Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN

Transkripsi

1 Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 Spesifikasi New Mazda 2 Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2 memiliki spesifikasi sebagai berikut : 1. Daya Maksimum (N) : 103 PS 2. Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm 3. Torsi Maksimum (T) : 13,76 kgf.m 4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : 4000 rpm 3.2 Rumus-rumus yang digunakan Torsi Maksimum Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur). opling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek dengan permukaan, sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan. Momen ini bekerja dalam waktu t R sampai putaran kedua poros sama. Pada keadaan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan : Yefri Chan, ST, MT 24

2 dimana ; M + M Mr b h M r Torsi Gesek [kgf.cm] M b Momen Puntir Poros Transmisi [kgf.cm] M h Torsi Percepatan [kgf.cm] Nilai M h dapat dihitung dengan persamaan : M h N n M h Torsi Maksimum [kgf.cm] N Daya Maksimum [PS] n Putaran Poros [rpm] onstanta orelasi Satuan Penghitungan Torsi Maksimum Diketahui : Daya Maksimum (N) : 103 PS Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm Torsi Maksimum (T) Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : kgm : 4000 rpm Yefri Chan, ST, MT 25

3 Rumus : M M + M r b h N Mh n 103 ps Mh 71620x 6000 rpm 1229,48 kgf.cm 12,30 kgf.m Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh 13,76 kgf.m dengan kecepatan putar mesin n 4000 rpm Torsi Gesek Harga torsi gesek didapat dari hubungan : Mr C M h dimana ; M r Torsi Gesek [kgf.cm] C onstanta [2,5] Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk kendaraan jenis mobil. Yefri Chan, ST, MT 26

4 Penghitungan Torsi Gesek Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek. Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 3 untuk kendaraaan mobil. Dengan memilih C 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek sebesar : A r M r n tr 1910 Rumus : M r C. M h M r 2,5 x 13,76 kgf.cm 34,4 kgf.cm 3440 kg.cm erja Gesek dan Daya Gesek erja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya slip yaitu : A r M r n tr 1910 Yefri Chan, ST, MT 27

5 dimana ; A r erja Gesek [kgf.cm] M r Torsi Gesek [kgf.cm] n Putaran [rpm] t R Waktu Penyambungan/slip [detik] 1910 Faktor orelasi Satuan Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu, yaitu ; N r A r z dimana ; Nr Daya Gesek [hp] z Frekuensi Penekanan opling [jam] 27x10 4 Faktor orelasi Satuan Yefri Chan, ST, MT 28

6 Penghitungan erja Gesek dan Daya Gesek Diasumsikan t R 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah : A r M r n tr Ar ,09 kgf.cm Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu : N r A r z ,8 Hp Yefri Chan, ST, MT 29

7 3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk diameter rata-rata, yaitu ; d NR 71.5 b 1/2 T j n d 0.4 dimana ; d Diameter Rata-rata pelat [cm] b Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata d T Parameter oefisien Gesek n Putaran [rpm] 71.5 Faktor orelasi Satuan Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan T 1,0 1,5, karena sedikit terjadi kejutan / tumbukan Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb 1,2 2,3, karena terjadi pembebanan lentur. Dan harga b/d berkisar antara 0,15 s.d 0,3 Yefri Chan, ST, MT 30

8 Diketahui : Parameter koefisien gesek ( T ) 1,5 Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) 0,175 Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j ) 3 bh d NR 71.5 b 1/2 T j n d / ,5 x 0,19 13,58 cm Sehingga lebar pelat diperoleh dengan substitusi harga d kedalam ratio b/d, yaitu : b/d 0,175 b 0,175 x 13,58 cm 2,38 cm Diameter dalam pelat ( d i ) d i d b 13,58 cm 2,38 cm 11,20 cm Yefri Chan, ST, MT 31

9 Diameter luar pelat ( d 0 ) d 0 d + b 13,58 cm + 2,38 cm 15,96 cm Pengujian Harga T dan U Untuk memeriksa apakah harga T dan U masih dalam batas-batas yang diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika harga T tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga U masih berkisar antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan. T Nf 1000 b d j v 1/2 2 M r U 2 j b d ecepatan Tangensial adalah ; V π d n Penghitungan Harga T dan U Untuk memeriksa apakah harga T dan U masih dalam batas yang diizinkan terlebih dahulu tentukan besar kecepatan tangensial pelat gesek, yaitu; Yefri Chan, ST, MT 32

10 V π d n ,43 m/s Sehingga; T Nf 1000 b d j v 1/ ( ) 1/2 1,55 kgm.cm 2 2 M r U 2 j b d ( ) 1/ ,23 x 10-3 kgm.cm Hasil penghitungan nilai T dan U dapat diterima karena masih dalam batas Yefri Chan, ST, MT 33

11 yang diizinkan Luas Bidang Tekan Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar 0,3, dan ini adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ; F π b d j Y dimana ; F Luas Bidang Tekan [cm 2] Y Faktor oreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur Penghitungan Luas Bidang Tekan Dari data diatas dan dengan mengasumsikan dapat dicari, yaitu; Y 0,9 maka luas bidang tekan Yefri Chan, ST, MT 34

12 F π b d j Y 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9 274 cm Tekanan Rata-rata Permukaan Tekanan rata-rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter ratarata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan : p 2 Mr μ d f dimana ; p Tekanan Permukaan Rata-rata [kgf/cm 2 ] oefisien Gesek F Luas bidang Tekan [cm 2 ] Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan Dengan mengasumsikan koefisien geek dari permukaan gesek 0.3 maka tekanan rata-ratanya adalah : Yefri Chan, ST, MT 35

13 p 2 Mr μ d f ,16 kgm/cm Tekanan Maksimum Permukaan Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat gesek. Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah : P max d p d 1 [kgf/cm 2 ] Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan P max d p d 1 [kgf/cm 2 ] Yefri Chan, ST, MT 36

14 ,778 kgf/cm 2 Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah 8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat gesek dapat terbuat dari bahan Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic, yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 0,35 dan tekanan permukaan yang diizinkan antara 0,5 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih berada dalam batas tersebut Umur Pelat Gesek Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek, sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus : V V F. S V dimana ; V V Volume eausan [cm 3 ] F Luas Permukaan Bidang Tekan [cm 2 ] S V Batas eausan [cm] Yefri Chan, ST, MT 37

15 Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ; L B VV QV N R dimana ; L B Umur Pelat Gesek [jam] V V Volume eausan [cm 3] Q V eausan Spesifik Penghitungan Umur Pelat Gesek Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan tebal keausan maksimum dari pelat gesek. Diketahui : Tebal Lapisan Permukaan Gesek Jumlah Pelat Gesek 2 mm 0,2 cm 3 buah maka, Volume eausan : V V F. S V 274 x 0,2 x 3 164,4 cm 3 Yefri Chan, ST, MT 38

16 Dengan Asumsi QV 0,125, maka : L B VV QV N R Jam Temperatur erja Pelat dan opling Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas perpindahan panas dan temperatur sekeliling. Temperatur erja opling adalah : dimana ; t t L + t t Temperatur erja opling Yefri Chan, ST, MT 39

17 t L Temperatur Lingkungan t enaikan Temperatur Semua parameter dalam satuan o C. Sementara itu kenaikan temperatur dapat diketahui dengan persamaan : Δ t 632 NR F α dimana ; F Luas Permukaan Bidang Pendingin [m 2 ] α oefisien Perpindahan Panas [kcal/m o C.jam] Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus : π F π d b ( d di ) 4 dimana ; d Diameter Terluar atau Diameter Rumah opling [cm] b Lebar Rumah opling [cm] oefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan berikut ; Yefri Chan, ST, MT 40

18 dimana ; α ( V ) 3/4 V π d n 60 V ecepatan Tangensial Rumah opling [m/det] maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut : t S 632 NR F α dimana ; N R Daya Gesek F Luas Permukaan Bidang Pendingin oefisien Perpindahan Panas Yefri Chan, ST, MT 41

19 Penghitungan Temperatur erja Pelat dan opling Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30 o C, temperatur kerja kopling adalah : dk dk bk Asumsi do + 3 x 5 cm 7 cm karena itu, dk do + 3 x 5 cm Yefri Chan, ST, MT 42

20 dk (15, ) cm 30,96 cm Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus : π F π d b ( d di ) 4 F F 2 2 ( ) ( ) , ,9 1334,4 cm ,40 x 10-4 m 2 V ecepatan Tangensial Rumah opling [m/det] V π d 60 n ,96 cm/s Yefri Chan, ST, MT 43

21 64,80 m/s Sehingga, α ( V ) 3/ x (64,80) 3/ x 22, ,04 141,54 kcal/m o C.jam Sehingga, t S 632 NR F α ,78 0 C Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 30 0 C) t 37 0 C + 26,78 0 C 63,78 0 C Pemasangan Paku eling Paku keling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke HUB, dan selanjutnya ke poros. Untuk penghitungan pemasangan paku keling didapat dengan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keling didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut : Yefri Chan, ST, MT 44

22 F 2 M R Z Dimana; F Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku eling M R Torsi Gesek Z Jumlah Paku eling Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ; d 4 F τ 3,14 Dimana; F Gaya yang diterima masing-masing paku keling τ Tegangan geser material paku keling Penghitungan Pemasangan Paku eling Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang berbeda fungsi yaitu; 1. Paku eling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung. Torsi M R 3440 kgf.cm Yefri Chan, ST, MT 45

23 Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm F R M R 3440 kgf. cm 344 kgf. cm r 10cm 3440 N Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : 3440 FR 1 215N 16 Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n 2) Bahan paku keling A1Mg3F18 dengan F S 2 dan τ Max 27 Mpa didapatkan 27Mpa τ izin 13,5Mpa 2 Maka diameter paku keling yang sesuai adalah : 4 F 4 307,13 3, , 5 R1 d k1 π n τizin 860 3,18mm 3mm 84, Paku eling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2 Torsi M R 3440 kgf.cm Jumlah eliling ke pusat r 7 cm M R 3440 kgf. cm Perancang an F Ulang R opling 491,4 kgf. cm r 7cm Yefri Chan, ST, MT 46

24 4914 N Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : 4914 FR N 16 Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 3 (n 3) Bahan paku keling A1Mg3F18 dengan F S 2 dan τ Max 27 Mpa didapatkan 27Mpa τ izin 13,5Mpa 2 Maka diameter paku keling yang sesuai adalah : d 4 F 4 307,13 3, , 5 R1 k1 π n τizin 1228,5 3,10mm 3mm 127, Paku eling Untuk Penghubung Dengan HUB Torsi M R Jarak eliling ke pusat r 3440 kgf.cm 5,5 cm Perancang an Ulang opling Yefri Chan, ST, MT 47

25 F R M R 3440 kgf. cm r 5, 5cm 625,5 kgf. cm 6255N Jumlah keliling yang digunakan 16 buah,maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah : 6255 FR N 16 Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 4 (n 4) Bahan paku keling didapatkan A1Mg3F18 dengan F S 2 dan τ Max 27 Mpa 27Mpa τ izin 13,5Mpa 2 Maka diameter paku keling yang sesuai adalah : d 4 F 4 390,94 3, , 5 R1 k1 π n τizin 1563,8 3, 04mm 3mm 169, Poros Untuk perancangan poros, hal yang sangat berpengaruh adalah torsi dari kopling, Yefri Chan, ST, MT 48

26 didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah 3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi : SI 34,40 kgf.m x ,46 Nm Nmm Material yang diambil untuk poros ini adalah AISI 4340 COLD DRAWN dengan σ YP psi 682,8Mpa Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita d 3 16 M r πτ YP akan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu : d Nmm ,14 682,8Nmm 2143, ,37mm 13,61 mm Bab 4 Yefri Chan, ST, MT 49

27 HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN 4.1 Hasil Perancangan Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan dengan perancangan ulang koplin g New Mazda 2 ini, diperoleh hasil sebagai beriku t : Torsi Maksimum M h 1229,48 kgf.cm Torsi Gesek M r 3440 kgf.cm erja Gesek A r 3602,09 kgf.cm Daya Geser N r 0,8 Hp Diameter rata-rata pelat d 13,58 cm Diameter (luar) pelat d 0 15,96 cm Diameter (dalam) pelat d i 11,20 cm Luas Bidang Tekan F 274 cm 2 Tekanan rata-rata permukaan p 6,16 kgm/cm 2 Tekanan Maksimum Permukaan P ks cm 2 ma 8,778 kgf/ Temperatur erja t 63,78 0 C Umur Pelat Gesek L b 1644 Jam 4.2 Analisa Perancangan Yefri Chan, ST, MT 50

28 Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan berdasarkan perkiraan-perkiraan atau pembulatan angka yang disesuaikan dengan pemahaman yang penulis miliki. Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk bersaing dengan produk sejenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain ; Luas permukaan gesek Daya gesek Faktor keausan plat gesek Umur kopling berbanding lurus dengan luas permukaan serta volume keausan. Semakin besar diameter plat gesek, maka permukaan akan semakin luas sehingga volume keausannya besar dan umur pakai kopling akan lebih lama. Disamping itu berdasarkan tegangan permukaan yang bekerja pada plat gesek dapat pula diperkirakan jenis bahan yang cocok untuk plat gesek, sehingga dengan analisa ini efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan. Yefri Chan, ST, MT 51