24-Mar-14

1

PENGEMBANGAN PRODUK / RANCANGAN ALAT MESIN PERTANIAN

Apakah Perancangan Alat dan Mesin itu?

• Aplikasi ilmu dan teknologi untuk menghasilkan produk

baru atau modifikasi produk

• Produk dapat berupa alat, mesin, struktur, dan

instrumen

24-Mar-14

2

Tujuan utama perancangan: menghasilkan produk yang

berguna dan yang aman, efisien, handal, ekonomis dan praktis

di buat untuk memenuhi kebutuhan konsumen

Optimal Design Design Mismatch

Worker Health & Safety

Quality

Productivity

Hassle

Discomfort

Pain Injury

Disabillity

24-Mar-14

3

THE DAILY WORKING LIFE OF THE BREAD MAKERS.

Keahlian yang dibutuhkan

• Membuat sketsa, menggambar teknik

• Sifat-sifat bahan

• Aplikasi kimia (perlindungan korosi, pengecatan)

• Statika dinamika, kekuatan bahan, kinematika

• Komunikasi, mendengar, menulis, team work

• Mekanika fluida, thermodinamika, pindah panas

• Desain eksperimen, pengujian bahan

• Analisis tegangan

• Perilaku elemen2 mesin

24-Mar-14

4

Langkah-langkah desain

Indentify customer

requirements

Define functions of

the device

State design

requirements

Define evaluation

criteria

Propose several

alternative design

concepts

Evaluate each

proposed alternative

Rate each

alternative against

each evaluation

criteria

Complete detailed

design of the

selected concept

Define

Specifications

Create Design

Concepts Decision Making

Detailed Design

Select the optimum

design concept

Contoh-contoh design requirement

Biaya

Geometri

Kapasitas

Karakteristik

Fisik

Performansi

Input

Output

Pertimbangan pembuatan

Kebutuhan

Lingkungan

Kebutuhan

Pengguna

Harga

Biaya operasional

Biaya Reparasi

• Berat

• Dimensi

• Warna

• Transparansi

• Tekstur permukaan

• Elastisitas

• Kekerasan

• Sifat kemagnetan

• Sifat listrik

• Kekuatan Bending

• Viscositas

Akurasi

Kekuatan

Reproduksibilitas, repeatability (Apakah dengan

input yang sama akan memberikan kerja yang

sama?)

Laju

Efisiensi energi

Deceleration, braking

Beban pengeringan/pendinginan

dll

Konsumsi Energi

Konsumsi bahan bakar

Tenaga kerja

Produk yang dihasilkan

Daya

Polusi

Pengaruh yg tidak

diinginkan

Tingkat kesulitan dalam

pembuatan

Peralatan atau teknik pembuatan

yang diperlukan

Jumlah bagian komponen

Kebutuhan tenaga kerja

Pengiriman

Rentang temperatur

pengoperasian dan

penyimpanan

Ketahanan air

Ketahanan terhadap korosi

Keseuaian dengan___________

Kemampuan menahan radiasi

(radiation hardness)

Kemudahan penggunaan

Kemudahan diperlajari

Training Operator

Pertimbangan

peraturan & ijin

Memenuhi peraturan

pemerintah

Apakah membutuhkan

pembayaran suatu paten

atau license fee

24-Mar-14

5

CONTOH: Fungsi, kebutuhan desain dan kriteria evaluasi

Tugas anda:mendesain speed reducer transmisi daya untuk traktor kecil. Mesin bekerja pada putaran tinggi sementara penggerak roda berputar pada putaran rendah.

Langkah I: buat daftar fungsi speed reducer. Jawaban yang mungkin:

• Untuk menerima daya dari mesin traktor melalui poros yang berputar

• Untuk mentransmisikan daya melalui elemen mesin yang menurunkan kecepatan putar ke nilai yang diinginkan.

• Untuk mengirimkan daya pada kecepatan lebih rendah ke poros output yang menggerakkan roda traktor.

Langkah II: membuat requirement design (Sumber: pengalaman, konsultasi dengan desainer lain, konsumen, dll)

Contoh requirement design:

1. Reducer harus mentransmisikan daya 15.0 HP.

2. Input dari mesin diesel dengan putaran 2000 rpm.

3. Output mengirimkan daya pada kecepatan putaran antara 290 sampai 295 rpm.

4. Efisiensi mekanis yang diinginkan lebih besar dari 95 %.

5. Kapasitas torsi output minimum 3050 lb- in.

24-Mar-14

6

6. Output reducer dihubungkan dengan poros penggerak roda traktor. Moderate shock diperhitungkan.

7. Poros input dan output harus berjajar.

8. Reducer dikunci pada frame baja rigid traktor.

9. Diinginkan ukuran yang kecil. Reducer harus didesain dengan ukuran tidak lebih besar dari 20 in X 20 in, dengan ketinggian maksimum 24 in.

10.Tractor diharapkan beroperasi selama 8 jam per hari, 5 hari per minggu dengan usia pakai 10 tahun.

11.Reducer harus dilindungi dari cuaca dan arus dapat

beroperasi pada suhu lingkungan 0 to 130°F.

12.Flexible couplings akan digunakan pada poros input dan

output untuk mencegah beban aksial dan bending dari

yang ditransmisikan ke reducer.

13.Aman: tidak ada peluang anggota badan masuk dalam

speed reducer.

24-Mar-14

7

Kriteria Evaluasi

• Kriteria evaluasi arus dikembangkan oleh semua anggota tim.

• Seringkali berat dimasukkan dalam kriteria

• Safety harus selalu menjadi kriteria

• Konsep desain yang berbeda mungkin memiliki tingkat

keamanan yang bervariasi dalam rangka untuk mendapatkan

kebutuhan keamanan sebagaimana sudah dinyatakan dalam

kebutuhan desain.

• Desainer dan teknisi merupakan pihak yang bertanggung

jawab jika seseorang terluka karena kesalahan desain.

Contoh Kriteria Evaluasi

1. Aman (relatif aman di atas stated requirements)

2. Performansi (Suatu tingkat dimana konsep desain melampaui kebutuhan)

3. Mudah di buat

4. Mudah di service atau pengantian komponen

5. Mudah dioperasikan

6. Biaya awal rendah

7. Biaya pengoperasian dan perawatan rendah

8. Ukuran kecil dan ringan

9. Noise dan vibrasi rendah; pengoperasian halus

10. Menggunakan bahan yang siap dan mudah di dapat

24-Mar-14

8

Integrasi elemen mesin ke dalam desain mekanik

DESAIN MEKANIK adalah proses peracangan dan/atau

pemilihan komponen mekanik dan menempatkannya bersama-

sama untuk mengerjakan fungsi yang diinginkan.

Elemen-elemen mesin: harus kompatible, terpasang bersama-

sama dengan baik, memberikan performansi yang aman dan

efisien.

Desain tidak hanya memperhatikan performansi elemen2 yang

sudah di desain, tetapi juga elemen interface.

24-Mar-14

9

Contoh

1. Poros input (poros 1) dihubungkan dengan sumber daya, mesin diesel yang berputar pada 2000 rpm. Suatu kopling fleksibel harus digunakan untuk meminimalkan kesulitan dengan penjajaran.

2. Pasangan roda gigi pertama, A dan B, menyebabkan penurunan kecepatan putar pada poros 2. Roda gigi B dan C, keduanya ditempatkan pada poros 2 dan berputar pada kecepatan yang sama.

3. Sebuah pengunci digunakan pada interface antara naf masing-masing roda gigi dan poros, dimana terjadi pengiriman torsi antara roda gigi dan poros.

4. Pasangan roda gigi kedua, C dan D, menurunkan kecepatan putar menjadi 290 – 295 rpm pada poros 3.

24-Mar-14

10

5. Output dihubungkan ke roda traktor dengan menggunakan

rantai sproket (tidak terlihat dalam gambar)

6. Ketiga poros, masing2 di suport oleh dua bantalan bola

7. Bantalan di tempatkan di dalam housing yang di pasang di

atas frame traktor

8. Seal di tempatkan di poros output dan input untuk

mencegah kontaminan masuk ke housing

PERHITUNGAN DESAIN

24-Mar-14

11

Langkah-langkah Umum dalam Perhitungan

1. Identifikasi elemen mesin yang telah di desain dan

penghitungannya.

2. Gambarkan sketsa elemen, tunjukkan semua fitur yang

berpengaruh terhadap performansi atau analisis tegangan.

3. Tunjukkan dalam sketsa gaya yang bekerja pada elemen

(free-body diagram), dan sediakan gambar2 lain untuk

mengklarifikasi kondisi fisik aktual.

4. Identifikasi jenis analisis seperti tegangan karena bending,

defleksi balok, tekukan pada kolom, dsb,

5. List semua data yang di berikan dan asumsi-asumsi.

6. Tulis rumus2 yang digunakan dalam bentuk simbol, dan indikasikan secara jelas nilai dan satuan.

7. Selesaikan setiap rumus untuk variabel yang diinginkan

8. Masukkan data, cek satuan dan lakukan penghitungan

9. Nilailah kewajaran hasil

10.Jika tidak wajar, rubah keputusan desain dan hitung ulang. Mungkin geometri lain atau bahan lain memberikan hasil yang lebih tepat

24-Mar-14

12

Contoh

Suatu batang menanggung beban

gear seperti pada gambar. Desain

batang untuk mensupport

PERANCANGAN PERLU

KREATIVITAS

24-Mar-14

13

• Berdasarkan Psikolog Sternberg, kreativits seseorang itu

berhubungan dengan intelegensia, pengetahuan, pola

berpikir, personality, motivasi dan ligkungan.

K : knowledge

I : intelligence

TS: means thinking style

P: personality

M: motivation

E : environment context

24-Mar-14

14

24-Mar-14

15

Penilaian:

UTS : 40 %

UAS: 40 %

Tugas Kelompok : 20 % (5 orang per kelompok)

Thank you

24-Mar-14

16

Siapakah customer nya?

• Pembuka kaleng

• Mesin produksi untuk pabrik

• Individu yg akan menggunakan di rumah

• Desainer pengemas

• Pekerja produksi

• Tukang service

• Teknisi

• Operator

• Staf yang menginstal mesin

• Personel maintenance