BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Poros Poros merupakan bagian yang terpenting dari suatu mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga dan putarannya melalui poros. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti roda gigi, puli sabuk, roda gila, engkol, roda jalan, dan elemen pemindah daya lainnya, dipasang berputar terhadap poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar. Menurut pembebananya, poros dapat diklarifikasikan sebagai berikut (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1983) Poros transmisi atau poros perpindahan Dipasang diantara roda-roda kereta api, tidak mendapat beban puntir dan tidak berputar. Poros ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula, akan mengalami beban puntir juga Spindel Poros yang relative pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 5

2 2.1.3 Poros transmisi atau poros perpindahan Berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik, salah satu elemen mesin ke elemen mesin yang lain. Daya yang ditransmisikan ke poros ini biasanya melalui kopling, roda gigi, puli sabuk, sprocket, rantai dan lainnya. Poros ini mendapat beban puntir dan lentur Kekuatan poros Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur. Juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau beban tekan, seperti poros baling-baling kapal atau turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban yang terjadi Putaran kritis Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada suatu harga putaran tertentu sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian yang lainnya. Oleh karena itu, poros harus direncanakan sedemikian rupa agar putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis. 6

3 Korosi Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih unutk proses propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluid yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitas dan poros mesin yang sering berhenti lama Bahan poros Bahan untuk poros mesin biasanya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, sedangkan unutk pembuatan poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom, dan baja khrom molybdenum. Perhitungan yang dilakukan pada perencanaan poros adalah sebagai berikut: Torsi yang ditransmisikan poros Torsi adalah momen punter atau kemampuan poros menahan beban puntiran. Torsi yang diterima poros data dihitung dengan persamaan (Sularso, 1983).....(Pers. 3-2) Atau Torsi (T) = w x r..(pers. 3-3) dengan: 7

4 T 1 = momen puntir (kg, mm) P d = daya rencana (kw) n1= putaran poros (rpm) w =beban (kg) r = jari-jari (mm) Sedangkan P d = ƒ c. P (kw) (Pers. 3-4) (Sularso, 1983) dengan: ƒc = faktor koreksi daya P = daya motor (kw) Tegangan geser maksimum Tegangan geser maksimum pada poros yang diizinkan agar tidak patah adalah (Sularso, 1983). a = λb (Sƒ1. Sƒ2) (kg/mm 2 )..(Pers. 3-5) dengan: a =tegangan yang diizinkan poros (kg/mm 2 ) λb = kekuatan tarik bahan (kg/mm 2 ) Sƒ1 = faktor keamanan (bahan) Sƒ 2 =konsentrasi tegangan akibat alur pasak 8

5 Diameter poros Ukuran diameter poros d s(mm) dihitung dengan menggunakan persamaan (Sularso, 1983)....(Pers. 3-6) dengan: Kt = koreksi momen puntir (kg, mm) Cb = koreksi bahan lentur T = momen rencana/ torsi 2.2 Pasak Pasak adalah suatu elemen penting yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, pulley, kopling dan lain-lain. Momen diteruskan dari pasak ke naf, dan dari naf ke poros. Fungsi serupa dilakukan pula oleh splain dan gerigi yang sama pada naf dan saling terkait satu dengan yang lain. Gigi dan splain memiliki ukuran yang besar, sedangkan gigi yang kecil dengan jarak bagi kecil, keduanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya. Pasak menurut letaknya digolongkan: 1. Pasak pelana 2. Pasak rata 3. Pasak benam 4. Pasak singgung 9

6 Dalam perencanaan pasak dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:.. (Pers. 3-7) Lebar Pasak (b) = 30% x ds.. (Pers.3-8) Tinggi Pasak = 3/16 x ds (3/16 diperoleh dari data spesifikas pasak dan diameter poros, Sonawan, 2010) Tegangan geser yang diinginkan ( ka) = λb / (Sƒ1. Sƒ2)..(Pers. 3-10) Panjang pasak (l) = 0,85 d..(pers.3-11) Sularso hal 27, (l= 0,75 1,5 ds) dengan: T = momen rencana/ torsi (kg, mm) d = diameter poros (mm) λ b = tegangan lentur (kg/ mm 2 ) Sƒ 1 dan Sƒ 2 = faktor keamanan 2.3 Motor Motor AC 1 Phase Salah satu jenis motor penggerak yakni motor AC 1 phase, motor ini banyak digunakan pada aplikasi mesin dalam dunia industri, karena mempunyai banyak kelebihan antara lain lebih ekonomis dan mudah dalam perawatannya. Keuntungan lain dari motor ini adalah mempunyai struktur motor satu phase yang lebih ringan dibandingkan motor arus searah (DC) untuk daya yang sama. 10

7 2.3.2 Transmisi Sabuk Transmisi sabuk merupakan salah satu jenis sistem transmisi. Daya/tenaga ditransmisikan dari poros yang satu ke poros yang lain melalui sabuk (belt) yang melilit pada puli yang terpasang pada poros tersebut. Kemampuan transmisi dari sistem ini sangat ditentukan oleh karakter gesekan antara sabuk dan permukaan puli. Oleh karena itu besarnya gaya tegang dalam sabuk menentukan besarnya momen puntir Penggerak Ulir Prinsip gerakan pada mesin ini yaitu perubahan gerak putar menjadi gerakan linear. Maka mekanisme yang memungkinkan menggunakan ulir tapered dan bush (pasangan ulir). Dalam pembuatannya harus diperhitungkan dengan matang dan teliti sehingga produk dapat teruji secara teoritis. 2.4 Unit Konstruksi Unit konstruksi ini sangat berperan penting dalam membentuk suatu rangkaian konstruksi rangka yang kokoh. Didalam unit konstruksi ini memberikan gambaran tentang dasar-dasar teori tentang rangka yakni diantaranya rangka batang dan rangka penyangga pipa, perlakuan sheet metal (bending). 11

8 Rangka batang dan penyangga pipa Konstruksi rangka batang merupakan suatu konstruksi yang terdiri dari batang-batang yang dihubungkan pada ujung-ujungnya. Dalam prakteknya, sambungan (joint) dapat berupa sambungan baut maupun dikeling. Perhitungan pada konstruksi rangka batang hanya dipengaruhi oleh pembebanan dan momen. Dasar perhitungan yang teliti memberikan keuntungan dalam menambah faktor keamanan dan ekonomis. Pembebanan pada pipa terdiri dari dua macam yaitu pembebanan statik dan dinamik. Faktor yang berpengaruh dalam kekuatan pipa atau rangka batang meliputi jenis profil rangka, panjang pendeknya rangka, konstruksi dari rangka itu sendiri, dan bahan rangka. Berikut ini merupakan dasar dalam perhitungan pipe: S = pipe outside diameter α L = L 1 + L 2 + L b _ rf. π. α L b = α. rf =.(Pers. 3-12) Rf = R i + x X = jarak radius dalam Gambar 2.3. Bending of Pipe 12

9 Jumlah faktor x: α = x = s/2 α = x = s/3 α = x = s/4 If α = 90 0 Rf = Ri + s/3 L = L1 + L2 + (Ri + s/3) π / Sheet Metal Proses Press Working merupakan proses pengerjaan logam dengan menggunakan mesin-mesin press sebagai alat bantunya. Dalam proses press working terdapat beberapa macam pengerjaan yaitu shearing (menggunting), menekuk atau bending, dan juga membentuk menjadi benda berongga (deep drawing). Shearing adalah proses pemotongan pada suatu material dengan menggunakan mesin press. Pada pengerjaan pemotongan pasti terdapat sepasang gaya yang digunakan dalam memotong. Gaya itu akan bekerja bersama-sama, berlawanan arah dengan jarak yang relative kecil. Jika gaya tersebut melebihi kekuatan geser material, maka akan terjadi proses pemotongan. Berikut ini rumus dasar dalam menentukan gaya bending. Gaya Bending (HW Pollack : Tool Design pada hal 464) 13

10 F b = K. b B 2.σ. t s....(pers. 3-13) F b = Bending force (N) k = Die oppening facktor b = Contact length (mm) σ B = Ultimate tensile strength t = Material thicknesss = Width of V-die Faktor (k) : o V- Bending 8t < s 15t..k = 1.33 s > 16t...k = 1.2 o U- Bending k = o Cantilever Bending k = Perhitungan panjang sheet berdasarkan rumus pendekatan di ATMI: Faktor reduksi (v) : V = 1.8 V = 2.0 V = 2.2 t = t = t =

11 2.5. Bantalan Bantalan (bearing) digunakan untuk menopang sekaligus membuat poros dapat berputar dengan lancar dan berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh agar memungkinkan poros dan elemen-elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: a. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros. 1. Bantalan luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas. 2. Bantalan gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat. b. Atas dasar arah beban terhadap poros. 1. Bantalan radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. 2. Bantalan aksial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. 3. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros. Pada perencanaan bantalan ditinjau dari umur desain bantalan tersebut adapun persamaannya adalah sebagai berikut:...(pers. 3-14) 15

12 ...(Pers. 3-15) dengan: P1= beban dinamik bantalan (Sonawan, 2004) P2= beban desain (berdasar massa asumsi rancangan) L1=Umur L10 pada beban C 4000 putaran(sonawan, 2004) k = konstanta (Sonawan, 2004) 2.6. Roda Pulley/ puli dan Sabuk (V-belt) Puli adalah sebuah mekanisme berupa roda yang meemilki alur diantara dua pinggirannya dan dipasang pada sebuah poros atau batang. Roda puli memiliki fungsi: 1. Memindahkan tenaga putar dari sebuah motor penggerak ke poros pisau pengupas kulit. 2. Menentukan perbandingan putaran motor penggerak dan pisau pengupas. Sabuk (V-belt) digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang lain melalui roda puli yang berputar dengan kecepatan sama atau berbeda. Terdapat berbagai macam bahan, konstruksi, bentuk dan ukuran penampang puli dan sabuk. Beberapa pertimbangan pemilihan sistem puli dan sabuk sebagai sistem transmisi antara lain: 1. Daya dan putaran yang digunakan relatif kecil. 2. Persediaan dipasaran cukup banyak dan murah. 3. Tidak menghasilkan bunyi yang bising. 16

13 Dimensi yang penting dalam perencanaan V-belt dan puli meliputi diameter puli, panjang V-belt, dan karakter-karakter lain seperti rasio kecepatan, kecepatan sudut, besarnya putaran, sudut kontak, dan jarak antar sumbu poros. Berikut persamaan-persamaan perencanaan pulley dan belt (Sularso, 1994): Daya rencana (Pd) = P x fc.....(pers. 3-15)......(Pers. 3-16)...(Pers. 3-17) Diameter bagi puli 1 (dp) = diameter minimum Diameter bagi puli 2 (Dp) = dp x1...(pers. 3-18) Diameter puli luar 1(dk) = dp + (2 x K)...(Pers. 3-19) Diameter puli luar 2 (dk) = Dp + (2 x K)...(Pers. 3-20)...(Pers.3-21).....(Pers. 3-22) Standar dm = 95 mm (100) = 1,31 kw dan 1,43 k (Pers. 3-23) Kapasitas daya (Po) = 1,31+(1,43 1,31)*(50/200)+0,18+(0,2-0,18)* (50/200).....(Pers. 3-24)...(Pers. 3-25) (Pers. 3-26).....(Pers. 3-27) P = Daya Pd = Daya rencana (kw) 17

14 n = Putaran i = Perbandingan transmisi,i = n 1/ n 2 C = Jarak antar sumbu poros (rencana rancangan) fc = faktor koreksi Po = Kapasitas Daya K = Nilai konstanta 2.7. Baut dan Mur Baut dan mur merupakan alat pengikat yang sangat penting untuk mencegh timbulnya kerusakan pada mesin. Pemilihan baut dan mur sebagai alat pengikat harus disesuaikan dengan gaya yang mungkin akan memuat baut dan mur tersebut putus atau rusak. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan mur dan baut tersebut 1. Sifat gaya yang bekerja pada mur dan baut tersebut. 2. Syarat kerjanya 3. Kekuatan bahannya 4. Kelas ketelitiannya Kemungkinan gaya-gaya yang bekerja pada baut dan mur, yaitu; 1. Beban statis aksial murni 2. Beban aksial bersama dengan beban puntir 3. Beban geser 18