Hubungan Kecepatan Sudut dengan Kecepatan Linier

Loading.... (view fulltext now)

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

PENGARUH BEBAN DAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP

KARAKTERISTIK GERAK SISTEM PENGGERAK PRESISI

Ahmad Su’udi

Dosen Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung

ABSTRAK

Dalam kehidupan sehari-hari sering dijumpai berbagai jenis sistem penggerak, dengan bermacam sumber penggerak seperti motor listrik, tenaga angin, tenaga air dan sebagainya. Dengan adanya sistem penggerak ini, kita dapat memindahkan benda ke posisi tertentu, baik sebagai gerak linier, gerak sudut maupun kombinasi keduanya. Sistem penggerak dirancang untuk tujuan tertentu, misalnya untuk gerakan presisi dan akurat. Sistem penggerak presisi atau Precision Driving System (PDS) dapat memindahkan benda ke posisi yang diinginkan dengan tepat. Fenomena ini sangat menarik dan menimbulkan keingintahuan lebih lanjut bagaimana jika pada Sistem Penggerak Presisi diberikan beban dan dengan tipe pembebanan yang berbeda pula. Penggerak yang digunakan pada PDS ini adalah motor penapak (stepper motor) tipe unipolar HM004 dan roller dibuat dari fiber. Sistem transmisi yang digunakan adalah tipe gesek yang merubah gerak putar menjadi gerak translasi. Sistem mekanis-nya dibuat dari aluminum dan sebagai kontrol input digunakan program Delphi. Pengujian dilakukan untuk mengetahui performan PDS, difokuskan pada kondisi tanpa beban, pemberian beban dan pemberian jenis pembebanan yang berbeda. Hasil dari pengujian didapat bahwa performan PDS sangat baik. Kecepatan PDS sangat bergantung pada beban yang ada. Semakin besar beban, maka kecepatannya semakin lambat. Pada besar beban yang sama, jenis pembebanan momen lebih berpengaruh dari pada pembebanan tarik. Tetapi, tingkat presisi dari PDS tidak terpengaruh oleh beban yang ada.

____________________________________________________________________

Keywords: Sistem Penggerak Presisi, motor penapak, pembebanan, kecepatan.

PENDAHULUAN

Dalam kehidupan sehari-hari

baik itu didunia industri maupun non

industri banyak dijumpai sistem

penggerak. Sumber penggerak yang

digunakan juga bermacam-macam,

contohnya

sistem

penggerak

menggunakan

motor

listrik,

menggunakan

tenaga

angin,

memanfaatkan tenaga air, dan lain

sebagainya.

Dengan

adanya

penggerak ini sebuah benda dapat

berpindah dari satu posisi ke posisi

lainnya, baik itu linier,

angular,

maupun

kombinasi

keduanya.

Penggerak-penggerak

tersebut

dirancang sedemikian rupa sesuai

dengan

kebutuhan

pemakaianya,

apakah untuk gerakan-gerakan yang

memerlukan ketelitan atau sebaliknya.

Pada penggerak presisi, penggerak

jenis ini mampu memindahkan benda

ke posisi yang diinginkan dengan

tepat. Fenomena ini sangat menarik

dan

menimbulkan

keingintahuan

lebih lanjut mengenai bagaimana jika

pada penggerak presisi dikenai beban

dan

kondisi

pembebanan

yang

berbeda pula, apakah masih dapat

melakukan gerakan presisi seperti

pada keadaan tanpa beban. Karena itu

tujuan dari penelitian ini adalah

menguji kinerja penggerak presisi

pada kondisi tanpa beban dan untuk

mengetahui

pengaruh

pemberian

beban

dan

variasi

kondisi

(2)

Mekanisme pemosisian teliti dan

presisi

banyak

digunakan

oleh

produk-produk industri antara lain

alat ukur, penggerak piringan (

disk

drive

), DVD,

Laser Disk, dan lain-lain.

Produk-produk

tersebut

dipakai

dalam

lingkungan

yang

membutuhkan ketelitian tinggi. Ada

beberapa sistem penggerak yang

dapat

dipakai

pada

mekanisme

pemosisian presisi yaitu

(2)

:

1. Sistem penggerak menggunakan

udara (

air driven actuation

) atau

yang dikenal dengan penggerak

pneumatik.

2. Sistem penggerak menggunakan

motor listrik dengan transmisi ulir

bola (ballscrew).

3. Sistem penggerak menggunakan

motor linier.

4. Sistem penggerak menggunakan

motor

listrik

dengan

memanfaatkan gesekan (friction

drive)

Diantara keempat sistem penggerak

tersebut di atas, sistem penggerak

gesek sangat cocok untuk gerakan

presisi. Sebagai penggerak dapat

menggunakan motor penapak

(motor

stepper)

(3)

.

Motor Penapak

Motor penapak

(motor stepper)

adalah suatu motor berarus DC yang

dapat

digunakan

untuk

mengendalikan gerakan terarah yang

dapat

diatur

untuk

setiap

langkahnya.

(7)

Definisi yang lain

mengenai motor penapak adalah

suatu

peralatan

berbasis

elektromekanis yang merubah sinyal

elektrik

menjadi

gerakan-gerakan

mekanis diskrit.

(4)

Contoh gambar

motor penapak dapat dilihat pada

Gambar 1.

Gambar 1. Motor penapak jenis

KP4M4-001; 3,6

0

per step

(7)

Motor penapak menggunakan

medan magnet untuk menggerakkan

rotornya. Gerakan langkahnya dapat

berupa satu langkah penuh, setengah

langkah atau berupa langkah-langkah

pendek tertentu. Motor penapak

dapat melakukan gerakan secara

prsesisi, mudah digunakan terutama

untuk percepatan rendah atau untuk

penerapan beban statis.

(8)

.

Motor

penapak hanya akan bekerja apabila

diberikan input tegangan dalam

bentuk

pulsa

pada

terminal-terminalnya

sebagaimana

skema

berikut :

(3)

pulsa berikutnya yang diberikan

logika 1 adalah terminal B maka inti

akan bergerak ke B, begitu seterusnya.

Motor

penapak

adalah

motor

komunikatif

karena

kita

dapat

mengendalikan atau menggerakkan

motor penapak sejauh yang kita

inginkan

dengan

bahasa

pemrograman

pascal

atau

delphi.

Hubungan Kecepatan Sudut dengan

Kecepatan Linier

Perhatikan

sebuah

penghubung kaku yang berputar

terhadap satu titik tetap, O, seperti

ditunjukkan dalam Gambar 2a. Jarak

antara O dan B adalah R, dan garis

O-B membuat suatu sudut sebesar θ

terhadap sumbu x.

Gambar 2. Hubungan kecepatan

sudut dan kecepatan linier

(5)

Kecepatan total titik B dapat diperoleh

dengan menjumlahkan secara vektor

kedua

komponen

tegak

lurus

(Holowenko, 1984), dengan hasil

seperti terlihat dalam Gambar 2b :

V

B

= Rω sin θ + Rω cos θ = Rω

Pada sistem penggerak presisi

dengan motor stepper, batang traksi

bergerak linier akibat adanya gesekan

antara

roller

dengan batang traksi.

Kecepatan linier batang traksi yang

menempuh

suatu

perpindahan

tertentu dalam jangka waktu tertentu

adalah:

traksi (mm/s)

S

=

perpindahan

yang

ditempuh batang traksi (mm)

t = waktu (s)

Kecepatan linier dari

roller

(V

B

) dan

kecepatan linier batang traksi (v)

adalah sama, atau secara matematis :

v

V

B

(3)

Dengan mengetahui data putaran per

menit (rpm) roller untuk setiap posisi

timer, maka berdasarkan persamaan

(4) kecepatan linier dari

roller

secara

teoritis dapat diketahui.

METODE PENELITIAN

Data teknis motor penapak yang

digunakan adalah sebagai berikut :

Jenis Motor Stepper : Unipolar

motor stepper HM004 TEAC 1403

P.N.O.14769070-90

produksi

Shinano Kenshi Co, Ltd Japan

Jumlah step : 200 step/revolution

(4)

Degree/step : 1,8

0

Diameter roller : 23,8 mm

Alat dan bahan yang digunakan

dalam penelitian ini antara lain :

1. Landasan luncur yang terbuat dari

aluminium.

2. Batang traksi sepanjang 300 mm

3. Motor Stepper

4. Roller

5. Kabel Data

6. Rangkaian Penguat Elektronik

7. Komputer (PC)

8. Tachometer

Penelitian dilakukan di Laboratorium

Jurusan Teknik Mesin Universitas

Lampung pada bulan Februari – Mei

2007

Gambar 3. Skema peralatan

Penggerak gesek dengan motor

stepper

Proses pengujian

Pengujian yang dilakukan adalah

pengujian kinerja penggerak gesek

untuk mengetahui apakah penggerak

gesek yang dibuat dapat melakukan

gerakan presisi sesuai dengan input

yang diberikan ke sistem dengan

memberikan

beban

dan

variasi

kondisi pembebanan yaitu berupa

beban tarik/tekan (lihat Gambar 3),

dan beban momen (lihat Gambar 4).

Tabel pengambilan datanya dapat

dilihat berikut ini.

Tabel 1. Tabel data kecepatan

penggerak gesek dalam satu posisi

timer untuk berbagai step yang

ditempuh

Step Jarak (mm) Waktu (s) Arah putaran roller 50

100 150 200 250 300 350 400

Gambar 4. Kondisi Pembebanan

momen

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perbandingan kecepatan penggerak

presisi untuk berbagai jarak yang

ditempuh hasil pengujian dengan

hasil perhitungan teoritis.

Data

hasil

pengujian

ditampilkan dalam bentuk grafik dan

CPU

Beban Landasan rel

Motor stepper

Kabel data

(5)

dibandingkan

dengan

kondisi

teoritisnya.

Untuk

mengetahui

kecepatan

teoritis,

berdasarkan

persamaan (4) kita bisa menghitung

kecepatan

teoritisnya

dengan

mengetahui putaran (rpm)

roller

motor stepper. Putaran

roller

motor

stepper didapat melalui pengukuran

menggunakan

tachometer

dan

hasilnya

untuk

masing-masing

pengujian ditampilkan berikut ini.

Jenis pengujian Putaranroller(rpm)

Pengujian tanpa beban : 5,5

Pengujian dengan beban I (300gram) : 1,1

Pengujian dengan beban II (450 gram) : 0,5

Pengujian dengan beban momen (300 gram) : 0,7

Dengan besar jari-jari roller motor

stepper sebesar 11,9 mm maka besar

masing-masing kecepatan teoritisnya

adalah :

Jenis pengujian Kecepatan teoritis (mm/s)

Pengujian tanpa beban : 6,8

Pengujian dengan beban I (300gram) : 1,36

Pengujian dengan beban II (450 gram) : 0,68

Pengujian dengan beban momen (300 gram)

: 0,87

Grafik perbandingan kecepatan hasil

pengujian terhadap kecepatan teoritis

untuk

masing-masing

pengujian

dapat dilihat berikut ini.

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN

ROLLER CW (Searah Jarum Jam) TANPA BEBAN

0.00

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CCW (Berlawanan Arah Jarum Jam) TANPA

BEBAN

Gambar 5. Grafik kecepatan teoritis vs

pengujian untuk berbagai step (a) arah

putaran roller cw, (b) arah putaran

roller ccw , tanpa beban

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CW (Searah Jarum Jam) DENGAN BEBAN I

KONDISI PEMBEBANAN TARIK

0.00

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CCW (Berlawanan Arah Jarum Jam) DENGAN

BEBAN I KONDISI PEMBEBANAN TARIK

0.00

(6)

putaran roller cw, (b) arah putaran

roller ccw dengan beban I kondisi

pembebanan tarik

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CW (Searah Jarum Jam) DENGAN BEBAN II

KONDISI PEMBEBANAN TARIK

0.00

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CCW (Berlawanan Arah Jarum Jam) DENGAN

BEBAN II KONDISI PEMBEBANAN TARIK

0.00

Gambar 7. Grafik kecepatan teoritis vs

pengujian untuk berbagai step (a) arah

putaran roller cw, (b) arah putaran

roller ccw dengan beban II kondisi

pembebanan tarik

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CW (Searah Jarum Jam) DENGAN BEBAN I

KONDISI PEMBEBANAN MOMEN

0.00

GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN UNTUK BERBAGAI STEP DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CCW (Berlawanan Arah Jarum Jam) DENGAN

BEBAN I KONDISI PEMBEBANAN MOMEN

0.00

Gambar 8. Grafik kecepatan teoritis vs

pengujian untuk berbagai step (a) arah

putaran roller cw, (b) arah putaran

roller ccw dengan beban I kondisi

pembebanan momen

Dari Gambar 5, Gambar 6, Gambar 7

dan Gambar 8 secara umum terlihat

hampir semua titik data saling

berimpit. Hal ini berarti antara

kecepatan

hasil

pengujian

dan

kecepatan teoritis dapat dikatakan

hampir sama. Dengan kata lain,

kinerja sistem penggerak presisi yang

digunakan

sudah

baik.

Adanya

beberapa titik yang berbeda antara

teoritis dan pengujian karena adanya

slip antara roller dengan batang traksi

yang

bisa

dikarenakan

tidak

sempurnanya sistem mekanisnya, dan

kesalahan non teknis

(human error)

(7)

a. Pengaruh

pemberian

beban

terhadap kecepatan penggerak

presisi

GRAFIK PENGARUH PEMBERIAN BEBAN TERHADAP KECEPATAN PENGGERAK PRESISI DENGAN ARAH PUTARAN

ROLLER CW (Searah Jarum Jam)

0,00 beban tarik I beban tarik II beban momen

(a)

GRAFIK PENGARUH PEMBERIAN BEBAN TERHADAP KECEPATAN PENGGERAK PRESISI DENGAN ARAH PUTARAN ROLLER CCW

(Berlawanan arah Jarum Jam)

0,00

beban tarik I beban tarik II

beban momen

(b)

Gambar 9. Pengaruh pemberian beban

terhadap kecepatan penggerak presisi

(a) arah putaran roller cw, (b) arah

putaran roller ccw

Dari Gambar 9 terlihat pengaruh

pemberian beban terhadap kecepatan

penggerak presisi baik untuk arah

putaran roller cw maupun arah

putaran roller ccw, yaitu terlihat

kecepatan penggerak presisi berubah

menjadi lebih rendah dan semakin

mengecil seiring bertambahnya besar

beban seperti terlihat pada beban tarik

I dan bebab tarik II. Perubahan

kecepatan ini terjadi karena besar

putaran (rpm) roller yang berkurang

dan perubahan ini secara logika

berpikir

dapat

diterima,

artinya

kecepatan benda bergerak tentunya

akan semakin berkurang seiring

bertambahnya

beban.

Namun

walaupun

terjadi

pengurangan

kecepatan, tingkat ketepatan gerakan

tetap tinggi, ini artinya walaupun

terjadi

pengurangan

kecepatan,

penggerak

presisi

tetap

dapat

melakukan gerakan presisi seperti

terlihat pada hasil pengujian pada

Gambar 5 hingga Gambar 8. Dengan

kata lain, pemberian beban tidak

berpengaruh

terhadap

tingkat

ketepatan gerak penggerak presisi,

tetapi berpengaruh terhadap besar

kecepatannya saja.

b. Pengaruh kondisi pembebanan

terhadap kecepatan penggerak

presisi

GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP KECEPATAN PENGGERAK PRESISI DENGAN ARAH

PUTARAN ROLLER CW (Searah Jarum Jam)

0,00

beban tarik I

beban momen

(8)

GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP KECEPATAN PENGGERAK PRESISI DENGAN ARAH PUTARAN

ROLLER CCW (Berlawanan arah Jarum Jam)

0,00

beban tarik I beban momen

(b)

Gambar 10. Pengaruh kondisi

pembebanan terhadap kecepatan

penggerak presisi (a) arah putaran

roller cw, (b) arah putaran roller ccw

Dari Gambar 10 terlihat pengaruh

kondisi

pembebanan

terhadap

kecepatan penggerak presisi baik

untuk arah putaran roller cw maupun

arah putaran roller ccw. Terlihat

ternyata

kondisi

pembebanan

memberikan pengaruh terhadap besar

kecepatan penggerak presisi, dan

kondisi

pembebanan

momen

memberikan pengaruh perubahan

kecepatan penggerak presisi yang

lebih besar terhadap pembebanan

tarik, padahal besar beban yang

digunakan sama. Hal ini dapat

dipahami karena pada pembebanan

momen selain harus mengatasi beban

akibat momen yang terjadi, motor

stepper juga mengalami beban tarik,

sedang pada pembebanan tarik motor

stepper hanya mengalami beban tarik

saja. Akibatnya pada pembebanan

momen kerja yang dilakukan juga

bertambah

besar

dan

hal

ini

berpengaruh pada besar kecepatan

yang terjadi. Namun walaupun

terjadi

pengurangan

kecepatan,

penggerak

presisi

tetap

dapat

melakukan gerakan presisi seperti

terlihat pada hasil pengujian pada

Gambar 5 hingga Gambar 8. Dengan

kata lain, kondisi pembebanan tidak

berpengaruh

terhadap

tingkat

ketepatan gerak penggerak presisi,

tetapi berpengaruh terhadap besar

kecepatannya saja.

SIMPULAN

Dari hasil pengujian dan pembahasan

yang telah dilakukan dapat ditarik

beberapa kesimpulan :

1. Perbedaan

data

antara

hasil

pengujian

dengan

hasil

perhitungan teoritis pada semua

pengujian sangat kecil, ini artinya

kinerja penggerak presisi yang

digunakan cukup baik.

2. Pemberian beban berpengaruh

terhadap

besar

kecepatan

penggerak presisi, semakin besar

beban yang diberikan, semakin

besar pengurangan kecepatannya,

tetapi dari tingkat ketepatan gerak

tidak memberikan pengaruh.

3. Pada nilai beban yang sama,

kondisi pembebanan momen lebih

besar pengaruhnya dari pada

pembebanan tarik terhadap besar

pengurangan

kecepatan

penggerak presisi, tetapi tingkat

ketepatan

gerak

tidak

(9)

DAFTAR PUSTAKA

A.H. Slocum., 1992,

Precision Machine

Design., Prentice Hall.

Beer.

F.P., Johnston.

R.R.,

1981,

Mechanics

of

Materials,

McGraw-Hill.

Dutono, T.,

Istilah Teknologi Informasi

Bahasa

Indonesia,

http://nlp.aia.bppt.go.id/glos

ti ,5/8/2005 11:15 AM

Euclid,

Stepper Motors.,2001,

http://www.euclidres.com/ap

ps/stepper_motor , 23/9/2005

11:38 AM

Holowenko, A.R., Prapto, C., 1984,

Dinamika Permesinan, Jakarta

, Penerbit Erlangga.

Ian Harries,

KP4M4-001 Stepper Motor,

1999,

20ih@doc.ic.ac.uk,

4/8/2005 10:15 AM Jordan

Rd,

Troy.,

About

Stepper

Motors, 2005,

http://stepper-motors.globalspec.com

,

22/9/2005 10:07 AM

Stepper Motor Basics., 1990, Industrial

Circuits Application Journal.,

23/9/2005 11:27 AM

Figur

Gambar 2. Hubungan kecepatansudut dan kecepatan linier (5)
Gambar 2 Hubungan kecepatansudut dan kecepatan linier 5 . View in document p.3
Gambar 4. Kondisi Pembebanan
Gambar 4 Kondisi Pembebanan. View in document p.4
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.5
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.5
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.5
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.6
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.6
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN
GRAFIK KECEPATAN TEORITIS Vs PENGUJIAN. View in document p.6
GRAFIK PENGARUH PEMBERIAN BEBAN TERHADAP
GRAFIK PENGARUH PEMBERIAN BEBAN TERHADAP. View in document p.7
GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP
GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP. View in document p.7
GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP
GRAFIK PERBANDINGAN KONDISI PEMBEBANAN TERHADAP. View in document p.8

Referensi

Memperbarui...