Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Tugas Akhir
BAB IV
PERHITUNGAN
4.1 Mencari Gaya Penekanan Maksimum
Specimen uji yang akan digunakan adalah struktur baja hasil pengelasan baja karbon rendah St-37, yang memiliki harga tegangan tarik maksimum (σ u) sebesar 400 MPa. Dibawah ini adalah gambar specimen uji hasil pengelasan yang diletakkan di atas matras :
Dimensi specimen adalah sebagai berikut :
L = 250 mm
b = 25 mm
h = 9 mm
Luas penampangnya adalah :
A=b .h(4.1)
¿25mm.9mm
Perhitungan IV-1
Specimen
80
Tugas Akhir
¿225mm2
Untuk mencari Gaya penekanan maksimum adalah dengan menggunakan persamaan :
σ u=FA (4,2)
F=σ u . A (4.3)
Ket :
σ u=TeganganTarik Maksimum
F=Gaya /Beban
A=LuasPenampang
Jadi,
σ u=FA
400 Nmm2=
F225mm2
Maka gaya penekanan maksimumnya adalah :
F=400 Nmm2 .225mm2
F=90000 N=90000 kg . ms2
Perhitungan IV-2
Tugas Akhir
F=90000 kg . m
s2
9,8 ms2
F=9183,7 kg
Jadi secara teoritik dibutuhkan gaya penekanan maksimum sebesar 9183,7 kg (90000 N ) untuk mendeformasikan specimen yang akan diuji.
4.2 Perhitungan Komponen-komponen Yang Digunakan
Penggunaan komponen-komponen ini selain berdasarkan kesesuian dengan parameter input juga karena ketersediaanya.
4.2.1 Motor listrik
Spesifikasi :
3 phase Daya (P) = 0,5 hp = 373 watt Putaran motor (nm) = 1400 rpm
Dari data spesifikasi diatas diperoleh Torsi dengan persamaan sebagai berikut :
T= Pω (4.4)
ω=2πn60 (4.5)
Kemudian persamaan (4.6) disubstitusikan ke persamaan (4.5), sehingga menjadi :
Perhitungan IV-3
Tugas Akhir
T= P2πn/60 (4.6)
Ket : T=Torsin=PutaranoutputP=Daya
Maka besar torsi motor adalah :
Tm=P
2πn/60
Tm=60.P2πn
Tm=60 .373watt
2 .3,14 .1400 rpmT m=2,55N .m4.2.2 Reducer (gear box)
Spesifikasi : Angka reduksi (i) = 1 : 60 Putaran input = 1400 rpm Putaran output = 23,33 rpm
Dengan menggunakan persamaan (4.6), maka besar Torsi reducer adalah :
T r=P
2πn /60
T r=60.P2πn
T r=60 .373watt
2 .3,14 .23,33 rpmT r=152,7N .m
4.2.3 Rantai dan Sprocket
Perhitungan IV-4
Tugas Akhir
Spesifikasi : Angka reduksi (i) = 1 : 2 Putaran input = 23,33 rpm Putaran output = 46,67 rpm No.Rantai = 60 Pitch rantai = 0,75 in Jumlah gigi sprocket kecil (N1) = 13 gigi Jumlah gigi sprocket besar (N2) = 26 gigi
Dari data spesifikasi diatas diperoleh diameter pitch sprocket dengan persamaan sebagai berikut :
D= pitch
sin( 180°N )
(4.7)
Ket :
Pitch=Pitch sprocket
N=Jumlah gigi sprocket
Maka besar diameter pitch sprocket kecil (D1 ¿ adalah :
D1=pitch
sin( 180°N1)
D1=0,75
sin( 180013 )D1=3,125∈¿
Perhitungan IV-5
Tugas AkhirD1=0,079m
Diameter pitch sprocket besar (D2) adalah:
D2=pitch
sin( 180°N2)
D2=0,75
sin( 180026 )D2=6,25∈¿D2=0,159m
Menentukan jarak pusat sprocket nominal (C)
Untuk menentukan jarak pusat sprocket nominal (C) digunakan persamaan :
C=30 . pitch (4.8)
Ket :
C=Jarak pusat sprocket nominal
“Angka 30 dipilih dari angka yang dianjurkan yaitu 30-50 kali pitch”.
Maka jarak pusat sprocket nominal (C) adalah :
C=30 . pitch¿30 .0,75¿22,5∈¿¿0,572m
Perhitungan IV-6
Tugas Akhir
Menghitung panjang rantai (dalam pitch)
Untuk menghitung panjang rantai (dalam pitch) digunakan persamaan :
L=2C+N2+N1
2 +(N2−N 1 )
2
4π 2.C (4.9)
Ket :
L=Panjangrantai
C=Jarak pusat sprocket nominal
N 1=Jumlahgigi sprocket kecil
N2=Jumlahgigi sprocket besar
Maka panjang rantai (dalam pitch) adalah :
L=2C+N2+N1
2 +(N2−N 1 )
2
4π 2.CL=2 x¿L=77,69 pitch≈78 pitchL=78 pitch¿39∈¿
Menghitung jarak antar pusat sprocket (dalam pitch) :
Untuk Menghitung jarak antar pusat sprocket (dalam pitch) digunakan persamaan :
Perhitungan IV-7
Tugas Akhir
C s=14 [L−
N2+N1
2+√(L− N2+N1
2 )2
−8 (N2−N 1 )2
4 π2 ]
(4.10)
Ket :C s=Jarak antar pusat sprocket L=PanjangrantaiN 1=Jumlahgigi sprocket kecilN2=Jumlahgigi sprocket besar
Maka jarak antar pusat sprocket (dalam pitch) adalah :
C s=14 [78−26+132 +√(78−26+132 )
2
−8 x (26−13 )2
4 x (3,14)2 ] C s=
14 [78−19,5+√ (78−19,5 )2−1352
9,85 ] C s=
14
[58,5+√3422,3−137,3 ]
C s=14
[58,5+57,3 ]
C s=14
[115,8 ]
C s=28,95 pitch
Menghitung gaya pada sprocket besar Untuk menghitung gaya pada sprocket besar digunakan
persamaan :T r=F .r 2
Perhitungan IV-8
Tugas AkhirF=
Tr
r2 (4.11)
Ket : T r=Torsi reducer
F=Gaya
r2=Jari− jari sprocket besar
Maka :
F=Tr
r2
¿ 152,7N .m0,079m
¿1932,9N
“ Gaya yang ditransmisikan oleh sprocket besar melalui rantai ke sprocket kecil adalah sebesar F = 1932, 9 N ”
Menghitung torsi pada sprocket kecil =Untuk menghitung torsi pada sprocket kecil digunakan
persamaan :T 1=F . r1 (4.12)
Ket :T 1=Torsi sprocket kecilF=Gayar1=Jari− jari sprocket kecil
Maka :T 1=F . r1
Perhitungan IV-9
Tugas Akhir
¿1932,9 N .0,039mT 1=75,38N .mJadi, torsi pada sprocket kecil adalah 75,38N .m.
4.2.4 Rodagigi cacing (worm gear)
Spesifikasi :
Angka reduksi (i) = 1 : 13 Jumlah gigi cacing (N1) = 2 gigi Jumlah gigi rodagigi (N2) = 26 gigi Putaran input (n1) = 46,67 rpm Putaran output (n2) = 3,59 rpm
Dengan menggunakan persamaan (4.6), maka Torsi rodagigi cacing adalah :
T w=P
2πn/60
T w=60.P2πn
T w=60.373
2.3,14 .3,59T w=992,1 N .m
4.2.5 Ulir Daya (Power Screw)
Spesifikasi :
Pitch (p) = 6 mm Sudut maju (α ) = 20°
Sudut ulir (γ ¿ = 70°
Diameter (D) = 3,8 mm Angka reduksi (i) = 1 : 1 Putaran (n) = 3,59 rpm
Perhitungan IV-10
Tugas Akhir
Dari data spesifikasi diatas diperoleh kecepatan translasi dengan persamaan sebagai berikut :v=pxn (4.13)
Ket :v=Kecepatan translasip=pitchn=putaran
Maka :
v=6 mmmin
.3,59 rpm
v=21,54 mmmin
Gambar dibawah ini adalah gambar potongan dari ulir daya.
FA F
Ft
200
Gambar 4.0 Potongan Ulir Daya
Untuk menghitung gaya pendeformasian terhadap specimen digunakan persamaan sebagai berikut :
Perhitungan IV-11
Tugas AkhirF t=
Tr
tan γ=F t
F
F=F t
tan γ
F=
Tr
tan 70
(4.14)Ket :
F=gaya pendeformasian
T=Torsi
r=Jari− jariUlir Daya
Maka :
F=
992,1Nm1,9 .10−3mtan 70
¿63703,3N=63703,3 kg . ms2
Perhitungan IV-12
Tugas Akhir
¿63703,3 kg . m
s2
9,8 ms2
¿6500 kg=6,5 ton
Maka gaya untuk mendeformasikan specimen hingga membentuk sudut < 900 adalah sebesar 6,5 ton.
4.3 Poros
Poros seperti ditunjukkan pada gambar 4.1 berfungsi sebagai penerus putaran dan daya. Untuk mendesainnya kita perlu untuk menjabarkan gaya-gaya yang diterima oleh poros dari pasangan sprocket-rantai dan pasangan rodagigi cacing.
Gambar 4.1 posisi sprocket dan rodagigi cacing pada poros
Dbb :
Perhitungan IV-13
F2=Fc . sinα F1=FA . sinα
Tugas Akhir
RD RB
Mencari Gaya tangensial (F) pada sprocket dan rodagigi cacing.
¤ Untuk mencari gaya tangensial pada rodagigi cacing digunakan rumus :
T A=F A . rG
F A=T A
rG
F1=FA . sinα (4.15)
Maka :
Perhitungan IV-14
F2=Fc . sinα
T c=75,38Nm T A=992,1Nm
Tugas AkhirF A=
992,1Nm0,04
F A=24802,5N
Jadi, gaya tangensialnya adalah :
F1=FA . sinα
F1=24802,5N . sin 20°
F1=22570,3N
¤ Untuk mencari gaya tangensial pada Sprocket kecil digunakan rumus :
T c=F c . rs
F c=T c
r s
F2=Fc . sinα (4.16)
Maka :
F c=75,38 Nm0,039m
F c=1932,8N
Jadi, gaya tangensialnya adalah :
F2=Fc . sinα
Perhitungan IV-15
Tugas AkhirF2=1932,8N . sin 20°
F2=1764,65N
Maka diagram benda bebasnya berubah menjadi :
Dbb :
ΣF y=0
F1+F2−RB−RD=0
22570,3N+1764,65N−RB−RD=0
RB+RD=24334,95 N…………………… ..(1)
ΣM D=0
F2 (0,05m )−RB (0,3m)+F1 (0,37m)=0
1764,65N (0,05m)−RB (0,3m )+22570,3N (0,37m )=0
Perhitungan IV-16
T c=75,38Nm T A=992,1Nm
F2=1764,65N F1=22570,3N
RD RB
Tugas Akhir88,23Nm−RB (0,3m )+8351Nm=0
RB=28130,8N…………………………… ..(2)
Substitusi pers.2 ke pers.1 :
RD=24334,95 N−RB
RD=24334,95 N−28130,8N
RD=−3795,85N
Maka Dbb nya menjadi :
F2 = 1764,65 N F1 = 22570,3 N
Tc = 75,38 Nm TA = 992,1 Nm
RD = - 3795,85 N RB = 28130,8 N
Untuk mencari diameter poros yang menerima beban momen puntir menggunakan persamaan :
d= 3√ 32.FS .Tπ .σ y (4.17)
Perhitungan IV-17
Tugas AkhirMaterial yang digunakan untuk poros adalah AISI 1050 hot rolled, dari table didapatkan σ y= 338 MPa. Faktor safety dipilih 3.
Maka :
d= 3√ 32.FS .Tπ .σ y
d= 3√ 32.3 .992,1(3,14 ).338 .106
d= 3√ 95241,61061,32.106
d=8,9 .10−3m
d=8,9mm
4.4 Pasak
Bahan yang digunakan sebagai material pasak adalah AISI 1020 hot rolled, dari table didapatkanσ y = 207 MPa
Untuk menghitung panjang minimum pasak digunakan rumus:
Perhitungan IV-18
Tugas AkhirL=
F s. F t
S y .H
(4.18)
Ket :
L1=Panjang pasak
F s=faktor safety
F t=Gaya tangensial
H=Tinggi pasak (lebar=tinggi )
Maka :
L1=3 .22570,3 N
207 Nmm2 .5mm
L1=67,71.103 N
1035 Nmm
L1=65mm
L1adalah pasak yang terdapat pada rodagigi cacing.
Untuk pasak Sprocket yaitu :
L2=10.1764,65N
207 Nmm2 .5mm
Perhitungan IV-19
Tugas AkhirL2=
17,6.103 N
1035 Nmm
L2=17mm
L2adalah pasak yang terdapat pada Sprocket.
Perhitungan IV-20