perancangan lead screw pada mesin tambal ban press
Post on 01-Jan-2016
361 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Lead screw adalah poros berulir yang merupakan pengubah gerakan dengan
memanfaatkan gaya tekan akibat perputaran ulir menjadi gerakan linier. Prinsip
kerjanya sebenarnya seperti pasangan mur dan baut, ketika mur di putar maka
akan didapatkan pergerakan linier dari bautnya.
Dengan mekanisme kerja yang demikian tadi, banyak sekali pemanfaatan
dari lead screw untuk memudahkan pekerjaan manusia. Salah satu bentuk
penerapan atau pemanfaatan lead screw ini adalah pada alat tambal ban. Dalam
melakukan penambalan suatu ban terdapat salah satu tahapan yaitu melelehkan
potongan ban pada tempat atau bagian ban yang bocor. Dalam melakukan
penambalan ini potongan karet harus dipanaskan agar dapat meleleh kemudian
harus ada penekanan agar potongan karet ban tersebut dapat benar-benar
menempel. Dengan adanya tahapan yang demikian maka dibutuhkan suatu alat
yang dapat melakukan hal yang demikian tadi yaitu dapat menekan potongan ban
dengan kuat agar benar-benar menempel pada ban yang bocor tersebut. Kemudian
terciptalah alat tambal ban yang mana dengan munculnya alat tersebut akan dapat
meringankan beban manusia.
Alat ini dapat ditemui disetiap orang yang menjual jasa tambal ban dengan
mudah. Sebagian besar orang juga sudah mengerti bagaimana cara kerja dari alat
ini. Alat ini juga biasanya dibuat sendiri oleh tukang tambal ban dengan
menggunakan batang berulir atau lead screw, nut/collar (lintasan saat lead screw
diputar), plat sebagai penekan serta pemanas ban untuk melelehkan potongan ban
penambal. Sebagian besar komponen penyusun alat tambal ban ini dibuat sendiri
dan ada juga yang terbuat dari barang-barang tidak terpakai yang mereka miliki,
misalnya plat yang bersentuhan langsung dengan ban ketika dilakukan
penambalan itu dapat dibuat dari barang bekas kaleng misalnya. Begitu juga
dengan lead screw dan tempat ulir (lintasan saat lead screw diputar) yang juga
dibuat sendiri, sehingga dapat dipastikan ukuran-ukuran yang ada pada setiap alat
tambal ban ini bisa berbeda-beda termasuk jumlah lintasan ulir yang terdapat pada
1
tempat ulir yang banyaknya jumlah lintasan ulir ini bisa jadi akan berpengaruh
terhadap kekuatan tekan (gaya tekan) yang ditimbulkan ketika lead screw diputar
untuk menekan plat.
Dengan dasar tersebut, lead screw pada alat tambal ban dipilih dan dijadikan
objek perancangan dengan adanya pertimbangan gaya-gaya yang timbul dan
diberlakukan pada alat tersebut saat bekerja untuk didapatkan rancangan yang
lebih baik.
B. Tujuan
Tujuan yang akan dicapai dengan melakukan kegiatan ini serta
menggunakan lead screw pada alat tambal ban sebagai objek yaitu
1. Memenuhi tugas akhir semester tiga mata kuliah elemen mesin.
2. Mengetahui yang dimaksud dengan lead screw dan juga macamnya.
3. Mengetahui sistem atau cara kerja dari lead screw terutama pada alat
tambal ban.
4. Menentukan serta mempertimbangkan bagian mana saja yang
berpengaruh terhadap kualitas alat tersebut (berhubungan dengan gaya
yang ditimbulkan yaitu gaya tekan) dan dapat dilakukan perubahan pada
bagian tersebut guna perbaikan.
5. Melakukan perancangan alat yang serupa dengan sistem kerja serta
mekanisme yang sama dengan
6. merubah sedikit beberapa komponen dari bentuk awal untuk
mendapatkan suatu rancangan yang lebih baik.
C. Rumusan Masalah
Isi dari tulisan ini menjawab dari beberapa rumusan masalah yang sudah
ditentukan yaitu :
1. Apa yang dimaksud dengan lead screw serta apa saja macam dari lead
screw?
2. Lead screw jenis apa yang dipakai pada alat tambal ban serta
bagaimana cara kerjanya?
2
3. Bagaimana rancangan yang baik pada lead screw yang digunakan pada
alat tambal ban agar dihasilkan kualitas yang baik?
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Lead Screw
Ulir dapat digunakan untuk memegang/mengencangkan dua komponen atau
lebih, dan memindahkan beban/benda. Fungsi yang pertama sering disebut
pengencang (fastener) dan yang kedua dikenal dengan nama ulir daya (power
screw atau lead screw). Lead screw (poros berulir) atau yang juga disebut dengan
power screw (ulir daya) merupakan pengubah gerakan dengan memanfaatkan
gaya tekan akibat perputaran ulir menjadi gerakan linier. Prinsip kerjanya
sebenarnya seperti pasangan mur dan baut, ketika mur di putar maka akan
didapatkan pergerakan linier dari bautnya.
Ulir daya ini berfugsi untuk mendapatkan keuntungan mekanik yang besar
sehingga akan meringankan beban manusia, biasanya diterapkan pada dongkrak
ulir, klem, mesin pres, ragum.
Dalam pembahasan ulir, biasanya dikenal beberapa istilah yang merupakan
parameter-parameter utama dari ulir yang diantaranya adalah :
a. Pitch (p) yang merupakan jarak antar ulir yang diukur paralel terhadap
sumbu ulir.
b. Lead (l) yang merupakan jarak yang ditempuh baut dalam arah paralel
sumbu, jika baut diputar satu putaran. Berdasarkan kisarannya ulir
dibedakan atas :
Single thread : lead sama dengan pitch (l = p).
Gambar 2.1.1Single Thread
Double thread : lead sama dengan dua kali pitch (l = 2p).
4
Gambar 2.1.2Double Thread
Triple thread : memiliki lead sama dengan 3 kali pitch. (l = 3p).
Gambar 2.1.3Triple Thread
c. Thread per inch (n) yang mana menyatakan jumlah ulir per inchi.
B. Tipe Lead Screw
Berdasarkan bentuk profilnya terdapat tiga jenis atau tipe form dari lead
screw :
a. Acme form
Tipe Acme ini memiliki sudut ulir 29°, dapat digunakan dengan mudah
pada suatu mesin dibandingkan dengan tipe Square. Tipe ini tidak seefisien
bentuk square yang dikarenakan gesekan dapat meningkat akibat sudut ulir.
Gambar 2.2.1Acme thread
b. Square form
Ulir jenis ini dinamakan demikian karena bentuk geometrinya. Tipe ini
merupakan tipe yang paling efisien dimana memiliki gesekan yang sedikit
sehingga dapat digunakan untuk jenis sekrup yang bekerja membawa daya
yang tinggi. Meski efisien, tipe jenis ini sulit diterapkan pada suatu mesin.
Dari semua tipe, tipe jenis inilah yang paling mahal.
5
Gambar 2.2.2Square Thread
c. Buttres form
Tipe ini memiliki bentuk segitiga, tipe jenis ini memiliki tingkat efisiensi
yang sama dengan tipe square.
Gambar 2.2.3Butters Thread
C. Karakteristik
Lead screw ini tidak dapat bekerja pada kecepatan tinggi, karena hal ini akan
mennimbulkan gesekan yang tinggi dan menyebabkan screw akan mengalami
panas dan dapat menimbulkan aus.
D. Keuntungan dan Kerugian
Pada power screw atau lead screw terdapat beberapa keuntungan dalam
penggunaanya :
1. Efisiensi tinggi (>90%)..
2. Umur screw dapat diprediksi.
3. Akurat dan dapat bergerak berulang-berulang.
4. Tidak akan terjadi slip.
5. Pengaruh suhu kecil.
6. Gerakan halus sepanjang penggunaan.
7. Pada kapasitas angkat yang sama dapat digunakan ukuran yang lebih
kecil.
8. Sederhana dalam perancangannya.
6
Kerugian:
1. Membutuhkan banyak pelumas.
2. Sangat mudah kotor.
3. Lead screw ini tidak dapat digunakan untuk transmisi listrik secara terus
menerus.
E. Mekanik
Perhitungan torsi untuk ulir dapat dilakukan dengan rumus :
Dimana
T = torsi µ = koefisien friksi
F = beban pada screw φ = sudut friksi
l = lead α = sudut lead
dm = diameter rata-rata
Efisiensi diartikan dengan usaha yang dihasilkan dibagi dengan usaha yang
dimasukkan. Dalam hal ini, usaha yang dimasukkan merupakan hasil kali antara
torsi dan perpindahan angular (radian), untuk satu putaran dirumuskan dengan :
Wout = 2 π (M ¿¿ t)t ¿
Sedangkan dengan usaha yang dihasilkan merupakan perkalian antara beban
dengan perpindahan satu lead pada satu putaran, dirumuskan dengan :
Win = WL
Sehingga didapat rumusan untuk efisiensi adalah :
ηo=Wl
2 π (M ¿¿ t)t ¿
7
F. Standard
Variasi jenis ulir (screw dan thread) dalam dunia ini sangatlah banyak
sehingga diperlukan adanya standarisasi. Terdapat dua standard yang sering
digunakan pada perancangan ulir ini. Kedua standard tersebut yaitu UNS (Unified
National Standard) yang digunakan di Inggris, Canada dan Amerika serikat; dan
Standard Internasional ISO yang digunakan kebanyakan negara Eropa dan Asia.
Profil geometri ulir juga sangat banyak variasinya, salah satu bentuk tersebut
adalah tipe M dari standar ISO yang mana bentuknya seperti dibawah ini
Gambar 2.6.1Geometri Tipe M
G. Aplikasi Lead Screw
Dengan karakteristik serta keuntungan dari penggunaan lead screw, banyak
aplikasi atau penerapan dari lead screw ini yaitu ragum, dongkrak dan juga alat
tambal ban. Dalam alat tambal ban, lead screw ini digunakan sebagai alat penekan
ketika ban ditambal. Lead screw ini diputar sehingga akan menekan plat yang
berada diatas ban yang ditambal dengan potongan karet yang dilelehkan.
8
BAB III
PEMBAHASAN
A. Perancangan Lead Screw
Mesin tambal ban press yang dirancang menggunakan ulir daya atau lead
screw sebagai elemen untuk mentransmisikan daya serta elemen untuk mengubah
gerakan angular menjadi gerakan linear. Ulir daya yang digunakan pada mesin
tambal ban press berfungsi untuk memberikan gaya tekan yang besar terhadap
ban, untuk itu diperlukan suatu tipe profil ulir daya yang memiliki efisiensi yang
cukup tinggi sehingga didapatkan keuntungan mekanis yang tinggi pula.
Pada dasarnya, ulir daya yang biasa disebut power screw atau lead screw ini
dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan tipe profil ulirnya, yakni: square thread,
acme thread, dan buttress thread. Sedangkan berdasarkan aplikasinya dibagi
menjadi dua, yakni aplikasi yang menghendaki tingkat efisiensi tinggi dan
aplikasi yang menghendaki tingkat efisiensi rendah. Aplikasi yang menghendaki
tingkat efisiensi tinggi (application where high efficiency is desired) biasanya
diterapkan pada mesin press. Sedangkan untuk aplikasi yang menghendaki tingkat
efisiensi rendah (application where low efficiency is desired) umumnya
diterapkan pada dongkrak, clamp, serta ragum.
Jenis lead screw yang dipilih dalam perancangan mesin tambal ban press
portable ini adalah jenis application where high efficiency is desired dengan tipe
profil square thread. Dasar pemilihan jenis lead screw ini adalah penggunaan
mesin yang cenderung membutuhkan tingkat efisiensi tinggi, dimana diperlukan
transmisi daya yang besar sehingga mesin mampu memberikan gaya tekan yang
kuat terhadap ban yang akan direparasi (ditambal).
Tipe profil square thread merupakan tipe yang paling cocok diterapkan pada
mesin tambal ban press. Selain memiliki tingkat efisiensi yang tinggi, tipe profil
square thread juga tidak menghasilkan tekanan radial atau gaya dorong pada sisi
nut yang dapat berpengaruh terhadap performansi kerja lead screw tersebut. Oleh
karena itu tipe profil square thread dirasa lebih sesuai digunakan pada mesin
tambal ban press dibandingkan tipe profil acme thread dan buttress thread.
9
Namun di sisi lain, tipe profil square thread juga memiliki sedikit
kekurangan. Selain pembuatannya yang lebih sukar dan lebih mahal dibandingkan
acme thread dan buttress thread, tipe profil square thread juga lebih mudah aus
terutama di bagian permukaan ulirnya. Untuk itu perlu adanya penggantian pada
bagian nut atau ulirnya ketika thread mengalami kerusakan.
Jika membahas mengenai screw, biasanya dikenal istilah pitch dan kisar
(lead). Pitch adalah jarak antara puncak dengan puncak, sedangkan kisar adalah
jarak yang ditempuh mur bila ulir diputar satu putaran. Oleh karena itu
berdasarkan kisarnya, lead screw dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis yakni:
ulir tunggal, ulir ganda, dan ulir triple. Pada perancangan mesin tambal ban press
ini, digunakan jenis ulir tunggal.
Untuk dimensi thread yang direncanakan meliputi nominal diameter, core
diameter, pitch, lead, dan helix angle.
1. Nominal diameter (d)
d=60 mm
2. Core diameter (dc)
dc=45 mm
3. Pitch (p)
p=15 mm
4. Lead (l)
l=p=15 mm
5. Mean diameter (dm)
dm=d−0.5 p=60−0.5 (15 )=60−7.5=52.5 mm
6. Coefficient of friction at the thread and at the nut (μ)
μ=0.15
tan φ=μ=0.15
φ=8.53 °
7. Helix Angle (α ¿
tan α= lπ dm
= 15(3.14 )(52.5)
=0.0901
α=5.15 °
8. Inner and outer diameter of collar (D0 dan Di)
D0 = 60 mm
10
Di = 80 mm
9. Radius of Handle (R)
R=400 mm
10. The weight of the main part
Digunakan asumsi untuk menentukan berat dari kerangka utama mesin
tambal ban press, yakni sebesar 60 N.
11. Resultan gaya gesek dalam arah aksial
Digunakan asumsi untuk menentukan resultan gaya gesek dalam arah
aksial yang ditahan oleh ulir yakni sebesar 15 N.
12. Kekuatan yang diberikan oleh tiap lengan untuk mengangkat beban
W =60+15=75 N
M t=W dm
2tan (φ+α )
¿(75 )(52.5)
2tan (¿8.53 °+5.15° )¿
¿ 3937.52
tan(¿13.68 °)¿
¿479.20 Nmm
(M ¿¿ t)c=μc W
4(D¿¿0+Di)¿¿
¿(0.15 ) (75 )(60+80)
4
¿393.75 Nmm
(M ¿¿ t)t=M t+(M¿¿t )c=479.20+393.75¿¿
¿872.95 Nmm
Dua lengan masing-masing memberikan gaya sebesar P pada jarak 175
mm, sehingga:
(M ¿¿ t)t=2 P x 175¿
P=( M¿¿t )t
350=872.95
350=2 .5 N ¿
13. Kekuatan yang diberikan oleh tiap lengan untuk menurunkan beban
W =60−15=45 N
M t=W dm
2tan (φ−α )
11
¿(45 )(52.5)
2tan(¿8.53 °−5.15 °)¿
¿ 2362.52
tan(¿3.38 °)¿
¿139.53 Nmm
(M ¿¿ t)c=μc W
4(D¿¿0+Di)¿¿
¿(0.15 ) (45 )(60+80)
4
¿236.25 Nmm
(M ¿¿ t)t=M t+(M¿¿t )c=139.53+236.25¿¿
¿375.78 Nmm
Dua lengan masing-masing memberikan gaya sebesar P pada jarak 250
mm, sehingga:
(M ¿¿ t)t=2 P x 175¿
P=( M¿¿t )t
350=375.78
35 0=1.08N ¿
14. Efisiensi Total (dihitung berdasarkan pengangkatan beban)
ηo=Wl
2 π (M ¿¿ t)t=(75 )(15)
2 (3.14 )(872.95)=0.205 atau 20.5 %¿
Dari perhitungan tersebut, telah didapatkan perancangan optimal dengan
tingkat efisiensi sebesar 20.5%. Hal ini membuktikan bahwa lead screw berjenis
application where high efficiency is desired dengan tipe profil square thread dan
dengan ulir tunggal merupakan jenis screw yang tepat digunakan dalam mesin
tambal ban press.
B. Cara Kerja Mesin Tambal Ban Press
Pada dasarnya mesin tambal ban press yang dirancang memiliki cara kerja
yang sama dengan mesin tambal ban press yang telah banyak dipergunakan secara
umum. Cara kerja mesin tambal ban press tersebut antara lain:
12
1. Putar handle ulir ke atas untuk menciptakan ruang antara plat dengan
ujung handle agar dapat dimasukkan ban dalam yang telah ditempel
dengan ban penambal.
2. Putar handle ulir ke bawah untuk menjepit ban dengan plat
penampang, putar hingga benar-benar kencang agar dapat meneruskan
panas dengan maksimal ke ban.
3. Nyalakan api dibawah plat sebagai sumber panas, adapun sumber api
bisa berasal dari pembakaran bensin, minyak tanah hingga spiritus.
4. Tunggu hingga panas merata ke seluruh ban dan ban penambal telah
meleleh dan menyatu dengan ban asli. Biasanya memakan waktu 10
hingga 15 menit.
5. Matikan api, namun tunggu hingga panas dalam ban hilang secara
alami, diharapkan jangan melakukan pendinginan dengan cara
menyirami ban yang masih panas dengan air karena dapat
menyebabkan ban mengeras dan fracture.
6. Putar handle ulir ke atas untuk melepaskan jepitan pada ban, kemudian
lepaskan ban dari plat, maka proses penambalan ban telah selesai.
C. Kelebihan dan Kekurangan Mesin Hasil Rancangan
Perancangan mesin tambal ban press bertujuan agar diperoleh suatu mesin
yang dapat memberikan efisiensi daya yang besar. Meskipun secara umum lead
screw tergolong alat transmisi daya dengan efisiensi kecil, namun pada
perancangan ini dapat diperoleh efisiensi daya yang optimal yakni sebesar 20.5%
dengan dimensi perancangan seperti di atas. Selain dapat diperoleh efisiensi yang
optimal, kelebihan lain dari adanya perancangan mesin tambal ban press ini
adalah:
1. Transmisi daya dengan ulir daya rancangan ini lebih baik sehingga gaya
tekan yang dihasilkan lebih kuat.
2. Alat akan lebih praktis karena api yang digunakan bukan dari minyak
tapi api pembakaran dengan gas.
3. Transmisi daya yang baik akan menentukan hasil pengepresan ban, gaya
yang terdispersi merata akan meningkatkan kualitas hasil tambal ban.
13
4. Efisiensi waktu penambalan, karena dengan tekanan yang merata seluruh
proses penambalan akan selesai dalam satu waktu.
Di samping kelebihan-kelebihan tersebut, mesin tambal ban press ini juga
memiliki kekurangan yang antara lain:
1. Karena seluruh rangka hampir terbuat dari besi maka mengakibatkan alat
ini menjadi berat.
2. Belum adanya sistem timer sehingga dalam setiap proses penambalan
masih kurang presisi.
3. Belum adanya standar sebagai patokan pembuatan alat ini, sehingga
setiap tambal ban memilki kualitas tambalan yang bervariasi.
4. Karena tipe profil ulir yang dipilih adalah tipe square thread, maka dari
segi ekonomi pembuatan mesin tambal ban press ini cenderung lebih
mahal.
D. Gambar Rancangan Mesin Tambal Ban Press dan Lead Screw yang
Digunakan
terlampir
14
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan pada bab sebelumnya
mengenai perancangan lead screw pada penerapan mesin tambal ban press, dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Lead screw merupakan salah satu jenis ulir yang termasuk dalam satu
keluarga ulir daya dan berfungsi sebagai elemen untuk mentransmisikan
daya serta elemen untuk mengubah gerakan angular menjadi gerakan
linear.
2. Jenis lead screw yang cocok digunakan dalam pembuatan mesin tambal
ban press adalah jenis application where high efficiency is desired
dengan ulir tunggal (single thread) dan bentuk profil ulir square thread.
3. Parameter yang dapat mempengaruhi kualitas dari lead screw antara lain
adalah mean diameter, berat dari kerangka utama mesin, resultan gaya
gesek dalam arah aksial, koefisien gesek antara ulir dan nut, momen total
yang bekerja saat mesin bekerja, sudut friksi, serta sudut thread.
4. Setelah dilakukan perancangan lead screw, diperoleh efisiensi total
sebesar 20.5%.
B. Saran
Dari rancangan mengenai mesin tambal ban press yang telah dilakukan,
terlihat bahwa hasil rancangan masih memiliki beberapa kekurangan. Oleh karena
itu, dapat diberikan beberapa saran terkait kekurangan tersebut.
1. Dikembangkan mesin tambal ban dengan jenis material lain yang
memiliki berat lebih ringan namun memiliki kekuatan yang tinggi serta
dengan harga yang relatif lebih rendah pula, sehingga dari segi ekonomis
lebih efisien.
15
2. Untuk ke depannya, mesin tambal ban dilengkapi dengan system timer
digital sehingga dalam setiap proses penambalan dapat diperoleh hasil
yang presisi.
3. Ditetapkan standar sebagai patokan pembuatan alat ini, sehingga setiap
tambal ban memilki kualitas tambalan yang mengacu pada satu patokan.
16
DAFTAR PUSTAKA
Bhandari, V. B. 2010. Design of Machine Element (3rd ed). New Delhi: Tata
McGraw Hill Education Private Limited.
Anonim (2011). Perancangan Ulir Daya dan Sambungan Baut, 7, 1-12.
Anonim (2010). Design of Screws, Fasteners, and Power Screws, 5, 106-122.
Ali Hasballah, M (2008). Dinamika. Cara Kerja Alat dan Rancang Bangun
Mesin Press untuk Penempelan Kulit dengan Sol Sepatu, 154-167.
17
top related