BAB I dan II..

(1)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Ilmu pengetahuan dan teknologi pada saat ini berkembang dengan begitu pesat seiring dengan kebutuhan manusia yang makin meningkat. Penemuan – penemuan teknologi terkini berlangsung secara terus menerus, sehingga mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidupnynya. Salah satu diantaranya adalah teknologi permesinan, untuk mendukung proses kerja dibidang permesinan antara lain diperlukan kopling, dimana kopling ini berkembang sesuai dengan perkembangan zaman.

Kopling sebagai elemen mesin yang saat ini banyak digunakan pada mesin – mesin industri, kendaraan bermotor, dan lain - lain. Dengan berjalannya waktu dan penggunaan kopling yang terus menerus maka komponen – komponen kopling akan pasti mengalami hal – hal seperti plat cepat aus, usia kopling tidak tahan lama, biaya perawatan yang mahal, dan lain - lain. Dengan adanya hal - hal tersebut maka perlu adanya perancanaan kopling yang tepat dan teliti.

1.2 Tujuan Perencanaan

(2)

1.3 Batasan Masalah

Kopling merupakan suatu sistem yang sangat luas, oleh sebab itu penulis akan membatasi permasalahan yang akan dibahas pada mobil “ TOYOTA AVANZA VELOZ “ dengan daya 104 Ps pada putaran 6.000 Rpm, meliputi beberapa

elemen – elemen penting yaitu : analisa kopling, poros, plat gesek, pegas dan paku keling, agar tidak terjadi kesalahan dalam analisa kopling dan perhitungan maka penulis akan memperhatikan faktor – faktor koreksi dan faktor – faktor internal yang digunakan.

1.4 Metode Penulisan

Dalam melakukan perencanaan ini dilakukan dengan dua metode:

a) Studi literatur yaitu tinjauan pustaka untuk memperoleh dasar – dasar teori dan rumusan yang akan dipergunakan dalam perhitungan.

b) Studi lapangan yaitu melakukan peninjauan langsung kelapangan guna memperoleh data sebagai pembanding dan melihat secara langsung.

1.5 Sistematika Penulisan

Sistematika yang digunakan dalam penulisan perencanaan tugas elemen mesin ini adalah:

Bab I : Pendahuluan

(3)

Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini menjelaskan macam – macam kopling beserta gambar kopling. Bab III : Analisa Perencanaan Kopling

Bab ini menguraikan perhitungan yang berkaitan dengan kopling seperti daya, plat yang digunakan, poros, pegas, dan paku keling. Bab IV : Kesimpulan Dan Saran

(4)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Analisa dan Penggunaan Kopling

Kopling adalah suatu elemen mesin yang dapat menghubungkan dan memutuskan putaran dan daya dari mesin ke transmisi. Jenis kopling dibagi atas dua jenis yaitu :

1. kopling tetap 2. kopling tak tetap.

Secara garis besar penggunaan kopling antara lain sebagai berikut :

a. Untuk menjamin mekanisme dan karakteristik getaran yang terjadi akibat bagian – bagian mesin berputar.

b. Untuk menjamin hubungan antara poros yang digerakkan yang dibuat secara terpisah.

c. Untuk mengurangi beban lanjut atau hentakan pada saat melakukan transmisi dari poros penggerak ke poros yang akan digerakkan.

Dalam penggunaan kopling sering kita jumpai beberapa gangguan – gangguan atau masalah, antara lain :

a. Biasanya pada kopling sering terjadi keausan antara kedua permukaan kontak dan akan mengakibatkan kehilangan tenaga.

(5)

c. Akibat dari penggunaan kopling pada permesinan, poros yang digerakkan selalu mendapat tekanan yang melewati batas ketentuan dari kemampuan sebuah kopling dan berakibat kopling akan cacat, patah atau sebagainya.

Untuk mengatasi masalah yang terjadi tersebut, maka dalam perencanaan kontruksi kopling kita harus memperhatikan hal – hal sebagai berikut :

a. Aman pada putaran tinggi, getaran dan tumbukan kecil b. Kopling harus dapat dipasang dan dilepas dengan mudah c. Dapat mencegah pembebanan lebih

d. Kopling harus ringan, sederhana dan semurah mungkin dan mempunyai garis tengah yang sekecil mungkin.

e. Bagian yang menonjol harus dicegah dan ditutupi sedemikian rupa sehingga tak berbahaya.

f. Garis sumbu yang hendak harus sejajar dan disambung dengan tepat terutama apabila kopling tidak fleksibel atau tidak elastis.

g. Titik berat kopling sebanyak mungkin harus terletak pada garis sumbu poros, dan kopling harus mengalami keseimbangan dinamis kalau tidak kopling akan berayun (apabila titik berat terletak pada garis sumbu maka kopling telah diseimbangkan secara statik)

(6)

2.2 Kopling Tetap

Kopling tetap adalah suatu komponen mesin yang berfungsi sebagai penerus dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti tanpa terjadi slip. Dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada suatu garis. Kopling ini selalu dalam keadaaan terhubung. Dan jika ingin melepaskannya harus dilakukan pembongkaran mesin, berarti ini menunjukkan bahwa kopling ini hanya bisa dilepas dalam keadaan diam.

Dalam merencanakan suatu kopling harus mempertimbangkan hal – hal sebagai berikut:

1. Pemasangan yang mudah dan cepat. 2. Ringkas dan ringan.

3. Aman pada putaran tinggi, getaran dan tumbukan kecil. 4. Dapat mencegah pembebanan yang berlebih.

5. Terdapat sedikit kemungkinan gerakan aksial pada poros sekitarnya terjadi pemuaian karena perubahan suhu.

Kopling tetap dibedakan lagi beberapa macam yaitu: 1. Kopling Kaku

2. Kopling Fleksibel ( luwes ) 3. Kopling Elastis

2.2.1 Kopling Kaku

(7)

a. Kopling Bus

Kopling ini terdiri atas sebuah selongsong ( bus ) dan baut – baut yang dibenamkan pada kedua poros. Dan sering juga dipakai berupa pasak yang dibenamkan pada ujung – ujung poros.

Pada saat pemasangannya harus dijaga agar sumbu kedua porosnya berada pada satu garis lurus. Kopling ini mempunyai kontruksi yang sangat sederhana dan harganya murah. Kopling ini hanya digunakan untuk mentrasmisikan daya – daya kecil.

Gambar 2.1 Kopling Bus

Alat pengaman

3d + 3,5 cm

d

b. Kopling Flens Kaku

(8)

Gambar 2.2 Kopling Flens Kaku

c. Kopling Jepit

Kopling ini terdiri atas dua pinggang yang dijepitkan pada kedua poros dengan bantuan baut – baut. Momen putaran dipindahkan oleh gesekan antara pinggang dan ujung poros. Konstruksi kopling ini sangat berat dan putaran yang dipindahkan sangat rendah namun mudah dalam melepaskannya.

Baut pas

(9)

d. Kopling Flens Tempa

Pada kopling ini masing – masing ujung poros terdapat flens yang dilas atau ditempa dan kedua flens diikat dengan baut – baut. Pada kopling ini momen dipindahkan melalui pergeseran baut atau pergesaran antara kedua flens.

d

1.9 d R

Gambar 2.3 Kopling Flens Tempa

e. Kopling Bumbungan Tekan Minyak

Kopling ini terdiri dari sebuah bumbungan yang bagian dalamnya berbentuk lurus dan tabung yang bagian luarnya juga berbentuk tirus yang sama dengan bagian dalam silinder. Minyak atau gemuk dipres dengan tekanan tinggi melalui tabung berulir ditengah – tengah bus ( bumbungan ) sehingga batang tertekan. Sambungan jepit yang ditimbulkan dapat memindahkan momen – momen putaran yang besar karena gesekan.

Gambar 2.4 Kopling bumbungan tekan minyak tempat memasukkan minyak

Cincin - o Silinder luar

(10)

2.2.2 Kopling Luwes (Fleksibel)

Kopling luwes atau fleksibel ini digunakan apabila kedudukan yang baik antara kedua ujung poros satu sama lain tidak dapat diharapkan sehingga kedua ujung poros itu disambungkan sedemikian rupa sehingga dapat bergerak satu sama lain.

Dalam hal ini kita dapat mengenal tiga bentuk kefleksibelan yaitu dalam arah aksial, radial, dan poros satu sama lain mengepit kedua sudut.

Kopling ini terdiri dari : kopling roda gigi, kopling universal

a. Kopling Roda Gigi

Kopling ini kedua poros dilengkapi dengan naf bergigi, dimana sisi gigi dan puncak gigi sedikit banyak berbentuk bulatan. Gigi ini merangkap didalam sistem gigi dalam sebuah longsongan yang cocok dan menyambung kedua naf, lubang ulir dalam naf berfungsi untuk melepas baut.

Kopling ini memperbolehkan kefleksibelan sedikit arah aksial dan radial, disamping itu poros dapat membuat sudut kecil satu dengan yang lain dan mampu memindahkan momen yang sangat besar.

rantai

roda rantai

(11)

b. Kopling Universal

Kopling ini dipakai untuk menyambung dua poros yang tidak terletak dalam sebuah garis lurus atau yang garis sumbunya saling memotong

2.2.3 Kopling Elastis

Pada kopling ini elemennya terbuat dari karet buatan atau pegas baja yang menyambung kedua bagian yang dipasang pada poros yang hendak disambung. Dengan kopling elastis dicoba untuk diperoleh:

a. Mengatasi timbulnya kejutan-kejutan pada saat pemindahan momen putaran.

b. Peredam getaran torsi

c. Koreksi terhadap penyimpangan kecil pada letak poros. d. Meredam getaran – getaran yang timbul dalam mesin beban. e. Isolasi listrik untuk poros yang disambung.

Dari kontruksinya kebanyakan kopling – kopling elastis juga fleksibel sehingga pergeseran memanjang, melintang dan posisi serong poros – poros itu dalam keadaan terbatas juga memungkinkan dan dapat juga memberikan putaran

Gambar 2.6 Kopling Universal

Silang Silang

Kuk Rol jarum

(12)

sudut kecil antara sambungan ujung – ujung poros. Kerugian yang timbul adalah berupa panas, sehingga sifat – sifatnya berubah atau elastisitasnya hilang.

Kopling ini terdiri dari kopling piringan karet, kopling piringan karet, kopling cincin karet, kopling ban karet, kopling selongsong pena.

a. Kopling Piring Karet

Pada kopling ini momen dipindahkan lewat sebuah elemen yang berbentuk bintang dari karet. Kedua perubahan kopling adalah identik dan dilengkapi dengan cakar yang sesuai dalam rumpangan dalam ban

Gambar 2.7 Kopling Piringan karet

b. Kopling Cincin Karet

Kopling ini bagian elastis terdiri dari sebuah cincin karet yang diberi profil, cincin karet ini lewat vulkanisasi disambung pada sisi dalamnya pada sebuah naf besi cor atau pada naf baja dan pada sisi luarnya pada sebuah cincin logam. Keuntungan cincin ini yaitu bagian – bagiannya tidak menggelincir lewat satu sama lain.

(13)

Kopling ini sebuah ban yang sangat elastis yang terdiri dari karet dengan lapisan yang ditenun dan ditekan oleh dua buah cincin penekan pada flens kedua paruhan kopling. Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun sumbu kedua poros yang dihubungkan tidak lurus dan dapat meredam tumbukan dan gesekan yang terjadi pada transmisi. Di samping itu pemasangan dan penukaran ban karet dapat dilakukan tampa banyak kesulitan, jika daya elastisnya telah berkurang dan hubungan listrik antara kedua poros dapat dicegah.

Gambar 2.8 Kopling Ban Karet

d. Kopling Selongsong Pena

Kopling ini terdiri dari dua paruh yang identik dilengkapi dengan pena penggerak dan lubang dalam jumlah yang sama. Dalam lubang ini dipasang pena dengan selongsong untuk paruhan kopling yang lain. Keuntungan kopling ini yaitu aman tembusan aliran, artinya bahwa tidak memungkinkan aliran berjalan dari bagian kopling yang satu ke bagian kopling yang lain.

(14)

perubahan bentuk elemen – elemen yang elastis dan peredam terjadi oleh gesekan pada waktu terjadi perubahan bentuk.

Gambar 2.9 Kopling Selongsong Pena

2.2.4 Kopling Fluida.

Kopling fluida yaitu kopling yang meneruskan dan memutuskan daya melalui fluida sebagai zat perantara dan diantara kedua poros tidak terdapat hubungan mekanis. Kopling ini sangat cocok untuk memindahkan putaran tinggi dan daya yang besar. Keuntungan kopling ini yaitu getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi beban tidak saling diteruskan demikian juga pada saat

(15)

Poros input

Impeler

Poros output Raner

Gelang inti Aliran minyak

Gambar 2.10 Kopling Fluida

Selubung

2.3 Kopling Tak Tetap

Kopling tak tetap adalah suatu elemen mesin yang dapat memutuskan dan menghubungkan dari poros penggerak ke poros yang digerakkan dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya, serta dapat melepaskan kedua hubungan poros tersebut pada keadaan diam maupun berputar.

Sifat – sifat kopling ini adalah :

 Poros output relatif bergerak terhadap poros input

 Pemutusan hubungan dapat terjadi pada saat kedua poros berputar maupun tidak berputar.

(16)

2.3.1 Kopling Cakar

Kopling ini digunakan untuk meneruskan momen yang kontak positif atau tanpa ada gesekan sehingga tidak ada terjadi slip. Pada tiap bagian kopling mempunyai cakar yang satu sama lain sesuai dan salah satu dari separuh itu harus dapat disorongkan secara aksial.

Kopling ini mempunyai dua macam jenis yaitu : kopling cakar spiral, dan kopling cakar persegi.

1. Kopling Cakar Spiral

Kopling ini dapat dihubungkan dalam keadaan berputar, namun hanya baik digunakan untuk satu arah putaran saja. Kopling ini baiknya dihubungkan bila poros penggerak mempunyai putaran kurang dari 50 rpm. Karena jika lebih dari itu maka akan timbul tumbukan – tumbukan yang besar.

Gambar 2.11 Kopling Cakar

(17)

2. Kopling Cakar Persegi

Kopling ini dapat meneruskan momen dalam dua arah putaran, tetapi tidak dapat menghubungkan dalam keadaan berputar.

2.3.2 Kopling Plat

(18)

Poros yg digerakkan d1

F

D2 D1 Poros

penggerak

b A B

Gambar 2.12 Kopling Plat

2.3.3 Kopling Kerucut

Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengan kontruksi sederhana dan mempunyai keuntungan dimana dengan gaya aksial yang kecil dapat memindahkan momen yang besar.

2.3.4 Kopling Friwel

Gambar 2.13 Kopling Kerucut Poros yang digerakkan

(19)

Kopling ini adalah kopling yang dapat lepas dengan sendirinya, bila poros penggerak berputar lebih lambat atau dalam arah berlawanan dari poros yang digerakkan.

2.4 Komponen yang sangat dibutuhkan dalam perencanaan Kopling gesek 1. Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin menggunakan poros sebagai penerus tenaga dan putaran. Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya:

a) Poros transmisi b) Spindel

c) Gandar

Dalam merencanakan suatu poros harus diperhatikan hal-hal sebagai berikut: 1) kekuatan poros.

2) kekakuan poros.

3) putaran kritis poros dan ketahanan terhadap korosi.

Pegas Arah gerakan bebas

Arah gerakan terhubung

Cincin luar

Cincin dalam

Gambar 2.14 Kopling Friwel

(20)

Bahan poros yang digunakan untuk mesin biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, Baja karbon konstruksi mesin bahan S C yang dihasilkan dari baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilicon dan dicor.

TABEL 1.1 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang difinis dingin untuk poros(Lih hal 3 buku sularso)

Standar dan

macam bahan Lambang

Perlakuan panas

Kekuatan tarik

(kg/mm2₎ Keterangan

Baja karbon

S35C-D - 53 Ditarik

dingin, digerinda, dll

S45C-D - 60

S55C-D - 72

Rumus Analisa Perhitungan Perencanaan Kopling Gesek

Adapun satuan yang akan dipergunakan adalah sebagai berikut : - PS = Pferdestarke (Bahasa Jerman),

- PK = Paarden Kracht (Bahasa Belanda) - kW = kilo Watt

- HP = Horse Power - DK = Daya Kuda.

Dimana dapat dikonversikan seperti berikut :

 1 HP = 0,745 KW

 1 KW = 1,34 HP

 1 PS / PK = 0,98 HP

(21)

 1 KW = 1,36 PS

 1 HP = 1,01 PS

Rumus analisa perhitungan poros 1. Daya yang direncanakan (Pd)

Pd = fc. P(kW)... lih.1 hal7 .pers 1.1

Dimana:

Pd = Daya yang direncanakan

fc = Faktor koreksi

P = Daya nominal output dari motor penggerak ( kW ) Tabel 1.6 Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc)

Daya yang akan ditransmisikan fc

Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 - 2,0

Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 2,0

Daya normal 1,0 - 1,5

2. Momen puntir atau momen rencana ( T )

(22)

Sf1= Faktor keamanan untuk pengaruh massa dari bahan S-C

dikenakan secara halus ( 1,5 - 3,0 ) jika beban dikenakan dengan kejutan besar.

Rumus analisa perhitungan pasak 1. Lebar pasak (b)

b = d_s

(23)

2. Kedalaman Alur pasak (t1)

t1 =

d_s

8 (mm) ... lih. 1 hal. 9 Gbr 1.1

3. Pasak (c) c =

r

ds _{(mm) ... lih. 1 hal. 9}_{Gbr 1.1}

4. Tinggi pasak (h) ... lih.1 hal.10 tab. 1.8

Dimana :

ds = diameter poros

t = alur pasak

c = jari – jari filet pasak b = lebar pasak

r = jari – jari filet dari poros bertangga.

(24)

Gbr 1.2 Faktor konsentrasi tegangan 

5. Tegangan geser ()

 = T

(

π d

s3

16

)

₌ 5,1 T

d

s3 (kg/mm2) ... lih 1 hal 7 pers 1.4

6. Perbandingan tegangan geser yang terjadi selama mengalami faktor konsentrasi tegangan dari poros :

t_a x Sf₂

α _{> x K}_t_{x C}_b_(kg/mm2_{) ... lih. 1 hal. 8}

2.5 Rumus – Rumus Yang Digunakan Dalam Perencanaan Kopling Gesek Rumus Analisa Perhitungan Plat Gesek

1. Momen puntir yang diteruskan ( T ) T = 9,74 x 105 _x_fc._p/n

1 (mm) ...lih. 1 hal. 59 pers 3.2

(25)

F =

2.5.2 Rumus Perhitungan Umur Kopling

a. Momen puntir yang dihitung dari daya penggerak mula ( T )

T = 9,74 x 105

fc x P

(26)

Dimana :

fc = Faktor koreksi P = Daya nominal ( kW ) n1 = Putaran ( rpm )

1. Kecepatan relatif ( nr )

nr = n1 - n2 (rpm)... lih. 1 Hal. 65

Dimana :

n1 = Putaran poros kopling

n2 = Putaran beban ( diasumsikan )

2. Momen percepatan yang diperlukan untuk mencapai waktu perhubungan yang direncanakan (Ta)

Ta =

GD2 x n₁ 375x t_e +Tl1

(kg.m) ...lih. 1 Hal. 67 pers 3.17

Dimana :

GD2_{= Efek gaya terhadap kopling ( kg.m}2₎

Ta = momen star ( kg.m )

Tl1 = Momen beban saat start (kg.m)

Te = waktu penghubung rencana (s)

3. Kapasitas momen gesek dinamis ( Tdo )

(27)

Dimana :

6. Kerja penghubungan yang diizinkan ( Ea )

E O Ea (kg.m/hb) ... lih. 1 Hal. 70 pers 3.28 7. Waktu penghubungan yang sesungguhnya ( tae )

tae =

GD

2

. nr

375 (

Tdo - T

)

_{(sekon)... lih. 1 Hal. 70 pers 3.29}

8. Waktu penghubungan

tae < te (sekon) ... lih. 1 Hal. 70

te = waktu penghubung yang direncanakan

9. Umur plat gesek dalam jumlah penghubungan ( Nml )

Nml =

L

3

E x w

_{(hb)... lih. 1 Hal. 72 pers 3.31}

Dimana :

(28)

w = Laju keausan permukaan bidang gesek ( cm3_{/kg.m )}

E = kerja penghubung untuk satu hari ( kg.m/hb )

TABEL 3.4 Laju keausan permukaan plat gesek

Bahan permukaan w [ cm3/(kg.m)]

Paduan tembaga sinter (3-6) x 10-7

Paduan sinter besi (4-8) x 10-7

Setengah logam (5-10) x 10-7

Damar cetak (6-12) x 10-7

... lih.1 Hal 72

TABEL 3.5 Batas keausan kopling

Nomor kopling/rem 1,2 2,5 5 10 20 40 70 100

Batas keausan

permukaan ( mm ) 2 2 2,5 2,5 3 3 3,5 3,5

Volume total pada batas

keausan ( cm3₎ 7,4 10,8 22,5 33,5 63,5 91 150 210

N = Frekuensi penghubungan ( hb/min ) Rumus Analisa Perhitungan Pegas

1. Gaya tekan pegas ( F )

F= π₄ ( D22 – D12 )P (kg)... lih.1 Hal.62 pers 3.9

(29)

K =

4 .c−1 4.c−4+

0, 615

c _{………... lih.2 Hal.316 pers 7.33}

Dimana :

c = Fungsi indeks pegas

c = D/d ... lih. Hal 316

W = beban maximum yang diterima sebuah pegas 5. Diameter lingkaran pegas (D)

D / d = 8 / d (mm)

Gbr 2.16 Tegangan maksimum dari pegas tekan

Keterangan gambar :

(30)

8. Kawat baja tahan karat no. 1 9. Kawat musik kelas V

10. Baja karbon, kawat ditemper dengan minyak, kelas B

11. Kawat baja Cr-V ditemper dengan minyak, untuk pegas katup 12. Baja paduan

13. Baja pegas ( SUP4 )

(31)

Gbr 2.17 Faktor tegangan Wahl

7. Lendutan pegas (  )

 =

8.nD3W_l

d4.G _{(mm) ... lih.1 hal,318 pers.7.34}

Dimana :

G = Modulus geser (kg/mm2₎

8. Konstanta pegas ( k )

k =

G.d4

8.n.D3 _{(mm) ... lih.1 hal.318 pers.7.35}

9. Panjang lilitan pegas ( H )

H/D ≤ 4 (mm) ... lih.1 Hal.316

Tabel 2.6 Harga modulus geser G

Bahan Lambang Harga G( kg/mm2₎

Baja pegas SUP 8 x 103

Kawat baja pegas SW 8 x 103

Kawat piano SWP 8 x 103

Kawat ditemper dg minyak - 8 x 103

Kawat baja tahan karat SUS 7,5 x 103

( SUS 27, 32, 40 ) -

(32)

Kawat perak nikel NSWS 4 x 103

Kawat perunggu fosfor PBW 4,5 x 103

Kawat tembaga berilium BeCuW 5 x 103

Paku Keling

Fungsi paku keling adalah untuk menyambung pelat dan batang profil, paku keling dipasang yang dilantak. Dalam bangunan pesawat terbang dan pada umumnya pada konstruksi logam ringan, banyak dipergunakan paku keling aluminium. Selanjutnya paku keling tembaga dan aluminium dipergunakan antara lain pada pemasangan bahan gesek pada kopling dan rem (jenis rem tromol). Rumus Analisa Perhitungan Paku Keling

1. Tegangan tarik yang diizinkan (