BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Gaya Dalam penggunaan sehari-hari, gaya sering dijumpai berupa gaya dorong dan gaya tarik yang bekerja secara kontak lansung. Beberapa gaya berkenaan dengan sifat tidak-kontak atau gaya yang bekerja jarak jauh. Contoh gaya tidak kontak adalah seorang penerjun payung yang tertarik ke arah bumi karena adanya gaya gravitasi. Gaya merupakan kuantitas vektor yang berarti memiliki besar dan arah. Gaya merupakan bentuk terkecil dari energi dan menjadi faktor terpenting dalam bidang ilmu pemesinan (Engineering Science). Karena gaya menjadi faktor penyebab terjadinya berbagai gerak dan kerusakan dalam mesin. Hubungannya dapat diperlihatkan dari satuan formulanya : Gaya (N) Energi (N m = Joule) Daya (N m/det. = Joule/det. = Watt) Gambar 2.1 Tentang Gaya dan arahnya Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Universitas MercuBuana 4

2 2.1.1 Gaya Tarik dan Tekan F F F a F Tarik (a) a F Tekan F F (b) F Gambar 2.2 Gaya Tarik & Tekan Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Gaya Geser dan Normal ( Kebawah ) Gambar 2.3 Gaya Geser & Normal ( Kebawah ) Ref : Materi Elemen Mesin Dasar 2.2 Momen Merupakan efek putaran atau lengkungan yang terjadi akibat bekerjanya gaya pada suatu benda. Dikenal ada dua jenis momen, berdasarkan pada posisi gaya terhadap benda : Universitas MercuBuana 5

3 2.2.1 Momen puntir/putar ( M p ) Terbentuk oleh gaya puntiran/putar ( F p ) yang bekerja pada jarak tertentu ( r ) dari sumbu benda yang mengakibatkan benda terpelintir disepanjang sumbunya Momen lentur/lengkung ( M L ) Terbentuk oleh gaya lentur ( F L ) yang bekerja pada jarak tertentu ( L ) dari tumpuan penyangga benda yang mengakibatkan benda melentur/melendut disepanjang sumbunya. Secara matematik formulasi hubungan antara gaya ( F ) dan momen ( M ) tersebut dapat dinyatakan sebagai : - M p = F p x r - M L = F L x L Gambar 2.4 Momen Puntir & Lengkung Ref : Materi Elemen Mesin Dasar 2.3 Tegangan Dan Regangan Tegangan () = gaya( F) luaspenampang( A) Regangan ( ) = L1 L L = L L Universitas MercuBuana 6

4 Gambar 2.5 Tegangan Tarik & Tekan Ref : Materi Elemen Mesin Dasar 2.4 Modulus dan hubungannya Modulus Young atau Modulus Elastisitas ( E ) Hukum Hook s menyatakan bahwa jika besarnya pembebanan yang diterima sebuah benda, masih berada pada daerah batas elastis bahannya, maka : tegangan yang terjadi dalam struktur materialnya masih berbanding lurus dengan regangannya. Secara matematika, formulanya dinyatakan oleh : dengan demikian : = E. E = Dimana : E = modulus elastisitas atau modulus Young, yakni : konstanta yang menyatakan sifat elastisitas bahan yang besarnya proporsional di daerah elastis. Universitas MercuBuana 7

5 2.4.2 Modulus Geser atau Modulus Kekakuan ( G ) Merupakan konstanta yang diperoleh secara eksperimental berdasarkan batas elastis, dimana tegangan geser ( ) proporsional dengan regangan geser sudut () yang terjadi. Secara matematika : = G. = G Hubungan Antara Modulus Young dan Modulus Kekakuan Kedua modulus dihubungkan oleh persamaan : G = E 2(1 ) Poisson s Ratio ( ) Merupakan konstanta yang diperoleh melalui pengujian tarik. Saat benda uji mengalami tegangan pada batas elastis, maka perbandingan regangan lateral (penampang) dengan regangan linier secara matematik dinyatakan oleh Poisson s Ratio : = d / d L / L Pemakaian Persamaan Utama dalam Merancang Komponen Mesin. Banyak permasalahan ditemui dalam praktek yang berhubungan dengan kombinasi Universitas MercuBuana 8

6 tegangan antara tarik-tekan dengan geser torsi yang dialami beberapa komponen mesin, seperti : poros propeler, engkol dll. Untuk mendapatkan kombinasi dari tegangan tersebut maka dapat digunakan formula : 1. Tegangan tarik maksimum : ta (maks) = ta 2 + 0, ta Tegangan tekan maksimum : te (maks) = te 2 + 0, te Tegangan geser maksimum : (maks) = 0, ta Pasak Pasak merupakan sepotong baja lunak (mild steel), berfungsi sebagai pengunci yang disisipkan diantara poros dan hub (bos) sebuah roda pulli atau roda gigi agar keduanya tersambung dengan pasti sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak antara poros dan hub dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu poros. Universitas MercuBuana 9

7 2.5.1 Macam - macam Pasak Beberapa tipe yang digunakan pada sambungan elemen mesin, adalah : 1. Pasak Benam (PB) Pasak jenis ini dipasang terbenam setengah pada bagian poros dan setengah pada bagian hub. Terdiri atas beberapa jenis : a. PB Persegi Panjang (penampang memanjang tirus perbandingan 1 : 1000) Dengan : - Lebar pasak : b = d 4 - Tebal pasak : t = 3 2. b dimana : d = diameter poros atau lubang Hub. b. PB Sama sisi/persegi Disini lebar pasak sama dengan tebalnya. (b = t = d ) 4 c. PB Sejajar Sama dengan PB Persegi Panjang tetapi penampang memanjang tidak tirus. Bentuk seperti ini dimaksudkan agar hub atau sebaliknya poros dapat digeser satu sama lain di sepanjang sumbu poros. d. PB Kepala Memiliki bentuk yang sama dengan PB Persegi Panjang tetapi dilengkapi kepala pada salah satu bagian ujungnya. Berfungsi untuk memudahkan proses bongkar pasang. Universitas MercuBuana 10

8 e. PB Ikat Pasak diikat pada poros, bebas pada hub atau sebaliknya agar bagian yang bebas bisa digerakkan aksial (searah poros). Merupakan pasak tipe khusus untuk memindahkan torsi/momen putar sekaligus diizinkan adanya pergerakan aksial disepanjang sumbu poros. f. PB Segmen Merupakan jenis pasak yang dapat disetel dengan mudah, karena pasak dibenam pada alur yang berbentuk setengah lingkaran pada poros. Jenis ini digunakan secara luas pada mesin-mesin kendaraan dan perkakas. Kelebihan dari jenis pasak ini adalah : - dapat menyesuaikan sendiri dengan kemiringan (ketirusan) bentuk celah yang terdapat pada hub. - Sesuai untuk poros dengan konstruksi tirus pada bagian ujungnya, karena mencegah kemungkinan lepasnya pasak. Kekurangannya : - Alur yang terlalu dalam pada poros akan melemahkan poros - Tidak dapat difungsikan sebagai PB Ikat. 2. Pasak Pelana Terdiri dari dua tipe, yakni : a. Pasak Pelana Datar Merupakan pasak tirus yang dipasang pas pada alur hub dan datar pada lengkung poros, jadi mudah slip pada poros jika mengalami kelebihan beban torsi. Sehingga hanya mampu digunakan untuk poros-poros beban ringan sebagai penyortir beban. Universitas MercuBuana 11

9 b. Pasak Pelana Lengkung Merupakan pasak tirus yang dipasang pas pada alurnya dihub dan bagian sudut bawahnya dipasang pas pada bagian lengkung poros. Tebalnya : b d t = = Pasak Bulat Merupakan pasak berpenampang bulat yang dipasang ngepas dalam lubang antara poros dan hub. Kelebihannya adalah pembuatan alur dapat dilakukan dengan mudah setelah hub terpasang pada poros dengan cara dibor. Umumnya digunakan untuk poros yang meneruskan tenaga putar kecil. Ada dua posisi pemasangannya atau kedudukannya pada poros dan hub, yakni : a. dipasang membujur (sejajar sumbu poros) b. dipasang melintang (tegak lurus sumbu poros) 4. Pasak Bintang (Spline) Pasak jenis ini memiliki kekuatan yang lebih besar dibanding dengan tipetipe lainnya. Karena konstruksi pasaknya dibuat lansung pada bahan poros dan hub yang saling terkait. Umumnya digunakan untuk poros-poros yang harus mentrasmisikan tenaga putar besar, seperti pada mesin-mesin tenaga dan sistim transmisi kendaraan. Bahan pasak dan poros yang digunakan biasanya sama. Pasaknya yang berjumlah banyak yakni : 4, 6, 8, 10 sampai 16 buah. Karena hampir menyerupai sehingga sering disebut sebagai pasak bintang (Spline). Universitas MercuBuana 12

10 Spline pada poros biasanya relatif lebih panjang, terutama bagi hub yang dapat digeser-geser secara aksial. Dengan : D = 1,25.d dan b 1 = 0,25.D Gaya-gaya yang bekerja pada pasak Saat poros digunakan untuk mentrasmisikan daya, maka pada pasak akan bekerja gaya-gaya seperti : a. Gaya Radial (F R ) Gaya yang memberikan tekanan pada pasak dengan arah tegak lurus sumbu poros. b. Gaya Tangensial (F T ) Gaya yang menimbulkan tegangan geser dan tekanan bidang pada pasak. Pada saat bekerja meneruskan tenaga putar, pada konstruksi pasak, Gaya Tangensial (F T ) lah yang memberikan nilai terbesar dibandingkan dengan gaya radial. Universitas MercuBuana 13

11 Tabel 2.1 Pasak Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal.10 Universitas MercuBuana 14

12 2.6 Kopling ( Clutches ) Kopling adalah suatu mekanisme yang dirancang mampu menghubungkan dan melepas/memutuskan perpindahan tenaga dari suatu benda yang berputar kebenda lainnya. Pada bidang otomotif, konstruksi, manufacturing dan lain sebagainya kopling digunakan untuk memindahkan tenaga motor ke unit transmisi atau poros penghubung lainnya.. Dengan menggunakan kopling, pemindahan tenaga dapat dilaksanakan dengan lembut Syarat Kopling Secara umum kopling harus mempunyai sifat : Ada toleransi / batasan parallel & angular misalignment Mampu memindahkan tenaga mekanis / perputaran Dirancang pelumasan tidak hilang meskipun dalam kondisi misalignment Mudah dipasang, mudah di perbaiki, mudah dibongkar Dapat menerima gaya goncangan dan getaran Meminimkan beban bearing meski misalignment Bisa menahan suhu lingkungan atau gesekan kopling Bisa beroperasi dalam kondisi misalignment sewaktu star Menunjukan peringatan kerusakan dan proteksi overload Menghasilakan beban unbalance seminimal mungkin Mempunyai efek minimal pada perubahan sistem critical speed. Universitas MercuBuana 15

13 2.6.2 Macam-macam Kopling Secara umum kopling terdiri atas dua jenis, yakni : 1. Kopling Tetap 2. Kopling Tidak Tetap a. Kopling fleksibel b. Kopling Fluid c. Kopling d. kopling universal. e. Kopling rigid. a. Kopling Cakar b. Kopling plat Datar c. Kopling kerucut d. Kopling Friwil e. Dan lain-lain Kopling Tetap ( Coupling ) Kopling tetap merupakan kopling dengan proses penyambungan poros hanya dapat dilaksanakan saat poros tidak bekerja. Berfungsi sebagai penerus daya dan putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi selip), dimana sumbu kedua poros terletak satu garis lurus (simetris) atau dapat sedikit perbedaan. Berbeda dengan kopling tak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkan pada saat bekerja, maka kopling tetap tentunya selalu dalam keadaan terhubung dan dapat dilepaskan hanya pada saat berhenti Kopling Fleksibel Adalah sebuah kopling yang menghubungkan kedua atau lebih poros mesin yang di konstruksi sedemikian rupa sehingga mempunyai fleksibelitas mampu memberikan kompensasi( meski sangat terbatas ) pada masalah gerak radial dan axial, atau misalignment dari mesin-mesin yang di hubungkan. Dalam masalah mesin-mesin rotasi misalignment tidak mungkin dapat dihilangkan sama Universitas MercuBuana 16

14 sekali. Kopling ini juga dapat mereduksi beban kejut dan getaran dari mesin ke mesin yang lain. Kopling fleksibel merupakan jenis yang paling banyak di pakai. Gambar 2.6 Contoh kopling Fleksibel Ref : Dua kategori : mekanikal flexing dan material flexing. Kopling Fleksibel : Kopling fleksibel gris Kopling gear Kopling rantai Kopling diafragma Kopling disc-plate Kopling elastomer a. Fleksibel grid yaitu jenis mekanis yang memerlukan pelumasan, terdiri dari dua bagian utama : gear dan grid untuk untuk mendapatkan fleksibelitas. Kopling jenis ini mampu di pakai untuk mesin mesin dengan kapasitas kecil sampai sedang dan rpm rendah sampai sedang. Universitas MercuBuana 17

15 Gambar 2.7. Kopling flexible grid Ref : Fleksibel disc termasuk kopling mekanis yang tidak memerlukan pelumasan, terdiri dari bagian gear. Fleksibilitas diperoleh dari melenturkan plat-metal atau diafragma atau plat disc. Jenis ini sangat banyak dipakai pada mesin2 kecil maupun sangat besar, karena mudah dan murah perawatannya (maintenance free ) Kopling rantai, sifat dan perawatannya sama dengan kopling gear, dan perlu pelumasan b. Fleksibel elastomer, Gambar 2.8. Kopling flexible rantai Ref : Jenis kopling ini fleksibilitas terjadi dari meregangkan dan menekan suatu material yang lentur ( misal; elastomer, karet, plastik, atau sintetis lain). Keuntungan nya bahwa kopling ini tidak perlu pelumasan sehingga ongkos pemeliharaan sangat murah. Sedang kekurangannya bahwa kopling ini tidak dipakai untuk mesin-mesin besar. Universitas MercuBuana 18

16 Gambar 2.9. Kopling flexible elastomer Ref : Kopling Fluid. Fluid Copling termasuk fleksibel. Selain bersifat fleksibel juga dapat menghasilkan start awal yang lembut pada mesin-mesin seperti conveyor (alat transport batubara, semen, bijih besi, tambang mas/perak/tembaga dll) agar ban berjalan tidak cepat putus. Caranya dengan meredam putaran motor didalam kopling dan meneruskan ke puley ban ( conveyor belt) secara perlahan dan bertahap sampai dengan mencapai putaran penuh. Hal ini di maksudkan juga agar arus awal motor tidak besar sekali yang dapat merusakan motor winding dan menghidari moment puntir pada poros yang besar sekali. Saat start beban kejut besar sekali dan arus listriknya mencapai 6 kali arus nominal, tetapi dengan kopling ini beban dapat diperlembut dan arus listrik start dapat diperkecil. Gambar Kopling Fluid Ref : Universitas MercuBuana 19

17 Gambar Macam-macam Kopling Tetap Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 30 Sebagai contoh dalam hal kopling yang mempunyai ketelitian rendah, dapat terjadi bahwa hanya satu baut saja yang menerima seluruh beban transmisi hingga dalam waktu singkat akan putus. Jika setelah baut itu putus terjadi lagi pembebanan pada satu baut, maka seluruh baut akan mengalami hal yang sama dan putus secara bergantian. Universitas MercuBuana 20

18 Kopling Sleeve / Bus Merupakan jenis kopling kaku yang sederhana yang terbuat dari besi cor (cast iron). Konstruksinya berupa silinder berlubang yang diameter lubangnya sama dengan diameter poros. Bekerja menyambung ujung dua poros dengan bantuan pasak benam sebagai pengunci. Dengan demikian rancangannya harus kuat saat meneruskan beban torsi. Rancangan ukuran : - Diameter luar sleeve/silindernya : D = 2.d +13 mm - Panjang sleeve / silindernya : L = 3,5. d Dimana : - D = diameter luar sleeve / silindernya - d = diameter dalam sleeve / silindernya - L = panjang pasak dan panjang silinder Besarnya momen torsi ( T ) yang dapat diteruskan penampang bulat berlubang : T D.. 16 d D T.. D. 1 k 16 dimana : k d D Panjang pasak adalah sama dengan panjang silinder : 3,5. d L 2 Universitas MercuBuana 21

19 Untuk mengecek kekuatan rancangan terhadap kemungkinan : - tergeser : T d l. w luluh : T t d l Kopling Flensa Kopling ini umumnya digunakan untuk menyambung poros dengan dua bagian kopling, sehingga mempermudah proses penyambungan dan sumbu poros tetap berada pada satu garis. Setiap ujung poros dipasangkan dengan bagian dari silinder kopling melalui sambungan pasak atau juga bisa sambungan kerut dan keduanya diikat dengan mur-baut, sehingga kuat saat meneruskan beban besar. Kopling jenis ini memiliki beberapa tipe : - Kopling flensa tempa ( tanpa pelindung baut ) - Kopling flensa kaku ( dengan pelindung baut ) - Kopling flensa fleksibel ( luwes ) Kopling Karet Ban Mesin-mesin yang dihubungkan dengan penggeraknya melalui kopling flens kaku, memerlukan penyetelan yang sangat teliti agar kedua sumbu poros yang saling dihubungkan dapat menjadi satu garis lurus. Selain itu, getaran dan tumbukan yang terjadi dalam penerusan daya antara mesin penggerak dan yang Universitas MercuBuana 22

20 digerakkan tidak dapat diredam, sehingga dapat memperpendek umur mesin serta menimbulkan bunyi berisik. Untuk menghindari kesulitan-kesulitan diatas dapat dipergunakan kopling karet ban yang dapat berkerja dengan baik mekipun kedua sumbu poros yang dihubungkannya tidak benar-benar lurus. Kopling ini juga dapat meredam tumbukan dan getaran yang terjadi pada transmisi, meskipun terjadi kesalahan pada pemasangan poros, dalam batas-batas tertentu, kopling ini masih dapat meneruskan daya dengan halus. seperti gambar di bawah ini. Gambar 2.12 Kopling Karet Ban Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 36 Gambar daerah kesalahan yang diperbolehkan pada kopling karet ban.pemasangan dan pelepasan juga dapat dilakukan dengan mudah karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Variasi beban dapat pula diserap oleh ban karet, sedangkan hubungan listrik antara kedua poros dapat di cegah. Pada gambar dibawah ini memperlihatkan susunan ban karet yang umum di pakai. Gambar 2.13 komponen pembentuk kopling karet ban. Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 37 Universitas MercuBuana 23

21 Karena keuntungannya demikian banyak, pemakain kopling ini semakin luas. meskipun harganya agak lebih tinggi dibandingkan dengan kopling flens kaku, namun keuntungan yang diperoleh dari segi-segi lain lebih besar Kopling tidak tetap Kopling tidak tetap merupakan suatu elemen mesin yang menghubungkan poros yang digerakan dan poros penggerak, dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya, serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar. Dengan demikian kopling tidak tetap adalah kopling dengan kemampuan proses penyambungan poros dapat dilakukan baik saat tidak bekerja maupun saat berputar. Kopling tidak tetap umumnya dikenal juga sebagai kopling gesek, karena proses penyambungan yang dilakukannya terbentuk melalui peristiwa gesekan dari media perantara. Dengan demikian antara jenis yang satu dengan yang lainnya dibedakan oleh media yang digunakan, yakni : - Kopling cakar. - Kopling plat datar, tersambung melalui media perantara plat gesek berbidang datar yang saling menekan, akibat mendapat tekanan dari pegas penekan. - Kopling kerucut, sama dengan kopling plat, hanya saja platnya berbidang kerucut. - Kopling sentrifugal, proses penyambungannya terjadi karena plat yang bergesekan mendapat tekanan dari gaya sentrifugal bandul yang berputar. Universitas MercuBuana 24

22 - Kopling hidrolik/fluida, meneruskan putaran poros penggerak melalui media cairan (hidrolik) ke poros pengikut Macam-Macam Kopling Tidak Tetap Kopling cakar Kopling ini meneruskan momen dengan kontak positif ( tidak dengan perantara gesekan ) hingga tidak dapat slip. Kontruksi kopling ini adalah yang paling sederhana diantara kopling tak tetap yang lain. Kopling cakar persegi dapat meneruskan momen dalam dua arah putaran, tetapi tidak dapat dihubungkan dalam keadaan berputar. Dengan demikian tidak dapat sepenuhnya berfungsi sebagai kopling tak tetap yang sebenarnya. Sebaliknya kopling cakar spiral dapat dihubungkan dalam keadaan berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran tertentu saja. Namun demikian, karena timbulnya tubukan yang besar jika di hubungkan dalam keadaan berputar, maka cara menghubungkan semacam ini hanya boleh dilakukan, jika poros penggerak mempunyai putaran kurang dari 50 (rpm) Gambar : Gambar 2.14 dari dua macam kopling cakar. Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 58 Universitas MercuBuana 25

23 Kopling Plat Datar Kopling plat adalah suatu kopling yang menggunakan satu atau lebih plat datar/rata yang di pasang diantara kedua poros serta membentuk kontak dengan poros tersebut sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Kontruksi kopling ini cukup sederhana dan dapat dihubungkan dan dilepaskan dalam keadaan berputar. Kopling plat dapat dibagi atas kopling plat tunggal dan kopling plat banyak yaitu berdasarkan atas banyaknya plat gesek yang dipakai. Juga dapat di bagi atas kopling basah dan kering serta atas dasar pelayanannya (manual, hidrolik, numatik, dan elektromagnitis). Badan A dipasang tetap pada poros sebelah kiri, dan badan B dipasang pada poros sebelah kanan serta dapat bergeser secara aksial pada poros tersebut sepanjang pasak luncur. Bidang gesek C pada badan B didorong ke badan A hingga terjadi penerusan putaran dari poros penggerak disebelah kiri keporos yang digerakan di sebelah kanan. Pemutusan hubungan dapat dilakukan dengan meniadakan gaya dorong hingga gesekan akan hilang. Gambar : Gambar 2.15 Kopling Plat Datar Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Universitas MercuBuana 26

24 Kopling kerucut Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengan kontruksi sederhana serta memiliki keuntungan melalui gaya tekan aksial yang kecil dapat mentransmisikan momen putar yang besar. Gambar 2.16 Kopling kerucut Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 73 Kopling macam ini dahulu banyak dipakai, tetapi sekarang tidaklagi, karena daya yang diteruskan tidak seragam. Meskipun demikian, dalam keadaan bentuk plat tidak dikehendaki dan ada kemungkinan mudah terkena minyak, kopling kerucut sering lebih menguntungkan. Jika daya dan putaran poros kopling yang diteruskan diketahui, maka daya rencana dan momen rencana dihitung dengan menggunakan faktor koreksi Kopling Friwil Kopling friwil adalah kopling yang dapat lepas dengan sendirinya bila poros penggerak mulai berputar lebih lambat atau dalam arah berlawanan dari poros yang digerakan. Universitas MercuBuana 27

25 Gambat 2.17 Kopling friwil Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 76 Bola-bola atau rol-rol dipasang dalam ruangan yang bentuknya sedemikian rupa. Jika poros penggerak (bagian dalam) berputar searah jarum jam, maka gesekan yang timbul akan menyebabkan rol atau bola terjepit diantara poros penggerak dan cincin luar. Dengan demikian cincin luar bersama poros yang digerakan akan berputar meneruskan daya. Dalam kondisi poros penggerak berputar berlawanan arah jarum jam, atau poros yang digerakan berputar lebih cepat dari poros penggerak, maka bola atau rol akan lepas dari jepitan, sehingga terjadi penerusan momen lagi. Kopling ini sangat banyak gunanya dalam otomatisasi mekanis Kopling Plat Gesek Pemakaian kopling plat gesek banyak ditemui pada jenis kendaraan darat, seperti : mobil, sepeda motor, kereta api dan alat-alat berat. Bekerja sebagai pelepas dan penyambung poros mesin terhadap poros transmisi kecepatan saat kendaraan mengganti kecepatan. Universitas MercuBuana 28

26 Gambat 2.18 Kopling Plat Gesek Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Tenaga putar sebagai bentuk energi yang di teruskan melalui peristiwa gesekan, tentunya akan mengalami kerugian akibat terbentuknya panas dan peristiwa slip gesekan. Untuk itulah syarat utama perancangan difokuskan pada usaha untuk mendapatkan efisiensi transmisi sebesar mungkin. Sedangkan dilain fihak, fenomena slip pada gesekan diperlukan untuk mengurangi beban kejut saat kopling tersambung. Perancangan bidang gesek juga diupayakan untuk mempermudah proses penyambungan yang secara bertahap akan memutar poros pengikut kekecepatan yang diinginkan. Berkenaan dengan ini ada beberapa hal yang perlu dicatat : 1. Gaya gesek penerus tenaga putar yang terbentuk diantara bidang gesek, hendaknya dapat dihasilkan dari tekanan yang cukup rendah. 2. Panas yang timbul dari gesekan diantara bidang gesek harus segera di lepas ke udara sekitar dan keausan akibat gesekan diusahakan sekecil mungkin. 3. Permukaan gesek harus terbuat dari bahan yang cukup kaku untuk menjaga keseragaman distribusi tekanan. Universitas MercuBuana 29

27 Gambat 2.19 Kopling Plat Gesek Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Kopling jenis ini terdiri dari tiga plat yang saling bergesekan satu dengan lainnya. Plat penggerak dipasak pada poros penggerak. Plat pengikut dipasang pada poros pengikut melalui pasak bintang (sleeve), sehingga dapat bergerak linier disepanjang poros. Tekanan aksial pegas akan menekan plat pengikut pada plat gesek yang terbuat dari ferrodo dan akhirnya tertahan pada plat penggerak. Akibatnya, ketiga plat akan terhubung melalui peristiwa gesekan. Proses penyambungan kopling berlansung cepat (+ 2 detik), demikian juga slip yang terjadi. Setelah itu ketiga plat harus berputar bersama, tanpa slip. Gaya gesek yang terbentuk akibat gaya tekan pegas di bidang gesek akan menyalurkan torsi. Dengan demikian, besarnya torsi (T) yang dapat dipindahkan akan sangat ditentukan oleh gaya aksial pegas (F a ), radius rata-rata bidang gesek (r) dan koefisien gesek (). Universitas MercuBuana 30

28 Gaya aksial pegas berasal dari tekanan pegas yang bekerja pada luas bidang gesek plat kopling (A). Dari gambar luas bidang gesek : F a = p. A dan F =. F a Dimana : A = 2.. x. dx Sehingga besarnya torsi yang bekerja : T = F. x =.. p. 2.. x. dx Tingkat Keausan yang terjadi di bidang gesek diharapkan sama rata (uniform wear). Dengan demikian intensitas tekanan (p) akan menjadi bervariasi terhadap jarak (x ). C p.x = C, atau : p = x Besarnya gaya normal pada bidang gesek : F = p.2.. x. dx = C.2.. x. dx = 2... C dx x Dengan mengintegralkannya didapat : C W.( r 1 r ) 2 2 Torsi gesek total yang bekerja pada bidang gesek menjadi : T =. W. r, dimana : r = r1 r 2 2 Universitas MercuBuana 31

29 2.7 Roda Gigi Gambar ini berikut menunjukkan dua spur gear yang saling bertautan. Daya ditransmisikan oleh gigi gir satu ke gigi gir yang lain. Jika gigi pada gir mempunyai bentuk yang sesuai, sebenarnya gigi-gigi tersebut seolah menggelinding mendorong satu sama lain, jadi bukan menggesek, sehingga gesekannya sangat kecil. Perhatikan bagaimana gigi-gigi gir saling mendorong dan akhirnya memutar gir, kejadian ini berulang untuk gigi gir selanjutnya. Kekurangan gir ini adalah jeda gerakan ketika gir dikemudikan pada arah yang berlawanan (backlash). Gambar 2.20 Pergerakan roda gigi 1 Ref : Gambar dibawah ini Urutan perubahan posisi akibat gigi gir yang menggelinding satu sama lain Gambar 2.21 Pergerakan roda Gigi 2 Ref : Universitas MercuBuana 32

30 Jika dua gir dengan diameter berbeda ditautkan, mereka akan berputar dengan kecepatan yang berbeda pula. Arah putarnya menjadi berlawanan antara satu gir dengan gir lainnya, untuk mendapatkan arah putaran yang sama seperti pada poros utama (biasanya yang terdapat pada motor), maka gir harus disusun dengan jumlah ganjil. Secara teori ukuran roda gir digambarkan dengan lingkaran (pitch circle) memiliki diameter (pitch diameter) yang lebih kecil dari diameter keseluruhan gir karena gigi gir saling berpotongan (overlap). Jarak antara gigi satu dan yang lain dalam satu gir disebut dengan circular pitch. Jumlah gigi pada suatu gir dapat ditentukan dengan rumus: Ingat bahwa jumlah gigi pada gir adalah suatu bilangan bulat, kita tidak bisa membuat gigi gir sebanyak 4.5 buah! Gambar 2.21 Spur Gear Ref : Universitas MercuBuana 33

31 2.7.1 Mengubah kecepatan menggunakan gir Rasio gir adalah rasio jumlah gigi pada dua gir. Dua gir pada gambar memiliki 40 dan 20 gigi, maka rasio gir tersebut adalah 40/20 = 2. Tapi tidak sampai disini, untuk mentautkan dua gir yang perlu kita perhatikan adalah ukuran gigi gir haruslah sama, dengan kata lain keduanya harus memiliki jumlah gigi yang sama tiap jarak keliling gir. Jadi rasio gir adalah juga rasio keliling gir, dan tentu saja persamaannya akan seperti ini Untuk persamaan diatas asumsikan bahwa gir 1 adalah gir yang menggerakkan (penggerak) atau memberikan daya, sedangkan gir 2 adalah gir yang menerima daya (yang digerakkan ) Jika terdapat rasio gir A dan gir B sebesar 3 : 1, ini artinya bahwa gir B akan berputar satu kali penuh jika gir A berputar sebanyak 3 kali, ini berarti juga bahwa gir A berputar lebih cepat 3 kali dibandingkan dengan gir B. Persamaan berikutnya membandingkan antara rasio gir dengan kecepatan gir berputar. Universitas MercuBuana 34

32 Gambar 2.23 Spesifikasi Roda Gigi Ref : Materi Elemen Mesin Dasar Universitas MercuBuana 35

33 Tabel 2.2 Klasifikasi roda Gigi Letak Poros Roda Gigi Keterangan Roda Gigi lurus Roda Gigi miring (Klasifikasi atas dasar bentuk alur gigi) Roda gigi dengan poros sejajar Roda Gigi miring ganda Roda Gigi Luar Roda Gigi dalam dan Pinion Batang Gigi dan Pinion Arah putaran berlawanan Arah putaran sama Gerakan lurus dan berputar Roda Gigi kerucut lurus Roda Gigi kerucut spiral (Klasifikasi atas dasar bentuk jalur gigi) Roda Gigi kerucut Zerol Roda Gigi Roda Gigi kerucut miring dengan poros Roda Gigi kerucut miring ganda berpotongan Roda Gigi permukaan dengan poros ( Roda gigi dengan poros berpotongan berpotongan berbentuk istimewa) Roda Gigi miring silang Batang Gigi miring silang Kontak titik Gerakan lurus dan berputar Roda Gigi cacing silinder Roda Gigi Roda Gigi cacing selubung ganda dengan poros (globoid) silang Roda Gigi cacing samping Roda Gigi hyperboloid Roda Gigi hypoid Roda Gigi permukaan silang Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 212 Universitas MercuBuana 36

34 2.7.2 Nama-nama Bagian Rodagigi Berikut beberapa buah istilah yang perlu diketahui dalam perancangan rodagigi yang perlu diketahui yaitu : 1. Lingkaran pitch (pitch circle) Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadinya slip. Lingkaran ini merupakan dasar untuk memberikan ukuran-ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak antara gigi dan lain-lain. 2. Pinion Rodagigi yang lebih kecil dalam suatu pasangan roda gigi. 3. Diameter lingkaran pitch (pitch circle diameter) Merupakan diameter dari lingkaran pitch. 4. Diametral Pitch Jumlah gigi persatuan pitch diameter 5. Jarak bagi lingkar (circular pitch) Jarak sepanjang lingkaran pitch antara profil dua gigi yang berdekatan atau keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumlah gigi, secara formula dapat ditulis : t = zd1bπ 6. Modul (module) perbandingan antara diameter lingkaran pitch dengan jumlah gigi. m = zd1b 7. Adendum (addendum) Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial. Universitas MercuBuana 37

35 8. Dedendum (dedendum) Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah radial. 9. Working Depth Jumlah jari-jari lingkaran kepala dari sepasang rodagigi yang berkontak dikurangi dengan jarak poros. 10. Clearance Circle Lingkaran yang bersinggungan dengan lingkaran addendum dari gigi yang berpasangan. 11. Pitch point Titik singgung dari lingkaran pitch dari sepasang rodagigi yang berkontak yang juga merupakan titik potong antara garis kerja dan garis pusat. 12. Operating pitch circle lingkaran-lingkaran singgung dari sepasang rodagigi yang berkontak dan jarak porosnya menyimpang dari jarak poros yang secara teoritis benar. 13. Addendum circle Lingkaran kepala gigi yaitu lingkaran yang membatasi gigi. 14. Dedendum circle Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi. 15. Width of space Tebal ruang antara rodagigi diukur sepanjang lingkaran pitch. 16. Sudut tekan (pressure angle) Sudut yang dibentuk dari garis normal dengan kemiringan dari sisi kepala gigi. Universitas MercuBuana 38

36 17. Kedalaman total (total depth) Jumlah dari adendum dan dedendum. 18. Tebal gigi (tooth thickness) Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch. 19. Lebar ruang (tooth space) Ukuran ruang antara dua gigi sepanjang lingkaran pitch 20. Backlash Selisih antara tebal gigi dengan lebar ruang. 21. Sisi kepala (face of tooth) Permukaan gigi diatas lingkaran pitch Sisi kaki (flank of tooth) Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch Puncak kepala (top land) Permukaan di puncak gigi Lebar gigi (face width) Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya. Universitas MercuBuana 39

37 Gambar 2.24 Bagian Roda Gigi Ref : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin hal 214