perancangan poros engkol

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Poros sebagai roda penggerak sebuah mesin merupakan salah satu komponen terpenting dari suatu rangkaian mesin. Peranan utama poros dalam mentransmisikkan daya adalah dengan mengubah gerak translasi menjadi gerak rotasi pada saat mesin beroperasi dan mengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi pada waktu mesin akan dijalankan.

Bantalan/bearing merupakan salah satu komponen mesin yang berfungsi sebagai penumpu poros agar dapat bergerak lebih halus dan aman. Selain itu bantalan juga berfungsi untuk memperpanjang umur dari poros yang ditumpunya. Dalam merancang sebuah bantalan harus diperhatikan kekokohannya sehingga poros beserta elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik.

Pasak adalah suatu bagian dari mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti puli, kopling, roda gigi dan lain-lain. Fungsi yang hampir serupa dengan pasak yaitu spline, hanya saja spline memiliki gigi luar pada poros dan gigi dalam yang jumlahnya sama, serta satu dan lainnya saling terkait. Gigi yang bergeser secara aksial pada waktu meneruskan daya.

1.2 Perumusan Masalah

Parameter-parameter yang perlu dihitung dalam perencanaan ini adalah: - Momen lentur poros

- Momen puntir poros

- Gaya tekan pada batang torak - Dimensi poros

- Dimensi pasak - Umur bantalan

sedangkan untuk harga-harga yang tidak ada standarnya maka diasumsikan dan dilanjutkan dengan menghitung kekuatan bahannya.

1.3 Tujuan Pengkajian

Sesuai dengan masalah diatas maka tujuan pengkajian ini adalah merancang sebuah poros engkol Yamaha Jupiter MX dan menganalisa kembali parameter-parameter baik tegangan dan sebagainya. Sehingga diharapkan dapat membantu untuk mendapatkkan data spesifikasi dari elemen mesin ini.

1.4 Metote Penulisan

 BAB I : PENDAHULUAN, menjelaskan latar belakang dipilihnya poros sebagai bahan perancangan.

 BAB II : TINJAUAN PUSTAKA, pembahasan mengenai teori-teori dasar yang berhubungan dengan pembahasan poros.

 BAB III : PERHITUNGAN, membahas perhitungan dalam perancangan poros.

 BAB IV : ANALISIS, menyajikan analisis hasil perancangan poros.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Poros

Poros/shaft adalah salah satu bagian yang terpenting dari setiap kontruksi mesin. Hampir semua mesin mempunyai poros untuk meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran, peranan utama dalam tranmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros itu sendiri adalah bagian yang stasioner seperti roda gigi, roda gila, engkol dan elemen pemindah daya lainnya.

Poros dapat menerima beban lentur,beban tarik, beban tekan atau puntir yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan yang lainnya. Demikian pula halnya dengan poros engkol/crank shafft dimana berfungsi sebagai transmisi atau penerus putaran. Dari gerakan ini dapat dihasilkan suatu langkah kompresi atau langkah isap dan langkah buang, mekanisme batang hubung poros diterapkkan untuk mengubah gerak translasi menjadi gerakk rotasi atau sebaliknya.

Untuk mekanisme kepala silang, yang melakukkan gerak bolak-balik lurus pada penuntun kepala silang dan pada batang torak dipasang kepala torak dengan kokoh. Batang hubung yang menyambung kepala silang dengan engkol dan engkol yang berputar dengan poros engkol. Jadi slah satu ujung batang hubung melakukan gerak bolak-balikk dan ujung yang lainnya gerak rotasi.

2.1.1 Jenis-Jenis Poros

Menurut penggunaannya poros dibedakan atas: 1. Poros transmisi

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau momen puntir dan momen lentur. Daya ditransmisikan kepada poros melalui kopling,roda gigi, sabuk atau sprocket rantai dan lain-lain. Digunakan untuk memindahkan momen lentur.

Poros yang mendukung khusus untuk elemen mesin yang beputar, misalnya:

A. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, dimana bebanutamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasi yang kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. B. Gandar

Gandar baik yang berputar maupun yang diam berfungsi hanya untuk menopang bagian mesin yang diam, berayun atau berputar, tetapi tidak mengalami momen puntir dengan demikian beban utamanya adalah tekukan atau bending. Gandar pendek juga disbut dengan baut. Bagian yang berputar dalam bantalan dari gandar desebut dengan tap. Gandar biasanya dipasang diantara roda-roda kereta barang. Dimana tidak dapat mendapat beban puntir bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar.

Menurut pembebanan yang dialami poros : 1. Poros denganbeban puntir murni 2. Poros dengan beban lentur murni

3. Poros dengab beban kentur dan beban puntir

Menurut arah memanjang /longitudinal maka dibebankan poros yang bengkok (poros engkol) terhadap poros biasa, sebagai poros pejal atau poros berlubang, keseluruhan rata atau dibuat mengecil, menurut penampang melintangnya disebut sebagai poros bulat dan poros profil disamping itu dikenal juga poros engsel, poros teleskop, poros lentur,dan lain-lain.

3. Poros Engkol

memutar poros engkol sebanyak satu putaran demikian pula sebaliknya, satu putaran poros engkol akan mengakibatkan terjadinya gerak translasi torak sepanjang TMA-TMB-TMA.

Pada poros engkol terdapat roda gaya sebagai sumber energi yang menjaga agar poros engkol dapat terus berputat dengan stabil untuk menggerakkan torak ketika melakukan langkah buang, langkah isap dan langkah kompresi.

Pada umumnnya poros meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan beban lentur sehingga pada permukaan poros terjadi tegangan puntir yang disebabkan adanya momen puntir dan tegangan lentur yang disebabkan adanya momen lentur.

Beban yang bekerja pada poros pada umumnya adalah beban berulang, jika poros tersebut mempunyai roda gigi untuk meneriuskan daya besar maka kejutan yang besar akan terjadi pada saat mulai atau sedang berputar

2.1.2 Hal Penting Dalam Perancangan Poros

Untuk merancang sebuah, hal-hal seperti dibawah ini harus diperhatikan: A. Kekuatan Poros

Suatu poros transmisi dapaaat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara keduanya, juga ada poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling pada turbin.

Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan sehingga cukup kuat menahan beban-beban diatas.

B. Kekakuan Poros

C. Putaran Kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya maka maka putaran tersebut disebut putran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor bakar torak, motor listrik dan lain-lainnya. Jika mungkin poros harus direncanakan sedemikan rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya.

D. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros propeler dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga untuk poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi.

E. Bahan Poros

Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinishing, baja karbon kontruksi mesin (disebut baja bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di-kill (baja yang dioksidasikan dengan fero silikon dan dicor,kadar karbon terjamin).

Meskipun deminikian bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnnya bila diberi alur pasak, kaarena ada tegangan sisa didalamnya. Tetapi penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekakuannya bertambah.

Poros-poros yang digunakan untuk meneruskan putaran tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan pada keausan.

Rumus-rumus yang digunnakan : 1. Daya rencana

Pd FcP

P_d  _{daya rencana (kW)}



sularso,hal.8,pers.1.5



5. Diameter terbesar

    3

1 2 2

1 , 5

t kt m km a

ds   



Dimana:

ds diameter terbesar (mm)

km- faktor koreksi momen lentur yang tetap = 1,5 - fakkor koreksi akibat tumbukan ringan = (1,5 – 2) -faktor koreksi akibat tumbukan berat = (2 – 3) kt - faktor koreksi untuk beban yang halus = 1

- faktor keamanan akbat tumbukan yang ringan = (1 – 1,5) - faktor keamanan akabat tumbukan yang berat = (1,5 – 3)



Sularso,hal.18,pers.1.20



2.2 Pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, kopeling, puli dan elemen lain pada poros. Momen diteruskan dari poros naaf atau naaf ke poros. Fungsi yang serupa dengan pasak dilakukan oleh spline dan roda gerigi

yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam dengan jumlah gigi yang sama pada naaf dan saling berkaitan satu sama lain.

Seperti halnya baut dan sekrup, pasak digunakan untuk sambungan yang dapat dilepas. Gaya yang membebani pasak pada umumnya terjadi pada penampangnya. Beban pada penampang melintang tidak banyak terdapat pada pasak. Pasak memanjang terutama digunakan untuk naaf pada poros.

Macam-macam pasak menurut letaknya pada poros dapat dibebankan: A. Pasak pelana

B. Pasak rata C. Pasak benam

1. Gaya tangensial pasak

Ft =

2

D T

2. Dimensi

2.1. pasak

2.1.1. panjang pasak

l = dapat dicari dari Niemann, hal. 335, tabel 18/7

2.1.2. tinggi (h) = lebar (l) pasak

A Ft i 



l b

Ft  

b Ft_l i 



3. Tegangn geser yang terjadi

A Ft g 



l b

Ft  

Dimana:

_g  _{teganan geser yang terjadi }

    

2

mm kg

2.3 Spline

Spline merupakan suatu elemen mesin yang mempunyai fungsi sama seperti pasak, yaitu untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, tetapi jumlah giginya lebih dari satu dan dapat digeser pada saat meneruskan daya secara aksial.

Rumus-rumus yang digunnakan : 1. Dimensi

1.1. spline

h = b =





2

1

D Do

Dimana:

D₀ _{diameter asumsi (mm)} D₁  diameter spline (mm)

halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta lainnya bekerja dengan baik. Seandainya bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja secara maksimal.

2.4.1 Klasifikasi Bantalan

Bantalan dapat diklasifikasikan atas dasar: 1. Gerakan bantalan terhadap poros

A. Bantalan luncur

Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu aloh permukaan bantalan dengan perantaraan ;lapisan pelumas.

Pada bantalan ini terjadi gerakan gelinding antara bagian yang berputar dengan ujung diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol atau rol jarum dan rol bulat.

2. Arah beban terhadap poros A. Bantalan radial

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros

B. Bantalan aksial

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah sejajar sumbu poros. C. Bantakan gelinding khusus

Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

Rumus-rumus yang digunnakan : 1. Umur bantalan

1.1 beban ekivalen dinamis

Pr 



XVFr

 

YFo



Dimana:

P_r beban ekivalen dinamis (kg) F_r beban radial (kg)

Fa beban aksial (kg)

X,Y,V _{dapat dilihat pada setiap tabel bantalan}



sularso,hal.135,pers.4.49



1.2 faktor kecepatan

1.2.1 untuk bantalan bola

3

1

3 , 33

      

n

f_n

10

3

3 , 33

      

n f_n



sularso,hal.136,pers.4.53



Dimana:

fn  faktor kecepatan

n



putaran (rpm)

1.3 Fakktor umur

P C f f_h  _n

Dimana:

fh faktor umur

C lihat tabel bantalan

PP_r bbeban ekivalen dinamis (kg)



sularso,hal.136,pers.4.53



1.4 faktor umur nominal 1.4.1 untuk bantalan bola L_h 500f_h3

1.4.2 untuk bantalan roll

500

103

h

h

f

L





Dimana:

Lh faktor umur nominal fh faktor umur nominal



sularso,hal.136,pers.4.54



BAB III

PERHITUNGAN

3.1 Data spesifikasi Yamaha Jupiter MX: - N : daya motor = 12,5 dk

225,42 kg

Balancer Magnet & Spul

2 kg 2 kg

A

R 0,8 kg 0,8 kg RB

60mm 16mm 18mm 18mm 16mm 80mm

225,42 kg

2 kg 2 kg

0,8 kg 0,8 kg

RA RB

60mm 16mm 18mm 18mm 16mm 80mm

#M_a 0

-2 (60) + 0,8 (16) + 225,42 (16+18) + 0,8 (16+18+18) – RB (16+18+18+16) + 2 (16+18+18+16+80) = 0

RB (16+18+18+16) = 7894,68 RB = 116,18 kg

# F_y 0

RA + RB – 2 – 0,8 – 225,42 – 0,8 – 2 = 0 RA + 116,18 – 2 – 0,8 – 225,42 – 0,8 – 2 = 0 RA = 114,84 kg

60 0X  mm

X

F_y 0

- V - 2 kg = 0 V = - 2 kg

Mx 0

M + 2 (X) = 0 M = - 2 (X)

X = 0 M = 0

X = 60 M = - 120 kg.mm

60 mm X 76mm

2 kg V M

60 mm 114,84 kg

X

F_y 0

V – 2 + 114,84 = 0 V = 112,84 kg

Mx 0

M - 114,84 (X-60) - 2 (X) = 0 M = 114,84 (X-60) + 2 (X) X = 60 M = - 120 kg.mm

# 76 mm X  94 mm

2 kg 76 mm 0,8 kg V M

60mm 114,84 kg X

0  F_y

- V – 0,8 + 114,84 – 2 = 0 V = 112,04 kg

Mx 0

M + 0,8 (X-76) + 114,84 (X-60) - 2 (X) = 0 M = - 0,8 (X-76) – 114,84 (X-60) + 2 (X)

X = 76 M = 1685,44 kg.mm X = 94 M = 3702,16 kg.mm

94 mm X  112 mm

2 kg 0,8 kg 225,42 kg V M

114,84 kg

94 mm X

F_y 0

-V – 225,42 – 0,8 + 114,84 – 2 = 0 V = -113,38 kg

M_x 0

M = - 225,42 (X-94) – 0,8(X-76) + 114,84 (X-60) - 2 (X) X = 94 M = 3702,16 kg.mm

X = 112 M = 1661,32 kg.mm

112 mm X  128 mm

2 kg 0,8 kg 225,42 kg 0,8 kg V M

114,84 kg 112 mm

X

F_y 0

-V – 0,8 – 225,42 – 0,8 + 114,84 - 2 = 0 V = - 114,18 kg

M_x 0

M + 0,8(X-112) + 225,42(X-94) + 0,8(X-76) - 114,84(X-60) + 2(X) = 0

M = - 0,8(X-112) – 225,42(X-94) – 0,8(X-76) + 114,84(X-60) -2(X)

X = 112 M = 1661,32 kg.mm X = 128 M = - 165,56 kg.mm

128 mmX  0

114,84 kg 116,18 kg 128 mm

X

0  F_y

-V + 116,18 – 0,8 – 225,42 – 0,8 + 114,84 - 2 = 0 V = 2 kg

M_x 0

M 116,18(X128) + 0,8(X112) + 225,42(X94) + 0,8(X76) -114,84(X-60) + 2(X) = 0

M = 116,18(X-128)- 0,8(X-112) – 225,42(X-94) – 0,8(X-76) + 114,84(X-60) -2(X)

X = 128 M = - 125 kg.mm X = 0 M = 0

Diagram Momen Lentur

M

1685,44 Kg.mm

1661.32 Kg.mm

0 60 mm 76 mm 94 mm 112 mm 128 mm 0

-120 Kg.mm

-165,56 kg.mm

Diagram Momen Puntir/Torsi

T

1053,235 Kg.mm

0 60 mm 76 mm 94 mm 112 mm 128 mm 0

3.3 Dimensi poros engkol

1. Diameter Pena engkol

Bahan yang digunakan S35C, dengan kekuatan tarik b = 52 ₂ mm

Defleksi pada poros masih cukup kecil dari yang diijinkan sehinggga poros dalam

(dilihat dari tabel 18/7, hal. 335, niemann)

3. Panjang Pasak

Bantalan yang digunakan untuk memutar gaya pada pena engkol adalah bantalan rol silindris. Diameter pena 28 mm, maka digunakkan bantalan rol silindris dengan C= 2990 kg

Jika dalam atu hari dipakai selama 8 jam maka umur bantalan menjadi:

365

2. Bantalan pada Poros Engkol Kiri

Bantalan yang digunakan untuk memutar gaya pada poros engkol adalah bantalan bola. Diameter poros engkol kiri = 19 mm maka digunakan bantalan jenis 6204 dengan harga C = 1000 kg

Jika dalam satu hari digunakan selama 3 jam maka umur bantalan

3. Bantalan Poros Engkol Kanan

Bantalan yang digunakan untuk memutar gaya pada poros engkol adalah bantalan bola. Diameter poros engkol kanan = 19 mm maka digunakan bantalan jenis 6204 dengan harga C = 1000 kg

1. Beban ekivalen dinamis

PX.V.Fr Y.Fa

BAB V ANALISIS

Pada kenyataannya dalam sebuah perancangan ulang suatu elemen, masih belum mampu untuk dapat mencapai bentuk atau rancangan yang paling ideal, baik dalam pendekatan secara teoritis maupun secara numerik.

Setelah melakukan proses perhitungan dalam perancangan poros engkol Yamaha Jupiter MX, ternyata diperoleh beberapa hasil perhitungan yang tidak sesuai dengan katalog klasifikasinya. Namun perbedaan yang terjadi ini tidaklah terlalu besar. Kemungkinan besar perbedaan yang terjadi, disebabkan oleh beberapa hal, antara lain:

-Adanya ketidaksamaan dalam menentukan faktor koreksi. - Adanya ketidaksamaan dalam menentukan faktor keamanan.

- Asumsi yang dilakukan penulis tidak tepat.

- Ukuran dari dimensi benda aslinya telah mengalmi beberapa kali pengujian sehingga hampir mendekati sempurna, sedangkan dalam perhitungan penulis hanya pendekatan secara teoritis saja.

BAB VI KESIMPULAN

Dari data teknis didapatkan hasil perhitungan sebagai berikut: 1. Daya Rencana = 12,5 dk

2. Tekanan Efektif Rata-Rata = 9,84 kg/cm2

3. Torsi Motor = 1053,235 kg.mm 4. Dimensi Poros Engkol

4.1 Diameter pena engkol

4.1.1 Tegangan geser yang diijinkan = 2,8 kg/mm2

4.2.2 Diameter pena = 28 mm 4.2 Diameter poros bantalan

4.2.1 Tegangan geser yang diijinkan =2,67 kg/mm2

4.3 Diameter poros bantalan

4.3.1 Tegangan geser yang diijinkan =2,8 kg/mm2

4.3.2 Diameter poros bantalan =18 mm 5. Pasak

5.1. Tegangan geser yang diijinkan = 2,8 kg/mm2

5.2. Diameter pasak = 18 mm

5.3. Gaya tangensial pasak = 117,02 kg/mm2

5.4. Panjang pasak = 6,9 mm 5.5. Lebar pasak = 6 mm 5.6. Tinggi pasak = 10 mm 6. Bantalan

7.1. pena

6.1.1 Diameter pena =28 mm 6.1.1. Jenis bantalan pena =N306 6.1.2.Umur bantalan pena = 25,6 tahun

6.2. Poros engkol kiri

6.2.1. Diameter bantalan poros engkol kiri = 19 mm 6.2.2. Jenis bantalan = 6204 6.2.3. Umur bantalan poros engkol kiri = 7,04 tahun 7.3. Engkol kanan

7.3.1. Diameter bantalan poros engkol kanan = 18 mm 7.3.2. Jenis bantalan = 6204 7.3.3. Umur bantalan poros engkol kanan = 6,4 tahun

penghitungan dan suatu perancangan harus dilakukan dengan teliti dan sungguh-sungguh

DAFTAR PUSTAKA

1. Sularso,”Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin”,Jakarta, Pradya Paramita,1991

2. Gustav Niemann,”Machine Elements”Springer-Verlag,Berlin Heidenberg, New York, 1978

3. Aris Munandar,W,”Motor Bakar Torak” Bandung,ITB,1988