Roda Gigi Mesin Bubut ( Hanafi Ahmar)

BAB I.

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pemilihan Roda Gigi

Roda Gigi merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk

mentransmisikan daya dan putaran, mereduksi dan mempercepat putaran.

Dibandingkan dengan elemen mesin yang lainnya yang juga dapat dipergunakan

untuk mentransmisikan daya dan putaran seperti sabuk dan rantai, maka roda gigi

memiliki kelebihan dan keunggulan tersendiri.

Roda gigi lebih ringkas dalam hal pemindahan daya dan putaran tinggi.

Konstruksinya sederhana jika dibandingkan dengan rantai yang dalam

pengoperasiannya relatif bising. Selain itu, akurasi pemindahan daya dan putaran

pada roda gigi lebih tinggi dibandingkan dengan sabuk dan rantai. Berdasarkan hal

tersebut, maka dapat dipahami jika roda gigi yang dipilih sebagai alat transmisi pada

mesin bubut ini.

Dari sekian banyak jenis roda gigi, roda gigi yang dipakai adalah jenis roda

gigi yang porosnya sejajar dan dipilih roda gigi lurus karena jalur roda gigi lurus

tidak akan menimbulkan reaksi yang sejajar poros. Tetapi roda gigi juga memiliki

kekurangan yang umumnya dijumpai pada saat operasionalnya, antara lain :

memerlukan ketelitian yang besar dalam hal pembuatan (produksi), pemasangan dan

pemeliharaan, dapat terjadi kerusakan pada salah satu giginya jika terjadi

pembebanan yang cukup besar, kurang efisien digunakan untuk transmisi daya

dengan jarak poros yang relatif jauh. Disamping roda gigi dapat mengalami

kerusakan yang berupa patah gigi ataupun permukaan tergores disebabkan pecahnya

selaput minyak pelumas. Biasanya kekuatan gigi terhadap lenturan dan tekanan

permukaan merupakan hal yang sangat penting dalam hal ini.

1

1.2 Tujuan

Adapun penulisan laporan ini bertujuan agar mahasiswa tahu dan

memahami cara kerja roda gigi serta mampu merancang roda gigi, mengetahui

elemen-elemen atau aksesoris sebuah roda gigi transmisi beserta fungsinya. Jenis

tegangan yang dialami oleh roda gigi, poros dan bantalan dan hal-hal lain yang

nantinya berhubungan dengan laporan roda gigi ini. Dengan merancang roda gigi ini

mahasiswa sudah biasa menerapkan teori-teori yang diperoleh dari mata kuliah

Elemen Mesin I & II.

1.3 Batasan Masalah

Lingkup dari perencanaan tulisan ini adalah perhitungan dan perencanaan

roda gigi transmisi pada mesin bubut type LN-1840 (Engine Lathe machine) yang

meliputi : mekanisme sistim tranmisi roda gigi, perancangan poros, perancangan roda

gigi, perancangan spline dan naaf serta perancangan bantalan.

Spesifikasi dari perancangan ini adalah :

Daya : 4,5 PS

Putaran : 1600 rpm

1.4 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas rancang roda gigi ini adalah :

a. Agar mahasiswa dapat merancang roda gigi.

b. Agar mahasiwa dapat memahami prinsip roda gigi.

c. Agar mahasiswa dapat menghitung ukuran – ukuran utama roda gigi dan rasio roda

gigi.

d. Agar mahasiswa memahami hubungan karakteristik bahan dan sifat yang

dibutuhkan dalam merancang suatu roda gigi.

2

1.5 Metodologi Perancangan

Perancangan roda gigi yang digunakan untuk mentransmisikan daya sebesar

4,5 PS dengan putaran 1600 rpm, dilakukan dengan urutan :

a. Perencanaan poros

b. Perencanaan roda gigi

c. Perencanaan spline dan naaf

d. Perencanaan bantalan

e. Penentuan temperatur kerja dan pelumasan.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fungsi Roda Gigi

Roda gigi merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk

menstransmisikan daya dan putaran, mereduksi dan mempercepat putaran. Dalam

dinamika permesinan roda gigi mempunyai kelebihan yang tidak dimiliki alat

transmisi lain, yakni : lebih ringkas, kemungkinan terjadi slip kecil, efisiensi mekanis

tinggi dan umur lebih panjang.

2.2 Klasifikasi Roda Gigi

Berdasarkan letaknya pada poros, roda gigi dapat dikelompokkan atas tiga bagian,

yaitu :

1. Roda gigi dengan poros sejajar

2. roda gigi dengan poros berpotongan

3. Roda gigi dengan poros silang

Klasifikasi roda gigi dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut :

Letak Poros Roda Gigi Keterangan

Roda Gigi dengan poros

sejajar

Roda gigi lurus

Roda gigi miring

Roda gigi miring ganda

Klasifikasi atras dasar

bentuk alur gigi.

Roda gigi luar

Roda gigi dalam dan

pinion

Batang gigi dan pinion

Klasifikasi atas dasar

bentuk dan gigi.

Roda gigi dengan poros Roda gigi kerucut lurus Klasifikasi atas dasar

4

berpotongan

Roda gigi kerucut spiral

Roda gigi kerucut tedol

Roda gigi kerucut miring

Roda gigi kerucut miring

ganda

bentuk jalur gigi.

Roda gigi permukaan

dengan poros berpotongan

Roda gigi dengan poros

berpotongan berbentuk

istimewa.

Roda dengan poros silang

Roda gigi miring silang

Batang gigi miring silang

Kontak tiitk

Gerakan lurus dan

berputar

Roda gigi cacing slindris

Roda gigi cacing selubung

ganda (globoid)

Roda gigi cacing

sampingan

Roda dengan poros silang

Roda gigi hyperboloid

Roda gigi hipoid

Roda gigi permukaan

silang

(Sumber : Sularso, hiyotetsu Suga “Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen

Mesin”)

2.2.1 Roda Gigi dengan Poros Sejajar

Roda gigi dengan poros sejajar memiliki gigi-gigi yang sejajar pada dua

bidang silinder dan dua bidang silinder tersebut bersinggungan yaitu satu

menggelinding pada ujung yang lain dengan sumbu tetap sejajar.

5

Roda Gigi Lurus ( Spurs Gear )

Merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur roda gigi sejajar poros.

Gambar 2.1 Roda Gigi Lurus

Roda Gigi Miring ( Helical Gear )

Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder

jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang saling

membuat kontak serentak (disebut perbandingan kontak) adalah lebig besar

daripada roda gigi lurus, sehingga perpindahan momen atau putaran melalui

gigi-gigi tersebut dapat berlansung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk

menstransmisikan putaran tinggi dan beban besar. Namun, roda gigi miring

memerlukan bantalan aksial dan kotak roda gigi yang besar dan kokoh, karena

jalur gigi yang berbentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar

dengan poros.

Gambar 2.2 Roda Gigi Miring

6

Roda Gigi Miring Ganda

Gaya aksial yang ditimbulkan pada gigi membentuk alur berbentuk V tersebut

akan saling meniadakan. Dengan roda gigi ini, perbandingan reduksi,

kecepatan keliling dan daya yang diteruskan dapat diperbesar tetapi

pembuatannya sukar.

Gambar 2.3 Roda Gigi Miring Ganda

Roda Gigi Dalam dan Pinion

Roda gigi ini dipakai jika diingini alat transmisi dengan ukuran kecil dengan

perbandingan reduksi besar karena pinyon terletak di dalam roda gigi.

Gambar 2.4 Roda Gigi Dalam

7

Batang Gigi dan Pinion

Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan antara batang gigi dan

pinyon digunakan untuk mengubah gerakan putar menjadi lurus atau

sebaliknya.

Gambar 2.5 Roda Gigi Pinyon dan Batang Gigi

2.2.2 Roda Gigi dengan Poros Berpotongan

Pada roda gigi ini, bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang

puncaknya terletak di titik potong sumbu poros.

1. Roda Gigi Kerucut Lurus

Dengan gigi lurus adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai.

Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena perbandingan kontaknya yang kecil

juga konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua

ujung porosnya.

8

Gambar 2.6 Roda Gigi Kerucut Lurus

2. Roda Gigi Kerucut Spiral

Karena mempunyai perbandingan kontak yang besar, maka roda gigi ini dapat

meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut poros kedua roda gigi ini

biasanya dibuat 900.

Gambar 2.7 Roda Gigi Kerucut Spiral

9

3. Roda Gigi Permukaan

Roda gigi ini sama halnya dengan roda gigi lurus yakni berisik karena

perbandingan kontak yang kecil. Roda gigi ini tidak cocok dipakai pada

putaran dan daya yang tinggi.

Gambar 2.8 Roda Gigi Permukaan

2.2.3 Roda Gigi dengan Poros Silang

1. Roda Gigi Cacing Slindris

Roda gigi ini mempunyai gigi cacing berbentuk silinder.

Gambar 2.9 Roda Gigi Cacing Slindris

10

2. Roda Gigi Gobloid (Cacing Gobloid)

Digunakan untukl gaya yang lebih besar karena perbandingan kontak yang

lebih besar.

Gambar 2.10 Roda Gigi Cacing Gobloid

3. Roda Gigi Hipoid

Roda gigi ini mempunyai jalur berbentuk spiral pada bidang jerucut yang

sumbunya bersilang. Pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung

secara meluncur dan menggelinding.

Gambar 2.11 Roda Gigi Hipoid

11

2.3 Nama-nama Bagian Roda Gigi dan Ukurannya.

Nama-nama bagian utama dari sebuah roda gigi terlihat dalam gambar berikut

:

Gambar 2.13 Nama-nama Bagian Roda Gigi

Adapun nama-nama bagian roda gigi lurus, antara lain :

- Lingkaran puncak (pitch circle) adalah suatu lingkaran teoritis terhadap mana

semua perhitungan biasa didasarkan. Lingkaran puncak atau lingkaran jaeak

bagi dari sepasang roda gigi saling bersinggungan satu sama lain. Pinion

adalah roda gigi terkecil yang diantara dua roda gigi yang berpasangan. Yang

lebih besar disebut roda gigi (gear).

- Jarak lengkung puncak (circular pitch) p, adalah jarak ddiukur pada lingkaran

puncak, dari satu titik pada sebuah gigi ke suatu titik yang berkaitan pada roda

gigi di sebelahnya. Jadi jarak lengkung puncak adalah sama dengan jumlah

tebal gigi (tooth thickness) dan lebar antara (width of space).

12

- Modul (module) m adalah perbandingan antara diameter puncak dengan

jumlah gigi. Satuan panjang yang biasa dipakai adalah milimeter. Modul

adalah indeks dari ukuran gigi pada standar SI.

- Diametral pitch (puncak diametral) P adalah perbandingan antara jumlah gigi

pada roda gigi dengan diameter puncak atau kebalikan dari modul. Karena

puncak diametral hanya menggunakan satuan Inggeris, dinyatakan dalam

jumlah gigi per inci.

- Addendum a adalah jarak radial antara bidang atas (top land) dengan

lingkaran puncak. Dedendum b adalah jarak radial dari bidang bawah (bottom

land) ke lingkaran puncak. Tinggi keseluruhan (whole depth) ht adalah jumlah

dedendum dan addendum.

- Lingkaran kebebasan (clearance circle) adalah lingkaran yang bersinggungan

dengan lingkaran addendum dari pasangan roda gigi tersebut. Kebebasan

(clearance) c adalah besaran yang disediakan dedendum bagi addendum dari

roda gigi pasangannya. Kibasan-punggung (back-lash) adalah besaran yang

diberikan oleh lebar antara dari satu roda gigi kepada tebal gigi dari roda gigi

pasangannya diukur pada lingkaran puncak.

13

2.4 Assembling

Gambar 2.14. Assembling

Keterangan Gambar :

1. Rotary head motor

2. Spline

3. Input Pinion

4. Roda Gigi Input

5. Roda Gigi Perantara Input

6. Roda Gigi Perantara Output

7. Roda Gigi Output

8. Spindel (Rod Drill)

9. Bantalan bola baris tunggal

10. Bantalan bola baris tunggal

14

2.4 Mekanisme Transmisi Roda Gigi

Dalam perencanaan ini, jenis roda gigi yang dipakai pada mesin bubut type

“LN-1840”, spesifikasi daya 4,5 PS dan putaran 1600 rpm dengan reduksi 1 : 0,9375

adalah roda gigi lurus.

Tidak seperti pada kendaraan otomotif, dimana variasi putaran diatur dengan

cara menggerakkan tuas untuk memutus atau menyambung putaran roda gigi yang

diinginkan, pada mesin bubut ini variasi putaran hanya dilakukan pada elektromotor

dan rotary head motor, sehingga keempat roda gigi selalu dalam keadaan tetap.

Putaran yang dihasilkan dari elektromotor diteruskan ke input pinion melalui

spline. Pada input pinion terdapat roda gigi input yang meneruskan putaran ke roda

gigi perantar input yang menyebabkan momen puntir bertambah. Putaran Roda gigi

perantara input menyebabkan roda gigi perantara output ikut berputar karena berada

dalam poros yang sama dengan roda gigi perantara input, yaitu pada poros perantara.

Kemudian putaran diteruskan ke roda gigi output yang menyebabkan momen puntir

bertambah lagi.

Roda gigi output yang berada tegak lurus poros kemudian memutar poros

output (spindel) melalui hubungan spline dan naaf. Roda diikatkan ke dalam spindle

sehingga roda ikut berputar. Karena pada ujung roda diberi mata pahat, maka proses

penakanan spesimen berlangsung dengan sendirinya serta dapat diatur dengan

menggunakan excapator oleh operator.

15

BAB III

PERENCANAAN POROS

Poros merupakan salah satu komponen terpenting dalam mesin yaitu suatu

bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang

elemen-elemen pemindah daya, seperti : Roda gigi, Pulley, Flywheel dan sebagainya.

Hampir setip mesin meneruskan daya dan putaran melalui poros.

3.1. Jenis-Jenis Poros.

Poros dapat dibedakan atas beberapa bagian menurut pembebanannya, yaitu:

a. Poros Transmisi.

Digunakan untuk memindahkan daya melalui; Kopling, Roda gigi, Pulley,

Sabuk atau Sproket dan Rantai. Poros ini menerima beban puntir dan beban

lentur.

b. Poros Spindel

Merupakan poros transmisi yang pendek dan digunakan memindahkan gaya

pada poros utama mesin perkakas. Beban utama berupa puntiran dan

deformasi yang terjadi pada poros harus kecil.

c.Poros Gandar

Poros Gandar ini tidak berputar dan beban utamanya adalah lenturan atau

lendutan.

Adapun jenis poros yang akan dirancang meliputi: perancangan poros pernggerak

atau poros input, poros perantara, dan poros spindle atau poros output.

16

3.2. Perencanaan Poros Input

Jenis poros yang direncanakan adalah poros yang digunakan pada Mesin

Bubut dengan daya yang ditransmisikan adalah : P = 4,5 PS dan Putaran : n = 1600

rpm.

Sehingga :

N = 4,5 x 0,735

= 3,31 kW

Perencanaan Daya rencana diperoleh dari rumus :

Pd = P.fc ………………………………………….………..(3.1)

Dimana :

Pd = Daya rencana (kW)

P = Daya keluaran motor penggerak (kW)

fc = Faktor koreksi

Ada beberapa jenis faktor koreksi sesuai dengan daya yang akan ditransmisikan sesuai dengan Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Jenis – jenis faktor koreksi berdasarkan daya yang akan ditransmisikan

Daya yang akan ditransmisikan factor koreksi (fc)

Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 - 2.0

Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 1,2

Daya normal 1,0 - 1,5

Sumber: Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso & Kiyokatsu Suga,

Hal. 7

17

Untuk momen torsi yang aman terhadap puntiran, maka factor koreksi yang dipilih

adalah daya maksimum yang diperlukan, dalam hal ini dipilih fc = 1

Sehingga daya rencana (Pd) adalah :

Pd = P . fc

= 1,0 x 3,31 kW

= 3,31 kW

Akibat daya dan putaran akan menimbulkan Momen puntir/Torsi sebesar :

Mt = 9,74.10 ………………………………………… (3.2)

= 9,74.10

= 2014,9625 Kg.mm

3.2.1. Bahan Poros

Dalam perancangan ini, poros input dibuat bersatu dengan roda gigi input (input pinion). Sehingga dalam memilih bahan untuk poros ini kita ambil dari tabel bahan roda gigi sebagai berikut:

Tabel 3.2. Tegangan lentur diijinkan pada bahan roda gigi

Kelompok bahan

Lambang bahan

Kekuatan tarikσB (kg/mm2)

Kekerasan (Brinnel)HB

Tegangan lentur yang dijinkanσa (kg/mm2)

Besi cor

FC 15 15 140 ÷ 160 7FC 20 20 160 ÷ 180 9FC 25 25 180 ÷ 240 11FC 30 30 190 ÷ 240 13

Baja corSC 42 42 140 12SC 46 46 160 19SC 49 49 190 20

Baja karbon untuk konstruksi

S 25 C 45 123 ÷ 183 21S 35 C 52 149 ÷ 207 26S 45 C 58 167 ÷ 229 30

18

mesin

Baja paduan dengan pengerasan kulit

S 15 CK 50400 (dicelup dingin dalam minyak)

30

SNC 21 80 600 (dicelup dingin dalam air)

35 ÷ 40

SNC 22 100 40 ÷ 55

Baja khrom nikel

SNC 1 75 212 ÷ 255 35 ÷ 40SNC 2 85 248 ÷ 302 40 ÷ 60SNC 3 95 269 ÷ 321 40 ÷ 60

Perunggu 18 85 5Logam delta 35 ÷ 60 - 10 ÷ 20Perunggu fosfor (coran)

19 ÷ 30 80 ÷ 100 5 ÷ 7

Perunggu nikel (coran)

64 ÷ 90 180 ÷ 260 20 ÷ 30

Damar phenol, dll

3 ÷ 5

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso dan Kiyokatsu Suga, halaman 241

Dari tabel 3.2. kita pilih bahan poros input dari baja khrom nikel SNC 2 dengan kekuatan tarik b = 85 kg/mm2. Tegangan geser ijin untuk bahan ini dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

……………………………………………………………

(3.3)

Dimana:

τa = tegangan geser ijin bahan (kg/mm2)σB = kekuatan tarik bahan (kg/mm2)Sf1 = faktor keamanan untuk batas kelelahan puntir yang harganya 5,6

untuk bahan S-F dan 6,0 untuk bahan S-CSf2 = faktor keamanan akibat pengaruh konsentrasi tegangan seperti

adanya alur pasak pada poros, harganya 1,3÷3,0

19

Dari data di atas untuk bahan S-C dipilih harga Sf1 = 6,0 dan harga Sf2 = 2,0 karena terdapat alur spline pada poros dan pada poros dibentuk roda gigi input. Maka diperoleh:

= = 7,0833

Untuk menghitung diameter poros , ditentukan dengan persamaan :

dp = ( ) ……………………………………… (3.4)

Dimana :

dp = diameter poros (mm)Kt = faktor koreksi terhadap momen puntir yang besarnya:

1,0 jika beban dikenakan halus1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan1,5 – 3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan

Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur atau tidak yang harganya:1,0 jika tidak terjadi beban lentur 1,2-2,3 jika terjadi beban lentur

Mt = momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm).

Karena diperkirakan terjadi beban lentur akibat pembebanan roda gigi,

diambil harga Cb = 1,7. Untuk harga Kt diambil harganya 1 karena diperkirakan tidak

terjadi beban kejut pada poros, sehingga :

dp = ( )

= 13,96 mm

= 14 mm

20

3.2.2. Kekuatan Poros Penggerak

Untuk memeriksa apakah poros yang dipilih aman, maka dihitung tegangan

geser yang timbul, yang besarnya :

τg = ……………………………………………………………(3.5)

= = 3,7417

Dari hasil perhitungan di atas, dapat dilihat bahwa tegangan puntir yang terjadi lebih

kecil dari tegangan puntir yang diijinkan (7,0833 kg/mm2) sehingga dapat

disimpulkan bahwa poros input yang direncanakan cukup aman.

3.3. Perencanaan Poros Perantara

Poros perantara mempunyai putaran yang lebih lambat dibandingkan dengan

poros input. Dalam hal ini perbandingan putaran poros input dengan poros perantara

yang direncanakan ( i ) adalah 1,5

Maka momen torsi yang dialami poros perantara adalah :

Mt = 9,74.10 i ………………………………(3.6)

Mt = 9,74 . 10

= 3022,4437 Kg.mm

3.3.1 Bahan Poros

21

Poros perantara dibuat bersatu dengan roda gigi perantara sehingga dalam memilih bahan untuk poros ini kita ambil dari tabel bahan roda gigi sebelumnya. Dari tabel 3.2. kita pilih bahan poros perantara dari baja khrom nikel SNC 2 dengan kekuatan tarik b = 85 kg/mm2. Dari data sebelumnya untuk bahan S-C dipilih faktor keamanan Sf1 = 6,0 dan Sf2= 2,0 karena roda gigi perantara dibentuk pada poros perantara ini. Maka tegangan geser izin poros (τg ) adalah :

= ……………………………………………(3.7)

= = 7,0833

Diameter poros perantara dapat dihitung berdasarkan persamaan:

dp = ( ) ………………………………………(3.8)

dimana:

dp = diameter poros (mm) Kt = faktor koreksi terhadap momen puntir diambil sebesar 1,0 Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur

harganya diambil sebesar 1, 7 Mt = momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm).

Maka:

dp = ( )

= 15,86 mm ( diambil dp =16 mm).

3.3.2. Pemeriksaan Kekuatan Poros Perantara.

22

Tegangan geser yang timbul (τg ) adalah :

τg = = =3,7600

Sehingga diperoleh > τg, maka poros perantara cukup aman terhadap tegangan

geser.

3.4. Perencanaan Poros Spindel

Poros spindel mempunyai putaran yang lebih besar dibandingkan dengan

poros perantara yaitu 1600 rpm.

Maka momen torsi yang dialami poros spindel adalah :

Mt = 9,74.10 ………………………………………………..(3.9)

Mt = 9,74 . 10

= 2014,9625 Kg.mm

3.4.1 Bahan Poros Spindel

Karena momen torsi yang terjadi lebih besar, maka poros spindel dibuat dari

bahan yang mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar dari bahan poros perantara.

Maka dipilih bahan poros spindel adalah baja khrom nikel SNC 3 dengan kekuatan

tarik: b = 95 kg/mm2. Dengan mengambil harga factor keamanan : Sf1 = 6,0 dan

Sf2 = 2,0. Maka tegangan geser izin poros (τg ) adalah :

=

= = 7,9167

23

Diameter poros spindel adalah :

dp = ( ) ……………… ( 3.10 )

dimana:

dp = diameter poros (mm)Kt = faktor koreksi terhadap momen puntir diambil sebesar 2,0Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur

harganya diambil sebesar 2,0 Mt = momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm).

= ( )

= 17,84 mm ( diambil dp =18 mm).

3.4.2. Pemeriksaan Kekuatan Poros Spindel

Tegangan geser yang timbul (τg ) adalah :

τg = = =1,7605

Sehingga diperoleh > τg, maka poros spindel cukup aman terhadap tegangan geser.

BAB IV

PERENCANAAN RODA GIGI

Roda gigi pada tugas rancang ini terdiri dari roda gigi yang terdapat pada

poros input (dengan memperhatikan assembly roda gigi) yaitu roda gigi input, roda

gigi yang berada poros perantara yang terdiri dari roda gigi perantara input, roda gigi

24

perantara output, dan roda gigi output. Semua roda gigi dalam perancangan ini

merupakan roda gigi lurus dengan bentuk gigi standar yaitu tipe roda gigi involut

dengan sudut kemiringan gigi 200.

Perancangan roda gigi ini akan meliputi perancangan ukuran – ukuran utama

dari roda gigi input, roda gigi perantara input, roda gigi perantara output, dan roda

gigi output dan pemeriksaan kekuatannya.

4.1. Pemilihan Bahan Roda Gigi

Bahan roda gigi input dan perantara dibuat sama dengan bahan poros input

dan perantara karena roda gigi tersebut bersatu dengan kedua poros tersebut, yaitu

dari bahan baja khrom nikel SNC 2 dengan kekuatan tarik σb = 85 kg/mm2. Kekuatan

lentur ijin σa = 50 kg/mm2 dan kekerasan 300 BHN (sesuai dengan tabel 3.2.).

Sedangkan roda gigi pada poros output terdiri dari bahan yang sama dengan bahan

roda gigi input dan perantara ini agar ketika bekerja dengan tegangan kerja terbagi

merata pada kedua roda gigi yang melakukan kontak sehingga dapat dihindari

terjadinya konsentrasi tegangan.

4.2. Perancangan Roda Gigi Input dan Roda Gigi Perantara Input

4.2.1. Ukuran Utama Roda Gigi Input dan Gigi Perantara Input

Pada perencanaan roda gigi input dan perantara input ini ditetapkan jarak

antar sumbu utama (poros utama dan poros perantara) sebesar a = 80 mm. Jarak ini

25

juga akan dipakai pada perancangan roda gigi berikutnya. Selain itu juga ditetapkan

reduksi putaran input ke roda gigi perantara input sebesar i = 1,5.

Diameter jarak bagi sementara untuk roda gigi input dapat dicari dengan

menggunakan persamaan:

………………………………………………………..( 4.1 )

dimana :

D = diameter roda gigi input (mm)

a = jarak poros (mm)

i = perbandingan jumlah gigi

maka diameter roda gigi input :

Karena reduksi putaran input ke roda gigi perantara = 1.5, maka diameter

lingkaran jarak bagi roda gigi perantara input adalah:

Pemilihan modul pada rancangan ini didasarkan pada putaran poros input dan

juga daya rencana poros input . Dimana untuk putaran poros input 1600 rpm dan daya

rencana 3,31 kW, diperoleh modul m = 1,5. Jadi, modul yang diambil adalah m = 1,5.

Berdasarkan nilai modul tersebut, dapat diperoleh jumlah gigi masing –

masing roda gigi menggunakan persamaan :

…………………………………………………………( 4.2 )

26

Dimana :

z = jumlah gigi

D = Diameter roda gigi (mm)

m = modul roda gigi

maka jumlah gigi untuk roda gigi input:

Jumlah gigi untuk roda gigi perantara

Selanjutnya akan dihitung kecepatan keliling dari roda gigi dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut:

……………………………………………………( 4.3 )

dimana :

V = kecepatan keliling (m/s)

Di = diameter pinyon, dalam hal ini diameter roda gigi input (mm)

ni = putaran pinyon, dalam hal ini putaran poros input (rpm)

Maka diperoleh kecepatan keliling sebagai berikut:

27

Besarnya gaya tangensial yang dialami roda gigi adalah:

…………...………………………………………..( 4.4 )

dimana:

Ft = gaya tangensial roda gigi (kg)

Pd = daya perencanaan (kW)


Sehingga diperoleh gaya tangensial sebagai berikut:

Besarnya beban lentur per satuan lebar sisi dapat dihitung dengan


……………………………………………( 4.5 )

dimana:

Fb’ = beban lentur per satuan lebar sisi (kg/mm)

σa = kekuatan lentur ijin bahan, dari tabel 3.2. sebesar 50 kg/mm2

m = modul roda gigi (mm)

Y = faktor bentuk gigi, yang dapat dilihat pada tabel 4.1.

fV = faktor dinamis, yang besarnya tergantung besar kecepatan, dapat

dilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.1. Faktor bentuk gigi

Jumlah gigiY

Jumlah gigiY

Z Z

10 0,201 27 0,349

11 0,226 30 0,358

12 0,245 34 0,371

28

13 0,261 38 0,383

14 0,276 40 0,3882

15 0,289 43 0,396

16 0,295 50 0,408

17 0,302 60 0,421

18 0,308 64 0,424

19 0,314 75 0,434

20 0,320 100 0,446

21 0,327 150 0,459

23 0,333 300 0,471

25 0,339 Batang gigi 0,484

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin,

Sularso dan Kiyokatsu Suga. Halaman 240

Tabel 4.2. Faktor dinamis fV

Kecepatan rendah V = 0,5 ÷ 10 m/sV

fV

3

3

Kecepatan sedang V = 5 ÷ 20 m/sV6

6fV

Kecepatan tinggi V = 20 ÷ 50 m/sV5,5

5,5fV

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso dan Kiyokatsu

Suga. Halaman 240

Dari interpolasi tabel 4.1, tampak bahwa faktor bentuk gigi untuk roda gigi

input (zi = 43) adalah sebesar Y = 0,396 sedangkan untuk jumlah gigi untuk roda gigi

perantara (zpi = 64), faktor bentuk gigi adalah sebesar Y =0,424.

Sedangkan faktor dinamis fV dipilih untuk kecepatan V di antara 0,5÷10 m/s

maka diperoleh:

29

Sehingga diperoleh beban lentur per satuan lebar sisi untuk masing – masing

roda gigi input dan roda gigi perantara input adalah sebagai berikut:

Untuk roda gigi input:

Untuk roda gigi perantara input:

Jika tekanan antara sesama permukaan gigi terlalu besar, gigi akan mengalami

keasusan dengan cepat. Selain itu, permukaan gigi juga akan mengalami kerusakan

karena keletihan oleh beban berulang. Dengan demikian maka tekanan yang

dikenakan pada permukaan gigi, atau kapasitas pembebanan permukaan harus

dibatasi. Cara yang digunakan untuk membatasi yakni dengan menghitung beban

permukaan yang diijinkan per satuan lebar permukaan gigi (FH’) dengan


………………………………………( 4.6 )

dimana:

FH’ = beban permukaan yang diijinkan per satuan lebar (kg/mm)

fV = faktor dinamis

d01 = diameter jarak bagi roda gigi penggerak (mm)

z1,z2 = jumlah gigi roda gigi penggerak dan yang digerakkan

30

kH = faktor tegangan kontak, yang dapat dilihat pada tabel 4.3.

Tabel 4.3. Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi

Bahan roda gigi (Kekerasan HB) kH

(kg/

mm2)

Bahan roda gigi (Kekerasan

HB) kH

(kg/mm2)Pinyon Roda gigi besar Pinyon

Roda gigi

besar

Baja ( 150 ) Baja ( 150) 0,027 Baja ( 400 ) Baja ( 400 ) 0,311





Baja ( 300 ) Baja ( 200) 0,086 Baja ( 150 ) Besi cor 0,039



Baja ( 350 ) Baja ( 250) 0,130 Baja ( 300 ) Besi Cor 0,139

Baja ( 300 ) Baja ( 300) 0,130 Baja ( 150 )Perunggu

fosfor0,041


fosfor0,082


fosfor0,135

Baja ( 350 ) Baja ( 350) 0,182 Besi cor Besi cor 0,188

Baja ( 400 ) Baja ( 350) 0,210 Besi cor nikel Besi cor nikel 0,186

Baja ( 500 ) Baja ( 350) 0,226 Besi cor nikelPerunggu

fosfor0,155

31

Sumber: Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso & Kiyokatsu

Suga, Hal. 243

Dari tabel 4.3. di atas tampak bahwa untuk bahan roda gigi pinyon dan roda

gigi besar dari baja dengan kekerasan 300 BHN untuk masing – masing roda gigi,

sesuai dengan bahan roda gigi yang telah kita pilih pada bagian sebelumnya, maka

diperoleh harga faktor tegangan kontak sebesar kH = 0,13. Maka beban permukaan

yang diijinkan per satuan lebar diperoleh sebagai berikut:

Untuk menghitung lebar sisi roda gigi, kita perhatikan dua macam

perhitungan yang telah dilakukan yaitu perhitungan lenturan (Fbi’ dan Fbpi’) dan

perhitungan tekanan permukaan (FH’). Lebar sisi yang diperlukan dihitung atas dasar

per satuan lebar yang terkecil. Dari perhitungan sebelumnya diperoleh Fbpi’ > Fbi’ >

FH’. Sehingga beban per satuan lebar yang dipakai adalah beban permukaan per

satuan lebar sisi (FH’) maka diperoleh lebar sisi sementara sebagai berikut:

Kemudian pemeriksaan dilakukan dengan membandingkan lebar sisi

sementara ini dengan modul sehingga diperoleh harga yang besarnya harus

diantara 6 – 10. Jika tidak perhitungan di atas semuanya diulang kembali dengan

mengganti modul, atau bahan dan perlakuan panasnya yang digunakan. Maka

dilakukan pemeriksaan sebagai berikut:

32

= 12 maka nilai perbandingan sesuai, yaitu diantara 8-14

Karena harga (6 < 12 < 14 ) maka lebar sisi 14 mm dapat diterima.

Maka spesifikasi roda gigi input dan perantara input sebagai berikut:

a. Modul : m = 1,5

b. Jumlah gigi roda gigi input : zi = 43

c. Jumlah gigi roda gigi perantara input : zpi = 64

d. Diameter jarak bagi roda gigi input : Di = 64 mm

e. Diameter jarak bagi roda gigi perantara input : Dpi = 96 mm

f. Lebar sisi roda gigi : b = 18 mm

g. Kelonggaran puncak : Ck=0,25 x m= 0,25×1,5= 0,375 mm

h. Tinggi kepala gigi (Adendum) : hk = m = 1,5 mm

i. Tinggi kaki gigi (Dedendum) : hf =m + Ck= 1,5+0,375 = 1,87 mm

j. Tinggi gigi : h =hk + hf= 1,5+1,87 =3,375 mm

k. Diameter lingkar kepala roda gigi input : Doi = (zi+2)m= (43+2)1,5= 67,5 mm

l. Diameter lingkar kepala roda gigi perantara input : Dopi=(zpi+2)m=(64+2)1,5= 99 mm

m. Diameter lingkar dasar roda gigi input : Dii = zi.m.cosαo=(43.1,5.cos20)

= 60,6 mm

n. Diameter lingkar dasar roda gigi perantara input : Dipi= z pi.m.cosαo=(64.1,5.cos20)

= 90,2 mm

o. Tebal gigi : t = = =2,355mm

4.2.2 Pemeriksaan Kekuatan

Pada saat beroperasi, roda gigi akan mengalami tegangan lentur akibat gaya

tangensial. Gigi merupakan bagian yang mengalami pembebanan paling kritis

sehingga pemeriksaan kekuatan didasarkan pada kekuatan gigi. Yaitu dengan

membandingkan tegangan lentur yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan lentur

33

ijin bahan. Tegangan lentur ijin bahan roda gigi yaitu SNC 2 adalah σa = 50 kg/mm2.

Sedangkan tegangan lentur yang terjadi adalah :

…………………………………………………….( 4.7 )

Dimana :

σt = tegangan lentur yang terjadi (kg/mm2)

Ft = gaya tangensial pada roda gigi (kg)

h = tinggi gigi (mm) = 3,375 mm

b = lebar sisi roda gigi = 12 (mm)

t = tebal gigi = 2,355 mm

Maka tegangan lentur yang terjadi adalah :

Jadi tampak bahwa tegangan lentur yang terjadi lebih kecil dari tegangan lentur ijin

bahan (σt < σa) sehingga rancangan telah aman.

4.3. Perancangan Roda Gigi Output dan Roda Gigi Perantara Output

4.3.1. Ukuran Utama Roda Gigi Output dan Roda Gigi Perantara Output

a) Putaran roda gigi output (putaran spindel) : 1600 rpm

b) Putaran roda gigi perantara output

34

Maka perbandingan reduksi putaran roda gigi perantara ouput dan output

adalah:

Pada perencanaan roda gigi output dan perantara output ini ditetapkan jarak

antar sumbu utama (poros output dan poros perantara) sebesar a = 70 mm. Diameter

jarak bagi sementara untuk roda gigi perantara output dapat dicari dengan

menggunakan persamaan:

……………………………………..( 4.8 )

Maka diameter lingkaran jarak bagi roda gigi output adalah:

Berdasarkan nilai modul pada rancangan sebelumnya yaitu m = 1,5 ,

diperoleh jumlah gigi masing – masing roda gigi sebagai berikut:

35

Maka diameter roda gigi output yang sebenarnya adalah:

Selanjutnya akan dihitung kecepatan keliling dari roda gigi dengan


…………………………………………………( 4.9 )

dimana :


Dpo = diameter pinyon, dalam hal ini diameter roda gigi perantara output

(mm)

npo = putaran pinyon, dalam hal ini putaran poros perantara (rpm)

Maka diperoleh kecepatan keliling sebagai berikut:

Besarnya gaya tangensial yang dialami roda gigi adalah:

dimana:

Ft = gaya tangensial roda gigi (kg)

Pd = daya perencanaan (kW)


Sehingga diperoleh gaya tangensial sebagai berikut:

36

Besarnya beban lentur per satuan lebar sisi dapat dihitung dengan


……………………………………………( 4.10 )

dimana:

Fb’ = beban lentur per satuan lebar sisi (kg/mm)

σa = kekuatan lentur ijin bahan, dari tabel 3.2. sebesar 50 kg/mm2

m = modul roda gigi (mm)

Y = faktor bentuk gigi, yang dapat dilihat pada tabel 4.1.

fV = faktor dinamis, yang besarnya tergantung besar kecepatan, dapat

dilihat pada tabel 4.2.

Dari tabel tampak bahwa faktor bentuk gigi untuk zpo = 56 adalah sebesar Y =

0,416 sedangkan untuk jumlah gigi zo = 36, faktor bentuk gigi adalah sebesar Y

=0,377.

Sedangkan faktor dinamis fV dipilih untuk kecepatan V di antara 0,5÷10 m/s

maka diperoleh:

Sehingga diperoleh beban lentur per satuan lebar sisi untuk masing – masing

roda gigi output dan roda gigi perantara output adalah sebagai berikut:

Untuk roda gigi perantara output:

Untuk roda gigi output:

37

Jika tekanan antara sesama permukaan gigi terlalu besar, gigi akan mengalami

keasusan dengan cepat. Selain itu, permukaan gigi juga akan mengalami kerusakan

karena keletihan oleh beban berulang. Dengan demikian maka tekanan yang

dikenakan pada permukaan gigi, atau kapasitas pembebanan permukaan harus

dibatasi. Cara yang digunakan untuk membatasi yakni dengan menghitung beban

permukaan yang diijinkan per satuan lebar permukaan gigi (FH’) dengan


……………………………………….( 4.11 )

dimana:

FH’ = beban permukaan yang diijinkan per satuan lebar (kg/mm)

fV = faktor dinamis

d01 = diameter jarak bagi roda gigi penggerak (mm)

z1,z2 = jumlah gigi roda gigi penggerak dan yang digerakkan

kH = faktor tegangan kontak, yang dapat dilihat pada tabel 4.3.

Dari tabel 4.3. di atas tampak bahwa untuk bahan roda gigi pinyon dan roda

gigi besar dari baja dengan kekerasan 300 – 300 BHN masing – masing, sesuai

dengan bahan roda gigi yang telah kita pilih pada bagian sebelumnya, maka diperoleh

harga faktor tegangan kontak sebesar kH = 0,130. Maka beban permukaan yang

diijinkan per satuan lebar diperoleh sebagai berikut:

Untuk menghitung lebar sisi roda gigi, kita perhatikan dua macam

perhitungan yang telah dilakukan yaitu perhitungan lenturan (Fbo’ dan Fbpo’) dan

perhitungan tekanan permukaan (FH’). Lebar sisi yang diperlukan dihitung atas dasar

per satuan lebar yang terkecil. Dari perhitungan sebelumnya diperoleh Fbo’ > Fbpo’ >

FH’.

38

Sehingga beban per satuan lebar yang dipakai adalah beban permukaan per

satuan lebar sisi (FH’) maka diperoleh lebar sisi sementara sebagai berikut:

Kemudian pemeriksaan dilakukan dengan membandingkan lebar sisi

sementara ini dengan modul sehingga diperoleh harga yang besarnya harus

diantara 6 – 10. Jika tidak perhitungan di atas semuanya diulang kembali dengan

mengganti modul, atau bahan dan perlakuan panasnya yang digunakan. Maka

dilakukan pemeriksaan sebagai berikut:

Karena harga (6 < 9,33 < 10 ) ,maka lebar sisi 10 mm dapat

diterima.

Maka spesifikasi roda gigi perantara output dan output sebagai berikut:

a. Modul : m = 1,5

b. Jumlah gigi roda gigi output : zo = 36

c. Jumlah gigi roda gigi perantara output : zpo = 56

d. Diameter jarak bagi roda gigi output : Do = 53 mm

e. Diameter jarak bagi roda gigi perantara output : Dpo = 84 mm

f. Lebar sisi roda gigi : b = 14 mm

g. Kelonggaran puncak : Ck =0,25 m = 0,25 × 1,5

= 0,375 mm

h. Tinggi kepala gigi (Adendum) : hk = m = 1,5 mm

39

i. Tinggi kaki gigi (Dedendum) : hf = m + Ck= 1,5 + 0,375

= 1,875 mm

j. Tinggi gigi : h =hk + hf = 1,5 + 1,875

= 3,375 mm

k. Diameter lingkar kepala roda gigi output : Doo = (zo+2)m= (36+2)x1,5

= 57 mm

l. Diameter lingkar kepala roda gigi perantara output: Dopo = (zpo+2)m = (56 + 2)x1,5

= 87 mm

m. Diameter lingkar dasar roda gigi output : Dio = zo.m.cosαo= 36.1,5.cos20

= 50,7 mm

n. Diameter lingkar dasar roda gigi perantara output: Dipo=zpo.m.cosαo= 56.1,5.cos20

= 78,93 mm

o. Tebal gigi : t = = =2,35 mm

4.3.2.Pemeriksaan Kekuatan

Pada saat beroperasi, roda gigi akan mengalami tegangan lentur akibat gaya

tangensial. Gigi merupakan bagian yang mengalami pembebanan paling kritis

sehingga pemeriksaan kekuatan didasarkan pada kekuatan gigi. Yaitu dengan

membandingkan tegangan lentur yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan lentur

ijin bahan. Tegangan lentur ijin bahan roda gigi yaitu SNC 2 adalah σa = 50 kg/mm2.

Sedangkan tegangan lentur yang terjadi adalah :

……………………………………………………( 4.12 )

Dimana :

σt = tegangan lentur yang terjadi (kg/mm2)

Ft = gaya tangensial pada roda gigi (kg)

h = tinggi gigi (mm) = 3,375 mm

40

b = lebar sisi roda gigi = 10 (mm)

t = tebal gigi = 2,35 mm

Maka tegangan lentur yang terjadi adalah :

Jadi tampak bahwa tegangan lentur yang terjadi lebih kecil dari tegangan

lentur ijin bahan (σt < σa) yaitu 18,71 kg/mm2 < 50 kg/mm2sehingga rancangan telah

aman. .

BAB V

PERANCANGAN SPLINE DAN NAAF

5.1. PERANCANGAN SPLINE

Pada dasarnya fungsi spline adalah sama dengan pasak, yaitu meneruskan daya

dan putaran dari poros ke kompone-komponen lain yang terhubung dengannya,

ataupun sebaliknya. Perbedaannya adalah spline menyatu atau menjadi bagian dari

poros sedangkan pasak merupakan komponen yang terpisah dari poros dan

memerlukan alur pada poros untuk pemasangannya. Selain itu jumlah spline pada

suatu konstruksi telah tertentu berdasarkan standar SAE, sedangkan jumlah pasak

ditentukan sendiri oleh perancangnya. Hal ini menyebabkan pemakaian spline lebih

41

menguntungkan dilihat dari segi penggunaannya karena sambungannya lebih kuat

dan beban puntirnya merata di seluruh bagian poros dibandingkan dengan pasak yang

akan menimbulkan konsentrasi tegangan pada daerah di mana pasak dipasang.

Untuk pemakaian spline pada kenderaan bermotor, mesin perkakas dan mesin

produksi, perhitungannya dilakukan berdasarkan standar dari SAE (Society of

Automotive Engineering). Simbol – simbol yang digunakan dalam standarisasi ini

adalah sebagai berikut:

Gambar 5.1. Spline

Dimana: D = diameter luar spline (mm)

d = diameter dalam spline (mm)

h = tinggi spline (mm)

w = lebar spline (mm)

L = panjang spline (mm)

Ukuran spline untuk berbagai kondisi operasi telah ditetapkan dalam standar

SAE dan dapat dilihat pada Tabel 5.1 berikut ini.

Tabel 5.1. Spesifikasi spline untuk berbagai kondisi operasi (standar SAE)

Number

of

Splines

Permanent FitTo Slide When not

Under Load

To Slide When

Under LoadAll Fits

H D H D h d w

42

4 0,075D 0,850D 0,125D 0,750D - - 0,241D

6 0,050D 0,900D 0,075D 0,850D 0,100D 0,800D 0,250D

10 0,045D 0,910D 0,070D 0,860D 0,095D 0,810D 0,156D

16 0,045D 0,910D 0,070D 0,860D 0,095D 0,810D 0,098D

Sumber : Kent’s, Mechanical Engineering Handbook, Halaman 15-15

Pada rancangan roda gigi ini spline terdapat pada poros input (input pinion)

dan poros output. Spline ini merupakan spline alur dalam. Pada poros input, spline

berfungsi menghubungkan dan meneruskan putaran dari poros input elektromotor ke

input pinion. Sedangkan pada poros output, spline menghubungkan atau meneruskan

putaran dari roda gigi output ke poros output.

5.1.1. PEMILIHAN BAHAN SPLINE

Karena spline menyatu dengan poros maka bahan spline sama dengan bahan

poros. Sehingga spline pada poros input juga terbuat dari bahan baja khrom nikel

SNC 2 dengan tegangan geser ijin 7,0833 kg/mm2 sedangkan spline pada poros

output juga terbuat dari baja karbon SNC 3 dengan tegangan geser ijin 7,9167

kg/mm2.

5.1.2. PERANCANGAN SPLINE PADA POROS INPUT

Spline pada poros input menghubungkan poros input elektromotor dengan

input pinion. Pada saat beroperasi tidak ada pergeseran (slide) yang terjadi pada

spline. Untuk itu dari tabel 5.1. dpilih spline jenis “permanent fit” , dengan jumlah

spline 10 buah. Berikut ini adalah ukuran – ukuran utama spline pada poros ini.

Karena spline disini merupakan alur dalam maka diameter luar spline adalah

diameter poros input atau di = 14 mm. Maka diameter luar spline adalah:

43

Tinggi spline adalah:

Lebar spline adalah:

Maka jari – jari rata – rata spline adalah:

Sedangkan panjang spline diperoleh dari

Besarnya gaya yang bekerja pada spline diperoleh dari:

di mana:

T = momen puntir yang bekerja pada poros, dari perhitungan pada Bab 3

diperoleh sebesar 2014,9625 kg-mm

F = gaya yang bekerja pada spline (kg)

44

rm = jari-jari rata-rata spline (mm).

Maka diperoleh:

5.1.3. PERANCANGAN SPLINE PADA POROS OUTPUT

Spline pada poros output ini meneruskan putaran dari roda gigi output ke

poros output. Pada saat beroperasi tidak ada pergeseran (slide) yang terjadi pada

spline. Untuk itu dari tabel 5.1. dipilih spline jenis “permanent fit” dengan jumlah

spline 10 buah.

Karena spline di sini merupakan alur luar maka diameter dalam spline adalah

diameter poros output. Pada bagian spline ini, poros mengalami pembesaran di mana

ukuran diameter dalam yang digunakan sebesar do = 17 mm. Sehingga diperoleh

ukuran – ukuran utama sebagai berikut:

Maka jari – jari rata – rata spline adalah:

Sedangkan panjang spline diperoleh dari

45

Besarnya gaya yang bekerja pada spline:

5.1.4. PEMERIKSAAN KEKUATAN SPLINE

Pada bagian ini, pemeriksaan kekuatan spline dilakukan pemeriksaan terhadap

tegangan geser dan tegangan tumbuk. Pemeriksaan dilakukan dengan

membandingkan tegangan yang terjadi dengan tegangan ijin bahan. Dimana tegangan

geser atau tumbuk yang timbul pada spline tidak boleh melebihi tegangan geser dan

tegangan tumbuk ijin bahan spline.

Pemeriksaan kekuatan spline pada poros input dilakukan sebagai berikut.

Tegangan geser yang timbul pada spline:

Tegangan tumbuk yang timbul pada spline dapat diperoleh dari:

Sedangkan tegangan tumbuk ijin bahan spline yaitu baja khrom nikel SNC 2

diperoleh dengan:

46

Jadi tampak bahwa tegangan geser dan tumbuk yang timbul, jauh lebih kecil

dari tegangan geser dan tegangan tumbuk ijin bahan spline ( dan ).

Maka spline yang dirancang pada poros input cukup aman terhadap tegangan yang

terjadi.

Pemeriksaan kekuatan spline pada poros output dilakukan sebagai berikut.

Tegangan geser yang timbul pada spline:

Tegangan tumbuk yang timbul pada spline dapat diperoleh dari:

Sedangkan tegangan tumbuk ijin bahan spline yaitu baja khrom nikel SNC 3

dapat diperoleh dengan:

Jadi tampak bahwa tegangan geser dan tumbuk yang timbul, jauh lebih kecil

dari tegangan geser dan tegangan tumbuk ijin bahan spline ( dan ).

Maka spline yang dirancang pada poros output cukup aman terhadap tegangan yang

terjadi.

5.2 PERANCANGAN NAAF

47

Naaf dan spline merupakan bagian yang saling berkecocokan tetapi berbeda

bagian. Spline berupa tonjolan atau bukit pada sisi poros dan naaf merupakan

pasangan dari bentuk tonjolan atau bukit tersebut. Sama seperti spline, naaf juga ada

pada poros input dan pada poros output. Pada poros input, naaf terletak pada poros

input elektromotor. Sedangkan pada poros output naaf terletak pada roda gigi output.

Adapun simbol – simbol yang dipakai dalam perencanaan naaf ini adalah:

Gambar 5.2. Naaf

Dimana: D = diameter luar naaf (mm)

d = diameter dalam naaf (mm)

w = lebar gigi naaf (mm)

h = tinggi gigi naaf (mm)

L = panjang naaf (mm)

5.2.1 PEMILIHAN BAHAN NAAF

Pada poros input, naaf dibentuk pada poros input elektromotor. Maka bahan

naaf sama dengan bahan dari poros input elektromotor yang sama dengan input

pinion yaitu baja khrom nikel SNC 2 dengan tegangan geser izin sebesar 7,0833

kg/mm2 dan tegangan tumbuk ijin (telah dihitung pada bagian 5.1.4.) sebesar 8,5

kg/mm2. Naaf pada poros output dibentuk pada roda gigi output maka bahannya juga

dari bahan yang sama dengan roda gigi output yakni baja paduan SNC 2.

48

5.2.2 PERANCANGAN NAAF PADA POROS INPUT

Karena naaf bercocokan dengan spline, maka ukuran – ukuran utama spline

langsung dipakai sebagai ukuran naaf. Maka:

Jumlah naaf : i = 10 buah

Diameter luar naaf : D = 16 mm

Diameter dalam naaf : d = 14 mm

Tinggi naaf : h = 0,63 mm

Jari – jari rata – rata naaf : rm = 7,5 mm

Panjang naaf : L = 20,68 mm

Gaya yang bekerja pada naaf : F = 268,66 kg

Sedangkan lebar naaf dapat diperoleh dari:

dimana:

w = lebar naaf (mm)

D = diameter luar spline atau naaf (mm)

wspline = lebar spline (mm)

i = jumlah gigi spline atau naaf

Maka diperoleh:

5.2.3 PERANCANGAN NAAF PADA POROS OUTPUT

49

Pada poros output ini, naaf berkecocokan dengan spline sehingga ukuran –

ukuran utama naaf diambil dari ukuran – ukuran spline, maka:

Jumlah naaf : i = 10 buah

Diameter luar naaf : D = 19 mm

Diameter dalam naaf : d = 17 mm

Tinggi naaf : h = 0,81mm

Jari – jari rata – rata naaf : rm = 9 mm

Panjang naaf : L = 23,73 mm

Gaya yang bekerja pada naaf : F = 223,88 kg

Sedangkan lebar naaf dapat diperoleh sebagai berikut:

5.2.4 PEMERIKSAAN KEKUATAN NAAF

Pemeriksaan kekuatan naaf dilakukan pemeriksaan terhadap tegangan geser

dan tegangan tumbuk. Pemeriksaan dilakukan dengan membandingkan tegangan

yang timbul dengan tegangan ijin bahan dimana tegangan geser atau tumbuk yang

timbul pada naaf tidak boleh melebihi tegangan geser dan tumbuk ijin bahan naaf.

Pemeriksaan kekuatan naaf pada poros input elektromotor dilakukan sebagai

berikut. Tegangan geser yang timbul pada naaf adalah:

Tegangan tumbuk yang timbul pada naaf sama dengan tegangan tumbuk yang

timbul pada spline yaitu σt = 2,04 kg/mm2.

Tampak bahwa tegangan geser dan tumbuk yang timbul, jauh lebih kecil dari

tegangan geser dan tegangan tumbuk ijin bahan naaf ( dan

50

). Maka naaf yang dirancang pada poros input elektromotor

cukup aman terhadap tegangan yang terjadi.

Pemeriksaan kekuatan naaf pada roda gigi output dilakukan sebagai berikut.

Tegangan geser yang timbul pada naaf:

Tegangan tumbuk yang timbul pada naaf sama dengan tegangan tumbuk yang

timbul pada spline yaitu σt = 1,12 kg/mm2.

Tampak bahwa tegangan geser dan tumbuk yang timbul, jauh lebih kecil dari

tegangan geser dan tegangan tumbuk ijin bahan naaf ( dan

). Maka naaf yang dirancang pada poros output cukup aman

terhadap tegangan yang terjadi.

BAB VI

PERENCANAAN BANTALAN

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros sehingga putaran dan

gerak bolak – baliknya berlangsung dengan halus, aman dan tahan lama. Bantalan

51

yang akan dirancang pada perencanaan ini adalah bantalan yang terpasang pada poros

input, poros perantara, dan poros output

6.1. Perencanaan Bantalan pada Poros Input

Bantalan yang digunakan untuk mendukung poros input adalah bantalan bola

radial beralur dalam baris tunggal (single row deep groove radial ball bearing),

sebanyak dua buah yang diletakkan pada kedua ujung poros input (dapat dilihat pada

gambar assembly roda gigi).Bantalan bola radial ini dipilih karena ketahanan bantalan

ini dalam menahan beban radial dan putaran tinggi.

Pada poros input ini bantalan hanya menerima beban radial dan beban

aksialnya dapat dikatakan nol. Pada poros input terdapat beban berupa massa dari

roda gigi input yang terpasang pada poros ini. Massa dari roda gigi input dapat

dihitung denganpersamaan:

dimana:

M = beban massa roda gigi (kg)

D = diameter jarak bagi roda gigi (mm)

d = diameter poros input (mm)

b = tebal roda gigi (mm)

ρ = massa jenis roda gigi dimana untuk bahan baja harganya adalah

7,65×10-6 kg/mm3

Maka:

a. Massa roda gigi input

52

Beban akibat gaya tangensial diperoleh dengan persamaan sebagai berikut:

dimana:

Ft = beban akibat gaya tangensial (kg)

F = gaya tangensial yang terjadi pada roda gigi input yang diperoleh pada

Bab IV sebesar 63,00kg

Φ = sudut tekan roda gigi yakni sebesar 20°

Maka diperoleh:

Maka beban radial total dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut:

Beban ekivalen diperoleh dengan:

dimana:

P = beban ekivalen (kg)

X = faktor radial, untuk bantalan bola radial beralur dalam baris tunggal

besarnya adalah 0,6

Fr = gaya radial total yaitu sebesar 22,93 kg

Y = faktor aksial, untuk bantalan bola radial beralur dalam baris tunggal

besarnya adalah 0,5

Fa = gaya aksial, untuk bantalan pendukung poros ini besarnya adalah 0

karena tidak ada gaya aksial yang dibebankan pada bantalan ini

Maka diperoleh:

53

Besar basic static load rating adalah sebanding dengan beban ekivalen,

sehingga diperoleh:

Tabel 6.1. Bantalan Untuk Permesinan serta umurnya.

Umur Lh

Faktor Beban

2000-4000 (jam) 5000-15.000(jam) 20.000-30.000 (jam) 40.000-60.000 (jam)

Pemakaian Jarang Pemakaian Sebentar-

sebentar (tidak

continiu)

Pemakaian terus-menerus Pemakaian terus-menerus

dengan keandalan tinggi

1-1.1 Kerja halus

tanpa

tumbukan

Alat listrik rumah

tangga, sepeda

Konveyor, mesin

pengangkat,lift

Pompa, poros transmisi,

separator, pengayak mesin

perkakas, pres putar

Poros transmisi utama yang

memgang peranan penting.

Motor-motor listrik yang

penting

1.1-1.3 Kerja biasa Mesin pertanian Otomobil, mesin jahit Motor kecil, roda meja,

pemegang, pinion

Pompa penguras, mesin pabrik

kertas, rol kalender

1.2-1.5 Kerja

dengan

getaran atau

tumbukan

Alat-alat besar, unit

roda gigi dengan

getaran besar, roling

mill

Penggetar/penghancur


Suga, Hal. 137

Besar basic dynamic load rating dapat diperoleh dari persamaan:

dimana:

C = basic dynamic load rating (kg)

P = beban ekivalen yaitu sebesar 9,75 kg

L = umur bantalan yang dinyatakan dalam juta putaran. Dalam tabel 6.1

untuk rancangan roda gigi umur bantalan 5000 juta putaran

Maka diperoleh:

54

Jadi dari perhitungan di atas diperoleh data sebagai berikut:

Diameter lubang = diameter poros : d = 14 mm

Basic static load rating : C0 ≥ 13,75 kg

Dynamic load rating : C ≥ 235,12 kg

Bantalan yang sesuai dengan kriteria di atas dapat dipilih dari tabel 6.2. berikut ini.

Tabel 6.2. Bantalan bola alur dalam

Nomor bantalan Ukuran luarKapasitas

nominal

dinamis

spesifik C

(kg)

Kapasitas

nominal

statis

spesifik

C0 (kg)

Jenis

terbuka

Dua

sekat

Dua sekat

tanpa

kontak

d D B R

6000 10 26 8 0,5 360 196

6001 6001ZZ 6001V V 14 28 8 0,5 400 229

6002 6002ZZ 6002V V 15 32 9 0,5 440 263

6003 6003ZZ 6003V V 17 35 10 0,5 470 296

6004 6004ZZ 6004V V 20 42 12 1 735 465

6005 6005ZZ 6005V V 25 47 12 1 790 530

6006 6006ZZ 6006V V 30 55 13 1,5 1030 740

6007 6007ZZ 6007V V 35 62 14 1,5 1250 915

6008 6008ZZ 6008V V 40 68 15 1,5 1310 1010

C0/Fa 5 10 15 20 25

Fa/VFr ≤

e

X 1

Y 0

Fa/VFr >

e

X 0,56

Y 1,26 1,49 1,64 1,76 1,85

E 0,35 0,29 0,27 0,25 0,24

55

6009 6009ZZ 6009V V 45 75 16 1,5 1640 1320

6010 6010ZZ 6010V V 50 80 16 1,5 1710 1430

6200 6200ZZ 6200V V 10 30 9 1 400 236

6201 6201ZZ 6201V V 14 32 10 1 535 305

6202 6202ZZ 6202V V 15 35 11 1 600 360

6203 6203ZZ 6203V V 17 40 12 1 750 460

6204 6204ZZ 6204V V 20 47 14 1,5 1000 635

6205 6205ZZ 6205V V 25 52 15 1,5 1100 730

6206 6206ZZ 6206V V 30 62 16 1,5 1530 1050

6207 6207ZZ 6207V V 35 72 17 2 2010 1430

6208 6208ZZ 6208V V 40 80 18 2 2380 1650

6209 6209ZZ 6209V V 45 85 19 2 2570 1880

6210 6210ZZ 6210V V 50 90 20 2 2750 2100

6300 6300ZZ 6300V V 10 35 11 1 635 365

6301 6301ZZ 6301V V 14 37 12 1,5 760 450

6302 6302ZZ 6302V V 15 42 13 1,5 895 545

6303 6303ZZ 6303V V 17 47 14 1,5 1070 660

6304 6304ZZ 6304V V 20 52 15 2 1250 785

6305 6305ZZ 6305V V 25 62 17 2 1610 1080

6306 6306ZZ 6306V V 30 72 19 2 2090 1440

6307 6307ZZ 6307V V 35 80 20 2,5 2620 1840

6308 6308ZZ 6308V V 40 90 23 2,5 3200 2300

6309 6309ZZ 6309V V 45 100 25 2,5 4150 3100

6310 6310ZZ 6310V V 50 110 27 3 4850 3650


Suga, Hal. 212

Dari tabel 6.2. dipilih bantalan bola radial beralur dalam baris tunggal jenis

terbuka dengan nomor bantalan 6001 yang mempunyai karakteristik sebagai berikut:

Diameter luar : D = 28 mm

Diameter lubang : d = 14 mm

Lebar : b = 8 mm

56

Basic static load rating : C0 = 229 kg

Basic dynamic load rating : C = 400 kg

6.2. Perencanaan Bantalan pada Poros Perantara

Bantalan yang digunakan untuk mendukung poros perantara dipilih bantalan

bola radial beralur dalam baris tunggal sebanyak dua buah yang diletakkan pada

kedua ujung poros perantara (dapat dilihat pada assembly roda gigi)

Pada poros perantara ini terdapat beban berupa massa dari roda gigi perantara

yang terdapat pada poros perantara. Beban massa roda gigi perantara masing-masing

dapat dihitung sebagai berikut:

a. Massa roda gigi perantara input

b. Massa roda gigi perantara output

Massa total roda gigi adalah:

Beban akibat gaya tangensial pada poros perantara ini yang maksimum adalah

pada roda gigi perantara output yang diperoleh pada Bab IV yaitu sebesar 76,80 kg.

Ft = 76,80 (kg) x tan 20o

= 27,95 kg

Maka beban radial total diperoleh dengan persamaan:

57

Beban ekivalen diperoleh dengan persamaan:

dimana tidak ada gaya aksial yang bekerja pada bantalan sehingga Fa = 0. Maka

diperoleh:


sehingga diperoleh:

Besar basic dynamic load rating dapat diperoleh sebagai berikut:





Dari tabel 6.2. dipilih bantalan bola radial beralur dalam baris tunggal jenis

terbuka dengan nomor bantalan 6002 yang mempunyai karakteristik sebagai berikut:



Lebar : b = 9 mm


58


6.3. Perencanaan Bantalan pada Poros Output

Bantalan yang digunakan untuk mendukung poros output dipilih bantalan bola

radial beralur dalam baris tunggal sebanyak dua buah yang diletakkan pada kedua

ujung poros output (dapat dilihat pada assembly roda gigi)

Pada poros output ini terdapat beban berupa massa dari roda gigi output.

Beban massa roda gigi output dapat dihitung sebagai berikut:

Beban akibat gaya tangensial pada poros output ini sama dengan gaya

tangensial pada roda gigi perantara output yang diperoleh pada Bab IV yaitu sebesar

78,80 kg.

Ft = 76,80 (kg) x tan 20o

= 27,95 kg

Maka beban radial total diperoleh dengan persamaan:

Beban ekivalen diperoleh dengan persamaan:

dimana tidak ada gaya aksial yang bekerja pada bantalan sehingga Fa = 0. Maka

diperoleh:


sehingga diperoleh:

59

Besar basic dynamic load rating dapat diperoleh sebagai berikut:





Dari tabel 6.2. dipilih bantalan bantalan bola radial beralur dalam baris

tunggal dengan nomor bantalan 6303 yang mempunyai karakteristik sebagai berikut:



Lebar : b = 10 mm



BAB VII

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang diperoleh dari perancangan roda gigi mesin bubut Harrison M300 ini adalah:

1. Daya : N = 4,5 kW

60

Putaran : ni = 1600 rpm

2. POROS

Bahan poros input pinion : Baja khrom nikel SNC 2 Diameter poros input : dp = 14 mmBahan poros perantara : Baja khrom nikel SNC 2 Diameter poros perantara : dp = 16 mmBahan poros output : Baja khrom nikel SNC 3 Diameter poros output : dp = 17 mm

3. RODA GIGI

Perbandingan reduksi ditetapkan sebesar 1,5 sehingga putaran poros perantara 1000 rpm.Modul : m = 1,5 mmTinggi kepala gigi (Adendum) : hk = 1,5 mmTinggi kaki gigi (Dedendum) : hf = 1,87 mmTinggi gigi : h = 3,37 mmKelonggaran puncak : Ck = 0,375 mmTebal gigi : t = 2,35 mmBahan roda gigi : Baja khrom nikel SNC 2

a. Roda Gigi Input dan Perantara Input

Jumlah gigi roda gigi input : zi = 43Jumlah gigi roda gigi perantara input : zpi = 64Jarak antara poros input dan perantara : a = 80 mmLebar sisi roda gigi : b = 18 mmDiameter jarak bagi roda gigi input : Di = 64 mmDiameter jarak bagi roda gigi perantara input : Dpi = 96 mmDiameter lingkar kepala roda gigi input : Doi = 67,5 mmDiameter lingkar kepala roda gigi perantara : Dopi= 99 mmDiameter lingkar dasar roda gigi input : Dii = 60,6 mmDiameter lingkar dasar roda gigi perantara : Dipi= 90,2 mm

b. Roda Gigi Output dan Perantara Output

61

Jumlah gigi roda gigi output : zo = 36Jumlah gigi roda gigi perantara output : zpo = 56Jarak antara poros output dan perantara : a = 70 mmLebar sisi roda gigi : b = 14 mmDiameter jarak bagi roda gigi output : Do = 53 mmDiameter jarak bagi roda gigi perantara : Dpo = 84 mmDiameter lingkar kepala roda gigi output : Doo= 57 mmDiameter lingkar kepala roda gigi perantara : Dopo= 87 mmDiameter lingkar dasar roda gigi output : Dio = 50,7 mmDiameter lingkar dasar roda gigi perantara : Dipo= 78,93 mm

4. SPLINE DAN NAAF PADA POROS INPUT

Jumlah spline / naaf : i = 10 buahDiameter dalam : d = 14 mmDiameter luar : D = 16 mmTinggi : h = 0,72 mmLebar spline : ws = 2,5 mmLebar naaf : wn = 2,5 mmPanjang : L = 20,68 mmJari-jari rata-rata spline /naaf : rm= 7,5 mmBahan : Baja khrom nikel SNC 2

5. SPLINE DAN NAAF PADA POROS OUTPUT

Jumlah spline / naaf : i = 10 buahDiameter dalam : d = 17 mmDiameter luar : D = 19 mmTinggi : h = 0,856 mmLebar spline : ws = 3 mmLebar naaf : wn = 3 mmJari-jari rata-rata spline /naaf : rm =9 mmPanjang : L = 23,73 mmBahan spline : Baja khrom nikel SNC 3 Bahan naaf : Baja khrom nikel SNC 2

62

6. BANTALAN PADA POROS INPUT

Nomor bantalan : 6001Diameter luar : D = 28 mmDiameter lubang : d = 14 mmLebar bantalan : b = 8 mmBasic static load rating : C0 = 229 kgBasic dynamic load rating : C = 400 kg

7. BANTALAN PADA POROS PERANTARA


8. BANTALAN PADA POROS OUTPUT


DAFTAR PUSTAKA

1. Ferdinand P. Beer dan E. Russell Johnston, Jr., Mekanika untuk Insinyur: Statika,

Edisi Keempat. Erlangga: Jakarta, 1996.

2. Heinz Heisler,Vehicle and Engin Tehnology,Volume I, Edward Arnold (Publisher)

Ltd : London, 1985.

63

3. Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, dan Gandhi Harahap (penerjemah),

Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 1. Erlangga: Jakarta, 1991.

4. Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, dan Gandhi Harahap (penerjemah),

Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 2. Erlangga: Jakarta, 1991.

5. Joseph E.Shigley, Charles R.Mischke, Richard G.Budynas, Mechanical

Engineering Design, Seventh Edition, Mc-Graw Hill;New York, 2003.

6. M.F.Spotts, Design of Machine Elemens,Fifth Edition. Prentice Hall:engle wood

cliffs.N.J, 1978

7 Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen

Mesin. Pradnya Paramitha: Jakarta, 1994.

64

Roda Gigi Mesin Bubut ( Hanafi Ahmar)

Documents

Transcript of Roda Gigi Mesin Bubut ( Hanafi Ahmar)