bidang Vertikal 1 Frs 2 3 Frc

A x1 Av 1 1 in Ws x2 2 1.25 in

B x3 Bv 3 1 in

C

Wc+Wp

Gambar 4.3 Gaya-gaya pada bidang vertikal

MA = 0(

-)

(Frs + Ws)(1) + (Frc+Wc+Wp)(3.25)- Bv (2.25) = 0 Bv = (847 .2 0.28)(1) (754 .65 0.75 0.069 )(3.25) 1467 .885lb2.25

FV = 0 AV-(Frs + Ws)-(Frc+Wc+Wp)+Bv= 0 AV = (847 .2 0.28) (754 .65 0.75 0.069 ) 1467 .885 = 135.06lb


34

Proyek Perencanaan Elemen MesinBidang Momen Vertikal y1 A Av Potongan 1 1 (0 y1 1in) My1 = Av . y1 = 135.06 x y1 y1 = 0 in MA = 0 lb.in y1 = 1 in MB = 135.06 lb.in Potongan 2 2 (0 x2 1.25 in) Frs y2 My2 A Av wsMy1

My2 = Av. (1+y2) - (Frs+Ws). y2 =135.06(1+ y2)-(847.2+0.28) . y2 = 135.06 712.42 y2 y2 = 0 in MC = 135.06 lb.in y2 = 1.25 in MB = -755.46 lb.in Potongan 3 3 (0 x3 1 in) y3My3

Frc

Wp+Wc My3 = (Frc+Wc+Wp) . y3 =755.46.y3 y1 = 0 in MA = 0 lb.in y1 = 1 in MB = 755.46 lb.in


35

Proyek Perencanaan Elemen Mesin135.06 lb.in

A

B

C

755.46 lb.inGambar 4.4 Momen bending vertikal

Momen bending terbesar terjadi di titik B MB =

MBH2 MBV2 =

(2056.253) 2 (755.46) 2 = 2190.64lb.in

Perencanaan diameter poros Dari tabel Appendix A-2 Hal 870, Machine design, Deutschman didapatkan: Bahan poros direncanakan AISI 1118 (HR) Syp Su = 50000 psi = 75000 psi

Working endurance limit

Se

1 xS ' nxCR xCS xC F xCW Kf

Dari hal 829 App B-1, machine design, Deutschman untuk poros dengan profil adanya lubang pasak, didapat : Kf(bending) = 1,6 Kf(torsi) = 1,3 Dari pers 3-13 hal 106 machine design, Deutschman untuk steel dengan Su

PEM basori

Documents

Transcript of PEM basori