Perencanaan dan perhitungan mesin

7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin

1/45

45

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dibahas tentang perhitungan mesin Pelorodanmalam kain batik, yaitu analisa daya gaya yang nantinya dibutuhkandalam mesin agar dapat berjalan dan berfungsi dengan baik, yaitumenghitung daya motor pada saat bekerja sampai memutar ulir

pengrak atau power screw dilanjutkan dengan perhitunganperencanaan elemen mesin yang mendukung perencanaan mesin

pelorodan malam kain batik sehingga aman dalam pengoperasiannya.

Sehingga, Mesin Pelorod malam kain batik ini digunakan

motor listrik dengan daya HP.

4.1 Analisa Gaya pada Palang Penjepit KainPada kompoen Palang Penjepit kain Batik, Diperoleh

beberapa data terkait beban, dilakukan dengan metode observasi dilapangan tepatnya di salah satu produsen kain batik serta data padasaat perencaan mesin, adalah sebgai berikut :

Berat kain Batik + Malam + air = 3 kg Berat Palang atau penumpu kain = 0.75 kg

Berat Plat Pengunci = 0,5 kg

Panjang Palang atau penumpu kain = 0,5 m

= m . g= (3 + 0.75 + 0.5) kg . 9.81

= 4,25 kg . 9.81 = 41,35 N

4.1.1 Prosedur Menggambar Diagram Benda Bebas

Langkah 1

Dibayangkan benda terisolasi atau membuatnya bebas dari

kungkungan dan hubungan hubunganya, kemudian

mengambaar sketsa bentuk garis - grisnya


2/45

46

Gambar. 4.1 Penumpu kain

Gambar. 4.2 Diagram benda bebas Penumpu kain

Langkah 2

Identifikasikan semua gaya gaya eksternal dan momen yangbekerja pad benda. Mereka umumnya dijumpai sebagai (1)

beban-beban yang di terapkan, (2) reaksi-reaksi yag terjadi padapenopang atau pada titik kontakan degan benda lai, (3) Beratbenda, Untuk memperhitungkan seua efek ini, akan membantu

kalau menelusuri seluruh batas, dengan secara seksamamemperhatikan masing-masing gaya atau momen yang terjaditehadap benda

Langkah 3

Tunjukan dimensi benda yang perlu untuk mengjitung momen-

momen gaya . Gayagaya dan momenmomen kopel yangdiketahui harus di label dengan besar dan arahnya yang benar.(R. C Hibbeler. 2002.Engineering Mechanics ; Statics;190)

Berdsarkan gambar palang penumpu kain batik serta penjepit, makasambungan antara power screw dengan penumpu tergolong

sambungan jepit atau tetap.

Diagram Benda bebas


3/45

47

V

N

V

N

W

xy

Dari Gambar penampang penumpu kain batik terkena atau tergolongbeban merata dengan distribusi gaya sebagai berikut :

= , x 41,5 N= 10,375 N

+ = 0 ;=0 + = 0 ;W = 0

= w= 10,375N

+ = 0+ W ( 0,5) m = 0 = - W (0,167) m

= - 10,375 N x 0,167 m

= 1,729


4/45

48

W

W

1,729

41,35 N

W

X

y

Potongn Kiri

=( , , , ) x 41,35 N= (0,5 x 41,35) N

= 20,675 N = 41,35 N20,675 N

= 20.675 N

W = ,

=, ,

= 2,584

W = x l= (20,675 x 0,25) = 5,168

+ = 0;= 0


5/45

49

W

+= 0 ;1,729 W W = 0(1,7295,1682,584)

=

=6,023 ( ) + = 0 ;

-1,729 + 1,729 (0,25 m) -W (0,2 m)W (0,125 m) - = 0-1,729 + 1,729 (0,25 m) - 2,584 (0,2 m) - 5,168 (0,125 m)= = -1,729 + 0,4325 - 0,5168 - 0,646 = (- 2,891 + 0,432)

= -2,459

( )

+ = 0 ;-1,729 + W (0,05 m) + W (0,125 m) - = 0-1,729 + 2,584 (0,05 m) + 5,168 (0,125 m) = = - 0,953 ( )

Potongan Kanan

= ( , , , )x 41,35 N = 20,675 N

+ = 0;- - W (0,083 m) = - 0,214 ( )


6/45

50

Potongan kiri Potongan kanan

Wrata-rata Total pada tiap - tiap Plang :

Wratarata Wratarata 2

Wrata-rata Potongan Kiri +

=

, +,

= 3,876 Wrata-rata Potongan Kiri

W = 2,584 Wrata-rata =

Wratarata Wratarata 2

Wrata-rata = (, + ,

)

= 3,23 4.1.2 Prosedur Menggambar Diagram Geser dan Momen

1. Gambar Diagram Benda Bebas

2. Hitung Reaksi tumpuan

3. Potong Benda A (potongan terjadi diantara 2 gaya v/beban

merata ada gaya terpusat)

WW W

Wrata-rata


7/45

51

x

y

4. Gambar potonganya

5. Hitung gaya-gayanya sebagai fungsi jarak

6. Gambar diagram geser dan momenya

Diagram Benda Bebas

+ = 0 ;= 0

+ = 0 ;10,375 N + = 0 + = 10,375 N..(1)

+ = 0 ;10,375 (0,25) - (0,5) = 0= 2,593 / 0,5= 5,1875 N

Masukan Harga

ke dalam persamaan 1, sehingga diperoleh

harga: + = 10,375 N = 10,375 N -

= (10,375 - 5,1875 ) N

= 5,1875 N

10,375 N

I

I

II

II


8/45

52

5,1875 N

10,375 N

Gambar. 4.3 Potongan I-I Penempu kain

Gambar. 4.4 Potongan II-II Penempu kain

Potngan I-I

+ = 0 ; ( 0 0,25 )5,1875 - = 0

= 5,1875 X = 0 V1= 5,1875

X = 0,25 V1= 5,1875

+ = 0 ; ( 0 0,25 )5,1875 () - = 0 = 5,1875 .

= 0 = 5,1875 . 0 = 0 = 0,15 = 5,1875 . 0,15 = 0,778 = 0,25 = 5,1875 . 0,25 = 1,296

Potngan II-II

5,1875 N

1

2


9/45

53Gambar. 4.5 Diagram geser pada penumpu kain

+ = 0 ; ( 0,25 0,5 )

5,187510,375 - = 0= - 5,1875 X = 0,25 V2= - 5,1875

X = 0,5 V2= - 5,1875

+ = 0 ; ( 0,25 0,5 )

5,1875 ( X2 )10,375 ( X2 - 0,125 )Mpot = 0

Mpot = 5,1875 . X210,375 . X2 + 1,296Mpot = - 5,1875 . X2 + 1,296

= 0,25 = - 5,1875 . ( 0,25 ) + 1,296= 2,592

= 0,35 = - 5,1875 . ( 0,35 ) + 1,296= 3,111

= 0,5 = - 5,1875 . ( 0,25 ) + 1,296= 3,889

Diagram Geser


10/45

54

Gambar. 4.6 Diagram Momen pada penumpu kain

Diagram Momen

4.2 Analisa Tegangan yang Terjadi Pada Palang

Tegangan didefinisikan sebagai gaya normal dibagi tiap

satuan luas, tegangan dianggap terbagi merata pada luas penampang

melintang bagian benda. Tegangan timbul akibat adanya beban atau

gaya yang bekerja pada sebuah benda atau material. Dalam benda atau

material itu sendiri ada tegangan ijin yang besarnya ditentukan oleh

tegangan yield point material dan faktor keamanan yang diambil. Dari

kedua tegangan inilah nanti akan diperoleh dimensi atau ukuran yangterkecil namun aman terhadap gaya atau beban.(Suhariyanto,Elemen

Mesin I 2011 : 11)

Tegangan-tegangan yang akan timbul dalam perhitungan /

perencanaan elemen mesin khususnya pada palang penjepit terdiri

dari:


11/45

55

Gambar. 4.7 Penumpu kain

1. Tegangan Geser (Shears stress)

2. Tegangan Bending / lengkung ( Bending stress ).

3. Tegangan Geser Total / Maksimum (Shears stress total).

4.2.1 Analisa Tegangan Geser (Shear Stress)

Pada Konstruksi alat terdapat empat buah palang yangdigunakan untuk menjepit kain pada saat proses pelorodan malam kain

batik agar kain batik tidak selip atau jatuh saat proses berlangsung.Penampang dan penjepit dapat dilihat pada gambar berikut:

Dari Gambaran Penampang palang penjepit diatas, Maka dapat

digolongkan ke dalam tegangan geser satu sisi (Single shear).

F F


12/45

56

Gambar. 4.8 Tegangan Geser pada penumpu kain

Massa Total : Gaya :

= (3 + 0.75 + 0.5) kg F = m . a

= 4,25 kg = 4,25 kg . 9.81 = 41,35 N

Tegangan Geser

=,

, ,

=,

,

= 551,33 N/m2

Tebal minimum yang diijinkan

Untuk mencari tebal minimum harus mengetahui tegangan

ijin suatu bahan. Tegangan ijin itu sendiri merupakan tegangan

yang mampu diterima oleh material agar tidak sampai putus atau

terdeformasi plastis.

-

SF (Safety Factor) atau angka Keamanan = 2 (beban Statis)- yp Stainless Steel : UTS = 505 Mpa = 73200 psi

: yp = 215 Mpa = 31200 psi- Panjang l direncanakan : 0,5 m

- Konversi Satuan untuk yp:yp = 215 Mpa = 215 x 106 Pa

= 215 x 10

6

Pa x 10

-5

bar/Pa

tl

F

s

.


13/45

57Gambar 4.9 Tegangan Bending pada penumpu kain

= 215 x 101bar

= 215 x 101Kgf / mm2

Mencari Tebal atau tinggi minimum :

F/ l.t

L . t F .sf .

0,5 . t , . , . 0,5 .t ,

t,, t0,128 m

Jadi, tebal atau tinggi minimum (t) yang diperbolehkan agar saat

proses berlangsung aman adalah sebesar minimal 0,128 m. Makadalam kondisi real menggunakan tebal 0,015 m masih

diperbolehkan atau aman karena jenis penumpu berongga (tidak

pejal).

4.2.2 Analisa Tegangan Bending / Lengkung (Bending Stress)

Disamping konstruksi palang terkena tegangan Geser, Juga

terkena tegangan Bending akibat adanya beban dimana palang hanyabergantung pada 1 titik tumpu.


14/45

58

Dimensi b dan h yang direncanakan adalah :

b = 3 cm = 0,03 mh = 1,5 cm = 0,015 m

Karena gaya yang timbul searah dengan gaya F, maka

tegangan bending yang terjadi pada palang penjepit kain dapatdihitung dengan rumus :

dimana :

- Mb= momen bending ( Mb= F . e ), lbf.in atau Nm

- Wb= momen tahanan bending () , in

3atau m3

- I = Momen Inersia , in4atau m4(besarnya tergantung

bentuk permukaan, lihat pada tabel)

- Y = Jarak yang diukur dari permukaan ke sumbu

netral, in atau m

Mencari Harga Momen Bending (Mb):

Mb = F . e

= 41,35 N . 0,5 m

= 20,675 Nm

Mencari Harga Momen Tahanan Bending (Wb):Wb = (I/y)

- I (Momen Inersia bentuk persegi panjang)

I = .

=, . (, )

b

b

b

W

M


15/45

59

Gambar 4.10 Tegangan geser total pada penumpu kain

=, . ,

=

,

= 8,437 x 10-6m4

- Y atau jarak yang diukur dari sumbu netral

Y = 1/2 . h

= 0,5 . 0,015 m

= 0,0075 m

Wb = (I/y)

= 8,437 x 106m4 30,0075 m = 112 , 493 x 10-5 m3

= 1,124 x 10-3 m3

Tegangan Bending :

= , , = 18,394 x 10-3N/m2

4.2.3 Analisa Tegangan Geser Total / Maksimum (Shear Stress

total)Tegangan geser total merupakan penjumlahan ( secara vector )

antara tegangan geser dengan tegangan yang lain. Tegangan

maksimum atau tegangan geser total pada penampang dengan luasan(b.h) dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :

b

b

bW

M


16/45

60

Gambar 4.11 Dimensi Dasar Ulir

Penggerak

Tegangan Geser Maksimum yang Terjadi :

=

(b)

(s)

=(18,3941 x 10) (551,33)(N/m)= 338,342 10 303964,760 /= 3383723965 N/m= 58169, 785 N/m

4.3 Analisa Tegangan Pada Ulir PenggerakUntuk mengetahui Tegangan yang terjadi pada ulir Penggerak

terlebih dahulu dilakukan analisa terhadap macammacam tegangan

yang timbul pada ulir penggerak antara lain adalah :

4.3.1 Tegangan Bearing

Tegangan ini timbul antara permukaan ulir penggerak dengan

permukaan ulir murnya, yang saling berhubungan.

nhd

W

m

B

..

DImana :

=Tegagan Bending (Psi) W = Beban (lbf)

= Diameter rata rata ulir(in)

h = kedalaman Ulir (in)

n = jumlah ulir

Berdasarkan Pengukuran Ulir penggerak yang sudah direncanakan,

diperoleh data sebagai berikut :

W = 4,25 kg (tiap palang)


17/45

61

= 4 x 4,25 kg (jumlah palang 4)

= 17 kg

Diameter rata-rata ulir :

40 mm

Kedalaman ulir : 0,0054 in x 25,189 mm

= 0,136 mm

Jumlah ulir : 60

nhd

W

m

B

..

= kg

. . . , .

= kg, = 0,016 kg/mm2

4.3.2 Tegangan Bending

Beban W dianggap merata dan bekerja pada diameter rata-rata

(dm), yang berjarak 0,5h dari kaki ulir. Sehingga dapat dianggapbagian yang diarsir pada gambar sebagai suatu batang sentilever yang

pendek.

Harga b di asumsikan 0,0043 in

= . =

/ = .,

( . . ) /

=

. .

( . . )

= . kg . , ( . . )(, ) = , , =0,0819 kg/mm2


18/45

62

Gambar 4.12 Konstruksi Ulir Penggerak

4.3.3 Torsi Untuk Ulir Penggerak

Berikut ini adalah skema atau detil gambar aripada ulir

penggerak (Power Screw)

Untuk mengetahui kebutuhan daya yang digunakan pada ulir

penggerak (Power Screw) maka perlu mencari 2 Torsi utama yakni :

4.3.3.1 Torsi yang diperlukan untuk menaik-turunkan Ulir

Penggerak (Power Screw)

Berdasarkan Data Hasil Pengukuran secara langsung atau

dengan metode observasi, Dieroleh data berat kain + air, Palang ,

Penjepit yang terkait dalam perhitungan Torsi Ulir Penggerak guna

perencanaan Daya motor adalah sebagai berikut :


19/45

63

Fnaik & turun

Gambar 4.13 Beban Pada Ulir Penggerak

Berat kain Batik + Malam + air = 3 kg

Berat Palang atau penumpu kain = 0.75 kg

Berat Plat Pengunci = 0,5 kg

Wtotal : (3 + 0,75 + 0,5) kg

: 4,25 kg

Karena Kapasitas proses adalah 4 kain maka,

Wpower screw = 4 x Wtotal

= 4 x 4,25 kg

= 17 kg

= 17 kg x 9,81 m/s2

= 166,77 kgf

Diameter rata-rata ulir dm:

D1 = 44 mm

D3 = 36 mm

D2 / dm =

= +

= 40 mm

Berdasarkan Observasi rmcdiperoleh:

rmc = 60 mm

Koefisien gesek fcBerdasarkan Tabel 5-8 :

Fc = 0,16

Gambar 4.14 Diameter rata rata ulir


20/45

64

Tabel 4.1 Koefisien gesek fc

Srecw Material Steel Brass Bronze Cast Iron

Steel (dry)0,15

0,25

0,15

0,23

0,15

0,19

0,15

0,25

Steel

(lubricated)

0,11

0,17

0,10

0,16

0,10

0,15

0,11

0,17

Bronze 0,08

0,12

0,04

0,06

0,08

0,10

0,06

0,09

( Sumber : Deutschman, 1985 : 763)

Koefisien gesek fsBerdasarkan Tabel 2-1 :

Fs = 0,74

Tabel 4.2 Koefisien gesek berbagai macam bahan

No Bahan

Koef.

GesekStatis fs

Koef.

GesekKinetis fk

1 Baja diatas baja 0.74 0.57

2 Aluminium diatas baja 0.61 0.47

3 Tembaga diatas baja 0.53 0.36

4 Kuningan diatas baja 0.51 0.445 Seng diatas besi tuang 0.85 0.21

6 Tembaga diatas besi tuang 1.05 0.29

7 Gelas diatas gelas 0.94 0.4

8 Tembaga diatas gelas 0.68 0.53

9 Teflon diatas teflon 0.04 0.04

10 Teflon diatas baja 0.04 0.04

(Sumber : Sears, Zemansky : 1982, Fisika I untuk Universitas)


21/45

65

+

+

+

Gambar 4.15 Sudut Helix dan dimensi

dasar ulir penggerak

Sudut Helix dan Sudut Ulir

Berdasarkan Observasi Sudut Helix dan Ulir berturut turut

diperoleh :

: 7,5

: 5

Cos = Cos 7,5

= 0,991

Cos = Cos 5

= 0,996Sin = Sin 7,5

= 0,130

Torsi untuk menaikkan dan menurunkan ulir penggerak

WfcrSinfsCosCos

SinCosW

SinfsCosCos

CosfsWdT mc

n

n

n

m

R ...

..

..

..

2

Tr =402 [

166,77 0,74 0,9910,996 0,991 0,74 0,130

166,77 0,996 0,1300,996 0,991 0,74 0,130 ]

+ 59,395 x 0,16 x 166,77

Tr = 20 ,,, ,

,, + 1584,84Tr= 20

,

, ,

, + 1584,84

Tr= 20 137,4124,261+ 1584,84Tr= 20 161,671+ 1584,84Tr = 3233,42 + 1584,84

Tr = 4818,26 kgf.mm = 481,82 kgf.cm


22/45

66

Daya untuk menaikkan Ulir Penggerak :

P = T x n71620=, kgf.c p

P = 0,5 HPJadi, Kebutuhan Daya untuk menaik dan menurunkan Ulir

Penggerak (Power Screw) adalah sebesar 0,5 HP

4.3.3.2 Torsi yang diperlukan untuk memutar Ulir Penggerak

(Power Screw) di dalam Fluida

Torsi untuk memutar Ulir Pnggerak atauPower Screw dalam

aliran fluida adalah :Tr = FDx r

Dimana :

Tr: Torsi ulir penggerak untuk memutar

FD : Gaya Drug

r : Jari-jari tabung / bidang kerja

Gaya Drag merupakan komponen gaya pada sebuah benda yang

bekerja secara parallel terhadap arah. Dalam pemecahan masalahmengenai Gaya Drag, FD terhadap benda yang memiliki lengkungan,

berdiameter d, yang bergerak melewati aliran I incompressibledengan

kecepatan V, dengan massa jenisdan viskositas absolut, Gaya drag

dapat ditulis dengan persamaan

FD = f1 (d , V , , v)

Untuk luasan d2 dapat dirumuskan :

F . V. d = f2 { . v . d }Bentuk persamaaan diatas juga sesuai untuk benda yang melewati

atau melawan arusIncompressible yang memiliki panjang b dan lebar

h, dirumuskan sebagai berikut :

CD =F

/ . V. AFD = CD. . V2. A


23/45

67

Gambar 4.16 grafik hubungan antara koefisien drag dengan

aspek rasio untuk bidang datar dengan Re > 1000

DImana :

FD : Gaya Drag (Gaya yang dibutuhkan untuk melawan arus

Incompressible)

: Massa Jenis Zat cair

V : Kecepatan aliran

A : Luasan Penampang (panjang h, lebar l)

CD : Koefisien Drag

Untuk mencari harga CDdapat dilihat melalui grafik :

Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan harga CD melalui

rasio panjang dan lebar benda Namun, grafik ini digunakan jika Harga

Renold Number (Re) >1000 Mencari angka Renold (Reynold Number)

Re =Gy Isi

Gy Viskos=

. V . D

Dimana :

= Massa Jenis (Kg /m3)

V = Kecepatan Aliran (m/s)

D = Diameter bidang kerja (m)

= Viskositas absolut (N. s/m2)


24/45

68

Re =V D ()

( . )

Re =V D ()

( )

Untuk putaran motor direncanakan sebesar 70 rpm

Hubungan antara kecepatan linear dan kecepatan sudut:

V =

x r

=

. .

= . . = . .

= 7,326 rad/s

V = x r= 7,326 rad/s x 0,5 m

= 3,663 m/s

Berdasarkan tabel Viskositas Air dengan Suhu maksimum

85C adalah :

0,342 10 Jadi, Harga Re :

Re =

, (, )

(, )

Re =,

(, )

Re = 2,0456 x 106


25/45

69

b

h

Gambar 4.17 Material datar yang bergerak terhadap aliran fluida

Karena Harga Re> 1000, maka grafik untuk menentukn Harga CD dapat

digunakan,

Untuk harga b/h = 0,5 m / 2 m

= 0,25

Berdasarkan Grafik koefisien Drag diatas, Harga CD adalah :

1,1

FD = CD. . V2. A

= 1kg

V2 = (3,663 m/s)2

A = b x h

= (0,5 x 2) m

= 1 m

FD = 1,1 . . 1 . 3,663 . 1

= 2,014 kgf

Jadi, Gaya Drag yang terjadi antara palang penumpu yang

diberikan kain bergerak terhadap Hambatan Fluida yang dihitungberdasarkan Mekanika fluida besarnya diketahui :

FD = 2,014 kgf


26/45

70

FD

FD

FD

FD rr

rr

Gambar 4.18 Gaya Drag yang terjadi

Karena jumlah Palang ada 4 buah, maka :

FD = 2,014 kgf x 4

= 8,05 kgf

Torsi untuk memutar ulir penggerak (Power Screw):

T = FDx r

= 8,05 x 0,5 kgf.mm

= 4,02 kgf.mm

= 0,402 kgf.cm

Daya untuk memutar Ulir Penggerak di dalam fluida:

P = T x n71620=, kgf.c p

P = 0,14 HP

Jadi, Kebutuhan Daya untuk memutar beban pada Ulir

Penggerak (Power Screw) adalah sebesar 0,14 HP

Kebutuhan Daya Ulir Penggerak (Power Screw)

Ptotal = Pnaik-turun + Pputar

= 0,5 HP + 0,14 HP

= 0,64 HP

Jadi, daya minimum motor (P) yang diperbolehkan agar saat

proses berlangsung aman adalah sebesar minimal 0,64 HP. Maka

dalam kondisi real menggunakan motor dengan daya HP.


27/45

71

Gambar 4.19 Gambaran Belt Pulley

4.4 Perencanaan Belt dan Pulley

Belt termasuk alat pemindah daya yang cukup sederhana

dibandingkan dengan rantai dan roda gigi. Belt terpasang pada dua

buah pulley atau lebih, pulley pertama sebagai penggerak diversedangkanpulleykedua sebagai drivenyang digerakkan. Pada Alat ini

Belt dan Pulley hanya sebagai transmisi daya, tanpa memperbesar atau

memperkecil daya yang ditransmisikan

DIrencanakan :

D1 = D2 adalah130 mm, Putaran pulley1 dan Pulley2 sama n1 = n2

adalah 70 rpm.

4.4.1 Daya yang Ditransmisikan

Daya yang ditransmisikan atau di pindahkan oleh system Belt

danPulleyadalah :

Pd = fc x P

Dimana :

Pd= Daya yang ditrencanakan

fc = Faktor koreksi Belt (Lihat Tabel faktor koreksi) P = Daya motor yang direncanakan (Hp)

Pd = fc x P

= 1,0 x 0,75 Hp

= 0,75 Hp

Jadi, Daya Desain yang dibutuhkan adalah 0,75 HP


28/45

72Gambar 4.20 Diagram Pemilhan sabuk -V

4.4.2 Torsi Pada Belt

T1 = 71620 xP

= 71620 x , Hp p= 71620 x 0,0107

= 767,35 kgf.cm = 7673,5 kgf.mm

Karena putaranpulleyn1 dan n2 sama 70 rpm, maka Torsi yang

terjadi padapulley2 =pulley1 sebesar 7673,5 kgf.mm

4.4.3 Dasar Pemilihan Belt

1 Hp = 0,746 kw

0,75 Hp = 0,75 x 0,746 x Hp xkwHp

= 0,559 kw

Daya yang ditransmisikan dalam kw :

Pd = fc x P

= 1,0 x 0,559 kw

= 0,559 kw

Berdsarkan Diagram Pemilihan V-Belt, dengan :

Daya rencana 0,559 kw

Putaran 70 rpm


29/45

73

Gambar 4.21 Dimensi V-Belt type B

Gambar 4.22 Jarak Antar pusat Pulley atau C

Maka Type Belt yang dipilih adalah tipe B. Berdasarkan Tabel untuk

Dimensi V Belt tipe B adalah sebagai Berikut :

b = 17 mmh = 10,5 mm

A = 1,38 cm2

4.4.4 Perencanaan Panjang BeltBerdasarkan tabel 3-6 Sudut kontak dan Panjang Belt,

didapatkan persamaan untuk mencari panjang Belt sebagai berikut:

Berdasarkan perencanaan, Haraga C atau jarak antar pusat

Pulleyadalah 520 mm.

L = 2C +(D1 + D2) +

= 2 x 520 mm +(130 mm + 130 mm) + = 1040 mm + 1,57 (260 mm) + 0

= 1040 mm + 408,2 mm

= 1448,2 mm

= 1,4482 m


30/45

74

Gambar 4.23 Distribusi tarikan atau gaya pada belt

Untuk penyesuaian Belt yang akan dipakai, melihat Tabel 3-

9 sehingga Panjang Belt yang dipakai adalah 1600 mm atau 1,6 m.

4.4.5 Kecepatan Keliling atau Kecepatan Linear

Kecepatan keliling atau kecepatan linear pulley dapat

dirumuskan sebagai berikut :

V = D

= p

= V = 0,476 m/s

4.4.6 Menghitung Gaya Trik F1 dan F2

Kondisi F1 adalah Kndisi kencang

Kondisi F2 adalah Kndisi kendur

Keterangan gambar: = sudut kontak antara belt denganpulley

F1 = gaya tarik pada bagian yang kencang

F2 = gaya tarik pada bagian yang kendor

P = distribusi tarikan/gaya

N = gaya normal

r = jari-jaripulley


31/45

75

Berdasarkan Persamaan diperoleh :

P =F v

Fe = PV

= , kw

, = 119,785 kgf

Mencari harga F1 danF2 :

F1 / F2 = efs . Dimana ; fs : koefisien gesek

: Lihat Tabel 3-6 Elemen Mesine : Bilangan NaturalMengacu pada tabel 3-6 sudut kontak dan panjang belt Buku

Elemen Mesin 2,maka dapat dirumuskan sebagai berikut :

=180 - x 60= 180 - 0 x 60

= 180

= 180 rad 1 rad = 360 / 21 rad = 57,2 = 180 =180 / 57,2 = 3,146 rad

f adalah koefisien gesek yang dilihat pada tabel berikut :


32/45

76

Tabel 4.3 koefisien gesek antara belt danpulley

Maka fs= 0,3

F1/ F2 = efs . F1/ F2 = 2,718, . ,F1/ F2= 2,718,F1 = 2,567 F2

Berdasarkan persamaan diperoleh :

Fe = F1- F2 F1 = 2,567 F2

Fe = 2,567 F2- F2 F1 = 2,567 x 76,442

Fe = 1,567 F2 F1 = 196,227 kgf

F2 = Fe/ 1,567

F2 = 119,785 / 1,567

F2 = 76,442 kgf

4.4.7 Tegangan Maksimum yang Terjadi pada Belt

Tegangan maksimum (max) terjadi pada saat belt mulai

menyentuhpulleypenggerak (titik D pada Gambar 4.24) atau di titik

awal belt memasukipulleypenggerak. Besarnya tegangan maksimum

merupakan penjumlahan dari ke empat tegangan-tegangan tersebut


33/45

77

Gambar 4.24Diagram tegangan pada bagianbagian Belt

max = 0 +d + v +b

max =FA +

FA +

v g +E

hD

= 12 kgfc + , kgf , c + ,

(, ) , +

300kgf

c x, c c

= 12kgfc + 43,400

kgfc +0,00346

kgfc +24,230

kgfc

= 79,633kgf

cJadi Tegangan Maksimum yang dialami Belt adalah sebesar79,633

kgfc

4.4.8 Prediksi Umur Belt

Untuk dapat mengetahui tau memprediksi umur Belt, maka

digunakan persamaan sebagai berikut :


34/45

78

base

m

fat

mNHXu ....3600.

max

H =

. .

Dimana :

H = Umur Belt (jam)

Nbase = basis dari fatique test, yaitu 107 cycle

f = fatique limit fatique limit atau endurancelimit yang berhubungan dengan Nbase dapat

dicari dari "fatique curve

f = tegangan Maksimum yang terjadi

= Jumlah putaran perdetik atau sama denganv/l (v dalam m/s , l dalam panjang belt m)

X = jumlahpulleyyang berputar

m = 8 untuk V- Bet

Mencari nilai

= v/l

= , /s, = 0,328

fUntukV-Belt, f = 90 kg/cm2

Umur Belt

H =

. .

=

. , . kg/c

, kg/c

=

,1,130

=,

,


35/45

79

Gambar 4.25 KonstruksiUlir Penggerak pada kerangaka alat

Gambar 4.26 Diagram Benda Bebas Ulir Penggerak

= 11271,692 jam = 1,304 Tahun

4.5 Perhitungan PorosDalam perhitungan poros ini, diasumsikan ulir penggerak atau

power screw sebagai poros karena antar sisi ulir saling simetri

sehingga dapat dikategorikan poros.

4.5.1 Analisa Gaya

Skema gaya pada alat sebagai berikut :


36/45

80

F1

F2

F2 cos

F1 cos F1 sin

F2 sin

Gambar 4.27 Gaya Tarik F1 dan F2pada Belt

Keterangan :

F1dan F2merupakan gya tarik padapulley

Karena sistemPulley

dan Belt hanya sebagai

transmisi daya, = 0

Sehingga,

F1 =196,227 kgf

F2= 76,442 kgf

BH (Gaya pada bearing arah Horizontal) dan Bv (Gaya pada

bearing arah Vertikal)

F merupakan Gaya pengaduk:

F = 8,05 kgf

W1 = W2

= m . g= (3 + 0.75 + 0.5) kg . 9.81

= 4,25 kg . 9.81

= 41,35 kgf


37/45

81

I I

II II

F1 + F2

V1

X1

+ Mt

Gambar 4.28 Reaksi tum uan arah horizontal

4.5.1.1 Reaksi Tumpuan Horizontal

+ = 0 ;BH+ (F1 + F2) +8,05-8,05 = 0

BH = - (196,227 + 76,442)

BH = - 272,669 N

+ = 0 ;BV(4W + Wporos +pulley) = 0

BV= (4 x 41,35 N) + 215 N

BV= 380,4 N

Potongan I - I

+ = 0F1 + F2 -V1= 0

V1 = (196,227 + 76,442)

= 272,669

+ = 0- Mt+ (F1 + F2) . X1 = 0Mt = 272,669 (X1)

( 0 0,05 )= 0 = 272,669 . 0 = 0= 0,025 = 272,669 . 0,025 = 6,816

= 0,05 = 272,669. 0,05 = 13,633


38/45

82

0,05 m

X2

F1 + F2

BH

V2

+ Mt

Potongan II - II

+ = 0F1 + F2V2 +BH= 0

V2 = (196,227 + 76,442) - 272,669

= 272,669 - 272,669

= 0

+ = 0- Mt+ (F1 + F2) . (0,05 + X2 ) + BH(X2) = 0

Mt = 272,669 (0,05 + X2) - 272,669 (X2)

= 13,633 + 272,669 .X2 - 272,669 .X2

= 13,633

( 0,06 0,7 )= 0,3 = 13,633= 0,5 = 13,633= 0,7 = 13,633


39/45

83

0,05 m 0,7 m

Fr

Fa

F

Gambar 4.29 Diagram Momen arah Horiontal

Gambar 4.30 Gaya Pada Bearing

Diagram Momen arah Horizontal

4.6 Perhitungan Bearing Pada Poros / Ulir Penggerak

Dari analisa dan perhitungan pada bagian sebelumnya

diperoleh data-data sebagai berikut :

Gaya pada bantalan :

Fa = FV

Fa = 380,4 N = 38,04 kgf

Fa = 38,04 kgf

Fr = FH

Fr = 272,6 N = 27,26 kgf


40/45

84

4.6.1 Beban Eqivalen Bantalan

Untuk mengetahui beban eqivalen pada bantalan dapat

diketahui melalui persamaan :

= Dimana :

P = beban ekivalen, lbf

Fr = beban radial, lbf

Fa = beban aksial, lbf

V = faktor putaran (konstan) bernilai :

1,0 untuk ring dalam berputar

1,2 untuk ring luar yang berputar

X = konstanta radial (dari tabel, dapat dilihat pada lampiran)

Y = konstanta aksial (dari tabel, dapat dilihat pada lampiran)

Cara memilih harga X dan Y dapat dilakukan dengan langkah-

langkah sebagai berikut :

Diameter Poros : dm= 40 mm

= ,

= 0.0168Jadi, nilai e = 0,22

=,

,= 1,408Sehingga :

>e

Maka Harga X dan Y Berdasarkan tabel Beban Eqivalen

Bearing.


41/45

85

X = 0,56 dan Y = 1,99

Nilai Fsball bearing = 2,5 ( Heavy Shock Load )

V= 1 ( ring dalam yang berputar )

Jadi Beban Eqivalen Bantalan adalah :P = V . X. Fr+ Y . Fa

= 1 . 0,56 . 60,108 + 1,99 . 84,672

= 33,660 + 168,497

= 202,157 lbf

= 91.681 kgf

4.6.2 Menghitung Umur BantalanUntuk mengetahui berapa umur bantalan yang nantinya diganti

baru, maka umur bantalan sebaiknya diganti dengan umur :

L =

CP

b

Dimana :

C = 1670 kgf (ball bearing)b = 3 (untuk ball bearing)

n = 70 rpm (putaran poros)

Maka, umur bantalan ,

=

p ,

= (18,215)3

= (238,095 6043,486)

= 1438923,82


42/45

86

n

NM

t 000.974

4.7 Perhitungan Pasak

Pada perencanaan dimensi pasak, bahan direncanakan

menggunakan bahan ST 37 dan diketahui diameter poros 35 mm.

Sehingga didapat datadata sebagai berikut :Syp = Tegangan ijin bahan menggunakan ST 37

Yang mempunyai nilai 21,46 kg.f/mm2

W = Lebar pasak 4,5 mm (tabel E1)

N = Angka keamanan = 2,5 (tabel G)

Ks = Koefisien tegangan geser (0,6)

Kc = Koefisien tegangan kompresi (1,2)

T1 = Momen torsi Motor (8905,142kg mm)

= 974.000, Hp p

= 974.000 x 0,00914

= 8905,142 kg.mm

4.7.1 Perhitungan panjang pasak pada poros berdasarkan

tegangan geser

Gambar 4.31 Gaya geser pada pasak

N

SypK

DLW

T sS

12


43/45

87

SypKDW

NTL

s

2

2/46,216,0305,4

5,2142,89052

mmkgfmmmm

mmkg

mm61,25 (Poros)

4.7.2 Perhitungan panjang pasak pada poros berdasarkan

tegangan kompresi

Gambar. 4.32 Gaya kompresi pada pasak

N

SK

DLH

TYPc

c

4

DWSypK

NTL

C

4

mmmmmmkgf

mmkg

305,4/46,212,1

5,2142,890542

mm61,25


44/45

88

4.8 Pembahasan Hasil Pengujian Mesin

Dari percobaan proses pelorodan malam pada kain batik

diperlukan waktu pelorodan dengan hasil yang optimal, sebagai

berikut :

Tabel 4.4Hasil Percobaan Mesin Pelorod Malam Kain Batik

Pengujian Waktu Pelorodan Kandungan Malam

1 3 menit 50%

2 4 Menit 40%

3 5 Menit 35%

4 6 Menit 33%5 7 Menit 20%

Berdasarkan pengujian Mesin Pelorod Malam Kain Batik

didapatkan waktu optimal untuk pelorodan adalah selama 7 Menit

dengan kandungan malam tersisa 20%.


45/45

Halamanini sengaja dikosongkan

Documents

Perencanaan dan perhitungan mesin