BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III ETODOLOGI PEELITIA Dalam bab ini akan diuraikan mengenai langkah-langkah yang dilakukan dalam mengkaji teoritis kekuatan gear box hand tractor. 3.1 etode Penyelesaian asalah Dalam mengkaji teoritis kekuatan gear box hand tractor, diperlukan suatu rencana tahapan penelitian yang disusun secara sistematis. Hal ini bertujuan agar penelitian yang ada dapat dirumuskan dengan benar. etoda penelitian yang digunakan dalam menyelesaikan tugas akhir ini akan dijelaskan pada diagram alir sebagai berikut : Gambar 3.1. etodologi Analisa Hand Tractor Gear Box 33

2 3. enghitung Daya Pembajakan Dari gambar teknik mesin diketahui : Jumlah gigi : 1 = 16; = 30; 3= 16; 4= 40; 5= 16; 6= 40; 7= 16; 8= 34. Putaran poros input = 1100 rpm Diameter roda traktor = 0,8 m Langkah pertama untuk menghitung daya pembajakan adalah mencari rasio gear box, putaran roda dan torsi Rasio Gear Box Untuk mencari rasio gear box dapat dicari dengan persamaan (.6). R R R 4, Putaran Roda Traktor n n n Roda Roda Roda 3..3 Torsi n R ,9 44,17 rpm Torsi dicari dengan menggunakan persamaan (.11). Gambar 3. Gaya Bajak T T T r 0, m 34

3 3..4 Daya Pembajakan Dengan menggunakan persamaan (.10) daya pembajakan bisa dicari. n P T 30 44,17 P P 1665,17 Watt P,3 Hp 3.3 Perhitungan Rodagigi Gear Box Hand Tractor terdiri dari delapan buah rodagigi, dimana rodagigi 1 berpasangan dengan rodagigi, rodagigi 3 dengan 4, rodagigi 5 dengan 6, dan rodagigi 7 dan 8. Gambar 3.3 Gear box hand tractor enghitung Tegangan Lentur Rodagigi 1 dan Data diperoleh dari gambar teknik Hand Tractor TESDC Gear Box pada lampiran. Lihat gambar input gear dan second gear. Penyelesaian : Jumlah gigi : p = 16 g = 30 odul : m =,5 mm 35

4 Lebar : f = 1 mm Angka kualitas gigi : Q v = 6 (Gambar.16) Diameter pitch : D p = 40 mm D g = 75 mm Daya : P =,3 hp Putaran : n p = 1100 rpm Untuk mencari tegangan lentur dan faktor-faktor harus mencari kecepatan tangensial, momen puntir dan gaya tangensial dengan menggunakan persamaan (.30), (.7) dan (.9). ec. Tangensial : omen puntir : Gaya tangensial : Dp n Vt 60 p 0,041100,3 m / s 60 30P 30,3 746 Tp 14, 456 n 1100 T Wt D p p 14,456 7,84 0,04 m Untuk mencari tegangan lentur digunakan persamaan (.31). Langkah pertama untuk mencari tegangan lentur harus mencari faktor-faktor, seperti : aktor Geometri : J p = 0,8 J g = 0,34 (Gambar.17) aktor aplikasi : a = 1,4 (Tabel.1) aktor ukuran : s = 1 (Tabel.) ak. distribusi beban : m = 1,16 (Gambar.14) ak. etebalan rim : b = 1 (Gambar.15) aktor dinamik : v = 0,78 (Gambar.16) Tegangan lentur, σ : Pinion : tp tp Wt mj P a s V m B 7,84 1,4 11,161 18,60,5 1 0,8 0,78 Pa Gear : tg tg Wt mj G a s V m B 7,84 1,4 11, ,87,5 1 0,34 0,78 Pa 36

5 3.3. enghitung Tegangan ontak Rodagigi 1 dan Tegangan kontak dihitung menggunakan persamaan (.35). sebelumnya harus mencari faktor-faktor, seperti : aktor Geometri : I = 0,088 (Gambar.17) aktor elastik : C p = 191 (Tabel.3) aktor aplikasi : C a = 1,4 (Tabel.1) aktor ukuran : C s = 1 (Tabel.) ak. distribusi beban : C m = 1,16 (Gambar.14) ak. etebalan rim : C b = 1 (Gambar.15) aktor dinamik : C v = 0,78 (Gambar.16) Tegangan ontak : Wt CaCsCm C CP 114, 73 md I C P V Pa enghitung Umur Rodagigi 1 dan Umur rodagigi bisa didapat dengan diagram hubungan faktor L dengan jumlah siklus. Pertama kali yang harus dihitung adalah faktor L dengan menggunakan persamaan (.36). L L L m 1,4 0,781,161,3746 0,005 0,01 0,6 a V m R P f n J P P tp / 60160,818,610 Dengan melihat gambar (.18), L = 0,6 maka umur rodagigi diperoleh diatas siklus. 37

6 3.3.4 Hasil Perhitungan Rodagigi Lainya Dengan menggunakan cara seperti perhitungan rodagigi 1- maka tegangan lentur, tegangan permukaan dan umur tiap rodagigi bisa di dapat. Rodagigi Tabel 3.1. Perhitungan Rodagigi Teg. Lentur (Pa) Teg. Permukaan (Pa) Umur (Putaran ) 1 18,60 114,73 >10^10 140,87 114,73 >10^ , ,96 >10^ , ,96 >10^ , ,16 >10^ , ,16 >10^ , ,5 10^ , ,5 10^ Perhitungan Poros Gear box hand tractor terdiri dari input shaft, second shaft, coupling shaft, intermediate shaft, dan out put shaft. Pada bab III yang akan dibahas hanya perhitungan input shaft saja yaitu analisa mencari faktor keamanan poros. Sedangkan untuk poros yang lainnya hanya hasil perhitungan saja dengan menggunakan cara perhitungan pada input shaft Perhitungan input shaft Gambar 3.4 Input shaft 38

7 Diketahui : Daya =,3 Hp (Perhitungan 3..4 Daya Pembajakan) Putaran = 1100 rpm (Putaran input Gear Box) Dia. Sproket = 00 mm (Pengukuran Lapangan) Sy poros = 343 Pa (aterial JIS S45C) Jarak AB = 13 mm (Gambar 3.6) Jarak BC = 57 mm Jarak CD = 0,5 mm Sudut α = 0 Gambar 3.5 Reaksi Tumpuan Pada Input Shaft secara 3D Reaksi Tumpuan Bidang x-z Dari gambar (3.5) dengan melihat sumbu x dan z bisa didapat bidang x-z. Bidang x-z Gambar 3.6 Reaksi Tumpuan Pada Input Shaft Bidang x-z 39

8 Di titik A Beban yang bekerja pada sproket terdiri dari gaya tangensial dan torsi. Gaya tangensial ini juga merupakan gaya radial pada poros yang nantinya menghasilkan momen lentur. Besarnya gaya tangensial dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (.14). Akan tetapi sebelumnya torsi atau momen puntir harus dihitung terlebih dahulu dengan persamaan (.10). 30P 30,3 746 Torsi 14, 46 n 1100 m 3T 314,46 Pulley T Ax 16, 85 D 0, Di titik C Selanjutnya menghitung cx yang merupakan gaya tangensial dari rodagigi, gaya tangensial dihitung dengan persamaan (.9). Dimana D P adalah diameter pitch rodagigi 1 sebesar 40 mm. cx = tangensial Tp 14,46 Wt Cx 7, 84 Dp 0,04 Di titik B Selanjutnya diteruskan dengan menghitung reaksi tumpuan dimana terdapat bantalan. Dengan menerapkan persamaan kesetimbangan momen di titik D maka reaksi tumpuan di bantalan B adalah : Ax Bx Bx Bx D 0 AD Bx BD CD 0 Ax AD Cx CD BD 16,85 (0,095) 7,8 (0,005) 0, ,99 Cx 40

9 Di titik D emudian dengan menerapkan persamaan kesetimbangan gaya dalam arah vertikal maka reaksi tumpuan di bantalan D adalah : Ax Dx Dx x 0 Bx Bx 394,99 7,8 16,85 900, omen Bengkok Bidang x-z Setelah reaksi tumpuan tiap titik diketahui, langkah berikutnya mencari momen bengkok pada setiap titik tumpuan. Di titik D bdx bdx Di titik C bcx bcx bcx Di titik B bbx bbx bbx Di titik A b Ax b Ax b Ax Cx Dx Cx 0 0 m Dx Dx CD 18,47 m Ax 0 900,96 (0,005) Dx BD 8,6 m Cx BC 900,96 (0,0775) 7,8 (0,057) Dx 0 m AD Cx AC Bx AB 900,96 (0,095) 7,8 (0,189) 394,99 (0,13) Distribusi momen bengkok bidang x-z di setiap titik sepanjang poros digambarkan melalui diagram momen lentur berikut ini : 41

10 Gambar 3.7 Diagram omen Bengkok Bidang x z Reaksi Tumpuan Bidang y-z Dari gambar (3.5) dengan melihat sumbu y dan z bisa didapat bidang y-z. Bidang y-z Gambar 3.8 Reaksi Tumpuan Pada Input Shaft Bidang y-z Dengan cara yang sama maka didapat : Ay By Cy Dy 0 69,59 63,09 193, omen Bengkok Bidang y-z b Ay bby bcy bdy 0 m 0 m 3,97 m 0 m 4

11 Distribusi momen bengkok bidang y-z di setiap titik sepanjang poros digambarkan melalui diagram momen lentur berikut ini : Gambar 3.9 Diagram momen bengkok bidang y z omen Bengkok Gabungan Setelah momen bengkok setiap titik bidang x-z dan bidang y-z didapat, langkah selanjutnya menjumlahkan momen bengkok masing-masing titik bidang x-z dan bidang y-z dengan penjumlahan vektor, yaitu : b bx by aka: b A m bb 8,6 0 8,6 m bc 18,47 3,97 18,89 m bd m encari faktor keamanan Poros Langkah selanjutnya untuk mencari faktor keamanan poros sebelumnya harus mencari diameter poros setiap titik dari gambar (3.4) input shaft, yaitu: Diameter titik A = mm Diameter titik B = 5 mm Diameter titik C = 0 mm 43

12 Diameter titik D = 0 mm aterial yang digunakan untuk poros yaitu JIS S45C dengan kekuatan mulur S y = 343 Pa. omen Bengkok Gabungan : 0 m 0 m Perhitungan faktor keamanan di titik A dengan menggunakan persamaan (.13) : b A bb bc bd 8,6 m 18,89 m d 3 S 3 S S 3 y d 3 ( ( L) L ) S y T T S 3 3 (mm) (343Pa) (0mm) 14460mm 49,61 yaitu : Dengan cara yang sama faktor keamanan di titik yang lain bisa diketahui, Di titik A = 49,61 Di titik B = 17,8 Di titik C = 13,3 Di titik D = 37, aktor eamanan Poros Lainya Dengan menggunakan cara seperti perhitungan poros input maka faktor keamanan tiap poros bisa di dapat. 44

13 Tabel 3.. Data Perhitungan Poros TITI IPUT SECOD COUPLIG ITEREDIATE OUTPUT A 49,61 19,88 7,95 6,1 10,7 B 17,8 7,30 6,0 8,41 4,4 C 13,3 8,90 4,96 5,91 6,55 D 37,7 19,88 6,0 8,13 7,35 E - - 7,95 8, ,1-3.5 Pemilihan Bearing Pemilihan Bearing Pada Poros Input Basis Beban Luar Pada pemilihan bearing berbasis beban luar yang harus pertama dicari adalah resultan beban setiap tumpuan. Dari perhitungan poros diperoleh : Beban pada sumbu x : Ax Bx Cx Dx 16,85 394,99 7,8 900,96 Gambar 3.10 Gaya-gaya Pada Input Shaft Bidang x-z Beban pada sumbu y : Ay By Cy Dy 0 69,59 63,09 193,50 Gambar 3.11 Gaya-gaya Pada Input Shaft Bidang y-z 45

14 Gaya yang bekerja pada tumpuan terdapat pada titik B dan titik D, gaya yang bekerja adalah gaya radial tidak ada gaya aksial. arena gaya yang ada adalah gaya radial saja maka dipilih tipe ball bearing. Di titik B terdapat gaya yang bekerja pada sumbu x dan sumbu y, sehingga resultan gayanya harus dijumlahkan secara vektor, yaitu : B Bx By B B 394,99 69,59 401,07 401,07 4,448 90,16 lb Dari tabel (.4) ball Bearing tipe 300 pilih BSLR yang mempunyai nilai 90,16 lb, maka yang dipilih BSLR 805 lb dengan o. Bearing 6300 dengan diameter dalam 10 mm. Di titik D terdapat gaya yang bekerja pada sumbu x dan sumbu y, sehingga resultan gayanya harus dijumlahkan secara vektor, yaitu : D Dx Dy D D 900,96 193,50 91,51 91,51 4,448 07,16 lb Dari tabel (.4) ball Bearing tipe 300 pilih BSLR yang mempunyai nilai 07,16 lb, maka yang dipilih BSLR 805 lb dengan o. Bearing 6300 dengan diameter dalam 10 mm Pemilihan Bearing Pada Poros Input Basis Diameter Data dari Gambar (3.4) Input Shaft: Diameter titik B = 5 mm Diameter titik D = 0 mm Untuk titik B Dari tabel (.4) ball Bearing tipe 300 pilih o. Bearing Untuk titik D Dari tabel (.4) ball Bearing tipe 300 pilih o. Bearing enghitung Umur Bearing Untuk menghitung umur bantalan digunakan persamaan (.37) dan data basic dynamic load rating pada tabel (.4), maka : Pada input shaft di titik B Basis beban luar : 46

15 o. Bearing = 6300 P 1 = BDLR = 1400 lb P = 90,16 lb = 3, (untuk ball bearing ) k aka : 6 P 1 L 10 P L 10 90,16 10 L 0,3710 putaran Basis diameter : o. Bearing = 6305 P 1 = BDLR = 3550 lb P = 90,16 lb = 3, (untuk ball bearing ) aka : L L 10 P 1 P L 6, k ,16 3 putaran 3.6 Perhitungan Pasak aktor keamanan pasak dapat dihitung dengan persamaan (.4), sebelumnya harus menghitung gaya geser yang terjadi pada pasak dengan persamaan (.9), maka : Diketahui : Daya : P =,3 hp (Daya pembajakan) Putaran : n = 1100 rpm (Putaran masuk gear box) Dia. Poros : d = 0 mm (Lampiran gambar input shaft) Tebal pasak : W = 7 mm Tinggi pasak : H = 7 mm Panjang pasak : L = 1 mm 47

16 Sy Pasak : Sy = 60 Pa (aterial DI St.37) Torsi : T = 14,456 m Gaya tangensial : T D p p 14, ,65 0,0 aka faktor keamanan pasak : l h1 S S y 13,5 60 7, , Perhitungan Lasan Perhitungan Lasan Pada Rodagigi -3 Pada perhitungan lasan yang akan dicari adalah ukuran fillet lasan dengan persamaan (.47). Sebelumnya harus menjumlahkan semua pembebanan yang terjadi pada lasan dengan penjumlahan vektor. Diketahui : Gaya : P = 7,835 Dia. Lasan : OD = 43 mm (Gbr. Second gear dan lapangan) Posisi beban : r = 75 mm Gaya ijin per mm : S = 60,7 /mm (Tabel.5) Gambar 3.1 Rodagigi -3 arena lasanya melingkar untuk mencari faktor geometri gunakan persamaan pada gambar (.1) no 9. 48

17 Pembebanan tarik, f t : T 7, ,76 c OD/ J f w t 3 3 OD 1, ,58 mm 4 4 T c (5411,76)(1,5) 18,67 / mm J 7805,58 w 43/ 1,5 Pembebanan bengkok, f b : f t 0 / mm mm mm Pembebanan geser, f s : A f w s OD P A w 7,835 5,35 1,5 / mm Pembebanan resultan, f R : f R f t f b f S f R 18,67 0 5,35 19,4 / mm Ukuran fillet lasan, w : f w R S 19,4 / mm w 0,3 60,7 / mm per mm mm 3.7. Perhitungan Lasan Pada Rodagigi 6-7 w = 1,4 mm. Dengan menggunakan cara seperti perhitungan rodagigi -3 maka didapat 49

18 3.8 Perhitungan Casing Perhitungan Tekanan Permukaan Pada Lubang Bantalan Input Shaft Pada pembahasan ini akan diuraikan perhitungan faktor keamanan lubang bantalan pada input shaft di titik B (gambar 3.4) dengan menggunakan persamaan (.1). Untuk lubang bantalan yang lainnya hanya hasil perhitungan saja dengan menggunakan cara perhitungan lubang bantalan pada input shaft di titik B. Di Titik B Beban di bearing : = 401,07 Bahan : JIS C 5 Tegangan tarik : Su = 854,36 Pa o. Bearing : 6305 Dia. Luar : D = 6 mm Tebal : b = 17 mm aka : A D b / 6 17 / 57 A 401, ,76 Pa mm aktor eamanan : S Su 854, , aktor eamanan Tiap Lubang Bantalan Dengan menggunakan perhitungan tekanan permukaan pada lubang bantalan input shaft, maka faktor keamanan tiap lubang bantalan bisa didapat. Tabel 3.3. Data Perhitungan aktor eamanan Casing IPUT SECOD COUPLIG ITEREDIATE OUTPUT SHAT /TITI SHAT / TITI SHAT / TITI SHAT / TITI SHAT / TITI 113 / B 3538 / A 158 / A 101 / B 4 / B 341 / D 77 / D 158 / E 101 / 51 / C 50