Tugas Rancang Roda Gigi

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Setiap mesin dirancang dan dibuat untuk memberikan fungsi – fungsi tertentu tertentu yang dapat meringankan pekerjaan manusia. Untuk dapat memberikan fungsi tersebut, sebuah mesin memerlukan kerjasama dari berbagai komponen yang bekerja menurut suatu mekanisme. Sebagai penggerak dari mekanisme tersebut dapat digunakan tenaga hewan atau manusia secara langsung jika mesinnya sederhana, tetapi karena berbagai alasan, sebagian besar mesin menggunakan motor penggerak (engine) yang bisa berupa motor bakar maupun motor listrik. Motor – motor tersebut pada umumnya memberikan daya dalam bentuk putaran pada sebuah poros, yang disebut poros penggerak, yang selanjutnya akan diteruskan ke seluruh komponen dalam mekanisme. Salah satu sistem transmisi adalah roda gigi, yang secara umum digunakan untuk memindahkan atau meneruskan daya dan putaran poros. Dengan adanya roda gigi dapat dinaikkan atau diturunkan jumlah putaran poros pada poros keluaran dengan jalan mengatur rasio roda gigi. Di luar cara transmisi di atas, ada pula cara lain untuk meneruskan daya, yaitu dengan sabuk atau rantai. Namun demikian, transmisi roda gigi mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sabuk atau rantai karena lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan tepat, dan daya lebih besar. Kelebihan ini tidak selalu menyebabkan dipilihnya roda gigi di samping cara yang lain, karena memerlukan ketelitian yang lebih besar dalam pembuatan, pemasangan maupun pemeliharaannya. Pemakaian roda gigi sebagai alat transmisi telah menduduki tempat terpenting di segala bidang selama 200 tahun terakhir ini. Penggunaaannya dimulai dari alat pengukur yang kecil dan teliti seperti jam tangan, sampai roda gigi reduksi pada turbin besar yang berdaya hingga puluhan megawatt.

1.2. Tujuan Tujuan tugas rancangan roda gigi ini adalah: 1. Agar mahasiswa memahami hal – hal utama yang harus diperhatikan terutama prinsip kerja dan merancang bagian – bagian dari sistem transmisi roda gigi lurus. 1

Perancangan Roda Gigi

2. Agar mahasiswa memahami berbagai hubungan karakteristik bahan dan sifat yang dibutuhkan untuk digunakan dalam merancang suatu sistem transmisi roda gigi lurus.

1.3. Batasan Masalah Dalam perancangan ini, yang akan di rancang ulang adalah roda gigi lurus dengan spesifikasi : Daya (N)

: 34,54 dk

Putaran (n)

: 1500 rpm

1.4. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan terdiri dari : Bab I

Tentang pendahuluan yang menguraikan latar belakang penulisan, tujuan penulisan, batasan masalah, sistematika penulisan dan metode penulisan.

Bab II

Membahas mengenai tinjauan pustaka yaitu pengertian roda gigi, klasifikasi roda gigi, dasar pemilihan roda gigi lurus, dan prinsip kerja.

Bab III Bab ini menguraikan jenis-jenis poros, dasar pemilihan poros, perhitungan momen puntir pada poros, pemilihan bahan poros, dan perencanaan diameter poros Bab IV Membahas perancangan roda gigi lurus yaitu pengertian roda gigi lurus, analisa gaya, dan analisa tegangan yang dikenai pada roda gigi lurus. Bab V

Membahas perancangan bantalan yaitu pengertian bantalan, pemilihan bahan bantalan, ukuran-ukuran utama pada bantalan.

Bab VI Kesimpulan dan saran dari hasil perhitungan bab-bab sebelumnya.

2


1.5. Metode Penulisan Metode yang diterapkan di dalam penulisan laporan ini, yakni : 1. Studi perpustakaan, meliputi pengumpulan bahan – bahan yang dirangkum dari beberapa buku dan catatan kuliah. 2. Observasi lapangan untuk mengumpulkan data. 3. Pencarian data dan keterangan dari internet.

3


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Jika dari dua buah roda berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar maka yang lain akan ikut berputar pula. Alat yang menggunakan cara kerja semacam ini untuk mentransmisikan daya disebut roda gesek. Cara ini cukup baik untuk meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak perlu tepat. Guna mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat tidak dapat dilakukan dengan roda gesek. Untuk ini, kedua roda tersebut harus dibuat bergerigi pada kelilingnya sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi – gigi kedua roda yang saling berkait. Roda bergigi semacam ini, yang dapat berbentuk silinder atau kerucut disebut dengan roda gigi. Seperti yang telah dikemukakan pada bab sebelumnya pemakaian roda gigi sebagai alat transmisi telah menduduki tempat terpenting di segala bidang selama 200 tahun terakhir ini. Penggunaaannya dimulai dari alat pengukur yang kecil dan teliti seperti jam tangan, sampai roda gigi reduksi pada turbin besar yang berdaya hingga puluhan megawatt. Dalam bab ini, akan dibahas lebih dahulu penggolongan roda gigi kemudian akan diuraikan nama setiap bagian roda gigi lurus, cara menyatakan ukuran roda gigi lurus dan peristilahannya.

2.1. Klasifikasi Roda Gigi

Roda gigi diklasifikasikan seperti dalam table 2.1. menurut letak poros, arah putaran, dan bentuk jalur gigi. Roda – roda gigi yang terpenting yang disebutkan dalam table 2.1. diperlihatkan pada gambar 2.1. Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada dua bidang silinder (bidang jarak bagi); kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap sejajar. Roda gigi lurus (a) merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Roda gigi miring (b) mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Pada roda gigi miring ini, jumlah pasangan gigi yang saling membuat kontak serentak (perbandingan kontak) adalah lebih besar daripada roda gigi lurus, sehingga perpindahan momen atau putaran melalui gigi – gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk mentransmisikan putaran tinggi dan beban besar. Namun roda gigi miring memerlukan bantalan aksial dan kotak roda gigi yang lebih kokoh, karena jalur gigi yang 4


berbentuk ulir tersebut memerlukan gaya reaksi yang sejajar dengan poros. Dalam hal roda gigi miring ganda (c) gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk v tersebut, akan saling meniadakan. Dengan roda gigi ini, perbandingan reduksi, kecepatan keliling dan daya yang diteruskan dapat diperbesar, tetapi pembuatannya sukar. Roda gigi dalam (d) dipakai jika diinginkan alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar , karena pinion terletak di dalam roda gigi. Batang gigi (e) merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Pasangan antara batang gigi dan pinion digunakan untuk merubah gerakan putar menjadi lurus dan juga sebaliknya.

Tabel 2.1. Klasifikasi Roda Gigi Letak poros

Keterangan

Roda gigi Roda gigi lurus (a)

(Klasifikasi atas dasar bentuk

Roda gigi miring (b)

alur gigi)

Roda gigi dengan poros

Roda gigi miring ganda (c)

sejajar

Roda gigi luar

Arah putaran berlawanan

Roda gigi dalam dan pinyon (d)

Arah putaran sama

Batang gigi dan pinyon (e)

Gerakan lurus dan berputar

Roda gigi kerucut lurus (f) Roda gigi kerucut spiral (g) Roda gigi kerucut ZEROL Roda gigi dengan poros

Roda gigi kerucut miring

berpotongan

Roda gigi kerucut miring ganda

(Klasifikasi atas dasar bentuk jalur gigi)

(Roda Roda gigi permukaan dengan poros berpotongan (h)

gigi

berpotongan

dengan

poros

berbentuk

istimewa) Roda gigi miring silang (i)

Batang gigi miring silang Roda gigi cacing silindris (j) Roda gigi dengan poros

Roda gigi cacing selubung ganda

silang

(globoid) (k) Roda gigi cacing samping Roda gigi hyperboloid Roda gigi hipoid (l) Roda gigi permukaan silang

5

Kontak titik Gerakan lurus dan berputar


Pada roda gigi kerucut, bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang puncaknya terletak di titik potong sumbu poros. Roda gigi kerucut lurus (f) dengan gigi lurus, adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena perbandingan kontaknya yang kecil. juga konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung poros – porosnya. Roda gigi kerucut spiral (g), karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapat meneruskan putaran tinggi dan beban besar. Sudut poros kedua roda gigi kerucut ini biasanya dibuat 90°. Dalam golongan roda gigi dengan poros bersilang, terdapat roda gigi miring silang (i), roda gigi cacing (j dan k), roda gigi hipoid (l) dan lain – lain. Roda gigi cacing meneruskan putaran dengan perbandingan reduksi besar. Roda gigi macam (j) mempunyai cacing berbentuk silinder dan lebih umum dipakai. Tetapi untuk beban besar, cacing globoid atau cacing selubung ganda (k) dengan perbandingan kontak yang lebih besar dapat digunakan roda gigi hipoid adalah seperti yang dipakai pada roda gigi diferensial mobil. Roda gigi ini mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunya bersilang, dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggelinding.

(l) Roda gigi hipoid

Gambar 2.1. jenis-jenis roda gigi

6


Roda gigi yang tidak disebutkan sebelumnya, semuanya mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara kedua poros. Tetapi di samping itu terdapat pula roda gigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi, seperti misalnya roda gigi eksentris, roda gigi bukan lingkaran, roda gigi lonjong seperti pada meteran air, dan sebagainya.ada juga roda gigi dengan putaran yang terputus – putus dan roda gigi Geneva yang dipakai misalnya untuk menggerakkan film pada proyektor bioskop.

2.2. Nama – Nama Bagian Roda Lurus Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar dengan poros, pada roda gigi jenis ini pemotongan giginya searah dengan poros gigi. Untuk permukaan memanjang pemotongan giginya kadang-kadang dilakukan dengan arah membentuk sudut terhadap batang gigi rack.

1. Lingkaran puncak, adalah lingkaran yang melalui puncak roda gigi. Diameter lingkaran puncak ini dinyatakan dengan Dk. 2. Lingkaran alas, adalah lingkaran pada alas roda gigi. Diameter dari lingkaran ini dinyatakan dengan Dv. 3. Lingkaran jarak, dua roda yang kerja sama dinamakan lingkaran- lingkaran khayal yangbersinggungan dengan kecepatan keliling yang sama. Diameter lingkaran jarak

7


dinyatakan dengan huruf D. Garis sumbu melalui titik-titik tengah dari roda disebut juga pusat lingkaran. 4. Jumlah gigi dari suatu roda gigi dinyatakan dengan huruf z, jumlah putaran tiap-tiap menit dengan n. 5. Angka transmisi i adalah perbandingan jumlah putaran roda gigi yang berputar dan yang diputar 6. Jarak antara t adalah jarak dua gigi berturut-turut, diukur pada lingkaran jarak. Jadi, jarakantara ialah busur A-C. Jarak antara adalah juga sama dengan lebar lekuk+ tebal gigi, diukur pada lingkaran jarak. Lebar lekuk ialahb usur A-B, tebal gigi ialah busur B-C. 7. Jari kutub m adalah bilangan yang diperbanyak dengan menghasilkan jarak antara gigi-gigi 8. Tinggi puncakHk , adalah jarak dari lingkaran puncak sampai lingkaran jarak 9. Tinggi alasHv, adalah jarak dari lingkaran – jarak sampai lingkaran – alas 10. Puncak gigi ialah bagian gigi diatas lingkaran jarak. 11. Alas gigi ialah bagian gigi antara lingkaran jarak dan lingkaran alas. 12 Profil gigi ialah bentuk penampang lintang tegak lurus dari gigi

8


BAB III PERANCANGAN POROS

Poros (keseluruhannya berputar) adalah untuk mendukung suatu momen putar dan sering mendapat tegangan puntir dan tegangan lentur. Kadang poros ini dapat mengalami tegangan tarik, kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan yang akan terjadi pada diameter poros yang terkecil atau pada poros yang terpasang alur pasak, hal ini biasanya dilakukan pada penyambungan atau penghubungan antar komponen agar tidak terjadi pergeseran.

Gambar 3. 1 Poros

Persyaratan khusus terhadap disain dan pembuatan poros adalah sambungan dari poros dan naaf dan dari poros dengan poros. Pembuatan poros adalah sampai diameter 150 mm adalah dari baja bulat (St42, St50, St70 dan baja campuran) yang diputar, dikupas atau ditarik. Dari lebih tebal ditempa menjadi jauh lebih kecil. Poros beralur diakhiri dengan penggosokan, dan dalam hal dikehendaki bulatan yang tepat. Tempat bantalan dan peralihan menurut persyaratan diputar halus, digosok, dipoles, dicetak dan pada pengaretan tinggi kemudian dikeraskan. Poros akan mengalami beberapa tegangan, diantaranya :

9


1. Tegangan tarik 2. Tegangan lentur 3. Momen puntir 4. Kelelahan 5. tumbukan

3.1. Jenis-Jenis Poros Apabila dilihat dari pembebanan terhadap poros, maka poros dapat dibedakan atas tiga jenis, yaitu : a. Poros Transmisi Poros ini mengalami beban puntir murni dan lenturan serta daya yang ditransmisikan ke poros ini adalah melalui kopling, roda gigi, pulley dan sebagainya. b. Spindel Poros ini sering disebut dengan poros transmisi yang bentuknya relatif pendek seperti poros utama mesin perkakas, di mana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang perlu untuk poros ini dalah harus memiliki deformasi yang kecil dan juga ketelitian ukuran dan bentuknya. c. Gardan Poros ini digunakan untuk menahan puntiran dan kadang-kadang poros ini tidak melakukan gerakan putar. Poros ini banyak ditemukan pada kereta barang. 3.2. Dasar-Dasar Pemilihan Poros Dalam perancangan sebuah poros perlu diperhatikan hal-hal berikut ini : a. Bahan Poros Bahan poros pada mesin biasanya menggunakan baja batangan yang ditarik dingin dan difinishing, dan juga dari baja karbon konstruksi untuk mesin yang dihasilkan dari ingot yang di-kill (baja yang dioksidasikan dengan ferro silikon dan dicor dengan kadar karbon yang terjamin). Untuk poros yang digunakan pada putaran dan daya 10


yang tinggi, biasanya digunakan bahan dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan aus. Diantaranya adalah baja Krom Nikel, baja Crom Nikel Molybdem. b. Kelelahan Pengaruh dari tumbukan dan konsentrasi tegangan pada poros harus diperhatikan bentuknya apakah diameter porosnya sudah sesuai dengan alur pasak yang akan menahan beban sehingga terjadi pengerasan dan lain-lain. c. Kekakuan Poros harus kuat bila mengalami lenturan atau defleksi puntirnya yang besar sehingga terhindar dari getaran. Kekakuan poros dapat disesuaikan dengan jenis mesin yang menggunakan poros tersebut. d. Putaran Kritis Pada putaran yang tidak konstan akan mengakibatkan getaran pada poros tersebut, apalagi pergantian putaran dari putaran normal ke putaran maksimum. Untuk itu poros harus dirancang tahan terhadap putaran maksimumnya, yang disebut dengan putaran kritis. Oleh karena itu poros harus dirancang sedemikian rupa dan untuk lebih aman harus digunakan di bawah putaran kritisnya. Memang dalam perancangan poros ini harus kita sesuaikan dengan daya dan putaran yang harus dipindahkan khususnya untuk kopling.

3.3. Perhitungan Momen Puntir Poros Poros yang digunakan pada worm gear disatukan dan ini akan mengalami beban puntir dan beban lentur, namun yang paling besar adalah momen puntir akibat putaran. Perhitungan kekuatan poros didasarkan pada momen puntir khususnya untuk poros gigi cacing. Data yang diketahui (dari brosur) adalah : Daya (P)

: 34,54 dk

Putaran (n)

: 1500 rpm

11


P = 34,54 x 0,746 kW = 25,766 kW Maka untuk meneruskan daya dan putaran ini, terlebih dahulu dihitung daya perencanaannya (Pd). Pd = fc . P dimana : Pd = daya perencanaan

(kW)

fc = faktor koreksi P = daya masukan

(kW)

Daya mesin (P) merupakan daya nominal output dari motor penggerak, daya inilah yang ditransmisikan melalui poros dengan putaran tertentu. Tabel 3.1. Jenis-jenis Faktor Koreksi Berdasarkan Daya yang akan Ditransmisikan

Daya Yang Akan Ditransmisikan

fc

Daya rata-rata

1,2 – 2,0

Daya maximum

0,8 – 1,2

Daya Normal

1,0 – 1,5

Sumber: Sularso,Kiyokatsu Suga, “ Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin “

Untuk perancangan poros ini diambil daya maksimum sebagi daya rencana dengan faktor koreksi sebesar fc = 1,2. Harga ini diambil dengan pertimbangan bahwa daya yang direncanakan akan lebih besar dari daya maksimum sehingga poros yang akan direncanakan semakin aman terhadap kegagalan akibat momen puntir yang terlalu besar. Pd

= 1,2 . 25.766 kW = 30,92 kW (daya rencana)

12


3.4.

Pemilihan Bahan Pemilihan suatu bahan yang akan digunakan dapat ditentukan dengan menghitung

momen puntir (momen torsi rencana) yang dialami poros. Momen puntir rencana adalah:

.Mp = 9,74 . 105 .

Pd n

Mp = 9,74 . 105 x 30,92 kW / 1500 rpm = 20077,38 kg.mm Dalam pemilihan bahan perlu diperhatikan beberapa hal seperti pada tabel berikut, dan kita dapat menyesuaikan dengan yang kita butuhkan. Tabel 3.2. Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS)

Lambang

Perlakuan

Diameter

Panas

(mm)

Tarik

atau

Dilunakkan kurang 21 – 80 Tanpa Dilunakkan

HRC

HB

2

20

S35C-D

Kekerasan

Kekuatan

20

atau

kurang 21 – 80

(kg/mm )

(HRB)

58 – 79

(84) – 23

-

53 – 69

(73) – 17

144 – 216

63 – 82

(87) – 25

-

58 – 72

(84) – 19

160 – 225

Tabel 3.2. Batang baja karbon yang difinis dingin (Lanjutan) Lambang

S45C-D

Perlakuan

Diameter

Kekuatan Tarik

Panas

(mm)

(kg/mm2)

Dilunakkan 20

Kekerasan HRC (HRB)

HB

atau 65 – 86

(89) – 27

-

60 – 76

(85) – 22

166 – 238

kurang 21 – 80

13


Tanpa

20

atau 71 – 91

12 – 30

-

(90) – 24

183 – 253

atau 72 – 93

14 – 31

-

67 – 83

10 – 26

188 – 260

19 – 34

-

16 – 30

213 – 285

Dilunakkan kurang

66 – 81

21 – 80 S55C-D

Dilunakkan 20

kurang 21 – 80 Tidak

20

atau 80 – 101

Dilunakkan kurang

75 – 91

21- 80 Sularso, “Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Pramita, Jakarta 1994

Dalam pemilihan bahan perlu diketahui tegangan izinnya, yang dapat dihitung dengan rumus:

b

τa Sf1Sf2 dimana :

τa = tegangan geser izin (kg/mm2) σb = kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Sf1 = faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan, dimana untuk bahan SC besarnya : 6,0. Sf2 = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros, dimana harganya berkisar antara 1,3 – 3,0.

Untuk Sf2 diambil sebesar 3,0 maka tegangan geser izin bahan S55C-D (AISI 1045), maka tegangan geser izin adalah:

72 kg / mm   4 kg / mm 6 . 3 2

2

a

14


3.5.

Perencanaan Diameter Poros Perencanaan untuk diameter poros dapat diperoleh dari rumus:

dp =

dimana :

 5,1   . K t . Cb . M p   a 

1/ 3

dp = diameter poros (mm) τa = tegangan geser izin (kg/mm2) Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar 1,5 – 3,0 Cb = faktor koreksi untuk terjadinya kemungkinan terjadinya beban lentur, dalam perencanaan ini diambil 1,2-2,3 karena diperkirakan tidak akan terjadi beban lentur. Mp = momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm)

Dalam hal ini faktor koreksi tumbukan pada range 1,5 – 3,0 diambil Kt = 2,8, supaya poros aman dari tumbukan. Dan dalam mekanisme ini beban lentur yang terjadi kemungkinan adalah kecil karena poros adalah relatif pendek, sehingga faktor koreksi untuk beban lentur Cb = 2, maka diameter poros dapat ditentukan sebagai berikut :

dp

 5,1  =  x2,8 x2 x 20077,38  4 

1/ 3

= 52,33 mm ≈ 52 mm Maka diameter poros yang diambil adalah 52 mm.

3.6.

Pemeriksaan Kekuatan Poros Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan dapat

dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadi akibat tegangan puntir yang dialami

15


poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser izin dari bahan tersebut, maka perancangan akan dikatakan gagal. Besar tegangan geser yang timbul pada poros adalah : τp dimana : τp

=

16.Mp  .d 3

= tegangan geser akibat momen puntir (kg/mm2)

Mp = momen puntir yang ditransmisikan (kg.mm) dp = diameter poros (mm)

Untuk momen puntir (Mp)= 20077,38 kg.mm, dan diameter poros dp= 52 mm, maka perhitungan tegangan gesernya adalah sebagai berikut:

τP =

16 x 20077,38 = 0,727 kg/mm2  .523

Menurut hasil yang diperoleh dari perhitungan diatas, terlihat bahwa tegangan geser yang terjadi adalah lebih kecil daripada tegangan geser yang diizinkan

2 τp  τa (a 4kg /mm ).

Dengan hasil ini maka dapat disimpulkan bahwa poros ini aman untuk digunakan pada roda cacing yang dirancang untuk memindahkan daya dan putaran yang telah ditentukan. Gaya tangensial poros dapat dihitung dari:

 Mp  F= d S    p f2  dimana: F

= Gaya tangensial (kg)

Mp = Momen puntir (kg.mm) dp

= Diameter poros (mm)

Sf2 = Faktor keamanan yang tergantung pada bentuk poros dimana berkisar 3,0. 16

antara 1,3-


Kita ambil Sf2 = 3, Maka:

= 1158,31 kg ≈ 1158 kg Diperoleh gaya tangensial poros tersebut 1158 kg.

17


BAB IV PERANCANGAN RODA GIGI LURUS

Pada Bab II telah dijelaskan klasifikasi Roda gigi dan bagian-bagian utama Roda gigi. Dalam rancangan ini digunakan Roda gigi miring ynag berfungsi mentransmisikan daya dn putaran dari poros input ke poros output. Daya yang ditransmisikan sebesar 34,54 Ps dan putaran 1500 rpm. 4.1 Penentuan Spesifikasi Roda Gigi Pada perencanaan ini terlebih dahulu kita harus menentukan perbandingan roda gigi/perbandingan transmisi (perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi yang digerakkan dengan roda gigi penggerak) dengan simbol i dan menentukan jarak antara kedua poros a yang besarnya ditetapkan adalah 90 mm. Sedangkan untuk perbandingan reduksi ditetapkan sebesar 1,5. Maka diameter jarak bagi sementara (d’) dari kedua roda gigi dapat dicari dengan menggunakan persamaan dA ' 

2a 2  90  = 72 mm 1  i1 1  1,5

dimana dA’ = diameter jarak bagi sementara roda gigi penggerak

d B '  d A '.i  72 .1,5 = 108 mm dimana dB’ = diameter jarak bagi sementara roda gigi perantara Dengan merencanakan modul (m) sebesar 4, maka jumlah gigi (z) masing-masing roda gigi dapat dihitung sebagai berikut : zA 

d A ' 72 = 18 buah  m 4

zB 

d B ' 108 = 27 buah  m 4

Dengan adanya penggenapan dari jumlah gigi, maka diameter jarak bagi juga berubah, yaitu: dA = zA.m = 18.4 18


= 72 mm dB = zB.m = 27.4 = 108 mm

Selanjutnya akan dihitung kecepatan keliling dari roda gigi, yang diketahui melalui hubungan : V=

 .d A .n 60 .000

dimana : V = kecepatan keliling (m/s) dA = diameter jarak bagi pinion (mm) n = putaran poros pinion (rpm) Maka V

3,14.72.1500 60.000

= 5,652 m/s Besarnya gaya tangensial (Wt) yang dialami roda gigi adalah : Wt 

102 . Pd 102 .30 ,464   549 ,775 kg V 5,652

Besarnya beban lentur izin persatuan panjang sisi dapat diperoleh dari rumus : Fb’ = a . m . J . fv dimana : Fb’ = beban lentur (kg) m = modul Y = faktor bentuk gigi fv = faktor dinamis a = tegangan lentur yang diijinkan, dari Lamp. 8 diperoleh untuk bahan S45C adalah 30 kg/mm2 (300 MPa). Nilai fv diperoleh dengan memilih rumus ketiga karena kendaraan akan lebih sering dipacu dengan kecepatan tinggi. Maka :

19


fv 

5,5 5,5  0.69 = 5,5  5,625 5,5  V

J merupakan faktor bentuk gigi (faktor lewis) yang besarnya bervariasi menurut jumlah gigi. 1) Untuk poros output Pada poros input diketahui jumlah gigi (z) adalah 18. Maka dari Lamp. 4 terlihat bahwa untuk z =18 diperoleh J = 0,293. Dari Lamp. 8 terlihat bahwa bahan baja karbon untuk konstruksi mesin jenis S45C mempunyai tegangan lentur a sebesar 30 kg/mm2 (300MPa). Sehingga dengan rumus Fb’ = a . m . J . fv Diperoleh besarnya beban lentur, yaitu Fb’ = 30 . 4 . 0,293 . 0,69 = 24,26 kg. 2) Untuk poros perantara Pada poros perantara diketahui jumlah gigi (z) adalah 27. Maka dari tabel diperoleh J = 0,408. Dengan jenis bahan yang sama maka akan diperoleh besarnya beban lentur yang terjadi adalah Fb’ = a . m . J . fv = 30 . 4 . 0,408 . 0,69 = 33,78 kg Sedangkan beban permukaan yang diijinkan persatuan lebar sisi (FH’) dapat dicari dengan rumus :

 2Z A   FH '  f v . k H . d A . Z  Z B   A dimana kh = faktor tegangan kontak, dilihat pada Tabel 4.1. Dipilih pinyon jenis baja (500) dan roda gigi besar (400) yang besar kh = 0,329. Sehingga  2.18  FH '  0,69 .0,329 .72 .    18  27 

= 13,075 kg/mm

20


Tabel 4.1. Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi Bahan roda gigi (Kekerasan Bahan roda gigi (Kekerasan HB) HB) kH kH 2 Roda gigi (kg/mm ) Roda gigi (kg/mm2) Pinyon Pinyon besar besar Baja

150

Baja

150

0,027

Baja

400

Baja

400

0,311

Baja

200

Baja

150

0,039

Baja

500

Baja

400

0,329

Baja

250

Baja

150

0,053

Baja

600

Baja

400

0,348

Baja

200

Baja

200

0,053

Baja

500

Baja

500

0,389

Baja

250

Baja

200

0,069

Baja

600

Baja

600

0,569

Baja

300

Baja

200

0,086

Baja

150

Besi cor

0,039

Baja

250

Baja

250

0,086

Baja

200

Besi cor

0,079

Baja

300

Baja

250

0,107

Baja

250

Besi cor

0,130

Baja

350

Baja

250

0,130

Baja

300

Besi Cor

0,139

Baja

300

Baja

300

0,130

Baja

150

Baja

350

Baja

300

0,154

Baja

200

Baja

400

Baja

300

0,168

Baja

250

Baja

350

Baja

350

0,182

Besi cor

Perunggu fosfor Perunggu fosfor Perunggu fosfor Besi cor

0,041 0,082 0,135 0,188

Besi cor Besi cor 0,186 nikel nikel Besi cor Perunggu Baja 500 Baja 350 0,226 0,155 nikel fosfor Sumber: Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso & Kiyokatsu Suga, Hal. 243 Baja

400

Baja

350

0,210

Lebar sisi (F) dapat dihitung dengan menggunakan rumus

21


F

Ft 377 ,67   36 ,918 mm FH ' 10 ,23

Untuk memeriksa apakah modul yang dipakai sesuai atau tidak, maka nilai b/m harus berada pada range 6 – 10. Maka b 36,918   9,23 m 4

Jelas bahwa nilai b/m masih berada pada interval di atas sehingga dapat dikatakan rancangan ini cukup aman. Berdasarkan modul (m) = 4 dapat ditentukan spesifikasi roda gigi sebagai berikut : 

Modul (m) = 4



Jumlah gigi pinyon = 18 buah



Jumlah gigi roda gigi perantara = 27 buah



Diameter jarak bagi (dA) = 72 mm



Diameter jarak bagi (dB) = 108 mm



Diameter luar (dk), dkA = (ZA+ 2) . m = (18 + 2) . 4 = 80 mm dkB = (ZB + 2) . m = (27 + 2) . 4 = 116 mm



Kelonggaran puncak (Ck) = 0,25 . m = 0,25 . 4 = 1 mm



Tinggi gigi (l) = (2.m) + Ck = (2.4) + 1 = 9 mm



Adendum (hk)/tinggi kepala = m = 4 mm



Dedendum (hf)/tinggi kaki = m + Ck = 4 + 1 = 5 mm



Diameter dalam (dfA) = dkA – 2H = 80 – (2.9) = 62 mm (dfB) = dkB – 2H = 116 – (2.9) = 98 mm



Lebar gigi (F) = 36,918 mm = 36 mm



Tebal rata-rata gigi (t) = ½ .  . m = ½ . 3,14 .4 = 6,28 mm

4.2 Pemeriksaan Kekuatan Bahan untuk roda gigi pinion ini direncanakan dari baja karbon untuk konstruksi mesin (JIS G 4051) jenis S 45 C dengan tegangan lentur ijin = 300 MPa. Pada saat beroperasi, roda gigi akan mengalami tegangan lentur akibat gaya tangensial. Gigi merupakan bagian yang mengalami pembebanan yang paling kritis, sehingga pemeriksaan kekuatan didasarkan pada kekuatan gigi. Tegangan lentur yang terjadi adalah :

22


a =

6.Wt .l F.t2

dimana : Wt = gaya tangensial l

= tinggi gigi

F = lebar gigi t

= tebal gigi

Maka a=

6.W t .l 6 . 549 ,775 . 9  = 20,39 kg/mm2 = 203,9 MPa. F.t 2 36 ,918 . 6,28 2

Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa tegangan lentur yang terjadi jauh lebih kecil dari tegangan lentur ijin.

4.3 Perencanaan Roda Gigi Lurus Pada mekanisme ini yang menjadi penggerak adalah roda gigi yang terletak pada poros perantara (roda gigi Q). Sedangkan roda gigi yang digerakkan adalah roda gigi pada poros output (roda gigi H). Dengan menetapkan bahwa perbandingan reduksi putaran adalah 3,545. Maka Putaran poros input (nA) = 1500/3,142 = 477,4 rpm Putaran poros output (nB) = 1500/1,5

= 1000 rpm

Maka perbandingan reduksi putaran roda gigi (i) adalah : i1 = nB/nA = 1000 / 477,4 = 2,09 Sebagai keterangan digunakan indeks ‘p’ untuk roda gigi penggerak (pinion) dan ‘o’ untuk roda gigi yang digerakkan

Maka perbandingan reduksi roda gigi adalah : dp =

zp =

2.a 2.90   72 mm 1  i1 1  1,5

dp m



72  18 buah 4

do = dp . i1 = 72 . 2,09 = 150,48 zo =

d o 150,48   37,62  38 buah m 4

Dengan adanya penggenapan maka diameter jarak bagi menjadi

23


dp = zp . m = 18 . 4 = 72 mm do = zo . m = 38 . 4 = 152 mm

Kecepatan keliling roda gigi adalah

v

 .d p .nB 60.000



3,14.72.1000  3,7 m/s. 60.000

Gaya tangensial yang terjadi adalah Wt 

102 .Pd 30 ,464   2,2 kg. V 13,82

Tegangan lentur yang terjadi adalah

a 

6.Ft .H 6 . 566 ,34 . 9   21,004 kg/mm2 = 210,04 MPa.s 2 2 b.t 36 ,918 . 6,28

Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa tegangan lentur yang terjadi lebih kecil dari tegangan lentur ijin .

24


BAB V BANTALAN

Bantalan adalah eleman mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak-baliknya dapat berlangsung dengan halus, aman dan tahan lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tak dapat bekerja secara semestinya. 4.1.

Klasifikasi Bantalan Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas. b. Bantalan gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat. 2. Atas dasar arah beban terhadap poros a. Bantalan radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. b. Bantalan gelinding. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

Bantalan yang akan digunakan adalah jenis bantalan gelinding atau yang biasa disebut bantalan bola radial alur dalam baris tunggal. Alasan pemilihan yang utama adalah karena koefisien gesekan yang sangat kecil dan juga didasarkan pada ketahanan bantalan dalam menerima beban aksial dan putaran tinggi.

25


Langkah awal yang dilakukan dalam perencanaan bantalan adalah perhitungan terhadap beban dinamis yang merupakan penjumlahan beban radial dan beban aksial . Jenis bantalan yang dipilih.

4.2.

Perencanaan Bantalan Poros Pembebanan total pada poros dapat dilihat seperti pada Gambar 6.2

Gambar 6.2 Pembebanan total pada poros

1. Kekuatan bantalan Sebelumnya tentukan dulu momen (T) yang akan ditransmisikan. T = 9,74. 105 x Dimana dalam hal ini, PM adalah putaran motor yang telah ditentukan, yakni sebesar 11 kW, i merupakan perbandingan gigi, yakni sebesar 40 : 1, maka, i = 40, dan nD adalah putaran drum sebesar 63,66 rpm, sehingga T diperoleh,

T = 9,74. 105 x = 4,21. 103 kg.mm

26


m0 

π 2 2 (d o  d 1 ) . b . ρ 4

Dimana : mo = massa roda gigi. do = Diameter jarak bagi (mm) d1 = Diameter poros utama (mm) Gbr: 5.1. Bantalan

b

= lebar roda gigi (mm)

 = massa jenis roda gigi (7,65x10-6 Kg/mm3).

Maka mo=

471 kg.

Tabel 6.1 Faktor-faktor V, X, Y dan X0,Y0 5

C0/Fa

10

15

20

25

X

1

Y

0

X

0,56

Y

1,26 1,49 1,64 1,76 1,85

Fa/VFr ≤ e

Fa/VFr > e

E

0,35 0,29 0,27 0,25 0,24

Sumber: Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso & Kiyokatsu Suga, Hal. 212

27


1. Perhitungan Faktor Umur Bantalan Faktor umur bantalan (fh) dicari dengan persamaan 1

 L 3 fh   H   500  dimana : Lh = umur nominal bantalan. Direncanakan pemakaian sebentar-sebentar. Dari Lamp. 6 dipilih Lh = 7500 jam 1

 7500  3 maka: f h    = 2,47  500 

2. Perhitungan Faktor putaran Faktor putaran (fn) dicari dengan rumus 1

 33,3 3 fn     n 

; dimana : n = putaran mesin (1250 rpm)

fn = 0,3

3. Pemilihan Bantalan Dari hasil yang diperoleh diatas, maka kapasitas nominal bantalan dapat dihitung dengan persamaan

C = P . [fh / fn]

= 117.80 kg [2.47/0.3]

= 969.89 kg Dari hasil perhitungan diatas, maka nomor bantalan yang dipilih adalah 6007, dengan data-data sebagai berikut d = 35 mm,

D = 62 mm,

B = 14 mm, 28

r = 1,5 mm


BAB VI KESIMPULAN

6.1. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari tulisan tugas perancangan roda gigi ini adalah sebagai berikut: 1.

Perancangan roda gigi yang tepat perlu memperhatikan bahan yang akan digunakan, dalam perancangan ini bahan-bahan yg digunakan adalah: a. Bahan untuk roda gigi lurus yang digunakan adalah baja S 45 C. /mm b. Bahan untuk poros roda gigi lurus digunakan baja S55C-D ( a 4kg ) 2

c. Bahan untuk poros lurus digunakan baja SF50 (  b  50kg / mm 2 ) 2.

Bantalan yang dipilih adalah bantalan dengan nomor 6007.

3.

Daya output (Po) lebih kecil dibandingkan dengan daya motor rencana, hal ini disebabkan pemilihan faktor koreksi.

6.2. Saran Adapun beberapa saran baik untuk pihak jurusan maupun dari pihak mahasiswa sendiri : 1. Agar pihak jurusan memberikan waktu yang lebih panjang dalam pengumpulan laporan tugas rancang roda gigi. 2. Agar pengerjaan kelompok dapat dilakukan secara maksimal baik dalam pembuatan laporan maupun diskusi. 3. Agar

pengerjaan tugas rancang ini lebih teliti dan tepat,sehinggga tidak terjadi

banyak kesalahan.

29


DAFTAR PUSTAKA

Creamer, Machine Design, Third Edition, McGraw-Hill, New York, 1986 Ferdinand P. Beer dan E. Russell Johnston. Jr, Mekanika Untuk Insinyur: Statika, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1996 James Mangroves, Gere, Stephen P. Timoshenko, dan Hans J. Wospakrik (penerjemah), Mekanika Bahan, Edisi Kedua, Versi SI, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1996. Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, dan Gandhi Harahap (penerjemah) , Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1991 Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, dan Gandhi Harahap (penerjemah) , Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, 1991 Robert L. Norton, Machine Design: An Integrated Approach, Prentice Hall, New Jersey, 1996 Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1994

30

Tugas Rancang Roda Gigi

Recommend Documents