PERANCANGAN RODA GIGI LURUS

Makalah Elemen Mesin 2

“PERANCANGAN RODA GIGI LURUS”

Disusun Oleh :

Nama : Mochammad Haidi Mursyidan F

N.I.M : 13210012

Jurusan : TeknikMesin S-1

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN S1 FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

JAKARTA 2015

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim, Assalamu‘alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah segala puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas “Elemen Mesin 2” yang berjudul “Perancangan Roda Gigi”. Tugas ini disusun sebagai sebagai salah satu tugas mata kuliah.

Dalam penyusunan Tugas ini penulis banyak mendapat saran, dorongan, bimbingan serta keterangan-keterangan dari berbagai pihak yang merupakan pengalaman yang tidak dapat diukur secara materi. Oleh karena itu dengan segala hormat dan kerendahan hati perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada Yth :

1. Dosen mata kuliah “Elemen Mesin 2” Bapak Danhardjo, Ir.MSc.H 2. Kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan dan doanya. 3. Seluruh teman–teman Teknik Mesin yang telah memberikan motivasi.

Dalam penyusunan tugas ini, penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan yang dibuat baik sengaja maupun tidak sengaja, dikarenakan keterbatasan ilmu pengetahuan dan wawasan serta pengalaman yang penulis miliki. Untuk itu penulis mohon maaf atas segala kekurangan tersebut tidak menutup diri terhadap segala saran dan kritik serta masukan yang bersifat kontruktif bagi diri penulis.

Akhir kata semoga dapat bermanfaat bagi penulis sendiri, institusi pendidikan dan masyarakat luas. Amin.

Wassalamu ‘alaikum Wr. Wb

Jakarta, 10 juli 2015

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Tugas perencanaan mesin ini merupakan tugas yang diberikan guna melengkapi nilai tugas mahasiswa pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi dan Industri Institut Sains dan Teknologi Nasional Jakarta, pada Jenjang Sarjana. Selain itu bahwa dalam tugas ini berguna untuk meningkatkan kemampuan mahasiswa Teknik Mesin terutama dibidang teknik.

Dalam perancangan mesin kali ini, mencoba mengangkat permasalahan tentang roda gigi. Komponen ini harus memiliki konstruksi yang tepat agar dapat menempatkan poros-poros roda gigi pada sumbu yang benar sehingga roda gigi dapat berputar dengan baik dengan sedikit mungkin gesekan yang terjadi.

Selain harus memiliki konstruksi yang tepat, terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh komponen ini yaitu dapat meredam getaran yang timbul akibat perputaran dan gesekan antar roda gigi.

Dari kesulitan konstruksi yang disyaratkan dan pemenuhan kriteria yang dibutuhkan, maka kami bermaksud membuat produk tersebut sebagai objek pembuatan Tugas Perancangan Elemen Mesin. Pembuatan produk tersebut dengan memperhatikan spesifikasi yang diinginkan.

1.2. Batasan Masalah

Karena dalam masalah perencanaan roda gigi adalah sangat luas, menyangkut berbagai macam disiplin ilmu, maka dilakukan pembatasan permasalahan. Permasalahan yang akan dibahas pada perancanaan elemen mesin tentang roda gigi ini antara lain :

a. Perencanaan Roda Gigi

b. Perencanaan Poros

BAB II DASAR TEORI

2.1. Roda Gigi

Pada dasarnya sistem roda gigi merupakan pemindahan gerakan putaran dari satu poros ke poros yang lain hamper terjadi disemua mesin. Roda gigi merupakan salah satu yang terbaik antara saran yang ada untuk memindahkan suatu gerakan. Roda gigi dikelompokkan menurut letak poros putaran atau berbentuk dari jalur gigi yang ada. Keuntungan dari penggunaan sistem transmisi diantaranya :

1. Dapat dipakai untuk putaran tinggi maupun rendah 2. Kemungkinan terjadinya slip kecil

3. Tidak menimbulkan kebisingan

Adapun klasifikasi dari roda gigi antara lain :

2.1.1. Roda Gigi Lurus (Spur Gear)

Roda gigi lurus dipakai untuk memindahkan geakan putaran antara poros-poros yang sejajar. Yang biasanya terbentuk silindris dan gigi-giginya adalah lurus dan sejajar dengan sumber putaran. Penggunaan roda gigi lurus karena putarannya tidak lebih dari 3600 rpm dan kecepatan keliling tidak lebih dari 5000 ft/menit. Ini tidak mutlak, spur gear dapat juga dipakai pada kecepatan diatas baas-batas tertentu.

Gambar 2.1. Roda Gigi Lurus

2.2. Rumus Dasar Roda Gigi

Dalam perencanaan ini saya menggunakan jenis roda gigi lurus karena ada beberapa pertimbangan yaitu :

 Dilihat dari poros, karena sejajar maka yang paling cocok dipergunakan adalah roda gigi lurus.

 Karena daya dan putaran relative rendah, maka lebih cocok bila menggunakan roda gigi lurus.

Adapun rumus dasar yang berhubungan dengan perencanaan roda gigi antara lain sebagai berikut :

a. Diameter Pitch Circle (P)

D₁ : ) 1 ( ) 2 ( i a 

Dimana :

i : perbandinngan transmisi a : jarak antara poros

b. Perbandingan Kecepatan

Rumus dari buku deutschman (hal 525) rv = W₂ W₁ = Nt_p Nt_g = d₁ d₂ = n₂ n₁ Diamana :

n1,n2 = Putaran roda gigi (rpm)

Nt1,Nt2 = Jumlah gigi (buah)

d1,d2 = Diameter roda gigi (inch)

c. Jarak Poros (C)

Rumus dari buku deutschman (hal 528) a =d1 + d2

2 (mm)

Diamana :

a = Jarak poros antara dua roda gigi d = Diameter roda gigi

d. Kecepatan Pitch Line / Garis Kontak (Vp)

Rumus dari buku deutschman (hal 563) Vp =π. d. n

12 (ft/mnt)

Dimana :

Vp = Kecepatan putaran

e. Torsi Yang Bekerja

2 G D WTx   Dimana :

T = Torsi yang bekerja

𝐷_𝐺 = Diameter pitch pada roda gear WT = Beban tangensial

f. Lebar Gigi (b)

*) Roda gigi tuangan dan penampang tidak baik 6-8 mm

*) Roda- roda gigi yang dikerjakan dan di topang normal 10-15 mm *) Roda-roda gigi yang dikerjakan dengan sangat baik 15-30 mm

g. Resultan beban pada roda gigi

WR1 _{: WN}2 _Wg2 _2WN.Wg.cos

Dimana :

WG : Beban Roda gigi

h. Standart ukuran Roda Gigi

Tabel 2.2. Standart Ukuran Roda Gigi

Nama ∅ = 14 1 2 200 200 dipotong 250 Addendum (A) 1 𝑃 1 𝑃 0.8 𝑃 1 𝑃 Dedendum (b) 1.157 𝑃 1.25 𝑃 1 𝑃 1.25 𝑃 Tinggi Gigi © 2.157 𝑃 2.25 𝑃 1.8 𝑃 2 𝑃 Tinggi Kontak (d) 2 𝑃 2 𝑃 1.6 𝑃 2 𝑃 Celah 0.157 𝑃 / (𝑏 − 𝑎) (𝑐 − 𝑑) 0.25 𝑃 0.2 𝑃 0.25 𝑃

2.3. Poros

Poros adalah suatu bagian stationer yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, roda gila dan elemen pemindah daya lainnya. Poros dapat menerima beban-beban lentur, tarik, tekan atau putaran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan yang lainnya. Definisi yang pasti dari poros adalah sesuai dengan penggunannya dan tujuan penggunan.

Dibawah ini terdapat definisi dari poros :

a) Shaft adalah poros yang ikut beputar untuk memindahkan daya dari mesin ke mekanisme yang digunakan.

b) Axle adalah poros yang tetap dan mekanismenya yang berputar pada poros tersebut, juga berfungsi sebagai pendukung.

Gambar 2.4. Axle

c) Spindel adalah poros yang terpendek pada mesin perkakas dan mampu atau sangat aman terhadap momen bending.

d) Line Shaft adalah poros yang langsung berhubungan dengan mekanisme yang digerakkan dan berfungsi memindahkan daya dari motor penggerak ke mekanisme tersebut.

Gambar 2.6. Line Shaft

e) Jack Shaft adalah poros yang pendek, bisanya dipakai untuk dongkrak “JACK” mobil.

f) Flexible adalah poros yang juga berfungsi memindahkan daya dari dua mekanisme, dimana perputaran poros membentuk sudut dengan poros yang lainnya, daya yang dipergunakan rendah.

Gambar 2.8. Flexible

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang telah diheattreatment. Poros yang dipakai untuk meneruskan daya dan putaran tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap kehausan.

Poros dapat dibedakan menjadi 2 macam : a. Poros Lurus

Adalah sebatang logam yang berpenampang lingkaran berfungsi memindahkan putaran atau mendukung beban-beban yang didukung pada poros ini adalah beban puntir dan bending.

b. Poros Bintang

Adalah sebatang logam yang berpenampang lingkaran dan terdapat sirip yang menyerupai bintang. Poros dihubungkan dengan rada gigi tanpa menggunakan pasak.

Persamaan yang digunakan pada poros bintang : a) Tegangan geser maksimum (𝜎 max)

σ max =0.5xSyp

N Psi

Dimana :

𝜎 max = Tegangan geser maksimum (Psi)

𝑁 = Faktor keamanan

Syp = yield posisi dari material

b) Diameter poros

d = √16x√MB

2_{+ T}2

πx0.5xSyp_N Dimana :

d = Diameter poros (inch)

MB = Momen bending yang diterima poros (lb.in)

T = Momen torsi yang diterima poros

Poros pada umumnya dibuat dari baja yang telah di heatreatment. Poros yang dipakai pada untuk meneruskan daya dan putaran tinggi umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerjaan kulit yang sangat tahan terhadap kehausan.

2.4. Pasak (keys)

Pasak digunakan untuk menyambung poros dan roa gigi, roda pulley, sprocket, cams, lever, impeller, dan sebagainya.

Karena distribusi tegangan secara actual untuk sambungan pasak ini tidak dapat diketahui secara lengkap maka dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan factor keamanan sebagai berikut :

1. Untuk beban torsi yang konstan (torque stedy). >>N=15

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah. >>N=25

3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak balik >>N=45

Adapun macam-macam pasak yaitu :

1. Pasak datar segi empat (Standard square key).

2. Pasak datar standard (Standard flat key).

Gambar 2.10. Pasak datar standard

3. Pasak Tirus (Tepered key).

4. Pasak Bintang Lingkaran (Wood ruff key).

Gambar 2.12. Pasak bintang lingkaran

5. Pasak Bintang (Splines).

6. Pasak Bintang Lurus (Straight splines).

Gambar 2.14. Pasak bintang lurus

7. Pasak Bintang Involute (Involute spline).

Adapun berbagai macam pasak, namun yang dibahas adalah pasak standar (Standart flat key ). Pemasangan pasak pada poros maupun roda yang disambungkan dan dibuat alur pasak yang disesuaikan dengan ukuran pasak.

Keterangan :

F = Gaya yang bekerja. h = Tinggi pasak.

A = Pasak. b = Lebar pasak

B = Poros. l = Panjang pasak.

2.4.1. Rumus Dasar Pasak

Ukuran lebar dan tinggi pasak ada dalam table yang disesuaikan dengan kebutuhan atau tergantung pada diameter poros.

a. Panjang pasak sesuai dengan kebutuhan dan dimensinya.

W = Lebar pasak. H = Tinggi pasak. L = Panjang pasak. Ss = Tegangan geser.  Gaya (F) F =2T D dimana T = F D 2  Tegangan Geser (𝜎𝑠) Ss = F Adimana A = LW

 Tegangan Kompresi (𝜎c) T =Ss. W. L. D

2

Pada perhitungan ini dipergunakan faktor keamanan dengan asumsi sebagai berikut : 1. Untuk beban torsi yang konstan ( torque stedy ).

>> N = 1.5 2.

2. Untuk beban yang mengalami kejut rendah. >> N = 2.5 3.

3. Untuk beban kejut besar terutama beban bolak balik. >> N = 4.5

b. Tegangan geser yang diijinkan.

Syp

N =

0.58 . Syp N

c. Tegangan kompresi yang diizinkan.

Sc = 4. T

L. W. D

d. Syarat yang harus dipenuhi supaya pasak aman.

Sc = 4. T

L. W. D≤

Ssyp N

e. Tinjauan terhadap kompresi.

L = 4. T

Sc. W. D

f. Tinjauan terhadap geser.

L = 2. T

BAB III

MEKANISME SISTEM TRANSMISI 3.1. Input Data

Data-data yang diketahui :

Rencanakanlah Sepasang roda gigi lurus untuk memindahkan daya 36 HP dengan putaran roda penggerak sebesar 2400 rpm. Perbandingan transmisi roda gigi i:4, Z :38, untuk ₁

roda gigi penggerak dan belakang terbuat dari baja tuang, umur roda gigi di taksir 1400 jam. Data data lainnya yang belum diketahui dapat di ambil sesuai dengan lazimnya.

3.1.1. Pertimbangan Menggunakan Roda Gigi

Dalam perencanaan ini menggunakan roda gigi lurus karena beberapa pertimbangan, yaitu :

 Dilihat dari poros, karena porosnya sejajar maka roda gigi yang paling sesuai adalah roda gigi lurus.

 Karena daya dan putaran relative rendah maka lebih cocok menggunakan roda gigi lurus

3.1.2. Pertimbangan Dalam Menggunakan Poros

Untuk menentukan diameter poros tergantung pada perhitungan yang akan dilakukan, tetapi untuk menentukan bahan dari poros digunakan pertimbangan sebagai berikut :  Poros sebaiknya menggunakan bahan Alloy Stell.

 Bahan poros sebaiknya dilakukan proses Hardening dan dilakukan awal dan Annealling sebelum digunakan

BAB IV

PEMBAHASAN STUDI KASUS

4.1. Diketahui data-data sebagai berikut :

Rencanakanlah Sepasang roda gigi lurus untuk memindahkan daya 36 HP dengan putaran roda penggerak sebesar 2400 rpm. Perbandingan transmisi roda gigi i:4, Z :38, untuk ₁

roda gigi penggerak dan belakang terbuat dari baja tuang, umur roda gigi di taksir 1400 jam. Data data lainnya yang belum diketahui dapat di ambil sesuai dengan lazimnya.

4.1.1. Perhitungan Roda Gigi 1 Dan 2

Dik : m : 2 Z₁ : 38

i : 4

umur roda gigi : 1400 jam

Jawab : D₁ : m . Z ₁ D₂ : m . Z ₂ : 2 x 38 : 2 x 152 : 76 : 304 2 Z : i . Z ₁ : 4 x 38 : 152

*) Jarak antara poros *) Jumlah putaran roda gigi a : 2 ) 2 1 (d d D₁ . n₁ : D₂ . n₂ : 2 ) 304 76 (  76 x 2400 : 304 x n₂ : 190 mm n₂ : 304 ) 2400 76 (  : 600 rpm *) Diameter lingkaran pitch dapat diperoeh dengan

D₁ : ) 1 ( ) 2 ( i a  D2 : ) 1 ( ) . . 2 ( i i a  : ) 4 1 ( ) 190 2 (  x : 304 mm : 5 ) 380 ( : 76 mm

*) Tusuk gigi (t) *) Diameter lingkaran kepala (dk)

t : m . π dk₁ : m (Z + 2) ₁

: 2 x 3,14 : 2 (38+2)

: 6,28 mm : 2 (40)

*) Tinggi kepala gigi (hk) dk₂ : m (Z + 2) ₂

K : Faktor tinggi kepala : 1 : 2 (152+2)

hk : k . m : 2 (154)

: 1 x 2 : 308 mm

: 2 mm

*) Tinggi kaki gigi (hf) K : Faktor tinggi kepala : 1

CK : kelonggaran puncak : K . m + CK : 0,25 x m : 1 x 2 + 0,5 : 0,25 x 2 : 2 + 0,5 : 0,5 : 2,5 *) Tinggi gigi (H) H : 2 x m + CK : 2 x 2 + 0,5 : 4 + 0,5 : 4,5 mm

*) Diameter lingkarang dasar (dg) dg₁ : m (Z -2,5) ₁ : 2 ( 38 -2,5) : 2 (35,5) : 71 dg₂ : m (Z - 2,5) ₂ : 2( 152 – 2,5) : 2 (149,5) : 299

*) Kecepatan keliling pada lingkaran jarak bagi V₁ : ) 100 ( ) (xd1xn : ) 100 ( ) 2400 76 14 , 3 ( x x : 5727,36 m/min = 95,456 m/det V₂ : ) 100 ( ) (xd2xn : ) 100 ( ) 2400 304 14 , 3 ( x x : 5727,36 m/min = 95,456 m/det *) Daya yang ditransmisikan (H) P : 36 HP = 26.845,2 P : Ft . v Ft : V P : ) 46 , 95 ( ) 2 , 845 . 26 ( : 281,21 N *) Lebar gigi (b)

*) Roda gigi tuangan dan penampang tidak baik 6-8 mm

*) Roda- roda gigi yang dikerjakan dan di topang normal 10-15 mm *) Roda-roda gigi yang dikerjakan dengan sangat baik 15-30 mm b: 10 x 2

*) Berat roda gigi dapat diperoleh dengan : (Wg)

Roda gigi penggerak

Wg₁: 0,118 x Zg x b x m2(kg) : 0,118 x 228 x 2 x 22 : 215,23 kg Zg : 3 . Zp : 3 x 38 : 114 Dg : 2 . Zg : 2 x 114 : 228 mm *) Beban tangensial (Wr) Roda gigi penggerak

WT₁ : ) ( 4500 1 1 V xP : 5726,3 45 4500x = 35,36 kg P₁ : 1,25 . P P₁ : 1,25 x 36 : 45 WT₂ : ) ( 4500 2 1 V xP : 5726,3 45 4500x : 35,36 kg

Beban normal (W_N) (jika θ : 14,5º) Roda gigi penggerak

WN₁ : ) (cos Wr : ) 5 , 14 (cos 56 , 35 : 37,04 kg WN₂ : ) (cos Wr : ) 5 , 14 (cos 56 , 35 : 37,04 kg

Resultan beban roda gigi

WR₁ : WN2 Wg2 2WN.Wg.cos   215,23 2 37,04 215,23 cos14,5 04 , 37 2 2 x x x : 251 kg

Diasumsikan bahwa roda gigi bergantung di atas poros dan di ambil jarak dengan beban roda adalah 10 cm, dimana momen bengkok yang terjadi adlah beban resultan :

Mb : WR x 10

: 251 x 10 : 2150 kgcm Dan momen punter pada poros

2 0 D WTx   : 35,36 x 2 228 : 4031 kgcm Torsi equivalent = _e  Mb2 2 2 2 4031 21510   e  = 4033,6 kgcm

Dimana dt: diameter poros roda gigi digunakan Hubungan 3 16x sxdg e     4033,6 : 400 3 78,5 3 16x xdg  dg  dg3: 5 , 78 6 , 4033 : 51,38 : 3,7 : 4

Kita tahu bahwa diameter naaf roda gigi : 1,8 . dg

:1,8 x 4 : 7,2 cm

Dan panjang naaf : 1,25 . dg

:1,25 x 4 : 5 cm

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan

Secara umum diketahui, bahwa untuk merencanakan suatu elemen mesin diperlukan ketelitian yang sangat tinggi dan dengan pertimbanngan matang agar mendapatkan hasil yang sesuai dengan yang direncanakan.

Perhitungan dan pemilihan material untuk mendapatkan dimensi yang direncanakan tetap berpandangan bahwa suatu desain direncanakan sesuai dengan kebutuhan dan ukuran. Serta memenuhi syarat keamanan yang diinginkan dan memilih faktor ekonomi yang murah dengan hasil yang sebaik-baiknya.

Roda gigi adalah suatu benda berbentuk silindris, di mana di bagian tepinya terdapat profil yang menyerupai gigi. Ada beberapa macam bentukan profil roda gigi. Di antaranya roda gigi silindris, roda gigi payung, roda gigi cacing, dan bentukkan khusus lainnya. Setiap macam bentukan memeiliki fungsi dan karakteristik yang berbeda beda. Namun pada intinya berfungsi mentransmisikan gaya. Terdapat fungsi lain roda gigi salah satunya untuk menaikkan atau menurunkan putaran ( kecepatan ). Salah satu penerapan roda gigi lurus adalah sistem transmisi presneling pada kendaraan beroda empat. Beberapa aplikasi lain yang yakni pada gearbox sebuah mesin. Di dalamnya terdapat beberapa roda gigi yang bekerja sama untuk menjalankan sebagaimana fungsinya.

5.2. SARAN

Pemilihan jenis material dan faktor keamanan adalah suatu hal yang sangat perlu diperhatikan dalam perencanaan gear box, serta dibutuhkannya suatu rakitan atau rangkaian roda gigi yang praktis, sehingga efisien dan biaya dalam pembuatan gear box dapat ditentukan seminimal mungkin.

Gunakan jenis material yang tepat untuk menerima beban atau gaya-gaya yang terjadi dan pilihlah jenis pelumasan yang efisien sehingga gear box lebih aman dan lebih lama umur pemakaiannya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Deutsman,A.D,Walter J.Michels,Charles E.Wilson, Machine Design Theory and Practice, Coller Macmillan International, Macmillan Publishing Co. Inc.1975.

2. Suga, Kyokatsu, Profesor, toh- in Gakuen rechnical College, Japan, Dasar perencanaan

dan pemilihan Elemen Mesin, Ir. Sularso, MSME, (terj). Departemen Mesin Institut