Upload
duongxuyen
View
336
Download
39
Embed Size (px)
Citation preview
Universitas Wijaya Putra
40
BAB IVPERENCANAAN DAN PERHITUNGAN TRANSMISI PADA MESIN
PERAJANG TEMBAKAU DENGAN PENGGERAK KONVEYOR
4.1 Perencanaan Pulley dan V-Belt 1
4.1.1 Penetapan Diameter Pulley 1
1. Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm)
n2 = ?
Gambar 4.1 Perencanaan susunan belt dan pulley
Data awal yang diketahui :
Motor yang digunakan Motor Listrik = 1/4HP
Diameter pulley penggerak (D1) = 75 mm
Diameter pulley yang digerakan (D2) = 200 mm
Putaran pulley penggerak (n1) = 2800 rpm
n2 =
n2 =
n2 = 1050 rpm
D2
C
D1
Universitas Wijaya Putra
41
2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull)
Vp =
Vp = ,Vp = 10,99 m/det
3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg)
F =
F = ,, / = 1,73 kg
4. Penerapan V-Belt
Data diameter pulley dan jarak poros motor :
D1 (diameter pulley penggerak) = 75 mm
D2 (diameter pulley yang digerakkan) = 200 mm
â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 310 mm
Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi :
Tegangan yang timbul
K = 2 x φ x σo
Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan)
σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan)
( ir.Wayan Barata, 1998 )
Maka : K = 2 x 0,7 x 12
= 16,8 kg cm
Universitas Wijaya Putra
42
Luas penampang V-belt A(cm2)
A =
= ,, /= 0,654 cm2
Table 4.1 diameter V-belt
Tipe penampang O A B C D E F
Luas penampang A (cm2)0,5 0,8 1,4 2,3 4,8 7,0 11,7
Tinggi belt (h)5,0 8,0 10,5 13,5 19,0 23,5 30,0
Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A
Panjang V-Belt
L = 2â + (D2 + D1 ) +â
Dimana : â = jarak poros 310mm
D1 = 75 mm
D2 = 200 mm
Maka,
L = 2(310) + , x (200+75) + ( )L = 620 mm + 431,75 mm + 60,99 mm
L = 1.112,74 mm
Universitas Wijaya Putra
43
Kekendoran V-belt,Amin (mm)
Tipe belt A :
Amin = â - 2 h
Dimana : h = 8,0 mm
= 310 – 2.(8,0mm)
= 294 mm
Ketegangan V-belt, Amax (mm)
Tipe belt F :
Amax = (1,05~110).â
= 1,10 x 310 mm
= 341 mm
Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2
max = ( . . )+ .( . )+ ( . )Dimana :
= Tegangan awal untuk V-belt = 12 kg/cm2
F = Gaya keliling yang terjadi = 1,73 kg
Z = Jumlah V-belt = 1 buah
A = Luas penampang = 0,8 cm2
Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2
g = Percepatan grafitasi = 9,8 m/det2 x 100
Universitas Wijaya Putra
44
Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2
h = Tinggi belt = 8,0 mm = 0,8 cm
Dmin = Diameter pully terkecil = 75 mm = 7,5 cm
V1 = Kecepatan pully penggerak = 10,99 m/det
Maka :
max = 12 + ,( , )+ , ( , )( , ) + ( , ),= 12 + 1,08 + 1,54 + 64
= 78,62 kg/cm2
5. Jumlah putaran V-belt
U = = , , x 1000 = 9,88 rps
6. Umur belt, H (jam kerja)
= ( . . ) σσ
Dimana :
Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan)
U = 9,88 = jumlah putaran V-belt (rps)
X = 2 (jumlah pulley yang berputar) buah
m = 8, factor buah V-belt (tetapan)
σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan)
σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt
= 78,62 kg/cm2
Universitas Wijaya Putra
45
maka :
= ( , ) ,= 140,6 x 2,6
= 365,56 jam kerja
Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan
Gambar 4.2 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt
Perhitungan yang diperlukan meliputi :
Dari table untuk V-belt tipe A didapat(ir.Wayan Barata, Element Mesin, hal. 163)
e = 12,5 mm
c = 3,5 m
t = 16 mm
s = 10 mm
Universitas Wijaya Putra
46
Maka :
Dout 1 = dpull 1 +2.c Dout 2 = dpull 2 +2.c
= 75 + 2 . 3,5 = 200 + 2 . 3,5
= 82 mm = 207 mm
Din 1 = Dout 1 - 2.e Din 2 = Doutl 2 - 2.e
= 75 - 2 . 12,5 = 200 - 2 . 12,5
= 60 mm = 185 mm
7. Lebar pulley, B (mm)
Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan
sama, maka:
Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s
Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah
Maka :
Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10
= 0 + 20
= 20 mm
8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree)
α =180 -â
.600
Dimana : â = 310 (jarak antar poros penggerak) mm
dpull 1 = 75 mm
dpull 2 = 200 mm
Universitas Wijaya Putra
47
Maka :
α =180o – ( ) .600
α =180o – 24,2o
α = 155,80
9. Torsi yang terjadi pada pulley
T = F
T = 1,73 kg x
T = 64,875 kg.cm
4.2 Perencanaan Pulley dan V-Belt 2
4.2.1 Penetapan Diameter Pulley 2
1. Penetapan diameter pulley V-belt, dpull (mm)
n2 = ?
Gambar 4.3 Perencanaan susunan belt dan pulley
Data awal yang diketahui :
D1
D2
c
Universitas Wijaya Putra
48
Motor yang digunakan Motor Listrik = 180W
=0,18kW
Diameter pulley penggerak (D1) = 91 mm
Diameter pulley yang digerakan (D2) = 75 mm
Putaran pulley penggerak (n1) = 35 rpm
n2 =
n2 =
n2 = 42,5 rpm
2. Kecepatan keliling pulley penggerak, (Vpull)
Vp =
Vp = ,Vp = 0,167 m/det
3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak Frated (kg)
F =
F = ,, /F = 109,9 kg
4. Penerapan V-Belt
Data diameter pulley dan jarak poros motor :
D1 (diameter pulley penggerak) = 91 mm
D2 (diameter pulley yang digerakkan) = 75 mm
â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 183 mm
Universitas Wijaya Putra
49
Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt, meliputi :
Tegangan yang timbul
K = 2 x φ x σo
Dimana: φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan)
σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan)
Maka : K = 2 x 0,7 x 12
= 16,8 kg cm Luas penampang V-belt A(cm2)
Dari tabel 4.1 di bawah A didapat 0,8 cm2
A =
= ,, /= 6,5 cm2
Table 4.1 diameter V-belt
Tipe penampang O A B C D E F
Luas penampang A (cm2)0,5 0,8 1,4 2,3 4,8 7,0 11,7
Tinggi belt (h)5,0 8,0 10,5 13,5 19,0 23,5 30,0
Maka, tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A
Panjang V-Belt
L = 2â + (D2 + D1 ) +â
Dimana : â = jarak poros 183 mm
Universitas Wijaya Putra
50
D1 = 91 mm
D2 = 75 mm
Maka,
L = 2(183) + , (75+91) + ( )L = 336 mm + 260,63 mm + 37,64 mm
L = 634,27 mm
Kekendoran V-belt,Amin (mm)
Tipe belt A :
Amin = â - 2 h
Dimana : h = 8,0 mm
= 183 – 2.(8,0mm)
= 167 mm
Ketegangan V-belt, Amax (mm)
Tipe belt F :
Amax = (1,05~110).â
= 1,10 x 183 mm
= 184,10mm
Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt, σmax kg/cm2
max = ( . . )+ .( . )+ ( . )Dimana :
= Tegangan awal untuk V-belt = 12 kg/cm2
Universitas Wijaya Putra
51
F = Gaya keliling yang terjadi = 109,9 kg
Z = Jumlah V-belt = 1 buah
A = Luas penampang = 0,8 cm2
Y = Berat jenis rubber kanvas = 1,25~1,50 kg/cm2
g = Percepatan grafitasi = 9,8 m/det2 x 100
Eb = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm2
h = Tinggi belt = 8,0 mm = 0,8 cm
Dmin = Diameter pully terkecil = 75 mm = 7,5 cm
V1 = Kecepatan pully penggerak = 1,67 cm/det
Maka :
max = 12 + ,( , )+ , ( , )( , ) + ( , ),= 12 + 68,69 + 0,036 + 64
= 144,726 kg/cm2
5. Jumlah putaran V-belt
U = = , , x 1000 = 0,26 rps
6. Umur belt, H (jam kerja)
= ( . . ) σσ
Universitas Wijaya Putra
52
Dimana :
Nbase = 1x107 putaran,basis dari fatique test (tetapan)
U = 0,26 = jumlah putaran V-belt (rps)
X = 2 (jumlah pulley yang berputar) buah
m = 8, factor buah V-belt (tetapan)
σfat = 90 kg/cm2, fatique test untuk V-belt (tetapan)
σmax = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt
= 144,726 kg/cm2
maka :
= ( , ) ,= 5341,9 x 0,0224
= 119,7 jam kerja
Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan
Gambar 4.4 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt
Universitas Wijaya Putra
53
Perhitungan yang diperlukan meliputi :
Dari table untuk V-belt tipe A didapat (Ir.Wayan Barata,Element Mesin, hal. 163)
e = 12,5 mm
c = 3,5 m
t = 16 mm
s = 10 mm
Maka :
Dout 1 = dpull 1 +2.c Dout 2 = dpull 2 +2.c
= 91 + 2 . 3,5 = 75 + 2 . 3,5
= 98 mm = 82 mm
Din 1 = Dout 1 - 2.e Din 2 = Doutl 2 - 2.e
= 91 - 2 . 12,5 = 75 - 2 . 12,5
= 66 mm = 50 mm
7. Lebar pulley, B (mm)
Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan
sama, maka:
Bpull 2 = Bpull 1 = (z - 1) . t + 2.s
Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah
Maka :Bpull 2 = Bpull 1 = (1 - 1) . 16 + 2 . 10
= 0 + 20
= 20 mm
Universitas Wijaya Putra
54
8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, ∝ (degree)
α =180 -â
.600
Dimana : â = 183 (jarak antar poros penggerak) mm
dpull 1 = 91 mm
dpull 2 = 75 mm
Maka :
α =180o – ( ) .600
α =180o –( –5,3)o
α = 185,30
9. Torsi yang terjadi pada pulley
T = F
T = 109,9 kg x
T = 5000,45 kg.cm
4.3 Perencanaan poros 1
4.3.1 Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 1
Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :
N = 1/4 HP
n1 = 2800 rpm
∝ = 185,3o
Universitas Wijaya Putra
55
Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt)
F = 1,73 lb
Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :
Fr = Fφsin ∝2
= 1,730,9 sin 155,82= 1,92 sin 77,9
= 1,9 lb
4.3.2 Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 1
Gambar 4.5 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros1
1. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi)
Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000
psi, N = 2,5
max = , .= , . , = 10000 psi
RA RB
A BC
Fc
1,383,86
Universitas Wijaya Putra
56
2. Torsi poros, Tp (lb.in)
Tp = .Dimana :
Hp = 1/4 Hp
n = 2800 rpm
maka :
Tp = . ,= 56,25 lb.in
3. Tegangan tarik pada pulley
Gambar 4.6 tegangan Tarik pulley
Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1
Maka, 52
1 F
F
Dimana: 1F = batas kekuatan tarik maksimum V-belt
2F = batas kekuatan tarik minimum V-belt
2pullD = 200 mm = 7,87 inch
F1
F2
n
Fd
Universitas Wijaya Putra
57
Maka,
212
.2
pulld
TFF
212
.2
pulld
TFF
87,7
25,56212
xFF
= 14,29 lb
untuk 2F
21 5FF
29,145 12 FF
29,144 2 F
lb3,572 F
untuk 1F
21 5FF
3,5751 xF
lb17,851 F
Universitas Wijaya Putra
58
Maka,
cos.cos. 21 FFFd
212 dd
b
2
75200 b
mmb 5,622
125
222 bax
22 bax
22 5,62310 x
25,390696100 x
25,006100x
mm316,2x
x
acos
2,316
310cos
a∝∝∝ααα
xb
Universitas Wijaya Putra
59
0,98cos
011,360,98cosarc
02
01 36,11cos.36,11cos. FFFd
98,0.57,398,0.85,17
5,349,17
lb99,20
4. Perhitungan gaya pada poros 1
Gambar 4.7 Free body diagram poros 1
∑ Fv = 0
RA+ RB- Fc = 0
RA + RB = Fc
RA+RB = 1,73
∑ MA = 0
Fc x 5,24 - RB x 3,86
-RB x 3,86 = -1,73 x 5,24
-RB = ,,RB = 2,35 lb (arah perumpamaan benar)
Dari persamaan 1,2
RA RB
1,383,86
FcA B
C
Universitas Wijaya Putra
60
RA + RB = 1,73
= 1,73 – 2,35
RA = - 0,62 lb (arah perumpamaan terbalik)
Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C
Daerah A– B
Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1
= - 0,62 x 0
= 0
Untuk X1 = 3,86 in → MB = RA x X1
= - 0,62 lb x 3,86 in
= - 2,39 lb in
Daerah B – C
Momen = - Fc x X2
Untuk X2 = 0 → MC = Fc x X2
= 1,73 x 0
= 0
Gambar 4.8 diagram momen
A C
MB=- 2,39 lb in
B
Universitas Wijaya Putra
61
5. Diameter poros, Dp (mm)
Diketahui : T = 56,25 lb.in
M = - 2,39 lb.in
Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1040,
Syp = 50.000 Psi, N = 2,5= 0,5 sypN=, . ,
= 10000 Psi
≥ 16( . ) (Tp + )≥ 16(3,14 . 10000) (56,25 ) + (−2,39 )≥ 16(31400) 3169,8≥ 1631400 56,3≥ 900,831400≥ √0,0287 ≥ 0,306 = 7,77
Diameter poros ≥ 7,77 mm, maka perencanaan poros aman
Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yangberdiameter 19 mm
Universitas Wijaya Putra
62
4.4 Perencanaan poros 2
4.4.1 perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 2
Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut :
N = 180 w
n1 = 35 rpm
∝ = 185,3o
Φ = 0,9 (factor tarikan awal untuk V-belt)
F = 109,9 lb
Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah :
Fr = Fφsin ∝2
= 109,90,9 sin 185,32= 122,1 sin 92,65
= 121 lb
4.4.2 Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 2
Gambar 4.9 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros 2
RA RC
A B C
FB
4,94,9
Universitas Wijaya Putra
63
6. Tegangan bahan maksimum, σmaks (psi)
Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040, Syp = 50.000
psi, N = 2,5
max = , .= , . , = 10000 psi
7. Torsi poros, Tp (lb.in)
Tp = .Dimana :
Hp = 0,18 kW
n = 35 rpm
maka :
Tp = . ,= 324 lb.in
8. Tegangan tarik pada pulley
Gambar 4.10 tegangan Tarik pulley
Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1
F1
F2
n
Fd
Universitas Wijaya Putra
64
Maka, 52
1 F
F
Dimana: 1F = batas kekuatan tarik maksimum V-belt
2F = batas kekuatan tarik minimum V-belt
2pullD = 75 mm = 2,95 inch
Maka,
212
.2
pulld
TFF
212
.2
pulld
TFF
95,2
324212
xFF
= 219,7 lb
untuk 2F
21 5FF
7,2195 12 FF
7,2194 2 F
lb54,92 F
untuk 1F
Universitas Wijaya Putra
65
21 5FF
54,951 xF
lb274,51 F
Maka,
cos.cos. 21 FFFd
221 dd
b
2
7591 b
mmb 82
16
222 bax
22 bax
22 8183 x
6433489 x
33553x
mm183,2x
a∝∝∝ααα
xb
Universitas Wijaya Putra
66
x
acos
2,183
183cos
0,998cos
03,60,998cosarc
02
01 6,3cos.6,3cos. FFFd
998,0.9,54998,0.5,274
7,549,273
lb6,328
9. Perhitungan gaya pada poros Utama
Gambar 4.11 Free body diagram poros 2
∑ Fv = 0
RA+ RC- FB = 0
RA + RC = FB
RA+RC = 109,9
∑ MA = 0
RA RC
A B CFB
4,94,9
Universitas Wijaya Putra
67
FB x 4,9 - RC x 9,8
-RC x 9,8 = -109,9 x 4,9
= ,,RB = 54,95 lb (arah perumpamaan benar)
Dari persamaan 1,2
RA + RC = 109,9
= 109,9 – 54,95
RA = 54,95 lb (arah perumpamaan benar)
Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C
Daerah A– B
Untuk X1 = 0 → MA = RA x X1
= 54,95 x 0
= 0
Untuk X1 = 4,9 in → MB = RA x X1
= 54,95 lb x 4,9 in
= 269,25 lb in
Daerah B – C
Momen = - FB x X2
Untuk X2 = 0 → MC = FB x X2
= 109,9 x 0
= 0
Universitas Wijaya Putra
68
Gambar 4.12 diagram momen
10. Diameter poros, Dp (mm)
Diketahui : T = 56,25 lb.in
M = - 2,39 lb.in
Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1050,
Syp = 50.000 Psi, N = 2,5
= 0,5. sypN=, . ,
= 10000 Psi
≥ 16( . ) (Tp + )≥ 16(3,14 . 10000) (56,25 ) + (−2,39 )≥ 16(31400) 3169,8≥ 1631400 56,3≥ 900,831400
A C
MB=269,25 lbin
B
Universitas Wijaya Putra
69
≥ 0,025≥ 0,29 = 7,37
Diameter poros ≥ 7,37 mm, maka perencanaan poros aman
Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yangberdiameter 17 m
4.5 Perencanaan Bantalan 1
Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2,
data yang diketahui :
Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :
Diameter luar bantalan (Dp) = 35mm = 1,378 in
Beban statis dasar (Co) = 3,070 lb
Beban dinamis dasar (C) = 4,440 lb
Putaran maksimum (n) = 1050 rpm
Gaya radial (Fr) = 1,9 lb
Daya yang hilang ( akibat gesekan )
Hp = . .= , ,= ,= 0,022 Hp
Universitas Wijaya Putra
70
Umur Bantalan
L10 = .Dimana : L10 = Umur bantalan
C = Basic dynamic load rating = 4,440 lb
V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1
P = Beban ekuivalen
= V . Fr = 1 . ( 1,9 ) = 1,9 lb
Fr = Beban radial
n = putaran ( rpm ) = 1050 rpm
Maka,
L10 = , , . jam
= 127,61 x 15,87
= 2025,17 jam
Universitas Wijaya Putra
71
4.6 Perencanaan Bantalan 2
Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri 2,
data yang diketahui :
Dari tabel 9-1 Deutschman didapat :
Diameter luar bantalan (Dp) = 32mm = 1,26 in
Beban statis dasar (Co) = 1.910 lb
Beban dinamis dasar (C) = 2,760 lb
Putaran maksimum (n) = 35 rpm
Gaya radial (Fr) = 121 lb
Daya yang hilang ( akibat gesekan )
Hp = . .= ,= ,= 0,016 Hp
Universitas Wijaya Putra
72
Umur Bantalan
L10 = .Dimana : L10 = Umur bantalan
C = Basic dynamic load rating = 2760 lb
V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1
P = Beban ekuivalen
= V . Fr = 1 . ( 121 ) = 121 lb
Fr = Beban radial n = putaran ( rpm ) = 35 rpm
Maka,
L10 = , . jam
= 11,868 x 476,19
= 5651,42 jam