TUGAS AKHIR. Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Disusun Oleh :

(1)

TUGAS AKHIR

Perancangan Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan

Lubang Diameter Maksimum 10 mm PCD 90mm

Dengan Metode VDI 2221

Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1)

Disusun Oleh :

Nama : Beny Kurniawan

NIM : 4130512 0018

Program Studi : Teknik Mesin

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA

(2)

Perancangan Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan

Lubang Diameter Maksimum 10 mm PCD 90mm

Dengan Metode VDI 2221

Disusun Oleh :

Nama : Beny Kurniawan

NIM : 4130512 0018

Jurusan : Teknik Mesin

Mengetahui

Pembimbing Koordinator TA / KaProdi

(3)

vii

Halaman Pernyataan... ii

Halaman Pengesahan ... iii

Abstraksi ... iv

Kata Pengantar ... v

Daftar Isi... vii

Daftar Tabel ... xii

Daftar Gambar... xiii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah... 3

1.4 Tujuan Perancangan ... 4

1.5 Metodologi Perancangan... 5

1.6 Sistematika Penulisan... 6

BAB II METODE PERANCANGAN SISTEMATIS... 8

2.1 Penjabaran Tugas ... 12

2.2 Perancangan Konsep ... 14

2.2.1 Abstraksi ... 15

(4)

viii

2.2.3 Pencarian dan Kombinasi Prinsip Solusi ... 17

2.2.4 Pemilihan Kombinasi yang Sesuai ... 18

2.2.5 Pembuatan Varian Konsep ... 19

2.2.6 Evaluasi... 20

2.3 Perancangan Wujud... 21

2.4 Perancangan Terinci... 22

BAB III KONSEP PERANCANGAN 3.1 Daftar Kehendak ... 23

3.2 Spesifikasi Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksimum 10mm, PCD Diameter 90mm. 25 3.3 Struktur Fungsi ... 27

3.3.1 Fungsi Keseluruhan ... 27

3.3.2 Struktur Fungsi ... 27

3.3.3 Fungsi Komponen Utama ... 28

3.3.4 Mencari dan Memilih Prinsip Solusi untuk Setiap Sub Fungsi Utama ... 32

(5)

ix

1. Cara Perhitungan Komponen Rancangan ... 52

1.1 Perhitungan Roda Gigi 1.1.1 Menentukan data-data yang diperlukan dalam perhitungan roda gigi... 52

1.1.2 Menentukan tangential tooth load ... 53

1.1.3 Menentukan pitch circle diameter gear dan pinion ... 53

1.1.4 Menentukan pitch line velocity ... 53

1.1.5 Menentukan velocity factor... 54

1.1.6 Menentukan Jumlah Gigi ... 54

1.1.7 Menentukan Lewis Factor ... 55

1.1.8 Menentukan tebal gigi dengan menggunakan Lewis Equation... 55

1.2 Perhitungan Poros 1.2.1 Menentukan Torsi ... 57

1.2.2 Menentukan besarnya tegangan geser yang diizinkan ... 57

1.2.3 Menghitung besarnya diameter poros ... 58

1.3 Perhitungan bearing 1.3.1 Menentukan torsi yang ditransmisikan .... 59

(6)

x

1.3.5 Menentukan dimensi bearing yang

digunakan ... 61

2. Proses Perhitungan Komponen Rancangan 2.1 Proses penghitungan roda gigi... 62

2.1.1 Data- data yang diperoleh dari lapangan serta data- data yang diasumsikan... 62

2.1.2 Menentukan tangential tooth load ... 62

2.1.3 Menentukan pitch line velocity ... 63

2.1.4 Menentukan velocity factor... 63

2.1.5 Menentukan lewis factor ... 64

2.1.6 Menentukan tebal gigi dengan menggunakan Lewis Equation ... 64

2.2 Proses perhitungan poros 2.2.1 Menentukan Torsi ... 66

2.2.2 Menentukan besarnya tegangan geser yang diizinkan ... 66

2.2.3 Menghitung diameter poros... 67

2.3 Proses perhitungan bearing 2.3.1 Data- data yang sudah ada ... 68

2.3.2 Menentukan static equivalent load ... 68

(7)

xi

2. Roda Gigi ... 70 3. Poros ... 71 4. Bearing ... 71

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan... 72 5.2 Saran ... 73 Daftar Pustaka ... 74 Lampiran

(8)

xii

Tabel 2.1 Daftar Pengecekan Untuk Pedoman Spesifikasi ... 13

Tabel 3.1 Daftar Spesifikasi Multi Spindel 4 Collet ... 25

Tabel 3.2 Prinsip Solusi... 33

Tabel 3.3 Pemilihan Variasi Struktur Fungsi ... 35

Tabel 3.4 Tabel Hasil Evaluasi Varian I... 49

Tabel 3.5 Tabel Hasil Evaluasi Vsrian II ... 49

Tabel 3.6 Tabel Hasil Evaluasi Vsrian III ... 50

Tabel 3.7 Tabel Hasil Evaluasi Vsrian IV... 50

Tabel 4A.1 Nilai Velocity Factor ... 54

Tabel 4A.2 Nilai Lewis Factor... 55

Tabel 4A.3 Standar roda gigi berdasarkan modul m ... 56

(9)

xiii

Gambar 2.1 Prosedur pemecahan masalah secara umum... 9

Gambar 2.2 Skema langkah kerja... 11

Gambar 2.3 Tahap- tahap perancangan dengan konsep ... 14

Gambar 2.4 Pembuatan Sub Fungsi ... 16

Gambar 3.1 Fungsi Keseluruhan Multi Spindel... 27

Gambar 3.2 Varian I... 45

Gambar 3.3 Varian II... 46

Gambar 3.4 Varian III ... 47

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Pada era globalisasi seperti sekarang ini, banyak sekali persaingan-persaingan di berbagai sektor. Baik jasa, pertambangan, perbangkan, energi, dan manufaktur. Sehingga para pelaku usaha dituntut untuk dapat mengimbangi segala perubahan yang terjadi sangat cepat. Untuk itu perusahaan-perusahaan menghendaki karyawannya memiliki kemampuan yang lebih.

Di sektor manufaktur misalnya, perusahaan menuntut setiap proses produksi bisa berjalan dengan cepat dan efisien dalam menghasilkan produk yang berkualitas dengan harga yang relatif lebih murah. Hal ini terutama untuk mengimbangi produk- produk China yang harganya sangat murah dengan kualitas yang tidak kalah jauh. Salah satu cara menekan biaya produksi suatu produk adalah dengan meminimalisasi waktu proses permesinan. Sehingga dengan waktu yang sama bisa dihasilkan produk yang lebih banyak dengan kualitas ukuran yang relatif sama.

Untuk mendukung proses produksi yang lebih cepat dengan kualitas yang relatif stabil, diperlukan mesin CNC yang mampu mengerjakan proses-proses permesinan tersebut. Jadi peran seorang Engineer sangat penting dalam membuat program CNC yang bisa mengasilkan produk- produk dengan cepat serta hasil yang stabil, baik dari segi ukuran, toleransi, dan tingkat kehalusan permukaan benda kerja.

(11)

Lebih jauh lagi, peran mesin CNC tidak maksimal tatkala bagian spindle hanya mampu terpasang sebuah collet, sehingga hanya satu mata bor yang bisa digunakan. Sebagus apapun program CNC yang dibuat untuk menjalankan mesin tersebut, akan kalah cepat apabila dalam mesin CNC tersebut terpasang multi spindle yang terdiri dari 3 atau bahkan 4 collet sekaligus. Sehingga sekali proses, 3 atau 4 lubang PCD (Pitch Circle Diameter) dapat terbentuk dengan waktu yang relatif lebih cepat.

1.2Rumusan Masalah

Untuk memproduksi komponen sepeda motor, salah satu grup perusahaan Astra merencanakan memanfaatkan mesin CNC lama jenis Hitachi VK45 yang dimiliki untuk membuat 4 lubang diamete maksimumr 10mm dengan PCD diameter 90mm. Mesin CNC ini hanya memiliki spindel yang hanya dapat untuk memasang 1 collet, sehingga untuk membuat 4 lubang deperlukan gerakan yang berulang- ulang. Hal ini sangat mengurangi efisiensi proses permesinan, karena waktu yang dibutuhkan untuk pembuatan lubang tersebut bertambah lama.. Berdasarkan permasalahan yang ada, penulis berusaha memecahkan permasalahan tersebut dengan membuat rancangan multi spindel dengan diameter maksimum collet 10mm serta PCD diameter 90mm menggunakan metodeVDI 2221. Dari perancangan ini diharapkan mampu menambah efisiensi proses permesinan, kususnya pembuatan 4 lubang diameter maksimum 10mm dengan PCD diameter 90mm.

(12)

1.3Batasan Masalah

Mengingat luasnya konsep perancangan alat tersebut, maka penulis hanya akan membahas tentang :

1. Perancangan perhitungan beban maksimum pada komponen roda gigi lurus sebagai penerus putaran dari penggerak utama.

2. Perancangan perhitungan beban maksimum pada komponen poros sebagai penerus putaran dari roda gigi ke mata bor.

3. Perancangan perhitungan beban maksimum pada komponen bearing atau bantalan yang hanya menghitung dynamic equivalent load dan

static equivalent load sebagai acuan menentukan ukuran bearing

(13)

1.4Tujuan Perancangan

Adapun maksud dan tujuan dari perancangan ini adalah selain sebagai persyaratan dalam menempuh gelar kesarjanaan Strata Satu (S1) PKK Universitas Mercu Buana, yaitu :

1. Meningkatkan efisiensi proses permesinan pada pembuatan lubang komponen sepeda motor di salah satu perusahaan grup Astra. Dalam pembuatannya komponen tersebut membutuhkan alat dengan spesifikasi ; diameter maksimum collet 10mm dengan PCD diameter 90 mm. Karena dalam proses pembuatan komponen tersebut , waktu yang diperlukan relatif lama karena hanya menggunakan single

spindle sehingga gerakan pengeboran harus dilakukan secara

berulang- ulang. Hal ini sangat tidak efisien tatkala produk yang dihasilkan dalam jumlah yang banyak, dimana harus dicapai suatu standar kualitas yang telah ditetapkan.

(14)

2. Dapat menerapkan metode- metode perancangan yang telah depalajari untuk mendapatkan hasil rancangan yang optimal dalam hal ini menggunakan VDI 2221.

3. Menerapkan ilmu- ilmu keteknikan untuk menyelesaikan permasalahan- permasalahan yang dihadapi dalam dunia kerja, dalam hal ini manufaktur.

1.5Metodologi Perancangan

Metode perancangan yang digunakan penulis dalam menyusun laporan tugas akhir ini melalui dua metode, yaitu :

A. Metode Penulisan

1. Penelitian Kepustakaan

Metode ini digunakan untuk mengumpulkan data- data sekunder, yaitu dengan membaca buku dan mengambil intisarinya guna mendukung penyusunan tugas akhir.

2. Penelitian Lapangan

Metode ini dipakai untuk mengumpulkan data- data pimer dengan mengadakan pengamatan langsung di industri yang bersangkutan, dalam kasus ini survei dilakukan oleh Tecnical

(15)

3. Diskusi

Metode ini dipakai untuk mengumpulkan data primer maupun sekunder dengan mengadakan diskusi maupun dengan bertanya kepada pihak- pihak yang berkompeten di bidang ini.

B. Metode Perhitungan

Metode ini mengacu pada data- data dari hasil perhitungan maupun pengamatan langsung di lapangan sebagai dasar perhitungan yang tidak lepas dari pembatasan maslah.

1.6Sistematika Penulisan

Peancangan ini disusun dalam sistematika penulisan dengan urutan seperti berikut ini :

Bab I Pendahuluan

Pendahuluan terdiri dari latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan perancangan, metodologi perancangan, dan sistematika penulisan.

Bab II Landasan Teori

Bab ini berisi tentang proses perancangan, aliran kerja pada proses perancangan, klasifikasi tugas, perancangan konseptual, pembuatan strukur fungsi, pemilihan kombinasi, pembuatan varian konsep, evaluasi, perancangan wujud, dan perancangan detail.

(16)

Bab III Metodologi Perancangan

Pada bab ini berisi tentang data periksa, daftar kehendak, struktur fungsi, prinsip solusi untuk sub fungsi, kombinasi prinsip solusi, pememilihan kombinasi terbaik, evaluasi, wujud perancangan, dan prinsip solusi. Bab IV Perhitungan Komponen Rancangan

Bab ini berisi tentang perhitungan komponen- komonen mesin sesuai dengan batasan- batasan yang sudah ditentukan penulis pada Bab I.

Bab V Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi jawaban dari permasalahan yang diajukan, yang diperoleh dari penelitian serta pengamatan di tempat penulis bekerja.

(17)

BAB II

METODE PERANCANGAN SISTEMATIS

Metode perancangan sistematis adalah metode pemecahan masalah teknik menggunakan tahap analisis dan sintesis. Analisis adalah penguraian ystem yang komplek menjadi elemen- elemen serta mempelajari karakteristik masing- masing elemen tersebut beserta korelasinya. Sintasis adalah penggabungan elemen- elemen yang telah diketahui karakteristiknya untuk menciptakan suatu

ystem baru.

Pada metode perancangan sistematis, suatu tahap merupakan kelanjutan dari tahap sebelumnya dan menjadi acuan tahap selanjutnya. Dengan tahap demi tahap tersebut , informasi yang bersifat kuantitatif diproses menjadi data yang bersifat kualitatif. Dengan kata lain hasil dari sebuah langkah baru selalu lebih nyata dari langkah sebelumnya.

Dalam kenyataannya kondisi semacam ini tidak selalu tercapai , sehingga dibutuhkan pengulangan kerja. Prosedur pemecahan masalah secara umum dapat dilihat pada skema pada gambar 2.1 di bawah ini.

(18)

Gambar 2.1 Prosedur pemecahan masalah secara umum

Perancangan dalam bidang teknik merupakan suatu usaha yang ditempuh untuk mendapatkan penyelesaian masalah keteknikan menggunakan metode serta analisa teknik. Sehingga hasil rancangan tersebut memiliki daya guna, baik dari segi fungsi, penampilan, keamanan, kehandalan, maupun dari segi yang lain sesuai dengan tuntutan rancangan.

Dalam perancangan itu sendiri banyak melibatkan berbagai disiplin ilmu seperti matematika, mekanika, termodinamika, teknik produksi, material, ekonomi, ystem, dan ilmu- ilmu yang lain sesuai dengan permasalahn yang ada dalam perancangan tesebut.

Keputusan Penyelesainan

Tugas (Problem) Konfrontasi

Informasi

Definisi

Kreasi

(19)

Selain itu, dalam perancangan juga dipelajari adanya keterkaitan antara aspek- aspek yang ada pada ystem rancangan. Keterkaitan tesebut pada umumnya berupa :

a. Kaitan Fungsi (Funcional Interrelationship)

Kaitan fungsi ini merupakan keterkaitan masukan dan keluaran dari suatu ystem untuk melakukan kerja tertentu yang berhubungan dengan lingkungan sekitarnya.

b. Kaitan Fisik (Physical Interrelationship)

Kaitan fisik adalah hubungan dimana kerja yang dilakukan merupakan bagian dari proses fisika yang menimbulkan efek fisik.Adapun efek fisika ini dapat digambarkan secara kuantitatif, yang artinya hokum fisika menentukan benyaknya efek fisika yang terlibat. Fenomena kimia dan biologi termasuk di dalamnya.

c. Kaitan Bentuk (Form Interrelationship)

Maksud dari keterkaitan ini adalah perwujudan nyata dari bentuk dasar dan bahan menjadi suatu struktur lengkap dengan susunan serta pemilihan gerak kinematika.

d. Kaitan Sistem (Sistem Interrelationship)

Keterkaitan ystem ini merupakan bentuk teknik hasil rancangan yang berinteraksi dengan ystem yang menyeluruh, yaitu dengan lingkunagn dimana ystem itu berada.

(20)

Langkah- langkah dalam metode perancangan sistematis dapat dokelompokkan menjadi empat tahap utama, yaitu : penjabaran tugas, perancangan konsep, perancangan wujud, dan perancangan terinci.

Tahap- tahap utama tersebut diatas dapat digambarkan dalam diagram berikut.

Gambar 2.2 Skema langkah kerja Tugas

Pertepat dan perjelas tugas

Daftar persyaratan Menentukan fungsi dan strukturnya

Mencari prinsip solusi dan strukturnya

Struktur fungsi

Menguraikan menjadi modul yang dapat direalisasikan

Prinsip solusi

Memberi bentuk pada modul

Struktur modul

Memberi bentuk pada seluruh modul

Rancangan awal

Merinci pembuatan dan penggunaan

Rancangan keseluruhan

Dokumentasi produk

(21)

2.1 Penjabaran Tugas (Clarificaton of Task)

Tahap ini meliputi pengumpulan informasi tentang syarat- syarat yang diharapkan dapat dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan dalam penyusunan spesifikasi.

Spesifikasi adalah daftar yang berisi persyaratan yang diharapkan dapat dipenuhi oleh konsep yang dibuat. Pada saat membuat daftar persyaratan, yang penting adalah membedakan sebuah persyaratan, apakah sebagai suatu tuntutan (demand) atau keinginan (wishes).

Demand adalah persyaratan yang harus dipenuhi pada setiap kondis,

atau dengan kata lain apabila persyaratan itu tidak dipanuhi , maka perancangan dianggap tidak benar.

Sedangkan wishes adalah persyareatan yang diinginkan apabila memungkinkan. Misalnya suatu persyaratan membutuhkan biaya yang cukup tinggi tanpa memberikan pengaruh teknik yang besar, maka persyaratan tesebut dapat diabaikan.

Untuk mempermudah dalam penyusunan spesifikasi,dapat dilakukan dengan meninjau aspek- aspek tertentu, seperti aspek geometris, kinematika, gaya, energi, dan sebagainya. Selanjutnyadari sapek- aspek tersebut dapat diuraikan syarat- syarat yang besangkutan. Daftar aspek- aspek beerta penguraiannya dapat ditinjukkan dalam tabel 2.1.

Daftar spesifikasisebaiknya ditulis dalam bentuk kuantitatif apabila memungkinkan. Untuk produk yang membutuhkan perawatan, daftar spesifikasi perlu didokummentasikan, hal ini sangat berguna untuk melakukan perbaikan

(22)

apabila terjadi kerusakan di kemudian hari. Format dan daftar spesifikasi ditujukkan dalam tabel 2.1 berikut ini.

Tabel 2.1 Daftar Pengecekan Untuk Pedoman Spesifikasi

Judul Utama Contoh- contoh

Geometri Panjang, lebar, tinggi, diameter, jarak, jumlah

Gaya Arah gaya, besarnya gaya, frekuensi, berat, deformasi, kekuatan, elastisitas, gaya inrsia, resonansi.

Energi Output, efisiensi, kerugian energi, gesekan, ventilasi, tekanan, temperatur, pemansan, pendinginan.

Materail Aliran dan transportasi material, pengaruh kimia dan fisika pada awal dan ahir produk, material tambahan. Sinyal Input, output, bentuk, display, peralatan control. Keselamatan Sistem proteksi langsung, keselamatn operasional dan

lingkungan.

Ergonomik Hubungan operator mesin, tipe pengoperasian, penerangan dan pengoperasian bentuk.

Produksi Batasan pabrik, kemungkinan dimensi maksimum, produksi yang dipilih.

Kontrol kualitas Kemungkinan dilakukan kalibrasi dan standarisasi. Perakitan Aturan kusus, instalasi, pondasi.

Perawatan Jagka waktu servis, penggantian dan reparasi, pengecatan, pembersihan.

Biaya Biaya maksimum produksi.

Jadwal Tanggal penyerahan

(23)

2.2 Perancangan Konsep

Perancangan konsep mencakup tahap- tahap yang ditunjukkan pada gambar 2.3 dan akan dibahas pada sub bab berikut ini.

Gambar 2.3 Tahap- tahap perancangan dengan konsep Spesifikasi

Abstraksi untuk menentukan masalah- masalah yang penting

Menetapkan struktur fungsi dan fungsi keseluruhan sub fungsi

Mencari prinsip solusi untuk memenuhi sub fungsi

Mengombinasikan prinsip solusi untuk menentukan fungsi keseluruhan

Memilih kombiasi yang sesuai

Menyatukan menjadi konsep varian

Mengevaluasi konsep varian terhadap kriteria teknis dan ekonomis P er anc a nga n kom b ia si Informasi Definisi Kreasi Evaluasi analisa Keputusan Konsep

(24)

2.2.1 Abstraksi

Tujuan abstraksi adalah untuk mengetahui masalah utama yang dihadapi dalam perancangan. Prinsipnya adalah mengabaikan hal- hal yang bersifat kusus dan memberikan penekanan pada hal- hal yang bersifat umum dan perlu. Dengan demikian daftar spesifikasi yang sudah dibuat analisa dan dihubungkan dengan fungsi yang diinginkan serta kendala- kendala yang ada. Abstarksi dapat dilakukan dengan langkah- langkah sebagai berikut :

1. Mengesampingkan persyaratan- persyaratan yang tidak mempunyai pengaruh besar terhadap produk.

2. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif.

3. Generalisasi (pengambilan keputusan umum) atas langkah sebelumnya. 4. Merumuskan masalah utama.

2.2.2 Pembuatan Struktur Fungsi

2.2.2.1 Struktur Fungsi Keseluruhan (overall function)

Apabila masalah utama sudah diketahui, kemudian dibuat struktur fungsi secara keseluruhan. Struktur fungsi ini digambarkan dengan blok diagram yamg menunjukkan hubungan antara input dan output, dimana input dan output tersebut berupa aliran energi, material atau sinyal.

2.2.2.2 Sub Fungsi

Apabila fungsi keseluruhan cukup rumit, maka cara mengatasinya adalah membagi menjadi beberapa sub fungsi seperti pada gambar 2.4 di bawah ini.

(25)

Gambar 2.4 Pembuatan Sub Fungsi

Pembagian ini akan memberikan keuntungan :

1. Memberikan kemungkinan untuk melakukan pencarian solusi lebih lanjut. 2. Memberikan beberapa kemungkinan solusi dengan melihat kombinasi

solusi sub fungsi.

Pada saat pembuatan struktur fungsi, harus dibedakan antara perancangan murni (original design) dengan perancangan ulang (adaptive design).

Pada perancangan murni yang menjadi dasar struktur fungsi adalah spesifikasi dan masalah utama, sedangkan pada perancangan ulang perancangan dimulai dari struktur fungsi yang kemudian dianalisa.

Energi Material Sinyal Energi Material Sinyal Overall function

Sub Function Sub Function Sub Function

Sub Function

Sub Function Sub Function

(26)

Analisa ini akan menghasilkan kemungkinan bagi pengembangan variasi solusi sehingga diperoleh solusi baru.

Pada langkah ini dilakukan penentuan fungsi- fungsi. Pada mulanya fungsi keseluruhan, kemudian apabila diperlukan dijabarkan menjadi fungsi bagian

(sub function). Hasil kerja yang dipeeroleh adalah satu atau beberapa bagian

struktur fungsi yang biasanya berupa gambar- gambar atau diagram- diagram sederhana.

2.2.3 Pencarian dan Kombinasi Prinsip Solusi

Dasar- dasar pemecahan masalah diperoleh dengan mencari prinsip solusi pada masing- masing sub fungsi. Dalam tahap ini dicari sebanyak mungkin variasi solusi.

Ada beberapa metode yang dapat dipakai, antara lain : a. Metode Konvensional

Pencarian dalam literature, text book, jurnal teknik dan brosur yang dikeluarkan oleh perusahaan, menganalisa gejala alam atau perilaku makhluk hidup dengan membuat analogi atau model, dmana model ini diharapkan dapat mewakili kerakteristik produk.

b. Metode Intuitif

Pencarian solusi untuk masalah yang rumit,bisa juga diperoleh dari intuisi atau suara hati. Solusi ini datang setelah periode pencarian dan pemikiran yang panjang. Solusi ini ada kemungkinan untuk dikembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa cara yang dapat

(27)

dilakukan untuk mengembangkan kemampuan intuisi ini, antara lain dengan cara berdiskusi dengan orang lain.

c. Metode Kombinasi

Metode ini mengkombinasikan kemungkinan solusi yang ada. Metode yang dapat digunakan adalah metode bentuk matrik, dimana sub fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam kolom dan baris.

2.2.4 Pemilihan Kombinasi yang Sesuai

Bila kombinasi yang ada terlalu banyak, maka waktu untuk memilh kombbinasi terbaik menjadi lama. Agar tidak terlalu lama, maka jumlah kombinasi harus dikurangi, hal itu bila memungkinkan untuk dilakukan.

Prosedur yang dapat dilakukan adalah dengan mengeliminasi dan memilih yang terbaik.

Beberapa kriteri yang perlu diperhatikan adalah : a. Kesesuaian dengan fungsi keseluruhan.

b. Terpenuhinya demand yang tercantum dalam daftar spesifikasi. c. Dapat dibuat atau diwujudkan.

d. Informasi atau pengetahuan tentang konsep yang bersangkutan memadai.

e. Kebaikan dalam hal kinerja dan kemudahan produksi. f. Faktor biaya.

(28)

Apabila kombinasi yang ada masih cukup banyak, maka usaha selanjutnya adalah pemilihan kombinasi terbaik dengan memperhatikan :

a. Segi keamanan dan kenyamanan.

b. Kemungkinan pengembangan lebih lanjut.

2.2.5 Pembuatan Varian Konsep

Sebuah konsep apabila meungkin harus memenuhi beberapa persyaratan seperti keamanan , kenyamanan, kemudahan produksi, kemudahan perakitan, kemudahan perawatan dan lain sebagainya.

Informasi lebih lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan.

Informasi ini dapat diperoleh dari :

1. Gambar atau sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian. 2. Perhitungan kasar berdasarkan asumsi yang dipakai.

3. Pengujian awal berupa pengujian model untuk menentukan sifat utama atau pendekatan kuantitatif untuk pernyataan kualitatif mengenai kinerja dari suatu produk jadi.

4. Kinstruksi model untuk variasi dan analisa.

5. Analogi model dan simulasi yang sering dilakukan dengan bantuan komputer.

(29)

2.2.6 Evaluasi

Evaluasi berarti menentukan nilai, kegunaan atau kekuatan yang diandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal. Dalam keteknikan, salah satu metode yang biasa digunakan adalah metode VDI 2221.

Secara garis besar langkah yang ditempuh adalah sebagai berikut : 1. Menentukan kriteria (identification of evaluation criteria) yang

didasarkan pada spesifikasi yang dibuat.

2. Pemberian bobot kriteria evaluasi (Weighting of evaluation criteria) Langkah ini merupakan kriteria yang dipilih yang mempunyai tingkat pengaruh yang berada pada varian konsep. Sebaiknya evaluasi dititikberatkan pada sifat utama yang diinginkan pada solusi akhir. 3. Menentukan parameter kriteria evaluasi (Compiling parameter)

Agar perbandingan setiap varian konsep dapat dilihat dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh varian konsep.

4. Memasukkan nilai parameter (Assesing value), sebaiknya harga yang dimasukkan adalah harga nominal , tetapi apabila hal ini tidak dimungkinkan maka VDI 2221 membeikan harga korelasi dan harga kualitatif tersebut. Contoh dapat ditunjukkan pada tabel 2.2 (Ref ; G. Pahl- W. bits; hal:350).

5. Memperlihatkan ketikdapastian evaluasi (Evaluation uncertainities), yaitu kesalahan evaluasi bisa disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya :

(30)

a. Kesalahan subyektif, seperti kurangnya informasi. b. Kesalahan perhitungan parameter.

Dalam hal ini kerja keras yang dilakukan oleh suatu tim akan memberikan kemungkinan kesalahan yang lebih kecil dibandingkanengan kerja perorangan.

2.3 Perancangan Wujud

Tahap perancangan ini meliputi beberapa langkah perancangan, yaitu : 1. Langkah- langkah penguraian ke modul- modul (modul structure). 2. Pembentukan lay-out awal (preliminary lay-out).

3. Pembentukan lay-out jadi (definity lay-out).

Perancangan wujud dimulai dari konsep prduk teknik. Kemudian dengan menggunakan kriteria teknik dan ekonomi perancangan dikembangkan dengan menguraikan struktur fungsi ke dalam struktur modul untuk memperoleh elemen- elemen pembangun strutur fungsi yang memungkinkan dapat dimualinya perancangan yang lebih terinci.

Hasil tahap ini berupa lay-out, yaitu penggambaran dengan jelas rangkaian dengan bentuk elemen suatu produk dan bahannya, pembuatan prosedur produksi, serta membuat solusi untuk fungsi tambahan.

Hasil ini kemudian danalisa untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang kekuatan, getaran, kinematika, dinamika, pemilihan material, prose dan sebagainya. Langkah ini dapat menjadi umpan balik pada langkah sintesis untuk pencarian alternatif solusi yang lebih baik. Analisa diikuti evaluasi

(31)

dimana dapat timbul kemungkinan perlu dibuat model atau prototype untuk dapat mengukur kinerja, kualitas, kemungkinan dan beberapa kriteria lain dari hasil perancangan.

2.4 Perancangan Terinci

Tahap ini merupakan akhir dari metode perancangan sistematis yang berupa presentasi hasil perancangan dalam bentuk gambar lengkap (susunan dan detail) daftar komponen, spesifikasi material, toleransi, perlakuan panas, dan sebagainya yang secara keseluruhan merupakan dokumen lengkap untuk pembuatan mesin atau sistem teknik lainnya.

Pada akhir tahap ini dilakukan evaluasi kembali untuk melihat apakah produk mesin atau sistem teknik tersebut benar- benar sudah memenuhi spesifikasi dan semua gambar dokumen produk lainnya telah selesai dan lengkap.

(32)

BAB III

KONSEP PERANCANGAN

3.1 Daftar Kehendak

Daftar kehendak merupakan beberapa hal yang dikumpulkan untuk melakukan perancangan suatu alat agar nantinya alat yang dihasilkan benar- benar dapat menjawab permasalahan yang ada. Daftar kehendak ini masih bersifat umum dan susunannya belum teratur.

Tahap pertama dalam penyusunan daftar kehendak adalah pengumpulan ide- ide yang masih bersifat umum. Adapun ide- ide dalam perancangan Multi Spindel 4 Collet untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksimum 10mm, PCD Diameter 90mm adalah sebagai berikut :

1. Alat ini harus murah, dan dapat berfungsi dengan baik. 2. Dapat menghasilkan putaran yang konstan (1500 rpm).

3. Ukuran multi spindle tidak terlalu besar (maksimal diameter 185mm panjang 250mm).

4. Dapat dibuat di dalam negeri.

5. Biaya pembuatan tidak terlalu mahal.

6. Pengoperasiannya mudah, dapat dilakukan oleh satu orang. 7. Perawatannya mudah.

8. Tidak terlalu berat.

9. Mudah dibongkar pasang dan dipindah- pindahkan jika ada perbaikan. 10. Material dapat diperoleh di dalam negeri.

11. Instalasi mudah dimengerti.

(33)

12. Pengaturan putaran multi spindel dari kontrol yang ada pada mesin CNC. 13. Alat tidak bising.

14. Mudah dipasang pada mesin CNC.

15. Komponen- komponen standar mudah diperoleh di pasaran. 16. Baut- baut pengikat harus kuat serta positioning pin harus presisi.. 17. Sliding part harus bagus, sesuai dengan standar ISO.

18. Sistem transmisi menggunakan roda gigi lurus dengan rasio 1:1. 19. Sistem pencekaman drill menggunakan ER 16 collet system. 20. Pada saat pintu mesin CNC dibuka,multi spindle harus berhenti. 21. Dalam keadaan darurat, alat ini harus dapat dihentikan dengan cepat. 22. Terdapat bunyi alarm apabila ada masalah pada alat ini, misalnya over

load.

23. Oli tidak boleh bocor, harus menggunakan seal.

Semua data- data yang berkaitan dengan tugas, yaitu tujuan pemecahan masalah , sifat- sifat yang harus dimiliki , didefinisikan secara lengkap dan jelas menjadi daftar kehendak seperti pada tabel 3.1 berikut :

(34)

3.2 Spesifikasi Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksimum 10mm, PCD Diameter 90mm.

Tabel 3.1. Daftar Spesifikasi Multi Spindel 4 Collet untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksium 10 mm, PCD Diameter 90mm

D/W PERSYARATAN

D D

Geometri

1. Memiliki dimensi : Diameter 185 mm, panjang 250 mm. 2. Sliding Part harus sesuaidengan standar ISO.

D D D

Energi

1. Sistem transmisi menggunakan roda gigi lurus.

2. Pengaturan putaran spindle menggunakan control yang ada pada mesin CNC.

D D D

Ergonomi

1. Proses bongkar pasang mudah.

2. Tidak mengganggu pekerjaan operator. 3. Dapat dioperasikan oleh satu orang.

D W W

Keselamatan

1. Baut pengikat harus kuat.

2. Pencekaman drill dengan ER 16 collet system..

3. Jika pintu mesin CNC dalam kondisi terbuka, spindle utama tidak boleh berputar (standar keamanan mesin CNC).

D

Sinyal

1. Ada alarm jika terjadi masalah pada Multi Spindel (susuai standar mesin CNC).

2. Jika keadaan darurat, Multi Spindel dapat dimatikan dengan cepat (ketersediaan emergency stop pada mesin CNC).

W

Perakitan

(35)

W

D

2. Pemasangan Multi Spindel pada mesin CNC menggunakan baut serta pin untuk mengantisipasi pergeseran.

3. Untuk merapatkan sambungan menggunakan Seal dan

O-Ring.

4. Perakitan harus hati- hati karena alat ini dituntut memiliki kepresisian yang tinggi.

D

Kinematika

Arah gerakan berupa rotasi.

D W D W

Produksi

1. Kepresisian machining sesuai dengan toleransi. 2. Mudah dalam pengerjaan.

3. Pin dan Bushing harus sliding fit. 4. Biaya produksi sekecil mungkin.

D W

Transportasi

1. Multi Spindel mudah dibawa dan tahan goncangan. 2. Dapat diangkat oleh satu atau dua orang.

D

Kemampuan operasi

Dapat membuat 4 lubang diameter maksimum 10mm sekali proses.

Keterangan :

D : Demand (keharusan), adalah persyaratan yang harus terpenuhi pada setiap kondisi. Dengan kata lain apabila persyaratan itu tidak terpenuhi maka perancangan dianggap gagal.

(36)

Energi1 3.3 Struktur Fungsi.

3.3.1 Fungsi Keseluruhan

Fungsi ini digambarkan dengan diagram blok yang menunjukkan hubungan antara masukan dan keluara, dimana masukan dan keluaran tersebut berupa aliran energi, material dan sinyal.

Gambar 3.1 Fungsi Keseluruhan Multi Spindel

3.3.2 Struktur Fungsi

Struktur fungsi didefinisikan sebagai hubungan secara umum antara input dan output suatu sistem teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu.

Tujuan struktur fungsi adalah untuk mendapatkan definisi yang jelas dari subsistem yang telah ada atau terhadap subsistem yang baru dikembangkan, sehingga keduanya dapat diuraikan secara terpisah.

Struktur fingsi di sini adalah menguraikan fungsi keseluruhan menjadi subfungsi- subfungsi. Pembuatan subfungsi diaksudkan untuk membagi pelaksanaan kerja system ke dalam bentuk yang lebih kecil agar komponen sistem dapat terlihat dalam satuan kerja yang lengkap. Kombinasi- kombinasi subfungsi- subfungsi in akan menghasilkan varian struktur fungsi.

Meneruskan putaran dari mesin CNC, menggerakkan 4 buah mata bor untuk membuat

lubang diameter 10mm. Energi Sinyal Material Energi Sinyal1 Material1

(37)

3.3.3 Fungsi Komponen Utama

Fungsi Multi Spindel 4 Collet ini berfungsi untuk membuat 4 lubang PCD diameter 90mm dengan diameter lubang maksimum10mm.

Struktur fungsi berdasarkan unsur utama dalam alat ini dalah sebagi berikut :

1. Lower Housing. 2. Upper Housing. 3. Positioning Bush.

4. Main Spindle Spline Shaft. 5. ER16 Collet Spindle Shaft. 6. Spur Gear.

7. Bearing. 8. Alarm.

1. Fungsi Bagian Ditinjau dari Unsur Lower Housing.

Ei

Lower Houshing Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa hasil proses machining harus memiliki toleransi jarak antar lubang sebesar 0.01 mm. Hal ini dimaksudkan agar lubang yang dihasilkan oleh Multi Spindel ini sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan. Material yang digunakan adalah besi tuang karena untuk menguangi pengerjaan.

Tempat pemasangan Sub Shaft Assy

Eo

Lower Houshing sebagai tempat pemasangan Sub Shaft Assy. So

(38)

2. Fungsi Bagian Ditinjau dari Unsur Upper Housing. Ei

Upper Houshing Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa hasil proses machining bagian ini harus memiliki toleransi jarak antar lubang sebesar 0.01 mm. Hal ini dimaksudkan agar lubang yang dihasilkan oleh Multi Spindel ini sesuai dengan spesifikasi yang ditetapkan. Material yang digunakan adalah besi tuang, karena untuk mengurangi proses pengerjaan.

3. Fungsi Bagian Ditinjau dari Unsur Positioning Bush.

Ei

Positioning Bush Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa hasil proses machining Positioning Bush harus memiliki concentricity yang bagus antara lubang bagian dalam dengan lubang baguian luar. Toleransi concentricity kedua lubang tersebut adalah 0.01 mm. Material yang digunakan adalah SKS3 dikeraskan 60±2 Rc.

Tempat pemasangan Main Shaft Assy

Eo

Upper Houshing sebagai tempat pemasangan Main Shaft Assy. So

Positioning terhadap mesin CNC

Eo

Positioning Bush sebagai

pengarah pemasangan pada mesin CNC.

(39)

4. Fungsi Bagian Ditinjau dari Unsur Main Spindle Spline Shaft. Main Shaft

Mi Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa Main Shaft harus memiliki toleransi

concentricity sebesar 0.01 mm dan toleransi suaian dengan pasangannya sesuai

standar ISO. Material harus memiliki ketahanan terhadap beban puntir, dapat dikeraskan permukaannya. Adapun material yang digunakan adalah VCN 150. 5. Fungsi Bagian Ditinjau dari Unsur ER16 Collet Spindle Shaft.

Sub Shaft Mi Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa ER16 Collet Spindle Shaft ini memiliki ukuran yang proporsional, sehingga dapat dipasang collet ER16 dengan diameter maksimum 10 mm. Selain itu juga harus memiliki ketahanan terhadap beban puntir dan dapat dikeraskan permukaannya. Adapun material yang digunakan adalah VCN 150.

6. Fungsi Bagian Ditinjau dari Spur Gear atau Roda Gigi Lurus. Spur Gear

Mi Si

Penerus putaran dari mesin CNC ke Sub

Shaft

Meneruskan putaran dari mesin CNC ke Sub Shaft.

Eo So

Pemutar mata bor untuk membuat lubang diameter 10 mm

Memutar mata bor untuk

membuat lubang diameter 10 mm Eo

So

Penerus putaran dari Main Shaft ke sub Shaft

dengan rasio 1:1

Meneruskan putaran dari Main Shaft ke Sub Shaft, rasio 1:1 Eo

(40)

Perlu dicari prinsip solusi bahwa hasil machining Spur Gear atau Roda Gigi Lurus harus memiliki kepresisian yang bagus agar mudah dirangkai dengan komponen- komponen lainnya. Material Spur Gear yang digunakan adalah VCN 150, karena material ini bisa dikeraskan permukaannya. Selain itu juga karena ketersediaan material yang cukup banyak di gudang.

7. Fungsi Bagian Ditinjau dari Bearing.

Ei Bearing Si

Perlu dicari prinsip solusi bahwa bearing ini harus murah, tipe radial bearing bukan thrust bearing. Menggunakan NTN bearing, karena sudah langganan. 8. Fungsi Bagian Ditinjau dari Alarm.

Ei Eo

Mi Mo

Alarm

Perlu dicari prinsip solusi bahwa alarm ini harus mampu memberikan tanda bahaya ataupun tanda jika terjadi over load. Tanda ini bisa berupa suara sirine ataupun lampi yang menyala sehingga dapat dilihat dari jauh.

Landasan/ bantalan dari poros

Eo

Positioning Bush sebagai

pengarah pemasangan pada mesin CNC.

So

Tanda bahaya/ over load

Peringatan jika over load

(41)

3.3.4 Mencari dan Memilih Prinsip Solusi untuk Setiap Sub Fungsi Utama Setiap sub fungsi dalam strutur fungsi harus dicari prinsip solusinya. Dalam pembahasan ini akan diuraikan tentang prinsip solusi berdasarkan unsur utama yang telah disebutkan di atas. Berikut ini adalah Tabel 3.2, prinsip solusi yang akan memberikan beberapa alternatif komponen- komponen yang dapat digunakan.

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

4 Tabel Hasil Evaluasi Varian I Varian 1

(58)

Tabel 3.4 Tabel Hasil Evaluasi Varian I Varian 1

No. Kriteria Wi Parameter Vi

Sub Total

(Bobot) (Nilai) (WixVi)

1 Bentuk Komponen sederhana 0.05 Komponen tidak rumit 7 0.35

2 Aman 0.1 Tidak melukai operator 7 0.7

3 Perawatan mudah 0.06 Mudah dibersihkan 8 0.48

4 Komponen mudah dibuat 0.15 Mudah dimachining 7 1.05

5 Mudah dirakit 0.1 Pemasangan cepat 8 0.8

6 Murah 0.1 Biaya pembuatan 6 0.6

7 Tidak banyak memakan tempat 0.06 Ramping 8 0.48

8 Penampilan 0.03 Indah dilihat 7 0.21

9 Rigid 0.15 Kokoh 7 1.05

10 Ketepatan ukuran lubang 0.2 Ketepatan ukuran 7 1.4

Jumlah Total 1 72 7.12

Catatan:

Untuk Wi Untuk Vi:

Range: 0,03 s/d 0,2 Range: 1 s/d 4 : Kurang

0,03→ 0,2 semakin besar bobotnya Range: 5 s/d 7 : Sedang

Range: 8 s/d 10 : Baik

Tabel 3.5 Tabel Hasil Evaluasi Varian II Varian 2

Sub Total

Catatan:

Untuk Wi Untuk Vi:

(59)

Tabel 3.6 Tabel Hasil Evaluasi Varian III Varian 3

Sub Total

Catatan:

Untuk Wi Untuk Vi:

Range: 8 s/d 10 : Baik

Tabel 3.7 Tabel Hasil Evaluasi Varian IV Varian 4

Sub Total

Catatan:

Untuk Wi Untuk Vi:

(60)

3.3.5 Memilih Variasi Kombinasi yang Terbaik

Karena jumlah kombinasi ada 4 macam, maka harus dilakukan seleksi. Sehingga gambar- gambar perancangan akhir yang dibuat nanti benar- benar mendekati tuntutan desain.

Pengkajian variasi- variasi kombinasi untuk mendapatkan kombinasi terbaik disajikan dalam tabel 3.3. Dari tabel pemilihan variasi struktur fungsi, dapat dikembangkan menjadi beberapa alternatif jalur variasi prinsip solusi yang dapat dilihat pada tabel 3.4, 3.5, 3.6 , 3.7.

Kemudian jalur variasi prinsip solusi tersebut diberi penilaian sebagai mana diperlihatkan pada tabel 3.8, 3.9, 3.10, 3.11.

Dari hasil analisa dan penilaian- penilaian di atas dapat disimpulkan bahwa pada alternatif 2 (varian 2) mempunyai nilai yang tertinggi. Sehingga alternatif 2 merupakan pilihan yang terbaik di antara alternatif yang lain. Sehingga pada perancangan “Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksimum 10mm, PCD Diameter 90mm dengan Metode VDI 2221” ini dipilih rancangan alternatif 2.

(61)

BAB IV

PERHITUNGAN KOMPONEN RANCANGAN

A. Perhitungan

1. Cara Perhitungan Komponen Rancangan

Pada perancangan Multi Spindel Drill ini ada beberapa komponen yang perlu dilakukan perhitungan. Namun pada bab ini hanya akan melakukan perhitungan- perhitungan mendasar pada roda gigi, poros (shaft),dan bearing. 1.1 Perhitungan Roda Gigi

Perhitungan ini dilakukan untuk memperoleh ukuran- ukuran roda gigi yang akan digunakan, baik pinion maupun gear. Adapun langkah- langkah perhitungan roda gigi tersebut adalah sebagi berikut ;

1.1.1 Menentukan data-data yang diperlukan dalam perhitungan roda gigi. Data- data ini bisa diperoleh dari survey lapangan atau dapat juga dari asumsi- asumsi berdasarkan pengalaman kerja.

Adapun data- data yang diperlukan dalam perhitungan roda gigi ini adalah : a. Daya Mesin (kW).

b. Putaran Spindel (rpm). c. Perbandingan putaran. d. Sudut Tekan (º).

e. Allowable Static Stress material yang digunakan (N/m2).

f. Jarak Poros (m) g. Modul (m)

(62)

1.1.2 Menentukan tangential tooth load, WT

r T

W_T = (N) (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

n H

T =9550 (Nm) (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

Dengan,

WT = Permissible tangential tooth load (kg) H = Daya (kW)

T = Torsi (Nm)

r = Pitch radius of gear (m) n = Putaran spindel (rpm)

1.1.3 Menentukan pitch circle diameter gear dan pinion

2 2

G

P D

D

L= + (Ref. Khurmi, hal. 1016)

Dengan :

L = Jarak antar poros (m) DP = PCD pinion (m) DG = PCD gear (m)

1.1.4 Menentukan pitch line velocity, v

60 . 1000

. D n

(63)

1.1.5 Menentukan velocity factor, CV

Tabel 4A.1 Nilai Velocity Factor (Ref. Khurmi hal. 1002)

CV Description v C_v + = 3

3 For ordinary cut gears cut gears operating at velocites upto 12.5 m/sec.

v C_v + = 5 , 4 5 ,

4 For carefully cut gears operating at velocities upto 12.5 m/sec.

v C_v

+ =

6

6 For very accurately cut and ground metallic gears operating at velocities upto 20 m/sec. v C_v + = 75 , 0 75 ,

0 For precission gears cut with high accuracy and operating at velocities upto 20 m/sec. 25 , 0 1 75 , 0 +       + = v

C_v For non-metallic gears

1.1.6 Menentukan Jumlah Gigi, Z

m D

Z = (Ref. Khurmi, hal. 988)

Dengan ;

D = Pitch circle diameter (m)

(64)

1.1.7 Menentukan Lewis Factor, y

Tabel 4A.2 Nilai Lewis Factor (Ref. Khurmi hal. 1001)

y Description

Z

y=0,124−0,684 For 2°

1

14 composite and full depth involute system

Z

y=0,154−0,912 For 20º full depth involute system

Z

y=0,175−0,841 For 20º stub system

1.1.8 Menentukan tebal gigi dengan menggunakan Lewis Equation

(

f C

)

b my

W_T = _O. _v .π. . (N) (Ref. Khurmi, hal. 1008) Dengan ,

fO = Allowable static stress (N/m2)

b = Tebal gigi (m)

m = modul (m)

(65)

Untuk dimensi roda gigi lebih rinci, maka harga m yang telah ditentukan di atas dimasukkan ke dalam persamaan- persamaan sesuai dengan jenis roda gigi tersebut. Berkut ini adalah tabel tentang rumus- rumus roda gigi standar.

Tabel 4A.3 Standar roda gigi berdasarkan modul m (Ref. Khurmi hal. 994)

No Particulars ° 2 1 14 composits or full depth involute system ° 20 full depth involute system ° 20 stub nvolute system 1 Addendum 1m 1m 0,8m 2 Dedendum 1,25m 1,25m 1m 3 Working depth 2m 2m 1,6m

4 Minimum total depth 2,25m 2,25m 1,8m 5 Tooth thickness 1,5708m 1,5708m 1,5708m 6 Minimum clearance 0,25m 0,25m 0,2m 7 Fillet radius at foot 0,4m 0,4m 0,4m

(66)

1.2 Perhitungan Poros (Gear Shaft)

Pada perhitungan poros ini, diasumsikan beban yang terjadi adalah beban puntir, karena pada peralatan ini yang dominan adalah beban puntir. Sedangkan beban tekan memang ada, namun hal ini kecil untuk diameter drill di bawah diameter 10mm. Dalam rancangan ini diameter poros mengacu pada diameter poros dengan perhitungan beban maksimum. Adapun langkah- langkah dalam perancangan poros adalah sebagai berikut:

1.2.1 Menentukan torsi

n H

T =9550 (Nm) (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

Dimana,

H = Daya yang ditransmisikan (kW)

N = Putaran mesin (rpm)

1.2.2 Menentukan besarnya tegangan geser yang diizinkan, τ_a

2 1. f f b a S S σ

τ = (N/m2) (Ref. Sularso hal. 8)

Dimana,

b

σ = Kekuatan tarik material yang digunakan

(67)

Sf2 = Faktor koreksi akibat dari beberapa pengaruh yang ada, misalnya konsentrasi tegangan, kekasaran permukaan. Besarnya factor koreksi adalah antara 1,3 sampei 3,0.

1.2.3 Menghitung besarnya diameter poros, d

3 / 1 . . . 1 . 5       = K C T d _t _b a

τ m (Ref. Sularso hal. 8)

Dimana,

Kt = 1 jika beban yang dikenakan secara halus, 1-1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, 1,5-3 jika terjadi tumbukan yang besar.

Cb = Jika terjadi beban lentur, maka nilainya adalah 1,2-2,3. Namun jika tidak terjadi beban lentur, maka nilainya adalah 1.

(68)

1.3 Perhitungan Bearing

1.3.1 Menentukan torsi yang ditransmisikan, T

n H

T =9550. (Nm) (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

Dimana,

T = Torsi (Nm)

H = Daya (kW)

n = Putaran spindle (rpm)

1.3.2 Menentukan gaya yang ditransmisikan, WR

Gaya yang ditransmisikan ini merupakan gaya tangensial dari roda gigi atau gear sehingga WR sama dengan WT

r T

W_T = (N) (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

Dimana,

WT = Gaya tangensial (N)

(69)

1.3.3 Menentukan static equivalent load, WS

(

R R T T

)

S

S X W Y W K

W = . + . (N) (Ref. Khurmi, hal. 966)

Dimana, XR = Radial factor YT = Thrust factor WR = Radial load (N) WT = Thrust load (N) KS = Service factor

Untuk nlai service factor dapat dilihat pada tabel 4A.3 di bawah ini. Tabel 4A.4 Nilai Service Factor (Ref. Khurmi hal. 966)

KS Descrption

1 Uniform and steady load

1.5 Light shock load

2 Moderat shock load

(70)

1.3.4 Menentukan dynamic equivalent load, WD

(

R R T T

)

S

D X VW Y W K

W = . . + . N (Ref. Khurmi, hal. 969)

Dimana.

V = Rotation factor

Untuk nlai rotation factor dapat dilihat pada tabel 4A.4 di bawah ini. Tabel 4A.4 Nilai Rotation Factor (Ref. Khurmi hal. 970)

Description V

For all types of bearings when the inner race is rotating

1

For self aligning bearings when the inner race is stationary

1

For all types of bearing except self aligning, when inner race is stationary

1.2

1.3.5 Menentukan dimensi bearing yang digunakan.

Dalam menentukan dimensi bearing yang akan digunakan, maka kita harus mengacu pada tabel bearing yang telah tersedia di pasaran. Kemudian kita sesuaikan dengan diameter poros serta beban yang telah dihitung dengan persamaan- persamaan di atas. Hal ini bisa bersifat subyektif, yaitu sesuai dengan kehendak perancang yang didasarkan pada tuntutan desain.

(71)

2. Proses Perhitungan Komponen Rancangan

2.1 Proses penghitungan roda gigi

2.1.1 Data- data yang diperoleh dari lapangan serta data- data yang diasumsikan

a. Daya Mesin, H : 7.35 kW

b. Putaran Spindel, n : 1500 rpm c. Perbandingan putaran : 1:1

d. Sudut Tekan, φ : 20º full depth involute system e. Tensile strength material : 12x106 N/m2 (VCN 150)

f. Jarak Poros, L : 0.045 m

g. Modul : 0.002 m

2.1.2 Menentukan tangential tooth load, WT Dengan, n H T =9550 Nm 1500 35 , 7 . 9550 = T Nm = 46,8 Nm Maka, r T W_T = N

(72)

Untuk mendapatkan nilai r (pitch radius of gear), maka terlebih dahulu melakukan perhitungan pitch diameter of gear (DG atauDp)

2 2 G P D D L= +

Karena velocity ratio adalah 1:1, maka DP sama dengan DG, sehingga

m L DP= =0,045 Sehingga, 3 10 . 45 8 . 46 − = T W = 1040 N

2.1.3 Menentukan pitch line velocity, v

60 . 1000 . D n v=π G _m/sec 60 1500 . 1000 45 . π = v m/sec = 3,5 m/sec

2.1.4 Menentukan velocity factor, CV

Karena merupakan roda gigi presisi serta nilai v kuang dari 20 m/sec, maka

v C_v + = 75 , 0 75 , 0

(73)

5 . 3 75 , 0 75 , 0 + = v C = 0,177

2.1.5 Menentukan lewis factor, y

Karena pressure angle of gear, φ adalah 20º full depth involute system, maka persamaan yang digunakan adalah;

Z y=0,154−0,912 m D Z = G 2 45 = Z = 22,5 ≈ 23 Sehingga, 23 912 , 0 154 , 0 − = y = 0,114

2.1.6 Menentukan tebal gigi dengan menggunakan Lewis Equation

(

f C

)

b my W_T = _O. _v .π. .

(74)

3

u o

f

f = N/m2 (Ref. Khurmi, hal. 1003)

3 10 12_x 6 f_o = N/m2 = 4x106 N/m2 Dengan,

fu = Tensile strength of material

(

4 10 .0,177

)

. .2.0,114

1040= x 6 bπ

m m

b=0,0205 ≈0,021

Untuk dimensi roda gigi secara rinci yang didasarkan pada modul m, maka besarnya nilai- nilai m dapat dimasukkan ke dalam persamaan yang ada pada tabel 4A.3 Standar roda gigi berdasarkan modul m (Ref. Khurmi hal. 994). Dari tabel tersebut diperoleh harga addendum 2x10-3 m, dedendum 2,5x10-3 m, working depth 4x10-3 m, minimum total depth 4,5x10-3 m, tooth thickness 3,1416x10-3 m, minimum clearance 5x10-4 m, fillet radius at root 8x10-4 m. Untuk dimensi roda

gigi secara rinci dapat dilihat pada gambar roda gigi yang terdapat pada halaman lampiran.

(75)

2.2 Proses perhitungan poros

2.2.1 Menentukan torsi

n H

T =9550 Nm (Ref. NTN bearing catalog, hal. A-70)

1500 35 . 7 . 9550 = T Nm = 46.8 Nm

2.2.2 Menentukan besarnya tegangan geser yang diizinkan

2 1. f f b a S S σ τ = N/m2

Karena material yang dgunakan adalah Bohler VCN 150 (SNCM 1 untuk JIS), maka dari tabel material diperoleh nilai τ_a sebesar 8,34x108 N/m2. Sedangkan nialai Sf1 adalah 5,6 karena material di atas termasik dalam bahan SF. Adapun nilai Sf2 diambil 2.

Sehingga, 2 . 6 , 5 10 34 , 8 x 6 a = τ N/m2 = 0,74.108 N/m2

(76)

2.2.3 Menghitung diameter poros, d 3 / 1 . . . 1 . 5       = K C T d _t _b a

τ m (Ref. Sularso hal. 8)

Nilai Kt diambil 1,5 karena pada poros tersebut terjadi tumbukan ringan, adapun nilai Cb diambil 1 karena diasumsikan tidak terjadi beban lentur.

Sehingga, 3 / 1 8 10 . 74 , 0 8 , 46 . 1 . 5 , 1 . 1 , 5       = d m = 0,017 m

Diameter 0,017 mm merupakan diameter minimum poros dimana bearing akan dipasang. Pada kenyataannya nanti, poros ini akan dibuat bertingkat sesuai dengan tuntutan- tuntutan desain serta penyesuaian terhadap kondisi di lapangan.

(77)

2.3 Proses perhitungan bearing

2.3.1 Data- data yang sudah ada adalah

a. Radial load, WR : 1040 N

b. Thrust load, WT : 1000 N (data dari mesin)

2.3.2 Menentukan static equivalent load, WS

(

R R T T

)

S

S X W Y W K

W = . + . N

Nilai KS adalah 1,5 karena terdapat beban kejut ringan pada saat pertama kali drill menyentuh benda kerja. Berdasarkan tabel terlampir, nilai XR adalah 0.6 dan YT adalah 0.5 (single row bearing).

Sehingga,

(

0,6.1040+0,5.1000

)

.1,5 = S W N = 1686 N

2.3.3 Menentukan dynamic load, WD

(

R R T T

)

S

D X VW Y W K

(78)

Karena nilai V adalah 1 maka WS sama dengan WD, (permukaan bearing bagian dalam yang berputar).Dari nilai WS dan WD serta didasarkan pada hasil perhitungan poros, maka dimensi bearing dapat ditentukan dengan mengacu pada tabel bearing NTN terlampir. Berdasarkan perhitungan poros diperoleh diameter poros 0,017 m, dari tabel tersebut diperoleh bearing dengan kode 6903 dengan diameter dalam 0,017 m, diameter luar 0,030 m, lebar 0,007 m, dynamic load 3600 N, serta static load 2200 N. Selain itu digunakan juga bearing dengan kode 6804 dengan diameter dalam 0,020 m, diameter luar 0,032 m, dan lebar 0,007 m,

dynamic load 3100 N dan static load 2100 N.

B. Komponen Rancangan

1. Sistem Penggerak

Multi Spindel Drill ini digerakkan oleh motor listrik pada mesin CNC yang digunakan. Adapun spesifikasi dari mesin CNC VK-45 adalah sebagai berikut :

Daya : 10 HP (7.35 kW)

Putaran : 1500 rpm (diseting demikian)

Thrust : 1000 N

Data tersebut di atas hanya sebatas informasi berkaitan dengan perhitungan- perhitungan pada sub bab sebelumnya. Untuk keterangan lebih jauh mengenai spesifikasi dari mesin CNC dapat dilihat pada lampiran.

(79)

2. Roda Gigi

Roda gigi ini merupakan roda gigi lurus yang berfungsi mentransmisikan tenaga dari poros utama ke 4 poros lainnya. Pada perhitungannya, antara pinion dengan gear dimensinya dianggap sama yakni mengacu pada beban maksimal dengan perbandingan putaran 1:1. Gambar berikut merupakan gambar potongan roda gigi lurus.

(80)

3. Poros (Shaft)

Poros pada Multi Spindel Drill ini terdiri dari 2 macam, ER16 Collet

Spindle Shaft dan Main Spindle Spline Shaft. Main Spindle Spline Shaft

merupakan poros yang menghubungkan langsung antara Multi Spindel Drill dengan mesin CNC, sedangkan ER16 Collet Spindle Shaft merupakan poros yang di dalamnya terdapat collet atau pencekam drill dengan tipe ER16 yang berfungsi untuk memegang drill yang digunakan, dalam hal ini maksimum drill yang digunakan adalah diameter 10mm. Pada rancangan ini diameter poros mengacu pada beban yang besar, jadi 4 poros yang memegang drill akan memiliki diameter yang kurang lebih sama dengan poros utama.

4. Bearing

Untuk perancangan Multi Spindel Drill ini, idealnya menggunakan bearing yang mampu menahan beban axial maupun radial. Namun harga bearing semacam ini sangat mahal, sehingga apabila Multi Spindel Drill ini untuk memproduksi komponen yang harganya murah maka terjadi ketidakseimbangan antara biaya penyediaan alat dengan keuntungan yang diperoleh. Maka dari itu penulis mencoba mambuat rancangan Multi Spindel Drill menggunakan bearing tipe Deep

Groove Ball Bearing jenis single row bearing, ini juga merupakan permintaan

dari customer. Berdasarkan pengalaman kerja penulis, alat semacam ini bisa digunakan untuk memproduksi komponen yang harganya relatif murah, sehingga tetap menghasilkan kauntungan. Di samping itu perancangan alat ini juga untuk mengoptimalkan kerja mesin- mesin yang sudah tua.

(81)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dalam perancangan Multi Spindel 4 Collet Untuk Pembuatan Lubang Diameter Maksimum 10mm PCD 90mm ini bertujuan untuk meningkatkan produktifitas dalam menghasilkan komponen sepeda motor di salah satu perusahaan grup Astra. Pada penerapannya, alat ini dipasang pada mesin Milling CNC VK-45 untuk membuat lubang pada komponen sepeda motor yang memiliki PCD 90mm.

Setelah melakukan pengumpulan daftar kehendak, mengelompokkannya, dan menganalisa beberapa varian, maka berdasarkan penilaian dipilih varian nomor 2. Dari hasil perhitungan- perhitungan sederhana, secara umum dapat disimpulkan :

1. Multi Spindel 4 Kolet ini hanya mampu untuk membuat lubang diameter maksimum 0.010 m dengan Pitch Circle Diameter 0.090 m. 2. Alat ini hanya dapat dipergunakan pada mesin CNC jenis VK-45 atau

mesin CNC yang mempunyai spesifikasi sama. 3. Kolet yang dipergunakan terbatas pada jenis ER 16.

4. Komponen- komponen penyusun alat ini bisa dengan mudah dibuat di dalam negeri.

5. Komponen- komponen penyusun yang standar dapat diperoleh dengan mudah di pasaran.

(82)

6. Konstruksinya tidak terlalu rumit sehingga mudah dibogkar pasang sehingga memudahkan operator pada saat perawatan.

5.2 Saran

1. Pengguna alat ini harus mengecek ketinggian minyak pelumas, jangan sampai berada di bawah batas minimum yang diijinkan.

2. Pengguna alat ini harus memastikan bahwa angin dapat mengalir dengan lancar pada ujung kolet sebelum digunakan, agar kotoran tidak masuk ke dalam bearing pada waktu proses permesinan..

3. Pemeriksaan secara berkala terhadap kondisi bearing harus dilakukan, agar tingkat keawetan dan kepresisian alat tetap terjaga.

(83)

DAFTAR PUSTAKA

1. DEUTCHMAN, Machine Design, Theory and Practice. Publishing Co, Inc. New York. 1975.

2. KHURMI and GUPTA. Machine Design. New Delhi. Eurasia Publishing House Ltd. 1982.

3. SHIGLEY JOSEPTH and MITCHCHELL LARRY, alih bahasa GANDHI HARAHAP. Perencanaan Teknik Mesin. Jakarta. Erlangga. 1984.

4. SUGA KIYOKATSU dan SULARSO. Dasar Perencanaan dan Pemilihan