Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 59

Bab III

Rem ( Break ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:

• Memahami fungsi Rem • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya

3.1. Teori Pengenalan Fungsi utama rem adalah menghentikan putaran poros, mengatur putaran poros dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki. Efek pengeremanan secara mekanis diperoleh dengan gesekan , dan secara listrik diperoleh dengan serbuk magnet, arus pusar, fasa yang di balik, arus searah yang dibalik, atau penukaran katup. Rem geskan dapat diklasifikasikan menjadi.

A. Rem Blok ( Tunggal dan ganda ) B. Rem Drum C. Rem cakra D. Rem Pita

3.1.1. Rem Blok Tunggal

Rem blok macam yang paling sederhana, terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem, biasanya pada blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus.

Qf .µ= …….kg

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 60

dimana : f = Gaya gesek yang ditimbulkan pada rem ( kg ) µ = Koefisien Gesek

Q= Gaya tekan blok terhadap drum ( kg )

Momen T yang diserap oleh drum rem adalah :

)2/.(.)2/( DQTatauDfT µ== .......kg.m

Dimana : D= Diameter Drum Rem ( mm )

Jika garis kerja gaya f melalui engsel tuas, maka dari keseinbabgan momen

adalah :

1

2

1

2

12

.

.

0

l

lf

l

lQF

FlQl

µ==

=−

Dimana : F = Gaya yang diberikan pada tuas

1l = Panjang tuas rem

2l = Jarak ensel tuas sampai garis kerja Q

Dalam pelayanan manual, besarnya gaya F kurang lebih 15 sampai 20 kg. Gaya

tekan pada blok rem dapat diperbesar dengan memperpanjang 1l .

Satu hal yang yang kurang menguntungkan pada rem blok tunggal adalah gaya tekan yang bergerak satu arah saja pada drum, sehingga pada poros timbul momen lentur yang bekerja serta gaya tambahan pada bantalan yang tidak dikehendaki. Demikian pula pada pelayanan manual jika diperlukan gaya pengereman yang besar tuas perlu dibuatkan sangat panjang sehingga kurang ringkas, karena alasan-alasan inilahj maka rem blok tunggal tidak banyak dipakai pada mesin yg memerlukan momen pengereman besar. Persamaan keseimbangan momen pada tuas berbentuk sebagai berikut.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 61

( )

1

2

1

2

12

.

.

/

0.

l

clfF

l

fclfF

fcFllQ

µµ

µµ

+=

+=

=+−

Untuk putaran berlawanan jarum jam

1

2

.

.

l

clfF

µµ−=

Bila engsel menjauhi garis kerja gaya f dengan jarak c dalam arah menjahui

sumbu poros maka untuk arah putaran sesuai dengan jarum jam :

1

2

.

.

l

clfF

µµ+=

untuk putaran berlawanan dengan jarum jam :

1

2

.

.

l

clfF

µµ−=

Untuk gaya tekan persatuan luas adalah :

)./( hbQp = ................kg/mm 2

Dimana :

)2/sin(. αDh =

=α Sudut kontak besarnya antara 00 70/50 ds

Tekanan yang dijinkan ap dapat dilihat dalam tabel. 3.6

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 62

Kecepatan keliling drum rem

)/.......(..........100060

.. 1 smnD

v×

= π

Kapasitas Rem

)./(........(...................... 2 smmmkgvpµ

Harga batas yang tepat dari kapasitas rem tergantung pada macam dan kontruksi rem serta bahan lapisannya. Pada umumnya kondisi kerja juga mempunyai pengaruh seperti berikut :

• ( )[ ]smmmkg ./.1,0 2 atau kurang, untuk pemakaian jarang dengan

pendinginan radiasi biasa.

• ( )[ ]smmmkg ./.06,0 2 atau kurang, untuk pemakaian terus menerus.

• ( )[ ]smmmkg ./.3,0 2 atau kurang, jika radiasi sangat baik.

3.1.2. Contoh soal : Sebuah drum rem diameter =300 mm, dipasang pada sebuah poros yang mempunyai putaran = 250 rpm, dengan daya = 1,6 kW dan gaya pada ujung tuas F = 20 kg. Perbandingan rem tersebut dengan udara sekitarnya ditanya :

1. berapa panjang tuas, agar putaran poros berhenti ( panjang kurang dari 1 meter )

2. Berapa ukuran bahan gesek ( asbes ) yang di perlukan 3,0. =asbesµ

Jawab : 1. daya yang akan di rem = 1,6 kW

Putaran Drum rem = 250 rpm Untuk pendinginan udara sekitarnya.

2. faktor koreksi = fc ( lihat tabel 2.3 ) di dapat fc = 1,2 3. Daya rem rencana

kWfPP cd 92,12,16,1 =×=×=

Maka direncanakan daya nominal motor = 2 kW 4. Momen puntir yang di teruskan :

mmkgn

PT d .7792

250

92,11074,91074,9 55 =××=××= a

5. Diketahui bahan drum Besi cor ; 3,0. =asbesµ

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 63

6. substitusia a ke b )2/(3,0 DQT ×=

kgD

TQ 173

)2/300(3,0

7792

)2/(3,0=

×=

×=

7. Gaya Rem: kgQf 9,511733,0 =×=×= µ

8. Gaya pelayanan F bila drum berputar searah jarum jam kgF 20=

mmf

ll

clfF 943

203,0

)303,0(100

;.

.1

1

2 =

×+

===>−=µ

µ

9. Gaya tekan persatuan luas :

Misalkan tekanan permukaan = ap =0,03 kg/mm 2 Cek tabel 3,6 koefisien

gesek & tekanan rem. Dan sudut kontak 050=α ,maka : 03,0/173.);./(17303,0);./( ===>===>= hbhbhbQp

dimana : mmDh 78.12625sin.300)2/50sin(. 00 ===

mmb 4,45127

5767

127

03,0/173 === � 50 mm

10. Tekanan rem yang sesungguhnya : )/(027,0)50127/(173)./( 2mmkgbhQp =×==

11. Kecepatan keliling drum rem

)/(93,3000.60

250300

100060

.. 1 smnD

v =××=×

= ππ

12. Kapasitas Rem = )./(.(032,093.3027,03,0.. 2 smmmkgvp =××=µ

13. Maka perencanaan rem di dapat :

14. )(9501 mml = ; )(50 mmb = ; )(127 mmh =

3.1.3. Rem Blok Ganda

Kelemahan dari rem blok tunggal adalah timbulnya momen lentur pada poros dan gaya tambahan pada bantalan, karena disebabkan gaya tekan hanya dalam satu arah. Untuk mengatasi hal tersebut di pakai dua blok rem yang menekan drum dari arah yang berlawanan. Dalam hal ini rem blok ganda hanya di tinjau tekanan dari luar, dan untuk rumus rumus dan tabel dapat dipakai dari rumus blok tunggal.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 64

Karena di pakai dua buah blok, maka momen T yang di serap oleh rem dapat dinyatakan dengan rumus, dengan catatan bahwa besarnya gaya rem dari kedua blok harus sama atau hampir sama.

';' QQtuaspadagayaffremGaya ≈=≈=

Maka :

DfDfDfT .)2/(')2/( ≈×+×=

Atau DQDQDQT ..)2/('.)2/(. µµµ ≈×+×=

Q dapat dihitung dengan perbandingan tuas sebagai berikut :

'

'

''

'

e

ee

c

c

a

aaFQ

+××+×=

Daya rem dapat diketahui :

51

1074,9

.

×= nT

Pb

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 65

3.1.4. Contoh soal :

Pada rem blok ganda seperti yang di perlihatkan pada gambar, dimisalkan

a= 520 mm, a’=80 mm, c = 80 mm, c’ = 160 mm, e = 300 mm, e’ = 300 mm, dan D = 600 mm, jika berat F adalah 60 kg dan putaran drum rem adalah 100 rpm, berapakah besar daya rem yang dapat di rem, dalam hal ini untuk 25,0=µ

Jawab : 1. gaya tekan Blok :

kge

ee

c

c

a

aaFQ 450

300

300300

160

80

80

8052060

'

'

''

' =+××+×=+××+×=

2. Momen T yang di serap oleh drum rem :

kgDQT 6750060045025,0.. =××== µ

3. Daya rem :

kWnT

Pb 9,61074.9

10067500

1074,9

.55

1 =××=

×=

3.1.5. Rem Drum

Rem untuk otomobil berbentuk rem drum dan rem cakra. Rem drum mempunyai ciri lapisan rem yang terlindungi, dapat menghasilkan gaya rem yang kecil, dan umur lapisan rem cukup panjang. Satu kelemahan rem drum adalah pemancaran panasnya buruk, blok rem dari rembiaanya disebut sepatu rem, Gaya rem tergantung pada letak engsel sepatu rem dan silinder hidrolik serta arah putaran roda.

Biasanya macam seperti ini seperti gambar di bawah yang terbanyak dipakai, yaitu memakai sepatu depan dan belakang Gambar ( a ) , meskipun roda berputar dalam arah yang berlawanan, gaya rem tetap besarnya. Gambar ( b ) memakai dua sepatu depan, dimana gaya rem dalam satu arah putaran jauh lebih besar dari pada dalam arah yang berlawanan, gambar ( c ) di sebut dua servo.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 66

3.1.6. Contoh Soal : Sebuah Rem otomobil mempunyai ukuran sebagai berikut, a = 162 mm, b = 77 mm, e = 86 mm, dengan 38,0=µ . Tentukan Gaya F untuk mengembangkan

sepatu rem dan mendapatkan gaya kgfff 64721 =+= , gaya f diperoleh

dengan perhitungan seperti di bawah ini :

Berat seluruh kendaraan W = 1320 ( kg ) Diameter ban Efektif D = 562 ( mm ) Diameter dalam drum rem d = 228 ( mm ) Kecepatan mobil V = 50 ( km/h 0, v = 13,9 ( m/s ) Jarak pengereman S = 12,4 ( m ) Atas dasar dia tas, jika enesi kecepatan yang harus dihabiskan sampai mobil berhenti adalah sama dengan kerja rem pada 4 roda, maka : 1. gaya f di dapat :

4)/.()2/(. 2 ××= SDdfgvW

)44,12)562/228()8,92/(9,131320 2 ×××=×× f

2. Untuk sepatu depan

077)38,0/(86162

0)/(

=÷+×−×−=×+×−×−

ll

ll

ffF

bfefaF µ

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 67

FFf l .389,16,116

162 ==

3. Untuk sepatu belakang :

077)38,0/(86162

0)/(

=÷−×−×−=×−×−×−

tt

tt

ffF

bfefaF µ

FFf l .516,06,288

162 ==

4. Gaya tiap rem adalah :

kgfff 64721 =+= atau

kgF

FF

332561,0389,1

647

647561,0389,1

=+

=

=+

Menurut perhitungan dari pabrik, gaya rem total adalah 1030 kg pada diameter luar roda, untuk mobil yang sama. Harga ini hampir sama dengan 647 kg X 4 X 228/562 = 1050 kg, dengan dasar perhitungan diatas, gaya untuk menekan sepatu roda belakang adalah 149 kg, yang ternyata sangat berbeda dengan 332 kg yang didasarkan perhitungan diatas. Dalam keadaan darurat, pengereman dilakukan dengan perlambatan sebesar :

)/(.' 2smge=α

Dimana : 8,05,0 −=e ; )/(8,9 2smg =

Gaya Reaksi pada roda depan :

heWLW DD ..' = ;

LheWW D /..' =∴

Dimana :

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 68

DW = Beban Roda Depan dalam keadaan jalan biasa. ( kg )

L = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) h = Tinggi titik berat ( mm )

Untuk Beban Dinamis roda depan dDW adalah :

)/.(. LheWWW DdD +=

Jika titik singgung roda depan dengan jalanan , diambil sebagai engsel, maka pengurangan gaya reaksi pada roda belakang adalah :

LheWW B /..' =∴

Dimana :

BW = Beban Roda Belakang dalam keadaan jalan biasa. ( kg )

L = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) h = Tinggi titik berat ( mm )

Untuk Beban Dinamis roda depan dDW adalah :

)/.(. LheWWW BdB −=

Perlambatan 'α yang terjadi pada masa mobil ( W / g ) adalah disebabkan oleh gaya gesek W.µ

Sehingga menurut hukum newton kedua :

')/(. αµ gWW =

eg == )/'(αµ

Gaya rem untuk roda depan pada diameter luarnya adalah

)..(L

heWWeB DID +=

Dimana :

IDB = Gaya rem ( kg )

DW = Beban Roda Depan dalam keadaan jalan biasa. ( kg )

L = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) h = Tinggi titik berat ( mm ) Gaya rem untuk roda Belakang pada diameter luarnya adalah

)..(L

heWWeB DID −=

Luas penampang piston silinder hidrolik adalah :

100/)4/( 2wDwD dA π=

100/)4/( 2wBwB dA π=

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 69

Dimana :

wDA = Luas penampang Piston roda depan ( cm 2 )

wBA = Luas penampang Piston roda belakang ( cm 2 )

wDd = Diameter Piston silinder hidrolik roda depan ( mm )

wBd = Diameter Piston Silinder Hidrolik Roda belakang ( mm )

Jika tekanan minyak adalah )/( 2cmkgpw , Gaya tekanan wwD pA . dan wwB pA .

( kg ) akan dikenakan pada masing-masing roda depan dan roda belakang. Tekanan kontak pada lapisan rem tergantung pada letaknya yaitu :

)(. maxmax llll CosPP θθ −=

Dimana :

lP = Tekanan Kontak pada letak lθ dari sumbu Y.

maxlP = Tekanan Kontak maksimum

maxlθ = adalah sudut tekanan kontak maksimum.

Untuk gaya rem yg di perlukan dari persamaan gaya gaya rem sebelumnya,

gaya rem per gandar dDB dan dBB dapat dinyatakan dengan rumus sebagai

berikut :

R

rApFERB D

wDwDdD ...)(2=

Dan

R

rApFERB B

wBwBdB ...)(2=

eWBB dBdD =+

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 70

Dimana :

dDB = Gaya rem gandar roda depan

dBB = gaya rem gandar roda belakang

FER = faktor Efektivitas Rem

wp = Tekanan Minyak )/( 2cmkg

wDA = Luas penampang Piston roda depan ( cm 2 )

wBA = Luas penampang Piston roda belakang ( cm 2 )

Dengan harga e tersebut, jarak rem pada kecepatan V = 50 ( km/h) atau v = 13,9 ( m/s ) dapat diperoleh dengan ;

eg

vS

2

2

=

3.1.7. Rem Cakra

Rem Cakra terdiri dari sebuah cakra dari baja yang di jepit oleh lapisan rem dari kedua sisi pada waktu pengereman. Rem ini biasanya mempunyai sifat sifat yg baik seperti mudah di kendalikan, pengereman yang stabil dan radiasi yang baik, sehingga sangat baik untuk roda depan, kelemahannya adalah umur lapisannya yang pendek, serta ukuran silinder yang besar pada roda.

Momen Rem dari satu sisi cakra adalah :

mRFKT 11 µ= ( kg.mm )

dimana : µ = Koefisien Gesek lapisan

F = Hasil perkalian antara luas piston atau silinder roda wA dan

tekanan minyak wp

1K =

+− 2

21

21

)(.

1)2/sin(3

2RR

RR

φφ

dimana R = Jari jari roda.

mR = 2

21 RR +

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 71

Perhitungan ini untuk membuat keausan lapisan yang seragam, baik dekat poros maupun diluar, dengan jalan mengusahakan tekanan kontak yang merata, Jika 12 5,1 RR = maka :

01 25021,1 == φuntukK

02 4504,1 == φuntukK

Satu cakara ditekan oleh gaya 2×P dari kedua sisi, jika pusat ada di rRK =11. , maka faktor faktor efektivitas rem adalah :

µ2/2)( == FrTFER

Gaya Rem pada diameter luar roda adalah :

R

rApFERB wwd ..).(2=

3.1.8. Rem Sabuk / Band brake Rem sabuk sederhana terlihat secara sistimatik pada gambar dibawah ini. Pada gambar (b) dengan skala diperbesar, gaya bekerja pada element dari lining yang terletak antara dua bidang aksial dengan sudut kecil d. Gaya tarik pada sisi yang ketat sama dengan gaya tarik T sisi yang longgar di tambah penambahan dT. Reaksi dari drum tertekan adalah gaya reaksi dR. Gaya dR.µ sama dengan dT.

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 72

Maka :

dRDT .µ=

Jika sudut d sangat kecil, komponen kedalam dari gaya tangensial adalah T x d, yang mana sama dengan reaksi dR. Kemudian :

ϕµ dTdT ..=

ϕµ ..dT

dT =

Gaya pada sabuk T berpariasi dari 2T diamanaϕ sama dengan nol, ke 1T

dimana ϕ mempunyai harga αϕ =

Maka persamaan di intergrasikan :

µαeT

T =2

1

Harga fungsi ekponensial µαe dapat dilihat dalam tabel : Biasanya pengereman adanya gaya P yang bekerja pada ujung tuas. Pada diffrensial band brake berlaku persamaan :

).(.. 212µαeabTaTbTPa −=−=

dan

max1 .. prbT =

Elemen Mesin II

Iwan Ridwan ST 73