43. RANCANG BANGUN PENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

RANCANG BANGUNPENGANGKAT DUDUKANKAPASITAS 100 KG UNTUK PRAKTIKUM RADIOGRAFI

SUROSO, DJOKO MARYANTO

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATANJl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta 55281Telepon 0274-484085, 489716, Faksimili 0274-489715

Abstrak

RANCANG BANGUN PENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS 100 Kg UNTUK PRAKTIKUMRADIOGRAFL Telah dilakukan perhitungan, perancangan dan pembuatan dari peralatan yang dapatmenahan beban 100 kg dan membuat gerakan vertikal naik-turun dengan tujuan mendapatkan ketinggianatau jarak tertentu. Perancangan dan pembuatan meliputi perhitungan beban atas tegangan yang bekerja,penentuan dimensi dan ukuran, pemilihan bahan, pembuatan, pengujian dan pembahasan. Hasil rancangbangun berupa sebuah peralatan Sistem Pengangkat Beban Kapasitas 100 kg yang terdiri dari batang ulir,tabung ulir, roda gigi, bearing, blok bantalan dan bushing, ditumpu pada rangka dalam, rangka luar.Dimaksudkan untuk mengurangi waktu bagi para praktikan berada pada laboratorium radiografi agarresiko radiasi menjadi lebih keci!.

Kata kunci : pengangkat, vertikal, batang ulir, laboratorium.

Abstract

A DESIGN FOR LIFTING LOAD WITH A CAPACITY OF 100 KG FOR RADIOGRAPHY. Equipmentthat can hold a weight of 100 kg and can move up and down vertically has been calculate, designed andmade to obtain a certain height or distance. The designing and making included weight calculation onworking strength, determination of dimension and size, material selection, production, testing anddiscussion. The product of design is an equipment for a leverage. System for a capacity weight of 100 kgconsisting of a screw shqft, a nut/screw cylinder, gear, bearing, a bearing block and bushing, supported byan interior and exterior frames. This equipment is intended to reduce time for the practitioners in theradiography laboratory in order to lessen the radiation risk.

Key word: Lifting, Vertical,k Screw shaft, Laboratory

PENDAHULUAN

Salah satu aplikasi teknologi nuklirdibidang industri adalah inspeksi material yangdilakukan dengan metode Non DesstruktiveTest (NDT) atau uji tak rusak. Pada inspeksi ujitak rusak berlaku adanya persyaratan standardyang mengatur masalah cara-cara pengujianatau sequen inspeksi menggunakan sumberradiasi (source) baik itu gamma ray atau x-ray.

Peralatan mekanik yang akan dilakukanrancangbangun untuk menunjang sistempengujian "Uji Tak Rusak" (UTR) dengan

teknik radiografi adalah sistem pengangkatdudukan benda uji yang digerakkan oleh motorstepper. Pada dasamya peralatan ini dirancangseperti dongkrak untuk menggerakkan dudukandengan menggunakan ulir daya/sekeruppengangkat di putar oleh transmisi gigi dengandaya yang bersumber dari motor stepper

Sistem ini sangat cocok untukmengangkat beban dengan jarak yang pendek .Sistem ini mampu mengangkat dan menahanbeban 100 kg dan dapat melakukan gerakannaik turun, yang perlukan untuk mendapatkanketinggian atau jarak SFD yang tepat antara

Suroso dkk 353 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006

ISSN 1978-0176

source to film distance (SFD) diatur denganmenggunakan persamaan :

dengan :Ug = Ketidaktajaman geometris (unsharpness

geometris), mmF = Ukuran sumber radiasi, yakni dimensi

proyeksi ukuran sumber radiasi (focalspot) pada bidang yang tegak lurns padajarak D dari sambungan las atau bendayang diradiasi, mm

D = Jarak, dalam mm, dari sumber radiasi ke

sambungan las atau benda yangdiradiasi.

d = Jarak, dalam mm, dari permukaan lasatau benda sebelah penyinaran ke film.

Dari persamaan di atas jarak sumber kefilm atau source to film distance (SFD), perlupengaturan untuk memperoleh SFD yang tepat.

Ulir Sekrup

Untuk uraian gaya yang beketja pada ulirpengangkat, dapat dilihat pada Gambar 2.

Dasar perhitungan gaya-gaya pada ulirdapat dilihat pada Gambar 2, diambil (AsrilAbbas, 1952). Hubungan segitiga pqr dansegitiga ANL, sehingga didapatkan persamaansebagai berikut :

pr : rq = AL : LNndr:S =L:K

K = L. S/(n df)

Gaya K, yang diperlukan untukmengangkat beban L keatas sepanjang bidangmiring bila tidak ada gesekan. Jika gesekandiperhitungkan maka diperlukan gaya W.

Dalam ilmu gaya (mekanika) dapatditulis persamaan segitiga di atas menjadi :

Rendemen ulir sekrup : TJ = S x 100 %(4)s+ 1t.1t.q

Tegangan tekan dalam teras ulirmemperhitungkan beban dibagi luas :

(J __ L_ (5)d - n/4.dk 2

benda uji terhadap sumber atau focal spot dariX-ray atau Gamma ray. Sistem pengangkatbeban terdiri dari seperangkat mekanik yangmampu mendukung persyaratan di atastermasuk tenaga penggeraknya. Tenagapenggerak direncanakan menggunakan motorstepper beserta sistem kontrolnya. Gerak naikdan turun dari sistem pengangkat dilakukanoleh ulir daya yang diputar oleh transmisi rodagigi yang digerakkan oleh motor. Peralatanmekanik yang dirancang-bangun terdiri dariBatang Ulir, Tabung Ulir, Bearing, Roda gigi,Rangka dan Motor Stepper.

Tujuan dari rancang-bangun ini adalahuntuk mengatur posisi benda uji terhadapsumber yang menunjang peralatan laboratoriumradiografi.

DASAR TEOR!

Prinsip Radiografi adalah sumber radiasidilewatkan pada benda uji (specimen),intensitas transmisi yang ditangkap dengandetektor (film). Perbedaan intensitas ini setelahfilm diproses dinyatakan sebagai perbedaandensitas.

Gambar 1. Proses Pembentukan Bayangan PadaFilm Dalam Teknik Radiografi Sinar X . SumberClassroom Training Handbook, Nondestructive

Testing, 1983

Transmisi radiasi ditangkap ataudiproyeksikan ke film radiografi oleh karenareaksi fotokimia, bagian ini akan menjadi lebihhitam dibandingkan dengan bagian lainnya,seperti digambarkan pada Gambar 1.

Ana/isis radiograf untuk menentukancacat atau defect dari benda uji tersebut. Agardiperoleh radiograf yang baik dimensi sumberdibuat kecil dan jarak sumber ke film atau

UG = (F x D) / D

K = L tg Y

K + W = L ( tg (y + /-l))

(1)

(2)

(3)

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 354 Surosodkk

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

denganad = Tegangan tekan.L = Beban kgdk = Garis tengah teras (dalam em)

Momen puntir yang terjadi pada pusatadalah Mw, sehingga Tegangan puntir dihitungdengan :

't = ~ = 112.df(Wi-K) _ .df(W+K) (6)w Ww 0,2.dk O,4.dk

denganMw = Momen puntir = Yz df (W + K)

p

Ww = Tahanan puntir = 0,2 dk2df = garis tengah sisi, dk = garis tengah

terasTahanan gesek yang tetjadi antara bidang

ulir pada bout dan mur adalah :W = N xll (7)

dengan :N = tekanan normal, biasanya 1,2 P11 = koefisien gesekan baja = 0,15Y = adalah sudut miring ulir

Gambar 2 Gaya-gaya Pada Ulir Sekrup, Sudut Lereng dan Sudut Gesek

Ulir PengangkatUlir atau sekrup pengangkat untuk

beban-beban yang besar, sudut lereng ulirdiupayakan kecil, dengan tujuan agar gayauntuk mengangkat beban relatif kecil, karenaharns diperhitungkan, adanya gesekan, olehkarena itu harga rendemen 11 perludiperhitungkan. Jika harga 11 = 10 % , torsiuntuk naik, maka persamaan ulir pengangkatuntuk menaikkan beban menjadi : Waktu naik

T > L r tg (y + 11) 1,1 (8)

Waktu turun

T > L r tg (y - 11) 1,1 (9)denganT = TorsiL = beban(kg)r = jari-jari rerata jalan sekerup em

Perhitungan batang terhadap gaya lengkung

Beban P yang bekerja pada batangdengan panjang L dengan kedua ujung ditumpusendi seperti tertera pada Gambar 3. (FerdinandP Bear, 1988), jika pada ujung-ujung batangmendapat beban, maka berlaku rumus Euler:

p

Lc = L

Gambar 3. Gaya Lengkung Yang Bekelja PadaBatang


SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

E

dengan :P cr

akan menimbulkan momen bengkok. Kekuatangigi dapat ditentukan dengan persamaansebagai berikut :

MB=WB xcrBdengan

Mb

Wb

~t

//

,j"'T'

Gambar. 5. Skema Gaya Pada Gigi

sehingga dapat ditulis :

P H = 1/6 b. h2. crb (13)Dari tabel untuk gigi evolvente harga H

berbanding dengan modul (M) dan jarak antara(t) adalah :

(12)

Momen bengkok = P x HTahanan bengkok = 1/6 b. hZ

Tegangan bengkok yang diijinkandari bahan

Gaya yang bekeIjaTinggi profil gigiLebar gigi dan h = Tebal gigi

PHb

Beban Kritis, P < P cr (dalamNewton)Modulus elastisitas bahan (dalamN/mz )

I = Cross section dari batang (m)L = Panjang batang (m)

Roda Gigi

Pada sebuah alat yang menggunakanrangkaian transmisi putar atau roda gigi sepertiGambar 4, mempunyai ketentuan sebagaiberikut: Nilai dari perbandingan jumlah putaranroda gigi 1 (nj) denganjumlah putaran roda gigi2 (n2), sarna besamya dengan nilai dariperbandingan diameter roda gigi 2 (D2) dengandiameter roda gigi 1 (Dj), dan sarna jugadengan perbandingan jumlah gigi roda gigi 2(Z2) dengan jumlah gigi roda gigi 1(Zj)(Anwari, 1980).

I

l1/iJ/'--',2 ...

./ I ".

- /_----~._.-II

(10)

H t= 1,8 M = 1,8 - = 0,57t

n

(11)

(14)

Gambar 4 Perbandingan Transmisi Roda Gigi

D] : diameter pitch roda gigi 1Dz : diameter pitch roda gigi 2n] : jumlah putaran roda gigi 1n2 : jumlah putaran roda gigi 2Z] : Jumlah gigi roda gigi 1Z2 : Jumlah gigi roda gigi 2

Dari uraian dan gambar di atas dapatdirumuskan sebagai berikut:

. n] Dz Zz1=-=-=-nz D] Z]

i : perbandingan tansmisi

Momen lengkungGigi pada roda gigi menerima gaya P

seperti tertera pada Gambar 5, gaya tersebut

M = Modul gigi = tint = jarak antara gigi.

Roda gigi bekerja untuk menghasilkandaya tertentu dan dengan putaran yang tertentu,maka gaya yang bekeIja pada gigi dapatdihitung dengan persamaan :

NP=71620

n.R

denganP = Beban dalam kgN = Daya dalam HPn = Putaran = rpmR = Jari-jari dari diameter gigiz = Banyaknya gigiR = (z . M)/2

Ukuran profil gigi biasanya ditentukandengan modul (M), dan jarak gigi t = n. M,



(Asril Abbas, 1952) besamya modul gigi untuksuatu roda gigi dapat ditentukan denganpersamaan :

b M2 = ± 50 000 OOO~ (15)n,z'O'b

dengan:b = panjang gigi atau lebar jari-jari dalam emM = Modul atau jari-kutub gigi2

t.dalam.mm

1t

N = Tenaga yang hams dipindahkan dalamHP

n = Putaran dalam rpmz = Banyaknya gigiR = Jari-jari dari diameter gigi

crb = Tegangan bengkok yang diijinkan dalamkg/em2Untuk menentukan ukuran dimensi roda

gigi dengan jumlah gigi (Z) dan modul gigi (M)dan diameter (D) menurut Asril Abbas, 1952dapat dihitung. Bagian-bagian dimensi rodagigi dapat ditunjukkan pada Gambar 6.Diameter luar atau lingkaran kepala, linkarandasar, lingkaran kaki, tebal gigi, lebar lekuk.

Untuk menentukan ukuranldimensi dapatditentukan sebagai berikut :

Diameter tusuk (lingkaran dasar) D = Z x MDiameter luar (lingkaran kepala) Dl= D + 2 (0,8 M)Diameter kaki (lingkaran kaki) Dk

D 2 (M)

lingkaran kaki

tebal'gigi lebar lekuk

d I jarak antaramo u us = ----Tt-

Gambar. 6. Profil Roda Gigi dan Isti1ah Da1am Dimensi Roda Gigi

Sistem Kelistrikan Motor Stepper

Untuk dapat mengendalikan suatu motorstepper agar bekerja berputar seperti yangdiinginkan, perlu dije1askan beberapa hal pokoktentang prinsip dasar motor stepper, data putaryang hams diberikan ke motor stepper sertarangkaian driver atau penggerak elektroniknya.Motor stepper termasuk ke1ompok motor deyang mempunyai beberapa fase tegangan danberoperasi pada tegangan rendah. Motor initerdiri dari rotor yang terbuat dari magnetpermanen dan stator yang berisi kumparankawat email. Motor ini juga mempakan motorsinkron sehingga terdapat hubungan antaraperintah dan pembahan posisi yang dihasilkan.Oleh karena itu motor stepper mempunyaike1ebihan yaitu dapat dikendalikan ataudiprogram sesuai data putar yang diberikan.Kekurangan pada motor stepper adalah

pereepatan dan perlambatan putar yangterputus-puttus dan standar yang terbatas.Meskipun demikian, sebuah obyek dapatdipindahkan oleh motor stepper seeara teliti,baik gerak arah putar maupun keeepatannya.Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan earamenyesuaikan tegangan yang diperlukan,memperbaiki struktur, ukuran kumparan danbentuk ee1ahudara.

METODEPERANCANGAN

Bahan yang digunakan dibedakanmenjadi beberapa bagian, di antaranya sepertiroda gigi, poros/batang uHr, tabung ulir ,duduka bearing, bearinglbantalan, rangka.Bahan yang digunakan hams mempunyai dayatahan yang baik dan mudah untuk dikerjakan,tahan aus, mempunyai permukaan yang licin,mampu menahan beban gaya tarik atau tekan,


tidak mudah patah, tahan terhadap puntiran.Sehingga dipiLIH bahan sebagai berikut :Batang ulir : Fe 360 Tegangan tekan ad

60-100 N/mm2,

Tabung Ulir : Yellow Brass Tension 540MPa, Shear 300 MPa.

Gigi transmisi : Yellow Brass Tension 540MPa, Shear 300 MPa

Dudukan bearing : Yellow Brass Tension 540MPa, Shear 300 MPa

Kerangka : Dari besi siku L 25x25x2,5 mm

Plat penyangga.Plat besi siku L 3,5 x3,5 x 35mm tebal : 2 mm

Sistem pengangkat dudukan benda ujiyang menggunakan motor stepper dirancangseperti gambar, diharapkan mampu mengangkat

1310

6

SEMINAR NASIONAL II

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER2006ISSN 1978-0176

beban (berupa benda uji dan alas benda uji)kurang lebih 70-100 kg, motor steper sebagaipenggerak sudah tersedia dengan spesifikasiVoltage = 24 Volt, 7,5 Ampere, 1,8 degree.Sebagai dasar untuk perhitungan-perhitungan.

PEMBAHASAN

Sistem pengangkat dudukan yangmenggunakan penggerak motor stepperdirancang seperti gambar nomor 7, diharapkanmampu mengangkat beban dengan kapasitas100 kg yang terdiri dari berat alat dan benda ujiatau sampel. Untuk referensi terdapat motorsteper sebagai penggerak dengan spesifikasiVoltage = 24 Volt, 3,2 Ampere, 1,8 degree.

9

12

, ' .I - IGambar 7. Sistem Pengangkat Dudukan Benda Uji

358

Keterangan :1. Batang Ulir2. Tabung Ulir3. Roda gigi4. Bearing5. Bantalan (rumah bearing)6. Bushing7. Plat Penyangga spesimen8. Rangka dalam9. Rangka luar10. Penahan batang ulir

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

11. Bout penahan12. Plat penyangga13. Rol jalan

Cara keIja sistem adalah sebagai berikut :Jika tabung ulir (2) yang disatukan dengan rodagigi (3) digerakkan oleh roda gigi pada motorstepper, maka batang ulir (1) akan bergerakvertikal yang dapat berupa gerak naik ataugerak turon, karena batang ulir (1) diikatkanpada rangka dalam (8) dengan bout M 12 (11),sehingga rangka dalam/meja akan ikut terbawa

Suroso dkk

SEMINAR NASIONAL IISDM TEKNOLOGI NUKLIRYOGY AKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

gerakan ulir tersebut. Untuk mendukung agargerakan putar tabung ulir ringan dan sentris,tabung ulir didukung oleh dua buah bearing (4)dan blok bantalan (5). Blok bantalan dipasangterikat dengan rangka luar (9) denganmenggunakan bout. untuk menahan gerakantabung ulir dan roda gigi, agar tetap beradapada tempatnya, (diam ditempat). Dalamperaneangan ini ulir sekrup sebagai dasar dalamperhitungan.

Kecepatan gerak angkat

Pengangkat dudukan untuk fasilitaslaboratorium radiografi, dipersyaratkanmempunyai kemampuan menahan bebandengan kapasitas 100 kg dan dapat bergeraknaik turon, dengan keeepatan 5 em untuk tiapmenit dan tinggi angkat 20 em. Untukkeperluan tersebut di atas dipilih ulirpengangkat dengan kisar atau jarak puneak 5mm, sesuai dengan normalisasi ulir, yangterdapat pada lampiran 2, maka d = 22 mm, dtb= 16,5 mm, dr = 19,5 dan k = 5 mm.

Untuk ulir dengan kisar 5 mm, makadalam 1 putaran dapat melakukan gerakan naiksetinggi 5 mm. 1 putaran = 5 mm, untukmendapatkan ketinggian 20 em = 200 mmdalam 5 menit maka :

Ulir harus berputar = 200 putaran/5 menit =5

40 putaran/5 menit = 8 putaran /menit.

Untuk 1 putaran bergerak 5 mm makadalan 8 putaran tiap menit dapat bergerakketinggian angkat setinggi = 8 x 5 mm = 40mm atau (v) = 4 emlmenit.

200.mm 0,2.m 0 000666 /d'kv= --- = - , meter etl5.menit 5.x.60.dt

Rendemen ulir pada diameter luar d = 22mm, dtb = 16,5 mm, dr = 19,5 danjarak puneak

S = 5 mm., didapat p = S x100 %,S .. JlooJl··1tf

(Asril Abbas, 1952).Untuk Jl adalah koefisien gesek antara

mur atau tabung dengan batang ulir = 0,1

didapatp= 5 x 100 % = 16,5%5..0,1..3,14.. 19,5

Daya untuk mengangkat beban

Daya yang dibutuhkan untuk mengangkatbeban 100 kg dengan keeepatan angkat 4emlmenit adalah : Daya = P x v = 100 kgxO,000666 meter/detik = 0,0666 kgrnldetik

Untuk rendemen mekanik 16,5 %, makadapat ditulis kebutuhan daya :

Daya yang diperlukan N = (100/16,5)xO.0666 kgmldetik= 0,403 kgmldetik

Daya rugi pada gesekan bearingDaya rugi pada gesekan bearing yang

terjadi (G.Niemann, 1999) adalah :

dengan :Ql = gaya normal (pembebanan pada rol),

F = lengan tuas dari gesekan rol (untukbantalan yang masih baik 0,05mm),

Dl = diameter elemen rol.

maka momen gesek yang tetjadi padabantalan adalah :

50MR = 2. 100 . 0,05 x ""5

= 100 kg.mm = 0,1 kg.m

Sehingga daya rugi yang tetjadi(G.Niemann, 1999) adalah:

P = MR. 2.1t.N,dengan

n=8rpm

= 0,1 kg.m. 2 . 3,14 . 8/60

= 0,0837 kg.mldt

Daya total yang dibutuhkan = Dayauntuk menaikkan beban + daya rugi gesekbantalan = 0,403 kg.mldt + 0,0837 kg.mldt =0,4867 kg.mldt

Daya yang dibutuhkan0,4867 0,4867---HP = --- x 730 watt = 4,73 watt

75 75

Jika sebagai penggerak dipilihmenggunakan motor stepper, dengan spesifikasimempunyai kemampuan untuk memberikanarus minimum 3,2 Ampere setiap fasenya

Suroso dkk 359 Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuklir-BATAN

360

dengan tegangan de 24 volt, sehingga daya darimotor stepper tersebut :

N motor = I x v = 3,2 Amp x24 VoltN motor = 76,8 watt.Maka motor stepper dianggap mampu

sebagai penggerak.

Perhitungan Batang Ulir

Batang ulir yang direncanakan adalahbatang ulir yang dapat mengangkat bebansebesar 100 kg dengan tinggi angkatan 20 em.Sesuai dengan tabel pada lampiran 2, jenis ulirdipilih trapesium cocok sebagai ulir pengangkatdengan kisar 5.

Dari data tabel (terlampir) didapat : garistengah luar (d ) = 22 mm; garis tengah teras(dtb ) = 16,5 mm; dalarnnya ulir (tl) = 2,25mm; kisas (k) = 5 mm

Adapun gaya-gaya yang bekerja padabidang miring, maupun tegangan-teganganyang harus diperhitungkan pada batang ulirdapat dijelaskan pada bab ini.

Tegangan tekan pada batang ulir :Tegangan tekan pada Batang Ulir dalam

teras dengan beban 100 kg, dapat diketahuidari beban per satuan luas. (Asril Abbas, 1952)

Tegangan tekan crt :

Bahan batang ulir dari Fe 360 dengantegangan tekan yang diijinkan crt = Tegangantekan.ijin dari tabel = 60 - 100 N/mm2 (lac.Stolk, 1984), jika L = 100 kg, jika dikonversikedalam satuan metris menjadi :

crd= 6000N/cm2= 6000/9,81 kg/cm2 =611,62 kg/cm2

Maka tegangan tekan yang teIjadi padabatang ulir :

ad = 1000,785 ..1,65 ? =46,79 kg/cm2

Tegangan tekan yang teIjadi sebesar46,79 kg/cm2 berarti < crt, Tegangan tekan.ijindari tabel = 60 - 100 N/mm2• Dari teganganyang teIjadi dapat ditentukan pengambilan nilaidiameter teras batang = 16,5 mm, adalah aman.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006lSSN 1978-0176

Untuk perhitungan sudut lereng y perludihitung dm, untuk itu dm dapat dihitungdengan:

df = (22 + 16,5) / 2 = 19,25 mm, kini5

sudut lereng y ialah tg y: = ll".19,25 = 0,067,sehingga y = 30 30', jika diumpamakan tg 11 =0,1, jadi 11 = 50 50' maka tg (y + 11) = tg (9020') = 0,167.

Perhitungan gaya untuk menaikkan bebanBatang ulir dibuat dengan diameter rusuk

atau df = 19,25 mm, jarak puncak 5 mm, Ladalah beban 100 kg, sehingga gaya lereng

S 5Gaya K = L x -- = 100 x ----

1t ••df 3,14x19,25

= 8, 27 kgGaya W yang berguna untuk mengatasi

tahanan gesekan adalah:

Gaya W = px 11 = 100 xO,1 = 10 kg

sehingga gaya total untuk menaikkan beban 100kg dan mengatasi gaya gesekan yang terjadi8,27 kg + 10 kg = 18,27 kg

Perhitungan torsiGaya yang diperlukan untuk menaikkan

beban 100 kg dengan kisar sebesar 5 mm, garistengah teras (dtb)0 16,5 mm dan dr = 19,5, bilabeban itu tidak turut berputar dengan batangulir, maka gesekan pada kepala harusdiperhitungkan. Oleh karena besarnyarendemen 11 = 16,5 %, maka berdasarkan rumusII - 8, untuk menghitung torsi yaitu gaya K xpanjang I, dapat dihitung sebagai berikut :

lika diperhatikan pada Gambar 15Gaya K x I adalah torsi (T) pada batang ulir :

T ~ L r tg (y + 11) 1,165~ 100. (1,925/2). (0,167) 1,165~ 0,17138 kgm

Perhitungan gaya lengkungUlir pengangkat dengan beban L = 100

kg yang bekerja pada batang, dengan panjang L= 300 mm dan diameter inti 16,5 mm, akanteIjadi tegangang lengkung :

Dari Rumus Euler II-lO :

dengan :

Suroso dkk


Pcr = Beban Kritis, P = 200 kg (faktorkeamanan 2) = 1962 N,

E = Modulus elastisitas bahan 110 x109 N/m2 (lihat lampiran 3)

1 = Momen Inersia dari batang (m)L = Panjang batang ulir 0,3 meter

Sehingga didapat perhitungan :

1962..0,32.n2 .110.x.109

= 1,6264 X 10-10 meter4

Sehingga luas penampang dapatdiketahui :

1 = (1/64) . n . d4

dengan :d = diameter batang ulir (meter)

Sehingga, 1,6264 x 10-10 meter2 = (1/64)63,14. d4

Untuk d4 = 0,000000003 meter4, d =0,75 cm (diameter inti batang ulir = 16,5 mm,aman)

Teori kelangsingan batang, menghitungbesamya A, dan tegangan yang diijinkan aladalah :

dengan :

Lk = Panjang batang ulir (30 cm),

Iy = Momen inersia potongan batang ulirdengan (d 1,65 cm),

Iy = n/64 (d4)=0,3638cm4

Ap = Luas potongan batang ulir dalamcm2, n/4 (d2)= 2,138 cm2

Sehingga : A = 30 = 72,71 ;'0,3638

2,138

dari hasil harga A sebesar 72,73, maka menumttabel harga kelangsingan batang terhadaptegangan (sumber dari Heinz Frich, 1979,Kekuatan Bahan, Kanisius, Yogyakarta),tegangan yang diijinkan a sebesar = 887

kg/cm2. Tegangan tekan yang terjadi padakolom, adalah sebesar ad = 46,79 kg/cm2.

Sehingga ad < tegangan yang diijinkana. Maka kolom batang ulir, aman.

Perhitungan Tabung Ulir

Untuk menentukan ukuran batang ulirdan tabung ulir berbagai faktor hamsdiperhatikan, gaya-gaya yang bekeIja dapatbempa : beban aksial mumi, beban aksialbersama beban puntir, beban geser dan tekananbidang .

Tinggi tabung ulir dapat ditentukandengan berdasar tekanan bidang yang diijinkan

cro bidang yang singgung antara batang ulirdan tabung ulir. Juga diperhitungkan terhadap

tegangan bengkok ab dan tegangan geser 'toyang teIjadi.

Tabung ulir dibuat dari perunggu, maka

diambil tekanan biadng Tekanan bidang cro =

10 N/mm2, harga tekanan bidang yangdiijinkan menurut (Jac. Stolk, 1980) :

cro < 15 N/mm2 bagi mur ulir perunggu(tabel tekanan bidang pada lampiran 4) karenabeban dalam satuan metris (100 kg) ini setaradengan 981 Newton., maka didapat perhitungantinggi tabung ulir :

F

cro = .nn/4.( 2 -dI2) .•n

cro = 981.nn/4.(2,2 -1,652) ..n < cro <15N/mm2

~81 2 < 15 N/mm2.nn/4.(2, -1,65 )..n

maka, jumlah jalan ulir n didapat :

n> 981 = 4.nn/4.(2,2 -1,652 )..15

Tinggi tabung ulir (H) = 4 x kisar = 4 x 5= 20 mm, agar lebih stabil dibuat 35 mID.Hargatinggi ulir (H) ini juga karena pertimbanganteknis pembuatan. Dengan jalan ulir yangmendukung dibuat 35 mm atau 7 jalan ulir.Garis tengah dalam dari tabung ulir dibuat d =22 mm , sedangkan garis tengah luar D dibuat35 mm. Pada tabung ulir terdapat 4 bout M 6


Untuk tegangan geser yang terjadi dapatditentukan :

Tegangan bengkok dan tegangan geser,akan mengakibatkan tegangan kombinasi yangdisebut tegangan ideal. Tegangan ideal dapatditentukan dengan persamaan :

Tegangan ideal O"i

yang dipasang untuk menghubungkan antaratabung ulir dengan roda gigi.

Tegangan bengkok dan tegangan geser padatabung uUr

Tabung ulir berputar bersama roda gigiuntuk menggerakkan batang ulir bergerakvertikal naik atau turun untuk mendapatkanketinggian tertentu hal ini menimbulkantegangan bengkok. Tegangan bengkok jugaterjadi karena tekanan beban.Untukmenggerakkan batang ulir bergerak vertikaldilakukan dengan memutar tabung ulir yangdilakukan dengan mekanik roda gigi. Ulir padatabung ulir akan menerima beban aksial (AsrilAbbas, 1952) yang besarnya sarna dengan yangditerima batang ulir. Beban aksial pada tabungulir (mur) akan menimbulkan teganganbengkok dan tegangan geser pada ulir, besarnyategangan bengkok dapat ditentukan sebagaiberikut: (Asril, 1952)

Tegangan bengkok O"b :

't"D

P

0,52 ..H ..d

P

1,57 ..H..d

100

0,52 ..7..2,2 = 14 kg/emz

P

1,57 ..7..2,2 =5,79kg/emz


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

roda gigi lurus. Keuntungan roda gigi lurussalah satunya adalah relatif mudah dalamproses pembuatan.

Mekanik penggerak untuk pengangkatbeban adalah ulir pengangkat dan tabungpengangkat yang digerakkan oleh roda gigiyang dipasaang pada tabung ulirMotor steppermempunyai keeepatan angkat adalahv = 4 em/menit.

.. v 40Putaran roda glgl nz = - = - rpm = 8 rpm.

S 5

Jumlah gigi motor stepper yang tersedia(Zl) adalah 20 gigi, maka reduksi dan putarannormal pada motor stepper yang dipilih nl = 40rpm, Jumlah roda gigi Zz dieari, denganpersamaan :

. n1 Dz Zz1=-=-=-nz Dl Zl

h.. 40se lllgga 1= - = 58

nz = nl/i= 8 rpm

Zz = i X Zl = 5 x 20 = 100 gigi.Dz = i X Dl = 5 x 20 = 100 mm

Perhitungan gaya yang bekerja pada gigiGaya yang bekerja pada gigi ditentukan

oleh daya yang ditransmisikan, putaran gigi dandiamter gigi atau ruji-ruji roda gigi. Gaya yangbekerja pada gigi dapat dihitung sebagai berikut

Usaha = gerak x jalan

1 HP = kilogram meter tiap detik

N 75 kgm tiap detik =Px jalan ..yang ..dilaluidetik

= 17,22 kg/emz

(Tegangan bengkok IJlll O"b

sehingga eukup aman)

Roda Gigi

Pada pereneanaan roda gigi didasarkanpada keadaan roda gigi silindrik, yaitu bentukdasar roda gigi ini ialah dua buah silinder yangsaling bersinggungan menurut sebuah garislukis, gigi dapat sejajar dengan garis lukissilinder (gigi lurus). Untuk itu roda gigi yangdipergunakan untuk memutar tabung ulir dipilih

N 75 x 100 kgem = P x 2.1t.1t.R60

P = 7500.N.602.1t.1t.R

P = 71620 N/n.R

Daya N telah diketahui sebesar 0,403kgm/detik = 0,403/75 = 0,00537 HP, makabesarnya gaya (P) :

NP=71620

n..r



= 71620 0,00537.HP - 962 k8..5 ' g

dengan :n = putaran motor stepper = 8 rpmr = diameter gigi = 100 mm,sehingga r = 5 emGaya (P) = 9,62 kg

Perhitungan modul

b M2 = 50000000~n.zO"b

dengan:Tegangan bengkok ijin O"b= 1100 kg/em2 (bahan dari Bt. 18).Z = jumlah gigi = 100

b M2= 50000000 0,005378.100.1100

b M2= ± 0,305dari tabel (Asril, 1952) harga b = 15 x Modulmm, sehingga b = 1,5 M em untuk dimasukkankedalam persamaan :

didapat M = 3/ 0,305 = 0,48V 1,5

M = modul dibuat = 1

Perhitungan diameter roda gigiLingkaran jarak roda gigi didapat dengan

persamaan :

DI = (z x M) + 2 = (100 xl) + 2 = 102 mm

Sehingga untuk :

D2 = (z x M) + 2 = (20 x 1) + 2 = 22mm

Z2 = 100 gigi

D2 = (Z2 x m) + 2

D2 = (Z2 X I) + 2 = 102 mmn2 = 8 rpmZI pinion = 20 gigi

DI = (ZI x m ) + 2

Dl = (20 xl) + 2 = 22 mmnl = 40 rpm

Perhitungan tebal gigi.Menurut Asril Abbas, 1952, untuk

menghitung tebal gigi (b), dapat dihitungberdasarkan momen yang terjadi Mb dengantahanan bengkok sehingga didapat :

b = 15 modul mm, atau b = 1,5 modul em

b = 1,5 x 0,48 = 0,72 em = 7,2 mm

Dapat juga dihitung dari :

karena bentuk/profil gigi lurus didapat

Wb = 1/6 b h2

P. H = 1/6 b h2 x 0" b

karena H = 0,57 t , h = 0,55 t

Dengan :

Jarak antara = t = M x 1t = 4,39 mm,

Menjadi b = P = 5,299880,09 ..t..O"b 0,09 ..0,439 ..1100

Lebar b yang ditemukan yaitu 0,12 ematau 1,2 mm. Karena harga itu terlalu keeilharga b diambil yang lebih aman, yaitu 7,2 mmatau 1 em.

Bearing:

Untuk mengangkat beban aksial 100 kgpada batang ulir, tabung ulir harns dapatberputar. Agar transmisi daya dapat efisien,maka pada tabung ulir perlu diberi bantalan.Untuk keperluan tersebut dipilih jenis bantalangelinding, dikarenakan perawatan pada sistempelumasan relatif sederhana.

Diameter bearingUkuran diameter bearinglbantalan

gelinding menurut (Asril dkk, 1952) dapatditentukan dengan rnmus :

P=kd2

Dengan : P = beban 100 kg, k = faktor,tergantung pada bahan, golongan bidang jalandan keeepatan (harga diambil paling rendah 25untuk bahan Bt 18). Menurut Asril Abbas,1952.

k = 25, untuk golongan dari Bt. 18k = 60, untuk golongan dari Bd. 50.d, diameter bearing dalam em, ialah : 100

= 25 d2 sehingga d = 2 em diameter bearingditentukan = 35 mm jenis bearing aksial danradial

KESIMPULAN

Dari hasil peraneangan pemilihan bahan,dimensi dan ukuran hasil perhitungan telah


dibuat sistem pengangkat beban kapasitas100kg

Setelah melalui pengujian rancangbangun sebuah Pengangkat dudukan benda ujitersebut untuk radiografi sinar-X, bahwa dayayang dibutuhkan untuk menggerakkan naikturun dudukan benda uji 0,244 HP atau0,178kW

Motor stepper mampu menggerakkanmengingat daya motor sebesar 0,18 kW.

DAFT AR PUST AKA

ASRIL, ABBAS B, 1952, Konstruksi, PerhitunganPemakaian Bagian-bagian Pesawat Sederhana,H. Starn, Jakarta

STOLK JAC., KROS C., teIjemahan oleh H.Herdarsin,1984, Elemen Konstruksi dan BagianMesin, Erlangga, Jakarta

ABBAS BASLIM, 1953, Pesawat-pesawatPengangkat, H. Starn, Jakarta

BEER FERDINAND, and JOHNSON JR. RUSSEL,1987, Mechanics of Material, Me. Graw-HillLtd, Singapore

Standard ASME, Section V.

HEINZ, FRICK, 1979, Kekuatan bahan, Kanisius,Yogyakarta


YOGYAKARTA, 21-22 DESEMBER 2006ISSN 1978-0176

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 364 Suroso dkk

Documents

43. RANCANG BANGUN PENGANGKAT DUDUKAN KAPASITAS