Muzammil Daud Ismail d21108854

30

Click here to load reader

Transcript of Muzammil Daud Ismail d21108854

Page 1: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perencanaan suatu elemen mesin yang akurat memegang peranan penting

terhadap prestasi karya suatu mesin. Karena dengan perencanaan tersebut dapat

dirumuskan karakteristik dari elemen mesin tersebut seperti daya yang ditransmisikan,

putaran mesin, momen puntir, momen gesek, lama pemakaian dan sebagainya. Agar

suatu elemen mesin dapat bekerja secara optimal, maka karakteristik tersebut perlu

diperhatikan dalam perencanaan.

Bertitik tolak dari asumsi tersebut, seorang calon engineer perlu memiliki

pengetahuan dan wawasan mengenai disain suatu elemen mesin agar nantinya pada

saat telah berkecimpung dalam dunia industri khususnya industri produk spare parts

dapat merencanakan suatu produk yang memiliki keunggulan tersendiri. Oleh karena

itu dalam kurikulum Jurusan Mesin disajikan mata kuliah disain perencanaan yaitu

Tugas Elemen Mesin, khususnya yang akan direncanakan dalam tugas ini adalah

perencanaan kopling.

Tugas perencanaan kopling ini pada mobil bermesin diesel dan saya

mengambil contoh pada mobil truk kecil Toyota Dyna tipe 110 ST. Kopling yang

terdapat pada mobil ini adalah termasuk kopling tak tetap jenis kopling plat.

Page 2: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

1.2 Tujuan Perencanaan

Perencanaan suatu elemen mesin haruslah benar-benar teliti dan cermat, maka

khusus dalam perencanaan kopling ini terdapat beberapa tujuan yang hendak dicapai

agar kopling yang direncanakan sesuai dengan kebutuhan.

Adapun tujuan tersebut antara lain :

Mendapatkan kekuatan kopling yang baik dengan dasar bahwa faktor

keamanan yang dimilikinya adalah optimal yang ditunjang dengan

pemilihan beban yang sesuai.

Mendapatkan kopling yang kuat tetapi ekonomis.

Dapat memperkirakan umur kopling yang direncanakan.

Memiliki efesiensi kerja yang tinggi.

1.3 Batasan Masalah

Pada tugas elemen mesin ini akan direncanakan sebuah kopling gesek tidak

tetap dari Toyota Dyna tipe 110 ST dengan bahan bakar solar. Adapun data sebagai

berikut :

a. Daya maksimum = 110 PS

b. Putaran maksimum = 2800 rpm

c. Transmisi = Manual 5 Kecepatan/ 5 Speed Manual

Page 3: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Pengertian Kopling

Kopling merupakan suatu bagian dari mesin yang berfungsi sebagai

sambungan poros dengan elemen mesin yang lain dengan terus menerus atau kadang-

kadang harus ikut berputar dengan poros tersebut.

Sehubungan dengan tujuannya, terdapat bermacam-macam prinsip kopling

tersebut antara lain:

a. Kalau harus dibuat suatu sambungan mati, dipergunakan sambungan lekat.

b. Kalau kopling harus memperbolehkan gerakan poros yang satu terhadap poros

yang lain dalam arah memanjang sebagai akibat perubahan temperatur, dalam

arah radial sebagai akibat ketidaktelitian ketika memasang maka dipasang kopling

yang dapat bergerak atau fleksibel.

c. Suatu sambungan yang mengurangi tumbukan lewat akumulasi kerja dan lewat

pengubahan kerja menjadi kalor dan yang banyak atau sedikit meredam getaran,

dinamakan kopling elastis.

d. Apabila sambungan dapat dibuat bekerja hanya kalau sedang berhenti tetapi dapat

dilepaskan selama bekerja, maka kita sedang berhadapan dengan kopling yang

dapat dilepaskan misalnya pada kopling cakar.

e. Apabila sambungan sembarang waktu selama sedang bergerak harus dapat

dihubungkan dan dilepaskan maka dipergunakan kopling ynag dapat dihubungkan

misalnya kopling gesek, kopling hidrolik atau kopling induksi elektromagnetik.

f. Untuk pekerjaan berat atau pekerjaan peka, dipergunakan kopling aman untuk

menghindari tumbukan dalam bagian yang peka dipergunakan perkakas yang

digerakkan atau beban yang terlampau besar dalam mesin penggerak, motor dan

sebagainya. Untuk itu dipergunakan koling stater.

Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan sebuah kopling

adalah sebagai berikut:

Kopling harus ringan, sederhana dan semurah mungkin dan mempunyai garis

tengah sekecil mungkin.

Page 4: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Garis poros yang hendak disambung harus berderet dengan tepat terutama

apabila kopling tidak fleksibel atau elastis.

Titik berat kopling harus terletak pada sumbu poros, tambahan pula kopling

harus disetimbangkan secara dinamik, kalau tidak telah disetimbangkan).

Bagian menonjol harus dicegah atau ditutupi sedemikian rupa sehingga tidak

menimbulkan bahaya.

2.2 Klasifikasi Kopling

Secara umum kopling dapat dibedakan atas 2 macam, yaitu :

1. Kopling tetap

Kopling tetap yaitu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan

daya poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip),

dimana sumbu poros penggerak tersebut terletak pada satu garis yang lurus. Yang

termasuk dalam kopling tetap adalah:

a. Kopling kaku

Kopling ini dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan sumbu

segaris. Kopling ini dipakai pada mesin dan poros transmisi umumnya di pabrik-

pabrik. Kopling ini terbagi atas:

Kopling box atau kotak digunakan apabila dua buah poros dan

transmisi harus dihubungkan dengan sebuah garis. Kopling ini dipakai

pada poros transmisi.

Kopling flens kaku terdiri dari naf dengan flens yang terbuat dari besi

cor atau baja cor dan dipasang pada ujung poros yang diberi pasak

serta diikat dengan flensnya. Dalam beberapa hal, naf pada poros

dengan sumbunya dipress atau dibaut.

Kopling flens tempa.

b. Kopling luwes, kopling ini terbagi atas:

Kopling flens lurus

Kopling karet ban

Kopling karet bintang

Kopling rantai

Kopling gigi

c. Kopling universal, kopling ini terbagi atas:

Page 5: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Kopling universal hook

Kopling universal

2. Kopling tak tetap

Kopling ini terbagi atas :

a. Kopling cakar

Kopling ini berfungsi untuk meneruskan momen dengan kontak positif

(tidak dengan perantaraan gesekan) sehingga tidak terjadi slip. Ada dua bentuk

kopling cakar yaitu:

Kopling cakar persegi

Kopling cakar spiral

b. Kopling Plat

Kopling ini disusun berdasarkan :

Berdasarkan banyaknya plat yaitu kopling plat tunggal dan kopling

plat banyak.

Berdasarkan ada tidaknya pelumas yang digunakan yaitu basah dan

kering.

Berdasarkan pelayanannya yaitu kopling manual, hidrolik, numatik

dan elektromagnetik.

c. Kopling kerucut

d. Kopling friwill

e. Kopling gesek ( dutch )

Page 6: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

BAB III

PERENCANAAN KOPLING

Perencanaan kopling dari mobil truk Toyota Dyna dengan data sebagai berikut :

a. Daya maksimum = 110 PS

b. Putaran poros = 1800 rpm

c. Torsi maksimum = 29 kgm/1800 rpm

d. Bahan untuk poros = ST 60

e. Jenis kopling adalah kopling gesek dengan satu plat gesek

f. Bahan plat gesek adalah asbestos yang dipres (direncanakan) dan beroperasi

kering.(Temperatur maksimum, = 250° C ).

A. Perhitungan Poros

1. Momen puntir pada poros (Mp)

)1.(........................................)(71620 Kgcm

n

NMp

di mana : N = Daya

= 110 PS

n = Banyaknya putaran

= 1800 rpm

Kgcm

Mp

78,43761800

11071620

2. Momen puntir yang direncanakan (Mpd)

Mpd = x Mp………………………………………..(2)

Di mana : = faktor kelebihan beban

= 1 6

= 1 (direncanakan)

Mpd = 1 x 4376, 78 Kgcm

= 4376, 78 Kgcm

3. Momen gesek yang direncanakan (Mfr)

Mfr = x Mpd ………………….. (3)

Di mana : = faktor penyambungan

Page 7: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

= 1,2 1,5

= 1,5 (direncanakan)

Mfr = 1,5 x 4376,78

= 6565, 17 kgcm

Bahan poros yang digunakan dalam perencanaan ini adalah St. 60. Ini berarti

tegangan tariknya adalah :

= 6000 kg/cm²

1. Besarnya tegangan tarik yang diizinkan ( )

)4.......(..............................

sIIbol

di mana : S = faktor keamanan

= 5 8

= 8 (direncanakan)

2/750

8

6000

cmKg

IIbol

2. Besarnya tegangan geser yang diizinkan ( )

2/5,433

73,1

750

)5.(........................................73,1

cmKg

bolIIbolII

3. Diameter poros ( )

cm

Mfrd

bolIIp

23,4

5,433

17,65655

)6........(..............................5

3

3

= 4, 5 cm (normalisasi)

B. Perhitungan ukuran kopling / plat gesek

Page 8: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Berdasarkan data-data yang dikemukakan di atas (untuk desain poros), dari V.

Dobrovolsky halaman 503 diperoleh data-data sebagai berikut :

μ = 0,3 (koefisien gesek)

p = 2 3 kg/cm² (tekanan)

= 2 kg/cm² (direncanakan)

= (150 250) °C (temperatur operasi)

Dari V. Dobrovolsky halaman 513 diketahui :

)(2,0

5,02,0)(5,0

)8,0(8,06,0

dipilih

rr

rr

r

b

andirencanakr

r

inout

inout

m

out

in

di mana : = jari-jari dalam bidang gesek

= jari-jari luar bidang gesek

= jari-jari rata-rata permukaan plat gesek

= 0,5 ( + )

b = lebar disk

Tabel 67 (V. Dobrovolsky), Friction material in wide use

Material of

friction surface

Operation

Condition

Coeficient of

Friction

Unit Pressure

(kg/cm2)

Maximum

Operation

Temperatur (oC)

Presed

Asbestos

Dry 0,3 2 3 150 250

Page 9: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Jadi : = …………………………….(7)

=

= 20, 58 cm

Dari perbandingan :

b/ = 0,2

b = 0,2 x 20, 58

= 4, 12 cm

/ = 0,8

= 0,8

= 0,5 ( + 0,8 )

= 0,9

= 20,58/0,9

= 22, 87 cm

= 0,8

= 0,8 x 22, 87

= 18, 3 cm

Jadi : = 2 x

= 2 x 22, 87

= 45, 74 cm

= 2 x

= 2 x 18, 3

= 36, 6 cm

= 2 x

= 2 x 20, 58

= 41, 16 cm

C. Perencanaan Spline

Page 10: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Spline merupakan pasak yang dibuat menyatu dengan poros sesuai dengan

lubang alur pasaknya pada naf. Spline poros berfungsi sebagai key antara poros dan

naf ,sehingga momen puntir dari cakra dipindahkan dari alur spline yang

mengakibatkan poros tersebut berputar bersama-sama cakra.

Direncanakan jumlah spline 10 buah.

Dari tabel 10, Hand Book Kent formula untuk proporsi seplain :

No. of Seplain W for all fitt Permanent fitt To slide under load

H d h d

10 0,150D 0,045D 0,910D 0,095D 0,81D

W = lebar spline

D = diameter spline

= /0,8 = 4,5/0,8 = 5, 63 cm

h = tinggi spline

= 0,095 D

= 0,095 x 5, 63

= 0, 535 cm

Jadi, jari-jari rata-rata ( )

= (D + )/4 = (5,63 + 4,5)/4

= 2, 5 cm

Diameter rata-rata ( )

= 2 x

= 2 x 2, 5

= 5 cm

W for all fitt = 0,150 x D

= 0,150 x 5, 63

= 0, 84 cm

Bahan spline dipilih St. 55 ( = 5.500 kg/cm2) maka, besarnya tegangan geser yang

diizinkan ( )

Page 11: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

= / 1, 73S

= 5.500 / 1, 73 x 8

= 397, 39 kg/cm2

= ……………………. (8)

di mana : f = ……………………………(9)

l = panjang seplain = 5 cm (direncanakan)

f =

= 2 cm

= 0, 72( koefisien gesek)

maka : =

= 182, 37 Kg/cm2

Karena < , yaitu 182, 37 < 397,39 (Kg/cm²). Maka dapat dikatakan seplain

aman.

D. Pemeriksaan Hasil Perhitungan

1. Perhitungan berat kopling (plat dan kampas kopling)

a. Berat kampas (G1)

G1 = ……………………(10)

Dimana : t = tebal asbes (0,2 0,5) = 0,5 cm (direncanakan)

= berat jenis

= 2,1 2,8

= 2,5 gram/cm³ (direncanakan)

G1 =

= 738, 48 gram

G1 = Kampas (2 sisi)

= 2 x 738, 48

= 1476, 96 gram

Page 12: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

b. Berat plat tengah (G2)

G2 = ………………………….(11)

Di mana : t = tebal asbes (0,2 0,5)

= 0,5 cm (direncanakan)

= berat jenis

= 7,6 7,89 (besi tempa)

= 7,8 gram/cm³ (direncanakan)

maka :

G2 =

= 2304, 05 gram

c. Berat poros

G3 = ………………………………………..(12)

Di mana : = diameter poros

= 4, 5 cm

l = panjang poros

= 30 cm (direncanakan)

= 7,8 gram/cm³

G3 =

= 3719, 72 gram

Jadi berat total (G) adalah :

G = G1 + G2………………………………………..(13)

= 1476,96 + 2304, 05

= 3781, 01 gram

= 3, 781 kg

2. Perhitungan lendutan

a. Lendutan akibat beban poros (Y1)

L/2 L/2

q

Page 13: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

L/2

Di mana : Y1 =

W = G3 = 3719, 72 gr = 3,7 kg

L = Panjang poros = 30 cm

E = Modulus elastis

= 2,15 x 106 kg/cm²

I = Momen inersia

=

=

= 20, 12

sehingga : Y1 =

= 0, 0009 cm

b. Lendutan akibat berat kampas kopling (Y2)

Gtot

P

Y2 = ………………………..(15)

Di mana : P = berat plat gesek

= G1 + G2

= 3, 781 kg

Sehingga :

Y2 =

= 4,9 . cm

maka defleksi lendutan total yang terjadi :

Page 14: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Y = Y1 + Y2

= 0,0009 + 4,9 .

= (0,9 + 0,049) . cm

= 0, 949 . cm

3. Pemeriksaan terhadap putaran kritis

= Y

1300 …………………………………………..(16)

=

= 9738 rpm

Diagram putaran kritis

Putaran operasi maksimum < putaran kritis, yaitu 3360 rpm < 9738 rpm, maka poros

aman terhadap putaran kritis.

4. Perhitungan terhadap momen lentur

a. Momen lentur akibat beban poros (M1)

ncr

1,2 n

n normal

0,8 n

9738 rpm

3360 rpm

2800 rpm

2240 rpm

L

Page 15: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

q = W / L

M1 =

M1 = ……………………………………………..(17)

=

= 13, 88 kgcm

b. Momen lemur akimbo plat gesek (M2)

L/2 PL L/2

M2 = ………………………………(18)

P = 3, 781 kg

M2 =

= 28, 36 kgcm

Jadi momen lentur (M) adalah :

M = M1 + M2

= 13, 88 + 28, 36

= 42,24 kgcm

Page 16: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

5. Pemeriksaan diameter poros

= …………………………………………………

(19)

Di mana :

= momen reduksi

M = momen lentur total

Mp = momen puntir yang direncanakan

= faktor koreksi

= 0,8 (untuk bahan poros St. 60)

sehingga :

= 22 78,43768,024,42

= 3501, 68 kgcm

Diameter koreksi ( )

( ) = ………………………………………(20)

di mana :

=

s = faktor keamanan (8 – 10)

= 10 (dipilih)

= 6000 / 10

= 600 kg/cm²

sehingga :

=

= 3, 89 cm

Karena < , yaitu 3,89 cm < 4,5 cm, maka poros dapat dikatakan dalam

kondisi aman.

Page 17: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

BAB IV

KARAKTERISTIK KOPLING

1. Suhu Kopling

Suhu kopling terjadi saat bekerja akibat gesekan dan sangat berpengaruh

terhadap ketahanan kopling itu sendiri. Oleh karena itu perhitungan temperatur

Page 18: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

kopling sangat penting untuk mencek apakah kopling beroperasi pada temperatur

operasi yang diizinkan atau tidak.

perhitungan temperatur operasi

Q . K . t ………………………….. (21)

Sehingga :

t = ………………………………(22)

di mana : t = kenaikan temperatur

Q = kalor yang timbul akibat gesekan.

= 632Nfr kkal/h.

= luas bidang gesek

= 2 . . b . z

= 2 . 3,14 . 0,2058. 0,0412 . 1

= 0, 053 m

K = faktor perpindahan panas

= 70 kkal/m²h °C

Nfr = daya yang hilang akibat gesekan

= ……………………….(23)

di mana :

= energi gesek

= ………………………(24)

di mana :

Mfr = momen gesek

= 6565, 17 kgcm = 65, 65 kgm

= putaran poros

=

Page 19: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

=

= 293, 07 rad/det

t = waktu penyambungan kopling

= 2 detik (direncanakan)

W = kerja kopling / jam

= 80 (diasumsi)

maka energi gesek adalah :

Afr =

= 19240, 05 kgm

Nfr =

= 5,7 dk

jadi :

t =

= 121 oC

Temperatur Operasi ( ) :

= t + suhu kamar………………………………(25)

= 121 + 27

= 148 oC

Karena < , yaitu 148 °C < 250 °C, maka dapat dikatakan plat gesek aman

dari temperatur operasi.

2. Umur kopling

Penentuan umur kopling berguna untuk mengetahui sampai di mana

ketahanan dari kopling tersebut bila telah mencapai umurnya. Umur kopling

tergantung dari pemakaian kopling apakah kontinu atau tidak.

Perhitungan umur kopling :

Page 20: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Ld = (jam)…………………….. (26)

Di mana :

Ld = lama pemakaian plat gesek

a = tebal plat gesek

= (0,2 0,5) cm

= 0,5 (direncanakan)

= kerja yang dihasilkan oleh plat gesek

= (5 8) dk

= 5 dk (dipilih)

= 5 x 746 = 3730 watt

maka :

Ld =

= 1734 jam

Diasumsi :

- Banyak penyambungan perjam (W) : 80 kali

- Lama kopling menyambung + melepas (T) : 2+2 : 4 detik

- diperkirakan sehari dipakai 10 jam (N)

Maka, umur kopling adalah

L = 3600Ld /W.T.N……………………………(27)

= 3600. 1734 / 80. 4. 10

= 1950 hari

Jadi umur kopling dalam tahun adalah :

L =

= 5 tahun

Jadi plat gesek harus diganti tiap 5 tahun

3. Efisiensi kopling

Page 21: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Penentuan efisiensi kopling dimaksudkan untuk mengetahui sampai di mana

kemampuan kerja kopling tersebut untuk memindahkan daya maksimum ke bagian

transmisi lainnya.

Perhitungan efisiensi kopling :

= ……………………….(28)

jadi efisiensi kopling :

=

= 95 %

BAB V

K E S I M P U L A N

Berdasarkan hasil perhitungan yang dilakukan pada bab-bab sebelumnya maka dapat

disimpulkan bahwa :

A. Perhitungan poros

a. Momen puntir pada poros = 4376, 78 kgcm

Page 22: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

b. Momen puntir yang direncanakan = 4376, 78 kgcm

c. Momen gesek yang direncanakan = 6565, 17 kgcm

d. Tegangan tarik yang diizinkan = 750 kg/cm²

e. Tegangan geser yang diizinkan = 433, 5 kg/cm²

f. Diameter poros = 4, 5 cm

B. Perhitungan ukuran kopling / plat gesek

a. Jari-jari rata-rata permukaan plat gesek = 20, 58 cm

b. Jari-jari dalam plat gesek = 18, 3 cm

c. jari-jari luar plat gesek = 22, 87 cm

d. Diameter luar plat gesek = 45, 74 cm

e. Diameter dalam plat gesek = 36, 6 cm

f. Diameter rata-rata plat gesek = 41, 16 cm

C. Perencanaan plat gesek

a. Diameter spline = 5, 63 cm

b. Tinggi spline = 0, 535 cm

c. Lebar spline = 0, 84 cm

d. jari-jari rata-rata spline = 2, 5 cm

e. Diameter rata-rata spline = 5 cm

f. Tegangan yang terjadi = 182, 37 kg/cm²

g. Tegangan geser yang diizinakan = 397, 39 kg/cm²

D. Pemeriksaan hasil perhitungan

1. Perhitungan berat kopling

Berat kampas = 1476, 96 gram

Berat plat tengah = 2304, 05 gram

Berat poros = 3719, 72 gram

Berat total kopling = 3, 781 kg

2. Perhitungan lendutan

Lendutan akibat beban poros = 0, 0009 cm

Page 23: Muzammil Daud Ismail d21108854

TUGAS ELEMEN MESIN II

Lendutan akibat beban kampas kopling = 4, 9 . cm

Lendutan total = 0, 949 . cm

3. Perhitungan putaran kritis

Putaran kritis = 9738 rpm

4. Perhitungan terhadap momen lentur

Momen lentur akibat beban poros = 13, 88 kgcm

Momen lentur akibat beban plat gesek = 28, 36 kgcm

5. Pemeriksaan diameter poros

Momen reduksi = 3501, 68 kgcm

Diameter koreksi = 3, 89 cm

E. Karakteristik kopling

1. Suhu kopling

Temperatur maksimum = 250 °C

Temperatur operasi = 148 °C

2. Umur kopling = 5 Tahun

3. Efisiensi kopling = 95 %