BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Roll Mesin roll dapat didefinisikan suatu alat yang digunakan untuk merubah bentuk maupun penampang suatu benda kerja dengan cara mereduksi. Pada umumnya jenis pengrollan dapat dibagi menjadi tiga klompok, yaitu : (Nafsan U, 2012) Gambar 2.1 Alat penerol plat Flat Rolling (Pengerollan datar) Proses pengerolan plat lembaran (strip) dengan tebal awal sebelum masuk ke celah roll (roll gap) akan dikurangi tebalnya dengan sepasang roll yang ber-putar pada poros dengan tenaga putar dari motor listrik. (Nafsan, 2012) 7

2 8 Gambar 2.2 Flat Rolling (John Wiley & Sons, Inc. M P Groover 2002) Rolling Milling (Pengerollan bentuk) Disain, konstruksi dan operasi dari rolling mills membutuhkan investasi yang besar. Terutama untuk mesin yang mempunyai kemampuan tinggi dalam hal toleransi, kualitas plat dan lembaran pada produksi yang besar. (Nafsan, 2012) Gambar 2.3 Mesin Rol Milling. (Sukanto & Erwanto, 2014)

3 Ring Rolling Proses deformasi di mana cincin berdinding tebal dari diameter yang lebih kecil digulung menjadi cincin berdinding tipis dari diameter yang lebih besar. Keuntungan menggunakan Ring Rolling adalah penghematan material, dan penguatan melalui pengerjaan dingin. Beberapa komponen yang dibuat menggunakan proses ring rolling bola dan bantalan rol ras, ban baja untuk roda kereta api, dan cincin untuk pipa, dan mesin berputar. (John Wiley & Sons, Inc. M P Groover 2002) Gambar 2.4 Ring Rolling (John Wiley & Sons, Inc. M P Groover 2002) 2.2 Perencanan Roll Perencanaan Rol Langkah awal untuk membuat panel plat beralur adalah merencanakan desain mesin dan kemudian membuatnya. Beberapa pilihan dapat dianalisa dan kemudian diambil desain yang paling memungkinkan untuk direalisasikan menjadi mesin pembentuk alur. Membentuk alur ini dapat

4 10 dilakukan dengan metode banding, dengan metode dipress dan juga dengan metode diroll (Riyani,2014). Rol untuk membentuk profil plat gelombang yang direncanakan adalah berukuran lebar 900 mm dengan diameter 100 cm seperti tampak pada gambar 2.5 berikut. Gambar 2.5 Dimensi rol 2.3 Perencanaan Motor Penggerak dan Transmisi Putaran Sumber penggerak yang digunakan oleh mesin rol pencetak profil plat gelombang dengan ketebalan plat 1,2 mm ini ini adalah motor listrik 1 HP dengan kecepatan putar as 1400 rpm. Motor listrik mentransmisikan putaran ke poros mesin melalui gearbox. Fungsi utama dari gearbox adalah sebagai pereduksi putaran input dari motor listrik menjadi putaran yang diinginkan. Sesuai dengan perbandingan reducer yang digunakan pada mesin rol pencetak profil plat gelombang dengan ketebalan plat 1,2 mm ini, menggunakan gearbox 1:60, artinya input gearbox dari putaran motor 1400 rpm maka poros output gearbox menjadi 23 rpm. Adapun bagian dari gearbox adalah roda gigi cacing berpasangan dengan roda gigi miring yang akan membentuk sudut 90. Seperti tampak pada gambar 2.6 berikut.

5 11 Gambar 2.6 Gearbox 2.4 Perhitugan Daya Untuk menghitung daya motor terlebih dahulu mendefinisikan daya yaitu : Daya motor dihitung dengan : atau (R.S.Khurmi,Machine Design,hal:12) Dimana : P = Daya yang diperlukan (Watt) T = Torsi (N.m) = Kecepatan sudut (rad/s) n = Putaran motor (rpm) Maka daya rencana : (Sularso,Elemen Mesin, hal:7) Dimana : Pd = Daya rencana (Watt) P = Daya yang diperlukan (Watt) = Faktor koreksi

6 Perencanaan Kopling Kopling adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan dua poros pada kedua unjungnya dengan tujuan untuk mentransmisikan daya mekanis. Kopling biasanya tidak mengizinkan pemisahan antara dua poros ketika beroperasi, namun saat ini ada kopling yang memiliki torsi yang dibatasi sehingga dapat slip atau terputus ketika batas torsi dilewati. Tujuan utama dari kopling adalah menyatukan dua bagian yang dapat berputar. Dengan pemilihan, pemasangan, dan perawatan yang teliti, performa kopling bisa maksimal, kehilangan daya bisa minimum, dan biaya perawatan bisa diperkecil. Manfaat kopling dalam permesinan: Untuk menghubungkan dua unit poros yang dibuat secara terpisah. Kopling mampu memisahkan dan menyambung dua poros untuk kebutuhan perbaikan dan penggantian komponen. Untuk mendapatkan fleksibilitas mekani, terutama pada dua poros yang tidak berada pada satu aksis. Untuk mengurangi shock load dari satu poros ke poros yang lain Untuk menghindari beban kerja berlebih. Untuk mengurangi karakteristik getaran dari dua poros yang berputar. Pada kontruksi alat ini memakai kopling bertipe kopling flens kaku. Keuntungan dari tipe kopling ini adalah tidak mudah slip, timbulnya panas sangat kecil karena tidak terdapat bagian yang bergesekan, kemampuannya besar dengan biaya kecil.

7 13 Gambar 2.7 Kopling flens kaku Untuk menghitung tegangan geser yang terjadi pada kopling tipe ini dapat menggunakan rumus : Dimana : = tegangan geser flens (kg/ = tegangan geser izin flens (kg/ T = momen rencana (kg/ n = jumlah baut = kekuatan tarik bahan flens (kg/ = faktor keamanan = faktor koreksi

8 Poros Gambar 2.8 Pembebanan putar pada sebuah poros yang berputar (Khurmi R.S., 1982) Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga besama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros (Sularso, 1989:1). Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam perencanaan poros antara lain: 1. Kekuatan poros, suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau bending ataupun kombinisi antara keduanya. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil atau bila poros memiliki alur pasak. 2. Kekakuan poros, meskipun poros memiliki kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirannya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian atau getaran dan suara. Oleh karena itu selain kekuatan, kekakuan poros harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut.

9 15 3. Putaran kritis, adalah bila putaran suatu mesin dinaikan maka pada putaran tertentu akan terjadi getaran yang besar. Sebaiknya direncanakan putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis. 4. Korosi, bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. 5. Bahan poros, poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja yang ditarik dingin dan difiris. Poros yang dipakai untuk putaran tinggi dan beban berat umumnya terbuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan Macam-macam Poros Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut : 1. Poros Transmisi Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling roda gigi, puli sabuk atau sproket, rantai dan lain-lain. 2. Poros Spindel Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3. Poros Gandar Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang,

10 16 dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga Bahan Poros Poros untuk umunya biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di- kill ( baja yang dideoksidasikan dengan ferosilikon dan dicor ; kadar karbon terjamin) (JIS G3123). Meskipun demikian bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya bila diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa didalam terasnya. Tetapi penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar. Untuk mengetahui jenis baja karbon yang sering dipakai untuk poros dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. JIS G3123 Batang baja karbon difinis dingin (sering dipakai untuk poros) Sumber: (Sularso,Elemen Mesin, hal:330)

11 17 Tabel 2.2. Baja karbon JIS G 4051 Sumber: (Sularso, Elemen Mesin, hal: 330) Poros berfungsi untuk memutar rol pembentuk profil plat gelombang. Untuk itu poros harus direncanakan mampu untuk menahan beban-beban yang dialami oleh poros tersebut. Diameter poros juga diperhitungkan terhadap beban-beban yang akan dialami poros. Maka perencanaan diameter poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaanpersamaan berikut : Supaya konstruksi aman maka ( ) [ ] [ ] Dimana : = Diameter poros (mm) T = Torsi (kg.mm)

12 18 = Tegangan izin (kg/ Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak (kw), maka berbagai faktor keamanan bisa diambil, sehingga koreksi pertama bisa diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah, maka daya perencana adalah Dimana : = Daya perencana (kw) Harga dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 2.3. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Daya yang Akan Ditransmisikan fc Daya rata-rata yang diperlukan 1,2-2,0 Daya maksimum yang diperlukan 0,8-1,2 Daya normal 1,0-1,5 Sumber: (Sularso,Elemen Mesin, hal:7) Untuk menghitung Torsi T (kg.mm) dapat dihitung dari daya perencana (kw) sebagai berikut Dimana : T = Momen Puntir rencana (kg.mm) Pd = Daya rencana (watt) = Putaran motor (rpm)

13 19 Tegangan geser yang diizinkan : Dimana : = Tegangan geser izin ( = Kekuatan tarik ( = Faktor keamanan untuk baja karbon, yaitu 6,0 = Faktor keamanan untuk baja karbon dengan alur pasak dengan harga 1,3-3,0 Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros : [ ] Dimana : = Diameter poros (mm) = Faktor koreksi untuk momen puntir = 1,0 (jika beban halus) = 1,0 1,5 (jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan) = 1,5 3,0 (jika beban dikenakan dengan kejutan) = Faktor lenturan = 1,2 2,3 (jika tidak ada beban lentur maka Cb= 1) T = Momen puntir 2.7 Pasak Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merancang sebuah pasak. a. Tegangan geser pasak yang diizinkan : = (Sularso, 2014)

14 20 Dimana : = Panjang pasak (mm) = Kekuatan tarik ( = Faktor keamanan pasak untuk bahan S-C yaitu 6 =Faktor keamanan pasak untuk pembebanan b. Gaya Tangensial pasak perlahan-lahan yaitu 3 (Sularso, 2014) Dimana : T = momen rencana (kg.mm) = diamter poros (mm) c. Panjang pasak (Sularso, 2014) Dimana : = pangjang pasak (mm) F = gaya tangensial permukaan poros (kg) b = lebar pasak (mm) l = Tegangan geser pasak 2.8 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya berkerja dengan baik. Jika bantalan tidak

15 21 berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tak dapat berkerja secara semestinya. Jadi, bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranan pondasi pada gedung. Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang diantara cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gesekan si antaranya akan jauh lebih kecil. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan keharusan. Karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincin sangat kecil maka besarnya beban persatuan luas atau tekanannya menjadi sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai ketahanan dan kekerasan yang tinggi (Sularso, 1989:103 dan 129). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merancang sebuah bantalan. a. Beban Ekivalen = XV (Sularso, 2014) Dimana X,V = faktor rotasi bantalan = beban ekivalen bantalan (kg) (kg) (kg)

16 22 b. Menghitung faktor keamanan : f n = ( ) (Sularso, 2014) Dimana: f n = faktor keamanan bantalan = putaran poros (rpm) c. Menghitung faktor umur : f h = f n. (Sularso, 2014) Dimana: f h = faktor umur bantalan = kapasitas nominal dinamis = 400kg = beban (kg) d. Menghitung umur nominal bantalan : L n = 500 f h 3 (Sularso, 2014) Dimana: L n = faktor umur nominal bantalan f h = faktor umur bantalan 2.9 Roda Gigi Jika dua buah roda berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar maka yang lain akan ikut berputar pula. Alat yang menggunakan cara kerja semacam ini untuk mentransmisikan daya disebut roda gesek. Cara ini cukup baik untuk meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak perlu tepat

17 23 (Sularso,2014:211). Berikut adalah perhitungan yang digunakan dalam perencanaan menentukan pemilihan roda gigi, yaitu: a. Menghitung jumlah gigi Dimana : = diameter roda gigi satu (mm) = diameter roda gigi dua (mm) = jumlah gigi penggerak = jumlah gigi yang digerakan b. Konstruksi gigi supaya aman maka Dimana : = tegangan lentur izin ( ) M = modul Fv = faktor dinamis