KAITAN PLANAR (Planar Linkages)
Apakah Apakah anda anda pernah pernah bertan bertanyayatanya, tanya, bagaimana bagaimana mekanisme mekanisme wiper di jendela
depan
mobil
anda
dapa apat
berg bergera erak k ke kana kanan n dan dan ke kiri kiri,, yang yang disebu disebutt juga juga dengan dengan geraka gerakan n osilas osilasi? i? (Gambar 1a) Mekanismenya adalah dengan mengubah gerakan rotasi dari motor menjadi gerakan osilasi dari wiper . (Gambar 1b)
Mari kita buat mekanisme sederhana dengan perilaku serupa. Dan langkah-langkahnya adalah sebagai berikut : Ambil beberapa karton
Buat empat strip
Ambil 4 pin dan rakitlah
Tahan n stri strip p 6in 6in sehi sehing ngga ga tida tidak k dapa dapatt Taha ber berge gera rak, k, dan dan ruba rubah h stri strip p 3in. 3in. Dan Dan kemudi kemudian an akan akan terliha terlihatt geraka gerakan n osilas osilasii dari strip 4in
Cara sederhana diatas ( Four bar linkages) merupakan cara yang paling sederhana dan sering digunakan untuk mengaplikasikan mekanisme osilasi pada wiper . Seperti Seperti yang telah dibahas dibahas sebelumnya, sebelumnya, mekanisme mekanisme ini terdiri dari bagian yang kaku (rigid bodies ) dan sepasang bagian yang lebih rendah ( lower pairs ) yang disebut “ linkage ”. Pada Pada mekani mekanisme sme planar planar,, hanya hanya terdapa terdapatt dua macam macam lower lower pairs pairs --- revolute pairs dan prismatic pairs.
Keterkaitan loop tertutup (closed-loop linkage ) yang paling sederhana adalah empat batang penghubung ( four bar linkage) yang memiliki empat bagian yaitu 3 link bergerak (three moving links ), 1 link tetap ( one fixed link ) dan 4 sendi pin ( four pin joints). Sebuah
hubungan ( linkage ) yang setidaknya memiliki 1 link tetap (one fixed link ) dapat disebut sebagai suatu mekanisme. Berikut merupakan contoh dari 4 bar linkage yang dibuat pada SimDesign. Mekanisme ini memiliki tiga link bergerak ( three moving
links ). Dua dari link yang ditempelkan ke frame tidak ditampilkan pada gambar ini. Pada SimDesign, link dapat dipakukan ke latar belakang, sehingga aplikasi ini dapat dibuat dalam sebuah bingkai ( frame). Berapa banyak DOF yang dimiliki pada mekanisme ini? Jika kita hanya ingin memiliki satu DOF, maka kita bisa membebankan pada salah satu constraint pada linkage dan hal itu akan menimbulkan suatu gerakan yang jelas. 4 bar linkage ( four bar linkages ) adalah mekanisme yang paling sederhana dan sering digunakan.
NB : Mekanisme ini terdiri dari bagian yang kaku (rigid bodies ) dan sepasang bagian yang
rendah (lower pairs) yang disebut Linkages. Dalam mekanisme planar hanya ada dua macam sepasang bagian yang lebih rendah ( lower pairs) yaitu turning pairs dan prismatic pairs.
Fungsi Linkages Fungsi mekanisme Linkage adalah untuk menghasilkan putaran (rotating ), gerakan osilasi (oscillating ) atau reciprocating dari putaran engkol atau sebaliknya. Hubungan lain yang lebih spesifik dapat digunakan untuk konversi :
Gerakan berputar menjadi rotasi yang terus menerus, dengan rasio kecepatan konstan atau bervariabel
Gerakan berputar menjadi osilasi (gerakan balasan) atau sebaliknya, dengan rasion kecepatan konstan atau bervariabel
Gerakan Osilasi menjadi osilasi, atau balasan menjadi balasan, dengan rasio kecepatan konstan atau bervariabel
Kaitan (linkage ) memiliki fungsi yang berbeda, yang dapat diklasifikasikan berdasarkan pada tujuan utama mekanisme, antara lain :
Function Generation : Gerakan relatif antara link terhubung ke frame
Path Generation
Motion Generation
: Jalan titik pelacak (the path of a tracer point ) : Gerakan coupler dari link (coupler link motion )
Mekanisme Empat Link (Four Link Mechanism) Salah satu contoh sederhana dari hubungan terbatas ( constrained linkage) adalah mekanisme empat link ( four-link mechanism). Berbagai mekanisme yang berguna dapat dibentuk dari mekanisme Empat Link melalui variasi-variasi kecil, seperti mengubah karakter pasangan, proporsi link dan lain-lain. Selain itu, banyak mekanisme link yang kompleks menggunakan kombinasi dari dua atau lebih dari mekanisme tersebut. Mayoritas mekanisme empat link tersebut menggunakan salah satu dari dua kelas berikut :
Hubungan empat bar mekanisme ( the four-bar linkage mechanism )
Mekanisme engkol-slider (the slider-crank mechanism )
Contoh : a.
Mekanisme Jajaran Genjang ( Parallelogram Mechanism)
Dalam linkage jajaran genjang 4 bar, orientasi coupler tidak berubah selama gerakan. Angka tersebut menggambarkan sebuah
pemberat
(loader ) .
Sebenarnya
pertahanan paralelisme merupakan hal yang penting pada loader. Bucket (sekop pada mesin pengeruk) seharusnya tidak berputar naik dan turun.
b.
Slider-Crank Mechanism
Mekanisme empat bar memiliki beberapa konfigurasi khusus yang diciptakan dengan membuat satu atau lebih link tak terbatas panjangnya. Mekanisme Slider-crank yang diperlihatkan disamping adalah linkage 4 bar dengan slider menggantikan link output yang panjang.
Engkol (Crank ) dan Piston Anda juga dapat menggunakan panel geser sebagai link input dan engkol (crank ) sebagai link output . Dalam hal ini, mekanisme transfer gerak translasi menjadi gerak berputar. Piston dan engkol dalam sebuah mesin pembakaran internal adalah contoh dari jenis mekanisme. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa ada satu slider dan
link di sebelah kiri. Mekanisme ini memiliki dua titik mati (dead point ). Slider dan link di sebelah kiri membantu mekanisme untuk mengatasi titik-titik mati ini.
Pengumpan Blok ( Block Feeder )
Salah
satu
slider-engkol
aplikasi
menarik
(crank-slider )
adalah pengumpan blok.
Definisi
Pada kisaran mekanisme planar, kelompok paling sederhana dari mekanisme lower pair adalah linkage 4 bar. Sebuah hubungan empat bar yang terdiri dari empat link bar berbentuk ( bar-shaped links ) dan empat pasang berbalik (turning pairs ), seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah.
Link yang merupakan kebalikan dari frame disebut link coupler (coupler link ), dan link yang berengsel pada frame disebut link samping ( side link ). Link yang bebas berputar 360° terhadap
link kedua, akan dikatakan berputar relatif terhadap link kedua (tidak harus bingkai). Jika memungkinkan untuk semua empat bar untuk selaras bersamaan, keadaan seperti ini disebut titik perubahan (change point ). Beberapa konsep penting dalam mekanisme link adalah :
•
Crank
: sebuah side link yang berputar relatif terhadap frame
•
Rocker
: setiap side link yang berputar
•
Double-Crank mechanism :
jika dalam sebuah hubungan empat bar ( four bar
linkage ), side link sisi pendek berputar dan yang lainnya tidak (gerakan osilasi) •
Double-rocker mechanism :
jika dalam sebuah hubungan empat bar ( four bar
linkage ) kedua sisi diam atau tidak bergerak
Klasifikasi
Sebelum
mengelompokkan
hubungan
empat
bar
( four
bar
linkage),
kita
perlu
memperkenalkan beberapa tata nama dasar. Dalam hubungan empat bar ( four bar linkage ), kita lihat ruas garis antara link yang diberikan sebagai sebuah bar dimana : s
= panjang bar yang terpendek
l
= panjang bar yang terpanjang
p, q
= panjang bar intermediate
Teorema Grashof menyatakan bahwa mekanisme empat bar setidaknya memiliki satu link
yang bergulir (revolving link ) jika : s + 1 < = q p . . . . . . . . . . . . (1)
dan ketiga link akan diam jika : s + 1 > p + q . . . . . . . . . . . (2)
Ketidak setaraan 5-1 adalah kriteria Grashof . Semua mekanisme empat bar ( four bar mechanism) jatuh ke salah satu dari empat kategori yang tercantum dalam tabel 1 :
Case 1 2 3 4 5
1 + s vers, p + q < < < = >
Bar Terpendek Frame Side Coupler Any Any
Type Double-Crank Rocker-Crank Double-rocker Change point Double-rocker
Dari tabel 1 kita dapat melihat bahwa untuk sebuah mekanisme yang memiliki engkol (Crank ), jumlah panjang link yang terpendek dan terpanjang harus kurang dari atau sama dengan jumlah dari panjang dua link, seperti pada ketiga kategori berikut :
Ketika link terpendek adalah link sisi ( side link ), mekanisme tersebut adalah
mekanisme engkol-rocker (Crank-rocker mechanism). Link terpendek adalah engkol ( crank ) pada mekanisme ini
Ketika link terpendek adalah kerangka mekanisme ( Frame), maka mekanisme ini
disebut mekanisme engkol ganda ( double-crank mechanism )
Ketika link terpendek adalah link coupler , maka mekanisme ini disebut mekanisme
double rocker (double-Rocker mechanism )
Transmisi Sudut
Pada gambar disamping, jika AB adalah link input , gaya
yang
diberikan ke link output , CD,
di
transmisikan melalui link coupler SM. (Artinya, dorongan pada link CD mengakibatkan terjadinya gaya pada link AB, yang ditransmisikan melalui link SM). Untuk gerakan lambat (gaya inersia diabaikan), kekuatan di link coupler adalah tegangan murni atau kompresi dan diarahkan sepanjang SM. Untuk gaya yang diberikan pada link
coupler , torsi yang ditransmisikan ke bar output (sekitar titik D) maksimum bila sudut antara coupler bar BC dan output bar CD adalah /2. Oleh karena itu, sudut BCD disebut sudut peralihan (Transmission angle ). . . . . . . . . . . . (3)
Jika transmisi sudut menyimpang secara signifikan dari π/2, torsi pada bar output menurun dan mungkin tidak cukup untuk mengatasi gesekan pada sistem. Untuk alasan tersebut, maka sudut deviasinya =[π/2-β] tidak begitu baik digunakan. Dalam prakteknya, tidak ada batas atas yang tidak diinginkan yang hadir dalam kondidi statis. Namun demikian, kriteria tersebut dapat diikuti.
Dead Point
Ketika link samping ( side link ) seperti AB pada gambar disamping, menjadi selaras dengan link coupler SM, hanya dapat ditekan atau diperpanjang oleh coupler . Dalam konfigurasi ini, torsi diterapkan pada link di sisi lain, CD, tidak bisa menyebabkan rotasi di link AB. Oleh karena itu link ini disebut juga dead point (atau kadangkadang disebut titik toggle / toggle point ). Pada gambar diatas, jika AB adalah engkol, dapat menjadi selaras dengan SM di ekstensi penuh sepanjang garis AB1C1 atau di fleksikan dengan AB2, dilipat lebih dari B2C2. Kita menandai sudut ADC dan sudut DAB. Kita menggunakan subskrip 1 untuk menunjukkan bagian yang luas dan 2 untuk menunjukkan bagian yang tertekuk dari link AB dan BC. Pada bagian yang luas, link CD tidak dapat berputar searah jarum jam tanpa peregangan atau penekanan garis teoritis AC1 kaku. Oleh karena itu, link CD tidak bisa pindah ke zona terlarang di bawah C1D, dan harus berada di salah satu dari dua posisi ekstrim, dalam kata lain, link CD berada di titik ekstrem. Ekstrem kedua dari link CD terjadi dengan = 1.
Perhatikan bahwa posisi ekstrim dari sisi link terjadi secara bersamaan dengan dead point dari
link yang bersamaan. Dalam beberapa kasus, dead point disa digunakan untuk tugas-tugas seperti kerja fixturing . (seperti gambar disamping)
Dalam kasus lain, dead point dapat dan bisa diatasi dengan momentum inersia dari link atau dengan penyebaran asimetri dari mekanisme. (seperti pada gambar disamping).
Slider-Crank Mechanism
Mekanisme Slider-engkol ( slider-crank
mechanism), yang memiliki aplikasi yang terkenal dalam mesin, merupakan kasus khusus dari mekanisme engkol rocker (Crank-rocker mechanism). Perhatikan jika rocker 3 pada gambar diatas yang sangat panjang, dapat diganti dengan blok geser dalam slot melengkung atau panduan seperti yang ditunjukkan. Jika panjang rocker yang terbatas, panduan dan blok tidak lagi melengkung. Sebaliknya mereka yang tampaknya lurus, seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas, dan mengambil bentuk biasa dari mekanisme slider-engkol ( slider-crank mechanism).
Inversi dari mekanisme Slider-Engkol ( Slider-Crank Mechanism)
Inversi adalah istilah yang digunakan dalam kinematika untuk pembalikan atau pertukaran bentuk atau fungsi seperti yang diterapkan ke rantai kinematik dan mekanisme.
Sebagai contoh, mengambil link yang berbeda sebagai link tetap, mekanisme slider-engkol ditunjukkan pada gambar a dapat terbalik ke dalam mekanisme yang ditunjukkan pada gambar b, c dan d.
Contoh yang berbeda dapat ditemukan dalam penerapan mekanisme ini. Misalnya, mekanisme perangkat pompa pada gambar disamping adalah sama dengan gambar b diatas.
Perlu diingat bahwa inversi dari mekanisme tidak mengubah gerakan link relatif terhadap satu sama lain, tetapi mutlak mengubah gerakan mereka.
KAITAN PLANAR (Planar Linkages)
Oleh :
DOMI B SETIAKI 2007.02.2.00014
Fakultas Tehnik Sistem Perkapalan Universitas Hang Tuah Surabaya 2010
