RANCANG BANGUN ALAT UJI UNTUK SISTEM KONTAK...

RANCANG BANGUN ALAT UJI RUNNING-IN

UNTUK SISTEM KONTAK

PASANGAN DISC DAN PASANGAN GEAR

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Teknik Mesin pada Program Pascasarjana

Universitas Diponegoro

Disusun oleh:

PETRUS LONDA

NIM: 21050110400013

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG

2013

POLBAN

ii

Halaman Pengesahan

RANCANG BANGUN ALAT UJI RUNNING-IN UNTUK

SISTEM KONTAK PASANGAN DISC DAN PASANGAN GEAR

Disusun oleh:

PETRUS LONDA

NIM: 21050110400013

Telah dipertahankan didepan Tim Penguji dalam Ujian Tesis pada tanggal 11 Juni 2013 dan dinyatakan telah memenuhi syarat untuk memperoleh gelar

Magister Teknik pada Program Studi Magister Teknik Mesin, FakultasTeknik, Program Pascasarjana, Universitas Diponegoro.

POLBAN

iii

ABSTRAK

Rancang Bangun Alat Uji Running-in untuk Sistem Kontak

Pasangan Disc dan Pasangan Gear

Disusun oleh:

PETRUS LONDA

NIM: 21050110400013

Keausan merupakan fenomena tribologi yang terjadi pada setiap peralatan

akibat kontak mekanik antara dua komponen. Dalam kurun waktu yang lama keausan ini akan menimbulkan kerusakan pada peralatan. Untuk meningkatkan keandalan dan efisiensi peralatan, maka fenomena keausan ini perlu dikaji lebih lanjut. Didalam ilmu tribology para peneliti membagi proses terjadinya keausan akibat kontak mekanik tersebut menjadi tiga fase, yaitu fase running-in, fase steady state (fase tunak) dan fase wear-out. Untuk mengetahui secara cepat kondisi dari ketiga fase tersebut diperlukan alat uji running-in.

Tesis ini difokuskan pada rancang bangun alat uji running-in. Alat ini dipakai untuk menguji komponen yang terdiri dari dua roda gigi dan dua buah piringan (two disc) yang terbuat dari material yang dapat divariasikan jenisnya. Perancangan mekanismenya memungkinkan sisi kedua piringan pada arah radial saling kontak ketika kedua piringan tersebut berputar (rolling contact) dan dapat divariasikan beban maupun putaran. Untuk itu metode perancangan Pugh dapat memberikan solusi, karena dengan metode ini semua konsep produk akan dinilai dan konsep produk terbaik yang akan dikembangkan menjadi produk. Pengujian dilakukan secara eksperimen untuk mengetahui fenomena keausan yang terjadi mulai dari kondisi running-in sampai kondisi steady state.

Hasil rancangan menunjukan bahwa alat uji dapat digunakan untuk menentukan variabel-variabel dalam proses running-in. Dengan variasi jumlah putaran (maksimal 2800 rpm), beban tekan (maksimal 5 kg) dan beban torsi yang dapat dikontrol (5 kg) serta arah putaran specimen yang dapat diatur, maka gaya gesek pada permukaan specimen dapat diketahui, sedangkan variabel yang diukur adalah perubahan kekasaran permukaan. Kata kunci: perancangan, rolling contact, running-in, steady state.

POLBAN

iv

ABSTRACT

Design and Manufacture of Running-in Tester for Gears and Discs Contact System

By

PETRUS LONDA

NIM: 21050110400013

Wear is a phenomenon of tribology that occured in every equipment due to contact between two component. In a long period the wear will cause damage to the equipment. To increase the reliability and efficiency of equipment, this phenomenon needs to be studied further. In the science of tribology, researchers divided the process of the wear due to the mechanical contact into three phases, namely running-in phase, steady state phase and wear-out phase. For quickly determine the conditions of these three phases the running-in tester is required. This thesis focuses on the design and manufacture of running-in test equipment. This tool is used to test components consisting of two gears and two discs are made of material that can be varied kind. The design of the mechanism allows the both disc contact one another on radial direction when both disc rotating then loads and rotation can be varied. For that Pugh design method can provide a solution, because with this method all product concepts will be assessed and the best concept of products will be developed into the products. Tests carried out experimentally to determine the wear phenomenon that occurs from running-in conditions until steady state conditions. Results showed that test equipment can be used to determine the variables in the running-in process. By varying the amount of rotation (maximum 2800 rpm), compressive load (maximum 5 kg) and torque load that can be controlled (5 kg) and the direction of rotation of the specimen can be set, then the friction force on the surface of the specimen can be found, while measured variable is the change of surface roughness. Key words: design , rolling contact, running-in, steady state.

POLBAN

v

Pedoman Penggunaan Tesis

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Universitas Diponegoro, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Universitas Diponegoro. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh Tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana Universitas Diponegoro.

POLBAN

vi

Halaman Peruntukan

Dipersembahkan kepada kedua

orang tua, istri tercinta, anak tersayang

dan teman-temanku.

POLBAN

vii

Kata Pengantar

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang maha kuasa,

yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya serta cinta yang tulus kepada

penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis yang merupakan tahap

akhir dari proses untuk memperoleh gelar Magister Teknik Mesin di Program

Pascasarjana Universitas Diponegoro.

Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Tesis ini tidak lepas dari

orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan

dukungan, baik moral maupun material. Untuk itu pada kesempatan ini penulis

mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:

1. Dr. Jamari, ST, MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak

mengarahkan dan memberikan bimbingan serta masukan dalam penyusunan

Tesis ini.

2. Dr. Susilo Adi Widyanto, ST, MT selaku Co. pembimbing yang telah

memberikan bimbingan dan koreksi serta bantuan selama proses penulisan

Tesis ini.

3. Prof. Dr. Ir. A. P. Bayuseno, MSc selaku ketua Program Studi Magister

Teknik Mesin UNDIP.

4. Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan atas bantuan Beasiswa Pendidikan

Pascasarjana (BPPS) yang diterima selama pendidikan berlangsung.

5. Seluruh rekan-rekan yang selalu memberikan dorongan, semangat, infomasi

bagi penulis, terutama Rifky Ismail, ST, MT, Imam Syafa’at, ST, MT dan

Eko Saputro, ST, MT.

6. Seluruh rekan-rekan dosen dan teknisi Jurusan Teknik Mesin Politeknik

Negeri Bandung yang telah banyak memberikan bantuan.

7. Spesial buat istri tercinta dan anakku tersayang yang selalu setia menemani

dan memberikan doa dengan tulus.

8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Program Pascasarjana Jurusan Teknik Mesin

UNDIP yang tidak dapat saya sebutkan satu demi satu.

Penulis menyadari bahwa dalam menulis Tesis ini terdapat kekurangan

dan keterbatasan, oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun

POLBAN

viii

untuk kesempurnaan dan kemajuan penulis dimasa yang akan datang sangat

diharapkan. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi

seluruh pembaca.

Semarang 22 Januari 2013

Penulis,

POLBAN

ix

Daftar Isi

TESIS

Halaman Pengesahan .............................................................................................. ii

ABSTRAK ............................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................. iv

Pedoman Penggunaan Tesis .................................................................................... v

Halaman Peruntukan .............................................................................................. vi

Kata Pengantar ...................................................................................................... vii

Daftar Isi................................................................................................................. ix

Daftar Lampiran .................................................................................................. xiiii

Daftar Gambar dan Ilustrasi ................................................................................. xiv

Daftar Tabel ........................................................................................................ xvii

Daftar Singkatan dan Lambang .......................................................................... xviii

Bab 1 PENDAHULUAN .................................................................................... 1

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

1.2 Perumusan Masalah ............................................................................ 2

1.3 Originalitas Rancangan ....................................................................... 2

1.4 Tujuan Pembuatan rancangan ............................................................. 3

1.5 Manfaat Rancangan ............................................................................ 3

1.6 Sistematika Penulisan ......................................................................... 3

Bab 2 TEORI PERANCANGAN........................................................................ 5

2.1 Perancangan ........................................................................................ 5

2.2 Domain Perancangan .......................................................................... 5

2.3 Metode QFD (Quality Function Deployment) .................................... 7

2.3.1 Tahap 1 Mengidentifikasi kebutuhan pelanggan ...................... 7

2.3.2 Tahap 2 Kebutuhan yang berkaitan dengan regulasi ................ 7

2.3.3 Tahap 3 Penyusunana persyaratan/keinginan pelanggan .......... 8

2.3.4 Tahap 4 Mengevaluasi pesaing ................................................. 8

POLBAN

x

2.3.5 Tahap 5 Menyusun spesifikasi teknis........................................ 8

2.3.6 Tahap 6 Menentukan arah perbaikan ........................................ 8

2.3.7 Tahap 7 Matriks morfologi ....................................................... 9

2.3.8 Tahap 8 Kesulitan dalam organisasi team perancang ............... 9

2.3.9 Tahap 9 Analisa teknis tentang produk pesaing ........................ 9

2.3.10 Tahap 10 Target nilai untuk spesifikasi teknis ........................ 10

2.3.11 Tahap 11 Hubungan antara matriks morfologi ....................... 10

2.3.12 Tahap 12 Absolute importance ................................................ 10

2.4 Perancangan Konsep Produk ............................................................ 12

2.4.1 Gear test rig di Lousiana State University, USA .................... 12

2.4.2 Gear test machine di Institute of Madras, India ...................... 13

2.4.3 FZG test rig di Queensland University, Australia................... 14

2.4.4 Twin disc roll/slide di The University of Birmingham ........... 14

2.4.5 The FZG test machine di Kocatepe University, Turkey .......... 15

2.4.6 The gear test rig di RMIT University, Melbourne, Australia . 15

2.4.7 Back to back gear box di Institute of Madras, India ............... 16

2.4.8 Two disc wear test rig di Shanghai University, China ............ 16

2.4.9 Two roller testing machine di University of Dhaka ................ 17

2.4.10 Two disc machine di University of Twente, Belanda.............. 18

2.5 Pemilihan Konsep Produk................................................................. 18

2.5.1 Konsep I .................................................................................... 18

2.5.2 Konsep II ................................................................................... 19

2.5.3 Konsep III .................................................................................. 20

2.5.4 Konsep IV ................................................................................. 21

2.6 Fungsi dan struktur fungsi ................................................................ 21

2.7 Mengevaluasi konsep produk ........................................................... 22

2.8 Perancangan produk terpilih ............................................................. 25

2.8.1 Proses pemberian bentuk (Embodiment design) ....................... 26

2.8.2 Aspek perancangan lain dalam perancangan produk ................ 27

2.9 Dokumen untuk pembuatan produk .................................................. 30

2.9.1 Gambar layout produk ............................................................... 31

2.9.2 Gambar susunan komponen produk .......................................... 31

POLBAN

xi

2.9.3 Gambar detail elemen produk ................................................... 33

2.9.4 Daftar material (bill of materials) ............................................. 34

2.9.5 Catatan perancangan ................................................................. 35

2.9.6 Dokumen pemeriksaan produk dan jaminan kualitas produk ... 35

2.9.7 Instruksi-instruksi ...................................................................... 35

2.9.8 Aplikasi permohonan paten ....................................................... 36

Bab 3 TINJAUAN TENTANG TRIBOLOGI .................................................. 39

3.1 Tribologi ........................................................................................... 39

3.2 Kontak mekanik ................................................................................ 39

3.3 Gesekan (friction) ............................................................................. 41

3.3.1 Gaya gesek statik ....................................................................... 42

3.3.2 Gaya gesek kinetik .................................................................... 42

3.3.3 Koefisien gesek pada permukaan kontak .................................. 43

3.4 Keausan (wear) ................................................................................. 46

3.5 Pelumasan (lubrication) .................................................................... 48

3.5.1 Tipe pelumasan ......................................................................... 49

3.5.2 Viskositas pelumas .................................................................... 51

3.5.3 Viskositas indeks ....................................................................... 55

Bab 4 HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 56

4.1 Formulasi empirik yang mendukung rancangan ............................... 57

4.1.1 Dimensi awal yang mendukung rancangan ............................... 58

4.1.2 Analisa gaya gesek pada saat dua specimen saling kontak ....... 59

4.1.3 Analisa beban ............................................................................ 62

4.1.4 Analisa tegangan dan defleksi pada poros specimen ................ 67

4.1.5 Analisa kekuatan poros specimen ............................................. 71

4.2 Pengujian hasil rancangan ................................................................. 73

4.2.1 Persiapan alat uji ....................................................................... 73

4.2.2 Persiapan bahan ......................................................................... 76

4.2.3 Pelaksanaan pengujian .............................................................. 76

4.2.4 Hasil-hasil pengujian ................................................................. 77

POLBAN

xii

Bab 5 PENUTUP............................................................................................... 81

5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 81

5.2 Saran ................................................................................................. 81

Daftar Pustaka ....................................................................................................... 83

Daftar Publikasi Ilmiah ......................................................................................... 86

Lampiran ............................................................................................................... 87

Lampiran A. ....................................................................................................... 88

Lampiran B. ....................................................................................................... 89

Lampiran C. ....................................................................................................... 90

Lampiran D. ....................................................................................................... 91

Lampiran E. ....................................................................................................... 92

Lampiran F. ....................................................................................................... 93

Lampiran G. ....................................................................................................... 94

POLBAN

xiii

Daftar Lampiran

Lampiran A Analisa Komposisi Kimia Bahan S45C.......................... 88 Lampiran B Analisa Komposisi Kimia Bahan Roda Gigi ................. 89 Lampiran C Pengujian Kekerasan Rockwell Bahan S45C ................. 90 Lampiran D Lampiran E Lampiran F Lampiran G

Dokumen untuk pembuatan produk ............................... Diagram Kelistrikan Disc/Gear test Machine…………. Unit Mekanisme Disc/Gear test Machine....................... Prinsip Kerja Disc/Gear test Machine............................

91 92 93 94

POLBAN

xiv

Daftar Gambar dan Ilustrasi

Gambar 2.1 Empat Domain Perancangan (Albano, 1999). .................................. 6 Gambar 2.2 Rumah Kualitas (Becker, 2000). .................................................... 11 Gambar 2.3 Skema gear test rig (Akbarzadeh, Khonsari, 2011). ...................... 13 Gambar 2.4 Gear test machine (Dhanasekaran, Gnanamoorthy, 2008). ........... 13 Gambar 2.5 Skema FZG test rig (Hargreaves, Planitz, 2009). .......................... 14 Gambar 2.6 Skema twin disc roll/slide apparatus ............................................. 14 Gambar 2.7 The FZG test machine (Aslantas, Tasgetiren, 2004). ..................... 15 Gambar 2.8 Skema the gear test rig (Ding, Rieger, (2003). .............................. 16 Gambar 2.9 Skema back to back gear box ......................................................... 16 Gambar 2.10 Two disk wear test rig (Wang, Wong, Zhang, 2000). .................... 17 Gambar 2.11 Two roller testing machine ............................................................. 17 Gambar 2.12 Two disk machine (www.utwente.nl, 25 Desember 2011). ............ 18 Gambar 2.13 Konsep desain I. ............................................................................. 19 Gambar 2.14 Konsep desain II. ............................................................................ 19 Gambar 2.15 Konsep desain III. .......................................................................... 20 Gambar 2.16 Konsep desain IV. .......................................................................... 21 Gambar 2.17 Diagram alir evaluasi konsep produk ............................................. 23 Gambar 2.18 Susunan komponen produk (ISO Standards Handbook, 1991)...... 32 Gambar 2.19 Gambar detail elemen produk (ISO Standards Handbook, 1991). . 33 Gambar 2.20 Diagram alir perancangan produk .................................................. 37 Gambar 2.21 Diagram alir penelitian. .................................................................. 38 Gambar 3.1 Conforming contact. ....................................................................... 41 Gambar 3.2 Non-conforming contact (line contact). ......................................... 41 Gambar 3.3 Non-conforming contact (point contact). ....................................... 41 Gambar 3.4 Interaksi antara dua kekasaran permukaan (Popov, 2009). ............ 43 Gambar 3.5 Model dari permukaan kontak pada dry friction (Popov, 2009). ... 43 Gambar 3.6 Tribological ection (Gresham, Totten, 2009)................................. 47 Gambar 3.7 Faktor-faktor penyebab terjadinya keausan (Gresham, 2009). ..... 47 Gambar 3.8 Uraian keausan dilihat dari tipe kontaknya (Kato, Koshi, 2001). . 48 Gambar 3.9 Bentuk permukaan untuk pelumasan (Cheng 1992). ..................... 49 Gambar 3.10 Stribeck curve (Lansdown, 2004). ................................................. 51 Gambar 3.11 Kondisi pelumas diantara dua permukaan (Stachowiak, 2005). .... 52 Gambar 3.12 Estimasi viskositas (Make, 2008)................................................... 54 Gambar 4.1 Fokus dalam perancangan komponen ............................................ 56 Gambar 4.2 Variabel-variabel pada mekanisme pulley. .................................... 60 Gambar 4.3 Analisa gaya pada T’. ..................................................................... 61 Gambar 4.4 Analisa gaya gesek (FG). ................................................................ 61 Gambar 4.5 Analisa beban tekan (FN)................................................................ 64

POLBAN

xv

Gambar 4.6 Analisa torsi pada poros sebelah kanan (M3). ................................ 65 Gambar 4.7 Konstruksi mekanisme pengereman............................................... 66 Gambar 4.8 Analisa beban pengereman (F). ..................................................... 66 Gambar 4.9 Beban yang bekerja pada poros specimen sebelah kiri. ................. 68 Gambar 4.10 Beban pada poros di tumpuan B. ................................................... 69 Gambar 4.11 Diagram alir pengujian. .................................................................. 73 Gambar 4.12 Hasil rancangan disc/gear test machine. ........................................ 74 Gambar 4.13 Hand-held Roughness Tester TR200. ............................................. 76 Gambar 4.14 Benda uji berbentuk disc. ............................................................... 76 Gambar 4.15 Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM

pada 600 rpm. ................................................................................ 77 Gambar 4.16 Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM

pada 1200 rpm ............................................................................... 78 Gambar 4.17 Grafik koefisien gesek pada saat running-in baja-baja. ................. 79 Gambar 4.18 Perubahan topografi permukaan selama waktu running-in pada

pasangan specimen baja dengan baja. ........................................... 79 Gambar 4.19 Panjang pengukuran Ra pada specimen disc. ................................. 80

POLBAN

xvi

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Matriks keputusan untuk Memilih Konsep Produk .............................. 25 Tabel 2.2 Bill of Materials untuk Gambar Susunan Unit Poros Sebelah Kiri. ..... 34

Tabel 4.1 Matrix hubungan antara design variable dengan failure focus ............. 57 Tabel 4.2 Estimasi faktor keamanan (Andrew, John, 1999). ................................ 72 Tabel 4.3 Komposisi Kimia (%) dan Nilai Kekerasan Beberapa Material. .......... 75

POLBAN

xvii

Daftar Singkatan dan Lambang

SINGKATAN Nama Pemakaian

pertama kali pada halaman

LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 2 QFD Quality Function Deployment 6 VFD Variable Frequency Drive 12 ISO International Organization for Standardiztion 29 BS British Standard 29 ANSI American National Standards Institute 29 DIN Deutsches Institut für Normung 29 HL Hydrodynamic Lubrication 50 EHL Elastohydrodynamic Lubrication 50 Pa.s Pascal-seconds 52 VI Viscosity Index 55 MSFP Maximum Sear stress Failure Predictor 71 MPFP Maximum Principal stress Failure Predictor 71 UKM Usaha Kecil Menengah 75 HRB Hardnees Rockwell-B 75 HRA Hardnees Rockwell-A 75 AHM Astra Honda Motor 77

LAMBANG Nama Satuan Pemakaian

pertama kali pada halaman

Ψ Plasticity index [ - ] 40 H Kekerasan material N/m2 40 σ Distribusi standar deviasi

tinggi asperity μm 40 β Radius ujung asperity μm 40 E’ Efektif elastis modulus Hertzian N/mm2 40 E1, E2,E Elastic moduli material N/mm2 40 υ1, υ2 Poisson ratio [ - ] 40 Fs Gaya gesek statis N (Newton) 42 FN Gaya normal N (Newton) 42 μs Koefisien gesek statis [ - ] 42

POLBAN

xviii

Fk Gaya gesek kinetik N (Newton) 43 μk Koefisien gesek kinetik [ - ] 43 θ Sudut kemiringan bidang gesek derajat 43 σo Contact pressure (tegangan normal) N/mm2 44 Ac Luas daerah kontak mm2 44 τ Tangential shear stress N/mm2 44 η Dinamik viskositas pelumas Pa.s 51 N,n Kecepatan putaran rpm,put/s 51 P Beban tekan kN/m2 51 F,W Gaya N, kN 52 (u/h) Shear rate [s-1] 52 υ Kinematic viscocity [m2/s] 53 ρ Dencity minyak pelumas [kg/m3] 53 σu,Su Repture strength, N/mm2 56 σy,Sy Yield strength, N/mm2 56 Se Endurance limit, N/mm2 56 D Daya Watt 58 Z1,2 Jumlah gigi gigi 58 d1,2 Diameter pitch pulley mm 58 M Torsi Nm 58 Fc Gaya pada load cell gram 59 FG Gaya gesek N (Newton) 59 K Kisar gigi timing belt mm 59 Zs Jumlah gigi timing belt gigi 59 C Jarak sumbu poros mm 59 θ1,2 Sudut kontak pulley derajat 59 k Pitch differential mm 59 T,Te,T1,2,T’ Tegangan timing belt N (Newton) 60 ds Diameter specimen mm 61 Ø Diameter drum rem mm 67 δ1, δmax Defleksi mm 70

POLBAN

1

Bab1

Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Beberapa faktor yang mempengaruhi umur pakai dari sebuah komponen

adalah kualitas komponen, cara penggunaan komponen, cara perawatan dan

situasi kerja dari komponen tersebut. Ditinjau dari cara kerja komponen-

komponen didalam sebuah sistem, maka akan ada beberapa perbedaan dalam hal

beban kerja yang diterima sehingga akan mempengaruhi usia pakai dari

komponen tersebut. Selain itu dalam sebuah sistem tersebut, terdiri dari beberapa

komponen yang dibuat dari material yang berbeda, disesuaikan dengan fungsi dan

kegunaannya.

Hampir semua alat-alat mekanik, mengalami kontak mekanik pada

permukaan ketika sedang dalam kondisi kerja. Kontak yang terjadi antara

komponen bisa berupa static contact, rolling contact, atau sliding contact,

misalnya kontak yang terjadi antara ball dengan inner race dan outer race pada

ball bearing, gesekan piston terhadap dinding silinder atau, gesekan camshaft

dengan katup dalam motor bakar, dan lain sebagainya. Akibat dari kerja

komponen tersebut maka akan timbul adanya pengikisan permukaan komponen

atau sering disebut keausan (wear).

Tingkat pertumbuhan keausan ini dapat diketahui dengan metode yang

akurat. Sebagai contoh, jika ingin mengetahui tingkat pertumbuhan keausan pada

kontak antara roda gigi, maka pasangan roda gigi tersebut dioperasikan dalam

kondisi yang sebenarnya dalam jangka waktu tertentu atau sampai kondisi dari

sistem mengalami keausan. Kemudian pertumbuhan keausannya dihitung dengan

mengukur perubahan geometri permukaan kontak yang terjadi. Geometri hasil

pengukuran tersebut dibandingkan dengan geometri awal, sehingga didapat selisih

nilai geometri. Selisih nilai geometri ini merupakan nilai keausan. Metode ini

memang akurat namun memiliki beberapa kelemahan dipandang dari sisi biaya

yang mahal dan waktu yang lama. Oleh karena itu tingkat pertumbuhan keausan

ditentukan secara eksperimen yang lebih sederhana dengan menggunakan

POLBAN

2

tribometer. Tribometer ini mencoba menirukan kondisi yang sebenarnya dengan

menyamakan material dan permukaan kontak (Kanavalli, 2006).

1.2 Perumusan Masalah

Dari uraian di atas, maka perlu dirancang dan dibuat sebuah alat uji keausan

(tribometer) yang bisa digunakan untuk menguji beberapa parameter tribology

yang memiliki kriteria sebagai berikut:

a. Putaran motor dapat bervariasi.

b. Putaran specimen dapat dikontrol.

c. Dapat digunakan untuk menguji disc dan roda gigi.

d. Dimensi specimen yang diuji dapat bervariasi baik diameter maupun

tebalnya.

e. Beban torsi dapat dikontrol.

f. Slip pada sistem transmisi daya sekecil mungkin.

g. Defleksi pada poros daya sekecil mungkin.

h. Specimen mudah dan cepat dalam penggantian.

i. Pengambilan data terintegrasi dengan komputer dengan menggunakan

program LabVIEW.

j. Ergonomis.

1.3 Originalitas Rancangan

Desain dan standar perancangan yang sejenis tentang pembuatan alat uji

gear/disc test machine telah banyak dipaparkan dengan berbagai macam desain

mesin uji yang sudah banyak digunakan untuk menguji berbagai macam slip ratio

benda uji yang berbentuk roda gigi maupun yang berbentuk piringan (disc). Ada

beberapa mesin uji dengan konstruksi yang sederhana sampai rumit dengan

penambahan-penambahan alat kontrol yang dipakai untuk mendapatkan kondisi

operasional pengujian mendekati kondisi nyata dilapangan (reliable).

Beberapa desain alat uji gear/disc test machine yang telah ada umumnya

bersifat sangat spesifik, artinya hanya mampu menguji gear saja atau disc saja

dalam ukuran yang terbatas. Seperti alat uji gear test rig di Lousiana State

University, USA, hanya mampu menguji disc pada ukuran tertentu. Begitu juga

dengan alat uji gear test machine di Indian Institute of Thecnology Madras

POLBAN

3

Chennai, India, hanya mampu menguji roda gigi pada dimensi tertentu. Dari

uraian tersebut, maka pada penelitian ini penulis merancang dan membangun alat

uji running-in untuk sistem kontak disc dan roda gigi yang mampu menguji gear

dan disc dengan ukuran yang bervariasi pada mesin yang sama serta dilengkapi

dengan alat kontrol untuk mengetahui putaran poros specimen serta beban torsi.

Dari beban torsi yang bisa di kontrol maka koefisien gesek benda uji dapat

diketahui. Alat uji ini terintegrasi dengan komputer dengan menggunakan

program LabVIEW.

1.4 Tujuan Pembuatan rancangan

Tujuan pembuatan rancangan dalam penulisan tesis ini adalah:

a. Merancang dan membangun sebuah alat uji gear/disc test machine

untuk menguji disc maupun roda gigi pada mesin yang sama.

b. Menguji performansi disc dan gear terhadap perubahan rpm, beban

torsi, beban tekan, temparatur, pelumasan.

c. Mendapatkan nilai koefisien gesek kinetik dari kedua permukaan yang

saling bergesekan.

1.5 Manfaat Rancangan

Hasil rancangan ini dapat dijadikan referensi pada penggunaan alat uji

dalam melakukan pengujian keausan pada kontak rolling-sliding seperti keausan

pada permukaan roda gigi, roda kereta dengan rel, poros engkol dengan bantalan

luncur maupun dalam pemilihan material dan paduannya pada proses manufaktur.

1.6 Sistematika Penulisan

Penyusunan tesis ini terbagi atas 5 bab. Bab-bab tersebut adalah: Bab I

Pendahuluan, Bab II Teori Perancangan, Bab III Tinjauan tentang Tribology, Bab

IV Hasil rancangan serta Bab V Penutup. Pendahuluan berisi tentang latar

belakang, perumusan masalah, originalitas rancangan, tujuan pembuatan

rancangan, manfaat rancangan, dan yang terakhir sistematika penulisan. Pada bab

II merupakan sebuah tinjauan pustaka tentang teori dan aplikasi perancangan yang

menjadi dasar dalam pengambilan keputusan terhadap sebuah rancangan. Pada

bab III juga merupakan sebuah tinjauan pustaka yang membahas tentang teori

POLBAN

4

tribology yang melatarbelakangi kontak mekanik. Sedangkan pada bab IV

merupakan hasil rancangan, dimana pada bab ini akan menunjukan bahwa produk

hasil rancangan telah berfungsi dengan baik sesuai dengan tujuan awal. Dan pada

bagian akhir tesis ini akan ditutup dengan kesimpulan dan saran yang terangkum

dalam bagian penutup.

POLBAN

5

Bab 2

Teori Perancangan

Jika anda memiliki waktu untuk melihat-lihat disekitar anda, maka anda

akan menemukan banyak contoh dari technological creativity. Anda akan melihat

secara fisik seperti telefon, mobil, sepeda dan masih banyak yang lainnya. Setiap

hari penciptaan tidak muncul secara ajaib, tetapi berawal dari sebuah pemikiran

yang diwujudkan dan dikembangkan secara terus menerus. Engineering is the

creative process of turning abstract ideas into physical representations (products

or systems) (Seyyed, 2005). Usaha kreatifitas untuk mewujudkan sebuah produk

ini dikenal dengan perancangan.

2.1 Perancangan

Perancangan dapat dibedakan menjadi tiga cabang, yaitu: Perancangan

tradisional, kelompok ini meyakini bahwa merancang membutuhkan pengelaman

pribadi dan tidak bisa diajarkan. Sedangkan kelompok kedua meyakini bahwa

perancangan dapat dioptimalisasikan dengan menggunakan peralatan seperti

komputer (bisa dipelajari). Sementara kelompok ketiga adalah kelompok yang

menyakini bahwa kedua kelompok sebelumnya adalah benar. Perancang yang

baik adalah perancang yang menggunakan ketiga keyakinan tersebut (Albano,

1999).

Sedangkan elemen-elemen dalam perancangan menurut Albano dapat

dikelompokan kedalam lima elemen perancangan, yaitu; (1) mengetahui apa yang

dibutuhkan customers, (2) tentukan masalah yang esensial yang sesuai dengan

kebutuhan customers, (3) konsepkan solusinya, (4) analisa solusi yang ada untuk

menentukan kondisi yang optimum, (5) periksa kembali hasil desain apakah itu

yang dibutuhkan customer.

2.2 Domain Perancangan

Domain perancangan bisa dikelompokan menjadi empat, yaitu: customer

domain, functional domain, physical domain dan process domain. Customer

domain (CAs) dicirikan dengan kebutuhan customer, seperti kebutuhan akan

POLBAN

6

sebuah produk, sistem atau material. Functional domain, perancang harus secara

spesifik mengetahui syarat-syarat fungsional/functional requirements (FRs) dari

produk yang dibutuhkan customers, sehingga syarat-syarat tersebut dapat

diwujudkan secara fisik/design parameters (DPs) dalam physical domain, dan

yang terakhir adalah process domain dimana pada rana ini kebutuhan dan syarat-

syarat custumer yang sudah diwujudkan dalam physical domain (DPs) diproses

menjadi sebuah produk, yang mana hal ini dicirikan dengan process variables

(PVs). Gambar berikut memperlihatkan empat domain perancangan.

Domain yang disebelah kanan representasi dari solusi, peta pelaksanaan dari

functional domain menuju physical domain dinamakan product design sedangkan

peta pelaksanaan dari physical domain ke process domain dinamakan

manufacturing process design dan peta pelaksanaan dari customer domain ke

functional domain berupa informasi-informasi dari kebutuhan customers atau peta

pelaksanaan kegiatan untuk menetapkan spesifikasi teknis dari produk.

Sedangkan pada bagian lain (Harsokoesoemo, 2004), mengatakan bahwa

proses perancangan terdiri dari empat fase yaitu: (1) fase defenisi proyek,

perencanaan proyek dan penyusunan spesifikasi teknis produk, (2) fase

perancangan konsep produk, (3) fase perancangan produk dan (4) fase

penyusunan dokumen untuk pembuatan produk. Dari kedua pendapat tersebut

sama-sama menggunakan metode QFD untuk membantu menyelesaikan persoalan

didalam perancangan.

Gambar 2.1 Empat Domain Perancangan (Albano, 1999).

POLBAN

7

2.3 Metode QFD (Quality Function Deployment)

Metode ini digunakan untuk menyusun persyaratan fungsional dari produk

yang dibutuhkan (FRs) atau menyusun spesifikasi teknis suatu produk yang

dibutuhkan customer. Ada beberapa metode untuk menyusun spesifikasi teknis

suatu produk, seperti metode French, metode Pahl dan Beitz, metode VDI. metode

Ullman, namun metode QFD adalah yang paling banyak digunakan. Menurut

hasil survei ditemukan bahawa mayoritas (83%) perusahaan menyatakan bahwa

metode QFD berhasil menambah kepuasan pengguna dan 76% perusahaan

menyatakan bahwa hasil metode QFD menyebabkan terbentuknya keputusan-

keputusan yang rasional (Harsokoesoemo, 2004). Metode ini dikembangkan di

Jepang pada tahun 1966 oleh Yoji Akao dan kemudian masuk ke Amerika Serikat

pada tahun 1980-an. Metode QFD tidak hanya membantu memahami masalah

perancangan produk, tetapi metode QFD meletakan landasan untuk fase

berikutnya. Metode QFD ini terdiri dari beberapa tahapan dalam menetapkan

konsep produk (Becker, 2000). Tahapan tersebut adalah sebagai berikut:

2.3.1 Tahap 1 Mengidentifikasi kebutuhan pelanggan

Pada tahapan pertama ini perancang akan menganalisa siapa sebanarnya

pelanggan itu dan bagaimana segmen pasarnya, yaitu orang yang akan membeli

produk dan yang akan mengatakan kepada pengguna lain tentang kialitas produk.

Team perancang akan mengumpulkan informasi dari pelanggan mengenai syarat-

syarat dari produk yang mereka butuhkan. Syarat-syarat tersebut seperti

kemampuan produk (usability), dan performanya (performance).

2.3.2 Tahap 2 Kebutuhan yang berkaitan dengan regulasi

Tidak semua standar-standar produk boleh diketahui oleh pelanggan, sebab

itu merupakan standar perusahaan yang bersifat aturan. Standar-standar tersebut

seperti dimensi maupun teknologi pembuatannya, mulai dari material sampai

dengan bentuk komponennya.

POLBAN

8

2.3.3 Tahap 3 Penyusunana persyaratan/keinginan pelanggan

Syarat-syarat dari pelanggan, seperti usability dan performance suatu

produk dibuat dalam beberapa kriteria, setiap kriteria diberi nilai oleh pelanggan

dalam skala yang telah ditentukan oleh team perancang. Kriteria-kriteria tersebut

dituangkan dalam sebuah matriks sehingga pelanggan dengan mudah untuk

menilainya.

2.3.4 Tahap 4 Mengevaluasi pesaing

Memahami bagaimana pelanggan menghadapi persaingan dalam sebuah

kompotisi, merupakan hal yang menguntungkan. Pada tahap ini team perancang

akan mengajukan pertanyaan bagaimana produk anda dalam mengahadapi

persaingan. Untuk menghadapi hal tersebut maka team perancang membuka ruang

untuk mengidentifikasi peluang pasar, melakukan perbaikan secara kontinyu

terhadap produk, menerima komplain dari pelanggan, dan seterusnya.

2.3.5 Tahap 5 Menyusun spesifikasi teknis

Penyusunan spesifikasi teknis produk diperlukan untuk menjamin

kesesuaian dengan keinginan pelanggan. Spesifikasi teknis produk bersifat

dinamis, yaitu dapat mengalami perubahan-perubahan selama proses perancangan

produk berlangsung. Penyusunan spesifikasi teknis produk ini menyangkut hal-hal

seperti kinerja atau performance yang harus dicapai produk, seberapa besar

ukuran produk (size of range), dan teknikal detail.

2.3.6 Tahap 6 Menentukan arah perbaikan

Setelah team perancang menyusun spesifikasi teknik produk, maka team

perancang harus membuat suatu keputusan ke arah mana harus dilakukan jika ada

perbaikan-perbaikan dalam sebuah rancangan. Hal ini mungkin saja terjadi, sebab

dalam penyusunan spesifikasi produk, team perancang berusaha menyesuaikan

dengan keinginan pelanggan, dan jika keinginan itu belum terpenuhi maka

perbaikan-perbaikan harus dilakukan.

POLBAN

9

2.3.7 Tahap 7 Matriks morfologi

Pada tahapan ini team perancang menentukan hubungan antara keinginan

pelanggan dengan kemampuan perusahaan. Team perancang akan memberikan

kriteria-kriteria yang memperkuat hubungan antara parameter teknik dengan

keinginan pelanggan. Kekuatan hubungan tersebut dapat berbeda-beda; ada

parameter teknik yang mempunyai hubungan yang kuat dengan keinginan

pelanggan, ada parameter yang tidak mempunyai hubungan sama sekali,

tergantung dari penilaian pelanggan. Kriteria-kriteria tersebut dituangkan dalam

sebuah matriks, sehingga pelanggan dapat menilai kekuatan hubungannya.

Kekuatan hubungan dapat dinyatakan dengan simbol atau angka seperti berikut:

๏ = hubungan yang kuat = 9

Ο = hubungan yang kekuatannya sedang = 4

Δ = hubungan yang lemah =1

Kosong = tidak ada hubungan sama sekali = kosong

2.3.8 Tahap 8 Kesulitan dalam organisasi team perancang

Kesulitan dalam organisasi team perancang ini seperti, kesulitan dalam

menentukan kriteria antara kemampuan perusahaan dengan keinginan pelanggan.

Kesulitan ini bersifat teknis, seperti kesulitan dalam persedian suku cadang atau

menyangkut ukuran produk. Kesulitan perlu segera diketahui agar dengan mudah

dicarikan solusinya. Tingkat kesulitan ini dinilai dari angka satu sampai dengan

lima, dimana angka satu mudah dan angka lima sulit.

2.3.9 Tahap 9 Analisa teknis tentang produk pesaing

Untuk dapat memahami persaingan dengan baik, maka spesifikasi produk

pesaing harus diketahui oleh team perancang. Jadi team perancang harus membeli

produk pesaing dan melakukan pengukuran-pengukuran pada produk-produk

tersebut berdasarkan persyaratan atau spesifikasi teknis yang akan digunakan pada

produk baru. Tujuan produk baru adalah mampu berkinerja lebih baik dari

produk-produk pesaing.

POLBAN

10

2.3.10 Tahap 10 Target nilai untuk spesifikasi teknis

Tahapan ini merupakan kelanjutan dari tahapan kelima, dimana keinginan-

keinginan pelanggan dikembangkan dan ditemukan parameter-parameter atau

aspek-aspek yang dapat diukur dan mempunyai nilai/harga sasaran (target

values). Setiap parameter teknik (engineering parameter) yang dapat diukur

mempunyai satuan, seperti panjang, berat, gaya, kecepatan waktu, dan lain-lain.

Selain dari keinginan pelanggan, engineering parameter tersebut dapat diperoleh

dari produk-produk pesaing (jika ada). Memang tidak mudah untuk menemukan

parameter atau aspek yang dapat diukur dari suatu keinginan pelanggan. Jika ada

beberapa aspek yang dapat diukur belum ditemukan dari daftar keinginan

pelanggan, maka keinginan pelanggan tersebut belum dipahami benar oleh team

perancang. Oleh sebab itu perancang harus mengulang kembali tahapan kelima

dengan lebih fokus pada aspek yang belum ditemukan nilai sasarannya.

2.3.11 Tahap 11 Hubungan antara matriks morfologi

Sebuah spesifikasi teknis dalam sebuah matriks mungkin mempunyai

hubungan dengan atau berpengaruh pada spesifikasi teknis lainnya, oleh karena

itu apakah ada hubungan antara sesama spesifikasi teknis harus dikaji sedini

mungkin. Apabila antara dua spesifikasi teknis ada hubungan, maka pada

perpotongan dua garis diagonal yang menghubungkan kedua spesifikasi diberi

simbol-simbol berikut, yang menyatakan identitas hubungan.

๏ = sangat positif = 9

Ο = positif = 3

X = negatif = -1

x = sangat negative = -3

2.3.12 Tahap 12 Absolute importance

Pada tahap terakhir ini team perancang menghitung nilai absolute dari setiap

kriteria yang terdapat dalam matriks penilaian untuk mengetahui kriteria mana

yang penting bagi pelanggan. Cara menghitungnya adalah kalikan setiap nilai

POLBAN

11

yang ada pada spesifikasi teknis dengan nilai yang ada pada persyaratan/keinginan

pelanggan untuk setiap matriksnya, kemudian dijumlahkan.

Tahapan-tahapan yang telah diuraikan di atas oleh Becker dinamakan rumah

kualitas (house of quality). Rumah kualitas ini mempunyai duabelas kamar,

masing-masing berisi informasi yang berharga. Gambar 2.2 memperlihatkan

rumah kualitas yang terdiri dari duabelas kamar untuk pengembangan climbing

harness. Rumah kualitas ini merupakan fase pertama dari empat fase dalam proses

perancangan yang digunakan untuk penyusunan konsep produk, selain itu rumah

kualitas ini meletakan dasar untuk tiga fase berikutnya dalam proses perancangan

produk yang dibutuhkan oleh pelanggan.

Gambar 2.2 Rumah Kualitas (Becker, 2000).

POLBAN

12

2.4 Perancangan Konsep Produk

Pada perancangan konsep produk, dicari atau coba ditemukan sebanyak

mungkin alternatif konsep produk yang semuanya memenuhi butir-butir

spesifikasi teknis produk. Perancangan konsep produk ini merupakan fase kedua

dari empat fase proses perancangan. Konsep produk masih berupa gambar skema

atau gambar skets yang terdiri dari kerangka (skeleton) elemen-elemen produk.

Elemen produk yang berupa kerangka tersebut harus diberi bentuk dalam fase

perancangan berikutnya, yaitu fase perancangan produk (fase ketiga).

Dari sekian banyak alternatif konsep produk yang masih berupa gambar

skema atau skets itu harus dipilih salah satu atau beberapa yang terbaik sebagai

konsep produk yang akan dikembangkan menjadi produk. Ada beberapa metode

dasar pencarian konsep produk terbaik, yaitu:

a. Metode brain storming.

b. Metode 6 – 3 – 5 (brain writing).

c. Metode analisis.

d. Buku-buku referensi dan jurnal teknik.

e. Melakukan konsultasi dengan pakar.

f. Metode morfologi.

g. Memakai paten sebagai sumber ide.

h. Metode logis:

TRIZ

Perancangan aksiomatik.

Untuk mendapatkan konsep produk terbaik, maka pada tesis ini penulis

menggunakan salah satu dari beberapa metode di atas yaitu buku-buku referensi

dan jurnal teknik yang memuat mesin sejenis sebagai berikut:

2.4.1 Gear test rig di Lousiana State University, USA

Alat ini digunakan untuk menguji disc dengan diameter tertentu. Pada alat

ini terdapat dua motor penggerak yang langsung berhubungan dengan specimen,

sehingga putaran specimen sama dengan putaran motor. Kecepatan putaran motor

dapat diatur dengan menggunakan VFD (Variable Frequency Drive). Jenis

pembebanan menggunakan tekanan hidraulik. Pelumasan cukup bagus. Pada

POLBAN

13

specimen dipasang IR thermocouple untuk memantau temparatur disc, pada

reservoir oli dipasang thermocouple untuk memantau temparatur oli, dan pada

pembebanan hidraulik dipasang pressure transnducer untuk mengukur beban.

Semuanya terintegrasi dengan komputer dengan menggunakan program

LabVIEW.

2.4.2 Gear test machine di Institute of Madras, India

Mesin ini digunakan untuk menguji roda gigi dengan ukuran tertentu.

Terdapat sebuah motor listrik yang dihubungkan dengan vee-belt terhadap poros

specimen. Pulley yang digerakan lebih besar dari pulley penggeraknya sehingga

kecepatan putaran specimen lebih lambat dari putaran motor. Specimen yang

satunya tidak terdapat motor penggerak, yang ada hanya mekanisme pembebanan

dengan menggunakan load cell. Temparature sensor dan microphone dipasang

pada specimen serta speed sensor pada poros bebas.

Gambar 2.3 Skema gear test rig (Akbarzadeh, Khonsari, 2011).

Gambar 2.4 Gear test machine (Dhanasekaran, Gnanamoorthy, 2008).

POLBAN

14

2.4.3 FZG test rig di Queensland University, Australia

Alat ini peruntukannya untuk menguji roda gigi dengan ukuran tertentu.

Terdapat sebuah motor penggerak yang dihubungkan dengan roda gigi untuk

menggerakkan dua buah poros specimen sekaligus. Pembebanan menggunakan

load clutch. Pada salah satu poros dipasang torque measuring clutch untuk

mengukur torsi.

2.4.4 Twin disc roll/slide di The University of Birmingham

Mesin ini digunakan untuk menguji roller/disc dengan ukuran tertentu.

Sebuah motor penggerak digunakan untuk menggerakkan dua buah poros

specimen sekaligus. Pemindahan daya menggunakan vee-belt dan roda gigi,

Gambar 2.5 Skema FZG test rig (Hargreaves, Planitz, 2009).

Gambar 2.6 Skema twin disc roll/slide apparatus (Wright, Kukureka, 2001).

POLBAN

15

sehingga memungkinkan putaran yang berbeda untuk masing-masing specimen.

Pembebanan sangat sederhana menggunakan lengan beban.

2.4.5 The FZG test machine di Kocatepe University, Turkey

Digiunakan untuk menguji roda gigi dan perkiraan umur pakai. Dengan

dimensi tertentu, menjadikan alat ini terbatas kemampuannya. Penggunaan

sebuah motor dengan daya yang besar, menjadikan alat ini memiliki torsi yang

besar pula. Salah satu poros specimen berputar sedangkan yang lain bebas.

Terdapat gear box untuk menaikan maupun menurunkan kecepatan putaran

specimen. Loading arm berguna untuk memberikan beban tertentu. Alat ini

memiliki dimensi yang besar sehingga menjadikan alat ini tidak praktis, tetapi

memiliki ketahan yang bagus dan handal.

2.4.6 The gear test rig di RMIT University, Melbourne, Australia

Alat ini digunakan untuk menguji roda gigi dengan diameter tertentu. Pada

alat ini terdapat sebuah motor penggerak yang terpasang pada poros yang

langsung dihubungkan dengan specimen sehingga putaran specimen sama dengan

putaran motor. Sedangkan specimen yang satunya berputar bebas. Terdapat motor

speed controller untuk mengatur putaran motor. Jenis pembebanan menggunakan

sistem hidraulik. Pelumasan cukup bagus dengan pompa oli. Pada specimen

dipasang encoder untuk memantau kecepatan putaran dan pada pembebanan

hidraulik dipasang pressure transducer untuk mengukur beban.

Gambar 2.7 The FZG test machine (Aslantas, Tasgetiren, 2004).

POLBAN

16

2.4.7 Back to back gear box di Institute of Madras, India

Alat ini digunakan untuk menguji sistem transmisi roda gigi. Sebuah motor

listrik digunakan untuk menggerakkan dua buah poros sekaligus dengan

menggunakan roda gigi sebagai pemindah daya. Antara putaran specimen satu

dengan yang lainnya bisa dibedakan sesuai dengan ratio roda gigi transmisinya.

Beban torsi bisa diatur melalui torque adjustmen coupling. Desai ini sangat bagus

untuk antisipasi poros bending karena poros ditopang profil U.

2.4.8 Two disc wear test rig di Shanghai University, China

Alat ini digunakan untuk menguji keausan dua disc (piringan) dengan

ukuran tertentu. Dua buah motor listrik DC untuk menggerakkan specimen

Gambar 2.8 Skema the gear test rig (Ding, Rieger, (2003).

Gambar 2.9 Skema back to back gear box (Amarnath, Sujatha, Swarnamani, 2009).

POLBAN

17

sehingga putaran masing-masing bisa dibedakan. Beban torsi dapat di ukur

dengan menggunakan non-contact type torque transducer, sedangkan kecepatan

putaran diukur melalui optical trigger yang berhubungan langsung dengan

komputer. Selain itu untuk mengukur kekasaran permukaan specimen digunakan

optical measuring system, yaitu sebuah alat optik yang bisa mengukur kekasaran

permukaan secara online tanpa kontak. Tentunya alat ini sangat mahal harganya.

2.4.9 Two roller testing machine di University of Dhaka

Alat ini hampir sama dengan yang ada di Indian Institute of Thecnology

Madras, Chennai, India (Gambar 2.9). Yang membedakan adalah specimen yang

diuji adalah disc/roller bukan roda gigi.

Gambar 2.10 Two disc wear test rig (Wang, Wong, Zhang, 2000).

Gambar 2.11 Two roller testing machine (Nuruzzaman, Nakajima, Mawatari, 2009).

POLBAN

18

2.4.10 Two disc machine di University of Twente, Belanda

2.5 Pemilihan Konsep Produk

Berangkat dengan berbagai macam jenis mesin uji yang sudah ada, maka

dapat diambil kriteria sebagai bahan pertimbangan yang dapat dipakai untuk

merancang mesin uji running-in untuk sistem kontak disc dan sistem kontak roda

gigi yang baru sesuai dengan kriteria seperti yang telah disampaikan dalam sub

bab 1.2 (Perumusan masalah). Dengan dasar kriteria tersebut maka penulis

membuat empat buah konsep desain yang menjadi dasar pertimbangan yaitu

sebagai berikut:

2.5.1 Konsep I

Kriteria alat sebagai berikut:

a. Menggunakan dua buah motor listrik masing-masing 2 hp 1600 rpm, 3

phasa yang dapat diatur kecepatannya.

b. Dapat digunakan untuk menguji disc maupun roda gigi.

c. Dimensi specimen dapat bervariasi.

d. Kecepatan putaran masing-masing specimen bisa dibedakan.

e. Transmisi menggunakan sabuk vee-belt ganda.

f. Specimen dapat diganti dengan mudah dan cepat.

g. Beban torsi menggunakan sistem disc break hidraulik.

h. Pembebanan tekan menggunakan sistem hidraulik.

i. Mudah dalam pembuatan.

Gambar 2.12 Two disc machine (www.utwente.nl, 25 Desember 2011).

POLBAN

http://www.utwente.nl/

19

j. Ergonomis.

k. Ada sistem pelumasan.

l. Sistem kontrol menggunakan micro drive.

2.5.2 Konsep II


a. Menggunakan dua buah motor listrik masing-masing 2 hp 1600 rpm, 3




d. Kecepatan putaran masing-masing specimen bisa dibedakan.

e. Transmisi menggunakan sabuk bergigi (timing belt).



v-belt

ganda spesimen Beban torsi

Univ. joint

Beban

tekan

Motor

listrik

Gambar 2.13 Konsep desain I.

Gambar 2.14 Konsep desain II.

Timing

belt Univ. joint

Beban

tekan

spesimen Beban

torsi

Motor

listrik

POLBAN

20



j. Ergonomis.


l. Sistem kontrol menggunakan micro drive.

2.5.3 Konsep III


a. Menggunakan 2 buah motor listrik masing-masing 2 hp, 1600 rpm, 3



c. Kecepatan putar masing-masing specimen bisa dibedakan.

d. Transmisi menggunakan roda gigi.

e. Penopang poros specimen berbentuk profil U.





j. Ergonomis.


l. Sistem kontrol menggunakan micro-drive.

spesimen Beban

torsi

Beban

tekan

Roda gigi

transmisi

Motor

listrik

Univ. joint

Gambar 2.15 Konsep desain III.

POLBAN

21

2.5.4 Konsep IV


a. Menggunakan 2 buah motor listrik masing-masing 1 hp, 2800 rpm, 3


b. Dapat digunakan untuk menguji disc dan roda gigi.


d. Kecepatan putar masing-masing specimen bisa dibedakan.

e. Transmisi menggunakan sabuk bergigi (timing belt).


g. Beban torsi dapat dibaca melalui load cell.

h. Pembebanan tekan menggunakan sistem katrol.


j. Ergonomis.

k. Sistem kontrol putaran menggunakan reflective optic sensor.

l. Handal dalam pengujian.

2.6 Fungsi dan struktur fungsi

Produk mempunyai dua aspek, yaitu bentuk fisik produk dan fungsi produk.

Bentuk fisik produk dapat diuraikan menjadi beberapa komponen, sedangkan

komponen itu sendiri dapat diuraikan lagi menjadi beberapa sub komponen atau

elemen dan seterusnya.

Gambar 2.16 Konsep desain IV.

POLBAN

22

Konsep produk adalah bentuk fisik produk, meskipun masih dalam bentuk

skets atau gambar skema. Kosep produk dapat dinyatakan dengan skets, atau

dapat pula dinyatakan dengan keterangan yang merupakan abstraksi dari produk

yang akan dirancang.

Fungsi produk berbentuk abstrak, sedangkan konsep produk mempunyai

bentuk fisik. Fungsi adalah perilaku atau behavior sebuah produk yang

diperlakukan untuk memenuhi syarat-syarat teknis. Fungsi menyatakan atau

menggambarkan apa yang dilakukan produk, sedangkan bentuk (konsep) produk

menggambarkan bagaimana produk melaksanakan fungsi tersebut. Dengan kata

lain, bentuk mengikuti fungsi, atau dapat juga dikatakan apa dulu baru bagaimana.

Struktur fungsi disusun dari syarat-syarat (spesifikasi) teknis hasil fase pertama

proses perancangan.

2.7 Mengevaluasi konsep produk

Berdasarkan uraian sebelumnya bahwa dalam merancang konsep produk

harus dicari sebanyak mungkin alternatif yang semuanya memenuhi butir-butir

spesifikasi teknis produk. Tentu saja tidak semua alternatif konsep produk

tersebut akan dikembangkan menjadi produk. Jika perlu dipilih satu konsep

produk yang terbaik saja untuk dikembangkan lebih lanjut menjadi produk; atau

beberapa konsep produk terbaik untuk dikembangkan secara paralel menjadi

beberapa produk, yang akhirnya harus dipilih lagi satu yang terbaik.

Kesulitan memilih konsep produk yang terbaik disebabkan oleh:

a. Informasi tentang masing-masing konsep produk tidak lengkap.

b. Konsep produk masih dalam bentuk konsep yang sedikit banyak

merupakan konsep abstrak.

c. Konsep produk belum dapat diuraikan menjadi detail yang lengkap.

d. Kinerja konsep produk (jika ada) belum dapat diukur.

Kriteria untuk memilih konsep produk tidak mudah. Meskipun demikian,

proses evaluasi untuk memilih konsep produk terbaik harus dilakukan. Evaluasi

terdiri dari kegiatan membandingkan konsep-konsep produk dan membuat

keputusan. Dalam membandingkan dua konsep produk atau lebih, maka sebaiknya

semua konsep produk tersebut sudah dituangkan dalam tingkat abstraksi yang

POLBAN

23

sama. Informasi untuk membuat keputusan tersebut diperoleh dengan

membandingkan kemampuan konsep-konsep produk memenuhi spesifikasi teknis

dalam spesifikasi produk. Ada dua macam cara membandingkan, yaitu

perbandingan absolut dan perbandingan relatif. Pada perbandingan absolut, maka

setiap konsep produk langsung dibandingkan dengan atau diukur terhadap

beberapa sasaran yang ditetapkan dalam kriteria. Pada perbandingan relatif, maka

konsep produk alternatif dibandingkan satu sama lain dengan menggunakan

ukuran-ukuran yang ditetapkan dalam kriteria.

Evaluasi konsep-konsep produk alternatif dilakukan dalam empat tahap

berurutan sebagai berikut. Dua tahap pertama menyaring konsep yang baik

dengan membuang konsep yang tidak baik, sedangkan dua tahap terakhir, hasil

penyaringan tersebut kemudian dievaluasi dengan cara perbandingan relatif

(menggunakan matriks keputusan). Gambar 2.17 adalah diagram alir evaluasi

konsep produk dengan menggunakan dua macam cara perbandingan.

Gambar 2.17 Diagram alir evaluasi konsep produk (Harsokoesoemo, 2004).

POLBAN

24

2.7.1 Evaluasi konsep produk berdasarkan pertimbangan kelayakan

Pada saat penyusunan konsep produk dan pada saat suatu konsep produk

terbentuk, maka perancang pada umumnya mengalami salah satu dari ketiga

reaksi berikut, yaitu (1) konsep tak layak, (2) konsep mungkin dapat

dikembangkan lebih lanjut jika terjadi sesuatu yang mendukung, (3) konsep patut

diselidiki lebih lanjut. Ketiga reaksi tersebut timbul berdasarkan perasaan.

2.7.2 Evaluasi konsep produk berdasarkan keputusan YA atau TIDAK

Penilaian semacam ini dapat menghasilkan (1) konsep produk tidak dapat

diterima, karena jawaban “tidak” untuk masing-masing point dalam daftar

keinginan pengguna terlalu banyak, (2) konsep produk dapat diperbaiki, jika

jawaban ”tidak” hanya satu-dua saja, yaitu dengan memodifikasi konsep produk

sedikit untuk menghilangkan jawaban “tidak”. Evaluasi ini menunjukan

kelemahan konsep produk dengan cepat, sehingga perbaikan atau modifikasi

konsep produk dapat dilakukan dengan cepat pula.

2.7.3 Evaluasi berdasarkan matriks keputusan

Metode matriks keputusan, atau metode Pugh adalah metode yang

sederhana dan sudah terbukti efektif untuk membandingkan konsep-konsep

produk alternatif. Bentuk matriks keputusan seperti yang ditampilkan pada tabel

2.1. Pada prinsipnya metode ini memberikan cara untuk menilai setiap alternatif

terhadap alternatif lain secara relatif dalam kemampuannya untuk memenuhi

kriteria yang dibuat berdasarkan keinginan pelanggan. Team perancang biasanya

memiliki satu alternatif konsep produk yang disenangi. Konsep-konsep produk

lainnya satu persatu kemudian dibandingkan dengan konsep produk yang

disenangi sebagai referensi.

Dari berbagai teknik evaluasi konsep produk, maka metode Pugh yang

dijadikan dasar dalam pengambilan keputusan dari empat konsep desain yang ada.

POLBAN

25

Tabel 2.1 Matriks keputusan untuk Memilih Konsep Produk.

No. Kriteria Wt Konsep

K - I K - II K - III K - IV

1 Putaran motor bisa diatur 10 10 10 10 10 2 Putaran specimen bisa di kontrol 10 10 10 10 10 3 Putaran specimen masing-masing

bisa berbeda 10 10 10 10 10

4 Fleksibilitas ukuran/dimensi specimen

8 4 4 2 8

5 Pengaturan beban tekan 10 8 8 4 7 6 Pengaturan beban torsi 10 5 5 5 9 7 Antisipasi poros bending 9 5 5 9 8 8 Antisipasi slip 9 4 8 8 8 9 Kecepatan penggantian specimen 6 5 5 2 5 10 Bisa digunakan untuk pengujian

disc maupun roda gigi 10 10 10 10 10

11 Sistem pelumasan 6 2 2 2 2 12 Mudah dalam pengoperasian 7 5 5 5 5 13 Biaya pembuatan murah 6 3 3 3 3 14 Ergonomis 8 2 2 2 3 15 Dimensi alat ringkas dan praktis 8 2 2 2 4 16 Terdapat sensor-sensor 10 10 10 10 10 17 Mudah dalam pembuatan 9 3 3 3 7 18 Mudah dalam pemeliharaan 7 7 7 7 7 Jumlah 153 105 109 104 126

Keterangan:

K = Konsep produk. Wt = Bobot nilai maksimum.

2.8 Perancangan produk terpilih

Perancangan produk adalah fase ketiga dari proses perancangan.

Perancangan produk adalah proses perbaikan dan pengembangan lebih lanjut dari

konsep produk yang telah dipilih dari sekian banyak alternatif-alternatif konsep

produk pada tahap evaluasi konsep produk. Elemen-elemen konsep produk yang

masih berupa skets, pada fase ini mulai diberi bentuk (shape design) atau sering

juga dinamakan embodiment design, yaitu pemberian bodi pada skeleton konsep

produk.

Segera setelah tahap perancangan produk atau pemberian bentuk selesai,

maka produk hasil rancangan dievaluasi, terutama dari segi kemampuan produk

POLBAN

26

dalam memenuhi persyaratan/spesifikasi teknis dalam menjalankan fungsinya.

Tahap perancangan produk atau pemberian bentuk dan evaluasi merupakan proses

interaktif yang intensif. Produk yang jika setelah dievaluasi diputuskan untuk

diperbaiki, perubahan, patched dan seterusnya, maka harus diiterasi lagi dan

disusul dengan tahap evaluasi. Pada bagian akhir dari bab ini ditampilkan diagram

alir dari fase-fase dalam perancangan produk (Gambar 2.20).

2.8.1 Proses pemberian bentuk (Embodiment design)

Pemberian bentuk pada konsep produk dan elemen-elemennya agar dapat

menghasilkan fungsi yang diembannya dibuat berdasarkan:

a. Ketersediaan ruang, untuk pemberian bentuk pada produk dan elemen

produk, sebenarnya merupakan keterbatasan ruang. Untuk elemen

produk, ruang yang dapat ditempati bentuk elemen dibatasi oleh elemen-

elemen produk yang disebelah menyebelahnya dan mungkin dibatasi

oleh benda-benda yang ada disekitar produk. Selain itu harus

diperhatikan pula ruangan yang diperlukan oleh produk dalam operasi

menjalankan fungsinya, yaitu apakah selama itu produk berubah

kedudukan dan orientasinya.

b. Konfigurasi, adalah arsitektur, struktur atau pengaturan tata letak elemen

dan komponen pada produk. Pada saat menentukan konfugurasi produk,

ditentukan pula lokasi dan orientasi elemen produk yang satu relatif

terhadap elemen lainnya.

c. Sambungan, sambungan antara dua elemen produk tidak nampak pada

skets konsep produk. Pada tahap pemberian bentuk produk dan elemen

produk, maka sambungan tersebut harus ditentukan. Pada saat

menentukan sambuangan antara dua elemen, dapat terjadi terbentuknya

elemen baru atau elemen penolong.

Bentuk produk dan elemen produk diisi oleh material elemen produk.

Bentuk elemen produk merupakan bentuk yang mudah dibuat (easily generated)

dengan salah satu proses pembuatan yang tersedia. Pada proses pemberian bentuk

sebaiknya melibatkan ahli-ahli diberbagai bidang, seperti bidang mekanika,

kekuatan material, getaran, ahli material, ahli manufaktur, dan lain-lain.

POLBAN

27

Pemberian bentuk pada elemen produk harus menghasilkan elemen dan

produk yang:

a. Tidak gagal karena yield atau patah lelah.

b. Kaku, yaitu deformasinya tidak melebihi batas yang diijinkan.

c. Stabil, mengalami bengkok pada batas yang diijinkan.

d. Mengalami resonansi yang bisa diterima.

e. Dapat mengalami pemuaian panas tanpa merusak dan mengganggu

elemen itu sendiri dan elemen lain.

f. Tahan terhadap korosi.

g. Tahan terhadap keausan.

Dalam proses pemberian bentuk pada elemen produk, harus memperkirakan

juga untuk penggunaan elemen-elemen yang sudah ada atau elemen-elemen

standar. Elemen produk dan produk yang telah diberi bentuk dan telah dianalisis

secara kasar kemudian dibuat gambar layout-nya, gambar layout ini menunjukan

tataletak dari produk dan elemen-elemen produk. Pada gambar layout tersebut

telah tercantum bentuk elemen produk dan bentuk produk, material, dimensi dan

jarak antara elemen. Produk pada layout tersebut telah dianalisis dan telah

disimpulkan bahwa produk/elemen mempunyai kekuatan, umur yang cukup,

mengalami deformasi yang diijinkan, resonansi yang bisa diterima, mengalami

korosi yang dapat diterima, mengalami aus yang dapat diterima yang terjadi

selama beroperasi.

Keputusan-keputusan yang diambil pada banyak tahap yang dilalui selama

proses pemberian bentuk pastilah ada yang kurang tepat atau yang masih dapat

diperbaiki, oleh karena itu produk/elemen yang mengalami proses perbaikan harus

mengulang kembali proses pemberian bentuk. Pada proses perbaikan tersebut,

selain hal-hal teknis perlu diperhatikan juga kriteria ekonomis.

2.8.2 Aspek perancangan lain dalam perancangan produk

Pada bagian ini akan disampaikan aspek-aspek lain yang melengkapi

deskripsi kegiatan-kegiatan yang dilakukan selama fase perancangan produk.

Aspek-aspek tersebut adalah sebagai berikut:

POLBAN

28

2.8.2.1 Fungsi

Fungsi sebagaimana telah disampaikan terdahulu masih bersifat abstrak.

Fungsi adalah perilaku atau behavior sebuah produk yang diperlakukan untuk

memenuhi syarat-syarat teknis. Fungsi menyatakan atau menggambarkan apa

yang dilakukan produk, sedangkan bentuk (konsep) produk menggambarkan

bagaimana produk melaksanakan fungsi tersebut.

2.8.2.2 Layout

Pembuatan layout, yaitu gambar tataletak produk/elemen produk dan tahap

pemberian bentuk terjadi pada tahap yang sama. Pada tahap pemberian bentuk ini

ada beberapa kegiatan lain seperti: perhitungan kekuatan dan umur produk,

perhitungan deformasi yang dapat diterima, perancangan produk untuk mencegah

kerusakan akibat korosi.

2.8.2.3 Ergonomi

Ergonomi adalah ilmu yang mempelajari dan mengkaji hubungan antara

manusia dengan mesin. Produk yang sedang dirancang dan dibuat nantinya akan

berhubungan dengan manusia, yaitu manusia sebagai pengguna, sebagai operator

dan sebagai pemilik. Produk haruslah tidak boleh membahayakan dan tidak boleh

menyebabkan penggunanya menjadi lelah.

2.8.2.4 Estetika

Produk tidak cukup hanya dapat memenuhi persyaratan-persyaratan atau

spesifikasi teknis dengan baik saja, tetapi produk harus tampak indah dan cantik

dimata penggunanya. Demikian pentingnya soal keindahan tersebut, di Jerman

VDI (kelompok insiyur Jerman) membuat panduan 224 dengan fokus pada

estetika produk. Panduan tersebut mengatur tentang bentuk eksternal yang antara

lain harus kompak, bening, sederhana, menggunakan warna permukaan produk

yang dapat menambah kesan cantik dimata penggunanya.

POLBAN

29

2.8.2.5 Merancang untuk memudahkan proses pembuatan dan proses

perakitan

Keputusan-keputusan yang diambil perancang, yang sudah didampingi ahli

pembuatan produk selama melakukan perancangan produk, sangat mempengaruhi

biaya pembuatan produk, waktu penyelesaian pembuatan produk dan kualitas

produk.

Pada saat perancang memikirkan bentuk elemen produk yang dapat

memenuhi fungsi produk, maka dipikirkan pula cara pembuatannya. Dalam

pemilihan cara pembuatan elemen produk, maka harus diperhatikan juga tentang

tooling dan fixturing, sebab keduanya perlu dirancang pada saat yang bersamaan

dengan fase-fase perancangan produk.

Setelah elemen-elemen produk selesai dibuat, maka elemen-elemen produk

tersebut dirakit menjadi produk. Pada saat yang bersamaan harus diperhatikan

toleransi antara elemen-elemen produk. Selanjutnya untuk menjamin agar tidak

terjadi gerakan elemen yang tidak diinginkan saat operasi, maka perlu memeriksa

kembali hasil rakitan.

2.8.2.6 Merancang sesuai dengan standar

Seperti halnya penentuan elemen produk yang dibeli dari luar karena elemen

produk tersebut mengandung solusi elemen pengemban fungsi, maka pencarian

solusi dari elemen-elemen produk yang distandarkan perlu dilakukan. Penggunaan

standar sebenarnya adalah optimasi teknis dan ekonomis karena keterbatasan

waktu. Selain standar nasional dan standar internasional (ISO) dapat digunakan

juga standar negara lain seperti (ANSI, DIN, BS). Standar yang sering digunakan

adalah standar untuk dimensi dan material elemen produk.

2.8.2.7 Merancang untuk memudahkan pemeliharaan/perawatan

Pengoperasian produk dan benda-benda teknik lainnya, menyebabkan

terjadinya aus, kerusakan permukaan, kontaminasi dan akhirnya penurunan

kinerja dan memperpendek umur produk. Jika kondisi produk yang menurun

tersebut dibiarkan berlangsung terus, maka produk akan rusak, bahkan dapat

mengalami rusak tiba-tiba atau breakdown.

POLBAN

30

Untuk mengurangi terjadinya penurunan kondisi dan kinerja produk dan

mencegah terjadinya breakdown, maka dilakukan kegiatan pemeliharaan secara

berkala (preventive maintenance).

2.8.2.8 Merancang untuk keandalan (Design for Reliability)

Keandalan adalah ukuran bagaimana kualitas produk dipertahankan selama

masa penggunaannya. Pada umumnya kualitas dinyatakan sebagai kinerja yang

memuaskan pada kondisi operasi yang ditetapkan. Kinerja yang tidak memuaskan

dianggap kegagalan. Kegagalan dapat disebabkan oleh perubahan pada

produk/elemen produk akibat terjadinya keausan, degradasi sifat material atau

akibat kondisi lingkungan. Selain itu kegagalan juga dapat disebabkan oleh

kesalahan-kesalahan dalam perancangan, seperti elemen produk yang bergerak

mengganggu elemen lainya, elemen-elemen tidak tersambung dengan baik atau

produk tidak memenuhi persyaratan teknis.

2.8.2.9 Perancangan yang memperhatikan lingkungan

Nama lain dari perancangan yang memperhatikan lingkungan adalah

perancangan hijau (green design). Ketika umur bermanfaat sebuah produk

berakhir, maka salah satu dari tiga hal berikut dapat terjadi pada elemen-elemen

produknya, yaitu: elemen produk tersebut dibuang, elemen produk tersebut

digunakan lagi, elemen produk tersebut didaur ulang.

Ada tiga hal yang mendorong faktor lingkungan menjadi penting dalam

perancangan, yaitu: (1) faktor ekonomi, (2) pengguna produk makin lama makin

menyadari arti penting pemeliharaan lingkungan, (3) Pemerintah mulai

mengeluarkan peraturan dan petunjuk tentang cara-cara menjaga lingkungan.

2.9 Dokumen untuk pembuatan produk

Pada akhir proses perancangan produk, yaitu pada fese keempat atau fase

terakhir ini diperoleh beberapa dokumen, yaitu: (1) gambar layout produk, (2)

gambar susunan komponen (assembly), (3) gambar detail elemen produk dan (4)

daftar material (bill of materials).

POLBAN

31

Selain empat dokumen yang telah diuraikan tersebut, masih ada beberapa

dokumen lagi, sehingga dokumen lengkap untuk awal proses pembuatan produk

terdiri dari:

a. Gambar layout produk.

b. Gambar susunan komponen (assembly) produk.

c. Gambar detail elemen produk.

d. Daftar material (bill of materials).

e. Catatan perancangan.

f. Dokumen pemeriksaan produk dan jaminan kualitas produk.

g. Instruksi-instruksi yang disusun oleh perancang tentang petunjuk untuk

memasang produk, mengoperasikan produk, memelihara produk dan

memusnahkan produk pada saat produk sudah tidak beroperasi lagi.

h. Aplikasi permohonan paten.

2.9.1 Gambar layout produk

Gambar layout adalah gambar yang menunjukan tataletak elemen-elemen

produk dalam produk, seperti yang diperlihatkan dalam gambar 2.16 di atas.

Berikut ini adalah beberapa catatan tentang gambar layout:

a. Gambar layout adalah gambar kerja yang selalu mengalami perubahan

selema proses perancangan, sesuai dengan perkembangan produk dan

elemen produk.

b Gambar layout dibuat dengan skala tertentu.

c. Gambar layout hanya mengandung dimensi-dimensi utama saja.

d Gambar layout dibuat berdasarkan ruang yang tersedia untuk produk.

e. Toleransi dimensi biasanya tidak dicantumkan pada gambar layout.

f. Pada gambar layout dapat dituliskan catatan-catatan yang menjelaskan

features atau fungsi produk atau komponen produk.

2.9.2 Gambar susunan komponen produk

Tujuan gambar susunan komponen produk adalah untuk menunjukan

tataletak elemen-elemen produk dalam komponen produk, bagaimana elemen-

elemen disambung satu sama lain. Gambar susunan komponen produk, seperti

POLBAN

32

yang diperlihatkan dalam gambar 2.18 berikut ini adalah gambar susunan unit

poros sebelah kiri.

Beberapa catatan tentang gambar susunan komponen adalah sebagai berikut:

a. Setiap komponen diidentifikasi dengan nomor komponen. Nomor

komponen tersebut dikaitkan dengan bill of materials, yang dapat

dibuat pada kertas gambar yang memuat gambar susunan atau dibuat

secara terpisah.

b. Pada gambar susunan dapat dibubuhkan keterangan yang menyebutkan

bahwa ada informasi tambahan yang dapat dilihat pada gambar lain

(sebutkan nomor gambar yang dirujuk).

c. Pada lembar yang memuat gambar susunan dapat dibuat gambar detail

tambahan untuk menjelaskan detail tersebut.

d. Gambar susunan juga memerlukan blok persetujuan disebelah kanan

bawah kertas gambar.

Gambar 2.18 Susunan komponen produk (ISO Standards Handbook, 1991).

POLBAN

33

2.9.3 Gambar detail elemen produk

Gambar detail adalah gambar elemen produk. Gambar 2.19 menunjukan

salah satu gambar elemen produk, yaitu pelat dudukan poros sebelah kiri (nomor

17 pada gambar susunan).

Berikut ini adalah beberapa catatan tentang gambar detail:

a. Semua dimensi pada gambar detail harus diberi toleransi.

b. Material elemen produk dan cara pembuatannya harus dijelaskan

dengan tertulis dalam bahasa yang jelas dan spesifik.

c. Gambar harus dibuat dalam standar gambar yang berlaku.

d. Semua gambar detail harus disetujui oleh pihak manajemen yang

membubuhkan tanda tangan persetujuannya di blok persetujuan di

sebelah kanan bawah kertas gambar.

Gambar 2.19 Gambar detail elemen produk (ISO Standards Handbook, 1991).

POLBAN

34

2.9.4 Daftar material (bill of materials)

Istilah lain dari bill of materials adalah daftar elemen, yang sebenarnya

merupakan indeks produk. Tabel 2.2 berikut ini adalah bill of materials dari

gambar susunan unit poros sebelah kiri (Gambar 2.18).

Tabel 2.2 Bill of materials untuk Gambar Susunan Unit Poros Sebelah Kiri.

Daftar Elemen (bill of materials)

No. Jml Nama bagian/elemen Material Ukuran No. elemen Ket.

1 4 Karet peredam getaran Karet 80 x 80 x 20 2 1 Rangka mesin St 37 970 x 800 x 400 3 1 Motor listrik 1 hp/2800 rpm 4 2 Batang penopang motor St 37 250 x 57 x 16 5 3 Baut pengatur jarak sumbu M10 x 1,5 x 75

6 1 Timing belt Polyurethane 250 - KPS8M - 1360

7 1 Pulley bergigi Hard nylon 192,1324 x 40 8 1 Pulley bergigi Hard nylon 52,0761 x 45 9 2 Pillow block Besi cor 25 x 34,1

10 1 Poros pembawa specimen S45C Ø25 x 295 11 1 Penyangga poros specimen St 37 225 x 57 x 16 12 1 Pelat penekan St 37 290 x 130 x 6 13 1 Baut penekan M6 x 1 x 75 14 1 Load cell Aluminium 50 Newton 15 1 Beban penyeimbang St 37 Ø58 x 8 16 1 Baut penahan M6 x 1 x 75 17 1 Pelat dudukan poros St 37 285 x 150 x 10

18 2 Baut pengikat pelat dudukan poros M10 x 1,5 x 75

19 3 Baut pengatur kedataran M10 x 1,5 x 75

Pada bill of materials terdapat enam buah informasi, yaitu:

a. Nomor menunjukan nomor elemen pada gambar susunan.

b. Jumlah setiap komponen dalam gambar susunan.

c. Nama atau deskripsi setiap komponen.

d. Material setiap elemen.

e. Ukuran setiap elemen.

f. Nomor elemen yang dibuat oleh perusahaan untuk keperluan pengadaan,

pembuatan, keperluan pergudangan.

POLBAN

35

g. Sumber atau asal komponen, jika komponen dibeli dari pemasok atau

vendor.

2.9.5 Catatan perancangan

Selama fase perancangan terjadi banyak sekali catatan-catatan, seperti

catatan pribadi anggota team perancang, catatan hasil keputusan rapat evaluasi

dalam fase-fase perancangan (design reviews) dan gambar-gambar hasil

rancangan dan daftar material mulai dari awal sampai dengan yang terakhir harus

diarsipkan. Arsip catatan, gambar dan daftar material tersebut digunakan untuk

berbagai keperluan, seperti keperluan permohonan paten, keperluan jika suatu

waktu ada tuntutan hukum atas produk dan keperluan untuk pengembangan

produk dan elemen produk.

2.9.6 Dokumen pemeriksaan produk dan jaminan kualitas produk

Setelah menyelesaikan kelima dokumen untuk pembuatan produk,

perancang masih harus menyiapkan beberapa dokumen seperti:

a. Prosedur pengendalian pemeriksaan kualitas produk, kualitas produk

yang harus diperiksa dan dikendalikan adalah: (1) kualitas bahan

baku/material untuk membuat produk, (2) kualitas produk/elemen

produk yang selesai dibuat, (3) kualitas produk dalam memenuhi syarat-

syarat kinerja, (4) kualitas produk dalam memenuhi ketentuan-ketentuan

dalam standar tertentu, jika produk dituntut untuk memenuhi standar

tertentu.

b. Jaminan kualitas/mutu, perancang harus menyusun jaminan kualitas

produk jika produk termasuk dalam kategori standar kualitas tertentu,

seperti proses pembuatan dan alat yang digunakan dalam pembuatan

produk.

2.9.7 Instruksi-instruksi

a. Instruksi merakit produk, team perancang produk harus menyusun

instruksi merakit produk sebagai bagian dari perancangan produk.

Instruksi-instruksi tersebut dirinci langkah demi langkah bagaimana

POLBAN

36

merakit produk, termasuk petunjuk tentang perancangan dan penyiapan

jig dan fixture yang diperlukan selama proses perakitan.

b. Instruksi pemasangan, yang termasuk kedalam instruksi pemasangan

adalah: (1) instruksi pengepakan dan pengangkutan produk, (2)

instruksi penyambungan dengan sumber energi/listrik, (3) instruksi

penyiapan titik-titik tumpu, (4) instruksi pengaturan/pengendalian

lingkungan.

c. Instruksi pengoperasian, instruksi pengoperasian dalam beberapa

kondisi operasi, seperti: (1) operasi normal, (2) operasi start up, (3)

operasi berjaga-jaga/stand-by, (4) operasi darurat, (5) penghentian

operasi. Masing-masing kondisi operasi tersebut instruksi

pengoperasiannya sendiri-sendiri.

d. Instruksi perawatan, prosedur perawatan preventif, prosedur perbaikan

produk yang rusak, prosedur overhaul, prosedur mendiagnostik

kerusakan harus dibuat instruksinya, agar analisa kegagalan dan

perbaikan produk cepat dilakukan.

e. Instruksi pemusnahan, disusun oleh perancang tentang petunjuk untuk

memusnahkan produk pada saat produk sudah tidak beroperasi lagi.

2.9.8 Aplikasi permohonan paten

Paten dikeluarkan oleh badan pengawas paten. Paten berfungsi untuk

melindung hak intelektual perancang. Hak paten ini dapat berlaku secara individu

maupun organisasi atau perusahaan terhadap seluruh produk rancangan atau hanya

elemen-elemen produk tertentu saja.

Secara keseluruhan fase-fase dalam perancangan ditampilkan dalam

diagram alir berikut ini:

POLBAN

37

Dari sekian banyak uraian yang telah disampaikan di atas, maka untuk

merancang alat uji running-in untuk sistem kontak disc dan sistem kontak gear

pada penelitian ini diperlukan suatu urutan pemahaman secara logis sehingga jika

terjadi kekeliruan dalam penelitian dapat dengan mudah diperbaiki, seperti yang

diperlihatkan dalam diagram alir berikut ini:

Gambar 2.20 Diagram alir perancangan produk (Harsokoesoemo, 2004).

POLBAN

38

Gambar 2.21 Diagram alir penelitian.

Tidak

Ya

Mulai

Studi pustaka

Perancangan konsep produk

Perancangan produk

Pemilihan konsep produk

Metode pemilihan konsep produk

Alat Bahan Disiplin ilmu yang mendukung

Pembuatan produk

Dokumen untuk pembuatan produk

Pengujian produk

Diiterasi lagi atau tidak

Selesai

POLBAN

39

Bab 3

Tinjauan Tentang Tribologi

Pada bab ini berisi ulasan dari beberapa pustaka yang relevan dengan tema

penelitian, yaitu; Rancang bangun alat uji running-in untuk sitem kontak

pasangan disc dan pasangan gear. Yang dimaksud dengan kontak disini adalah

“kontak mekanik”. Sebagai mana telah disampaikan pada bagian awal dari tesis

ini bahwa hampir semua alat-alat mekanik, mengalami kontak mekanik pada

permukaan komponen ketika sedang dalam kondisi kerja. Kontak yang terjadi

antara komponen-komponen tersebut bisa berupa static contact, rolling contact,

dan sliding contact. Kontak mekanik ini menjadi pusat perhatian didalam

tribologi, karena dapat menimbulkan keausan pada permukaan yang berinteraksi

dan menyebabkan kerusakan pada komponen.

3.1 Tribologi

Terminologi tribologi pertama kali diperkenalkan pada tahun 1966 oleh

Peter Jost, sebagai ilmu tentang gesekan (friction), keausan (wear) dan pelumasan

(lubrication) dari permukaan yang berinteraksi (kontak) dan merupakan

pengetahuan baru yang didefenisikan tahun 1967 oleh committee of the

Organization for Economic Cooperation and Development (Stachowiak,

Batchelor, 2005). Hasil yang didapatkan dari penerapan tribologi ini adalah

mengurangi kehilangan energi akibat gesekan, mengurangi keausan dan

meningkatkan umur pakai dari komponen (Goryacheva, 1998).

3.2 Kontak mekanik

Kontak antara dua permukaan sesungguhnya kontak antara titik-titik

permukaan yang lebih tinggi atau contact spots (Majundar, Bhushan, 1999).

Kontak mekanik adalah ilmu yang mempelajari deformasi yang terjadi pada dua

permukaan yang saling kontak pada satu atau beberapa titik dari permukaan

(Johnson, 1985). Yang dimaksud dengan deformasi pada permukaan adalah

asperity deformation.

POLBAN

40

Ketika kontak antara asperity terjadi, maka asperity tersebut akan

mengalami elastic deformation atau plastic deformation (Larsen, 1992). Kedua

jenis deformasi ini dapat dibedakan dengan nilai dari plasticity index, sebagai

berikut:

𝜓 = 𝐸′

𝐻

𝜍

𝛽 ………………………………….. (3.1)

dimana ψ adalah plasticity index, H adalah kekerasan material dalam N/m2 , σ

adalah distribusi standar deviasi dari tinggi asperity, β adalah radius ujung

asperity dan E’ adalah efektif elastis modulus dari Hertzian dan dirumuskan

dengan:

𝐸′ = 1−𝜐1

2

𝐸1+

1−𝜐22

𝐸2 −1

……………….….…. (3.2)

dimana E1 dan E2 adalah elastic moduli, υ1 dan υ2 adalah Poisson ratio dari kedua

material. Jika salah satu material secara signifikan lebih keras dari yang lainnya,

maka:

𝐸′ = 𝐸

1−𝜐2 ……………………………..……. (3.3)

jika jenis kedua material sama, maka E’ adalah setengah dari nilai tersebut. Jika

nilai plasticity index (ψ < 0,6), maka jenis deformasi disebut elastic deformation

dan jika nilai plasticity index (ψ > 1,0), maka jenis deformasi disebut plastic

deformation (Stolarski, 1990).

Kontak mekanik dapat dibedakan menjadi conforming contacts dan non-

conforming contacts (Johnson, 1985). Conforming contacts dimana kedua

permukaan benar-benar kontak sebelum terjadi deformasi, contoh penerapan dari

jenis kontak ini adalah pada flat slinder bearings dan journal bearings. Gambar

3.1 memperlihatkan jenis kontak ini.

POLBAN

41

Sedangkan kontak non-conforming (Non-conforming contacts) adalah

kontak antara dua permukaan yang profilnya berbeda, contoh penerapan dari jenis

kontak ini adalah pada ball bearing dan roller bearing. Sebelum terjadi

deformasi, kontak kedua permukaan ini adalah point contact dan atau line

contact. Kedua jenis kontak ini seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.2 dan

gambar 3.3.

3.3 Gesekan (friction)

Gesekan (friction) adalah hambatan yang terjadi pada dua permukaan yang

saling bergesekan. Gesekan berasal dari bahasa latin fricare, yang berarti rub.

Gesekan ini bisa terjadi antara gas dan benda solid (aerodynamic friction), cairan

dan benda solid (liqud friction) dan pada proses kehilangan energi pada benda itu

Gambar 3.1 Conforming contact.

Gambar 3.3 Non-conforming contact (point contact).

Gambar 3.2 Non-conforming contact (line contact).

POLBAN

42

sendiri (internal friction). Pada bagian ini hanya dibahas gesekan diantara kedua

benda solid (Larsen, 1992).

Studi mengenai gesekan ini (dry friction) sudah diawali oleh Leonardo da

Vinci (1495), Amantos (1699), Euler (1750) dan Coulomb (1781). Didalam

eksperimennya mereka mengambil tiga kesimpulan bahwa: gaya gesek selalu

berlawan arah dengan perubahan relatif dari dua permukaan yang berinteraksi,

gaya gesek adalah fungsi dari gaya normal dan yang terakhir adalah gaya gesek

tidak dipengaruhi oleh luas permukaan kontak (Stolarski, 1990). Sementara itu

Leonard Euler mendefenisikan bahwa gaya gesek statik berbeda dengan gaya

gesek kinetik, beliau juga yang mendefenisikan koefisien gesek dengan simbul μ,

selanjutnya Charles Augustin Coulomb mengatakan bahwa gaya gesek pada dua

permukaan yang saling berinteraksi dipengaruhi oleh jenis material, komposisi

permukaan, contact time, pelumasan, kecepatan sliding, kelembaban, dan

temparatur (Popov, 2009).

3.3.1 Gaya gesek statik

Jika gaya tangensial yang bekerja pada permukaan kontak (F < μ. FN), maka

akan terjadi kecenderungan permukaan untuk bergeser, gesekan ini dinamakan

static friction. Jika gaya tangensial yang bekerja pada permukaan kontak ( F = μ.

FN), maka kondisi yang terjadi di daerah kontak adalah full slip, gesekan ini

dinamakan sliding friction (Goryacheva, 1998).

Amantos mendefenisikan persamaan dasar gaya gesek statik (Fs) adalah:

𝐹𝑠 = 𝜇𝑠 .𝐹𝑁 ………………………..………. (3.4)

dimana Fs adalah gaya gesek statik, μs adalah koefisien gesek statik (nilai

kwantitatif gesekan) dan FN adalah gaya normal.

3.3.2 Gaya gesek kinetik

Gaya resistan yang terjadi pada permukaan yang berinteraksi setelah gaya

gesek statik terlampaui (F > μ. FN). Hasil eksperimen yang dilakukan Coulomb

menunjukan bahwa porperties dari gaya gesek kinetik adalah; gaya gesek kinetik

proposional terhadap gaya normal, secara signifikan menunjukan bahwa tidak ada

ketergantungan antara gaya gesek kinetik dengan luas permukaan kontak dan

POLBAN

43

kekasaran permukaan, koefisien gaya gesek kinetik hampir sama dengan koefisien

gaya gesek statik (Popov, 2009).

Coulomb mendefenisikan persamaan dasar gaya gesek kinetik (Fk) adalah:

𝐹𝑘 = 𝜇𝑘 .𝐹𝑁 …………………………..…….. (3.5)

dimana Fk adalah gaya gesek kinetik, μk adalah koefisien gesek kinetik (μk ≈ μs)

dan FN adalah gaya normal.

3.3.3 Koefisien gesek pada permukaan kontak

Koefisien gesek pada permukaan yang saling kontak dari material yang

berlainan sangat tergantung kepada banyak parameter, seperti gaya normal,

kekerasan material, kemiringan sudut kontak,dll. Coulomb menampilkan suatu

model kontak permukaan pada dry friction seperti pada gambar 3.4. Gambar

tersebut memperlihatkan interaksi antara micro-roughnesses dari kedua

permukaan yang saling kontak. Pengaruh kekasaran permukaan terhadap gaya

gesek ini sangat sulit. Meskipun begitu setiap peneliti berusaha untuk

menampilkan yang terbaik agar mudah dipahami.

Untuk mengestimasi koefisien gesek dari permukaan yang saling kontak

tersebut, maka permukaan dimodelkan seperti yang ditampilkan pada gambar 3.5

berikut:

Gambar 3.4 Interaksi antara dua kekasaran permukaan (Popov, 2009).

Gambar 3.5 Model dari permukaan kontak pada dry friction (Popov, 2009).

POLBAN

44

dari gambar dapat diketahui bahwa koefisien gesek statik pada permukaan yang

saling kontak tersebut adalah μs = tan θmax. Persamaan ini sama dengan koefisien

gesek statik yang terjadi pada bidang miring, yaitu: μs = tan θ.

Selanjutnya pada tahun 1949, Bowden dan Tobar mengemukakan teorinya

mengenai gesekan kinetik pada permukaan metal (pure metallic surfaces) yang

membentuk formasi cold-weld junctions. Keduanya berasumsi bahwa kontak yang

terjadi pada asperities akan terjadi deformasi plastic dengan kedalaman contact

pressure (σo) sama dengan indentation hardness (H) dari material tersebut.

Sehingga luas daerah kontak yang sesungguhnya adalah (Ac), yang didefenisikan

dengan persamaan:

𝐴𝑐 = 𝐹𝑁

𝐻 ………………………….………… (3.6)

teori ini menunjukan bahwa koefisien gesek statik tidak dipengaruhi oleh luas

daerah kontak (Ac). Selama peristiwa cold-weld junctions akan terjadi tangential

shear stress (τ), sehingga persamaan gaya gesek statik menjadi:

𝐹𝑠 = 𝐴𝑐 . 𝜏 …………………………………. (3.7)

dan persamaan koefisien gesek kinetik (μk) menjadi:

𝜇𝑘 = 𝐹𝑠

𝐹𝑁=

𝐴𝑐 .𝜏

𝐴𝑐 .𝐻=

𝜏

𝐻 …………..………….. (3.8)

Indentation hardness (H ~ 3σy), dimana σy adalah tensile strength, dan

tangential shear strees (τ ~ 1/ 3 . σy) atau τ ~ (0,5 ÷ 0,6) σy. Untuk kasus gesekan

tanpa pelumasan seperti pada pasangan steel-bronze, steel brass atau steel cast

iron koefisien gesek kinetik efektif berkisar antara 0,16 ÷ 0,2 (Larsen, 1992,

Popov, 2009).

Tegangan pada daerah tekan/contact pressure (H ~ 3σy) dan tegangan pada

daerah tarikan/tensile areas (H ~ ζσy) dimana ζ lebih kecil dari 3, sehingga

persamaan untuk gaya normal (FN) adalah:

𝐹𝑁 = 𝜍𝑦 3𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 − 𝜁𝐴𝑡𝑒𝑛 ……….……… (3.9)

POLBAN

45

Jika semua formasi cold-weld junctions mengalami pergeseran (tangential

shear stress τ), maka persamaan untuk gaya gesek statik (Fs) adalah:

𝐹𝑠 = 𝜏 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 + 𝐴𝑡𝑒𝑛 ………………….. (3.10)

sehingga persamaan untuk koefisien gesek kinetik (μk) adalah:

𝜇𝑘 = 𝜏 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 + 𝐴𝑡𝑒𝑛

𝜍𝑦 3𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 − 𝜁𝐴𝑡𝑒𝑛 ……………………. (3.11)

dengan berasumsi (τ ~ σy/ 3), dimana material dalam kondisi plastic isotropic,

maka persamaan untuk koefisien gesek kinetik (μk) menjadi:

𝜇𝑘 = 1

3

𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 + 𝐴𝑡𝑒𝑛

3𝐴𝑐𝑜𝑚𝑝 − 𝜉𝐴𝑡𝑒𝑛 ………………….. (3.12)

Berikut ini adalah beberapa kasus pada kontak mekanik:

a. Permukaan logam yang diberi sedikit pelumas untuk menghindari sifat

adhesif dari logam, pada kasus ini Aten = 0, sehingga koefisien gesek

kinetik (μk) menjadi:

𝜇𝑘 = 1

3 3 ≈ 0,19 ………………. (3.13)

Koefisien gesekan ini termasuk dalam gesekan kering (dry friction)

antara logam, logam bebas dari pengaruh oxides dan jumlah impurities

hanya sedikit.

b. Permukaan logam tanpa diberi pelumas, permukaan logam dipengaruhi

oleh oxides. Pada kasus ini dapat diasumsikan pengaruh sifat adhesif

sangat kuat dan tegangan pada area kontak akibat compression dan

tension dianggap sama. Koefisien gesek pada kasus ini adalah:

𝜇𝑘 = 1

3

2

3−𝜁 ……….…………. (3.14)

Untuk harga ζ = 1 ÷ 2, koefisien gesek pada rumus ini berkisar antara (μk

≈ 0,6 ÷ 1,2). Estimasi ini berlaku untuk material pada kondisi isotropic.

Koefisien gesek ini berlaku untuk material dengan cubic crystal lattices,

POLBAN

46

seperti Fe, Al, Cu, Ni, Pb, Sn. Sedangkan untuk material dengan

hexagonal lattices, seperti Mg, Ti, Zn, Cd, koefisien geseknya adalah

sekitar 0,6.

c. Logam berbentuk lembaran tipis kontak dengan logam yang lunak,

seperti timah hitam atau timah putih kontak dengan baja, tembaga atau

perak kontak dengan baja. Koefisien gesek pada peristiwa ini sekitar 0,1

atau lebih kecil.

d. Multi phase materials, setiap material yang digunakan dalam aplikasi

tribologi tidak selamanya material murni. Contohnya seperti pada tin-

bronze dan lead bronze, material ini biasa digunakan pada bearings

yang berfungsi untuk mereduksi gesekan. Koefisien gesek pada kasus

ini sama seperti pada kasus tiga (μk sekitar 0,1 atau lebih kecil).

e. Pada permukaan kontak hanya terjadi deformasi elastik. Pada kasus ini

tidak terjadi tangential shear strees akibat contact pressure, karena

deformasi pada permukaan adalah murni deformasi elastik.

3.4 Keausan (wear)

Keausan adalah hilangnya sebagian material secara bertahap akibat adanya

gerakan relatif dua permukaan (Stachowiak, 2006). Proses keausan sulit diamati

secara langsung karena proses tersebut pada umumnya terjadi secara berangsur-

angsur dalam jangka waktu yang lama dan melibatkan banyak faktor. Keausan

atau wear merupaka fenomena yang menyebabkan rusaknya sebagian atau bahkan

seluruh permukaan material yang disebabkan oleh mechanical, chemical dan

thermal (Ludema, 1992). Pemilihan material yang tepat, atau pelapisan

permukaan material dan pemberian pelumas pada permukaan dapat memperbaiki

nilai ekonomi. Gesekan dan keausan pada permukaan kontak terjadi secara

bersamaan, tetapi didalam prakteknya mereka mempunyai fenomena yang

berbeda. Sebagai contoh; gesekan terjadi tetapi tidak terjadi keausan, dilain pihak

keausan dapat terjadi karena ada beben normal meskipun belum ada gerakkan

tangential (Popov, 2009). Keausan yang terjadi pada mechanical system

disebabkan oleh adanya kontak kedua elemen dan adanya gerakkan relatif dari

POLBAN

47

kedua elemen tersebut, atau yang lebih dikenal dengan tribological action, seperti

yang diperlihatkan pada gambar 3.6 berikut:

Secara keseluruhan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya keausan

pada permukaan kontak dapat digambarkan sebagai berikut:

Sebagaiman telah disampaikan di atas bahwa keausan terjadi disebabkan

oleh tiga asmpek, yaitu mechanical, chemical dan thermal, banyak cara untuk

menguraikan jenis keausan ini. Keausan yang disebabkan oleh sifat adhesif dari

dua permukaan kontak dinamakan adhesive wear. Bilamana kerusakan permukaan

ini disebabkan oleh fatigue processes, maka jenis keausan ini dinamakan fatigue

wear. Disisi lain keausan yang disebabkan oleh jika ada dua permukaan dengan

kekerasan yang berbeda saling bergesekan atau ada partikel lain yang lebih keras

Gambar 3.6 Tribological ection (Gresham, Totten, 2009).

Gambar 3.7 Faktor-faktor penyebab terjadinya keausan (Gresham, 2009).

POLBAN

48

ada dipermukaan tersebut (third body), maka jenis keausan tersebut dinamakan

abrasive wear. Ada dua jenis keausan didalam abrasive wear ini, yaitu: erosive

wear dan cavitation wear. Selain itu jika terjadi reaksi kimia pada permukaan

kontak akibat berkurangnya lapisan pelumas, maka peristiwa ini dinamakan

corrosive wear, dan jika lapisan pelumas terkontaminasi dengan udara atau

oksigen, maka kondisi ini dinamakan oxidative wear. Jika lapisan permukaan

material terjebak didalam permukaan kontak yang menyebabkan rusaknya

permukaan, maka peristiwa ini dinamakan fretting wear. Masih banyak lagi

bentuk mekanisme keausan seperti impact wear, terjadi akibat impact kedua

permukaan kontak, deffusive wear terjadi pada temparatur tinggi. Jika dilihat dari

tipe kontaknya maka keausan dapat digambarkan sebagai berikut:

3.5 Pelumasan (lubrication)

Pelumasan (lubrication), dikenal dengan tindakan menempatkan pelumas

diantara dua permukaan yang saling kontak dengan menggunakan pelumas cair

(liqud), pelumas gas, maupun pelumas padat (solid) yang berfungsi untuk

Gambar 3.8 Uraian keausan dilihat dari tipe kontaknya (Kato, Koshi, 2001).

POLBAN

49

mereduksi gesekan dan keausan serta mengurangi panas dan membawa pergi

partikel keausan (Cheng 1992).

Pelumas yang diberikan ini tergantung kepada beberapa faktor, yaitu:

geometri permukaan kontak, kekasaran dan tekstur permukaan, beban kontak,

tekanan dan temparatur, kecepatan rolling dan sliding, kondisi lingkungan dan

jarak antara dua permukaan kontak. Semua faktor ini akan mempengaruhi sifat

fisik dan sifat kimia dari pelumas.

Ada dua bentuk dasar untuk lubricated surfaces, yaitu conformal dan

counterformal seperti yang diperlihatkan dalam gambar 3.9 berikut ini.

Bentuk permukaan conformal dapat ditemui pada sliding journal dan trust

bearings, machine guideways, dan seals. Permukaan ini biasa dioperasikan pada

regime of thick-film hydrodynamic atau hydrostatic lubrication. Sedangkan

bentuk permukaan counterconformal dapat ditemui pada Hertz contact, dimana

area permukaan kontaknya sangat kecil. Lapisan pelumasnya sangat tipis, sama

dengan nilai kekasaran permukaan. Performa pelumasnya sangat mempengaruhi

elastic deformation permukaan kontak. Ketebalan pelumas dan tekanan pelumas

serta distribusinya ditentukan oleh elastohodrodinamic lubrication.

3.5.1 Tipe pelumasan

Pelumasan diantara dua permukaan kontak berfungsi untuk memisahkan

dua permukaan yang saling kontak agar pergerakan permukaan satu terhadap yang

Gambar 3.9 Bentuk permukaan untuk pelumasan (Cheng 1992).

POLBAN

50

lainnya dapat lebih lancar (smoothness). Pelumasan diantara permukaan kontak

dapat dibedakan menjadi beberapa tipe yaitu:

a. Hydrostatic Lubrication, pelumasan pada tipe ini dilakukan dengan

menempatkan pelumas didaerah kontak yang diberi beban atau tekanan

tertentu. Permukaan kontak dalam kondisi diam atau tidak saling

bergerak satu terhadap yang lainnya (static). Ketebalan lapisan pelumas

sangat relatif, sehingga kedua permukaan tidak sesungguhnya terpisah.

Keausan pada tipe pelumasan ini terjadi akibat fatigue.

b. Hydrodynamic Lubrication (HL), berbeda dengan hydrostatic

lubrication, pada tipe ini kedua permukaan kontak benar-benar

dipisahkan oleh lapisan pelumas. Kondisi kedua permukaan saling

bergerak satu terhadap yang lainnya (sliding) dan pelumasan dilakukan

secara terus menerus sehingga pelumas mengisi semua daerah kontak.

Tipe pelumasan ini dikenal juga dengan mana full-film atau fluid

lubrication.

c. Elastohydrodynamic Lubrication (EHL), tipe ini termasuk kedalam

hydrodynamic lubrication. EHL terjadi bilamana melumasi permukaan

rolling contact, seperti pada permukaan kontak antara dua roda gigi atau

rolling bearings. Area kontak kedua permukaan sangat kecil, lapisan

pelumas sangat tipis (sama dengan nilai kekasaran permukaan),

sehingga tipe ini dikenal juga dengan nama boundary lubrication.

Pergantian dari hydrodynamic lubrication ke boundary lubrication tidak

terjadi secara mendadak, melainkan secara bertahap percampuran antara

tipe hydrodynamic lubrication dengan tipe boundary lubrication yang

dikenal dengan nama mixed lubrication, sampai akhirnya dominan

boundary lubrication.

Fenomena pelumasan pada permukaan kontak ini dapat dijelaskan dengan

stribeck curve, seperti pada gambar 3.10. Kurva tersebut menunjukan pengaruh

viskositas pada pelumas terhadap permukaan kontak. Tipe pelumasan pada zone 3

adalah tipe pelumasan hidrodinamic lubrication, dimana titik C adalah titik yang

ideal karena gesekan dan keausan sangat minim.

POLBAN

51

Boundary lubrication Mixed lubrication Hydrodinamic lubrication

Seiring dengan menurunnya nilai viscocity mulai dari titik B, maka kontak

antara asperity terjadi sehingga gesekan meningkat secara cepat sampai ke titik A.

Tipe pelumasan dari titik B sampai titik A (zone 2) adalah mixed lubrication,

dimana terjadi proses pergantian tipe pelumasan dari hydrodynamic lubrication ke

boundary lubrication. Beban tekan sebagian dibawah oleh pelumas, sebagian lagi

oleh asperity. Pada zone 1 yaitu dari titik A ke kiri, tipe pelumasan adalah

boundary lubrication. Pada zone ini kondisi kedua permukaan kontak cenderung

menempel.

Daerah pelumasan (zone) ditentukan oleh 𝜂𝑁

𝑃, dimana η adalah dynamic

viskositas pelumas, N kecepatan putaran dan P adalah beban tekan.

3.5.2 Viskositas pelumas

Viskositas minyak pelumas memegang peranan penting dalam sistim

pelumasan. Setiap minyak pelumas memiliki viskositas yang berbeda, nilai

viskositas minyak pelumas dapat berubah dengan meningkatnya temparatur dan

tekanan sehingga ketebalan lapisan minyak pelumas akan berkurang secara

proporsional (Stachowiak, Batchelor , 2005).

Gambar 3.10 Stribeck curve (Lansdown, 2004).

POLBAN

52

Viskositas ditentukan melalui dynamic atau absolute viscosity dan

Kinematic viscosity.

a. Dynamic viscocity

Dynamic viscocity (η) yaitu perbandingan antara shear stress (τ)

terhadap resultant shear rate (u/h) ketika cairan pelumas mengalir.

Gambar 3.11 memperlihatkan skema kondisi pelumasan diantara dua

permukaan.

Gaya F yang berusaha untuk menggerakkan permukaan kontak

didefenisikan sebesar:

𝐹 = 𝜂 .𝐴 .𝑢

ℎ …………………..….. (3.15)

dan besar nilai dynamic viscosity η adalah:

𝜂 =𝜏

𝑢ℎ ………………….……… (3.16)

dimana:

η = dynamic viscocity [Pa.s]

τ = shear stress yang terjadi pada pelumas [Pa]

u/h = shear rate [s-1]

Gambar 3.11 Kondisi pelumas diantara dua permukaan (Stachowiak, 2005).

POLBAN

53

Besaran ini pada mulanya ditentukan dalam satuan Poise (P) sesuai

dengan nama penemunya yaitu Poiseuille berkebangsaan Perancis.

Namun dalam standard internasionan (SI) diukur dalam besaran Pascal-

seconds (Pa.s) atau Newton seconds per square meter (N.s/m2), sehingga

nilai tersebut harus disetarakan menjadi:

1 Poise (P) = 100 centipoise (cPs) ≈ 0,1 [Pa.s]

1 [cPs] = 10-3 [Pa.s] = 10-3 [N.s/m2]

b. Kinematic viscocity

Kinematic viscocity (υ) adalah perbandingan antara dynamic viscosity

(η) dengan dencity minyak pelumas (ρ). Perbandingan ini didefenisikan

sebagai berikut:

𝜐 = 𝜂

𝜌 ……………………………. (3.17)

dimana:

υ = kinematic viscocity [m2/s]

η = dynamic viscocity [Pa.s]

ρ = dencity minyak pelumas [kg/m3]

Besaran ini sebelumnya ditentukan dalam stoke (St) dan aplikasi

didalam praktek ditentukan dengan unit yang lebih kecil yaitu

centistoke (cSt). Namun di dalam standar internasional (SI) diukur

dalam besaran m2/s, sehingga nilai tersebut harus diseterakan menjadi:

1 [St] = 100 [ cSt] = 0,0001 [m2/s]

1 [cSt] = 1 mm2/s]

Dencity minyak pelumas berkisar antara 700 kg/m3 sampai 1200 kg/m3

atau (0,7 – 1,2 g/cm3). Biasanya dencity minyak pelumas yang

digunakan dalam perhitungan adalah 850 kg/m3 (0,85 g/cm3). Untuk

menentukan dynamic viscociry oli (cPs) atau (Pa.s), maka viskositas oli

tersebut (cSt) dikalikan dengan nilai dencity tersebut seperti berikut:

viscocity in (cPs) = vicocity in (cSt) x 0,85 [g/cm3] atau

viscocity in (Pa.s) = viscocity in (cSt) x 0,85 [g/cm3] x 10-3

Untuk mengestimasi viskositas pelumas yang ideal untuk setiap kondisi

operasi, pertama tama kita mengestimasi kecepatan permukaan bidang kontak dari

mesin (V), sebagai berikut:

POLBAN

54

𝑉 = 𝜋 . 𝑑 .𝑛 ………………………..…….. (3.18)

dimana:

V = kecepatan permukaan kontak [m/s]

d = diameter poros [m]

n = jumlah putaran poros [put/s]

selanjutnya mengestimasi total tekanan, yaitu pengaruh beban yang bekerja pada

permukaan kontak secara keseluruhan:

𝑃 = 𝑊

𝑙 .𝑑 …………………………………… (3.19)

dimana:

P = tekanan [kN/m2]

l = lebar bearing [m]

d = diameter poros [m]

W = beban [kN]

Pada gambar 3.12 memperlihatkan bahwa pada tekanan sedikit diatas 2000

kN/m2 dan kecapatan permukaan kontak (V = 1,667 m.s-1), viskositasnya sama

dengan 30 cPs.

Gambar 3.12 Estimasi viskositas (Make, 2008).

POLBAN

55

3.5.3 Viskositas indeks

Viskositas indeks ini dikembangkan oleh Dean dan Davis pada tahun 1929

di Pennsylvania. Viskositas indeks adalah nilai sensitifitas dari viskositas oli

terhadap temparatur. Viskositas indeks ini membandingkan viskositas kinematik

dari oli dengan dua jenis oli referensi, dimana kedua jenis oli referensi ini

memiliki viskositas indeks yang berbeda yaitu oli yang satu memiliki viskositas

indeks (VI = 0) dan oli yang lainnya memiliki viskositas indeks (VI = 100) pada

100oF (37,8oC), tetapi kedua jenis oli ini memiliki nilai viskositas yang sama pada

temparatur 210 oF (98,89oC). Nilai viskositas indeks ini dapat dihitung dengan

persamaan:

𝑉𝐼 = 𝐿−𝑈

𝐿−𝐻 .100 ……………………………………… (3.20)

dimana:

U = viskositas oli sample dalam cSt pada 40oC.

L = viskositas oli referensi dalam cSt pada 40oC, VI = 0.

H = viskositas oli referensi dalam cSt pada 40oC, VI = 100.

POLBAN

56

Bab 4

Hasil dan Pembahasan

Kegagalan dalam sebuah rancangan menjadi pusat perhatian didalam proses

perancangan, oleh sebab itu perancang harus memikirkan hal-hal yang

menyebabkan kegagalan dalam sebuah rancangan, sehingga hasil rancangan dapat

mengemban fungsinya dengan baik. Kegagalan terhadap sebuah rancangan dapat

disebabkan oleh berbagai aspek, seperti keausan, korosi, retakan dan lain-lain.

Semua penyebab kegagalan tersebut harus ditelaah satu demi satu agar hasil

rancangan dapat mengemban fungsinya dengan baik. Secara skematis fokus

perancangan dapat ditunjukan dalam gambar 4.1. Failure focus mengidentifikasi

tipe atau model kegagalan atau secara spesifik perancang harus memperhatikan

karakteristik material dan kondisi operasi dari sebuah komponen.

Variabel-variabel dalam sebuah rancangan, seperti lingkungan, beban,

geometri, dan properti dari material sangat mempengaruhi keberhasilan sebuah

rancangan. Hubungan antara variabel perancangan dan aspek kegagalan

ditunjukan dalam sebuah matrix seperti pada tabel 4.1. Garis silang pada cell

matrix menunjukan bahwa hubungan yang kuat antara specific design variables

dengan mode of failure. Sedangkan σu adalah rupture strength, σy adalah yield

Gambar 4.1 Fokus dalam perancangan komponen (Andrew, John, 1999).

POLBAN

57

strength, Se adalah endurance limit, E adalah elastic modulus, Kc adalah fracture

toughness factor dan H adalah hardness.

Tabel 4.1 Matrix hubungan antara design variable dengan failure focus (Andrew, John, 1999).

Failure focus

Rupt

ure

yiel

ding

Exce

ssiv

e de

flect

ion

Fatig

ue

Buck

ling

Wea

r

Cor

rosi

on

Stre

s co

rros

ion

Cre

ep

Des

ign

vari

able

s

Mat

eria

l Pr

oper

ties Su, Sy, Se Su E Se E

E, Kc, H Sy Sy Su Sy H

Kc

Geo

met

ry Load-efficient

distribution of materials. Stres intensity factors

Χ Χ Χ Χ

Load

ch

arac

ter Static loading Χ Χ Χ Χ Χ

Time-dependent dynamic loading Χ Χ Χ

Envi

ronm

ent Operating

temparature Χ Χ

Χ

Corrosive Χ Χ Abrasive Χ

Secara keseluruhan kegagalan dalam komponen rancangan disebabkan oleh

satu atau beberapa aspek dari failure focus, yaitu: rupture yielding, excessive

deflection, fatigue, buckling, wear, corrosion, stress corrosion, creep.

4.1 Formulasi empirik yang mendukung rancangan

Untuk mendukung keberhasilan aplikasi rancangan dan pembuatan mesin

uji tribometer dibutuhkan formulasi pendukung analisa kekuatan konstruksi dan

analisa kekuatan material berdasarkan prinsip-prinsip mekanika statis dan dinamis

sesuai dengan informasi/data atau lebih tepatnya kriteria awal yang diperlukan

pelanggan, sehingga dapat dijamin kekuatan dan keamanan baik kekuatan

komponen maupun kekuatan konstruksi mesin secara keseluruhan. Informasi awal

POLBAN

58

yang diperoleh dari pelanggan disamping hal-hal yang lain adalah membuat mesin

uji tribometer dengan putaran yang dapat diatur berkisar antara 0 – 10000 rpm dan

beban tekan kira-kira 5 kg. Dari informasi tersebut maka diperlukan motor listrik

dengan data-data sebagai berikut:

Putaran motor listrik (n1) = 2950 rpm.

Daya motor (D) 1 Hp = 746 Watt.

Konsumsi arus (I) = 1 Amper.

Berdasarkan data-data tersebut maka dapat ditentukan hal-hal sebagai

berikut:

4.1.1 Dimensi awal yang mendukung rancangan

a. Menentukan putaran maksimal poros specimen (n2) dengan

menggunakan persamaan:

𝑛1

𝑛2=

𝑍2

𝑍1=

𝑑2

𝑑1 ..................... (4.1)

Dengan menggunakan persamaan ini maka dapat diperoleh jumlah

putaran poros specimen (n2) = 10676,2 rpm, jumlah gigi pada pulley

masing-masing dapat ditentukan (Z1) = 76 gigi dan (Z2) = 21 gigi.

b. Perhitungan torsi (M2) pada poros specimen sebelah kiri dengan

menggunakan persamaan:

𝑀2 = 𝑷 .60

2𝜋𝑛2 …………………. (4.2)

Dengan menggunakan persamaan ini maka diperoleh torsi pada poros

specimen sebelah kiri sebesar (M2) = 0,667 Nm.

c. Menentukan gaya yang bekerja pada load cell (F). Karena torsi dari

motor listrik harus terukur maka diperlukan sebuah load cell untuk

mengukur gaya akibat torsi tersebut, untuk menentukan gaya ini maka

diperlukan radius dari diameter specimen terkecil yang akan digunakan

dalam variasi pengujian. Untuk hal ini ditentukan diameter specimen

POLBAN

59

terkecil adalah 35 mm dan radiusnya adalah (r) = 17,5 mm = 0,0175 m.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung gaya tersebut adalah:

𝐹 = 𝑀2

𝑟 ……………….……. (4.3)

Dengan menggunakan persamaan terssbut maka diperoleh gaya (F) =

38 N.

d. Untuk menentukan gaya maksimal yang bekerja pada load cell maka

digunakan persamaan:

Fc = F + (25% ÷ 35%) ….… (4.4)

Dengan menggunakan persamaan ini maka diperoleh gaya makasimal

yang berkerja pada load cell (Fc) = 50 N = 5 kg.

4.1.2 Analisa gaya gesek pada saat dua specimen saling kontak

Gaya gesek (FG) ini diperlukan untuk mengetahui nilai koefisien gesek

kinetik (μk), yaitu salah satu variabel yang diperlukan dalam pengujian. Untuk

memperoleh nilai gaya gesek tersebut maka diperlukan data teknis dari pulley dan

sabuk bergigi (timing belt) sebagai berikut:

Jumlah gigi pada pulley (Z1) = 76 gigi dan (Z2) = 21 gigi.

Pitch differential (k) = 0,7 mm

Kisar gigi timing belt (K) = 8 mm dan jumlah gigi timing belt (Zs) = 170 gigi.

Berdasarkan data-data tersebut maka dapat ditentukan hal-hal sebagai

berikut:

a. Menentukan diameter pitch pulley (d1) dan (d2). Untuk menentukan

kedua diameter pulley tersebut dapat menggunakan persamaan sebagai

berikut:

𝑑1 = 𝐾.𝑍1

𝜋− 2.𝑘 ……….……. (4.5)

𝑑2 = 𝐾.𝑍2

𝜋− 2.𝑘 ……………. (4.6)

POLBAN

60

Dari kedua persamaan tersebut maka diperoleh diameter pulley (d1) =

192,1324 mm dan (d2) = 52,0761 mm.

b. Menentukan jarak sumbu poros (C) dan sudut kontak pulley (θ1,2). Yang

dimaksud dengan jarak sumbu adalah jarak antara sumbu poros motor

dan sumbu poros specimen. Jarak tersebut dapat dihitung dengan

persamaan:

𝐶 =𝑌+ 𝑌2− 2 𝑑2−𝑑1 2

4 …………… (4.7)

𝑌 = 𝐿 − 𝜋 (𝑑2+ 𝑑1)

2 ……………… (4.8)

L = K . Zs ………………………. (4.9)

Dari persamaan tersebut dipeoleh jarak sumbu antara kedua poros

adalah (C) = 483.1239 mm. Sedangkan untuk menentukan sudut kontak

(θ) antara sabuk dan pulley bergigi dapat menggunakan persamaan

sebagai berikut:

𝜃1 = 2 .𝑎𝑟𝑐 𝑐𝑜𝑐 𝑑1−𝑑2

2 .𝐶 ……….. (4.10)

Dari persamaan tersebut diperoleh sudut kontak (θ1 = 163o19’53”).

c. Menentukan gaya gesek (FG) pada saat dua specimen saling kontak.

Gaya gesek tersebut diperlukan untuk menentukan koefisien gesek

kinetik (μk) pada permukaan kontak. Koefisien gesek kinetik ini

merupakan salah satu variabel yeng diperlukan dalam penelitian, selain

Gambar 4.2 Variabel-variabel pada mekanisme pulley.

POLBAN

61

nilai kekasaran permukaan (Ra). Gaya gesek tersebut dapat dianalisa

melalui mekanisme pulley seperti yang diperlihatkan pada gambar 4.3

dan 4.4 berikut ini.

Dari gambar 4.3, berdasarkan hukum keseimbangan maka gaya pada

sabuk (T’) dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut:

Σ𝑀𝑜 = 0

𝐹𝑐 .125 = 𝑇 .𝑑1

2

𝑇 = 𝐹𝑐 .250

𝑑1 ………….. (pers. 1).

𝑇 ′ = cos𝛼 . 𝑇 ..…….. (pers. 2).

Dengan memasukan persamaan (1) ke dalam persamaan (2) untuk nilai

T, maka gaya pada T’ adalah:

𝑇 ′ = cos𝛼 .𝐹𝑐 .250

𝑑1 …………………..…… (4.11)

dimana 𝛼 = 180𝑜− 𝜃1

2= 8𝑜20′

Sedangkan untuk menentukan gaya gesek pada permukaan kontak dapat

dianalisa dari gambar 4.4, sebagai berikut:

Σ𝑀𝑜 = 0

𝑇 ′ . cos𝛼 . 𝑑2

2= 𝐹𝐺 .

𝑑𝑠

2

𝐹𝐺 = 𝑇 ′ cos 𝛼 .𝑑2

𝑑𝑠 ………… (pers. 3).

Gambar 4.3 Analisa gaya pada T’.

Gambar 4.4 Analisa gaya gesek (FG).

POLBAN

62

Dengan memasukan rumus (4.11) ke dalam persamaan (3) untuk nilai

T’, maka nilai gaya gesek (FG) menjadi:

𝐹𝐺 = cos 𝛼 2 .𝐹𝑐 .250.𝑑2

𝑑1 .𝑑𝑠 ……….….. (4.12)

Karena diinginkan putaran specimen sama dengan putaran motor, maka

perbandingan putaran menjadi (1:1). Untuk hal tersebut maka pada

jarak sumbu poros (C = 483,1239), diameter pulley dibuat mendekati

(d1 = d2 = 125,924 mm), sehingga sudut kontak antara pulley dan sabuk

(θ = 180o) dan sudut (α) menjadi nol (α = 0), sehingga persamaan untuk

gaya gesek (FG) menjadi:

𝐹𝐺 =𝐹𝑐 .250

𝑑𝑠 ……………….…….. (4.13)

dan nilai koefisien gesek kinetiknya (μk) menjadi:

𝜇𝑘 = 𝐹𝐺

𝐹𝑁 ………………………………….. (4.14)

4.1.3 Analisa beban

Beban yang bekerja pada rancangan ini terkosentrasi pada poros specimen,

beban ini disebabkan oleh tegangan sabuk, beban tekan, beban torsi dari motor

dan beban pengeraman. Untuk dapat mengetahui kekuatan hasil rancangan maka

nilai dari beban-beban tersebut harus diketahui dengan jalan sebagai berikut:

a. Analisa beban akibat tegangan timing belt

Dibanyak kasus pengukuran tegangan pada timing belt dilakukan pada

sisi kendur (T2), tegangan pada sisi kendur ini biasanya berkisar antara

10% sampai 30% dari tegangan efektif atau T2 = 10 % - 30 % dari Te,

sedangkan tegangan efktif (Te) dari timing belt dapat dihitung dengan

persamaan 𝑇𝑒 = 𝑇1 − 𝑇2 atau 𝑇𝑒 = 2 .𝑀

𝑑 (Gates, Tomkins Company,

2006).

dimana:

Te = tegangan efektif.

T1 = sisi kencang.

POLBAN

63

T2 = sisi kendur.

M = torsi.

d = diameter pitch pulley.

Pada kasus ini tegangan efektif pada belt dapat dihitung dengan

persamaan 𝑇𝑒 = 2 .𝑀1

𝑑1 dan M1 adalah torsi maksimal pada motor dan

dapat dihitung dengan persamaan 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 9555 𝑥 𝑃

𝑛. Jika diketahui

daya motor (P = 1 Hp) dan putaran motor (n = 2950 rpm), maka torsi

maksimal adalah (M1 = 2.416 Nm), jika diketahui diameter pulley (d1 =

125.924 mm), maka tegangan efektif (Te = 38,354 N).

Untuk mengetahui tegangan pada sisi kendur (T2) dan tegangan pada

sisi kencang (T1) dapat menggunakan persamaan T2 = 0,3 x Te, sehingga

diperoleh T2 = 11,513 N dan tegangan pada sisi kencang dapat dihitung

menggunakan persamaan T1 = Te + T2, sehingga diperoleh tegangan

pada sisi kencang T1 = 49,867 N.

Karena besar diameter pulley sama (d1 = d2 = 125,924 mm), maka

beban yang bekerja pada poros specimen dapat dihitung dengan

persamaan F = T1 + T2, sehingga diperoleh beban yang bekerja pada

poros specimen akibat tegangan sabuk adalah F = 61,38 N. Untuk

diameter pulley berbeda (d1 ≠ d2), maka persamaan untuk menghitung

beban yang bekerja pada poros specimen adalah

𝐹 = 𝑇12 + 𝑇2

2 − 2 . 𝑇1.𝑇2. 2 cos𝛼 .

b. Analisa beban tekan maksimal pada poros specimen

Beban tekan yang diberikan pada poros specimen (FN) tergantung dari

torsi yang bekerja pada poros specimen (M2), diameter dari specimen

(ds) serta koefisien gasek statis dari kedua specimen yang saling kontak

(μs). Untuk menganalisa beban tekan pada poros specimen dapat

menggunakan gambar 4.5 berikut ini.

POLBAN

64

Sebagaimana telah disampaikan di atas bahwa torsi maksimal pada

motor (M1 = 2,416 Nm), dan karena besar pulley pada motor sama

dengan besar pulley pada poros specimen (d1 = d2 = 125,924 mm),

maka torsi pada poros specimen (M2) adalah besar torsi pada motor

(M1) dikalikan dengan efisiensi transmisi sabuk (η = 94% - 96%),

sehingga torsi pada poros specimen M2 = M1 x η. Dari perkalian ini

diperoleh torsi pada poros specimen (M2 = 2,3 Nm).

Untuk menganalisa beban tekan pada poros specimen (FN) dapat

menggunakan aturan-aturan mengenai keseimbangan serta gesekan,

sehingga diperoleh persamaan untuk beban tekan pada poros specimen

seperti berikut:

𝐹𝑁 = 2 .𝑀2

𝜇𝑠 .𝑑𝑠 ……………………… (4.15)

Karena kemampuan baca pada load cell hanya 50 N (pembacaan load

cell dalam satuan gram, maksimum pembacaan sampai dengan 5000

gram) seperti yang telah disampaikan dalam sub bab 4.1.1, maka torsi

pada poros specimen yang digunakan (M2 = 667 Nmm).

Selain itu pemberian beban pada poros specimen juga harus

mempertimbangkan beberapa kondisi seperti koefisien gesek statis (μs)

pada permukaan kontak dari kedua specimen, defleksi yang akan terjadi

pada poros specimen (δ). Dengan mempertimbangkan kodisi tersebut

maka beban makasimal dibatasi sampai dengan 5 kg (FN = 50 N).

Diameter specimen (ds) yang dapat diuji pada rancangan tersebut

berkisar antara 35 mm sampai 100 mm, sehingga koefisen gesek statis

pada beban maksimal untuk diameter specimen 100 mm adalah 0,26 (μs

Gambar 4.5 Analisa beban tekan (FN).

POLBAN

65

= 0,26), sedangkan koefisien gesek statis pada beban maksimal untuk

diameter specimen 35 mm adalah 0,76 (μs = 0,76). Untuk koefisien

gesek statis lebih besar dari jangkauan tersebut dapat divariasikan

ukuran beban atau diameter specimen.

c. Analisa beban pengereman.

Pada saat pengujian roda gigi, kondisi poros disebelah kanan dalam

keadaan bebas artinya sumber gerakan berasal dari poros sebelah kiri.

Pada kondisi ini, torsi pada poros sebelah kanan (M3) dapat dianalisa

dengan menggunakan gambar 4.6 berikut ini.

Dalam kondisi statis maka torsi pada poros sebelah kanan (M3) dapat

dianalisa dengan cara sebagai berikut:

𝑀3 = 𝐹𝐺 . 𝑟𝐵

𝐹𝐺 = 𝑀3

𝑟𝐵 ……………. (pers. 1).

𝑀2 = 𝐹𝐺 . 𝑟𝐴 ………… (pers. 2).

Dengan memasukan persamaan (1) ke persamaan (2) untuk nilai FG,

maka torsi pada poros sebelah kiri (M2) menjadi 𝑀2 = 𝑟𝐴

𝑟𝐵 .𝑀3,

sehingga torsi pada poros sebelah kanan (M3) adalah:

𝑀3 = 𝑟𝐵

𝑟𝐴 .𝑀2 …………………. (4.16)

Pada kondisi torsi maksimal pada poros sebelah kiri (M2 = 667 Nmm),

jika diameter specimen sebelah kiri maksimal 100 mm (rA = 50 mm)

Gambar 4.6 Analisa torsi pada poros sebelah kanan (M3).

POLBAN

66

dan diameter specimen sebelah kanan minimal 35 mm (rB = 17,5 mm),

maka torsi minimal pada poros sebelah kanan M3 = 233,45 Nmm.

Pada kondisi torsi maksimal pada poros sebelah kiri (M2 = 667 Nmm),

jika diameter specimen sebelah kiri minimal 35 mm (rA = 17,5 mm) dan

diameter specimen sebelah kanan maksimal 100 mm (rB = 50 mm),

maka torsi maksimal pada poros sebelah kanan M3 = 1905,7 Nmm.

Dalam kondisi ini beban pengereman (F) dapat dianalisa melalui

gambar 4.7 dan 4.8 berikut ini.

Dengan menggunakan hukum keseimbangan maka beban pengereman

dapat dianalisa dengan cara sebagai berikut:

Σ𝑀𝐴 = 0

N . b + μ . N . a – F . c = 0

N (b + μ a) = F . c

𝑁 = 𝐹 .𝑐

𝑏+ 𝜇 𝑎 …………… (pers. 1).

M3 = μ. N . r …….…….. (pers. 2).

dengan memasukan persamaan (1) ke persamaan (2) untuk nilai N,

maka torsi pada poros sebelah kanan (M3) adalah 𝑀3 = 𝜇 .𝑟 .𝐹 .𝑐

𝑏+ 𝜇 .𝑎 . Dari

persamaan ini beban pengereman (F) dapat didefenisikan sebagai

berikut:

𝐹 = 𝑀3 𝑏+ 𝜇 𝑎

𝜇 .𝑟 .𝑐 …………………. (4.17)

Gambar 4.7 Konstruksi mekanisme pengereman.

Gambar 4.8 Analisa beban pengereman (F).

POLBAN

67

Untuk variabel a, b, c, dan r adalah dimensi dari mekanisme

pengereman dan nilainya secara berturut-turut adalah 15 mm, 67 mm,

450 mm dan 22 mm. Sedangkan μ adalah koefisien gesek statis.

Koefisien gesek statis antara baja dan asbes berkisar antara 0,3 ÷ 0,6

(Yefri, Universitas Darma Persada). Pada perancangan mekanisme rem,

arah putaran poros specimen (drum rem) dibuat searah dengan putaran

jarum jam, sehingga untuk menghitung gaya normal (N) atau FN yaitu

gaya yang menekan drum rem dapat menggunakan persamaan

kesetimbangan di atas, dimana μ.N adalah gaya gesek (FG) yang

nilainya setara dengan 2.𝑀3∅ , sehingga gaya yang menekan drum rem

adalah seperti berikut:

𝐹𝑁 = 𝐹 .𝑐−

2𝑎𝑀32𝑟

𝑏 ………….…. (4.18)

Dengan mempertimbangkan berat lengan rem adalah 1,17 kg, maka

nilai FN harus ditambahkan dengan berat lengan rem. Sedangkan nilai

F dibatasi hingga 2 kg untuk menghindari kelebihan beban pada load

cell.

4.1.4 Analisa tegangan dan defleksi pada poros specimen

Issue yang terkandung dalam engineering design meliputi material

properties, load distribution, component geometry, simple, tractable analytical

model of the component we are to synthesise (Andrew, John, 1999). Pada

rancangan ini, beban terkonsentrasi pada poros specimen, sehingga pemilihan

material poros specimen harus mampu menahan beban yang bekerja padanya.

Beban yang bekerja pada poros specimen tersebut seperti yang ditunjukan dalam

gambar 4.9 berikut ini.

POLBAN

68

Bagian yang menjadi fokus dalam gambar 4.9 ini adalah daerah ujung dari

poros specimen (di tumpuan B), karena pada bagian ini akan dipasang specimen

uji dan mendapatkan beban tekan FN, Baban tekan ini berfungsi menekan

specimen pada saat kontak dengan pasangannya ketika sedang melakukan

pengujian dalam kondisi rolling sliding. Kondisi ini diharapkan dapat

menghasilkan perubahan nilai kekasaran permukaan mulai dari kondisi awal

sampai kondisi steady state. Untuk mendapatkan kondisi seperti ini maka pada

daerah ini diharapkan defleksi sekecil mungkin. Sedangkan pada ujung yang lain

(di tumpuan A) diharapkan material poros mampu menahan beban tarik dari

timing belt (F = 61,38 N) ketika motor sedang berputar. Untuk meyakinkan bahwa

poros specimen mampu menahan baban yang bekerja padanya, maka dilakukan

analisa kekuatan poros berdasarkan prinsip-prinsip yang digunakan oleh

Ferdinand P. Beer, dkk sebagai berikut:

a. Analisa tegangan pada poros.

Analisa diawali dari ujung poros specimen (di tumpuan B) seperti yang

diperlihatkan dalam gambar 4.10 berikut ini.

Gambar 4.9 Beban yang bekerja pada poros specimen sebelah kiri.

POLBAN

69

Gaya yang bekerja pada tumpuan B ini adalah gaya akibat beban tekan

(FN = 50 N) dan gaya akibat torsi (M2 = 667 Nmm). Beban tekan FN ini

akan mengakibatkan tegangan geser yang memotong luas daerah poros

dalam arah sumbu Z dan nilainya dapat ditentukan dengan persamaan

𝜏𝐹𝑁 = 4 .𝐹𝑁

3 .𝐴, sedangkan luas daerah poros 𝐴 =

𝜋 .𝑑2

4. Dari kedua

persamaan ini diperoleh tegangan geser akibat gaya FN adalah 𝜏𝐹𝑁 =

0,212 𝑁

𝑚𝑚 2. Selain itu beban tekan FN ini akan mengakibatkan torsi

pada sumbu Y (My), yang nilainya dapat dihitung dengan persamaan My

= FN . l, dari persamaan ini diperoleh My = 1000 Nmm. Akibat torsi

tersebut akan menghasilkan tegangan normal dalam arah sumbu X, yang

nilainya dapat ditentukan dengan persamaan 𝜍𝑛𝑥 = 𝑀𝑦 .32

𝜋 .𝑑3. Dari

persamaan tersebut diperoleh nilai untuk tegangan normal akibat torsi

My adalah 𝜍𝑛𝑥 = 1,273 𝑁

𝑚𝑚 2 .

Akibat putaran poros specimen maka akan terjadi torsi (M2 sebesar 667

Nmm), torsi ini akan menimbulkan tegangan geser pada poros yang

nilainya dapat dihitung dengan persamaan 𝜏𝑀2=

𝑀2 .16

𝜋 .𝑑3 , tegangan geser

ini terjadi dalam arah sumbu Y dan nilainya adalah 𝜏𝑀2= 0,425

𝑁

𝑚𝑚 2.

Tegangan geser yang terjadi dalam arah sumbu Z dan tegangan geser

yang terjadi dalam arah sumbu Y akan menghasilkan sebuah tegangan

yaitu tegangan YZ, yang nilainya dapat dihitung dengan persamaan

Gambar 4.10 Beban pada poros di tumpuan B.

POLBAN

70

𝜏𝑦𝑧 = 𝜏𝐹𝑁 2

+ 𝜏𝑀2

2. Dari persamaan tersebut diperoleh tegangan

geser YZ adalah 𝜏𝑦𝑧 = 0,475 𝑁

𝑚𝑚 2 .

Secara keseluruhan tegangan geser maksimal (τmax) yang terjadi pada

tumpuan B dapat dihitung dengan persamaan 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝜍1− 𝜍2

2, dimana σ1

dan σ2 adalah tegangan normal yang nilainya dapat ditentukan dengan

persamaan 𝜍1,2 = 𝜍𝑛𝑥

2 ±

𝜍𝑛𝑥

2

2

+ 𝜏𝑦𝑧 2. Dari persamaan tersebut

diperoleh 𝜍1 = 1,431 𝑁

𝑚𝑚 2 dan 𝜍2 = − 0,158 𝑁

𝑚𝑚 2, sehingga diperoleh

tegangan geser maksimal 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 0,795 𝑁

𝑚𝑚 2.

b. Analisa defleksi pada poros specimen.

Defleksi pada poros specimen akibat gaya FN dapat dihitung dengan

persamaan 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 4 .𝐹𝑁 .𝑙3

3𝐸 𝜋 𝑟4 . Dari dimensi yang ada diperoleh defleksi

maksimal pada poros adalah δmax = 0.084 x 10-5 mm atau 0,081 μm. Jika

diperhitungkan dengan nilai kekakuan material maka defleksi pada

poros dapat dihitung dengan persamaan 𝛿1 = 𝐹 𝐴𝐸

𝑙

, dari persamaan ini

diperoleh nilai deflesi sebesar 0,015 μm. Untuk kondisi cantilever

seperti pada gambar 4.10, defleksi yang diijinkan adalah 1,6 mm per

metre of span, (http://www.ejsong.com.MDME/Index.htm), sehingga

defleksi yang terjadi adalah 1,6 x 0,02 = 0,032 mm = 32 μm > 0,081 μm

dengan demikian poros dianggap mampu menahan beban defleksi.

Sedangkan defleksi pada poros yang disebabkan oleh beban torsi dapat

dihitung dengan persamaan 𝜃 =𝑀2 .𝑙

𝐺 .𝐽 dimana J adalah polar second

moment of area yang dapat ditentukan dengan persamaan 𝐽 = 𝜋 .𝑑4

32, dan

G adalah modulus geser (shear modulus), untuk baja nilainya 80 x 103

N/mm2 sehingga persamaan defleksi untuk beban torsi menjadi 𝜃 =

32 .𝑀2 .𝑙

𝐺 .𝜋 .𝑑4 dari persamaan ini diperoleh defleksi akibat beban torsi (M2)

adalah 3,335 x10-5 rad atau sama dengan (1,9 x 10-3) derajat. Pada

umumnya defleksi pada poros akibat beban torsi yang diijinkan adalah

POLBAN

http://www.ejsong.com.mdme/Index.htm

71

3o per metre, sehingga pada kondisi ini poros dianggap mampu menahan

beban torsi karena 0,02 m x 3o = 0,06o, defleksi 0,06o > (1,9 x 10-3)o.

4.1.5 Analisa kekuatan poros specimen

Yang dimaksud dengan kekuatan adalah kemampuan poros untuk menahan

seluruh beban yang bekerja padanya. Kemampuan tersebut harus memenuhi

persyaratan-persyaratan seperti harus mampu menahan beban geser atau yang

dikenal dengan maximum sear stress failure predictor (MSFP), harus mampu

menahan beban normal atau yang dikenal dengan maximum principal stress

failure predictor (MPFP), dan faktor-faktor lain seperti faktor keamanan dan

defleksi. Dengan mempertimbangkan seluruh hal tersebut dan beban yang bekerja

pada poros, maka material poros yang digunakan dalam rancangan ini adalah

S45C dari JIS G4051:1979. Material ini memiliki mechanical properties seperti

tensile strength (σu ≥ 600 MPa) dan yield strength (σy ≥ 355 MPa) (John, 2004).

Dengan menggunakan material tersebut, maka kekuatan poros dapat diprediksi

sebagai berikut.

a. Prediksi kekuatan akibat beban geser makasimum atau MSFP (τmax).

Tegangan geser maksimum yang diijinkan harus lebih kecil atau sama

dengan tegangan geser orisinil dari material (τallowble ≤ τo). Dari hasil

perhitungan tegangan geser maksimal yang terjadi pada poros (𝜏𝑚𝑎𝑥 =

0,795 𝑁

𝑚𝑚 2), sedangkan tegangan geser orisinil dapat dihitung dengan

persamaan 𝜏𝑜 = 𝜍𝑦

3. Dari persamaan ini diperoleh tegangan geser

orisinil (τo = 205 N/mm2). Hasil perhitungan ini menunjukan bahwa

poros sangat aman menahan beban geser.

b. Prediksi faktor keamanan dalam rancangan (Fk).

Faktor keamanan memberikan sebuah kenyamanan dalam sebuah

rancangan, faktor keamanan mungkin digunakan untuk mereduksi

principal stress yang terjadi pada material yang digunakan atau yang

dikenal dengan stress factor of safety. Namun para engineers biasanya

memprediksi faktor keamanan terhadap sebuah rancangan selalu

ditinjau dari lingkup yang lebih luas. Andrew Samuel dan John Weir

POLBAN

72

memprediksi faktor keamanan ini seperti yang ditunjukan dalam tabel

4.2 berikut ini.

Tabel 4.2 Estimasi faktor keamanan (Andrew, John, 1999).

Factor Relevance to the design Range of values

Consequence of failure Fo Seriousness of failure 1 - 1,4

Uncertainties Associated with load estimates l1 Magnitude of the load 1 - 1,6 l2 Rate of load aplication (shock loading?) 1,2 - 3

l3 Load sharing between elements of the component 1 - 1,6

Material and modelling related uncertainties S1 Variations in material properties 1 - 1,6 S2 Manufacturing uncertainties 1 - 1,6

S3 Environmental and operational uncertainties 1 - 1,6

(temperature, corrosion)

S4 Effects of stress concentrations (analytical value) can be high

S5 Reliability of mathematical model 1 - 1,6 Design factor of safety (Fk) = Fo x l1 x l2 x l3 x S1 x S2 x S3 x S4 x S5

c. Prediksi kekuatan akibat beban normal MPFP (σmax).

Pada material yang ulet (ductile material) syarat aman ini dapat dilihat

dari tegan geser yang terjadi, yaitu (τallowble ≤ τo), sedangkan pada

material yang getas (brittle material) syarat aman ini dilihat dari

maximum principal stress, yaitu 𝜍𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝜍𝑢

𝐹𝑘. Untuk kasus ini, jika

menggunakan syarat tersebut maka pada maximum principal stress

(𝜍𝑛𝑥 = 1,273 𝑁

𝑚𝑚 2 ), tensile strength (σu = 600 MPa) dan variabel

faktor keamanan ditetapkan dalam kondisi maksimum (Fk = 211,4),

sehingga kondisinya menjadi 1,273 ≤ 600

211,4 MPa. Hasil perhitungan ini

menunjukan bahwa poros sangat aman untuk menahan beban.

POLBAN

73

4.2 Pengujian hasil rancangan

Hasil rancangan seperti yang diperlihatkan dalam gambar 4.12 harus diuji

untuk mengetahui secara pasti bahwa hasil rancangan dapat berfungsi secara baik

sesuai dengan kebutuhan pengguna. Pengujian hasil rancangan dimaksud untuk

mengetahui koefisien gesek kinetik (μk) akibat kontak mekanik dua specimen

dibawa pengaruh pembebanan. Langkah-langkah pengujian seperti yang

ditunjukan dalam diagram alir berikut ini:

Gambar 4.11 Diagram alir pengujian.

4.2.1 Persiapan alat uji

Alat uji yang digunakan adalah disc/gear test machine hasil rancangan,

dengan spesifikasi sebagai berikut:

Analisa data

Verifikasi Grafik / Koefisien gesek

Selesai

Grafik koefisien gesek

Mulai

Persiapan bahan dan peralatan

Pengukuran kekasaran awal (Rai)

Pengujian Variasi putaran Variasi beban Kering/basah

Gaya gesek (N)

Pengukuran Ra

POLBAN

74

Ukuran mesin: 970 mm x 400 mm x 800 mm (Panjang x Lebar x Tinggi).

Konsumsi arus (I): 25 Amper (3 phasa).

Catu daya 380 V 50 Hz.

Torsi: 0,667 Nm.

Diameter benda uji: 35 mm ÷ 100 mm (disc maupun gear).

Beban tekan pada disc 5 kg. Beban pada lengan rem 2 kg

Jumlah putaran maksimal 2800 rpm.

Slip rasio 0 % sampai 200 %.

Kemampuan baca load cell sampai dengan 5000 gram.

Selain spesifikasi mesin, pengambilan data terintegrasi dengan komputer dengan

menggunakan program LabVIEW untuk mengetahui harga koefisien gesek kinetik

(μk), begitu juga dengan nilai kekasaran permukaan (Ra) pengambilan data

mengunakan alat pengukur kekasaran permukaan Hand-held Roughness Tester

TR200 seperti yang ditampilkan dalam gambar 4.13, juga terintegrasi dengan

komputer dengan menggunakan program TimeSurf for TR200 V1.4. Spesifikasi

alat ukur kekasaran permukaan tersebut adalah sebagai berikut:

Measurement range: 160 μm

Stylus tip radius: 2 μm.

Stylus tip material: Diamond.

Measuring force: 4 mN (0.4 gf).

Stylus tip angle: 90o.

Maximum drive range: 17.5 mm.

Accuracy: Less than or equal to ± 10 %.

Gambar 4.12 Hasil rancangan disc/gear test machine.

POLBAN

75

Ta

bel 4

.3 K

ompo

sisi

Kim

ia (%

) dan

Nila

i Kek

eras

an B

eber

apa

Mat

eria

l.

Kek

eras

an

(Kg/

mm

2 )

23,8

3 H

RB

75,1

7 H

RB

105,

2 H

RB

99,1

7 H

RB

Uns

ur (%

)

Al 99,67 0,59 0,005 0,015

Si

0 0,142 0,338 C

u 0 62,79 0,23 0,223

Fe

0,27 Balance Balance

Mn 0,03 0,02 1,585 0,825

Ni 0 0,116 0,157

Zn

0,01 37,2

Sn

0,01 0,09

Sb

0,01

C

0,474 0,468

P 0,1 0,003

Cr

0,135 1,151

Mo

0,015 0,244

V

0,01 0,0084

W

0,1 0,03

Co

0,016 0,011

Nb

0,005 0,005

Ti

0,003 0,003

Mg

0,0062

S 0,015

Mat

eria

l

Alu

min

ium

Kun

inga

n

Baj

a (S

45C

)

Gea

r (B

ahan

UK

M)

POLBAN

76

4.2.2 Persiapan bahan

Bahan uji (specimen) terdiri dari disc dan roda gigi, disc terbuat dari

kuningan, aluminium dan baja (S45C), sedangkan roda gigi terdiri dari roda gigi

asli sepeda motor Honda dan roda gigi Honda buatan UKM. Adapu komposisi

kimia dari material yang digunakan sebagai specimen seperti yang ditampilkan

dalam tabel 4.3 di atas. Sementara itu dimensi dari masing-masing specimen ditampilkan dalam gambar

4.14 untuk bahan baja, kuningan dan aluminium, sedangkan untuk dimensi roda gigi

adalah sebagai berikut, modul (m = 1,5 mm), jumlah gigi (Z = 29 gigi) dan diameter pitch

(Dp = 43,5 mm).

4.2.3 Pelaksanaan pengujian

Pengujian dilaksanakan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut:

a. Membersihkan specimen dari kotoran.

b. Memasang specimen pada poros.

c. Mengatur jumlah putaran masing-masing poros specimen.

d. Mengatur arah putaran poros specimen sesuai dengan pengujian yang

diinginkan.

Gambar 4.13 Hand-held Roughness Tester TR200.

Gambar 4.14 Benda uji berbentuk disc.

POLBAN

77

e. Mengatur kedudukan alat ukur kekasaran permukaan.

f. Mengukur kekasaran awal permukaan specimen.

g. Mengatur beban yang akan digunakan pada pengujian.

h. Menentukan lama waktu pengujian.

i. Melaksanakan pengujian.

4.2.4 Hasil-hasil pengujian

Hasil pengujian difokuskan pada apakah mesin dapat menghasilkan

koefisien gesek kinetik (μk) akibat perubahan gaya gesek (FG) sesuai dengan

kebutuhan para peneliti. Hasil-hasil pengujian tersebut disajikan dalam bentuk

grafik koefisien gesek terhadap waktu.

4.2.4.1 Pengujian roda gigi produk AHM

Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM (Astra Honda

Motor) dengan jumlah putaran 600 rpm dan beban 10 kg ditunjukan pada gambar

4.15 di bawah ini. Gafik tersebut memperlihatkan bahwa koefisien gesek mula-

mula (µo) sebesar 0,21, kemudian naik secara perlahan sampai tercapai keadaan

steady state pada 40 menit dengan koefisien gesek steady state (µss) sebesar 0,41.

Gambar 4.15 Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM pada 600 rpm.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 10 20 30 40 50

Ko

efi

sie

n G

ese

k [

-]

Waktu [menit]

µo=0,21

µss=0,41

µo=koefisien gesek mula-mula µss=koefisien gesek steady state

POLBAN

78

Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM dengan

jumlah putaran 1200 rpm dan beban 10 kg ditunjukan pada gambar 4.16 di bawah

ini. Grafik tersebut memperlihatkan bahwa koefisien gesek mula-mula (µo)

sebesar 0,42, naik secara perlahan sampai puncaknya (µmax= 0,55) pada sekitar 5

menit kemudian secara perlahan menurun sampai tercapai keadaan steady state

pada 15 menit dengan koefisien gesek steady state (µss) sebesar 0,42 .

Kedua grafik tersebut memperlihatkan bahwa pada rpm rendah (600 rpm)

trend grafik cenderung naik kemudian stedy state pada menit ke 40, sedangkan

pada putaran tinggi (1200 rpm) trend grafik cenderung naik sampai puncaknya

pada sekitar 5 menit kemudian turun dan mencapai keadaan stedy state hanya

dalam jangka waktu 15 menit.

Gambar 4.16 Koefisien gesek pada saat running-in roda gigi produk AHM pada 1200 rpm.

4.2.4.2 Pengujian disc

Koefisien gesek pada saat running-in disc dari material baja dengan

kekerasan 105,2 HRB (66 HRA), kekasaran permukaan awal (Rai = 0,741 μm)

diukur pada disc yang permukaannya rata, slip rasio = 100 % dan beban 4 kg serta

kondisi kedua permukaan kontak diberi pelumas Prima XP 20W40 ditunjukan

pada gambar 4.17 di bawah ini.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ko

efi

sie

n G

ese

k [

-]

Waktu [menit]

µss=0,42

µo=koefisien gesek mula-mula µmax=koefisien gesek maksimal µss=koefisien gesek steady state

µo=0,42

µmax=0,55

POLBAN

79

Gambar 4.17 Grafik koefisien gesek pada saat running-in baja-baja.

Gambar tersebut memperlihatkan bahwa perubahan koefisien gesek pada

awal gerakan menunjukan penurunan yang sangat drastis yaitu mulai dari 0,952

sampai 0,454 dalam jangka waktu 10 menit, setelah itu penurunan nilai koefisien

gesek tidak terlihat drastis lagi sampai pada menit ke 52. Selanjutnya nilai

koefisien gesek menjadi steady state mulai dari menit ke 52 sampai menit ke 60.

Perubahan topografi permukaan specimen pada saat running-in terjadi

pada puncak asperiti ditunjukan pada gambar 4.18 berikut ini.

Gambar 4.18 Perubahan topografi permukaan selama waktu running-in pada pasangan specimen baja dengan baja.

POLBAN

80

Gambar 4.18 menunjukan topografi permukaan pada awal sebelum

spesimen diputar dan terjadi perubahan setelah spesimen diputar sekian waktu,

perubahan topografi tersebut terlihat beberapa puncak asperiti terpangkas dan

berubah bentuk. Daerah kontak akan bertambah banyak seiring dengan

meningkatnya jumlah asperiti yang saling kontak. Pada gambar yang diperbesar

dapat dilihat bebebrapa permukaan sudah mulai berhimpitan hal ini menandakan

kondisi steady state sudah mulai tercapai. Perubahan yang tidak terlalu besar

diakibatkan karena adanya pelumas yang melapisi permukaan bidang yang saling

kontak sehingga kedua bidang kontak tidak langsung bersinggungan dan pada

akhirnya proses keausan yang terjadi dapat diminimalkan.

Topografi tersebut merupakan hasil pengukuran pada specimen setelah

running-in, panjang pengukuran adalah 0,5 mm seperti yang diperlihatkan dalam

gambar 4.19 berikut.

Gambar 4.19 Panjang pengukuran Ra pada specimen disc.

POLBAN

81

Bab 5

Penutup

5.1 Kesimpulan

Rancang bangun alat uji running-in untuk sistem kontak disc dan roda gigi

telah dilakukan sesuai dengan tujuan yang akan dicapai. Kesimpulan yang dapat

diambil dari hasil rancangan tersebut adalah sebagai berikut:

1. Hasil rancangan memperlihatkan bahwa mesin dapat digunakan untuk

menguji specimen disc maupun gear dengan ukuran diameter minimal 35

mm dan maksimal 100 mm pada putaran yang dapat divariasikan mulai

dari nol sampai dengan 2800 rpm.

2. Pada pengujian disc maupun gear dapat divariasikan beban tekan sampai

dengan 5 kg, beban torsi pada lengan rem sampai dengan 2 kg, putaran dan

dalam kondisi kering maupun menggunakan pelumas untuk mendapatkan

performa dari kedua kondisi pengujian tersebut terutama terhadap

perubahan gaya gesek.

3. Hasil data yang ditampilkan dari pengujian adalah gaya gesek (FG) dan

koefisien gesek kineti (μk = 0,952).

5.2 Saran

Untuk memperbaiki dan menyempurnahkan hasil rancangan dimasa yang

akan datang, maka ada beberapa saran yang perlu untuk ditindak lanjuti sebagai

berikut:

1. Saat mengambil data kekasaran permukaan, alat ukur kekasaran

permukaan harus tetap terpasang pada mesin tribometer melalui alat

pengatur pada posisi yang tetap agar memperoleh harga yang valid.

2. Perancangan mekanisme beban harus menghindari gaya hambatan untuk

memastikan bahwa beban yang digunakan secara sempurnah menekan

specimen, untuk hal ini sebaiknya mekanismenya menggunakan linear

bearing hasil pabrikan.

POLBAN

82

3. Penempatan load cell sebaiknya dilakukan secara vertikal untuk

menghindari beban penyeimbang tambahan (perhatikan lampiran F).

4. Menempatkan laod cell secara vertikal ini memungkinkan torsi akibat

putaran motor dapat dikontrol dalam dua arah (motor dapat berputar dalam

dua arah, searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam).

POLBAN

83

Daftar Pustaka

Akbarzadeh S., Khonsari M.M., (2011), “Experimental and theoretical investigation of running-in”, Tribology International, 44, pp. 92–100.

Albano L.D., (1999), “Engineering design”, Mechanical Engineering Handbook, ed Nam P. Suh, Massachusetts Institute of Technology, Boca Roton: CRC Press LLC.

Amarnath M., Sujatha C., Swarnamani S., (2009), “Experimental studies on the effects of reduction in gear tooth stiffness and lubricant film thickness in a spur geared system”, Tribology International 42, pp. 340-352.

Andrew S., John W., (1999), “Introduction to Engineering Design”, Elsevier Science & Technology Books, ISBN: 0750642823, Melbourne.

Aslantas K., Tasgetiren S., (2004), “A study of spur gear pitting formation and life prediction”, Wear 257, pp. 1167–1175.

Becker Associates, (2000), “Quality Function Deployment “, (http://www.becker-associates.com/qfdwhatis.htm, diakses tanggal 25 Juli 2012).

Beer F.P., Johnston E.R.JR., Dewolf J.T., (2006), “Mechanics of Materials” 4nd, McGraw-Hill Companies, ISBN 007-124999-0 in Singapore.

Blau P.J., (1989), “Friction and Wear Transition of Materials”, Noyes, Park Ridge, NJ.

Cheng H.S., (1992), “Friction, Lubrication and Wear Technology”, 18nd, ASM Handbook, The Materials Information Company.

Dhanasekaran S., Gnanamoorthy R., (2008), “Gear tooth wear in sintered spur gears under dry running conditions”, Wear 265, pp. 81–87.

Ding Y., Rieger N.F., (2003), “Spalling formation mechanism for gears”, Wear 254, pp. 1307-1317.

Gates Mectrol, A Tomkins Company, (2006). “Timing Belt Theory”, www.gatesmectrol.com

Goryacheva I.G., (1998), “Contak Mechanics in Tribology”, Institute for Problems in mechanics Russian academy of Sciences, Moscow, Russia.

Gresham R.M., Totten G.E., (2009), “Lubrication and Maintenance of Industrial Machinery”, Socirty of Tribologists and Lubrication Engineers, Boca Raton London New York.

Hargreaves D.J., Planitz A., (2009), “Assessing the energy efficiency of gear oils via the FZG test machine”, Tribology International 42, pp. 918-925.

Harsokoesoemo D.H., (2004), “Pengantar PerancanganTeknik”, 2nd, Departemen Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung.

http://www.ejsong.com/MDME/index.htm, “Machine design & Mechanical Engineering”, (diakses tanggal 21 Januari 2013).

POLBAN

http://www.becker-associates.com/qfdwhatis.htm

http://www.becker-associates.com/qfdwhatis.htm

http://www.ejsong.com/MDME/index.htm

84

ISO Standards Handbook 12, (1991), “Technical Drawings”, 2nd, ISBN 92-67-10163-3.

Jamari, (2006), “Running-in of Rolling Contacts”, PhD Thesis, University of Twente, Enschede, The Netherlands.

John E.B., (2004), “Handbook of Comparative World Steel Standards”, 3nd, ASTM DS67B, USA.

Johnson K.L., (1985), “Contact Mechanics”, Cambridge University, London New York.

Kanavalli B., (2006), “Application of user defined subroutine UMESHMOTION in ABAQUS for simulating dry rolling/sliding wear”, Master’s Thesis, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden.

Kato K., Adachi K., (2001), “Modern Trobology Handbook”, 1nd, ed Bhushan Bharat, Departement of Mechanical Engineering The Ohio State University, Columbus, Ohio.

Kraghelsky V., Dobychun M.N., Combolov V.S., (1982), “Friction and Wear Calculation Methods”, Pergamon Press, Oxford.

Lansdown A.R., (2004), “Standard Handbook of Machine Design” Director, Swansea Tribology Centre University College of Swansea, United Kingdom.

Larsen J., (1992), “Friction, Lubrication and Wear Technology”, 18nd, ASM Handbook, The Materials Information Company.

Ludema K.C., (1992), “Friction, Lubrication and Wear Technology”, 18nd, ASM Handbook, The Materials Information Company.

Majundar A., Bhushan B., (1999), “Hadbook of Micro/Nano Tribology”, 2nd, The Mechanics and Materials Science Series, ed Bhushan Bharat, Departement of Mechanical Engineering The Ohio State University, Columbus, Ohio.

Maki J., Aho K., (1981), “Development of a running-in procedure for a locomotive diesel engine”, in The Running-In Process in Tribology, eds. Dowson D., Taylor C. M., Godet M., Berthe D., Butterworths, London, 147-152.

Nuruzzaman D.M., Nakajima A., Mawatari T., (2009), “Experimental investigation on roling-sliding contact properties of wc cermet coatings”, Journal of science and technology, 4nd, issue 1, Daffodil International University.

Popov V.L., (2009), “Contact Mechanics and Friction”, Berlin University of Technology, Institute of Mechanics, Germany.

Seyyed K., (2005), “Engineering design process”, in Mechanical Engineering from MIT and is currently a professor of engineering at Diablo valley college in Pleasant Hill, California.

POLBAN

85

Stachowiak G.W., (2006), “Wear-Materials, Mechanisms and Practice”, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southheren Gate, Chichester, West Sussex, PO19 8SQ, England.

Stachowiak G.W., Batchelor A.W., (2005), “Engineering Tribology”, 3nd, Elsevier Butterworth-Heinemann, Linacre House, Jordan Hill, Oxford X2 8DP, UK, USA.

Stolarski T.A., (1990), “Tribology in Machine Design”, Butterworth-Heinemann, Oxford Auckland Boston Johannesburg Melbourne New Delhi.

Wang W., Wong P.L., Zhang Z., (2000), “Experimental study of the real time change in surface roughness during running-in for PEHL contacts”, Wear 244, pp. 140–146.

Wright N.A., Kukureka S.N., (2001), “Wear testing and measurement techniques for polymer composite gears”, Wear 251, pp. 1567–1578.

www.utwente.nl, “Two Disc Machine”, (diakses tanggal 25 Desember 2011).

POLBAN

http://www.utwente.nl/

86

Daftar Publikasi Ilmiah

Londa, P., Hidayat, T., Supriyana, N., Jamari, dan Widyanto, S. A., (2013), “Rancang Bangun Alat Uji Running-in untuk Sistem Kontak Two-Disc”, Jurnal Rotasi Teknik Mesin, FT. Undip, Vol. 15, No. 2, April 2013.

Hidayat, T., Londa, P., Supriyana, N., Jamari, dan Setiawan, J.D., (2013), “Analisa Running-in Roda Gigi Transmisi Produk Usaha Kecil Menengah”, Jurnal Rotasi Teknik Mesin, FT. Undip, Vol. 15, No. 2, April 2013.

Supriyana, N., Hidayat, T., Londa, P., Jamari, dan Nugroho, S., (2013), “Kaji Eksperimental Running-in pada Kontak Rolling-Sliding Pasangan Material Aluminium dengan Baja S45C”, Jurnal Rotasi Teknik Mesin, FT. Undip, Vol. 15, No. 2, April 2013.

POLBAN

87

Lampiran

POLBAN

88

Lampiran A.

POLBAN

89

Lampiran B.

POLBAN

90

Lampiran C.

POLBAN

91

Lampiran D.

Dokumen untuk pembuatan produk yang terdiri dari:

1. Susunan unit poros sebelah kiri, dari lembaran 1/1 sampai dengan lembaran 1/15.

2. Susunan unit poros sebelah kanan, dari lembaran 2/1 sampai dengan lembaran 2/13.

3. Susunan dudukan TR200, dari lembaran 3/1 sampai dengan 3/6. 4. Susunan mekanisme rem, dari lembaran 4/1 sampai dengan 4/5.

POLBAN

92

Lampiran E. Diagram Kelistrikan Disc/Gear test Machine.

Keterangan:

a. Kontaktor. b. Magnetic Contactor Bimetal (MCB). c. Variable Frequency Drive (VFD/Inverter). d. Motor listrik 3 phasa. e. Relay. f. Tombol ON/OFF. g. Lampu indicator. h. Saklar pemutus. k. Power sapplay (Arus DC). m. Input/Output boart.

Display pada mesin

Arus Sumber

h1 h2

h3

c1

c2

f

Data ke Unit PC

Pengatur Rpm

POLBAN

93

Lampiran F. Unit mekanisme Disc/Gear test Machine.

POLBAN

94

Lampiran G. Prinsip Kerja Disc/Gear test Machine.

A. Cara menghidupkan/mematikan mesin. 1. Pastikan mesin terhubung dengan listrik 3 phasa. 2. Hubungkan kabel data ke unit PC. 3. Hidupkan saklar h3. 4. Hidupkan salah satu atau kedua-duanya saklar h1 dan h2. 5. Atur arah putaran poros specimen dengan memilih menu pada c1 atau c2.

Poros specimen sebelah kiri harus selalu berputar berlawanan arah jarum jam.

6. Atur kecepatan putaran dengan memutar tombol pengatur frekuensi Rpm. 7. Hidupkan mesin dengan menekan tombol ON/OFF (f). Jjika poros

specimen belum berputar, tekan tombol run pada c1 atau c2. Perhatikan jumlah Rpm, jika belum sesuai, dapat dilakukan pengaturan kembali.

8. Matikan mesin dengan menekan kembali tombol ON/OFF.(f).

B. Pengujian Disc. 1. Pastikan sabuk pada kedua poros specimen terpasang dengan baik. 2. Atur kecepatan putaran poros specimen sesuai dengan yang diinginkan 3. Pasang disc pada masing-masing poros. 4. Atur beban tekan sesuai dengan yang diinginkan. 5. Sentuhkan ke dua disc dengan menggeser unit poros sebelah kanan

(kendurkan baut pengunci gerakan). 6. Hidupkan mesin dengan menekan tombol ON/OFF.

C. Pengujian Gear.

1. Pastikan bahwa sabuk pada poros specimen sebelah kanan sudah dilepas. 2. Atur kecepatan putaran poros specimen sebelah kiri sesuai dengan yang

diinginkan. 3. Pasang roda gigi yang akan diuji pada poros specimen. 4. Sentuhkan kedua roda gigi sesuai jarak diameter pitch. 5. Kencangkan baut pengunci gerakan. 6. Atur beban pengereman sesuai kebutuhan. 7. Hidupkan mesin dengan menekan tombol ON/OFF.

Keterangan: Gunakan lampiran E dan lampiran F untuk melihat posisi-posisi pengaturan.

POLBAN

RANCANG BANGUN ALAT UJI UNTUK SISTEM KONTAK...

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN ALAT UJI UNTUK SISTEM KONTAK...