View
247
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
1/45
45
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dibahas tentang perhitungan mesin Pelorodanmalam kain batik, yaitu analisa daya gaya yang nantinya dibutuhkandalam mesin agar dapat berjalan dan berfungsi dengan baik, yaitumenghitung daya motor pada saat bekerja sampai memutar ulir
pengrak atau power screw dilanjutkan dengan perhitunganperencanaan elemen mesin yang mendukung perencanaan mesin
pelorodan malam kain batik sehingga aman dalam pengoperasiannya.
Sehingga, Mesin Pelorod malam kain batik ini digunakan
motor listrik dengan daya HP.
4.1 Analisa Gaya pada Palang Penjepit KainPada kompoen Palang Penjepit kain Batik, Diperoleh
beberapa data terkait beban, dilakukan dengan metode observasi dilapangan tepatnya di salah satu produsen kain batik serta data padasaat perencaan mesin, adalah sebgai berikut :
Berat kain Batik + Malam + air = 3 kg Berat Palang atau penumpu kain = 0.75 kg
Berat Plat Pengunci = 0,5 kg
Panjang Palang atau penumpu kain = 0,5 m
= m . g= (3 + 0.75 + 0.5) kg . 9.81
= 4,25 kg . 9.81 = 41,35 N
4.1.1 Prosedur Menggambar Diagram Benda Bebas
Langkah 1
Dibayangkan benda terisolasi atau membuatnya bebas dari
kungkungan dan hubungan hubunganya, kemudian
mengambaar sketsa bentuk garis - grisnya
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
2/45
46
Gambar. 4.1 Penumpu kain
Gambar. 4.2 Diagram benda bebas Penumpu kain
Langkah 2
Identifikasikan semua gaya gaya eksternal dan momen yangbekerja pad benda. Mereka umumnya dijumpai sebagai (1)
beban-beban yang di terapkan, (2) reaksi-reaksi yag terjadi padapenopang atau pada titik kontakan degan benda lai, (3) Beratbenda, Untuk memperhitungkan seua efek ini, akan membantu
kalau menelusuri seluruh batas, dengan secara seksamamemperhatikan masing-masing gaya atau momen yang terjaditehadap benda
Langkah 3
Tunjukan dimensi benda yang perlu untuk mengjitung momen-
momen gaya . Gayagaya dan momenmomen kopel yangdiketahui harus di label dengan besar dan arahnya yang benar.(R. C Hibbeler. 2002.Engineering Mechanics ; Statics;190)
Berdsarkan gambar palang penumpu kain batik serta penjepit, makasambungan antara power screw dengan penumpu tergolong
sambungan jepit atau tetap.
Diagram Benda bebas
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
3/45
47
V
N
V
N
W
xy
Dari Gambar penampang penumpu kain batik terkena atau tergolongbeban merata dengan distribusi gaya sebagai berikut :
= , x 41,5 N= 10,375 N
+ = 0 ;=0 + = 0 ;W = 0
= w= 10,375N
+ = 0+ W ( 0,5) m = 0 = - W (0,167) m
= - 10,375 N x 0,167 m
= 1,729
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
4/45
48
W
W
1,729
41,35 N
W
X
y
Potongn Kiri
=( , , , ) x 41,35 N= (0,5 x 41,35) N
= 20,675 N = 41,35 N20,675 N
= 20.675 N
W = ,
=, ,
= 2,584
W = x l= (20,675 x 0,25) = 5,168
+ = 0;= 0
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
5/45
49
W
+= 0 ;1,729 W W = 0(1,7295,1682,584)
=
=6,023 ( ) + = 0 ;
-1,729 + 1,729 (0,25 m) -W (0,2 m)W (0,125 m) - = 0-1,729 + 1,729 (0,25 m) - 2,584 (0,2 m) - 5,168 (0,125 m)= = -1,729 + 0,4325 - 0,5168 - 0,646 = (- 2,891 + 0,432)
= -2,459
( )
+ = 0 ;-1,729 + W (0,05 m) + W (0,125 m) - = 0-1,729 + 2,584 (0,05 m) + 5,168 (0,125 m) = = - 0,953 ( )
Potongan Kanan
= ( , , , )x 41,35 N = 20,675 N
+ = 0;- - W (0,083 m) = - 0,214 ( )
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
6/45
50
Potongan kiri Potongan kanan
Wrata-rata Total pada tiap - tiap Plang :
Wratarata Wratarata 2
Wrata-rata Potongan Kiri +
=
, +,
= 3,876 Wrata-rata Potongan Kiri
W = 2,584 Wrata-rata =
Wratarata Wratarata 2
Wrata-rata = (, + ,
)
= 3,23 4.1.2 Prosedur Menggambar Diagram Geser dan Momen
1. Gambar Diagram Benda Bebas
2. Hitung Reaksi tumpuan
3. Potong Benda A (potongan terjadi diantara 2 gaya v/beban
merata ada gaya terpusat)
WW W
Wrata-rata
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
7/45
51
x
y
4. Gambar potonganya
5. Hitung gaya-gayanya sebagai fungsi jarak
6. Gambar diagram geser dan momenya
Diagram Benda Bebas
+ = 0 ;= 0
+ = 0 ;10,375 N + = 0 + = 10,375 N..(1)
+ = 0 ;10,375 (0,25) - (0,5) = 0= 2,593 / 0,5= 5,1875 N
Masukan Harga
ke dalam persamaan 1, sehingga diperoleh
harga: + = 10,375 N = 10,375 N -
= (10,375 - 5,1875 ) N
= 5,1875 N
10,375 N
I
I
II
II
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
8/45
52
5,1875 N
10,375 N
Gambar. 4.3 Potongan I-I Penempu kain
Gambar. 4.4 Potongan II-II Penempu kain
Potngan I-I
+ = 0 ; ( 0 0,25 )5,1875 - = 0
= 5,1875 X = 0 V1= 5,1875
X = 0,25 V1= 5,1875
+ = 0 ; ( 0 0,25 )5,1875 () - = 0 = 5,1875 .
= 0 = 5,1875 . 0 = 0 = 0,15 = 5,1875 . 0,15 = 0,778 = 0,25 = 5,1875 . 0,25 = 1,296
Potngan II-II
5,1875 N
1
2
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
9/45
53Gambar. 4.5 Diagram geser pada penumpu kain
+ = 0 ; ( 0,25 0,5 )
5,187510,375 - = 0= - 5,1875 X = 0,25 V2= - 5,1875
X = 0,5 V2= - 5,1875
+ = 0 ; ( 0,25 0,5 )
5,1875 ( X2 )10,375 ( X2 - 0,125 )Mpot = 0
Mpot = 5,1875 . X210,375 . X2 + 1,296Mpot = - 5,1875 . X2 + 1,296
= 0,25 = - 5,1875 . ( 0,25 ) + 1,296= 2,592
= 0,35 = - 5,1875 . ( 0,35 ) + 1,296= 3,111
= 0,5 = - 5,1875 . ( 0,25 ) + 1,296= 3,889
Diagram Geser
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
10/45
54
Gambar. 4.6 Diagram Momen pada penumpu kain
Diagram Momen
4.2 Analisa Tegangan yang Terjadi Pada Palang
Tegangan didefinisikan sebagai gaya normal dibagi tiap
satuan luas, tegangan dianggap terbagi merata pada luas penampang
melintang bagian benda. Tegangan timbul akibat adanya beban atau
gaya yang bekerja pada sebuah benda atau material. Dalam benda atau
material itu sendiri ada tegangan ijin yang besarnya ditentukan oleh
tegangan yield point material dan faktor keamanan yang diambil. Dari
kedua tegangan inilah nanti akan diperoleh dimensi atau ukuran yangterkecil namun aman terhadap gaya atau beban.(Suhariyanto,Elemen
Mesin I 2011 : 11)
Tegangan-tegangan yang akan timbul dalam perhitungan /
perencanaan elemen mesin khususnya pada palang penjepit terdiri
dari:
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
11/45
55
Gambar. 4.7 Penumpu kain
1. Tegangan Geser (Shears stress)
2. Tegangan Bending / lengkung ( Bending stress ).
3. Tegangan Geser Total / Maksimum (Shears stress total).
4.2.1 Analisa Tegangan Geser (Shear Stress)
Pada Konstruksi alat terdapat empat buah palang yangdigunakan untuk menjepit kain pada saat proses pelorodan malam kain
batik agar kain batik tidak selip atau jatuh saat proses berlangsung.Penampang dan penjepit dapat dilihat pada gambar berikut:
Dari Gambaran Penampang palang penjepit diatas, Maka dapat
digolongkan ke dalam tegangan geser satu sisi (Single shear).
F F
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
12/45
56
Gambar. 4.8 Tegangan Geser pada penumpu kain
Massa Total : Gaya :
= (3 + 0.75 + 0.5) kg F = m . a
= 4,25 kg = 4,25 kg . 9.81 = 41,35 N
Tegangan Geser
=,
, ,
=,
,
= 551,33 N/m2
Tebal minimum yang diijinkan
Untuk mencari tebal minimum harus mengetahui tegangan
ijin suatu bahan. Tegangan ijin itu sendiri merupakan tegangan
yang mampu diterima oleh material agar tidak sampai putus atau
terdeformasi plastis.
-
SF (Safety Factor) atau angka Keamanan = 2 (beban Statis)- yp Stainless Steel : UTS = 505 Mpa = 73200 psi
: yp = 215 Mpa = 31200 psi- Panjang l direncanakan : 0,5 m
- Konversi Satuan untuk yp:yp = 215 Mpa = 215 x 106 Pa
= 215 x 10
6
Pa x 10
-5
bar/Pa
tl
F
s
.
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
13/45
57Gambar 4.9 Tegangan Bending pada penumpu kain
= 215 x 101bar
= 215 x 101Kgf / mm2
Mencari Tebal atau tinggi minimum :
F/ l.t
L . t F .sf .
0,5 . t , . , . 0,5 .t ,
t,, t0,128 m
Jadi, tebal atau tinggi minimum (t) yang diperbolehkan agar saat
proses berlangsung aman adalah sebesar minimal 0,128 m. Makadalam kondisi real menggunakan tebal 0,015 m masih
diperbolehkan atau aman karena jenis penumpu berongga (tidak
pejal).
4.2.2 Analisa Tegangan Bending / Lengkung (Bending Stress)
Disamping konstruksi palang terkena tegangan Geser, Juga
terkena tegangan Bending akibat adanya beban dimana palang hanyabergantung pada 1 titik tumpu.
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
14/45
58
Dimensi b dan h yang direncanakan adalah :
b = 3 cm = 0,03 mh = 1,5 cm = 0,015 m
Karena gaya yang timbul searah dengan gaya F, maka
tegangan bending yang terjadi pada palang penjepit kain dapatdihitung dengan rumus :
dimana :
- Mb= momen bending ( Mb= F . e ), lbf.in atau Nm
- Wb= momen tahanan bending () , in
3atau m3
- I = Momen Inersia , in4atau m4(besarnya tergantung
bentuk permukaan, lihat pada tabel)
- Y = Jarak yang diukur dari permukaan ke sumbu
netral, in atau m
Mencari Harga Momen Bending (Mb):
Mb = F . e
= 41,35 N . 0,5 m
= 20,675 Nm
Mencari Harga Momen Tahanan Bending (Wb):Wb = (I/y)
- I (Momen Inersia bentuk persegi panjang)
I = .
=, . (, )
b
b
b
W
M
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
15/45
59
Gambar 4.10 Tegangan geser total pada penumpu kain
=, . ,
=
,
= 8,437 x 10-6m4
- Y atau jarak yang diukur dari sumbu netral
Y = 1/2 . h
= 0,5 . 0,015 m
= 0,0075 m
Wb = (I/y)
= 8,437 x 106m4 30,0075 m = 112 , 493 x 10-5 m3
= 1,124 x 10-3 m3
Tegangan Bending :
= , , = 18,394 x 10-3N/m2
4.2.3 Analisa Tegangan Geser Total / Maksimum (Shear Stress
total)Tegangan geser total merupakan penjumlahan ( secara vector )
antara tegangan geser dengan tegangan yang lain. Tegangan
maksimum atau tegangan geser total pada penampang dengan luasan(b.h) dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
b
b
bW
M
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
16/45
60
Gambar 4.11 Dimensi Dasar Ulir
Penggerak
Tegangan Geser Maksimum yang Terjadi :
=
(b)
(s)
=(18,3941 x 10) (551,33)(N/m)= 338,342 10 303964,760 /= 3383723965 N/m= 58169, 785 N/m
4.3 Analisa Tegangan Pada Ulir PenggerakUntuk mengetahui Tegangan yang terjadi pada ulir Penggerak
terlebih dahulu dilakukan analisa terhadap macammacam tegangan
yang timbul pada ulir penggerak antara lain adalah :
4.3.1 Tegangan Bearing
Tegangan ini timbul antara permukaan ulir penggerak dengan
permukaan ulir murnya, yang saling berhubungan.
nhd
W
m
B
..
DImana :
=Tegagan Bending (Psi) W = Beban (lbf)
= Diameter rata rata ulir(in)
h = kedalaman Ulir (in)
n = jumlah ulir
Berdasarkan Pengukuran Ulir penggerak yang sudah direncanakan,
diperoleh data sebagai berikut :
W = 4,25 kg (tiap palang)
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
17/45
61
= 4 x 4,25 kg (jumlah palang 4)
= 17 kg
Diameter rata-rata ulir :
40 mm
Kedalaman ulir : 0,0054 in x 25,189 mm
= 0,136 mm
Jumlah ulir : 60
nhd
W
m
B
..
= kg
. . . , .
= kg, = 0,016 kg/mm2
4.3.2 Tegangan Bending
Beban W dianggap merata dan bekerja pada diameter rata-rata
(dm), yang berjarak 0,5h dari kaki ulir. Sehingga dapat dianggapbagian yang diarsir pada gambar sebagai suatu batang sentilever yang
pendek.
Harga b di asumsikan 0,0043 in
= . =
/ = .,
( . . ) /
=
. .
( . . )
= . kg . , ( . . )(, ) = , , =0,0819 kg/mm2
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
18/45
62
Gambar 4.12 Konstruksi Ulir Penggerak
4.3.3 Torsi Untuk Ulir Penggerak
Berikut ini adalah skema atau detil gambar aripada ulir
penggerak (Power Screw)
Untuk mengetahui kebutuhan daya yang digunakan pada ulir
penggerak (Power Screw) maka perlu mencari 2 Torsi utama yakni :
4.3.3.1 Torsi yang diperlukan untuk menaik-turunkan Ulir
Penggerak (Power Screw)
Berdasarkan Data Hasil Pengukuran secara langsung atau
dengan metode observasi, Dieroleh data berat kain + air, Palang ,
Penjepit yang terkait dalam perhitungan Torsi Ulir Penggerak guna
perencanaan Daya motor adalah sebagai berikut :
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
19/45
63
Fnaik & turun
Gambar 4.13 Beban Pada Ulir Penggerak
Berat kain Batik + Malam + air = 3 kg
Berat Palang atau penumpu kain = 0.75 kg
Berat Plat Pengunci = 0,5 kg
Wtotal : (3 + 0,75 + 0,5) kg
: 4,25 kg
Karena Kapasitas proses adalah 4 kain maka,
Wpower screw = 4 x Wtotal
= 4 x 4,25 kg
= 17 kg
= 17 kg x 9,81 m/s2
= 166,77 kgf
Diameter rata-rata ulir dm:
D1 = 44 mm
D3 = 36 mm
D2 / dm =
= +
= 40 mm
Berdasarkan Observasi rmcdiperoleh:
rmc = 60 mm
Koefisien gesek fcBerdasarkan Tabel 5-8 :
Fc = 0,16
Gambar 4.14 Diameter rata rata ulir
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
20/45
64
Tabel 4.1 Koefisien gesek fc
Srecw Material Steel Brass Bronze Cast Iron
Steel (dry)0,15
0,25
0,15
0,23
0,15
0,19
0,15
0,25
Steel
(lubricated)
0,11
0,17
0,10
0,16
0,10
0,15
0,11
0,17
Bronze 0,08
0,12
0,04
0,06
0,08
0,10
0,06
0,09
( Sumber : Deutschman, 1985 : 763)
Koefisien gesek fsBerdasarkan Tabel 2-1 :
Fs = 0,74
Tabel 4.2 Koefisien gesek berbagai macam bahan
No Bahan
Koef.
GesekStatis fs
Koef.
GesekKinetis fk
1 Baja diatas baja 0.74 0.57
2 Aluminium diatas baja 0.61 0.47
3 Tembaga diatas baja 0.53 0.36
4 Kuningan diatas baja 0.51 0.445 Seng diatas besi tuang 0.85 0.21
6 Tembaga diatas besi tuang 1.05 0.29
7 Gelas diatas gelas 0.94 0.4
8 Tembaga diatas gelas 0.68 0.53
9 Teflon diatas teflon 0.04 0.04
10 Teflon diatas baja 0.04 0.04
(Sumber : Sears, Zemansky : 1982, Fisika I untuk Universitas)
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
21/45
65
+
+
+
Gambar 4.15 Sudut Helix dan dimensi
dasar ulir penggerak
Sudut Helix dan Sudut Ulir
Berdasarkan Observasi Sudut Helix dan Ulir berturut turut
diperoleh :
: 7,5
: 5
Cos = Cos 7,5
= 0,991
Cos = Cos 5
= 0,996Sin = Sin 7,5
= 0,130
Torsi untuk menaikkan dan menurunkan ulir penggerak
WfcrSinfsCosCos
SinCosW
SinfsCosCos
CosfsWdT mc
n
n
n
m
R ...
..
..
..
2
Tr =402 [
166,77 0,74 0,9910,996 0,991 0,74 0,130
166,77 0,996 0,1300,996 0,991 0,74 0,130 ]
+ 59,395 x 0,16 x 166,77
Tr = 20 ,,, ,
,, + 1584,84Tr= 20
,
, ,
, + 1584,84
Tr= 20 137,4124,261+ 1584,84Tr= 20 161,671+ 1584,84Tr = 3233,42 + 1584,84
Tr = 4818,26 kgf.mm = 481,82 kgf.cm
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
22/45
66
Daya untuk menaikkan Ulir Penggerak :
P = T x n71620=, kgf.c p
P = 0,5 HPJadi, Kebutuhan Daya untuk menaik dan menurunkan Ulir
Penggerak (Power Screw) adalah sebesar 0,5 HP
4.3.3.2 Torsi yang diperlukan untuk memutar Ulir Penggerak
(Power Screw) di dalam Fluida
Torsi untuk memutar Ulir Pnggerak atauPower Screw dalam
aliran fluida adalah :Tr = FDx r
Dimana :
Tr: Torsi ulir penggerak untuk memutar
FD : Gaya Drug
r : Jari-jari tabung / bidang kerja
Gaya Drag merupakan komponen gaya pada sebuah benda yang
bekerja secara parallel terhadap arah. Dalam pemecahan masalahmengenai Gaya Drag, FD terhadap benda yang memiliki lengkungan,
berdiameter d, yang bergerak melewati aliran I incompressibledengan
kecepatan V, dengan massa jenisdan viskositas absolut, Gaya drag
dapat ditulis dengan persamaan
FD = f1 (d , V , , v)
Untuk luasan d2 dapat dirumuskan :
F . V. d = f2 { . v . d }Bentuk persamaaan diatas juga sesuai untuk benda yang melewati
atau melawan arusIncompressible yang memiliki panjang b dan lebar
h, dirumuskan sebagai berikut :
CD =F
/ . V. AFD = CD. . V2. A
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
23/45
67
Gambar 4.16 grafik hubungan antara koefisien drag dengan
aspek rasio untuk bidang datar dengan Re > 1000
DImana :
FD : Gaya Drag (Gaya yang dibutuhkan untuk melawan arus
Incompressible)
: Massa Jenis Zat cair
V : Kecepatan aliran
A : Luasan Penampang (panjang h, lebar l)
CD : Koefisien Drag
Untuk mencari harga CDdapat dilihat melalui grafik :
Grafik diatas merupakan grafik yang menunjukkan harga CD melalui
rasio panjang dan lebar benda Namun, grafik ini digunakan jika Harga
Renold Number (Re) >1000 Mencari angka Renold (Reynold Number)
Re =Gy Isi
Gy Viskos=
. V . D
Dimana :
= Massa Jenis (Kg /m3)
V = Kecepatan Aliran (m/s)
D = Diameter bidang kerja (m)
= Viskositas absolut (N. s/m2)
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
24/45
68
Re =V D ()
( . )
Re =V D ()
( )
Untuk putaran motor direncanakan sebesar 70 rpm
Hubungan antara kecepatan linear dan kecepatan sudut:
V =
x r
=
. .
= . . = . .
= 7,326 rad/s
V = x r= 7,326 rad/s x 0,5 m
= 3,663 m/s
Berdasarkan tabel Viskositas Air dengan Suhu maksimum
85C adalah :
0,342 10 Jadi, Harga Re :
Re =
, (, )
(, )
Re =,
(, )
Re = 2,0456 x 106
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
25/45
69
b
h
Gambar 4.17 Material datar yang bergerak terhadap aliran fluida
Karena Harga Re> 1000, maka grafik untuk menentukn Harga CD dapat
digunakan,
Untuk harga b/h = 0,5 m / 2 m
= 0,25
Berdasarkan Grafik koefisien Drag diatas, Harga CD adalah :
1,1
FD = CD. . V2. A
= 1kg
V2 = (3,663 m/s)2
A = b x h
= (0,5 x 2) m
= 1 m
FD = 1,1 . . 1 . 3,663 . 1
= 2,014 kgf
Jadi, Gaya Drag yang terjadi antara palang penumpu yang
diberikan kain bergerak terhadap Hambatan Fluida yang dihitungberdasarkan Mekanika fluida besarnya diketahui :
FD = 2,014 kgf
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
26/45
70
FD
FD
FD
FD rr
rr
Gambar 4.18 Gaya Drag yang terjadi
Karena jumlah Palang ada 4 buah, maka :
FD = 2,014 kgf x 4
= 8,05 kgf
Torsi untuk memutar ulir penggerak (Power Screw):
T = FDx r
= 8,05 x 0,5 kgf.mm
= 4,02 kgf.mm
= 0,402 kgf.cm
Daya untuk memutar Ulir Penggerak di dalam fluida:
P = T x n71620=, kgf.c p
P = 0,14 HP
Jadi, Kebutuhan Daya untuk memutar beban pada Ulir
Penggerak (Power Screw) adalah sebesar 0,14 HP
Kebutuhan Daya Ulir Penggerak (Power Screw)
Ptotal = Pnaik-turun + Pputar
= 0,5 HP + 0,14 HP
= 0,64 HP
Jadi, daya minimum motor (P) yang diperbolehkan agar saat
proses berlangsung aman adalah sebesar minimal 0,64 HP. Maka
dalam kondisi real menggunakan motor dengan daya HP.
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
27/45
71
Gambar 4.19 Gambaran Belt Pulley
4.4 Perencanaan Belt dan Pulley
Belt termasuk alat pemindah daya yang cukup sederhana
dibandingkan dengan rantai dan roda gigi. Belt terpasang pada dua
buah pulley atau lebih, pulley pertama sebagai penggerak diversedangkanpulleykedua sebagai drivenyang digerakkan. Pada Alat ini
Belt dan Pulley hanya sebagai transmisi daya, tanpa memperbesar atau
memperkecil daya yang ditransmisikan
DIrencanakan :
D1 = D2 adalah130 mm, Putaran pulley1 dan Pulley2 sama n1 = n2
adalah 70 rpm.
4.4.1 Daya yang Ditransmisikan
Daya yang ditransmisikan atau di pindahkan oleh system Belt
danPulleyadalah :
Pd = fc x P
Dimana :
Pd= Daya yang ditrencanakan
fc = Faktor koreksi Belt (Lihat Tabel faktor koreksi) P = Daya motor yang direncanakan (Hp)
Pd = fc x P
= 1,0 x 0,75 Hp
= 0,75 Hp
Jadi, Daya Desain yang dibutuhkan adalah 0,75 HP
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
28/45
72Gambar 4.20 Diagram Pemilhan sabuk -V
4.4.2 Torsi Pada Belt
T1 = 71620 xP
= 71620 x , Hp p= 71620 x 0,0107
= 767,35 kgf.cm = 7673,5 kgf.mm
Karena putaranpulleyn1 dan n2 sama 70 rpm, maka Torsi yang
terjadi padapulley2 =pulley1 sebesar 7673,5 kgf.mm
4.4.3 Dasar Pemilihan Belt
1 Hp = 0,746 kw
0,75 Hp = 0,75 x 0,746 x Hp xkwHp
= 0,559 kw
Daya yang ditransmisikan dalam kw :
Pd = fc x P
= 1,0 x 0,559 kw
= 0,559 kw
Berdsarkan Diagram Pemilihan V-Belt, dengan :
Daya rencana 0,559 kw
Putaran 70 rpm
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
29/45
73
Gambar 4.21 Dimensi V-Belt type B
Gambar 4.22 Jarak Antar pusat Pulley atau C
Maka Type Belt yang dipilih adalah tipe B. Berdasarkan Tabel untuk
Dimensi V Belt tipe B adalah sebagai Berikut :
b = 17 mmh = 10,5 mm
A = 1,38 cm2
4.4.4 Perencanaan Panjang BeltBerdasarkan tabel 3-6 Sudut kontak dan Panjang Belt,
didapatkan persamaan untuk mencari panjang Belt sebagai berikut:
Berdasarkan perencanaan, Haraga C atau jarak antar pusat
Pulleyadalah 520 mm.
L = 2C +(D1 + D2) +
= 2 x 520 mm +(130 mm + 130 mm) + = 1040 mm + 1,57 (260 mm) + 0
= 1040 mm + 408,2 mm
= 1448,2 mm
= 1,4482 m
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
30/45
74
Gambar 4.23 Distribusi tarikan atau gaya pada belt
Untuk penyesuaian Belt yang akan dipakai, melihat Tabel 3-
9 sehingga Panjang Belt yang dipakai adalah 1600 mm atau 1,6 m.
4.4.5 Kecepatan Keliling atau Kecepatan Linear
Kecepatan keliling atau kecepatan linear pulley dapat
dirumuskan sebagai berikut :
V = D
= p
= V = 0,476 m/s
4.4.6 Menghitung Gaya Trik F1 dan F2
Kondisi F1 adalah Kndisi kencang
Kondisi F2 adalah Kndisi kendur
Keterangan gambar: = sudut kontak antara belt denganpulley
F1 = gaya tarik pada bagian yang kencang
F2 = gaya tarik pada bagian yang kendor
P = distribusi tarikan/gaya
N = gaya normal
r = jari-jaripulley
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
31/45
75
Berdasarkan Persamaan diperoleh :
P =F v
Fe = PV
= , kw
, = 119,785 kgf
Mencari harga F1 danF2 :
F1 / F2 = efs . Dimana ; fs : koefisien gesek
: Lihat Tabel 3-6 Elemen Mesine : Bilangan NaturalMengacu pada tabel 3-6 sudut kontak dan panjang belt Buku
Elemen Mesin 2,maka dapat dirumuskan sebagai berikut :
=180 - x 60= 180 - 0 x 60
= 180
= 180 rad 1 rad = 360 / 21 rad = 57,2 = 180 =180 / 57,2 = 3,146 rad
f adalah koefisien gesek yang dilihat pada tabel berikut :
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
32/45
76
Tabel 4.3 koefisien gesek antara belt danpulley
Maka fs= 0,3
F1/ F2 = efs . F1/ F2 = 2,718, . ,F1/ F2= 2,718,F1 = 2,567 F2
Berdasarkan persamaan diperoleh :
Fe = F1- F2 F1 = 2,567 F2
Fe = 2,567 F2- F2 F1 = 2,567 x 76,442
Fe = 1,567 F2 F1 = 196,227 kgf
F2 = Fe/ 1,567
F2 = 119,785 / 1,567
F2 = 76,442 kgf
4.4.7 Tegangan Maksimum yang Terjadi pada Belt
Tegangan maksimum (max) terjadi pada saat belt mulai
menyentuhpulleypenggerak (titik D pada Gambar 4.24) atau di titik
awal belt memasukipulleypenggerak. Besarnya tegangan maksimum
merupakan penjumlahan dari ke empat tegangan-tegangan tersebut
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
33/45
77
Gambar 4.24Diagram tegangan pada bagianbagian Belt
max = 0 +d + v +b
max =FA +
FA +
v g +E
hD
= 12 kgfc + , kgf , c + ,
(, ) , +
300kgf
c x, c c
= 12kgfc + 43,400
kgfc +0,00346
kgfc +24,230
kgfc
= 79,633kgf
cJadi Tegangan Maksimum yang dialami Belt adalah sebesar79,633
kgfc
4.4.8 Prediksi Umur Belt
Untuk dapat mengetahui tau memprediksi umur Belt, maka
digunakan persamaan sebagai berikut :
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
34/45
78
base
m
fat
mNHXu ....3600.
max
H =
. .
Dimana :
H = Umur Belt (jam)
Nbase = basis dari fatique test, yaitu 107 cycle
f = fatique limit fatique limit atau endurancelimit yang berhubungan dengan Nbase dapat
dicari dari "fatique curve
f = tegangan Maksimum yang terjadi
= Jumlah putaran perdetik atau sama denganv/l (v dalam m/s , l dalam panjang belt m)
X = jumlahpulleyyang berputar
m = 8 untuk V- Bet
Mencari nilai
= v/l
= , /s, = 0,328
fUntukV-Belt, f = 90 kg/cm2
Umur Belt
H =
. .
=
. , . kg/c
, kg/c
=
,1,130
=,
,
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
35/45
79
Gambar 4.25 KonstruksiUlir Penggerak pada kerangaka alat
Gambar 4.26 Diagram Benda Bebas Ulir Penggerak
= 11271,692 jam = 1,304 Tahun
4.5 Perhitungan PorosDalam perhitungan poros ini, diasumsikan ulir penggerak atau
power screw sebagai poros karena antar sisi ulir saling simetri
sehingga dapat dikategorikan poros.
4.5.1 Analisa Gaya
Skema gaya pada alat sebagai berikut :
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
36/45
80
F1
F2
F2 cos
F1 cos F1 sin
F2 sin
Gambar 4.27 Gaya Tarik F1 dan F2pada Belt
Keterangan :
F1dan F2merupakan gya tarik padapulley
Karena sistemPulley
dan Belt hanya sebagai
transmisi daya, = 0
Sehingga,
F1 =196,227 kgf
F2= 76,442 kgf
BH (Gaya pada bearing arah Horizontal) dan Bv (Gaya pada
bearing arah Vertikal)
F merupakan Gaya pengaduk:
F = 8,05 kgf
W1 = W2
= m . g= (3 + 0.75 + 0.5) kg . 9.81
= 4,25 kg . 9.81
= 41,35 kgf
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
37/45
81
I I
II II
F1 + F2
V1
X1
+ Mt
Gambar 4.28 Reaksi tum uan arah horizontal
4.5.1.1 Reaksi Tumpuan Horizontal
+ = 0 ;BH+ (F1 + F2) +8,05-8,05 = 0
BH = - (196,227 + 76,442)
BH = - 272,669 N
+ = 0 ;BV(4W + Wporos +pulley) = 0
BV= (4 x 41,35 N) + 215 N
BV= 380,4 N
Potongan I - I
+ = 0F1 + F2 -V1= 0
V1 = (196,227 + 76,442)
= 272,669
+ = 0- Mt+ (F1 + F2) . X1 = 0Mt = 272,669 (X1)
( 0 0,05 )= 0 = 272,669 . 0 = 0= 0,025 = 272,669 . 0,025 = 6,816
= 0,05 = 272,669. 0,05 = 13,633
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
38/45
82
0,05 m
X2
F1 + F2
BH
V2
+ Mt
Potongan II - II
+ = 0F1 + F2V2 +BH= 0
V2 = (196,227 + 76,442) - 272,669
= 272,669 - 272,669
= 0
+ = 0- Mt+ (F1 + F2) . (0,05 + X2 ) + BH(X2) = 0
Mt = 272,669 (0,05 + X2) - 272,669 (X2)
= 13,633 + 272,669 .X2 - 272,669 .X2
= 13,633
( 0,06 0,7 )= 0,3 = 13,633= 0,5 = 13,633= 0,7 = 13,633
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
39/45
83
0,05 m 0,7 m
Fr
Fa
F
Gambar 4.29 Diagram Momen arah Horiontal
Gambar 4.30 Gaya Pada Bearing
Diagram Momen arah Horizontal
4.6 Perhitungan Bearing Pada Poros / Ulir Penggerak
Dari analisa dan perhitungan pada bagian sebelumnya
diperoleh data-data sebagai berikut :
Gaya pada bantalan :
Fa = FV
Fa = 380,4 N = 38,04 kgf
Fa = 38,04 kgf
Fr = FH
Fr = 272,6 N = 27,26 kgf
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
40/45
84
4.6.1 Beban Eqivalen Bantalan
Untuk mengetahui beban eqivalen pada bantalan dapat
diketahui melalui persamaan :
= Dimana :
P = beban ekivalen, lbf
Fr = beban radial, lbf
Fa = beban aksial, lbf
V = faktor putaran (konstan) bernilai :
1,0 untuk ring dalam berputar
1,2 untuk ring luar yang berputar
X = konstanta radial (dari tabel, dapat dilihat pada lampiran)
Y = konstanta aksial (dari tabel, dapat dilihat pada lampiran)
Cara memilih harga X dan Y dapat dilakukan dengan langkah-
langkah sebagai berikut :
Diameter Poros : dm= 40 mm
= ,
= 0.0168Jadi, nilai e = 0,22
=,
,= 1,408Sehingga :
>e
Maka Harga X dan Y Berdasarkan tabel Beban Eqivalen
Bearing.
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
41/45
85
X = 0,56 dan Y = 1,99
Nilai Fsball bearing = 2,5 ( Heavy Shock Load )
V= 1 ( ring dalam yang berputar )
Jadi Beban Eqivalen Bantalan adalah :P = V . X. Fr+ Y . Fa
= 1 . 0,56 . 60,108 + 1,99 . 84,672
= 33,660 + 168,497
= 202,157 lbf
= 91.681 kgf
4.6.2 Menghitung Umur BantalanUntuk mengetahui berapa umur bantalan yang nantinya diganti
baru, maka umur bantalan sebaiknya diganti dengan umur :
L =
CP
b
Dimana :
C = 1670 kgf (ball bearing)b = 3 (untuk ball bearing)
n = 70 rpm (putaran poros)
Maka, umur bantalan ,
=
p ,
= (18,215)3
= (238,095 6043,486)
= 1438923,82
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
42/45
86
n
NM
t 000.974
4.7 Perhitungan Pasak
Pada perencanaan dimensi pasak, bahan direncanakan
menggunakan bahan ST 37 dan diketahui diameter poros 35 mm.
Sehingga didapat datadata sebagai berikut :Syp = Tegangan ijin bahan menggunakan ST 37
Yang mempunyai nilai 21,46 kg.f/mm2
W = Lebar pasak 4,5 mm (tabel E1)
N = Angka keamanan = 2,5 (tabel G)
Ks = Koefisien tegangan geser (0,6)
Kc = Koefisien tegangan kompresi (1,2)
T1 = Momen torsi Motor (8905,142kg mm)
= 974.000, Hp p
= 974.000 x 0,00914
= 8905,142 kg.mm
4.7.1 Perhitungan panjang pasak pada poros berdasarkan
tegangan geser
Gambar 4.31 Gaya geser pada pasak
N
SypK
DLW
T sS
12
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
43/45
87
SypKDW
NTL
s
2
2/46,216,0305,4
5,2142,89052
mmkgfmmmm
mmkg
mm61,25 (Poros)
4.7.2 Perhitungan panjang pasak pada poros berdasarkan
tegangan kompresi
Gambar. 4.32 Gaya kompresi pada pasak
N
SK
DLH
TYPc
c
4
DWSypK
NTL
C
4
mmmmmmkgf
mmkg
305,4/46,212,1
5,2142,890542
mm61,25
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
44/45
88
4.8 Pembahasan Hasil Pengujian Mesin
Dari percobaan proses pelorodan malam pada kain batik
diperlukan waktu pelorodan dengan hasil yang optimal, sebagai
berikut :
Tabel 4.4Hasil Percobaan Mesin Pelorod Malam Kain Batik
Pengujian Waktu Pelorodan Kandungan Malam
1 3 menit 50%
2 4 Menit 40%
3 5 Menit 35%
4 6 Menit 33%5 7 Menit 20%
Berdasarkan pengujian Mesin Pelorod Malam Kain Batik
didapatkan waktu optimal untuk pelorodan adalah selama 7 Menit
dengan kandungan malam tersisa 20%.
7/23/2019 Perencanaan dan perhitungan mesin
45/45
Halamanini sengaja dikosongkan
Recommended