BAB IV PERHITUNGAN PERANCANGAN Pada tahap perancangan mesin Fitting valve spindle pada bab sebelumnya telah dihasilkan rancangan yang sesuai dengan daftar kehendak. Yang dijabarkan menjadi beberapa varian konsep. Untuk mendukung ketepatan perancangan mesin fitting valve spindle, dilakukan perhitungan elemen-elemen mesin yang menjadi komponen pada mesin tersebut. 4.1 Perhitungan Komponen Utama 4.1.1 Perhitungan Reducer Reducer digunakan untuk menurunkan kecepatan motor karena putaran kerja yang dibutuhkan rendah. Data data yang diperlukan untuk perhitungan adalah sebagai berikut: - Torsi yang diperlukan untuk memutar valve spindle = 225 Nm( 8 ) ( SNI 1591:2008 hal 9) Dari table ( 9 ) didapat spesifikasi reducer sebagai berikut : - Torsi poros keluaran reducer = 237 Nm - Rasio kecepatan = 1 : 15 - Putaran yang perlukan pada poros masukan = 1500 rpm Jadi reducer yang dipilih adalah standard model Wpx 100 buatan china. 8 SNI 1591:2008 hal 9 9 Fortune gear (Beijing) Co.,Ltd.) 75
Bab IV Perhitungan Perancangan 76 Perhitungan putaran kerja adalah : Rasio reducer = rpm keluar / rpm masuk i= = 1500 15 n2 = 100 rpm Jadi kecepatan putaran pada poros keluaran adalah 100 rpm. 4.1.2 Perhitungan Motor Penggerak Motor adalah komponen utama yang berfungsi untuk menggerakan system transmisi dalam proses pemasangan mesin Fitting valve spindle ini. Perhitungan dilakukan untuk mendapatkan motor yang diinginkan sesuai dengan daya mesin. Data data yang diperlukan dalam perhitungan ini adalah sebagai berikut: - Torsi yang direncana (T) =225Nm (22959,2Kg.mm) - Kecepatan Putaran reducer (n 2 ) = 100 rpm - Efisiensi mesin ( η ) = 85% (asumsi) - Faktor koreksi kerja (f c ) = 1,3 (table ) 10 Besarnya daya yang terjadi pada mesin Pd = f c x P...( 11 ) Dimana P = Daya rata rata yang ditransmisikan 10 Sularso, perencanaan dan pemilihan elemen mesin hal 196 11 Sularso, Perencaan dan pemilihan elemen mesin, hal 7
Bab IV Perhitungan Perancangan 77 Pd = Daya yang direncanakan f c = Faktor koreksi jika moment puntir disebut juga momen adalah rencana adalah T (kg.mm) maka...( 12 ) Sehingga Pd = 2.36 Kw Jadi gaya kerja mesin adalah 2.36 Kw Besarnya daya motor yang diperlukan (P m ) Jika (P) adalah daya rata-rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis (η) dari system transmisi untuk mendapatkan daya pengerak mula yang diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat star, atau mungkin beban yang besar terus bekerja setelah star maka perlu ditambahkan faktor koreksi. 13 sehingga P m = Pd / Dimana efisiensi motor ( ) assumsi adalah 85% 12 Sularso, Pemilihan dan Perencanaan elemen mesin, hal 7 13 Sularso, Pemilihan dan Perencanaan elemen mesin, hal 7
Bab IV Perhitungan Perancangan 78 Maka P m = 2,36 / 0.85 Pm = 2,78Kw Jadi daya motor yang diperlukan untuk fitting valve spindle tabung adalah 3,78 HP (2,78 kw) namun karena pilihan motor dengan daya tersebut tidak tersedia dan dicari yang paling mendekati dari daftar motor yang ada. Diperoleh spek motor berikut : Merek Daya Voltase Kecepatan Pole Frame No = Teco = 5 Hp = 380V = 1445rpm = 2P = 112M 4.1.3 Perhitungan Silider Silinder digunkan untuk menekan pelat tabung tabung agar tidak ikut berputar pada saat proses kerja. Data yang diperlukan untuk menentukan silinder yaitu : - Tekanan compressor ( P ) = 8 Bar = 800000N/m2 - Torsi kerja Valve spindle ( T ) = 225 Nm - Diameter Tabung Ø365mm atau ( r ) = 182.5mm atau 0,1825mm - Koefisien gesek kanfas ( μ ) = 0.4 tabel
Bab IV Perhitungan Perancangan 79 Rumus : Tb = Ft x r atau Ft = μ Rn...( 14 ) Karena cekam ada pada dua sisi sama dengan sistem rem blok ganda maka persamaan : Tb = (F + F ) x r F = F Dimana : Tb = Torsi yang diserap (asumsi sebagai torsi kerja) Ft = Gaya rem tangensial atau gaya gesek pada kontak cekam μ = koefisien bahan cekam Rn = Gaya normal tabung terhadap cekam Maka : 225 = ( 2 Ft ) x 0,1825 Ft= 616,43N Ft= μ x Rn Rn = 616,43/ 0,4 Rn = 1541,075 N Untuk menghentikan gerak tabung maka gaya normal gaya silinder maka gaya silinder adalah 1541,75N Untuk menetukan silinder pneumatic P = F / A atau F = P x A Dimana 14 RS Khurmi, Machine Design, hal 883
Bab IV Perhitungan Perancangan 80 P = adalah tekanan silinder (tekanan kompresor) F = Gaya yang terjadi pada piston A = Luas penampang silinder Maka : F = P x A 1541,75 = 800000 x ( x ) = D = 0,495m atau 49,5mm Jadi diameter adalah 49,5mm namun pada table dicari yang paling mendekati yaitu diameter 50. Maka silinder yang digunakan berdasarkan ( table ) 15 adalah Type AM 50 4.2 Komponen Tranmisi Komponen transmisi adalah komponen yang meneruskan daya motor terhadap benda kerja. Data yang diperlukan adalah - Daya motor P m = 3,7 kw atau 5 Hp - Putaran poros motor n 1 = 1445 rpm - Momen puntir motor Mp = 60. Pm 2.. n = 24,464 N.m = 24464 N.mm 15 TPC Pneumatic
Bab IV Perhitungan Perancangan 81 4.2.1 Sabuk dan Puli 4.2.1.1 Dimensi Sabuk dan Puli Dengan besarnya daya rencana (Pd) dan putaran puli kecil / motor listrik (n 1 ), maka dapat ditentukan tipe sabuk-v dengan menggunakan grafik atau diagram pemilihan sabuk( 16 ). Dari grafik tersebut di dapat tipe sabuk-v, yaitu: P d = 3,7 kw, n 1 = 1445 rpm, Tipe sabuk: sabuk-v tipe C Berdasarkan data sabuk-v (tabel min puli yang diijinkan) 17 besarnya diameter adalah: a. Diameter minimum yang diizinkan 175 mm b. Diameter anjurkan yang dianjurkan 225 mm diameter puli reducer dapat dihitung sebagai berikut : D in = Dp 2 (ko) = 225 2 (9,5) = 206 mm D out = Dp + 2 (k) = 225 + 2 (5,5) = 236 mm Untuk menentukan besarnya diameter pitch puli reducer, maka perlu dicari terlebih dahulu perbandingan 16 Sularso, perencanaan dan pemilihan elemen mesin hal 164 17 Sularso, perencanaan dan pemilihan elemen mesin hal 169
Bab IV Perhitungan Perancangan 82 reduksi, yaitu perbandingan putaran antara putaran reducer (n 2 ) dan motor penggerak (n 1 ). i = n 2 / n 1 = 1500 / 1445 = 1.04 Maka, dp = i x dp = 1.04 x 225 = d in = dp 2 (ko) = 234 2 (12) = 210 mm d out = dp + 2 (k) = 234 + 2 (7) = 248 mm Dimana: Dp = diameter pitch (nominal) puli penggerak (mm) D in = diameter dalam puli penggerak (mm) D out = diameter luar puli penggerak (mm) dp = diameter pitch (nominal) puli yang digerakan (mm) d in = diameter dalam puli yang digerakan (mm) d out = diameter luar puli yang digerakan (mm)
Bab IV Perhitungan Perancangan 83 4.2.1.2 Perhitungan Panjang Keliling Sabuk-V Apabila jarak antara poros ( C ) ditentukan yaitu 300 mm, maka panjang keliling sabuk - V adalah: L = 2.C +.( Dp dp) 2 + 1 (Dp-dp) 2 4.C 1 = 2. 300 + 1,57 (234+225) + 1200 (234-225) 2 = 600 + 725,34 + 0.0675 = 1325,41 mm Maka diperoleh ukuran panjang keliling sabuk yaitu ukuran 52 inch atau 1321 mm (tabel) 18 4.2.1.3 Perhitungan Jarak Antar Poros Terhadap Diameter Puli Jarak antara poros (C) kami tentukan yang panjangnya adalah 300 mm. Untuk menentukan jarak yang diizinkan, maka dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: Dout dout 2 < C 239 248 2 mm < 300 mm 243.5 mm < 300 mm Karena jarak antar poros lebih besar dari diameter rata-rata puli, maka keadaan tersebut aman. Sedangkan untuk mengetahui jarak antar poros yang sesungguhnya dapat dihitung dengan mencari harga b terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan sbb: 18 Sularso, Perencanaan dan pemilihan elemen mesin hal 168
Bab IV Perhitungan Perancangan 84 b = 2.L (Dp+dp) = 2. 1321 3,14 (234 + 225) = 1200,74 mm Jadi jarak antar poros yang sesungguhnya adalah C = b b2 8( Dp dp)2 8 = [1200,74 + (1200,74) 2 8 (234-225) 2 ] / 8 = 300,15 mm 4.2.1.4 Perhitungan Sudut Kontak dan Jumlah Sabuk Besarnya suduk kontak dapat diberikan oleh: = 180 o 57(Dp dp) - C...( 19 ) = 180 o - 57(234 225) 300 = 178,29 o Maka besarnya faktor koreksi sudut kontak dapat dicari (tabel faktor koreksi K ) K = 1 Jumlah sabuk dapat dihitung dengan persamaan sbb: N = = Pd Po. K 2,36 16,56x1 = 0,14 1 buah 19 Sularso, perencanaa dan pemilihan elemen mesin hal 184
Bab IV Perhitungan Perancangan 85 Jadi dari hasil perhitungan tersebut kesimpulannya adalah: Sabuk yang dipergunakan adalah sabuk-v tipe C Jumlah sabuk (N) sebanyak 1 buah Jarak antar poros 300.15 mm Panjang sabuk 1321 mm 4.2.2 Perencanaan Poros Utama dan Pasak 4.2.2.1 Merencanakan Bahan dan Diameter Poros Data data untuk mencari diameter poros adalah: - Bahan poros S45C dengan tegangan tarik B = 58 kg/mm 2. (tabel, Sularso: 3) - Faktor keamanan Sf 1 = 6 untuk bahan S45C dan faktor kekasaran permukaannya Sf 2 = 2. - Faktor koreksi karena torsi K t = 1,5. - Faktor koreksi karena momen C b = 1,0. - Moment torsi yang direncanakan T= 225Nw atau T = 22959.2 kg.mm Tegangan geser yang diizinkan adalah: a = B / (Sf 1 x Sf 2 ) = 58 / (2 x 6) = 4,83 kg/mm 2 Jadi besarnya diameter poros adalah: Ds > [ (5,1/ a ) t C b T] 1/3 Ds [ (5,1/4,83) x 1.5 x 1.0 x 22959,2 ] 1/3 Ds [3636.9 ] 1/3
Bab IV Perhitungan Perancangan 86 Ds 33.1 mm Dari tabel (elemen mesin sularso hal 9) di dapat diameter poros standard 38 mm. Dan bahan yang digunakan adalah S45C. 4.2.2.2 Merencanakan Pasak dan Alur Pasak Data-data yang diperlukan untuk menghitung pasak adalah: - Daya Reducer (Pd) = 2,36 kw - Torsi Reducer (Tr) = 237 Nm, (24184 kg.mm) - Diameter poros (Ds) = 38 mm Gaya tangensial pada permukaan pasak F (kg) adalah: F = = T (Ds/ 2) 24184 38/ 2 = 1272.8 kg Penampang pasak 10 x 8, kedalaman alur pada poros t 1 = 4,5 mm dan kedalaman alur pasak pada naf t 2 = 3,5 mm (tabel sularso, elemen mesin hal 10). Apabila bahan pasak S45C dengan kekuatan tarik B = 70 kg/mm 2 serta faktor keamanan Sf k1 = 6 dan Sf k2 = 3, maka tegangan geser yang diizinkan adalah: ka = B / (Sf k1 x Sf k2 ) = 70 / (6 x 3)
Bab IV Perhitungan Perancangan 87 = 3.9 kg/mm 2 Tekanan permukaan yang izinkan Pa = 8 kg/mm 2 (Sularso elemen mesin hal 27) k = 1272,8 /(10 x l 1 ) = 1272,8 (10xl1) 3.9. l 1 32.6 mm Pa = 1272,8 (3,5xl2) 8.. l 2 45,5 mm Panjang L adalah 45,5 mm Panjang pasak yang digunakan (l k ) adalah 47 mm. b/ds = 10/38 = 0,263 0,25 < 0,263 < 0,35...( 20 ) l k /Ds = 47/35 = 1,343 0,75 < 1,343 < 1,5 Dengan demikian pasak yang digunakan cukup aman dengan ukuran 47 mm x 10 mm x 8 mm dan bahan pasak S45C yang dicelup dingin dan dilunakan 4.2.3 Perencanaan Bantalan Gaya yang bekerja pada bearing adalah aksial sehingga jenis bearing yang digunakan adalah bantalan aksial (telapak) seperti ditunjukan gambar 4.1 : 20 Kiyokatsu Sugah hal 26
Bab IV Perhitungan Perancangan 88 W d Gambar 4.1 arah gaya pada bantalan telapak Data yang diperlukan untuk menentukan diameter bantalan : - Gaya aksial Wo = 1000 - Putaran Poros yaitu putaran reducer = 100 rpm - Diameter poros = 38mm - Faktor koreksi f c = 1,0 ( 21 ) - Rencana pelumasan biasa dengan harga = = 0,17 [kg.m/(.s)] maka C = 3000 x 0,17 = 5100 [kg.m/(.s)] - = 1000 x 100/5100 = 19,6 20mm jika 38mm asumsi diameter poros pada bantalan = maka - 38 = 20 = 58 21 Sularso, elemen mesin hal 137-138
Bab IV Perhitungan Perancangan 89 Jadi diameter telapak poros atau bantalan adalah 58 mm Tekanan permukaan adalah P = 0,66 kg/ Jadi tekanan permukaan yang terjadi adalah 0,66 kg/ Tekanan permukaan yang diijinkan sebesar P = 0,5 0,75 (untuk bahan poros baja keras dan bahan bantalan perunggu) (0,5 < 0,66 > 0,75) Maka bantalan dapat diterima Kecepatan rata-rata dm dm = (d1 + d2) / 2 dm = (58 + 38) / 2 dm = 48mm Kecepatan pada diameter rata rata ( ) = π(d1 + d )N/ ( x 60 x 1000) = (π x 48 x 100) / (60 x 1000 ) = 0,25(m.s) = 0,66 x 0,25 = 0,167 [ 0,167 [ < 0,17 [ Dengan demikian diameter lekukan adalah 38mm, diameter telapak adalah 58mm dan bahan bantalan adalah perunggu.