BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Transmisi
advertisement
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Transmisi Transmisi bertujuan untuk meneruskan daya dari sumber daya ke sumber daya lain, sehingga mesin pemakai daya tersebut bekerja menurut kebutuhan yang diinginkan. Adapun macam sistem transmisi diantaranya sistem transmisi roda gigi, sistem transmisi sabuk, sistem transmisi rantai dan sprocket (chain drive). 1. Sistem transmisi roda gigi Roda gigi mempunyai prinsip kerja berdasarkan pasangan gerak, bentuk gigi dibuat untuk menghindari slip sehingga putaran dan daya dapat berlangsung dengan baik, selain itu dapat dicapai keliling yang sama pada lingkaran singgung sepasang roda gigi. Lingkaran singgung ini disebut lingkaran pitch, pada sepasang roda gigi perlu diperhatikan bahwa jarak lengkung antara dua gigi yang berdekatan (pitch) Jenis-jenis roda gigi : a. Spur gear harus sama, sehingga kaitan antara gigi dapat berlangsung dengan baik. Roda gigi yang paling sederhana yang terdiri dari silinder dengan gigigigi yang terbentuk secara radial. Ujung roda gigi-gigi lurus dan tersusun paralel terhadap aksis rotasi. Roda gigi ini hanya bisa dihubungkan secara paralel. b. Helix gear Roda gigi yang ujung roda gigi-giginya tersusun miring pada derajat tertentu, gigi-gigi yang bersudut menghasilkan pergerakan roda gigi menjadi halus dan sedikit getaran. 3 commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 4 c. Bevel gear Roda gigi yang ujung roda gigi-giginya berbentuk seperti kerucut terpotong. Bevel gear dapat berbentuk lurus seperti spur gear atau spiral seperti helix gear. Keutungan menggunakan bevel gear pergerakan roda gigi halus dan sedikit getaran. d. Worm gear Bentuk dari worm gear menyerupai screw berbatang yang dipasangkan dengan spur gear. Worm gear pada umumnya digunakan untuk mendapatkan rasio torsi yang tinggi dan kecepatan yang rendah. Kerugian menggunakan worm gear adalah adanya gesekan yang menyebabkan efisiensi yang rendah sehingga membutuhkan pelumasan. e. Pinion gear Pasangan pinion gear terdiri dari roda gigi yang disebut pinion dan batang bergeririgi yang disebut rack. Perpaduan rack dan pinion menghasilkan mekaisme transmisi torsi yang berbeda, ketika pinion berputar, rack akan bergerak lurus. Mekanisme ini digunakan pada beberapa jenis kendaraan untuk mengubah rotasi dari setir kendaraan menjadi pergerakan ke kanan dan kiri dari rack sehingga roda berubah arah. 2. Sistem transmisi sabuk Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya menggunakan transmisi langsung dengan roda gigi, sehingga digunakan transmisi sabuk yang dapat menghubungkan kedua poros. Keutungan menggunakan transmisi sabuk yaitu menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang lebih rendah dibandingkan dengan roda gigi dan rantai, lebih halus dan tak bersuara. Kelemahan menggunakan transmisi sabuk dimana transmisi sabuk memungkinkan terjadinya slip. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 5 Jenis-jenis sabuk : a. Sabuk datar (flat belt) Jenis sabuk yang paling sederhana dan banyak digunakan pada mesin. Keuntungan menggunakan sabuk datar yaitu sangat efisien untuk kecepatan tinggi, dapat memindahkan jumlah daya yang besar pada jarak sumbu yang panjang. b. Sabuk-V ( V-Belt) Sabuk-V adalah penyempurnaan dari sabuk datar, dimana bentuk dari sabukV difungsikan untuk membawa tarikan yang lebih besar, gaya gesekan yang diterima juga lebih besar sehingga meminimalkan terjadinya slip. c. Sabuk bergerigi Berpasangan dengan roda gigi, dimana sabuk ini difungsikan untuk menerima tegangan yang lebih besar, keuntungan menggunakan sabuk bergerigi yaitu tidak terjadinya slip dan suara yang lebih halus dibandingkan rantai. 3. Sistem transmisi rantai dan sprocket (chain drive) Digunakan untuk transmisi tenaga pada jarak sedang. Kelebihan transmisi ini dibanding dengan transmisi sabuk dan puli yaitu dapat untuk menyalurkan daya yang lebih besar , tidak ada slip. Kekurangan dari transmisi ini yaitu tidak dapat digunakan untuk kecepatan tinggi, dan getaran yang tinggi. ( Suga K. & Sularso, 1991 ) 2.2 Motor Listrik Motor listrik adalah suatu komponen utama dari sebuah kontruksi permesinan yang berfungsi sebagai penggerak. Gerakan yang dihasilkan oleh motor adalah sebuah putaran poros. Komponen lain yang dihubungkan dengan poros motor adalah puli ataupun roda gigi yang kemudian dihubungkan dengan sabuk ataupun rantai. Motor listrik adalah motor yang berputar karena adanya sumber daya listrik yang menghidupkan stator elektromotor sehingga menyebabkan terjadinya medan commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 6 magnet dan memicu rotor untuk berputar. Sumber tenaga dari motor listrik adalah listrik dari PLN. ( Sumber : http://en.wikipidea.org/electric_motor ) Gambar 2.1 Cara kerja motor listrik Sumber : http://en.wikipidea.org/electric_motor 2.3 Daya Penggerak Secara umum daya diartikan sebagai kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan kerja, yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, Watt, ataupun HP. Penentuan besar daya yang dibutuhkan perlu memperhatikan beberapa hal yang mempengaruhinya, diantaranya adalah harga gaya, torsi, kecepatan putar dan berat yang bekerja pada mekanisme tersebut. (Widarto, 2008) Berikut adalah rumus untuk mencari harga daya, gaya, torsi, kecepatan putar dan berat : 1. Mencari harga daya ( P ): Berdasarkan torsi yang bekerja: P =T.ω .................................................................................. (2.1) 2 .n. 60 ................................................................................. (2.2) Dimana: T = Torsi (N.m) ώ = Kecepatan sudut (Rad/s) n = Kecepatan (rpm) Berdasarkan putaran poros: P 2 .n.T 60 .................................................................................. (2.3) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 7 Dimana: n = Putaran poros (rpm) T = Torsi (kg.m) P = Daya (watt) 2. Mencari harga gaya ( F ) Gaya adalah suatu besaran yang menyebabkan benda bergerak. Besarnya torsi merupakan hasil perkalian gaya dengan jarak terhadap sumbu: T=F.r .............................................................................................. (2.4) Dimana: T : torsi (N.m) F : gaya (N) r : jarak terhadap sumbu (m) 2.4 Reducer Reducer adalah sistem transmisi yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah tenaga dari motor. Reducer juga berfungsi untuk merubah momen puntir, menyediakan rasio gigi yang sesuai dengan beban mesin, dan menghasilkan putaran mesin tanpa selip. Prinsip kerja reducer yaitu putaran dari motor diteruskan ke input shaft melalui hubungan antara clutch/kopling, kemudian diteruskan ke main shaft (poros utama), torsi/momen yang ada di mainshaft diteruskan ke spindle mesin, karena adanya perbedaan rasio dan bentuk dari gigi-gigi tersebut sehingga putaran spindle yang dikeluarkan berbeda , tergantung dari rpm yang diinginkan. Pada umumnya reducer yang tersedia di pasaran ada 2 yaitu reducer vertical dan reducer horizontal yang memiliki rasio putaran bervariasi, ada reducer yang memiliki 1:20 , 1:30, 1;40, 1:50, 1:60 dst.( Sumber : www.smartgears.net ) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 8 Gambar 2.2 Reducer Sumber : www.smartgears.net 2.5 Puli Sebagai pengubah kecepatan dari motor, mesin ini menggunakan sepasang puli untuk mereduksi kecepatan yang dihasilkan oleh motor. Puli merupakan suatu alat mekanisme yang digunakan untuk menjalankan sesuatu kekuatan alur yang berfungsi menghantarkan suatu daya. Cara kerja puli sering digunakan untuk mengubah arah dari gaya yang diberikan, mengirim gerak dan mengubah arah rotasi. Diameter puli yang digerakkan: D 2 n1 .D1 ............................................................................................ (2.5) n2 Dimana: D2 = Diameter puli yang digerakkan (mm) D1 = Diameter puli penggerak (mm) n1 = Putaran puli penggerak (rpm) n2 = Putaran puli yang digerakkan (rpm) 2.6 Sabuk-V Sebagian besar sabuk transmisi menggunakan sabuk-V, karena mudah penanganannya dan harganya murah. Selain itu sistem transmisi ini juga dapat menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Dalam perhitungan besarnya daya yang di transmisikan tergantung dari beberapa faktor antara lain: 1. Kecepatan linier sabuk. 2. Tegangan sabuk yang terjadi. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 9 3. Bentuk sisi kontak sabuk dan puli. Gambar 2.3 Bagian sabuk-V (Sumber : Suga K. & Sularso, 1991) 4. Kondisi sabuk yang dipakai. 5. Bahan sabuk-V: a. Kulit. b. Anyaman benang. c. Karet. 6.Jenis-jenis sabuk : a.Tipe standart; ditandai huruf A, B, C, D, & E. b. Tipe sempit; ditandai sombol 3V, 5V, & 8V. c.Tipe untuk beban ringan ; ditandai dengan 3L, 4L, & 5L. Gambar 2.4 Tipe standar sabuk V (Sumber : Suga K. & Sularso, 1991) Kelebihan sabuk V: - Slip lebih kecil dibandingkan sabuk datar. Keterangan: 1. Terpal 2. Bagian penarik 3. Karet pembungkus 4. Bantal karet - Operasi lebih tenang . - Mampu meredam kejutan saat start. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 10 Kelemahan sabuk V : - Tidak dapat digunakan pada jarak poros yang panjang. - Umur lebih pendek dibandingkan sabuk datar. Konstruksi puli lebih rumit dibandingkan puli untuk sabuk datar. (Suga K. dan Sularso 1991 ) Gambar 2.5 Tegangan pada puli ( Sumber : Suga K. dan Sularso 1991 ) a. Menentukan panjang sabuk: (r r ) 2 L (r1 r2 ) 2 x 1 2 .......................................................... (2.6) x Dimana: : x = jarak sumbu poros (mm) r1 = jari-jari poros kecil (mm) r2 = jari-jari poros besar (mm) L = panjang sabuk (mm) b. Kecepatan sabuk: V . Dp . n 60 .................................................................................. (2.7) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 11 Dimana: V = kecepatan sabuk (m/s) Dp = diameter puli penggerak (mm) n = putaran puli penggerak (rpm) c. Sudut kontak untuk sabuk terbuka: sin r1 . r2 C .................................................................................. (2.8) Dimana: r1 = jari-jari puli besar r2 = jari-jari puli yang kecil C = jarak antar poros Aplikasi sabuk V: - Penerus daya mesin kecepatan tinggi seperti kompresor, dll. - Mesin – mesin pertanian. - Mesin industry. 2.7 Sprocket Sprocket adalah roda bergerigi yang berpasangan dengan rantai digunakan untuk memindahkan kecepatan dari reducer, mesin ini menggunakan 4 buah sprocket, sprocket sangat cocok digunakan untuk kecepatan rpm rendah yang menerima beban yang berat dan tidak slip. 1. Pitch Pitch adalah jarak antara titik pusat roller rantai dan jarak tiap roller rantai . commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 12 Gambar 2.6 Skema pitch Sumber : R.S. Khurmi dan J.K. Gupta (2005) 2. Diameter lingkaran pitch sprocket Diameter lingkaran pitch sprocket titik pusat roller chain dan yang membentuk sebuah garis lurus sebesar 180˚ atau membentuk setengah lingkaran, ditunjukkan pada gambar 2.6 dengan simbol (D). Dari gambar 2.6 dapat diketahui hubungan antara pitch dan Diameter Lingkaran pitch. 2.8 Rantai Rantai merupakan pasangan dari sprocket yang menghubungkan 2 sprocket . keuntungan memakai sistem transmisi yaitu kekuatan yang lebih kuat dan tidak terjadi selip. Beikut adalah rumus untuk menentukan rasio kecepatan rantai Jenis-jenis rantai 1. Rantai housting dan hauling Pengunaan rantai housting dan hauling maksimal berada di kecepatan 0.25 m/s , rantai housting dan hauling dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu rantai dengan sambungan oval , dan rantai dengan sambungan rantai. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 13 Gambar 2.7 Rantai sambungan oval dan kotak Sumber : R.S. Khurmi dan J.K. Gupta (2005) 2. Rantai conveyor Pada umumnya rantai conveyor digunakan pada industri besar untuk menghubungkan perpindahan barang secara berlanjut antar divisi di perusahaan tersebut. Ada 2 jenis rantai conveyor yaitu hook joint type dan closed joint type. Gambar 2.8 Hook joint type dan closed joint type Sumber : R.S. Khurmi dan J.K. Gupta (2005) 3. Rantai transmisi Rantai transmisi bertujuan untuk memindahkan daya yang terpisah oleh jarak antar poros yang tidak jauh. Rantai transmisi dibedakan menjadika 3 jenis yaitu : commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 14 a. Bush chain b. Bush roller chain c. Silent chain a. Rasio kecepatan rantai dan sprocket (chain drive) V .R N1 T1 …………………………………………. (2.9) N 2 T2 Dimana, N1 = Putaran sprocket kecil N 2 = Putaran sprocket besar T1 = Jumlah gigi sprocket kecil T2 = Jumlah gigi sprocket besar b. Kecepatan rantai v .D.N 60 T . p.N 60 …………………………………………(2.10) Dimana, D = Diameter lingkaran pitch ( m ) p = Pitch rantai ( m ) Gambar 2.9 Panjang rantai dan jarak antar titik pusat Sumber : R.S. Khurmi dan J.K. Gupta (2005) Diketahui , commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 15 T1 = Jumlah gigi sprocket kecil T2 = Jumlah gigi sprocket besar p = Pitch rantai x = Jarak antar titik pusat c. Panjang rantai L = K.p ………………………………………………………(2.11) Dimana : K = Jumlah sambungan rantai P = Pitch rantai d. Jumlah sambungan rantai T T2 2x T T p + + 2 1 ………………………….(2.12) K 1 2 p 2 x 2 e. Jarak antar titik pusat T T T T p T T x K 1 2 K 1 2 8 2 1 4 2 2 2 2 2 ……(2.13) Untuk memberikan kelonggaran maka sebaiknya nilai dari jarak antar titik pusat diberi toleransi dengan dikurangi 2mm – 5mm. ( Sumber : R.S. Khurmi dan J.K. Gupta 2005 ) 2.9 Poros Poros merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang berputar dimana fungsinya untuk meneruskan daya dari satu tempat ke tempat lain. Dalam penerapannya poros dikombinasikan dengan puli, bearing, roda gigi dan elemen lainnya. 1. Kekuatan poros Dalam perancangan pembuatan poros ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan misalnya; kelemahan, tumbukan dan pengaruh kosentrasi bila menggunakan poros commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 16 bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan beban tersebut. 2. Kekakuan poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam menahan pembebanan, tetapi adanya lenturan yang terlalu besar akan mengakibatkan getaran mesin dan suara. Kekakuan poros harus disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya dengan poros tersebut. 3. Material poros Poros yang biasa digunakan dalam putaran tinggi dan bebas yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan dengan proses pengerasan kulit sehingga tahan terhadap kausan. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan pemilihan jenis heat treatment yang tepat untuk kekuatan maksimal. (Sumber : Suga K. dan Sularso 1991 ) Dalam perhitungan poros dapat diketahui dengan melihat dari pembebanan: a. Torsi yang terjadi pada poros: T P 60 ................................................................................... (2.14) 2 n Dimana: T = Torsi pada poros (Nm) P = Daya (watt) N = Putaran poros (rpm) Perhitungan poros dengan beban puntir (T) a. Kekuatan tarik bahan ( ) = 0,345 × HB………………………………………… (2.15) Dimana, HB = Harga kekerasan St 37 (berkisar 105- 125) b. Daya yang direncanakan ( ) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 17 ………………………………………. (2.16) =P. = 0,746 × 1 = 0,746 Kw Dimana, P = Daya (Watt) = Faktor koreksi c. Momen puntir (T) ……………………………………….. (2.17) T = 9,74 × 10⁵ Dimana, = Daya yang direncanakan n = Putaran poros (rpm) d. Tegangan geser yang diijinkan ( a B Sf1 Sf 2 ) …………………………………………... (2.18) Dimana, = Faktor keamanan tergantung dari jenis bahan = Faktor keamanan tergantung dari bentuk poros e. Diameter Poros ( ) 1 5,1 3 d s K t Cb T ……………………………………. (2.19) a Dimana, T = Beban puntir = Faktor koreksi momen puntir = Faktor lenturan commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 18 commit to user