PERANCANGAN DAN PEMBUATAN JAW CLUTCH DENGAN …digilib.unila.ac.id/32845/25/SKRIPSI TANPA BAB...

PERANCANGAN DAN PEMBUATANMEKANISME SCREW CUT OFF

DENGAN PARAMETER

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN JAW CLUTCH DENGAN MEKANISME SCREW CUT OFF PADA MOBIL RADEN INTEN 2

DENGAN PARAMETER GLIDING TIME DAN ENERGI TERKONSUMSI

(Skripsi)

Oleh WAHYU SAPUTRA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2018

DENGAN RADEN INTEN 2

DAN ENERGI TERKONSUMSI

ABSTRAK



Oleh

WAHYU SAPUTRA

Sebuah kendaraan hemat energi adalah kendaraan yang memiliki konsumsi energi yang

sedikit namun kinerja nya masih dapat diterima oleh pengendara yang didukung oleh

sistem transmisi yang minim hambatan. Penelitian ini dilakukan untuk merancang sebuah

transmisi jaw clutch yang memiliki mekanisme screw cut off sehingga memiliki hambatan

putar seminimal mungkin pada saat kendaraan gliding. Perancangan ini dilakukan untuk

mentransmisikan beban sebesar 0.35 kW dengan putaran maksimal 2500 rpm sehingga

didapatkan diameter luar kopling adalah 120 mm yang memiliki 10 gigi dengan ketebalan

dan ketinggian masing-masing 5 mm. Hasil pengujian menunjukan transmisi dapat

tersambung dengan sempurna akibat adanya mekanisme ulir pada saat motor dihidupkan

dan memiliki putaran optimal pada putaran 500 rpm ke 1000 rpm dengan mengonsumsi

0.041 Wh untuk siklus putaran 71 detik. Perancangan ini menggunakan Failure Mode

and Effect Analysis (FMEA) untuk melihat penyebab kerusakan dan cara

menanggulanginya dan menggunakan Fault Tree Analysis (FTA) untuk melihat kondisi

sistem transmisi.

Kata Kunci : Transmisi, Jaw clutch, Screw cut off, Optimal,

ABSTRACT

JAW CLUTCH DESIGN AND PRODUCTION WITH SCREW CUT OFF MECHANISM ON RADEN INTEN 2 WITH GLIDING TIME AND

ENERGY CONSUMPTION PARAMETERS

By

WAHYU SAPUTRA

An energy-efficient vehicle is a vehicle that has low energy consumption but its

performance is still acceptable to the driver who is supported by a minimal transmision

system barriers. This research was conducted to design jaw clutch transmision that has a

screw cut off mechanism so that it had a minimal of rotation resistance when the vehicle

was gliding. This design would to transmit a load of 0.35 kW with a maximum rotation of

2500 rpm so that the outer diameter of the clutch is 120 mm which has 10 teeth with a

thickness and a height of each 5 mm. The test result showed the transmision can be

connected perfectly because there was the screw mechanism when the motor was turned

on and it had the optimal rotation at 500 rpm to 1000 rpm by consuming 0.041 Wh for 71

second cycle round. This design used Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) to see

the cause of damage and how to overcome it and use Fault Tree Analysis (FTA) to see the

transmission system condition.

Key Word : Transmision, Jaw Clutch, Screw cut off, Optimum

PERANCANGAN MEKANISME SCR

DENGAN PARAMETER

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik

Fakultas Teknik Universitas Lampung



Oleh

WAHYU SAPUTRA

Skripsi


Pada

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2018

DENGAN RADEN INTEN 2

DAN ENERGI TERKONSUMSI


Judul Skripsi : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN JAW CLUTCH DENGAN MEKANISME SCREW CUT OFF PADA MOBIL RADEN INTEN 2 DENGAN PARAMETER GLIDING TIME DAN ENERGI TERKONSUMSI

Nama Mahasiswa : Wahyu Saputra

NPM : 1415021088

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik MENYETUJUI

1. Komisi Pembimbing Ahmad Su’udi., S.T., M.T. NIP. 19740816 200012 1 001

Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin., M.T. NIP. 19640506 200003 1 001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

Ahmad Su’udi., S.T., M.T. NIP. 19740816 200012 1 001

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua : Ahmad Su’udi., S.T., M.T. ....................

Anggota Penguji : Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin., M.T. ....................

Penguji Utama : Novri Tanti., S.T., M.T. ....................

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

Prof. Dr. Suharno, M.Sc., Ph.D. NIP. 19620717 198703 1 002

Tanggal Lulus Ujian Skripsi : 02 Agustus 2018

PERNYATAAN PENULIS

TUGAS AKHIR INI DIBUAT SENDIRI OLEH PENULIS DAN BUKAN

HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATUR DALAM PASAL 27

PERATURAN AKADEMIK UNIVERSITAS LAMPUNG DENGAN SURAT

KEPUTUSAN REKTOR No. 3178/H26/DT/2010

YANG MEMBUAT PERNYATAAN

WAHYU SAPUTRA NPM. 1415021088

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Kampung Sawah pada tanggal 25

Desember 1997 sebagai anak ke-3 dari 3 bersaudara pasangan

Bapak Kawuryan dan Ibu Suwuh Sumiyati. Penulis

menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SDN 4 Kebagusan

(SDN 55 Pesawaran) pada tahun 2003-2009, Pendidikan Sekolah Menengah

Pertama di SMPN 1 Gedong Tataan (SMPN 1 Pesawaran) pada tahun 2009-2012,

dan Pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA N 1 Gedong Tataan (SMAN 1

Pesawaran) pada tahun 2012-2014. Serta pada tahun 2014 lolos SNMPTN di

Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

Selama menjadi mahasiswa penulis aktif di dalam organisasi internal kampus

sebagai pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) pada bidang

Pendidikan dan Pelatihan. Selain itu juga penulis aktif di dalam komunitas

rekayasa teknologi yaitu Komunitas Kreativitas (KUKIS) dimana telah mengikuti

beberapa ajang lokal seperti Lomba Inovasi Teknologi Tepat Guna kabupaten

Lampung tengah tahun 2016 dan 2017 sebagai juara 3. Penulis juga aktif dalam

pembuatan mobil hemat energi dan pernah mengikuti ajang Nasional yaitu Lomba

Kontes Mobil Hemat Energi tahun 2016 di Prambanan Yogyakarta dan Lomba

Kontes Mobil Hemat Energi tahun 2017 di Kenjeran Surabaya. Selain itu penulis

juga pernah mengikuti ajang Kontes Robot Terbang Indonesia (KRTI) tahun 2017

di Pasuruan pada divisi Technology Development mengangkat judul “Insect

Trap”. Ajang internasional yang pernah penulis ikuti adalah Lomba Shell Eco

Marathon Asia 2018 di Changi Exhibition Centre Singapura pada kelas mobil

Urban Gasoline sebagai Manager Team.

viii

Pada bidang akademik, penulis pernah malaksanakan kerja praktik di PT. PLN

(Persero) PLTP Ulu Belu Pusat Listrik Tanggamus dan mengangkat tema

“Perancangan Ulang Jalur Pipa Reinjection System untuk Mengurangi kWh PS”

yang berlokasi di kabupaten tanggamus pada bulan Januari 2017 – Februari 2017.

Penulis juga pernah melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di desa Sukajaya

Lampung Selatan pada tahun 2017 sebagai Kordinator Desa. Pada tahun 2018

penulis melakukan penelitian pada bidang perancangan dan produksi dengan tema

tugas akhir “Perancangan Jaw Clutch dengan Mekanisme Screw Cut Off” dibawah

bimbingan Bapak Su’udi dan Bapak Yanuar.

Bandar Lampung, Juni 2018 Penulis,

Wahyu Saputra

KARYA INI KUPERSEMBAHKAN UNTUK

KEDUA ORANG TUA KU TERCINTA

KAWURYAN & SUWUH SUMIYATI

KAKAK KAKAK KU

WIGIT PRAMONO & TRI HANDAYANI

SITI NURAINI & ABU KHOLIFAH

REKAN-REKAN SEPERJUANGAN TEKNIK MESIN 2014

ALMAMATER TERCINTA

JURUSAN TEKNIK MESIN UNIVERSITAS LAMPUNG

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas

rahmat nya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan tema

“Perancangan dan pembuatan jaw clutch dengan mekanisme screw cutt off”

dengan sebaik-baiknya. Shalawat serta salam selalu tercurah pada Nabi

Muhammad SAW, sahabatnya serta pengikutnya semoga selalu menjadi suri

tauladan yang baik untuk penulis.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapat bantuan secara moril

dan materil, oleh sebab itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada:

1. Ibu Suwuh Sumiyati dan Bapak Kawuryan yang selalu memberikan dukungan

moril dan materiil serta doa yang selalu dipanjatkan disetiap sholat nya.

2. Bapak ahmad suudi., S.T., M.T. selaku ketua jurusan teknik mesin dan

pembimbing I yang selalu memberikan ilmu dan arahan serta motivasi nya.

3. Bapak Harnowo Supriadi., S.T., M.T. selaku sekretaris jurusan teknik mesin

yang selalu memberikan kemudahan di dalam pengurusan administrasi.

4. Bapak Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin., M.T selaku pembimbing II yang telah

menyediakan waktu dan ilmu sebagai pembelajaran saya dalam bidang

perancangan dan produksi.

5. Ibu Novri Tanti., S.T., M.T. selaku dosen pembahas yang telah memberikan

kritik dan saran yang membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.

6. Seluruh dosen jurusan teknik mesin terkhusus Bapak Zulhendry Hasymi.,

S.T., M.T. dan Bapak Martinus., S.T., M.Sc semoga pengalaman di bidang

Inovasi Teknologi Mobil Hemat Energi selalu berkembang di kemudian hari.

xi

7. Staff Jurusan Teknik Mesin, mas marta, mas nanang, dan mas dadang yang

telah membantu penulis dalam urusan administrasi dan akomodasi selama

perkuliahan di Teknik Mesin.

8. Kakak ku tercinta Wigit Pramono dan Siti Nuraini yang selalu memberikan

dukungan dan bimbingan nya.

9. Teman-teman dan adik-adik Komunitas Kreativitas (KUKIS), Tata, Putu, Eko,

Adi, Maning, Hap, Elsyana, Bambang, Ocol, Tri, dan semua teman-teman

yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu semoga masih terus dan tanpa

lelah melakukan inovasi.

10. Rekan-rekan Teknik Mesin 2014 semoga tidak lelah untuk selalu menimba

ilmu yang bermanfaat.

11. Rekan-Rekan KKN, Agung, Sinta, Leny, Edith yang telah memberikan

banyak pelajaran hidup dengan perbedaan watak pada tiap-tiap individu.

12. Saudari Dwi Fadilla Rahmatika yang selalu memberikan dukungan moriil dan

tanpa lelah memberikan semangat selama penyusunan tugas akhir ini.

Semoga semua dukungan yang telah penulis dapatkan menjadi ganjaran baik

untuk semuanya. Akhir kata penulis menyadari sebuah karya selalu dapat

memiliki kekurangan dan selalu dapat disempurnakan oleh sebab itu penulis

berharap semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi kita semua.

Wassalamu’alaikum. Wr.Wb Bandar Lampung, Juni 2018 Penulis,

Wahyu Saputra

DAFTAR ISI

Halaman Halaman Sampul

Abstrak ........................................................................................................ i

Abstract ....................................................................................................... ii

Halaman Judul ............................................................................................. iii

Lembar Persetujuan ..................................................................................... iv

Lembar Pengesahan .................................................................................... v

Lembar Pernyataan Penulis ......................................................................... vi

Riwayat Hidup ............................................................................................ vii

Persembahan ............................................................................................... ix

Sanwacana ................................................................................................... x

Daftar Isi...................................................................................................... xii

Daftar Gambar ............................................................................................. xiv

Daftar Tabel ................................................................................................ xvi

Daftar Simbol .............................................................................................. xvii

I. Pendahuluan ......................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2 Tujuan ............................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.4 Sistematika Penulisan .................................................................... 3

xiii

II. Tinjauan Pustaka .................................................................................. 5

2.1 Gambaran Umum Kopling ............................................................. 5

2.2 Pemilihan Bahan Pada Elemen Mesin ........................................... 10

2.3 Screw Translasi .............................................................................. 13

2.4 Bearing ........................................................................................... 17

2.5 Perhitungan Energi Listrik ............................................................. 19

III. Metodologi Penelitian .......................................................................... 23

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 23

3.2 Metode Pelaksanaan Penelitian ...................................................... 23

3.3 Alur Penelitian ............................................................................... 33

IV. Hasil Dan Pembahasan ........................................................................ 34

4.1 Perancangan Detail Konsep Terpilih ............................................ 34

4.2 Manufactur and manufacturability ............................................... 39

4.3 Pengujian Kerja Sistem Transmisi ................................................ 43

4.4 Analisa kegagalan sistem transmisi jaw clutch screw cut off ....... 47

V. Penutup ................................................................................................ 52

5.1 Simpulan ........................................................................................ 52

5.2 Saran .............................................................................................. 53

Daftar Pustaka ............................................................................................. 54

Lampiran

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman 1. Aligment of shaft centerlines ................................................................. 6

2. Toleransi pemasangan kopling karet ban .............................................. 7

3. Ilustrasi Kopling Fluida ........................................................................ 8

4. Dua masam kopling cakar ..................................................................... 9

5. Multi disc plate clutches........................................................................ 9

6. Representative endurance strenght ....................................................... 10

7. Distribusi tegangan geser pada poros pejal ........................................... 11

8. Jenis kecepatan pada cakram ................................................................ 12

9. Ulir Screw ............................................................................................. 14

10. Analisis gaya ulir screw ........................................................................ 16

11. Efisiensi screw ...................................................................................... 16

12. Jenis bearing ......................................................................................... 18

13. Metode penamaan bearing .................................................................... 19

14. Amperemeter ......................................................................................... 20

15. Rangkaian dasar voltmeter tahanan ganda ............................................ 21

16. Transmisi konsep A .............................................................................. 25

17. Transmisi konsep B ............................................................................... 26

18. Transmisi konsep C ............................................................................... 26

19. Transmisi konsep D .............................................................................. 27

xv

20. Transmisi konsep E ............................................................................... 27

21. Perwujudan desain jaw clutch ............................................................... 30

22. Layout grafik hasil pengujian ................................................................ 25

23. Alur penelitian ....................................................................................... 33

24. Detail dimensi jaw clutch ...................................................................... 35

25. Diagram benda bebas ulir jaw clutch .................................................... 37

26. Jenis ulir housing jaw clutch ................................................................. 38

27. Manufacturability main jaw clutch pada aplikasi DFM ....................... 40

28. Ulir dalam pada main jaw clutch dibuat dengan proses bubut.............. 40

29. Manufacturability housing jaw clutch dengan aplikasi DFM ............... 41

30. Pembagian proses kerja housing jaw clutch menjadi dua bagian ......... 42

31. Desain berongga housing jaw clutch .................................................... 43

32. Grafik putaran optimal motor listrik dengan transmisi jaw clutch ....... 45

33. Fault Tree Analysis transmisi jaw clutch ............................................. 49

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Aligment tolerances ...................................................................... 6

Tabel 2. Solusi morfologi ............................................................................ 24

Tabel 3. Penilaian Solusi Konsep ............................................................... 28

Tabel 4. Pemilihan Konsep ......................................................................... 29

Tabel 5. Bill of material jaw clutch ............................................................. 31

Tabel 6. Layout data hasil pengujian........................................................... 32

Tabel 7. Hasil pengujian energi listrik transmisi jaw clutch ....................... 44

Tabel 8. Penentuan putaran optimal pada transmisi jaw clutch .................. 46

Tabel 9. FMEA transmisi jaw clutch .......................................................... 48

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan

τ Tegangan geser, N/m2

v Gaya geser pada bidang, N

A Luas penampang tegangan, m2

T Torsi, Nmm, Nm

P Daya yang ditransmisikan, kW

c Titik tinjauan terhadap pusat lingkaran, m

j Momen inersia polar, m4

V Kecepatan linear, m/s

Ω Kecepatan sudut, rad/s

r Jari-jari, m

dr Diameter akar ulir, mm

dp Diameter pitch, m

L Lead, mm

f Koefisien gesek

λ Lead angle,

Fload Beban yang akan dipindahkan, N

Tu Torsi untuk mengagkat beban ke atas, Nm

Td Torsi untuk menurunkan beban ke bawah, Nm

xviii

Sf Safety factor

Pd Daya maksimal yang ditransmisikan, kW

σb Kekuatan tarik, N/m2

Sf1 Safety factor berdasar bahan

Sf2 Safety factor berdasar operasi

τa Tegangan geser izin, N/m2

D1 Diameter dalam kopling, m

D2 Diameter luar kopling, m

Rm Diameter rata-rata gigi kopling, m

Ft Gaya pada gigi cakar, N

τt Tegangan geser gigi N/m2

z Momen tahanan lentur, m3

nt Jumlah gigi cakar

τmax Tegangan geser maksimal, N/m2

Fs Gaya Gesek, N

N Gaya Normal, N

W Gaya Berat, N

m Massa, kg

g Percepatan gravitasi, m/s2

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mobilitas kehidupan ekonomi dan industri manusia saat ini telah masuk ke tahap

revolusi industri 4.0, hal ini mengakibatkan segala aspek penunjang kegiatan

industri harus dilakukan secara cepat, tepat dan optimal. Pengoptimalan yang

dapat dilakukan diantaranya dengan mengurangi biaya distribusi yang digunakan

untuk mengirim produk dari industri ke distributor. Hal ini perlu dilakukan karena

berdasarkan Statistik Minyak Dan Gas Bumi 2016 Kementrian ESDM, cadangan

terbukti (proven) minyak bumi indonesia selalu mengalami penurunan dari tahun

2012 yang berjumlah 3,741.30 MMSTB menjadi 3,306.90 MMSTB pada tahun

2016. Sedangkan konsumsi bahan bakar oleh masyarakat dan industri terhitung

stabil pada angka 66,939,112 kiloliter pada tahun 2016.

Pemanfaatan energi baru terbarukan juga saat ini banyak dilakukan, diantaranya

dengan memproduksi kendaraan berbahan bakar energi surya, dan juga energi

listrik. Kendaraan tersebut dapat masuk kedalam kategori mobil hemat energi,

dimana hanya membutuhkan energi yang sedikit tetapi memiliki kinerja yang

setara pada saat sebelum dilakukan modifikasi. Oleh sebab itu pemerintah melalui

Kementrian Riset Teknologi Dan Pendidikan Tinggi, mengadakan ajang adu

inovasi dan gagasan tentang rancangan kendaraan hemat energi melalui Kontes

Mobil Hemat Energi yang sudah dimulai sejak tahun 2012. Kelas-kelas energi

2

yang diperlombakan adalah kelas energi fosil yaitu solar ethanol dan gasoline,

kelas listrik dan hybrid, serta kelas hidrogen pada ajang internasional.

Terdapat beberapa aspek penunjang mobil hemat energi, diantaranya adalah

bentuk body kendaraan yang aerodinamis, pemilihan rangka yang ringan, sistem

kemudi yang ergonomis, modifikasi mesin, dan yang terpenting adalah sistem

transmisi kendaraannya. Dengan mekanisme cut off engine, mobil ini harus

memaksimalkan gerak gliding dimana sebagian besar saat ini menggunakan

sprocket freewheel, namun mekanisme ini memiliki kekurangan diantaranya

adalah rusaknya locking sprocket yang tidak mampu menahan beban torsi.

Mekanisme lain yang digunakan adalah one way bearing namun kerugiannya

adalah high dumped rotation sehingga waktu gliding nya semakin pendek.

Memperhatikan kondisi diatas maka penelitian ini dimaksudkan untuk membuat

sistem transmisi jaw clutch dengan mekanisme screw cut off.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian yang dimaksud, fokus pada beberapa hal sebagai

berikut:

a. Merancang dan membuat sistem transmisi jaw clutch untuk mobil hemat energi

jenis prototype listrik raden inten 2.

b. Mengoperasikan transmisi diagonal jaw clutch agar bekerja dengan baik pada

prototype transmisi mobil hemat energi raden inten 2 skala lab.

c. Menentukan batasan atas dan batasan bawah kecepatan putaran motor untuk

mengamati perbandingan energi yang digunakan dengan total waktu gliding yang

ditempuh.

3

1.3 Batasan Masalah

Dengan mempertimbangkan beberapa hal yang mempengaruhi rancangan sistem

transmisi, maka penulis membatasi masalah sebagai berikut:

a. Jenis kendaraan yang digunakan adalah mobil prototype listrik raden inten 2

dengan bobot 50 kg yang di ilustrasikan dengan miniatur sistem motor transmisi

dan roda pada skala lab.

b. Koefisien gesek pada masing-masing bearing tidak dibahas dan hanya

menggunakan 1 jenis bearing yaitu 6200 RS C3.

1.4 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini

sebagai berikut:

a. I. Pendahuluan

Pada bab ini berisikan tentang gambaran umum masalah yang melatarbelakangi

penelitian ini dilakukan tujuan yang ingin dicapai,batasan masalah penelitian.

b. II. Tinjauan Pustaka

Pada bab ini berisikan tentang teori dan penelitian terdahulu yang mendukung dan

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan.

c. III. Metodologi Penelitian

Pada bab ini berisikan tentang proses pelaksanaan penelitian dari persiapan hingga

pengujian.

d. IV. Hasil dan Pembahasan

Pada bab ini berisi data hasil pengujian, dan pembahasan tentang hasil yang

didapat tersebut.

4

e. V. Penutup

Pada bab ini berisi kesimpulan yang didapatkan dari pengujian, dan saran yang

ingin disampaikan untuk penelitian selanjutnya atau pembaca.

f. Daftar Pustaka

Pada bab ini berisi daftar literatur dan referensi yang berkaitan dengan penelitian

dan telah di sitasi sesuai dengan prosedur.

g. Lampiran

Berisi tentang kelengkapan penelitian.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Gambaran Umum Kopling

Kopling adalah elemen mesin yang berfungsi untuk penerus daya putaran poros

penggerak ke elemen yang digerakkan, hal ini memiliki arti kedua sumbu putar

nya harus segaris lurus (colinear)(Sularso dan Suga, 1997). Secara umum

mekanisme poros kopling digunakan di dalam sebuah mesin memiliki banyak

tujuan diantaranya adalah untuk menghubungkan poros yang diproduksi terpisah

seperti motor dan generator dan juga untuk menopang ketidaklurusan poros untuk

mendapatkan fleksibilitas mekanik. Selain itu juga kopling berfungsi untuk

menghilangkan transmisi dari sistem kerja dan beban impak dari satu poros ke

komponen lainnya, sehingga dapat mengurangi dampak karakteristik getaran pada

sebuah unit yang berputar (Black dan Adam, 1981). Terdapat beberapa jenis

kopling yang digunakan saat ini diantaranya adalah:

2.1.1 Kopling kaku

Jenis kopling ini dirancang untuk menghubungkan kedua poros dengan posisi

sesumbu (aligned), sehingga kedua poros harus benar-benar terhubung dengan

aligment yang baik, tidak mengalami kemiringan angular (angular misaligment)

ataupun pararel / lateral(lateral misaligment) seperti yang diilustrasikan pada

Gambar 1. Kopling ini biasanya terdiri atas dua bagian yang dihubungkan dengan

baut, dan di lubangi pada arah radial dengan posisi simetris. Fungsi dari

pemasangan baut adalah untuk menahan beban yang dihubungkan dari penggerak

untuk menyampaikan gaya torsi dari poros penggeraknya. Kopling jenis ini harus

didesain untuk tidak mengala

nya, sehingga penggunaan dimensi dan kekuatannya disesuaikan dengan beban

kerja rencana yang diinginkan

Gambar 1.

Pada penggunaan di

menopang ketidak lurusan

Tabel 1. Aligment tolerances

Kecepatan Putar, rpm

1200

1800

3600

2.1.2 Kopling karet ban

Kopling karet ban adalah kopling yang dapat menopang ketidaklurusan

(missaligment) pada poros

penyetelan yang sangat teliti sulit untuk didapatkan dan juga untuk menopang

getaran dan tumbukan yang terjadi




didesain untuk tidak mengalami kegagalan pada bagian flange nya dan pada baut


kerja rencana yang diinginkan (Black dan Adam, 1981).

Gambar 1. Aligment of shaft centerlines (Bishop, 1999

Pada penggunaan di pabrik-pabrik, terdapat nilai toleransi yang diijinkan untuk

menopang ketidak lurusan dari kedua poros seperti pada Tabel 1.

lerances

Lateral misaligment Angular misaligment

Terbaik Diterima Terbaik

±1.25 ±2.0 0.5

±1.0 ±1.5 0.3

±0.5 ±0.75 0.2

2.1.2 Kopling karet ban


) pada poros-porosnya. Kopling ini digunakan jika proses


getaran dan tumbukan yang terjadi di dalam proses penerusan daya yang tidak

6




nya dan pada baut


, 1999)

pabrik, terdapat nilai toleransi yang diijinkan untuk

Angular misaligment

Diterima

0.8

0.5

0.3


porosnya. Kopling ini digunakan jika proses


proses penerusan daya yang tidak

dapat diredam sehingga mengurangi resiko kerus

2 menjelaskan toleransi

untuk eksentrisitas (lateral misaligment

sedangkan untuk inklinasi (

Gambar 2. Toleransi pemasangan kopling karet ban

2.1.3 Kopling fluida

Kopling fluida (fluid clutches

penggerak ke komponen yang digerakkan dengan fluida minyak

Fluida digunakan sebagai media penggerak yang menyalurkan daya dari

ke runner. Prinsip kerja dari kopling fluida

fluida minyak yang diputar oleh impeler di bagian radius dalam, sehingga

akibatnya fluida mengalami gaya sentrifugal yang menggerakkan runner pada

bagian diameter luarnya. Pada saat fluida bergerak akibat gaya sentrifugal, maka

fluida mengalami slip sebesar 2

selalu lebih rendah jika dibandingkan dengan putaran

1981). Keadaan ini masih ditolerir oleh perancang, karena dengan ini disaat

sedang beroperasi tidak semua beban putaran ditransmisikan yang dapat

memperpanjang umur mesin itu sendiri. Namun keamanan dari kebocoran harus

dijaga karena jika terjadi bocor maka aka

nya.

dapat diredam sehingga mengurangi resiko kerusakan komponen mesin.

2 menjelaskan toleransi pemasangan poros yang diijinkan untuk jenis kopling ini

lateral misaligment) tidak lebih dari 1% dari diameter poros

sedangkan untuk inklinasi (angular misaligment) tidak lebih dari 4 derajat.

Gambar 2. Toleransi pemasangan kopling karet ban (Sularso dan Suga, 1997)

fluid clutches) adalah kopling yang meneruskan daya dari motor

penggerak ke komponen yang digerakkan dengan fluida minyak

Fluida digunakan sebagai media penggerak yang menyalurkan daya dari

. Prinsip kerja dari kopling fluida diilustrasikan pada Gambar 3 dimana




mengalami slip sebesar 2 – 5 % yang dapat mengakibatkan putaran

selalu lebih rendah jika dibandingkan dengan putaran impeler (Black dan Adam,

. Keadaan ini masih ditolerir oleh perancang, karena dengan ini disaat



dijaga karena jika terjadi bocor maka akan langsung merusak impeler

7

akan komponen mesin. Gambar

pemasangan poros yang diijinkan untuk jenis kopling ini

) tidak lebih dari 1% dari diameter poros

) tidak lebih dari 4 derajat.

(Sularso dan Suga, 1997)

) adalah kopling yang meneruskan daya dari motor

penggerak ke komponen yang digerakkan dengan fluida minyak di dalamnya.

Fluida digunakan sebagai media penggerak yang menyalurkan daya dari impeler

pada Gambar 3 dimana




5 % yang dapat mengakibatkan putaran runner

(Black dan Adam,

. Keadaan ini masih ditolerir oleh perancang, karena dengan ini disaat



impeler dan runner

8

Gambar 3. Ilustrasi kopling fluida (Black dan Adam, 1981)

Kopling fluida biasanya digunakan untuk menyalurkan poros putaran tinggi dan

daya transmisi yang besar, hal ini dikarenakan getaran dari poros penggerak

diredam oleh fluida di dalam kopling dan tidak disalurkan ke mekanisme yang

digerakkan. Jika terjadi pembebanan berlebih pada kopling maka tidak akan

langsung terkena batas kemampuannya. Selain itu juga proses start dari mesin

dapat dilakukan lebih mudah dan pertambahan percepatannya lebih halus.

Mekanisme kopling fluida ini banyak digunakan pada alat-alat besar seperti

lokomotif dan sebagainya (Sularso dan Suga, 1997).

2.1.4 Kopling cakar

Kopling cakar (jaw clutches) adalah kopling yang meneruskan momen dalam arah

kontak positif sehingga tidak ada gesekan dan tidak dapat terjadi slip. Seperti pada

Gambar 4 bentuk dari kopling ini dibagi menjadi dua, yaitu dua arah, dan putaran

satu arah. Kopling cakar persegi dapat meneruskan daya pada kedua arah putaran,

namun harus dihubungkan pada saat mesin dalam keadaan diam, sedangkan

kopling spiral hanya dapat menggerakkan dalam satu arah putaran namun dapat

disambungkan dalam keadaan mesin berputar maksimal 50 rpm (Sularso dan

Suga, 1997).

2.1.5 Kopling gesek

Kopling gesek dalah kopling yang bekerja dengan memanfaatkan gesekan dari

sebuah plat atau lebih pada poros penggerak sehingga terjadi transmisi daya

melalui gesekan dengan plat pada poros yang digerakkan. Mekanise kerja dar

kopling gesek diawali dengan plat penggerak berputar sehingga pada keadaan

tertentu bergesekan dengan plat yang digerakkan sehingga kecepatan keduanya

akan sama pada titik tertentu. Mekanisme kopling ini banyak digunakan di mobil

mobil saat ini karena mu

pada saat mesin sedang beroperasi. Jika daya yang akan ditransmisikan semakin

besar maka akan semakin banyak jumlah disk nya, hal ini dikarenakan terdapat

batasan kekuatan dari masing

divisualisasikan pada Gambar 5.

Gambar 4. Dua macam kopling cakar



melalui gesekan dengan plat pada poros yang digerakkan. Mekanise kerja dar



akan sama pada titik tertentu. Mekanisme kopling ini banyak digunakan di mobil

mobil saat ini karena mudah dalam pemasangannya dan juga dapat dioperasikan



batasan kekuatan dari masing-masing plat nya. Struktur kopling gesek

divisualisasikan pada Gambar 5.

Gambar 5. Multi disc plate clutches

9



melalui gesekan dengan plat pada poros yang digerakkan. Mekanise kerja dari



akan sama pada titik tertentu. Mekanisme kopling ini banyak digunakan di mobil-

dah dalam pemasangannya dan juga dapat dioperasikan



uktur kopling gesek

10

2.2 Pemilihan Bahan pada Elemen Mesin

Di dalam mendesain sebuah elemen mesin, pemilihan bahan dan juga proses

produksi harus dipertimbangkan secara bersama-sama. Dalam hal ini seorang

engineer harus memahami karakteristik fungsi dari bahan, dan kamampuan

produksi dari bahan tersebut. Oleh sebab itu di dalam pemilihan bahan terdapat

beberapa hal yang menjadi faktor yang menentukan keberhasilan desain sebuah

komponen mesin. Hal yang paling utama diinginkan adalah harganya yang

terjangkau dan juga fungsi kerjanya maksimal.

Proses mendesain sebuah komponen mesin harus mempertimbangkan

kekuatannya, diantaranya adalah ultimate tensile strenght yaitu kekuatan

maksimal dari sebuah bahan, yield strenght yaitu kekuatan bahan sebelum

mengalami necking atau luluh, dan juga shear strenght yaitu kekuatan bahan

untuk menahan tegangan geser. Jika desain digunakan untuk benda berputar atau

memiliki siklus pembebanan, maka desain didasarkan pada endurance limit bahan

tersebut (Mott, 1999). Beberapa bahan memiliki endurance limit yang berbeda-

beda seperti pada Gambar 6.

Gambar 6. Representative endurance strenght (mott, 1999)

11

Pada sebuah komponen mesin sebagai contoh poros yang sedang beroperasi

mentransmisikan daya, timbul tegangan geser di dalamnya. Tegangan geser

terjadi pada sebuah komponen mesin jika arah tegangan sejajar dengan bidang

tegangan. Metode untuk menghitung tegangan ini sama dengan cara menghitung

tegangan aksial, hal ini dikarenakan gaya yang terjadi dianggap terdistribusi

sempurna pada seluruh bagian luas permukaan tegangan. Persamaan 1 digunakan

untuk menghitung tegangan geser pada sebuah komponen mesin.

� = �

� (1)

Jika sebuah poros berputar dengan kecepatan tertentu dan memiiki daya yang

ditransmisikan, maka torsi di dalamnya ditentukan dengan persamaan 2.

� = �

� (2)

Tegangan geser yang terjadi akibat torsi juga mempengaruhi besar total tegangan

geser pada poros. Nilai distribusi tegangan geser pada poros akibat torsi

diilustrasikan pada Gambar 7 dan penentuan besar tegangan geser ditunjukan pada

persamaan 3.

� = ��

� (3)

Gambar 7. Distribusi tegangan geser pada poros pejal (mott, 1999)

Selain pada bagian poros, jika terdapat bentuk seperti cakram yang diputar dengan

tujuan tertentu untuk fungsi kopling, maka juga harus mempertimbangkan

12

kecepatan linier dari cakram tersebut. Kecepatan linier selalu berada disekitaran

lintasan putaran cakram sehingga dapat dengan mudah ditentukan dengan

mengukur panjang keliling lingkaran cakram kemudian mengukur waktu untuk

satu kali putaran sehingga didapat kecepatannya. Selain kecepatan linier, pada

cakram juga terjadi kecepatan sudut yang berarti dimanapun titik jari-jari

pengukuran maka kecepatannya akan sama. Besar kecepatan sudut dapat

ditentukan dengan perubahan sudut yang dilakukan dibagi dengan waktu yang

ditempuh (Saripudin dkk, 2010). Kecepatan linier dan kecepatan sudut

bersinggungan seperti pada persamaan dibawah ini.

� = �� (4)

Gambar 8. Jenis kecepatan pada cakram (a) kecepatan linear, (b) Kecepatan sudut

Pada sebuah cakram maka pada bagian jari-jari terluar memiliki kecepatan linier

yang paling tinggi, oleh sebab itu harus juga dipertimbangkan besaran momentum

yang terjadi disaat pada bagian terluar mengalami tumbukan dengan material

lainnya. Momentum benda adalah sebuah hasil perkalian antara massa benda

dengan kecepatan nya. Pada pembagian besaran, momentum termasuk besaran

vektor, sehingga nilainya dipengaruhi oleh arah tumbukannya. Terdapat beberapa

jenis momentum, dimana setiap jenis tersebut menghasilkan efek pada benda

13

tersebut. Jika kedua benda yang bertumbukan kembali dari arah datangnya maka

termasuk tumbukan lenting sempurna, sedangkan jika kedua benda bergerak

bersamaan maka termasuk tumbukan tak lenting, kondisi ini dapat dipenuhi jika

gerakan kedua benda memiliki arah yang sama dan tidak ada yang menahan gaya

hasil tumbukan yang terjadi (Jonifan dkk, 2006).

Besar momentum diperlukan untuk menentukan kekuatan dari masing-masing

bahan. Kejadian tumbukan secara tiba-tiba setara dengan mekanisme beban

impak. Beban impak yang mengenai sebuah bahan maka dapat merusak bahan

dan setiap material memiliki ketahanan impak masing-masing. Pemilihan material

yang cocok untuk mekanisme yang bertumbukan adalah yang memiliki nilai

energi impak yang tinggi dan juga ulet. Kebutuhan lainnya yang penting adalah

kemudahan di dalam proses produksi dan juga harganya yang relatif terjangkau.

2.3 Screw Translasi

Screw translasi biasanya digunakan untuk menggerakkan komponen mesin secara

translasi dari sumber gerak rotasi. Desain dari screw translasi membutuhkan

kekuatan dari tegangan dan geseran pada ulir nya (Black dan Adams, 1981). Pada

sebagian besar screw translasi terdapat dua jenis screw utama, yaitu power screw

dan ball screw. Namun secara kerja yang dilakukan memiliki konsep yang sama,

yang membedakan adalah ada tidaknya ball di dalamnya. Jika terdapat bearing

dan ball bearing di dalam mekanisme gerak translasi komponen, maka disebut

dengan ball screw, sedangkan jika terdapat ulir saja maka disebut dengan power

screw(mott, 1999). Pada mesin-mesin besar biasanya menggunakan ball screw,

hal ini dikarenakan gerakannya lebih lembut dan tidak rentan mengalami keausan.

Terdapat tiga jenis bentuk ulir pada

ulir buttress. Ulir persegi memiliki b

memiliki efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan tipe Acme namun lebih

sulit untuk di proses produksi. Ulir Acme memiliki bentuk V pada akarnya dan

digunakan untuk mengambil tatal pada screw, jadi dapat digunakan untuk

membersihkan ulir itu sendiri. Ulir

arah saja, jenis ini memiliki efesiensi yang lebih besar dibandingkan dengan jenis

persegi dan mudah untuk di pro

seperti double, triple

ulir untuk mendapatkan efesiensi yang tinggi

Perancangan screw dimulai dengan menganalisis tegangan

awalnya adalah dengan menghitung luasan area ke diameter

mengalami tegangan. Pengukuran luas penampang area tegangan tarik ulir

ditentukan dengan persamaan 5.

Ketika menggunakan

harus menentukan besaran torsi untuk mengangkat beban tersebut. Parameter

yang digunakan adalah besar gaya yang ingin diangkat, ukuran ulir, diameter

Gambar 9. Ulir screw

Terdapat tiga jenis bentuk ulir pada power screw, yaitu ulir persegi, ulir Ac

. Ulir persegi memiliki bentuk ulir seperti pada Gambar 9



untuk mengambil tatal pada screw, jadi dapat digunakan untuk

membersihkan ulir itu sendiri. Ulir buttress digunakan untuk gerak translasi satu


persegi dan mudah untuk di proses produksi. Screw translasi dengan ulir banyak

dan lainnya digunakan ketika beban besar dioperasikan pada

untuk mendapatkan efesiensi yang tinggi (Black dan Adams, 1981)

Perancangan screw dimulai dengan menganalisis tegangan pada screw, langkah

awalnya adalah dengan menghitung luasan area ke diameter minor


ditentukan dengan persamaan 5.

� = �

��

��

��

Ketika menggunakan power screw untuk mengangkat sebuah beban, maka kita



14

, yaitu ulir persegi, ulir Acme dan

entuk ulir seperti pada Gambar 9a, bentuk ini



untuk mengambil tatal pada screw, jadi dapat digunakan untuk

digunakan untuk gerak translasi satu


ses produksi. Screw translasi dengan ulir banyak

esar dioperasikan pada

(Black dan Adams, 1981).

pada screw, langkah

minor screw yang


(5)

untuk mengangkat sebuah beban, maka kita



15

pitch, dan panjang Lead serta koefisien gesek bahan. Secara umum besar torsi

yang diaplikasikan pada sebuah ulir digunakan untuk melawan gaya gesek pada

permukaan miring ulir. Analisis gaya yang paling mudah dapat dilakukan pada

ulir persegi, karena hanya satu arah gaya saja yaitu beban normal yang berkontak

dengan permukaan ulir, sedangkan jika jenis Acme, analisisnya akan berbeda

seperti pada Gambar 10. Besar torsi yang harus diberikan pada sebuah beban

untuk mengangkat beban dihitung dengan persamaan 6, sedang untuk

menurunkan beban ditentukan dengan persamaan 7.

�� = ��

��

��

�� (6)

�� = ��

��

��

�� (7)

Persamaan diatas digunakan hanya untuk menggerakkan beban yang ada, dan jika

terdapat permukaan yang diam (stationary) maka besar akan timbul gaya gesek

tambahan pada permukaannya. Koefisien gesek yang digunakan jika ulir

diberikan pelumas maka besar � = 0.15. Faktor utama analisis torsi pada bidang

miring ulir adalah sudut ulir (lead angle). Lead angle adalah sudut antara tangen

spiral dari ulir dan permukaan transversal dari sumbu ulir (Mott, 1999). Untuk

menentukan lead angle dapat dihitung dengan persamaan 8. Pada kasus khusus,

terdapat mekanisme self locking, hal ini berlaku jika beban tidak turun kebawah

dan tidak ada torsi apapun yang menahan ulir untuk berputar. Keadaan self

locking terjadi jika kondisi Persamaan 9 terpenuhi.

tan � = �

�� (8)

� > tan � (9)

16

Gambar 10. Analisis gaya ulir screw square thread (mott, 1999)

Efisiensi power screw diekspresikan sebagai rasio antara torsi yang dibutuhkan

untuk menaikan beban jika tanpa gesekan dan juga torsi jika terdapat gesekan.

Penentuan efisiensi ini ditentukan dengan Persamaan 10, dan telah diperhitungkan

sebelumnya dan didapat Gambar 11.

� = ��

�� (10)

Gambar 11. Efisiensi screw (Black dan Adams, 1981)

Nilai koefisien gesek dari ulir ditentukan dari beberapa faktor, diantaranya adalah

kualitas materialnya, jenis pelumasnya, pembuatan dan juga putaran awalnya.

Untuk material grade tinggi dengan ulir yang dilumasi maka koefisien geseknya

17

sebesar 0.1. sedangkan untuk kualitar material rata-rata dengan pelumasan maka

nilai koefisien geseknya adalah 0.125. Jika kualitas bahan nya buruk dan putaran

kerjanya rendah maka koefisien gesek yang dapat diambil adalah 0.15. Nilai

koefisien gesek pada saat awal beroperasi adalah 1 1/3 dari koefisien gesek saat

beroperasi, dan jika koefisien gesek untuk gesekan kerah maka dapat diambil nilai

nya sama dengan gesekan ulir (Black dan Adams, 1981).

2.4 Bearing

Bearing adalah sebuah komponen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros

sehingga putarannya dapat bekerja stabil dan tidak terjadi getaran yang dapat

merusak mesin. Pada dunia industri, terdapat dua jenis contact bearing yang

sering digunakan, yaitu ball bearing dan roller bearing yang dahulu diartikan

sebagai antigesek. Kondisi demikian merupakan kekeliruan konsepsi, hal ini

dikarenakan pada saat awal putaran maka gesekan akan kecil, namun jika pada

putaran tinggi maka ball bearing mengalami pemuaian dan mengakibatkan

gesekan pada bearing. Perbedaan utama antara ball bearing dan journal bearing

adalah, jika dalam kecepatan putaran yang tinggi maka journal bearing memiliki

nilai gesek yang kecil, hal ini dikarenakan terdapat pelumas yang cukup di

housing nya (Black dan Adams, 1981).

Beberapa alasan pemilihan contact bearing adalah gesekannya kecil kecuali pada

kecepatan tinggi, dan secara relatif akurasi dari poros dapat dengan mudah

dilakukan perawatan. Biasanya contact bearing memiliki ketahanan beban yang

besar dan pelumasannya juga lebih mudah. Beban radial dan aksial dapat ditopang

secara bersama-sama dan juga didukung informasi bearing dari produsen yang

lebih simpel. Namun

besar dan jika terjadi kegagalan pada

berakibat fatal jika kegagalan ini terjadi

Gambar 12. a, radial bearing

Di dalam menopang fungsi tertentu, kadang kala dibutuhkan bearing dengan gaya

hambat atau gaya gesek yang kecil, sehinnga diproduksi

biasa juga disebut ceramic bearing

memiliki gesekan yang sangat kecil sekali dan juga didukung oleh

akurat dan seimbang, sehingga saat bekerja pada putaran tertentu memiliki

keseimbangan dan pemuaian pada ball bearing nya juga seimban

umum semua bearing mengikuti kaidah pengikutan bearing agar mudah dikenali

di pasaran.

Pemilihan bearing harus disesuaikan pada fungsinya, terlihat pada Gambar 1

radial bearing berfungsi untuk menahan beba

tappered roller bearing

aksial. Thrust bearing

Beberapa jenis bearing

yang di dalamnya mengandung in

spesifikasi lainnya yang penting.

Gambar 13.

terdapat kekurangannya yaitu memerlukan biaya

besar dan jika terjadi kegagalan pada bearing selalu terjadi tiba

berakibat fatal jika kegagalan ini terjadi (Black dan Adams, 1981)

radial bearing. b, tappered roller bearing. c, thrust bearing

ng fungsi tertentu, kadang kala dibutuhkan bearing dengan gaya

hambat atau gaya gesek yang kecil, sehinnga diproduksi low friction bearing

ceramic bearing. Sesuai dengan namanya, maka bearing ini

memiliki gesekan yang sangat kecil sekali dan juga didukung oleh

dan seimbang, sehingga saat bekerja pada putaran tertentu memiliki

keseimbangan dan pemuaian pada ball bearing nya juga seimbang. Namun secara


harus disesuaikan pada fungsinya, terlihat pada Gambar 1

berfungsi untuk menahan beban dari arah radial saja, sedang

ppered roller bearing berfungsi untuk menahan beban dari arah radial dan

Thrust bearing berfungsi untuk menahan beban dari arah aksial saja.

bearing dapat dibaca dengan mudah jika memahami kode

nya mengandung informasi dimensi, toleransi, konstruksi dalam dan

spesifikasi lainnya yang penting. Metode penamaan bearing dapat di

18

terdapat kekurangannya yaitu memerlukan biaya yang cukup

selalu terjadi tiba-tiba, dan dapat

(Black dan Adams, 1981).

thrust bearing

ng fungsi tertentu, kadang kala dibutuhkan bearing dengan gaya

low friction bearing yang

. Sesuai dengan namanya, maka bearing ini

memiliki gesekan yang sangat kecil sekali dan juga didukung oleh clearance yang

dan seimbang, sehingga saat bekerja pada putaran tertentu memiliki

g. Namun secara


harus disesuaikan pada fungsinya, terlihat pada Gambar 12

dari arah radial saja, sedang

berfungsi untuk menahan beban dari arah radial dan

berfungsi untuk menahan beban dari arah aksial saja.

dapat dibaca dengan mudah jika memahami kode bearing,

formasi dimensi, toleransi, konstruksi dalam dan

dapat dilihat pada

2.5 Perhitungan Energi Listrik

Daya listrik adalah daya yang digunakan atau dihasilkan dari sebuah rangkaian

elektrikal, sebuah sumber energi seperti tegangan akan menghasilkan daya listrik,

sedangkan beban yang terhubung disebuah rangkaian akan menyerap energi.

Mengacu pada konsep usah

muatan listrik persatuan waktu. Pengukuran energi listrik dari sebuah rangkaian

dapat ditentukan berdasarkan beberapa variabel, diantaranya adalah besar

tegangan kerja nya, besar arus yang ada

Gambar 13. Metode Penamaan bearing

Perhitungan Energi Listrik




Mengacu pada konsep usaha, maka daya listrik dapat diartikan sebagai besar



tegangan kerja nya, besar arus yang ada di dalam jalur rangkaian, dan hambatan

19




a, maka daya listrik dapat diartikan sebagai besar



ur rangkaian, dan hambatan

atau beban dari rangkaian energi listrik tersebut. Untuk menentukan besaran arus

dan tegangan dari sebuah rangkaian dapat ditentukan dengan amperemeter dan

juga voltmeter (Cooper, 1985)

2.4.1 Amperemeter arus searah

Amperemeter adalah sebuah alat yang dapat mengukur nilai arus yang mengalir

dalam sebuah rangkaian elektrikal. Gerakan dasar sebuah amperemeter adalah

akibat adanya arus yang mengalir di kumparan dengan nilai yang kecil, sehingga

jika arus yang mengalirnya besar h

dengan shunt. Batas pengukuran arus yang dapat dilakukan sebuah amperemeter

masih dapat diperbesar dengan beberapa tahanan stunt yang biasanya tersusun

pararel yang memiliki sakelar

amperemeter dapat dilihat pada Gambar 14

Amperemeter arus searah saat ini tersedia dipasaran dengan beberapa jenis

tahanan dari besaran 20 µA yang memiliki tahanan

dengan tahanan arus 50 A yang memiliki tahanan arus dibagian luar. Hal yang

harus diperhatikan saat menggunakan amperemeter adalah dengan tidak



(Cooper, 1985).

2.4.1 Amperemeter arus searah

adalah sebuah alat yang dapat mengukur nilai arus yang mengalir

sebuah rangkaian elektrikal. Gerakan dasar sebuah amperemeter adalah


jika arus yang mengalirnya besar harus disalurkan ke tahanan yang disebut

. Batas pengukuran arus yang dapat dilakukan sebuah amperemeter


pararel yang memiliki sakelar di dalamnya (Cooper, 1985). Salah

amperemeter dapat dilihat pada Gambar 14.

Gambar 14. Amperemeter


tahanan dari besaran 20 µA yang memiliki tahanan di dalam, sampai amperemeter



20



adalah sebuah alat yang dapat mengukur nilai arus yang mengalir di

sebuah rangkaian elektrikal. Gerakan dasar sebuah amperemeter adalah


arus disalurkan ke tahanan yang disebut

. Batas pengukuran arus yang dapat dilakukan sebuah amperemeter


. Salah satu contoh


, sampai amperemeter



21

menghubungkannya secara langsung ke sumber tegangan, oleh sebab itu harus

dihubungkan secara seri dengan beban sehingga terdapat beban yang menahan

arus berlebihan yang masuk ke amperemeter. Biasanya pemasangan titik ukur

mengalami kesalahan polaritas, oleh sebab itu menghasilkan arah putaran jarum

yang berkebalikan dan dapat merusak jarumnya, jika menggunakan jenis digital

maka hasilnya akan menunjukan angka minus. Jika digunakan untuk mengukur

rangkaian ganda, maka usahakan dilakukan pengukuran pada nilai tertinggi

kemudian diturunkan hingga mendekati yang sebenarnya (Cooper, 1985).

2.4.1 Voltmeter arus searah

Voltmeter adalah alat untuk mengukur besaran tegangan yang mengalir di dalam

sebuah rangkaian. Sebuah voltmeter arus searah bekerja dengan cara mengukur

nilai beda potensial dari dua titik ukur sehingga diukur dengan rangkaian pararel

dengan sumber tegangan dengan rangkaian dasarnya yang dapat dilihat pada

Gambar 15.. Penambahan tahanan di dalam rangkaian voltmeter juga memiliki

tujuan agar nilai error saat pengukurn semakin kecil, dan juga dapat mengukur

tegangan dengan nilai yang relatif besar. Sistem tahanan tegangan dijual di

pasaran dengan toleransi yang baik, namun terbatas pada tegangannya. Jika

tegangannya sampai 500 V maka tahanan harus dipasang di binding post diluar

voltmeter untuk menghindari panas berlebihan (Suryatmo, 1996).

Gambar 15. Rangkaian dasar voltmeter tahanan ganda

22

Sensitivitas voltmeter untuk arus searah menjadi hal yang penting dikarenakan

jika sebuah voltmeter dengan sensitivitas rendah hanya dapat membaca dengan

tepat pada tegangan rendah, namun akan mengalami kesalahan yang besar jika

tegangannya besar. Jika sebuah voltmeter besara di dalam rangkaian elektrikal

tegangan tinggi dan bertindak sebagai shunt maka dapat memperkecil tahanan

ekivalen yang memiliki arti voltmeter akan memiliki penunjukan tegangan yang

lebih rendah dari sebenarnya. Efek diatas merupakan efek normal yang terjadi di

dalam sebuah rangkaian yang disebut dengan efek pembebanan instrumen yang

dihasilkan dari instrumen sensitifitas rendah (Cooper, 1985).

Keandalan dan ketelitian hasil pengukuran menjadi hal menarik jika voltmeter

yang memiliki sensitifitas kecil atau bahkan tidak sensitif sama sekali, namun

memiliki ketelitian yang tinggi digunakan untuk mengukur tegangan tinggi.

Kesalahan pengukuran tersebut jika dilakukan terus menerus maka akan

menghasilkan pengukuran yang selalu error. Hal-hal yang harus dipertimbangkan

di dalam sebuah pengukuran adalah ketelitian, hal pendukung lainnya adalah

sensotofotas alat ukur yang digunakan. Metode yang harus diperhatikan jika

menggunakan voltmeter adalah dengan memasang polaritas yang benar, serta

menghubungkan ke tegangan dengan sambungan pararel. Jika menggunakan

voltmeter yang dapat diatur nilai tahanannya maka terlebih dahulu diukur dengan

tahanan yang paling tinggi.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Adapun tempat pelaksanaan penelitian jaw clutch dengan mekanisme screw cut

off dan waktu pelaksanaannya sebagai berikut:

3.1.1 Tempat Penelitian

Proses perancangan desain jaw clutch dilakukan di Laboratorium Terpadu Jurusan

Teknik Mesin Universitas Lampung, sedangkan proses produksi dilakukan di

bengkel Sunter Natar Lampung Selatan.

3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan maret tahun 2018 sampai juni tahun 2018.

3.2 Metode Pelaksanaan Penelitian

Di dalam melakukan penelitian tentang jaw clutch dengan mekanisme screw cut

off, penulis menggunakan beberapa metode dalam rangka mendapatkan hasil yang

sesuai dengan yang diinginkan diantaranya sebagai berikut:

3.2.1 Metode pengumpulan data

Pengumpulan data dilakukan dengan cara mencari data-data pendukung penelitian

diantaranya dengan melihat kondisi aktual sistem transmisi mobil hemat energi,

24

melihat dimensi-dimensi yang mungkin untuk dilakukan modifikasi, dan juga

pengukuran aktual yang didasarkan pada regulasi teknis mobil hemat energi.

Langkah lain yang dilakukan adalah mendapatkan data dari sumber-sumber terkait

dengan sistem transmisi dan juga studi literatur tentang sistem clutch untuk

memperkuat dasar-dasar penelitian yang dilakukan. Studi literatur juga digunakan

untuk menyingkronkan data-data antara proses produksi komponen yang akan

diproduksi dengan kemampuan produksi mesin itu sendiri.

3.2.2 Metode perancangan dan kalkulasi

Metode perancangan dan kalkulasi dilakukan dengan mempertimbangkan

tahapan-tahapan di dalam proses desain, diantaranya adalah memperhatikan

kebutuhan kerja yang diinginkan, pemilihan konsep, perwujudan desain dan juga

pembuatan detail desain. Beberapa kemungkinan desain yang akan dibuat pada

penelitian ini dipaparkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Solusi Morfologi

Fitur Solusi

Jenis Gigi Square Spiral Diagonal

Jumlah Gigi Dua Empat Banyak

Metode Penyambungan Ulir Tuas Pegas

Poros Hubung Dua Satu

Waktu Kopling Cepat Sedang Lambat

Waktu Pelepasan Cepat Sedang Lambat

Jenis Ulir Acme Butteres Square

Setelah didapat beberapa kemungkinan solusi morfologi, terdapat beberapa

konsep desain yang dilakukan yang nantinya dapat dipilih desain yang memiliki

25

nilai mutu paling tinggi. Pemilihan nilai mutu paling tinggi dilakukan dengan

pembuatan presentase bobot kepentingan kerja dan konsep yang ditawarkan.

Beberapa konsep desain yang dapat dilakukan diantaranya adalah:

3.2.2.1 Konsep A

Konsep A dilakukan dengan memiliki jenis gigi square yang biasanya giginya

berjumlah dua. Pemilihan ini mengharuskan jumlah porosnya dua dengan metode

penyambungan tuas. Waktu kopling biasanya lebih lambat dikarenakan mesin

harus berhenti dan waktu pelepasan juga demikian. Konsep A tidak menggunakan

ulir untuk penghubungnya yang diilustrasikan pada Gambar 16.

Gambar 16. Transmisi konsep A

3.2.2.2 Konsep B

Konsep B dipilih dengan menggunakan gigi spiral yang biasanya memiliki jumlah

gigi empat. Dengan menggunakan jenis gigi ini maka metode penyambungan

yang dapat dilakukan adalah dengan tuas. Poros penghubungnya berjumlah dua

dengan waktu kopling yang relatif sedang dan pelepasan juga sedang. Konsep B

divisualisasikan pada Gambar 17 dan tidak menggunakan ulir di dalam kerjanya

sehingga tidak memerlukan biaya untuk memproduksi ulir.

26

Gambar 17. Transmisi Konsep B

3.2.2.3 Konsep C

Konsep C dipilih dengan menggunakan bentuk gigi diagonal, yang dapat

menopang jumlah gigi yang banyak dengan ukuran yang lebih kecil yang dapat

dilihat pada Gambar 18. Metode penyambungan yang mungkin adalah ulir dan

pegas dengan poros hubungnya berjumlah satu buah. Untuk jenis ini waktu

kopling relatif lebih cepat dan juga waktu pelepasannya. Jenis ulir yang dapat

dipilih yaitu jenis ulir Acme Atau square.

Gambar 18. Transmisi Konsep C

3.2.2.4 Konsep D

Konsep D dipilih dengan menggunakan jenis gigi spiral dengan jumlah gigi

banyak seperti pada Gambar 19. Metode penyambungan yang dapat dilakukan

27

adalah dengan pegas dengan poros hubung satu. Waktu kopling pada sistem ini

relatif cepat dan juga waktu pelepasannya.

Gambar 19. Transmisi Konsep D

3.2.2.5 Konsep E

Konsep E dipilih dengan menggunakan jenis gigi diagonal dengan jumlah gigi

dua seperti yang digambarkan pada Gambar 20. Metode penyambungan nya

adalah dengan tuas dan jumlah porosnya satu. Pada jenis ini waktu hubung sedang

dan juga pelepasannya. Jika menggunakan tuas maka tidak lagi menggunakan ulir.

Gambar 20. Transmisi Konsep E

28

Dari beberapa konsep yang telah ditawarkan dilakukan penilaian mutu konsep

dengan presentase kebutuhan dan fungsi. Penilaian solusi perancangan jaw clutch

dilakukan pada Tabel 3, dan pemilihan konsep dilakukan pada Tabel 4.

Tabel 3. Penilaian solusi konsep

Fitur

Jenis Gigi

Jenis gigi square memiliki waktu kopling yang lama karena

mesin harus berhenti terlebih dahulu. Sedangkan Jenis gigi

spiral dapat melakukan kopling pada putaran 50 rpm,

sehingga range putarannya terbatas.

Jumlah Gigi

Jumlah gigi banyak mengharuskan ukuran giginya kecil-

kecil, sedangkan jumlah gigi sedikit mengharuskan ukuran

giginya kecil mempertimbangkan dari kekuatannya.

Metode

Penyambungan

Metode penyambungan kopling pegas mengakibatkan

kopling selalu menempel sehingga mengharuskan jenis

spiral atau diagonal, sehingga terdapat daya hambat pada

saat berputar. Sedangkan metode ulir mengakibatkan mesin

akan terkopling jika mesin penggerak menggerakan kopling.

Poros Hubung

Jumlah poros hubung lebih dari satu maka mengharuskan

jenis tahanan poros cantilever sehingga riskan terhadap

missaligment.

Waktu Kopling

Waktu kopling dipengaruhi oleh ukuran gigi yang

digunakan dan juga jenis gigi yang digunakan.

Waktu Pelepasan Waktu pelepasan secara umum sama dengan waktu kopling

29

Jenis Ulir

Jenis ulir untuk mekanisme clutch ulir, yang paling efesien

untuk kedua gerakan adalah jenis square thread, sedangkan

ulir Butteres hanya dapat berputar pada satu putaran saja.

Tabel 4. Pemilihan Konsep

Subject % Konsep

A

Konsep

B

Konsep

C

Konsep

D

Konsep

E

Jenis Gigi 10 0.8 0.9 1 0.9 1

Jumlah Gigi 20 1 0.9 0.8 0.8 1

Metode

Penyambungan 20 0.8 0.8 1 0.8 0.8

Poros Hubung 20 0.8 0.8 1 1 1

Waktu

Kopling 10 0.6 0.9 1 1 0.6

Waktu

Pelepasan 10 0.6 0.9 1 1 0.6

Jenis Ulir 10 1 1 0.8 1 1

Jumlah 100% 0.82 0.87 0.94 0.91 0.88

KONSEP TERPILIH KONSEP C DENGAN NILAI MUTU 0.94

Jika telah dilakukan pemilihan konsep, maka dilakukan gambaran umum desain

visual dengan software Solidwork atau disebut dengan perwujudan desain.

Tujuannya adalah dapat diketahui kebutuhan desain dan komponen-komponen

30

yang diperlukan untuk proses desain. Perwujudan desain dari jaw clutch pada

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 21.

Gambar 21. Perwujudan desain jaw clutch

Perwujudan desain difungsikan untuk mengetahui rancangan dasar, atau susunan

dasar dari rancangan penelitian yang akan dilakukan. Setelah proses perwujudan

selesai maka dilanjutkan ke tahap perhitungan teoritis untuk melihat apakah

desain yang dilakukan cukup untuk menahan beban kerja sistem transmisi.

Perhitungan yang dilakukan diantaranya adalah perhitungan beban poros, desain

kekuatan jaw clutch, dasar-dasar pemilihan komponen bearing, dan juga

perhitungan beban pada motor penggeraknya.

31

3.2.3 Metode proses produksi komponen

Sebelum dilakukan proses produksi, maka dilakukan analisis Desain For

Manufacturability and Asembly (DFMA) yang bertujuan untuk mendapatkan

probability dan feasibility keterbuatan komponen tersebut. Analisis DFMA dapat

dilakukan dengan aplikasi DFM PRO free license atau dilakukan langsung ke

lapangan dengan cara menyesuaikan kemampuan unit kerja, tools, dan biayanya.

Proses produksi dapat dilakukan jika DFMA telah dilakukan dan didapat Bill of

Material dari jaw clutch dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Bill of material jaw clutch

Item

No

Nama

Komponen Jumlah Bahan Deskripsi

2 Bearing 6200 Rs 4 Custom

(Pabrik)

Untuk menopang putaran

clutch dan hub

3 Housing main

jaw clutch 1

Penopang jaw clutch

dengan screw threading

4 Sprocket 1 Custom

(Pabrik)

Penghubung daya motor ke

kopling.

6 Main jaw clutch 1 Kopling utama yang

bergerak linier

7 Couple jaw

clutch 1

Mekanisme penerima gerak

putar main jaw clutch.

9 Baut 10 4 Custom

(Pabrik)

Penguat couple jaw clutch

pada hub

10 Cakram Sepeda

180 1

Custom

(Pabrik)

Pendukung mekanisme

pengereman

11 Boss clutches 1 Pemisah antar bearing

12 Hub Sepeda 1 Custom

(Pabrik)

Penopang roda

Proses produksi komponen dilakukan oleh ahlinya di bengkel produksi bubut dan

milling. Proses produksi yang dilakukan diantaranya adalah pembuatan

clutch, pembuatan jaw clutch couple

bubut. Sedangkan untuk proses yang lainnya seperti dudukan dan porosnya

diproduksi di bengkel lain untuk mempercepat proses produksinya, metode yang

digunakan adalah metode pararel, sehingga pada waktu tertentu seluruh

komponen dapat lang

3.2.4 Metode pengujian dan pengambilan data

Pengujian dilakukan setelah seluruh sistem terpasang dengan baik dan bekerja

dengan baik. Pengujian dilakukan untuk mendapatkan data yang nantinya

dilakukan analisis. Pengujian dapat dilakukan di laboratorium dengan

kaki-kaki atau dilakukan langs

dilakukan sesuai pada Tabel

Tabel 6. Layout data hasil p

No Pengujian

Kecepatan Start (rpm)

Gambar 22

0

1

2

3

4

0

Energ

i Terk

onsu

msi

(Wh)


. Proses produksi yang dilakukan diantaranya adalah pembuatan

jaw clutch couple, dan pembuatan screw pada satu bengkel




komponen dapat langsung dilakukan proses asembly.

3.2.4 Metode pengujian dan pengambilan data



dilakukan analisis. Pengujian dapat dilakukan di laboratorium dengan

kaki atau dilakukan langsung pada kendaraan. Pengambilan data yang

pada Tabel 6 dengan layout penyajian data pada Gambar 22

hasil pengujian

Kecepatan

Kecepatan Mati (rpm)

Waktu kerja motor (s)

Waktu Gliding (s)

Gambar 22. Layout grafik hasil pengujian

0 1 2Gliding time (s)

32


. Proses produksi yang dilakukan diantaranya adalah pembuatan screw jaw

pada satu bengkel






dilakukan analisis. Pengujian dapat dilakukan di laboratorium dengan prototype

mbilan data yang

penyajian data pada Gambar 22.

Energi yang digunakan (kwh)

3

33

3.2.5 Analisis hasil dan pembahasan

Pembahasan dilakukan untuk mengetahui apakah desain yang dilakukan telah

sesuai kebutuhan, tahan terhadap beban dan bekerja dengan baik. Selain itu juga

dilakukan analisis hasil pengujian dan pengambilan data menjadi visual yang

lebih mudah diamati serta penarikan kesimpulan.

3.3 Alur Penelitian

Adapun alur penelitian yang dilakukan dijabarkan pada Gambar 23 dibawah ini.

Gambar 23. Alur Penelitian

Perancangan desain komponen: 1. Pemilihan bahan masing-masing komponen 2. Perancangan ulir screw 3. Perancangan jaw clutch

Proses produksi komponen

Pengambilan Data

Selesai

Mulai

Assembly dan Pelumasan

Pengujian kelancaran kerja jaw clutch

Studi Literatur Pengumpulan data penelitian

Manufacturability

Apakah Bekerja baik ?

Analisis Hasil danPembahasan

Y

Y

T

T

V. PENUTUP

5.1 Simpulan

Adapun simpulan yang dihasilkan dari penelitian jaw clutch dengan mekanisme

screw cut off sebagai berikut:

a. Desain jaw clutch yang dihasilkan memiliki diameter rata-rata 115 mm dengan

ketebalan gigi 5 mm dan memiliki gigi dengan jumlah 10 yang masing-masing

gigi tingginya 5mm, ulir mekanisme screw cut off nya memiliki mata berjumlah 8

dengan jarak pitch 240 dan diamater pitch nya 90 mm dan beroperasi pada daya

0.35 kW dengan putaran 2500 rpm.

b. Pengujian kerja prototype transmisi mobil hemat energi skala lab dilakukan

agar proses pengamatan lebih mudah dan menunjukan hasil kopling yang baik,

yaitu gigi kopling menyatu dengan penuh pada saat motor menyala, dan gigi

kopling tidak berkontak pada saat motor dimatikan akibat adanya ulir pada

housing jaw clutch nya.

c. Motor listrik memiliki nilai kerja optimal pada putaran hidup 500 rpm dan pada

putaran mati 1000 rpm dengan mengonsumsi energi listrik hanya 0,041 Wh

dengan waktu gliding per siklus 71 detik untuk setiap kali penyalaan sehingga

membutuhkan 22 kali penyalaan untuk menempuh waktu kerja 25 menit.

sedangkan nilai depresiasi kecepatan putaran paling besar dan peningkatan

konsumsi energi signifikan berada pada putaran 2500 rpm ke 1500 rpm.

53

5.2 Saran

Adapun saran pada penelitian sistem transmisi jaw clutch dengan mekanisme

screw cut off ini sebagai berikut:

a. Perancangan kembali diharapkan dapat dilakukan dengan diameter kopling dan

ukuran gigi yang lebih kecil namun mampu menahan beban kerja yang diinginkan

serta mempertimbangkan kemampuan mesin yang digunakan agar bobot

tambahan sistem transmisi ini menjadi lebih ringan.

b. Pengujian dinamis dapat dilakukan namun harus menggunakan alat ukur yang

lebih presisi seperti joulemeter dan juga untuk melihat kekuatan daya dan torsi

motor yang dioperasikan.

DAFTAR PUSTAKA

Badariah, N. D. Sugiarto. dan C. Anugrah. 2016. Penerapan Metode Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) dan Expert System (Sistem Pakar). Jakarta. Seminar Nasional Sains dan Teknologi Universitas Muhammadiah Jakarta

Black, P H. O E. Adams. 1981. Machine design. Singapore. McGraw-Hill

International Editions Mechanical Engineering Series. Bishop, T. 1999. Boundary dimension and bearing codes. New Jersey. Ansi Easa. Cooper, W D. 1985. Instrumentasi elektronik dan teknik pengukuran. Jakarta.

Erlangga Jonifan. L. Lidya. dan Yasman. 2006. Fisika Mekanika, Momentum dan impuls.

Surabaya. STIKOM. Mott, R L. 1999. Machine elements in mechanical design. New Jersey. Prentice-

Hall International, Inc. Notash, L. dan T N. Moore. 2002. Fault Analysis in Mechtronic System. Kingston.

CRC press LLC Queens University Saripudin, A. D. Rusliawan. dan A. Suganda. 2010 Gerakan melingkar. Jakarta.

Erlangga. Sularso dan K. Suga. 1997. Dasar perancangan dan pemilihan elemen mesin.

Jakarta. Pradnya Paramita. Suryatmo, F. 1996. Dasar-dasar teknik listrik. Jakarta. Rineka Cipta Syahrial, E. 2016. Statistik minyak dan gas bumi 2016. Jakarta, Direktorat

jenderal minyak dan gas bumi kementrian energi dan sumber daya mineral.

Ullman, D G. 2010. The mechanical design process. Oregon. Mc Graww-Hill High Education.

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN JAW CLUTCH DENGAN …digilib.unila.ac.id/32845/25/SKRIPSI TANPA BAB...

Documents

Transcript of PERANCANGAN DAN PEMBUATAN JAW CLUTCH DENGAN …digilib.unila.ac.id/32845/25/SKRIPSI TANPA BAB...