46952304-perencanaan-elemen-mesin

Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya

FTI - Teknik Mesin

Tugas Perencanaan Elemen Mesin

Gear Box

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Dalam dunia industri, hampir semua mesin-mesin untuk

industri maupun mesin-mesin yang dipakai oleh masyarakat,

menggunakan sistem transmisi (gear box). Untuk mempermudah

menjalankan beban yang berat agar motor dapat dengan mudah untuk

memindah, mengangkat atau mendorong beban yang berat tersebut.

Dalam hal ini penulis mengambil judul “PERENCANAAN

SISTEM TRANSMISI (GEAR BOX)”. Dalam tugas ini membahas

mengenai segala sesuatu yang ada dalam sistem transmisi (gear box).

1.2. MAKSUD DAN TUJUAN PENULISAN

Mengacu pada tujuan pendidikan di perguruan tinggi, maka

maksud penulisan ini adalah:

1. Menyiapkan mahasiswa menjadi anggota masyarakat yang

memiliki kemampuan akademik yang dapat menerapkan,

mengembangkan dan menciptakan ilmu pengetahuan dan

teknologi untuk berperan serta dalam pembangunan.

2. Mengembangkan ilmu pengetahuan dan .

3. Memperdalam ilmu dan merencanakan dimensi bagian

mesin serta hal-hal lain, sehinggga dapat diterapkan di

lapangan.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

2

Tujuan dari penulisan ini adalah mentransmisikan daya dari

putaran penggerak (motor listrik, turbin motor bensin, dll).

1.3. BATASAN MASALAH

Dalam perencanaan gear box ini diperlukan elemen-elemen

pendukung yang memiliki kekuatan tertentu sesuai dengan kebutuhan

dengan besarnya daya yang dipindahkan. Masalah dari tugas ini adalah

pada dimensi dari elemen yang mempengaruhi perencanaan sistem

transmisi (gear box), diantaranya adalah:

1. Roda gigi.

2. Poros

3. Pasak

4. Bantalan.

5. Pelumasan

1.4. SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika pembahasan pada tugas ini adalah sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang masalah, batasan

permasalahan dan sistematika penulisan.

BAB II : TEORI PENUNJANG

Berisi tentang teori penunjang yang digunakan dalam

penyelesaian permasalahan-permasalahan pada tugas ini

yaitu mengenai roda gigi, poros, pasak, bantalan dan

pelumasan.

BAB III : PERENCANAAN RODA GIGI (GEAR BOX)


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

3

Berisi tentang gambar mengenai perencanaan sistem

transmisi (gear box)

BAB IV : PERANCANGAN POROS, PASAK, BANTALAN,

DAN PELUMASAN

Bab ini berisi tentang perhitungan perencanaan poros,

perhitungan perencanaan pasak, perhitungan perencanaan

bantalan, perhitungan perencanaan pelumas.

BAB V : PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan hasil perencanaan eksperimen

sistem transmisi (gear box).


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

4

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1 SISTEM TRANSMISI (RODA GIGI)

Pada dasarnya sistem transmisi ( roda gigi ) merupakan suatu

alat atau mekanisme mentransmisikan daya. Tranmisi daya dengan

memakai sistem tranmisi ( RODA GIGI ), adalah pemindahan daya yang

dapat memberikan putaran yang tetap maupun putaran yang berubah.

Sehingga banyak dipergunakan pada bidang industri baik berskala besar

maupun kecil. Dengan menggunakan sistem transmisi ini

menguntungkan, diantaranya:

1. Dapat dipakai untuk putaran tinggi maupun rendah.

2. Kemungkinan terjadinya slip kecil

3. Tidak menimbulkan kebisingan.

Sedangkan sistem transmisi ( RODA GIGI ) tersebut memiliki

bermacam macam jenis dan kegunaannya.

2.2 MACAM – MACAM SISTEM TRANSMISI (RODA GIGI)

2.2.1 RODA GIGI LURUS (SPUR GEAR)

Roda gigi lurus harus dipakai untuk mentransmisikan daya

dan gerak pada dua poros pararel. Dalam suatu rangkaian roda gigi

berpasangan. PINION merupakan roda gigi penggerak dan GEAR

merupakan roda gigi yang digerakkan.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

5

Gambar 2.1. Roda Gigi Lurus

Persamaan yang digunakan pada spurs gear:

a) Perbandingan kecepatan / ratio velocity ( rv )

2

1

2

1

1

2

d

d

Nt

Nt

n

nD

Dimana:

rv = perbandingan percepatan

n1, n2 = putaran roda gigi (rpm).

Nt1, Nt2 = jumlah gigi (buah).

d1 ,d2 = Diameter Roda gigi (mm).

b) Jarak poros antara dua roda gigi (C).

InchC2

dd 21

Dimana:

C = jarak poros antara dua roda gigi (inch).

d = diameter roda gigi (inch).

c) Diametral Pitch (P).


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

6

Inchi

JumlahGigiP

d

Nt

Dimana:

Nt = jumlah gigi (buah).

d = diameter lingkaran pitch (inch).

d) Standart ukuran roda gigi:

Nama

2

114 20° 20° dipotong 25°

Addendum (A) P

1

P

1

P

8,0

P

1

Dedendum (b) P

157,1

P

25,1

P

1

P

25,1

Tinggi gigi © P

157,2

P

25,2

P

8,1

P

2

Tinggi kontak (d) P

2

P

2

P

6,1

P

2

celah dc

ab

P

/

157,0

P

25,0

P

2,0

P

25,0

e) Jari – jari base circle :

Rb = r cos ; 2

dr

Dimana:

r = radius pitch circle (in)

= sudut kontak (o)

f) Kecepatan putaran roda gigi (Vp).


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

7

12

ndπ vp

Dimana:

Vp = kecepetan putaran

D = diameter roda gigi (inch).

N = putaran roda gigi (rpm).

g) Gaya – gaya pada roda gigi lurus, meliputi:

Torsi yang dipindahkan (T).

in

lbT

n

daya63000

Gaya tangensial (Ft).

Vp

N33.000Ft

Dimana:

Ft = Gaya tangensial.

N = daya.

Vp = kecepatan garis kontak

n = putaran roda gigi (rpm)

Gaya Normal (Fn).

lbFt

Fncos

Gaya Radial (Fr).

SinFnFr


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

8

Gaya Dinamis (Fd).

FtFd

600

Vp600 Untuk 0 < Vp 2000 ft / menit

FtFd

1200

Vp)1200 Untuk 2000 <Vp 4000 Ft/menit

FtFd

78

)Vp(78 Untuk Vp > 4000 Ft/menit

Dimana Fw Fd dan Fb Fd

Dimana:

Fd = beban dinamis ( lb )

Vp = kecepatan putaran roda gigi ( Ft/menit )

Ft = Gaya tangensial.

h) Menentukan lebar gigi ( b ).

k.Q.d

Fdb

21

2

dd

2d

Q

Dimana:

b = lebar gigi ( inchi ).

Fd = beban dinamis ( lb ).

d1 = diameter pinion.

d2 = diameter gear.

Q = factor beban.

k = factor beban terkecil.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

9

Syarat keamanan: p

13b

p

9

Gambar. 2.2. Distribusi Gaya-Gaya.

Penjelasan distribusi gaya-gaya:

Gaya radial ( Fr ) = Gaya yang berimpit dengan jari-

jari.

Gaya tangensial = Gaya yang biasa disaebut sebagai

garis singgung.

Gaya normal = Gaya yang tegak lurus bidang.

i) Menentukan baban ijin bending ( Fb ).

p

ybsFb ..0


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

10

Dimana:

y = faktor bentuk Lewis

s = ketahanan permukaan ijin

j) Koreksi Metode AGMA.

Sad = KrxKt

KiSat Psi

Dimana :

Sad = Tegangan ijin max perencanaan ( Psi )

Sat = Tegangan ijin bahan ( Psi )

Ki = Faktor umur = 1 sembarang umum

Kt = Faktor tempratur = 1

Kr = Faktor keamanan = 1,333

Tegangan yang pernah terjadi pada kaki gigi ( t ).

t = jBKv

KmKsPKoFt

t = Tegangan yang terjadi ( Psi )

Ft = Gaya tangensial ( lb )

Ko = Faktor koreksi beban lebih 1, 25

Ks = Faktor koreksi ukuran = 1

Km = Faktor koreksi distrubusi beban

Kv = Faktor koreksi distribusi beban


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

11

j = Faktor koreksi beban lebih 1, 25

P = diameter Pitch

b = lebar gigi

Syarat keamanan; sad > t

2.2.2 RODA GIGI KERUCUT / KONIS ( BEVEL GEAR )

Roda gigi ini dipakai untuk memindahkan daya dengan

kedudukan poros yang tidak pararel dan saling berpotongan, baik yang

membentuk sudut 900 maupun yang lebih, Bevel gear ini paling baik

untuk jenis roda gigi konis, karena yang memuat gigi memang sudah

berbentuk konis, dan tidak berbentuk silindris.

Type-type Bevel Gear:

a). Straight bevel gear ( untuk putaran rendah, paling sederhana )

b). Zerol bevel gear ( memiliki gigi melengkung dengan spiral nol )

c). Spiral bevel gear.

d). Hypoid bevel gear.

Keterangan:

1. Roda gigi konis dengan gigi lurus ( straight bevel gear ) adalah

jenis bevel gear yang paling sederhana, dimana berdasarkan

kenyataan bahwa giginya dipotong / dibuat lurus, mengecil ke

dalam ( taper ).

Perbandingan kecepatan untuk bevel gear adalah:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

12

rv = drivern

drivenn

Sedang sudut antara kedua poros roda gigi adalah jumlah dari sudut

pitch-nya:

= +

Dimana:

= sudut poros

= sudut pitch gear

= sudut pitch pinion

Sudut picth dapat dicari dengan rumus:

Tan = ΣcosNtg)/(Ntp

Σsin

tan = ΣcosNtp)/(Ntg

Σsin

Dengan demikian apabila sudut poros = 900, maka:

tan = Ntp

Ntg

tan = Ntg

Ntp

2. Jumlah gigi equivalent dapat dihitung dengan :


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

13

Nt’g = Γcos

Ntg ; Nt’p =

γcos

Ntp

Dimana:

Nt’ = jumlah gigi equivalent

Nt = jumlah gigi sebenarnya

3. Kekuatan gigi bevel.

4. Bahan dinamis untuk bevel gear.

Kecepatan pitch-line = Vp, dan yang dipakai pada persamaan ini

dicari pada pitch diameter rata-rata

Diharapkan besarnya = Fb Fd

5. Beban keausan ijin dapat memakai rumus:

Estimasi beban keausan ijin dapat memakai rumus:

Fw = γcos

'Q.k.dp

dp = diameter pitch diukur dari bagian belakang gigi

Q = tgN'tpN'

tgN'2

Dimana:

N’tp dan N’tg = jumlah gigi eqivalent pada pinion dan gear.

6. Metode AGMA untuk perencanaan bevel gear.

Faktor koreksi khusus bevel gear persamaanya adalah:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

14

t = j.b.Kv

Km.Ks.P.ko.Ft

Dimana:

t = Tegangan yang terjadi sepanjang kontak gigi ( psi )

Ft = Beban transmisi ( lb ) didasarkan pada harga diameter

picth yang paling besar.

Kt = Faktor keamanan ( kepercayaan )

Dari dua persamaan diatas, maka harga t harus lebih kecil atau

sama dengan Sad ……..maka t Sad.

Ko = Faktor koreksi beban lebih ( lihat table pada spurs

gear….table 4 )

P = Diameter pitch, diambil harga yang palig besar.

Ks = Faktor koreksi ukuran ( diambil dalam grafik )

Km = Koreksi distribusi beban.

Kv = Faktor dinamis, memakai grafik untuk spor gear.

b = lebar gigi.

J = factor geometri, dilihat dari grafik untuk sudut tekan 200

dan 250 pada bevel gear dan gigi lurus.

Tegangan maksimum untuk perencanaan menurut AGMA:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

15

Sad = r.t

lat

KK

K.S

Dimana:

Sad = Tegangan ijin maksimum perencanaan. ;( psi )

Sat = Tegangan ijin material ;( psi )

Kl = Faktor umur………………………… lihat pada spurs gear

= Faktor temperatur……lihat cara mencari pada spor gear.

7. Keausan

Untuk perhitungan keausan, persamaan AGMA dapat

dipakai sebagai dasar perhitungan

c = Cp . I.b.d.C

C.C.C.C.F

v

fmsot

c = Tegangan kontak yang terjadi.

Cp = Koefisien yang dipengaruhi oleh sifat elastis beban.

Ft = Gaya tangensial yang terjadi / dipindahkan yang

didasarkan pada harga diameter picth yang terbesar.

Co = overload faktor.

Cv = faktor dinamis.

d = diameter pitch pinion diambil yang terbesar ( in )


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

16

b = lebar gigi, diukur pada lebar gigi yang bersentuhan dengan

gigi pasanganya.

Cs = faktor ukuran.

Cm = Faktor distribusi beban.

I = faktor geometri.

Cf = faktor kondisi permukaan

Setelah mencari harga c, kemudian harga ini harus memenuhi

persyaratan;

c Sac .

RT

HL

C.C

C.C

Dimana:

Sac = Tegangan kontak ijin.

CL = Faktor umur

CH = Faktor pengerasan

CT = Faktor temperatur

CR = Faktor keamanan.

Daya maksimum yang dapat dipindahkan bila didasarkan pada

keausan dapat dicari dengan rumus:

Pac =

RTp

HL

C.C.C

C.C.Sad

CoCf..Cs.126000

Cv.I.b.np


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

17

Gambar 2.3. Roda Gigi Kerucut

2.2.3. RODA GIGI MIRING ( HELICAL GEAR )

Roda gigi miring dipakai untuk memindahkan daya yang

kedudukan porosnya pararel maupun tidak pararel. Perbedaan secara

umum dengan roda gigi lurus, pada roda gigi miring dipakai untuk

putaran tinggi ( > 3600 rpm ) dan pemindahaan daya besar serta

masalah kebisingan tidak menjadi masalah.

Kerugian roda gigi ini adalah sudut HELIX yang menimbulkan

beban frusit ( beban aksial terhadap poros ) sehingga harus memakai

bantalan. Bearing bone yang dapat menahan beban tersebut sebaik

beban radial.

Rumus-rumus yang terdapat pada Helical Gear:

a) Ukuran geometri pada Helical Gear

Normal circular pitch ( Pn ) adalah jarak antara dua titik pada gigi

yang ada pada satu bidang yang tegak lurus terhadap sudut helix.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

18

Transverse Circular pitch ( P ) adalah diukur pada bidang yang

tegak lurus sumbu poros.

Aksial picth ( Pa ) adalah jarak yang diukur dari bidang yang

sejajar sumbu poros.

Pn = P . cos

Pa = P . cos

P = d

Nt

Dimana:

P = diameter pitch pada bidang yang tegak lurus sumbu poros.

t = jumlah gigi gear

d = diameter circle

Pn = normal diameter pitch

P.p = ; Pn . Pn = dan Pn = φcos

P

b) Jumlah gigi equivalent

Radius ellip

Nc = φcos2

d2

Jumlah gigi equivalent dapat dihitung dengan rumus;

Nte = Pn . 2 . rc


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

19

Dimana Pn = normal diameter pitch, dengan demikian;

Nte = Pn . 2 φcos2

d2

c) Beban dinamis pada helical gear

Dapat diperkirakan dengan rumus :

Fd = Ft78

Vp78

Dimana:

Vp = pitch line velocity

d) Tegangan bending pada helical gear

Persamaan lewis :

Fb = Pn.Kf

y.b.s

Dimana :

Fb = bidang normal.

Pn = diameter pitch

t = j.b.Kv

Km.Ks.P.ko.Ft

Sad = r.t

lat

KK

K.S


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

20

Dimana:

Ko = faktor beban lebih.

Kv = faktor dinamis

Km = faktor distribusi beban.

J = faktor geometri

Gambar 2.4. Roda Gigi Miring

2.2.4. RODA GIGI CACING ( Worm Gear )

Fungsi roda gigi ini adalah untuk menstransmisikan daya pada

poros yang paling tegak lurus dan sebagai reduser dengan

perbandingan kecepatan yang besar. Keuntungan dari Worm Gear

adalah tidak timbulnya pukulan yang terjadi pada roda gigi yang lain.

Ukuran dan persamaan:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

21

Persamaan kinematik yang penting pada Worm gear adalah :

tan = Vpw

Vpq

dw.π

I

dimana:

Vpq = kecepatan pitch line pada gear.

Vpw = kecepatan pitch line pada worm.

w = sudut lead pada worm.

I = lead = Ntw x Paw = jumlah gigi atau ulir pada

worm x axial pitch pada worm.

dw = pitch diameter worm

Pencegahan besarnya dw menurut AGMA memakai rumusan

berikut :

dw 2,2

875,0C 3 pq

Dimana:

pq = circular pitch pada gear dalam satuan inch perbandingan

kecepatan :

rv = dq.π

l

Ntq

Ntw

ww

wq

Kekuatan worm gear.

Mencari kekuatan gigi pada gear yaitu:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

22

Fb = Pn.y.Ps.Pn

b.y.s

Beban dinamis

Beban dinamis dapat diperkirakan dengan memakai rumusan:

Fd = Ft1200

Vpq1200

Dimana:

Vpq = kecepatan pada pitch line dari gear dalam feet per-

menit

Ft = Besarnya beban yang ditransmisikan besarnya

daya yang bekerja diterima pada gear.

Beban keausan

Rumus untuk mencari beban keausan:

Fw = dq . b . k’

Dimana:

dq = diameter pitch dari gear.

b = lebar permukaan gigi.

k' = konstanta yang berkaitan dengan material serta

ukuran dari roda gigi.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

23

Gambar 2.5. Roda Gigi Cacing

2.3. POROS ( SHAFT )

Poros adalah merupakan bagian / elemen dari mesin yang dalam

penggunaannya dapat berfungsi sebagai poros yang meneruskan tenaga,

poros penggerak kelep (cam-shaft) poros penghubung dan lainnya.

Beberapa definisi dari poros

1. Shaft : adalah poros yang ikut berputar untuk

memindahkan daya dari mesin ke mekanisme yang

digerakkan.

2. Axle : adalah poros yang tetap dan mekanisme yang

berputar pada poros tersebut, juga berfungsi sebagai

pendukung.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

24

3. Spindle : adalah poros yang pendek terdapat pada mesin

perkakas dan mampu / sangat aman terhadap momen bending.

4. Line shaft: (juga disebut “power transmission shaft”), adalah

suatu poros yang langsung berhubungan dengan mekanisme

yang digerakkan dan berfungsi memindahkan daya dari

penggerak ke mekanisme tersebut.

5. Jack shaft: adalah poros yang pendek, biasanya dipakai pada

dongkrak “jack” mobil.

6. Fleksibel shaft: adalah poros yang juga berfungsi

memindahkan daya dari dua mekanisme (antara motor dan

mekanisme), dimana perputaran poros membentuk sudut

dengan poros yang lainya. Daya yang dipindahkan relatif

rendah.

Poros dapat dibedakan menjadi:

a. Poros Lurus

Sebatang logam yang berpenampang lingkaran berfungsi

memindahkan putaran atau mendukung beban. Beban yang didukung poros

adalah puntir dan beban bending.

Gambar 2.6. Poros Lurus


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

25

b. Poros Bintang

Sebatang logan yang berpenampang lingkaran dan terdapat

sirip yang mempunyai bintang, poros dihubungkan dengan roda gigi tanpa

memakai pasak.

7. Persamaan yang digunakan pada poros bintang :

a) Tegangan geser maksimum ( max )

max = PsiN

Sypx0,5

Dimana:

max = tegangan geser maksimum ( Psi )

N = faktor keamanan

Syp = yield posisi dari material

b) Diameter poros

d =

N

Sypx0,5xπ

TMBx16 22

Dimana:

d = diameter poros (inch)

MB = momen bending yang diterima poros (lb. in)

T = momen torsi myang diterima poros


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

26

2.4. PASAK ( KEY )

Pasak adalah beagian dari elemen mesin, disamping digunakan

untuk menyambung, juga digunakan untuk menjaga hubungan putaran

relatif antara poros dari mesin dengan perlatan mesin yang lain. Seperti

roda gigi, pulley, sproket, cam, lever, flywheel, impeller, yang

disambungkan dengan poros mesin tersebut.

Adapun macam-macam pasak:

a. Pasak datar segi empat ( standart square key )

Type pasak ini adalah suatu type yang umumnya

mempunyai dimensi ( w ) yaitu lebar dan tinggi ( H ) yang

sama, yang kira-kira sama dengan ¼ dari diameter poros.

b. Pasak datar standart ( standart flat key )

Pasak ini adalah jenis pasak yang yang sama dengan

pasak datar segi empat, tetapi hanya disini tinggi pasak tidak

sama dengan lebar pasak tetatp itngginya mempunyai

dimensi yang tersendiri.

Dimensinya adalah:

W = lebar pasak.

L = panjang pasak

H = tinggi pasak.

c. Pasak tirus (tapered keys)


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

27

Pasak ini biasanya digunakan untuk menghubungkan

poros roda dimana poros sering direncanakan untuk

menerima gaya kompresi apabila pasak ini terpasang secara

tetap pada alur pasak diporos maupun diklopnya.

d. Pasak bidang lingkaran ( Woodruff Keys )

Pasak ini adalah salah satu pasak yang dibatasi oleh

satu bidang datar pada bagian atas dan bidang bawah

merupakan busur lingkaran ( semi circular ) hampir berupa

setengah lingkaran.

.

Gambar 2.7. Macam-macam Pasak


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

28

Persamaan yang digunakan pada pasak:

a. Gaya ( F )

F = D/2

T=

D

2T

Dimana:

F = besarnya gaya ( lb )

T = besarnya torsi ( lb/in )

D = diameter poros ( in )

b. Tegangan geser yang terjadi ( s )

s = D.L.W

Tx2

A

F

Dimana:

F = gaya pada pasak. ( lb )

W = lebar pasak ( in )

L = panjang pasak ( in )

D = diameter pasak ( in )

Syarat keamanan:

Ssyp = D.L.W

Tx2

Dimana:

Ssyp = 0,58 x Syp


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

29

N = faktor keamanan

c. Tegangan kompresi yang timbul ( c )

c = N

syp

Wdxσc

Tx4

2.5. BANTALAN ( BEARING )

Bantalan dibuat untuk menerima beban radial, aksial, ataupun

gabungan keduanya dan bantalan dapat dibedakan macamnya sebagai

berikut:

1. Bantalan gelinding bola radial :

a. Bantalan gelinding dengan bola radial.

b. Bantalan gelinding dengan bola radial dengan kotak

penyudut.

c. Bantalan gelinding aksial.

2. Bantalan gelinding dengan rol.

a. Bantalan rol silinder.

b. Bantalan rol jarum.

c. Bantalan rol tirus.

d. Bantalan rol bentuk bola.

Persamaan yang digunakan pada bantalan:

I. Umur bantalan (L10)

L10 = 6

b

10P

C


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

30

Dimana:

L10 = umur bantalan ( jam )

C = beban dinamis ( lb )

P = beban equivalen ( lb )

b = konstanta tipe bantalan

II. Beban equivalen (P)

P = Fc . { (xv . Fy) + (yFa) }

Dimana:

Fc = konstanta beban.

x = konstanta radial

v = faktor putaran

y = konstanta aksial

Fr = beban radial

Fa = beban aksial

Beberapa bentalan dinetralisis seperti terlihat pada gambar 2.9

Adapun jenis bantalan yang lain adalah bantalan rol silindris

seperti yang ditujukan pada gambar 2.10.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

31

Gambar 2.8. Macam-macam bantalan

Keterangan:

a. Rool lurus

b. Rool aksial berbentuk bola.

c. Rool aksial kerucut.

d. Jarum.

e. Rool kerucut.

f. Rool kerucut bersudut enam.

2.6. TEORI DASAR PELUMASAN

Perawatan roda gigi merupakan kelengkapan yang harus

diberikan agar kondisi operasional roda gigi selalu berjalan dengan baik.

Salah satu perawatan adalah dengan minyak pelumas pada bagian-bagian

mesin yang bergerak.

Tugas dari pemberian pelumas pada system trasmisi antara lain:


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

32

1. Untuk mengurangi keausan yang terjadi akibat dari adanya

gesekan antara dua bagian yang saling bergerak.

2. Mengurangi suara berderit pada bagian-bagian mesin yang

saling bersentuhan.

3. Mengurangi kehilangan daya akibat adanya gaya gesek antara

bagian-bagian yang bergerak yang dapat menaikkan

temperatur.

4. Membawa kotoran atau geram yang dihasilkan akibat adanya

gesekan.

Ditinjau dari segi temperatur, viskositas minyak pelumas

dipengaruhi besarnya temperatur. Semakin tinggi temperatur, maka

viscositas minyak pelumas akan turun dengan demikian untuk

pengoperasian selanjutnya minyak pelumas perlu diganti bila

viscositasnya sudah terlalu rendah.

Dalam pemilihan cara pelumasan agar mendapat hasil baik,

sangat perlu diperhatikan konstruksi dari elemen mesin yang akan

dilumasi, kondisi kerja dan letak bantalan. Disamping itu pula tempat

pelumasan, bentuk serta kekasaran alur pelumasnya juga merupakan hal

yamg penting untuk diperhatikan.

Oleh karena itu dalam memilih cara pelumasan yang spesifik

untuk problem yang ada, tergantung dari berapa besar perhatian yang

harus diberikan pada bantalan dan juga bagaimana pentingnya bantalan

dalam suatu bagian dari system tersebut.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

33

A. Macam macam pelumasan menurut bentuknya:

Pelumasan padat

Pelumasan semi padat.

Pelumasan cair.

B. Menurut caranya yang paling banyak dipakai adalah:

Pelumasan tangan ( Hand Oiling ): dipakai untuk beban

yang ringan dan kerja yang tidak kontinyu ( dilakukan

oleh tangan ), system ini tidak bekerja secara terus

menerus. Kekurangan dari metode ini adalah banyak

terjadi kebocoran, aliran pelumasan tidak teratur, tidak

kontinyu, tidak cukup menghasilkan lapisan film pelumas.

Pelumas cara ini biasanya dipakai bila tidak ada

alternative cara lain yang dapat dipakai.

Pelumasan tetes ( Drop – Feed Oiler ): minyak diteteskan

dengan jumlah yang teratur melalui sebuah katup jarum.

Cara ini juga dapat dikontrol dengan mengatur posisi

waktunya, sehingga kebutuhan pelumas sesaui dengan

yang diinginkan, dan juga kontinyuitas aliran dapat

dipertahankan. Cara ini juga lebih baik dari cara

pelumasan tangan, hanya cukup berbahaya bagi

bantalan apabila pelumasnya mengandung kotoran yang

dapat menutup lubang katup sehingga aliran terhenti.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

34

Pelumasan sumbu ( Weck – Feed Oiler ): pelumasan

dengan menggunakan sumbu untuk menghisap minyak

dan dicelupkan salah satu ujungnya kedalam reservoir

pelumas dan ujung yang lainnya di kontak langsung

dengan bantalan yang akan dilumasi, dengan gaya kapiler

pelumas terhisap dan diteruskan melalui sumbu

kebantalan. Cara ini lebih baik dari pada cara pelumasan

tangan, karena aliran pelumas dapat lebih kontinyu dan

kontinyuitas aliran juga dapat di control, ini sangat

tergantung terhadap bahan dan kontruksi sumbunya.

Gambar 2.9 Pelumasan Sumbu

Pelumasan percik dan celup ( Splash – Systems Oiled ):

bila mesin menggunakan bagian-bagian yang berputar dan

ada bantalan, minyak dari bak penampung dipercikkan

dan biasanya digunakan dalam pelumasan torak, silinder

motor yang mempunyai putaran tinggi. Seperti pada poros


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

35

engkol ( crank shaft ), roda gigi ( gear ), maka cara

pelumasan ini sangat cocok untuk mekanisme yang

mempunyai rumah kotak seperti, kotak roda gigi dengan

mekanisme gigi-giginya.

Gambar 2.10 pelumasan percik

Pelumasan cincin ( Ring – Oiled Bearing ): pelumasan ini

menggunakan cincin atau rantai yang digantung pada

poros dekat bantalan sehingga cincin ini ikut berputar

bersama poros dan mengangkat minyak yang diperlukan

dari bawah. Cara ini dipakai pada beban-beban sedang dan

putaran relative tinggi.

Pelumasan pompa ( Pump Oiled ): cara ini bertujuan

untuk memberikan pelumasan kebantalan atau bagian-

bagian yang perlu pelumasan dimana dari konstruksinya

sulit dilaksanakan dengan cara-cara terdahulu, dalam hal

ini diperlukan pompa untuk memompa pelumas kebagian-

bagian tersebut. Cara ini banyak digunakan pada akhir-

akhir ini, baik untuk mekanisme putaran tinggi dan beban


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

36

besar. Panas akan dilepaskan, karena di reservoir

dilakukan pendinginan. Variabel utama dengan cara ini

adalah tekanan yang dihasilkan dari pompa. Disini pompa

digunakan untuk mengalirkan minyak ke bantalan karena

letaknya sulit.

Pelumasan gravitasi: dari sebuah tangki diatas bantalan

minyak dialirkan oleh gaya beratnya sendiri.

Pelumasan rendam: sebagian dari komponen mesin

direndam dalam minyak.

Tujuan dari pelumasan adalah untuk mencari viscositas absolut dan

mencari jenis pelumasan yang akan digunakan yaitu SAE.

Perencanaan viscositas absolut dari pelumas

SusSustZ

180.22,0

Dimana : Z = Absolute viscositas ( cp )

t = Spesific gravity pada temperatur test ( t )

Kp = 1,45 x 10-7

Reynold

Jenis pelumas SAE ( Society American of Engineering )

Dengan mengetahuiviskositas absolut suatu pelumas

dalam reynold, dimana:

71045,1 xZ Reynold


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

37

Dengan menggunakan figure 8-13 ( A.D. Deutschman hal.426 )

dimana ( temperature test of ) maka diperoleh jenis minyak

pelumas SAE tertentu.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

38

BAB III

PERENCANAAN RODA GIGI

3.1. Perencanaan roda 1 dan 2 (Perhitungan tingkat kecepatan 1)

Dengan data-data sebagai berikut:

Daya motor ( N ) = 30 hp

Putaran input ( ninp ) = 4000 rpm

Putaran output ( n1 ) = 1000 rpm

Asumsi : - ( sudut kontak ) = 25 full depth

- C ( arak poros I dan II ) = 8 in

- P ( diametral pitch ) = 10

Menentukan diameter roda gigi 1 & 2.

a. perbandingan kecepatan (rv).

4

1

4000

1000

in

out

n

nrv

21

2

1 44000

1000dd

d

d

b. Karena jarak sumbu poros © = 8 in, maka :

ind

dd

ddc

2.3

416

82

1

11

21

;

ind

d

dd

8.12

2.316

28

2

2

21

Jadi: d1 = 3.2 in

d2 = 12.8 in


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

39

c. Menentukan jumlah gigi

Karena diametral pitch (P) = 10, maka :

d

NtP Nt1 = P. d1 = 10. 3.2 = 32 gigi

Nt2 = P. d2 = 10. 12.8 = 128 gigi

d. Menentukan addendum dan dedendum untuk = 25 full depth

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

inPP

GigiTinggi

inP

KontakTinggi

inP

Celah

inp

Dedendum

inP

Addendum

55.12125.028.121

2

131.028.121

2

45.1125.022.325.1

2

4,31.022.31

2

225.025.225.2

2.010

22

025.010

25.025.0

125.010

25.125.1

1.010

11

2

2

1

1

e. Jari jari base circle (rb1,rb2)

rb1 = r1 . cos 45,191.0.2

2.325cos.

2

1 d

rb2 = r2 . cos ind

82.591.02

8.1225cos

2

2


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

40

f. Kecepatan keliling (Vp)

menitftnd

Vp in 3348912

4000.2,3.14,3

12

.. 1

g. Perhitungan gaya gaya yang terjadi pada roda gigi 1 & 2

gaya roda gigi 1 gaya roda gigi 2

T = 63025. n

N

T1 = 63000. 4000

30 = 472.5 lb. in (roda gigi 1)

T2 = 63000. 1000

30 = 1890 lb . in (roda gigi 2)

Gaya tangensial ( Ft )

lbVp

NFt 61.295

3349

3033000330001

Ft2 = Ft1 (arahnya berlawanan)

Gaya normal (Fn)

lbFt

Fn 17.32625cos

61.295

cos

11

Fn2 = Fn1 (arahnya berlawanan)

Gaya radial (Fr)


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

41

Fr1 = Fn1.sin = 386,664 sin 25 = 163,559 lb

Fr2 = Fr1 (arahnya berlawanan)

Gaya dinamis (Fd)

Untuk 2000 < vp 4000 menit

ft

lb

Ftvp

Fd

61.112061.2951200

33491200

.1200

1200

h. Menentukan lebar gigi

kqd

Fdb

..1

Dimana: 6.18.123

8.12.2.2

21

2

dd

dQ

k = 200 (Steel BHN 275) Tabel 10.11

Maka: b = inb 09.12006,12.3

61.1120

Cek lebar gigi : P

bP

139

karena 0.9 < 1.09 < 1.3 maka lebar gigi aman.

i. Mencari beban ijin bending (Fb) :

P

YbSoFb ..

Dimana : Y1 = 0,433 ( untuk Nt = 32 gigi ) table 10.2

Y2 = 0,530 ( untuk Nt = 128 gigi ) table 10.2


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

42

Bahan cast steel (low carbon) 0.20% WTQ mempunyai

So = 25000 psi (BHN250) table 10.3

- Untuk pinion

Fb1 = 25000 . 1,09 . psi93.117910

433,0

- Untuk gear

Fb2 = 25000 . 1,09 . psi25.144410

530,0

Karena Fb1 > Fd dan Fb2 > Fd, maka perencanaan roda gigi

aman

j. Pemeriksaan tegangan ijin maksimum perencanaan

RT KK

KSatSad

.

. 1

Dimana : K1 : 1( umur tidak pasti )

KT : 1 ( temperatur pelumasan kurang dari 250F )

KR : 1,33 ( normal design, table 10.10 )

Sat : 39380 psi (Tabel 10.7)

Maka :

psiSad 85.65139)33,1(1

1.1.39380

Tegangan yang terjadi jbKv

KmKsPKoFt

..

....1

Dimana : Ko = 1,25 ( table 10.4 )

Ks = 1 ( spur gear )

Km = 1,3 ( table 10.5 )


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

43

J = 0,36 ( Grafik 10.22 )

Maka:

46.0334950

50

50

50

VpKv

Maka:

psi5.26612)36,0()09,1()46,0(

)3,1.1()10()25,1()91,295(1

Karena 1 ( 26612,5 psi ) < Sad ( 65139.85 psi ), maka

perencanaan roda gigi aman.

3.2. Perencanaan roda 3 dan 4 (Perhitungan tingkat kecepatan II)






- C ( jarak poros II dan III ) = 8 in




2

1

4000

2000

in

out

n

nrv


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

44

43

4

3 2 ddd

d

b. Karena jarak sumbu poros © =8 in, maka :

ind

dd

ddc

3,5

216

82

3

33

43

;

ind

d

dd

7,10

3,516

28

4

4

43

Jadi: d3 = 5,3 in

d4 = 10,7 in


Bila diametral pitch (P) = 10, maka :

d

NtP Nt1 = P. d1 = 10. 5,3 = 53 gigi

Nt2 = P. d2 = 10. 10,7 = 107 gigi


inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

45,10125.027,101

2

9,101.027,101

2

05,5125.023,525.1

2

5,51.023,51

2

4

4

3

3


rb3 = r3 . cos ind

402,225cos2

3,525cos

2

3 ;


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

45

rb4 = r4 . cos ind

849,425cos2

7,1025cos

2

4

f. Kecepatan keliling (Vp).

menitftnd

Vp in 33,554712

4000.3,5.14,3

12

.. 3


T = 63000. n

N

T3 = 63000. 4000

30 = 472,69 lb. in (roda gigi 3)

T4 = 63000. 2000

30 = 945,38 lb . in (roda gigi 4)

Gaya tangensial (Ft)

lbVp

NFt 46,178

33,5547

3033000330003


Gaya normal (Fn)

lbFt

Fn 91,19625cos

46,178

cos

33


Gaya radial (Fr)

Fr3 = Fn3 sin = 196,91 sin 25 = 83,22 lb



FTI - Teknik Mesin


Gear Box

46

Gaya dinamis (Fd)

lb

Ftvp

Fd

43,94846,17878

33,554778

.78

78

h. Menentukan lebar gigi.

kqd

Fdb

..3

Dimana: indd

dQ 34,1

7,103,5

7,10.2.2

43

4

k = 51 ( BHN Steel 150) Tabel 10.11

Maka: inb 96,05134,13,5

87,348

Cek lebar gigi : P

bP

139

karena 0.9 < 1.22 < 1.3, maka lebar gigi dinyatakan aman.


P

YbSoFb ..

Dimana : Y3 = 0,481 ( untuk Nt = 53 gigi )

Y4 = 0,523 ( untuk Nt = 107 gigi )

Bahan cast steel (low carbon) 0,20% WTQ mempunyai So =

25000 psi (BHN 250) table 10.3

- Untuk pinion

Fb3 = 25000 . 0,96 . psi4,115410

481,0


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

47

- Untuk gear

Fb4 = 25000 . 0,96 . psi8,127610

532,0


aman.


RT

L

KK

KSatSad

.

.

Dimana : KL : 1,1 ( table 10.8 )



Sat : 39380 psi (Tabel 10.7)

Maka:

psiSad 93,3256933,1.1

1,1.39380


KmKsPKoFt

..

....1

Dimana : Ko = 1,25 ( table 10.4 )


Km = 1,3 ( table 10.5 )

J = 0,47 ( figure 10.22 )

Maka:

402,033,554750

50

50

50

VpKv


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

48

Maka:

psi18,1598847,0.96,0.402,0

)3,1()1()10()25,1()46,178(1

Karena 1 (15988,18) < Sad (32569,93), maka perencanaan

roda gigi aman.

3.3. Perencanaan roda 5 dan 6 (Perhitungan tingkat kecepatan III)






- C ( jarak poros ) = 8 in




1

1

4000

4000

in

out

n

nrv

65

6

5 ddd

d

b. Karena jarak sumbu poros © = 8 in, maka :


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

49

65

65

16

82

dd

ddc

Jadi: d5 = 8 in

d6 = 8 in



d

NtP Nt1 = P. d5 = 10.8 = 80 gigi

Nt2 = P. d6 = 10. 8 = 80 gigi

d. Menentukan addendum dan dedendum untuk = 25 full depth.

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

75,7125.0281

2

2,81.0281

2

75,7125.02825.1

2

2,81.0281

2

6

6

5

5


rb5 = r5 . cos = ind

r 63,325cos2

825cos

225cos 5

5

rb6 = r6 . cos = ind

r 63,325cos2

825cos

225cos 5

6


menitftnd

Vp in 33,837312

4000.8.14,3

12

.. 5


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

50


T = 63000. n

N

T5 = 63000. 4000

30 = 472,69 lb. in (roda gigi 5)

T6 = 63000. 4000

30 = 472,69 lb . in (roda gigi 6)

Gaya tangensial (Ft)

lbVp

NFt 23,118

33,8373

3033000330005


Gaya normal (Fn)

lbFt

Fn 45,13025cos

23,118

cos

55


Gaya radial (Fr)

Fr5 = Fn5.sin = 130,45 sin 25 = 55,13 lb


Gaya dinamis (Fd)

Untuk vp > 4000 menit

ft

lb

Ftvp

Fd

93,25623,11878

33,837378

.78

78


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

51


kqd

Fdb

..5

Dimana: 188

8.2.2

65

6

dd

dQ

k = 30 ( Steel BHN 150 ) Tabel 10.11

Maka: inb 07,13018

93,256

Cek lebar gigi : P

bP

139

karena 0.9 < 1.07 < 1.3 maka lebar gigi dinyatakan aman.


P

YbSoFb ..

Dimana : Y5 = 0,509 ( untuk Nt = 80 gigi )

Y6 = 0,509 ( untuk Nt = 80 gigi )


25000 psi (BHN 250) table 10.3

- Untuk pinion

Fb5 = 25000 . 1,07 . psi58,136110

509,0

- Untuk gear

Fb6 == 25000 . 1,07 . psi58,136110

509,0


aman.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

52


RT

L

KK

KSatSad

.

.

Dimana : KL : 1,1


KR : 1,33( normal design, table 10.10 )

Sat : 39380 psi (Tabel 10.7)

Maka :

psiSad 93,3256933,1.1

1,1.39380


KmKsPKoFt

..

....1

Dimana : Ko = 1,25 ( table 10.4 )


Km = 1,3 ( table 10.5 )

J = 0,45 (figure 10.22)

Maka:

35,033,837350

50

50

50

VpKv

Maka:

psi31,1140045,0.07,1.35,0

3,1.1.10.25,1.23,1181


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

53

Karena 1 (11400,31) < Sad ( 32569,93 ), maka perencanaan

roda gigi aman.

3.4. Perencanaan roda 7,8 dan 9 (Perhitungan tingkat kecepatan reverse)




Putaran output ( nr ) = 1000 rpm


- C ( jarak poros ) = 8 in

- P ( diameter pitch ) = 10

Menentukan diameter roda gigi 7 & 8


4

1

4000

1000

in

revers

n

nrv

89

9

8 4ddd

d

b. Karena jarak sumbu poros c = 6 in, maka :

ind

dd

ddc

2,3

416

82

7

77

87

;

ind

d

ddc

8,12

2,316

82

9

9

97

ind

d

4,6

8,12.2

18

8


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

54



d

NtP Nt7 = P. d7 = 10.3,2 = 32 gigi

Nt8 = P. d8 = 10.6,4 = 64 gigi

Nt9 = P. d9 = 10.12,8 = 128 gigi


inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

inP

dDedendumDiameter

inP

dAddendumDiameter

15,6125.024,61

2

6.61.024,61

2

95,2125.022,325.1

2

4,31.022,31

2

9

9

8.7

8.7

e. Jari jari base circle (rb7.8,rb9)

rb7 = r7 . cos ind

45,125cos2

2,325cos

2

7

rb8 = r8 . cos ind

9,225cos2

4,625cos

2

8

rb9 = r9 . cos ind

8,525cos2

8,1225cos

2

9


menitftnd

Vpin

334912

4000.2,3.14,3

12

.. 8,7


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

55

menitftnd

Vp in 33,334912

4000.8,12.14,3

12

.. 9

g. Perhitungan gaya gaya yang terjadi pada roda gigi 7,8 & 9

T = 63000. n

N

T7.8 = 63000. 4000

30 = 472,69 lb. in ( roda gigi 7 & 8 )

T9 = 63000. 1000

30 = 1890,75lb . in ( roda gigi 9 )

Gaya tangensial ( Ft )

lbVp

NFt 61,295

3349

3033000330008.7

Ft9 = Ft7,8 ( arahnya berlawanan )

Gaya normal ( Fn )

lbFt

Fn 17,32625cos

61,295

cos

8.78.7

Fn9 = Fn7,8 ( arahnya berlawanan )

Gaya radial ( Fr )

Fr7.8 = Fn sin = 326,17 sin 25 = 137,85 lb

Fr9 = Fr7,8 ( arahnya berlawanan )

Gaya dinamis ( Fd )

Untuk 2000 < pV 4000 menit

ft


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

56

lb

Ftvp

Fd

61,112061,295.1200

33491200

.1200

1200


kqd

Fdb

..7

Dimana: indd

dQ 6,1

8,122,3

8,12.2.2

98.7

9

k = 200 (Steel BHN 275) Tabel 10.11

Maka: inb 09,12006,12,3

61,1120

Cek lebar gigi : P

bP

139

karena 0.9 < 1,09 < 1.3 maka lebar gigi dinyatakan aman.

i. Mencari beban ijin bending ( Fb ) :

P

YbSoFb ..

Dimana : Y7 = 0,433 (untuk Nt = 32 gigi)

Y8 = 0,495 (untuk Nt = 64 gigi)

Y9 = 0,530 (untuk Nt = 128 gigi)


25000 psi (BHN 250) table 10.3

- Untuk pinion

Fb7 = 25000 . 1,09 . psi93,117910

433,0


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

57

- Untuk gear

Fb8 = 25000 . 1,09 . psi88,134810

495,0

Fb9 = 25000 . 1,09 . psi25,144410

350,0


aman


RT

l

KK

KSatSad

.

.

Dimana : KL : 1,1 (table 10.8)

KT : 1 ( temperatur pelumasan kurang dari 250F)


Sat : 39380 psi (Tabel 10.7)

Maka :

psiSad 93,3256933,1.1

1,1.39380


KmKsPKoFt

..

....1

Dimana : Ko = 1,25 ( table 10.4 )

Ks = 1 (spur gear)

Km = 1,3 ( table 10.5 )

J = 0,36 (figure 10.22)

46,0334950

50

50

50

VpKv


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

58

Maka:

psi5,2661236,0.09,1.46,0

3,1.1.10.25,1.61,2951

Karena 1 ( 26612,5 ) < Sad ( 32569,93 ), maka perencanaan

roda gigi aman.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

59

BAB IV

PERENCANAAN POROS, PASAK, BANTALAN DAN PELUMASAN

4.1. Perencanaan poros I

Data yang diketahui:

Daya input ( Nin ) = 30 hp

Putaran input ( nin ) = 4000 rpm

Sudut kontak ( ) = 25o full depth

Gaya yang terjadi

a. 1t

F = 2t

F = 295,61 lb 1r

F = 2r

F = 137,85 lb 1nF =

2nF = 326,17 lb

b. 3t

F = 4tF = 178,46 lb

3rF =

4rF = 83,22 lb 3nF =

4nF = 196,91 lb

c. 5t

F = 6t

F = 118,23 lb 5r

F = 6r

F = 55,13 lb 5nF =

6nF = 130,45 lb

d. 7t

F = 8t

F = 295,61 lb 7r

F = 8r

F = 137,85 lb 7nF =

8nF = 326,17 lb

T = 473 lb.in

4.1.1. Perencanaan poros I kondisi 1

RBV

A

RAV

RA

4 in

12 in

B

C

RBH

RB

RAH Fr1

Fn1

Ft1


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

60

Analisa momen bending

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn1. AC – RB. AB = 0

lbACFn

RB 543,8116

417,326

16

1

v = 0

RA – Fn1 + RB =0

RA = Fn1 – RB = 326,17 – 81,543 = 244,627 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AC

MC = 244,627 . 4 = 978,508 lb.in

Diagram momen poros I kondisi 1

A B

4 in 12 in RA RB

C

Fn1

978,508

lb.in lbin


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

61



Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn3. AD – RB. AB = 0

lbADFn

RB 455,9816

8.91,196

16

3

v = 0

RA – Fn3 + RB = 0

RA = Fn3 – RB = 196,91 – 98,455 = 98,455 lb

A B

8 in 8 in RA RB

D

Fn3

RBH

RBV

A

RAV

RA

8 in

8 in

B

D RB

RAH Fr3

Fn3

Ft3


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

62

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AD

MD = RA.AD=98,455 . 8 = 787,64 lbin




787,64 lbin

A B

10 in 6 in RA RB

E

Fn5

RB

V A

RA

V

R

A

10

in

6 in

B

E

RB

H

R

B

RA

H

Fr5

Fn5

Ft

5


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

63

Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn5. AE – RB. AB = 0

lbAB

FnRB 531,81

16

10.45,13085

v = 0

RA – Fn5 + RB = 0

RA = Fn5 – RB = 130,45 – 81,531 = 48,919 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AE

ME=RA.AE = 48,919.10 = 489,19 lbin



489,19 lbin

R

A

13 in

43

in

A

B F

RB

V

RB

H

R

B

RA

H

RA

V

Fr

7

Fn

7 Ft7


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

64


Reaksi di A dan B

MA = 0

Fn7. AF – RB. AB = 0

lbAB

AFFnRB 013,265

16

1317,3267

v = 0

RA – Fn7 + RB = 0

RA = Fn7 – RB = 326,17 – 265,013 = 61,157 lb

Momen bending yang terjadi pada poros daerah AF

MF =RA.AF = 61,157 . 13 = 795,041 lb.in


795,041 lb.in

Fn9

A B

3 in

13 in RA RB

F


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

65

Perencanaan diameter poros I

Momen yang terjadi :

Kondisi 1: 978,508 lbin ( MC )

Kondisi 2: 787,64 lbin ( MD )

Kondisi 3: 489,17 lbin ( ME )

Kondisi 4: 795,041 lbin ( MF )

Dimana: M max = 978,508 lbin ( MD )

T = 473 lb.in

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 1045 N dengan Syp =

61.000 psi ( tabel A-2 Apendix A ) dengan angka keamanan, N = 3,75.

22

3max

1658,0max TMb

DN

Syp

Diameter poros

322

max58,0

16TMb

Syp

ND

322

473508,9786100058,014,3

75,316

inD 84,0

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang

tersedia maka diameter poros diambil 0,9843 in ( 25mm ).

Pengecekan kekuatan poros

Tegangan geser yang terjadi maximum yang diijinkan dari

bahan (Ssyp)


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

66

N

SypSsyp

58,0

psi67,943475,3

6100058,0

Tegangan geser yang terjadi pada poros ( max )

2

2

max2

x

Dimana:

Psi

D

Mx

45,10466984,0

508,97832

32

3

3

Psi

D

T

68,2529984,0

47316

16

3

3

Maka:

Psi

x

57,581268,25292

45,10466

2

2

2

2

2

max

Karena max ( 5812,57 Psi ) < Ssyp ( 9434,57 Psi ) maka

perencanaan diameter poros I aman.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

67

4.2. Perencanaan poros II

Gaya yang terjadi

Ft8 = 295,61 lb Fn8 = 326,17 lb

Fr8 = 137,85 lb T = 473 lb

Analisa momen bending.

MA = 0

Fn8. 2 – RI. 4 = 0

lbFn

RI 805,1474

261,295

4

28

v = 0

RH - Ft8+ RI= 0

RH=Ft8 – RI= 295,61 – 147,805= 147,805 lb

H

I

J

RHH

RHV

RIH

RIV

2in

n in

2in

Fn8

I H J

RHH RIH

2 in 2 in


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

68

Momen gaya:

MJ = RH. HJ = 147,805 . 2 = 295,61 lb

Diagram momen poros II.

a. Perencanaan diameter poros II:

Dimana : M max = 295,61 lb.in

T = 473 lb.in

Bahan poros yang digunakan adalah AISI 1045 N dengan Syp =

61.000 psi ( tabel A-2 Apendix A ) dengan angka keamanan, N = 3,75.

22

3max

1658,0max TMb

DN

Syp

Diameter poros

322

max58,0

16TMb

Syp

ND

322

47361,2956100058,0

75,316

inD 67,0

Dengan memperhitungkan ukuran bantalan yang tersedia

maka diameter poros diambil 0,984 (25 mm).

295,61 lbin


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

69

Pengecekan kekuatan poros

Tegangan geser yang terjadi maximum yang diijinkan dari

bahan (Ss)

N

SypSsyp

58,0

psi67,943475,3

6100058,0

Tegangan geser yang terjadi pada poros ( max)

2

2

max2

x

Dimana: 3

32

D

Mx

psi94,3161984,0

61,295323

3

16

D

T

psi68,2529984,0

473163

Maka: 22

max2

x

2

2

68,25292

94,3161

psi08,2983


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

70

Karena max ( 2983,08Psi ) < Ssyp ( 9434,67Psi )

maka perencanaan diameter poros II aman.

Perencanaan poros III sama dengan perencanaan poros I,Aman.

4.3. PERENCANAAN PASAK

a. Perencanaan pasak spline pada poros I

Data yang diketahui :

Bahan pasak AISI 1050 CD ; Syp = 104000 psi ; N=3

Diameter poros ( D ) = 0,9843 in ; T = 473 lbin.

Jumlah spline ( n ) = 6 ( tabel 7-9 )

Dari tabel 7-9 diperoleh :

Lebar spline (W) = 0, 25. in

Tinggi spline (H) = 0,050 in

Diameter dalam spline = 0,76 in

Gaya yang bekerja pada pasak

lbnxD

TFt 23,160

9843,06

47322

Panjang spline

L = b = 1,8 in ( panjang spline yang bekerja pada

roda gigi ). Panjang spline keseluruhan sama dengan panjang

poros.

Pengecekan kekuatan pasak

Ditinjau dari tegangan geser


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

71

L = b = 1,8 in

A

Fs

PsiA

Fs 07,356

8,1.250,0

23,160

Ditinjau dari tegangan tekan / kompresi

L = Bb = 1,8 in

A

Fc

PsiLH

Fc 33,1780

8,1050,05,0

23,160

5,0

Syarat perencanaan aman : s dan c < Ssyp

Dimana: Ak

sypSsyp

58,0

Psi67,201063

10400058,0

karena s dan c < Ssyp maka perencanaan pasak aman.

b. Perencanaan pasak pada poros II

Type pasak pada poros II dipakai standard flat key.

Direncanakan bahan pasak AISI 1050 CD ; syp = 104000 psi ; Ak =

3. Dengan data :

Diameter poros (D) = 0,984 in

Tinggi pasak ( H ) = 0,123 in

Lebar pasak ( W ) = 0,237 in

Torsi maksimum ( T ) = 473 lbin


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

72

Pengecekan kekuatan pasak ( L = b = 1,8 in )


A

Fs

PsiLW

Fs 59,2253

8,1.237,0

38,961


A

Fc

PsiLH

Fc 55,8684

8,1123,05,0

38,961

5,0


Dimana:

Psi

AK

sypSsyp

201063

10400058,0

58,0

Karena s dan c < Ssyp maka perencanaan pasak aman.

c. Perencanaan pasak pada poros III

Type pasak pada poros II dipakai standard flat key.

Direncanakan bahan pasak AISI 1050 CD ; syp = 104000 psi ; Ak =

3. Dengan data :

Diameter poros (D) = 0,984 in

Tinggi pasak ( H ) = 0,074 in

Lebar pasak ( W ) = 0,246 in

Torsi maksimum ( T ) = 1890 lbin


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

73

Pengecekan kekuatan pasak ( L = b = 1,8 in )


A

Fs

PsiLW

Fs 89,1445

8,1.246,0

24,640


A

Fc

PsiLH

Fc 61,4806

8,1074,05,0

24,640

5,0


Dimana:

Psi

AK

sypSsyp

67,201063

10400058,0

58,0

Karena s dan c < Ssyp maka perencanaan pasak aman.

4.4. PERENCANAAN BANTALAN

4.5.1. Bantalan pada poros I


Data perhitungan poros I


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

74

Kondisi RA (lb) RB (lb)

1 244,672 81,543

2 98,455 98,455

3 48,919 81,531

4 61,157 265,013

Kecepatan putaran ( n ) = 4000 rpm

Diameter poros ( D ) = 0,9843 in

Fa (gaya aksial) = 0

Fr = RB = 265,013 lb ( gaya terbesar )

Bantalan yang digunakan jenis Double Row Notch Ball

Bearing dengan dimension series 32.

Data Dari tabel 9-2 didapat C = 3700 lb

Mencari beban equivalen

P = Fs (x.v.Fr + Y.Fa)

Dimana: x = 1

v= 1,0 ( untuk ring dalam berputar )

Y = 0

Fs= 1 ( tabel 9-8, uniform and steady load )

P = 1 ( 1.1.265,013 + 0 )

=265,013 lb


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

75

Mencari umur bantalan

nP

CL

b

.60

106

10

( Jam )

Dimana: b = 3,0 (type bantalan bola)

4000.60

10

013,265

3700 63

10

L

= 11339,46 jam

4.5.2. Bantalan pada poros II


Data perhitungan poros II

Kondisi I RH (lb) RI (lb)

I 147,805 147,805



Fa ( gaya aksial ) = 0

Fr = RI = 147,805 lb ( gaya terbesar )

Bantalan yang digunakan jenis Double Roe Notch Ball


Dari tabel 9-2 didapat C = 3700 lb


P = Fs ( x.v.Fr + Y.Fa )

Dimana: x = 0


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

76

v = 1,0 ( untuk ring dalam berputar )

Y = 0

Fs = 1 ( tabel 9-8, uniform and steady load )

P = 1( 1.1.147,805 + 0 )

= 147,805 lb


nP

ChL

b

.60

106

10

(Jam)


4000.60

10

805,147

3700 63

10

hL

= 65362,18 jam

4.5.3. Bantalan pada poros III


Data perhitungan poros I

Kondisi RA (lb) RB (lb)

1 244,672 81,543

2 98,455 98,455

3 48,919 81,531

4 61,157 265,013




FTI - Teknik Mesin


Gear Box

77

Fa (gaya aksial) = 0

Fr = RB = 265,013 lb ( gaya terbesar )

Bantalan yang digunakan jenis Double Row Notch Ball


Data Dari tabel 9-2 didapat C = 3700 lb


P = Fs (x.v.Fr + Y.Fa)

Dimana: x = 1

v= 1,0 ( untuk ring dalam berputar )

Y = 0

Fs= 1 ( tabel 9-8, uniform and steady load )

P = 1 ( 1.1.265,013 + 0 )

=265,013 lb


nP

CL

b

.60

106

10

( Jam )


4000.60

10

013,265

3700 63

10

L

= 11339,46 jam


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

78

4.5. PERENCANAAN PELUMASAN


Putaran ( nin ) = 4000 rpm

Temperatur operasi = 150o

F

Diameter poros = 0,9843 in = 25 mm

D . n = 25 . 4000

= 100000 ( dengan temperatur kerja 150o F )

Minyak pelumas dengan viscositas 300 SUS pada temperatur 150o

F.

Z = t ( 0,22 SUS – 180 / SUS )

Dimana : Z = Viscositas absolut ( cp )

SUS = Saybolt Universal Seconds = 300

t = Spesific gravity pada temperatur t

t = .60 – 0,00035 ( t – 60o

)

60 = Spesific gravity pada 60o F = 0,89

t = temperatur test = 150o F

t = 0,89. 60 – 0,00035 ( 150o – 60

o ) = 0,8585

Maka :

Z = 0,8585 ( 0,22 . 120 – 180 / 120 )

= 21,386 cp

Viscositas absolut dalam reyns

= 1,45.10-7

. Z


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

79

= 21,38.10-7

. 1,45

=31,001. 10-7

reyns

Dari grafik 8-13 dengan T = 150o F dan = 31,001. 10

-7 reyns

didapat pelumas dengan SAE 20 sampai 50. Sistem pada pelumasan

menggunakan sistem rendam.


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

80

BAB V

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan diperoleh:

N = 30 hp.

nin = 4000 rpm.

n1 = 1000 rpm.

n2 = 2000 rpm.

n3 = 4000 rpm.

nreverse = 1000 rpm.

Jarak poros = 8 in.

Diametral pitch = 10

5.1.Roda Gigi.

Diameter roda gigi 1 (d1) = 3,2 in.




Diameter roda gigi 5 (d5) = 8 in.

Diameter roda gigi 6 (d6) = 8 in.





FTI - Teknik Mesin


Gear Box

81

5.2.Poros.

Diameter Poros I = 0,9843 in

Diameter Poros I = 0,9843 in

Diameter Poros III = 0,9843 in

5.3.Pasak.

Poros I (L) = 1,8 in.

(W) = 0,250 in.

(h) = 0,050 in.

Poros II (L) = 1,8 in.

(W) = 0,237 in.

(h) = 0,123 in.

Poros III (L) =1,8 in.

(W) = 0,246 in.

(h) = 0,074 in.

5.4.Bantalan.

Poros I = Bearing bore (d) : 0,9843 in

Diameter Luar (D) : 2,0472 in

Lebar (b) : 1,8 in

Poros II = Bearing bore (d) : 0,9843 in


Lebar (b) : 1,8 in


FTI - Teknik Mesin


Gear Box

82

Poros III = Bearing bore (d) : 0,9843 in


Lebar (b) : 1,8 in

5.5.Pelumasan.

Untuk pelumasan menggunakan SAE 20 sampai SAE 50

dengan sistem rendam.

46952304-perencanaan-elemen-mesin

Documents