Secara garis besar, kopling dibagi menjadi 2 macam, yaitu kopling rigid dan
compliant. Kopling compliant mampu menyerap sejumlah misalignmen antara 2 poros, sedangkan kopling rigid tidak membolehkan terjadinya misalignmen antara 2 poros yang dihubungkan.
Kopling Rigid
Pada kopling rigid, kadang diperlukan pengaturan pada arah aksial. Kopling jenis ini digunakan ketika keakuratan dan ketelitian pada transmisi torsi yang dilakukan. Keadaan ini terjadi ketika fasa antara poros driver dan driven harus dijaga sama. Contoh penggunaannya adalah pada poros driven mesin produksi otomatis dan mekanisme servo yang mengharuskan tidak terjadinya backlash. Karena itu, kopling jenis ini harus diatur dengan presisi untuk menghindari terjadinya gaya dan momen yang besar ketika beroperasi.
Setscrew coupling (kopling dengan setscrew) menggunakan skrup masuk melintang pada poros sebagai penerus torsi dan beban aksial. Kopling jenis ini tidak banyak direkomendasikan, kecuali untuk aplikasi pembebanan ringan, karena mudah kendor dan akan mengakibatkan adanya getaran.
Keyed coupling (kopling dengan pasak) menggunakan pasak standar untuk mentransmisikan torsi. Setscrew seringkali dikombinasikan dengan sebuah pasak. Untuk menghindari terjadinya getaran, digunakan skrup jenis cup-point.
Clamp coupling (kopling dengan klem/penjepit) dibuat dalam beberapa macam rancangan. Yang paling umum adalah jenis kopling yang menjepit kedua poros, dan
Gambar 7.16 Beberapa macam rigid coupling
Kopling Compliant
Poros sebagai rigid body mempunyai 6 derajat kebebasan terhadap poros yang lain, tetapi karena simetri, maka hanya 4 derajat yang ditinjau, yaitu misalignmen aksial, sudut, paralel dan torsional, seperti pada gambar 7.13. Keempat macam misalignmen bisa terjadi masing-masing atau kombinasi yang disebabkan karena adanya toleransi pada saat pembuatan atau pergerakan relatif antar poros pada saat beroperasi.
Gambar 7.17 Macam misalignmen pada poros
Misalignmen torsional terjadi secara dinamik pada poros. Pada kopling yang mengijinkan
clearance torsional akan terjadi backlash ketika arah putaran dibalik. Kopling jenis ini digunakan untuk mengisolasi beban kejut atau getaran torsional dari driver.
Secara garis besar, kopling compliant dibagi seperti yang ditunjukkan pada tabel 7.3. Contoh kopling compliant ditunjukkan pada gambar 7.18.
Tabel 7.3 Macam dan karakteristik kopling
(a) (b) (c) (d)
(e) (f) (g)
Gambar 7.18 Beberapa macam kopling (a) jaw coupling (b) flexible disk coupling (c) flexible gear coupling (d) helical coupling (e) metal-bellow coupling (f) schmidt offset coupling (g) hooke’s coupling
Soal-Soal Latihan
1. Poros dengan tumpuan sederhana seperti pada gambar P-7.1. Gaya P konstan di bebankan ketika poros berputar karena torsi yang bervariasi dari Tmin sampai Tmax
terhadap waktu. Dari data pada tabel P-7.1, cari diameter poros yang dibutuhkan untuk mendapat faktor keamanan 2 pada pembebanan fatigue. Poros baja dengan Sut=108 kpsi dan Sy=62 kpsi. Dimensi dalam in, gaya dalam lb sedangkan torsi dalam lb-in. Asumsikan tidak terjadi konsentrasi tegangan.
Gambar P-7.1 Rancangan poros untuk soal nomor 1
Tabel P-7.4 Data untuk soal nomor 1 dan 2 l a b P Tmin Tmax
a 20 16 18 1000 0 2000
b 12 2 7 500 -100 600
2. Tentukan dimensi pasak yang dibutuhkan dengan faktor keamanan minimal 2 terhadap kegagalan geser dan bearing untuk desain seperti pada gambar P-7.2. Gunakan data dari tabel P-7.1. Asumsikan diameter poros 1.75 in. Material poros adalah baja dengan Sut=108 kpsi dan Sy=62 kpsi. Pasak terbuat dari baja dengan Sut=88 kpsi dan Sy=52 kpsi.
3. Susunan poros seperti pada gambar P-7.3, digerakkan oleh sabuk pada lokasi A dan menggerakkan sabuk pada posisi B. Dimensi bisa dilihat pada gambar P-7.3. Sabuk relatif lebih panjang dari pada diameter puli dan pada posisi horisontal. Beban puli berlawanan arah seperti pada gambar. Tentukan dimensi poros dan jenis baja yang digunakan untuk poros jika diinginkan faktor keamanannya sebesar 5.
Gambar P-7.3 Gambar soal nomor 3
4. Roda gigi pada susunan poros seperti pada gambar P-7.4 mentransmisikan daya 100 kW dan berputar pada kecepatan 3600 rpm. Roda gigi 1 dibebani oleh roda gigi lain dengan gaya P1 ke atas pada jari-jari 80
mm. Gaya P2 bekerja ke arah bawah pada jari-jari 110 mm. Jarak bantalan A ke roda gigi 1 adalah 100 mm, roda gigi 1 ke 2 adalah 85 mm, dan dari roda gigi 2 ke bantalan B 50 mm.
a. Gambar diagram benda bebas
poros, bantalan hanya menahan gaya radial,
b. Hitung harga komponen gaya pada bantalan A dan B, c. Hitung torsi yang ditransmisikan,
d. Gambar diagram momen bending dan torsi pada bidang y (mendatar) dan x-z (vertikal melewati sumbu poros), tentukan posisi momen bending dan torsi
driven driver
e. Hitung faktor keamanan menurut teori energi distorsi dan teori tegangan geser maksimal jika poros berdiameter 35 mm dan terbuat dari baja karbon tinggi (AISI 1080).
5. Roda gigi 3 dan 4
terpasang pada poros, seperti pada gambar P-7.5. Resultan gaya yang bekerja pada roda gigi PA=600 lbf, 20º terhadap sumbu y. Poros terbuat dari baja
cold-drawn, dengan Sy=71 kpsi dan Sut=85 kpsi. Poros solid dengan diameter
konstan. Faktor keamanannya 2.6 berdasar
teori energi distorsi. Untuk kondisi pembebanan fatigue, asumsikan bending fully reversed dengan momen bending alternating sama dengan yang digunakan pada kondisi statik. Torsi rata-ratanya nol dan asumsikan sesuai dengan diagram Goodman. Tentukan diameter poros untuk pembebanan statik dan fatigue. Gambarkan pula diagram geser dan momen.
6. Tentukan dimensi pasak yang dibutuhkan dengan faktor keamanan minimal 2 terhadap kegagalan geser dan bearing untuk desain seperti pada gambar P-7.6. Gunakan data dari tabel P-7.1. Diameter poros 4 cm. Material poros adalah baja dengan Sut=745 MPa dan Sy=427 MPa. Pasak terbuat dari baja dengan Sut=600 MPa dan Sy=360 MPa.
Gambar P-7.6 Rancangan poros untuk soal nomor 6
7. Roll dengan roda gigi yang sering digunakan pada industri ditunjukkan pada gambar P-7.7 digerakkan dengan kecepatan 300 rpm oleh gaya F yang bekerja pada roda gigi dengan diameter pitch 3 in. Gaya normal yang diakibatkan roll dan bekerja pada material yang diroll sebesar 30 lb per inch panjang roll. Koefisien geseknya 0.40. Baja dengan Sut=72 kpsi dan Sy=39 kpsi digunakan sebagai roll. Asumsikan pembebanan statik dengan faktor keamanan sebesar 3.5. Tentukan diameter poros teoretis pada posisi kritis. Gunakan kedua teori kegagalan statik.
Gambar P-7.7 Gambar untuk soal nomor 7
8. Didesain bagian poros seperti yang ditunjukkan pada gambar P-7.8 dengan d=0.80D dan r=D/20, dengan kenaikan diameter d sebesar
1/8 in. Digunakan baja AISI 3140. Untuk mendapatkan sifat tarik minimum sebesar Sut=188 kpsi, Sy=157 kpsi dan HB=37, dilakukan heat treatment pada bagian step/shoulder. Poros diberi beban bending, dengan bending alternating Ma=650 lb.in dan momen torsi steady sebesar
400 lb.in. Poros dirancang untuk umur tak hingga dengan faktor desain 2.6, kriteria kegagalan energi distorsi untuk tegangan dan kriteria Goodman yang dimodifikasi untuk fatigue. Pilih harga D, d, dan r. Kemudian tentukan harga faktor keamanan yang dihasilkan dari pemilihan yang dilakukan.
Gambar P-7.8 Gambar untuk soal nomor 8
mencari diameter poros dengan faktor keamanan 2 pada pembebanan fatigue. Poros terbuat dari baja dengan Sut=108 kpsi dan Sy=62 kpsi. Dimensi dalam inch, gaya dalam lb sedangkan torsi dalam lb-in.