BAB IV PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN TRANSMISI PADA MESIN PERAJANG TEMBAKAU DENGAN PENGGERAK KONVEYOR 4.1 Perencanaan Pulley dan V-Belt 1 4.1.1 Penetapan Diameter Pulley 1 1. Penetapan diameter pulley V-belt d pull (mm) D C D 1 n =? Gambar 4.1 Perencanaan susunan belt dan pulley Data awal yang diketahui : Motor yang digunakan Motor Listrik = 1/4HP Diameter pulley penggerak (D 1) = 75 mm Diameter pulley yang digerakan (D ) = 00 mm Putaran pulley penggerak (n 1 ) = 800 rpm n = n = n = 1050 rpm 40
. Kecepatan keliling pulley penggerak (V pull ) V p = V p = V p = 1099 m/det 3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak F rated (kg) F = F = / = 173 kg 4. Penerapan V-Belt Data diameter pulley dan jarak poros motor : D 1 (diameter pulley penggerak) D (diameter pulley yang digerakkan) â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 75 mm = 00 mm = 310 mm Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt meliputi : Tegangan yang timbul K = x φ x σ o Dimana: φ = 09 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan) σ o = 1 (kg/cm ) tegangan awal untuk V-belt (tetapan) ( ir.wayan Barata 1998 ) Maka : K = x 07 x 1 = 168 kg cm 41
Luas penampang V-belt A(cm ) A = = / = 0654 cm Table 4.1 diameter V-belt Tipe penampang O A B C D E F Luas penampang A (cm ) Tinggi belt (h) 05 08 14 3 48 70 117 50 80 105 135 190 35 300 Panjang V-Belt Maka tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A L = â + (D + D 1 ) + â Dimana : â = jarak poros 310mm D 1 = 75 mm D = 00 mm Maka L = (310) + x (00+75) + ( ) L = 60 mm + 43175 mm + 6099 mm L = 1.1174 mm 4
Kekendoran V-beltA min (mm) Tipe belt A : A min = â - h Dimana : h = 80 mm = 310.(80mm) = 94 mm Ketegangan V-belt A max (mm) Tipe belt F : A max = (105~110).â = 110 x 310 mm = 341 mm Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt σ max kg/cm max = (.. ) +. (. ) + (. ) Dimana : = Tegangan awal untuk V-belt = 1 kg/cm F = Gaya keliling yang terjadi = 173 kg Z = Jumlah V-belt = 1 buah A = Luas penampang = 08 cm Y = Berat jenis rubber kanvas = 15~150 kg/cm g = Percepatan grafitasi = 98 m/det x 100 43
E b = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm h = Tinggi belt = 80 mm = 08 cm D min = Diameter pully terkecil = 75 mm = 75 cm V 1 = Kecepatan pully penggerak = 1099 m/det Maka : max = 1 + + ( ) ( ) ( ) + ( ) = 1 + 108 + 154 + 64 = 786 kg/cm 5. Jumlah putaran V-belt U = = x 1000 = 988 rps 6. Umur belt H (jam kerja) Dimana : = (.. ) σ σ N base = 1x10 7 putaranbasis dari fatique test (tetapan) U X m σ fat = 988 = jumlah putaran V-belt (rps) = (jumlah pulley yang berputar) buah = 8 factor buah V-belt (tetapan) = 90 kg/cm fatique test untuk V-belt (tetapan) σ max = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt = 786 kg/cm 44
maka : = ( ) = 1406 x 6 = 36556 jam kerja Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan Gambar 4. bentuk dan dimensi pully untuk V-belt Perhitungan yang diperlukan meliputi : Dari table untuk V-belt tipe A didapat(ir.wayan Barata Element Mesin hal. 163) e = 15 mm c = 35 m t = 16 mm s = 10 mm 45
Maka : D out 1 = d pull 1 +.c D out = d pull +.c = 75 +. 35 = 00 +. 35 = 8 mm = 07 mm D in 1 = D out 1 -.e D in = D outl -.e = 75 -. 15 = 00 -. 15 = 60 mm = 185 mm 7. Lebar pulley B (mm) Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan sama maka: B pull = B pull 1 = (z - 1). t +.s Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah Maka : B pull = B pull 1 = (1-1). 16 +. 10 = 0 + 0 = 0 mm 8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak (degree) α =180 - â.60 0 Dimana : â = 310 (jarak antar poros penggerak) mm d pull 1 = 75 mm d pull = 00 mm 46
Maka : α =180 o ( ).60 0 α =180 o 4 o α = 1558 0 9. Torsi yang terjadi pada pulley T = F T = 173 kg x T = 64875 kg.cm 4. Perencanaan Pulley dan V-Belt 4..1 Penetapan Diameter Pulley 1. Penetapan diameter pulley V-belt d pull (mm) c D 1 D n =? Gambar 4.3 Perencanaan susunan belt dan pulley Data awal yang diketahui : 47
Motor yang digunakan Motor Listrik = 180W =018kW Diameter pulley penggerak (D 1) = 91 mm Diameter pulley yang digerakan (D ) = 75 mm Putaran pulley penggerak (n 1 ) = 35 rpm n = n = n = 45 rpm. Kecepatan keliling pulley penggerak (V pull ) V p = V p = V p = 0167 m/det 3. Gaya keliling yang timbul pada pulley penggerak F rated (kg) F = F = / F = 1099 kg 4. Penerapan V-Belt Data diameter pulley dan jarak poros motor : D 1 (diameter pulley penggerak) D (diameter pulley yang digerakkan) â ( jarak sumbu kedua pulley ) = 91 mm = 75 mm = 183 mm 48
Perhitungan untuk menentukan kekuatan dan jenis belt meliputi : Tegangan yang timbul K = x φ x σ o Dimana: φ = 09 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan) σ o = 1 (kg/cm ) tegangan awal untuk V-belt (tetapan) Maka : K = x 07 x 1 = 168 kg cm Luas penampang V-belt A(cm ) Dari tabel 4.1 di bawah A didapat 08 cm A = = / = 65 cm Table 4.1 diameter V-belt Tipe penampang O A B C D E F Luas penampang A (cm ) Tinggi belt (h) 05 08 14 3 48 70 117 50 80 105 135 190 35 300 Panjang V-Belt Maka tipe V-belt yang akan dipilih adalah type A L = â + (D + D 1 ) + â Dimana : â = jarak poros 183 mm 49
D 1 = 91 mm D = 75 mm Maka L = (183) + (75+91) + ( ) L = 336 mm + 6063 mm + 3764 mm L = 6347 mm Kekendoran V-beltA min (mm) Tipe belt A : A min = â - h Dimana : h = 80 mm = 183.(80mm) = 167 mm Ketegangan V-belt A max (mm) Tipe belt F : A max = (105~110).â = 110 x 183 mm = 18410mm Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt σ max kg/cm max = (.. ) +. (. ) + (. ) Dimana : = Tegangan awal untuk V-belt = 1 kg/cm 50
F = Gaya keliling yang terjadi = 1099 kg Z = Jumlah V-belt = 1 buah A = Luas penampang = 08 cm Y = Berat jenis rubber kanvas = 15~150 kg/cm g = Percepatan grafitasi = 98 m/det x 100 E b = Modulus elastisitas rubber kanvas = 600-1000 kg/cm h = Tinggi belt = 80 mm = 08 cm D min = Diameter pully terkecil = 75 mm = 75 cm V 1 = Kecepatan pully penggerak = 167 cm/det Maka : max = 1 + + ( ) ( ) ( ) + ( ) = 1 + 6869 + 0036 + 64 = 14476 kg/cm 5. Jumlah putaran V-belt U = = x 1000 = 06 rps 6. Umur belt H (jam kerja) = (.. ) σ σ 51
Dimana : N base = 1x10 7 putaranbasis dari fatique test (tetapan) U X m σ fat = 06 = jumlah putaran V-belt (rps) = (jumlah pulley yang berputar) buah = 8 factor buah V-belt (tetapan) = 90 kg/cm fatique test untuk V-belt (tetapan) σ max = Tegangan maksimum yang timbul dari operasi V-belt = 14476 kg/cm maka : = ( ) = 53419 x 004 = 1197 jam kerja Perencanaan pulley penggerak dan pulley yang digerakkan Gambar 4.4 bentuk dan dimensi pully untuk V-belt 5
Perhitungan yang diperlukan meliputi : Dari table untuk V-belt tipe A didapat (Ir.Wayan BarataElement Mesin hal. 163) e = 15 mm c = 35 m t = 16 mm s = 10 mm Maka : D out 1 = d pull 1 +.c D out = d pull +.c = 91 +. 35 = 75 +. 35 = 98 mm = 8 mm D in 1 = D out 1 -.e D in = D outl -.e = 91 -. 15 = 75 -. 15 = 66 mm = 50 mm 7. Lebar pulley B (mm) Lebar pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan diasumsikan sama maka: B pull = B pull 1 = (z - 1). t +.s Dimana : Z = jumlah belt yang diperlukan = 1 buah Maka : B pull = B pull 1 = (1-1). 16 +. 10 = 0 + 0 = 0 mm 53
8. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak (degree) α =180 - â.60 0 Dimana : â = 183 (jarak antar poros penggerak) mm d pull 1 = 91 mm d pull = 75 mm Maka : α =180 o ( ).60 0 α =180 o ( 53) o α = 1853 0 9. Torsi yang terjadi pada pulley T = F T = 1099 kg x T = 500045 kg.cm 4.3 Perencanaan poros 1 4.3.1 Perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros 1 Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut : N = 1/4 HP n 1 = 800 rpm = 1853 o 54
Φ = 09 (factor tarikan awal untuk V-belt) F = 173 lb Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah : Fr = F φ sin = 173 09 sin 1558 = 19 sin 779 = 19 lb 4.3. Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros 1 A B Fc C RA 386 RB 138 Gambar 4.5 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros1 1. Tegangan bahan maksimum σ maks (psi) Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040 Syp = 50.000 psi N = 5 max =. =. = 10000 psi 55
. Torsi poros Tp (lb.in) Tp =. Dimana : Hp n = 1/4 Hp = 800 rpm maka : Tp =. = 565 lb.in 3. Tegangan tarik pada pulley F n F d F 1 Gambar 4.6 tegangan Tarik pulley Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1 F Maka 1 5 F Dimana: F 1 = batas kekuatan tarik maksimum V-belt F = batas kekuatan tarik minimum V-belt D pull = 00 mm = 787 inch 56
Maka. T F F1 d pull. T F F1 d pull F F 1 x565 787 = 149 lb untuk F F1 5F 5F F1 149 4F 149 F 357 lb untuk F 1 F1 5F F1 5x 357 F 1 1785 lb 57
Maka Fd F 1 cos F. cos. b d d 1 b 00 75 15 b 6 5mm x a b x a b x a b x 310 6 5 x 96100 3906 5 x 100 006 5 x 316 mm cos a x cos 310 316 58
cos 098 arc cos 098 1136 0 Fd F 0 0 1. cos 1136 F. cos 11 36 1785.098 357.098 1749 35 099lb 4. Perhitungan gaya pada poros 1 A B Fc C RA 386 138 RB Gambar 4.7 Free body diagram poros 1 Fv = 0 RA+ RB- Fc = 0 RA + RB = Fc RA+RB = 173 MA = 0 Fc x 54 - RB x 386 -RB x 386 = -173 x 54 -RB = RB = 35 lb (arah perumpamaan benar) Dari persamaan 1 59
RA + RB = 173 = 173 35 RA = - 06 lb (arah perumpamaan terbalik) Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C Daerah A B Untuk X 1 = 0 MA = RA x X 1 = - 06 x 0 = 0 Untuk X 1 = 386 in MB = RA x X 1 = - 06 lb x 386 in = - 39 lb in Daerah B C Momen = - F c x X Untuk X = 0 MC = F c x X = 173 x 0 = 0 A B C MB=- 39 lb in Gambar 4.8 diagram momen 60
5. Diameter poros Dp (mm) Diketahui : T = 565 lb.in M = - 39 lb.in Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1040 Syp = 50.000 Psi N = 5 = 05 syp N =. = 10000 Psi 16 (. ) (Tp + ) 16 (314. 10000) (565 ) + ( 39 ) 16 (31400) 31698 16 31400 563 9008 31400 0087 0306 = 777 Diameter poros 777 mm maka perencanaan poros aman Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yang berdiameter 19 mm 61
4.4 Perencanaan poros 4.4.1 perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada poros Dari perhitugan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut : N = 180 w n 1 = 35 rpm = 1853 o Φ = 09 (factor tarikan awal untuk V-belt) F = 1099 lb Maka gaya yang terjadi pada poros silinder dari motor adalah : Fr = F φ sin = 1099 09 sin 1853 = 11 sin 965 = 11 lb 4.4. Uraian gaya-gaya yang terjadi pada poros A F B B C RA 49 49 RC Gambar 4.9 bentuk uraian gaya yang bekerja pada poros 6
6. Tegangan bahan maksimum σ maks (psi) Poros yang digunakan menggunakan bahan AISI 1040 Syp = 50.000 psi N = 5 max =. =. = 10000 psi 7. Torsi poros Tp (lb.in) Tp =. Dimana : Hp n = 018 kw = 35 rpm maka : Tp =. = 34 lb.in 8. Tegangan tarik pada pulley F n F d Gambar 4.10 tegangan Tarik pulley Bila diperkirakan rasio tegangan tarik V-belt adalah 3 : 1 dan 5 : 1 F 1 63
F Maka 1 5 F Dimana: F 1 = batas kekuatan tarik maksimum V-belt F = batas kekuatan tarik minimum V-belt D pull = 75 mm = 95 inch Maka. T F F1 d pull. T F F1 d pull F F 1 x34 95 = 197 lb untuk F F1 5F 5F F1 197 4F 197 F 549 lb untuk F 1 64
F1 5F F1 5x 549 F 1 745 lb Maka Fd F 1 cos F. cos. b d 1 d 91 75 b 16 b 8mm x a b x a b x a b x 183 8 x 33489 64 x 33553 x 183 mm 65
cos a x cos 183 183 cos 0998 arc cos 0998 0 36 Fd F 0 0 1. cos 36 F.cos 3 6 745.0998 549.0998 739 547 386lb 9. Perhitungan gaya pada poros Utama A F B B C RA 49 49 RC Gambar 4.11 Free body diagram poros Fv = 0 RA+ RC- F B = 0 RA + RC = F B RA+RC = 1099 MA = 0 66
F B x 49 - RC x 98 -RC x 98 = -1099 x 49 = RB = 5495 lb (arah perumpamaan benar) Dari persamaan 1 RA + RC = 1099 = 1099 5495 RA = 5495 lb (arah perumpamaan benar) Untuk mencari momen bending maximum di daerah A-C Daerah A B Untuk X 1 = 0 MA = RA x X 1 = 5495 x 0 = 0 Untuk X 1 = 49 in MB = RA x X 1 = 5495 lb x 49 in = 695 lb in Daerah B C Momen = - F B x X Untuk X = 0 MC = F B x X = 1099 x 0 = 0 67
A B MB=695 lb in C Gambar 4.1 diagram momen 10. Diameter poros Dp (mm) Diketahui : T = 565 lb.in M = - 39 lb.in Dimana bahan poros direncanakan menggunakan bahan AISI 1050 Syp = 50.000 Psi N = 5 = 05. syp N =. = 10000 Psi 16 (. ) (Tp + ) 16 (314. 10000) (565 ) + ( 39 ) 16 (31400) 31698 16 31400 563 9008 31400 68
005 09 = 737 Diameter poros 737 mm maka perencanaan poros aman Pengaplikasian dimensi poros adalah menggunakan poros yang berdiameter 17 m 4.5 Perencanaan Bantalan 1 Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri data yang diketahui : Dari tabel 9-1 Deutschman didapat : Diameter luar bantalan (Dp) = 35mm = 1378 in Beban statis dasar (Co) = 3070 lb Beban dinamis dasar (C) = 4440 lb Putaran maksimum (n) = 1050 rpm Gaya radial (Fr) = 19 lb Daya yang hilang ( akibat gesekan ) Hp =.. = = = 00 Hp 69
Umur Bantalan L 10 =. Dimana : L 10 = Umur bantalan C = Basic dynamic load rating = 4440 lb V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1 P = Beban ekuivalen = V. Fr = 1. ( 19 ) = 19 lb Fr = Beban radial n = putaran ( rpm ) = 1050 rpm Maka L 10 =. jam = 1761 x 1587 = 0517 jam 70
4.6 Perencanaan Bantalan Bantalan yang direncanakan adalah Single row deep grove ball bearing seri data yang diketahui : Dari tabel 9-1 Deutschman didapat : Diameter luar bantalan (Dp) = 3mm = 16 in Beban statis dasar (Co) = 1.910 lb Beban dinamis dasar (C) = 760 lb Putaran maksimum (n) = 35 rpm Gaya radial (Fr) = 11 lb Daya yang hilang ( akibat gesekan ) Hp = = =.. = 0016 Hp 71
Umur Bantalan L 10 =. Dimana : L 10 = Umur bantalan C = Basic dynamic load rating = 760 lb V = Faktor rotasi dengan ring dalam berputar ( tetapan ) = 1 P = Beban ekuivalen = V. Fr = 1. ( 11 ) = 11 lb Fr = Beban radial n = putaran ( rpm ) = 35 rpm Maka L 10 =. jam = 11868 x 47619 = 56514 jam 7