BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Kopling/Clutch Kopling adalah alat yang digunakan untuk menghubungkan dua poros pada ke dua ujungnya dengan tujuan untuk mentransmisikan daya mekanis.fungsi kopling adalah untuk menyatukan dua bagian yang dapat berputar secara mekanis. Kopling mengatur transfer gaya putar atau torsi dari mesin ke pemindah daya.kopling terdiri dari kopling tetap dan kopling tidak tetap. Kopling tetap digunakan untuk menyambung tetap antara dua poros, sedangkan kopling tidak tetap digunakan untuk menyambung dan melepaskannya. 2.1.1 Syarat kopling Secara umum kopling harus mempunyai sifat: 1. Harus mudah disambung dan dilepaskan 2. Harus mentransmisikan daya penuh dari poros 3. Harus menjaga poros tetap lurus 4. Dapat menerima gaya dan goncangan 5. Dapat memutuskan putaran dari mesin ke elemen mesin yang lain dengan cepat 4
2.1.2 Macam-macam Kopling Kopling terdiri atas dua jenis, yaitu kopling tetap dan kopling tidak tetap Kopling tetap dibagi menjadi : 1. Kopling kaku (lurus segaris) : kopling selongsong, kopling jepit, kopling flens Digunakan untuk menyambung poros poros yang benar benar segaris lurus. 2. Kopling flexible dibedakan : kopling elastis, kopling universal, kopling Oldham Digunakan untuk menyambung dua buah poros yang mempunyai ketidaklurusan leteral atau angular (samping atau sudut) Kopling tidak tetap dibedakan : 1. Berdasarkan penyambungannya : Kopling gesek Kopling cakra dan gigi Kopling magnetic, fluida 2. Berdasarkan pengoperasiannya : Tuas, tangan, kaki Magnetik atau elektromagnetik Pneumatik Jenis jenis kopling gesek berdasarkan bidang gesek : 1. Kopling piringan 2. Kopling kerucut 3. Kopling tromol 5
4. Kopling sabuk Jenis kopling gesek berdasarkan penggunaannya : 1. Kopling penyambung. Menyambung dan melepas suatu mesin dari motor yang terus berputar, atau untuk mengubah perbandingan reduksi, atau mengubah arah putaran 2. Kopling start. Biasanyajenis kopling sentrifugal, yang mentransmisi torsi sepenuhnya pada meesin yang digerakkan hanya pada kecepatan operasioanl dan motor penggerak hampir dapat distart hampir pada tanpa beban. 3. Kopling pengaman (safety clutch). Yang terjadi slip bila melewati batas torsi yang disetel. 4. Kopling pengarah. Yang menghubungkan atau melepaskan dua buah poros tergantung pada kecepatan relatifnya atau arah dari torsi. 2.1.3 Teori dasar kopling gesek Ada 4 tahap dalam cara kerja kopling gesek : 1. Tahap pertama, penyambungan : bidang gesek didorong bersama dan ditekan, poros yang digerakkan. Poros yang digerakkan dipercepat ke kecepatan poros penggerak 2. Tahap kedua, tersambung : poros yang digerakkan dan poros penggerak berputar dengan dengan kecepatan yang sama 3. Tahap ketiga, pelepasan : bidang kerja dari kopling ditarik terpisah, poros yang digerrakkan pelan dan kemudian berhenti. 6
4. Tahap keempat, kopling bebas : bidang kerja dipisahkan oleh celah, poros yang digerakkan diam, sedangkan poros penggerak terus berputar atau juga diam Dalam menganalisanya dapat dilihat dari : 1. Gaya yang bekerja 2. Torsi yang ditransmisikan 3. Energi yang hilang 4. Kenaikan temperature Salah satu jenis kopling adalah Torque limiter clutch / kopling pembatas torsi (safety clutch) yang memungkinkan poros yang berputar akan slip ketika suatu tahanan melawan putaran mesin. Pembatas torsi akan menghentikan transmisi daya ketika beban terlalu tinggi melampaui daya mesin. 2.1.4 Cara kerja Torque Limiter Clutch : Gb.2. 1 Torque limiter clutch Sumber : Dokumen pribadi 7
Dalam kondisi gerakan normal, torsi diteruskan melalui balls yang ditempatkan dalam lubang flange dan ditahan pressure plate. Ball ditahan dibawah tekanan springs Ketika mesin terjadi jam atau overload yang mana lebih besar dari settingan torsi, ball keluar dari dudukannya mendorong pressure plate dan cylindrical body ke dalam sebuah posisi sehingga balls menjauh dari dudukan base flange dan torque limiter bergerak bebas pada bearing. Gerakan axial dari balls selama proses itu menyebabkan pressure plate bergerak dan karena itu diperlukan pendeteksi disangegement. Sebuah sensor plate ditempelkan pada pressure plate. 2.2. Perhitungan pada perancangan torque limiter clutch 2.2.1 Menghitung torsi motor Torque limiter clutch bekerja meneruskan torsi yang diterima dari motor penggerak kemudian diteruskan ke elemen mesin yang lain yang terdapat pada mesin automatic welding. Untuk itu dengan diketahuinya daya dan rpm motor maka akan bisa dihitung berapa torsi yang dihasilkan oleh motor, sebagai berikut : Power (2.1) T T = Torsi P = Power (daya) 8
N = Putaran motor (rpm) 3.2.2 Menghitung gaya tangensial ball(f t ) Dengan diketahuinya torsi yang dihasilkan oleh motor penggerak, maka akan dapat dihitung gaya tangensial pada balls : F t (2.2) F t = Gaya tangensial ball M t = Torsi yang diteruskan D = Diameter pengaturan letak ball 2.2.3 Total tekanan spring pada ball (F s ) Dengan spring dikompres menghasilkan tekanan, kemudian spring menekan ball agar senantiasa pada alurnya. Untuk menghitung total tekanan spring pada ball adalah sebagai berikut : F s = F t [(cosα-µsinα / sinα + µcosα)] µ= 0.08 (2.3) µ= 0.08 α= 45 9
2.2.4 Tekanan spring pada tiap ball (F) Tekanan spring pada tiap ball dapat dihitung dengan membagi total tekanan spring dengan jumlah ball pada clutch : F = F s / Z b (2.4) F s = Total tekanan spring Z b = Jumlah ball pada clutch (3) 2.2.5 Kekakuanspring(k s ) Kekakuan spring dapat dihitung dengan : K s = (2.5) G = modulus rigidity/gelincir d = diameter kawat spring D = diameter spring n = jumlah lilitan aktif 10
Tabel 3.1. Nilai modulus rigidity dan modulus elastisitas Sumber : R.S.Khurmi & J.K Ghupta.(2005). Machine Design Material Allowable shear stress (τ) MPa Severe Average Light 1.Carbon steel a. Upto 2.125 mm dia 420 525 651 b. 2.125-4.625 mm 385 483 595 c. 4.625-8.00 336 420 525 d. 8.00-13.25 mm 294 364 455 e. 13.25-24.25 mm 252 315 392 f. 24.25-38.00 224 280 350 Modulus of rigidity(g) kn/m 2 Modulus of elastisity (E) kn/mm 2 80 210 2.2.6 Kompresi spring (δ 1 ) Berapa panjang kompresi spring juga dapat dihitung dengan : δ 1 = F / K s. (2.6) δ 1 = Kompresi spring F = Tekanan pada tiap ball K s = kekakuan spring 11
2.2.7 Gerakan ball ketika clutch slip (δ 2 ) Ketika mesin terjadi jam atau overload yang mana lebih besar dari settingan torsi, ball keluar dari dudukannya mendorong pressure plate dan cylindrical body ke dalam sebuah posisi sehingga balls menjauh dari dudukan base flangedan torque limiter bergerak bebas pada bearing. Gerakan ball saat clutch slip dapat dihitung dengan : δ 2 = d / {2 x (1 cos α)}. (2.7) δ 2 = gerakan ball α= 45 d = diameter ball (14mm) 2.2.8 Maximum deflection spring (δ max ) Jadi maximum deflection dapat dihitung : δ max = δ 1 +δ 2 (2.8) 2.2.9 Panjang bebas spring ( L f ) L f = n d + δ max + (n -1). (2.9) 12
L f = panjang bebas spring n = jumlah coil spring d =diameter ball δ max = maximum deflection spring 2.2.10 Pitch of spring (p) p = L f / (n-1) (2.10) p = pitch of spring L f = panjang bebas spring n = jumlah aktif coil 2.2.11 Desain poros Dengan diketahuinya rumus : T design = π/16 x(τ x d 3 ).. (2.11) Kemudian didapat : τ = (16 x T design ) / (π x d 3 ) Maka untuk menghitung diameter poros adalah : d 3 = T design = Torsi desain 13
τ = Tegangan geser material poros d 3 = diameter shaft π = 3.14 14