TUGAS DESAIN ELEMEN MESIN II

TUGAS DESAIN ELEMEN MESIN II

Disusun Oleh :

Nama

:

M.YOKI AL MAHIR

Nim

:

110401159

Universitas Sumatera Utara

Fakultas Teknik

Departemen Teknik Mesin

Medan

1. Rancang ulang roda gigi(redesign) yang mampu mentransmisikan daya maksimum sebesar 103 kW pada n = 6300 rpn,untuk Honda New Civic atau sejenisnya(roda gigi m

iring(,dengan ketentuan sudut miring = 20°,ɸ = 30°.Jarak sumbu poros 100 mm.Lukiskan:

(a) Gambar skematik pembuatan gigi pada roda gigi ini.

(b) Gambar skematik rangkaian roda gigi.

2. (a) Hitunglah ukuran-ukuran roda gigi yang dimaksudkan.

(b) Gambar teknik.

PENYELESAIAN:

Perancangan roda gigi yang digunakan untuk mentransmisikan daya sebesar 103 kW dengan putaran 6300rpm.roda gigi yang dirancang adalah roda gigi miring.

Roda gigi miring (helical gears) adalah roda gigi yang memiliki jalur gigi yang berbentuk ulir. Pada silinder jarak, jarak bagi jumlah pasangan gigi yang saling kontak secara serentak lebih besar dari roda gigi lurus, sehingga pemindahan momen putar berlangsung dengan baik.

Roda Gigi Miring

PERENCANAAN POROS

Perhitungan Poros Penggerak

Jenis poros yang direncanakan adalah poros yang digunakan pada kenderaan Roda Empat dengan daya yang ditransmisikan adalah : P = 103 kW dan Putaran : n = 6300 rpm.

Daya rencana adalah :

Pd = P.fc

Dimana :

 Pd = Daya rencana

 P = Daya yang diketahui

 fc = Faktor koreksi

Tabel.1. factor koreksi

Daya yang ditransmisikan factor koreksi

Daya rata-rata 1,2 - 2.0

Daya maksimum 0,8 - 1,2

Daya normal 1,0 - 1,5

(Sumber: Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell dan Gandhi Harahap (penerjemah), Perencanaan Teknik Mesin, Edisi Keempat, Jilid 1. Erlangga : Jakarta, 1991)

Untuk momen torsi yang aman terhadap puntiran, maka factor kareksi yang dipakai adalah daya maksimum, yaitu : fc = 1

Sehingga daya rencana (Pd) adalah :

Pd = P . fc .

= 103 . 1

= 103 kW

Mt = 9,74.10 5 ¿

Untuk bahan poros dipilih baja Carbon S45C, sangat baik untuk poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan daya besar.

Baja Carbon S45C mempunyai kekuatan tarik :

σb

¿

= 58

Kg

mm2 _.

Sehingga tegangan geser yang diizinkan (g) adalah :

τg

¿ ₌

sf

1

σ b

×

sf

2

Dimana :

Sf 1 = Faktor keamanan kelelahan, untuk bahan S-C ; Sf = 6,0.

Sf2 = Faktor keamanan pengaruh konsentrasi tegangan, kekerasan permukaan, besarnya : 1,3 –3

, karena bahan poros S – C : Sf2 dipilih 1,5.

Maka :

τg

¿ ₌

58

6×1,5

_{= 6,44} Kgmm2

Untuk menghitung diameter poros , ditentukan dengan persamaan :

ds = (

5,1

σ g

¿

Kt

×

Cb

×

Mt

₎ 13

Kt = Faktor kareksi akibat momen puntir

Cb = Faktor akibat beban lentur

Tabel 2. Harga Kt

Jenis Pembebanan Kt

Beban yang diberikan halus 1,0

Beban yang diberikan sedikit kejutan 1,0 – 1,5

Beban yang diberikan kejutan besar 1,5 – 3,0

Sumber: Buku design of machine elements, M. F. Spotts, halaman 141

Tabel 3. Harga Cb

Beban yang terjadi Cb

Tidak terjadi beban lentur 1,0

Terjadi beban lentur 1,2 – 2,3

Sumber: Buku design of machine elements, M. F. Spotts, halaman 141

Untuk menjaga agar poros aman terhadap beban lentur, diambil harga Cb = 1,75. Untuk harga Kt diambil harganya 1,25, karena pada poros terjadi beban kejut, sehingga :

ds = (

5,1

6

,

44

¿

1

,

25

×

1

,

75

×

59241,12698

₎ 13

= 45 mm

Kekuatan Poros Input

g =

Poros akan aman jika tegangan geser yang diizinkan lebih besar dari tegangan geser yang timbul

:

τg

¿

g .

Dari perhitungan diperoleh :

τg

¿

Maka poros yang dipilih aman terhadap tegangan geser yang terjadi.

PERENCANAAN RODA GIGI

Dalam rancangan ini digunakan Roda gigi miring ynag berfungsi mentransmisikan daya dn putaran dari poros input ke poros output. Daya yang ditransmisikan sebesar 103 kW dan putaran 6300 rpm. Sistem transmisi ini mempunyai 5 tingkat kecepatan maju dan satu kecepatan mundur, dengan perbandingan kecepatan sebagai berikut :

Kecepatan (Speed) Perbandingan putaran

I 1 : 3,142

II 1 : 1,750

III 1 : 1,241

IV 1 : 0,969

V 1 : 0,805

Jika perputaran roda gigi yang berpasangan dinyatakan dengan n1 (rpm) pada poros penggerak

dan n2 (rpm) pada poros yang digerakkan, diameter jarak bagi d1 dan d2 dalam mm dan jumlah

gigi z1 dan z2, maka perbandingan putaran adalah :

u

=

n

_n

2

Dimana i adalah perbandingan jumlah gigi pada roda gigi 2 (digerakkan) terhadap roda gigi 1 (penggerak / pinyon)

Pada roda gigi lurus standar i = 4 ÷ 5 atau hingga 7 jika dengan perubahan kepala. Pada roda gigi miring dan miring ganda dapat mencapai 10. Roda gigi dipakai untuk reduksi jika u < 1 atau i > 1 dan juga menaikkan putaran jika u > 1 atau i < 1.

Jarak sumbu poros a (mm) dan diameter lingkaran jarak bagi d1 dan d2 dalam mm dapat

dinyatakan sebagai berikut:

a

=

d

₂

1

+

d

2

=

m

₂

(

z

1

+

z

2

)

d

₁

=

2

₁

₊

a

_i

d

2

=

2

₁

₊

a i

_i

Pada perencanaan ini terlebih dahulu kita harus menentukan perbandingan roda

gigi/perbandingan transmisi (perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi yang digerakkan

dengan roda gigi penggerak) dengan simbol i dan menentukan jarak antara kedua poros a yang

besarnya ditetapkan adalah a = 100 mm. Sedangkan untuk perbandingan reduksi ditetapkan sebesar 1,5.

Maka diameter jarak bagi sementara (d’) dari kedua roda gigi dapat dicari dengan menggunakan persamaan

dimana dB’ = diameter jarak bagi sementara roda gigi perantara

z

_A

=

d

_m

A

'

=

80

₄

= 25 buah

z

_B

=

d

_m

B

'

=

120

₄

= 30 buah

Selanjutnya akan dihitung kecepatan keliling dari roda gigi, yang diketahui melalui hubungan :

V =

Besarnya gaya tangensial (Wt) yang dialami roda gigi adalah :

W

_t

=

102 .

_V

Pd

=

102.103

₂₆

_,

₃₇₆

=398

,

31

kg

Besarnya beban lentur izin persatuan panjang sisi dapat diperoleh dari rumus :

Tabel 4. Tegangan lentur diijinkan pada bahan roda gigi

Perunggu 18 85 5

Logam delta 35 ÷ 60 - 10 ÷ 20

Tabel 5. Faktor dinamis fV

Kecepatan rendah V = 0,5 ÷ 10 m/s

f

_V

=

₃

3

Kecepatan sedang V = 5 ÷ 20 m/s

f

_V

=

₆

6

+

V

Kecepatan tinggi V = 20 ÷ 50 m/s

f

_V

=

_5,5

5,5

+

√

V

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Sularso dan Kiyokatsu Suga. Halaman 240

Tabel 6. Faktor bentuk gigi

Jumlah gigi

Y Jumlah gigi Y

z Z

10 0,201 25 0,339

11 0,226 27 0,349

12 0,245 30 0,358

13 0,261 34 0,371

14 0,276 38 0,383

15 0,289 43 0,396

16 0,295 50 0,408

17 0,302 60 0,421

18 0,308 75 0,434

19 0,314 100 0,446

20 0,320 150 0,459

21 0,327 300 0,471

23 0,333 Batang gigi 0,484

Sumber : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin,

Sularso dan Kiyokatsu Suga. Halaman 240

Nilai fv diperoleh dari Lamp.4 dengan memilih rumus ketiga karena kendaraan akan lebih sering

dipacu dengan kecepatan tinggi. Maka :

konstruksi mesin jenis S45C mempunyai tegangan lentur a sebesar 30 kg/mm2 (300MPa).

Sehingga dengan rumus

Fb’ = a. m . Y . fv

Diperoleh besarnya beban lentur, yaitu

Fb’ = 30 . 4 . 0,349 . 0,51

= 21,35 kg.

Untuk poros perantara

Pada poros perantara diketahui jumlah gigi (z) adalah 30. Maka dari tabel diperoleh Y = 0,358. Dengan jenis bahan yang sama maka akan diperoleh besarnya beban lentur yang terjadi adalah

Fb’ = a. m . Y . fv

= 30 . 4 . 0,358 . 0,51

= 21,9096 kg

Sedangkan beban permukaan yang diijinkan persatuan lebar sisi (FH’) dapat dicari dengan rumus:

F

H

'

=

f

v

.

k

H

.

d

A

.

(

2

Z

_A

Z

_A

+

Z

_B

)

dimana kh = faktor tegangan kontak, dilihat pada Lamp 3. Dipilih pinyon jenis baja (500) dan

roda gigi besar (350) yang besar kh = 0,226

Sehingga

F

_H

'

=

0

,

51 .0

,

226 .80 .

(

₂₅

2.25

+

30

)

= 8,38 kg/mm

Tabel 7. Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi

Bahan roda gigi (Kekerasan HB)

kH

(kg/mm2₎ Bahan roda gigi (Kekerasan _H

B)

kH

Pinyon Roda gigi _besar Pinyon Roda gigi _besar

Baja 150 Baja 150 0,027 Baja 400 Baja 400 0,311

Baja 200 Baja 150 0,039 Baja 500 Baja 400 0,329

Baja 250 Baja 150 0,053 Baja 600 Baja 400 0,348

Baja 200 Baja 200 0,053 Baja 500 Baja 500 0,389

Baja 250 Baja 200 0,069 Baja 600 Baja 600 0,569

Baja 300 Baja 200 0,086 Baja 150 Besi cor 0,039

Baja 250 Baja 250 0,086 Baja 200 Besi cor 0,079

Baja 300 Baja 250 0,107 Baja 250 Besi cor 0,130

Baja 350 Baja 250 0,130 Baja 300 Besi Cor 0,139

Baja 300 Baja 300 0,130 Baja 150 Perunggu _fosfor 0,041

Baja 350 Baja 300 0,154 Baja 200 Perunggu _fosfor 0,082

Baja 400 Baja 300 0,168 Baja 250 Perunggu

fosfor 0,135

Baja 350 Baja 350 0,182 Besi cor Besi cor 0,188

Baja 400 Baja 350 0,210 Besi cor _nikel Besi cor _nikel 0,186

Baja 500 Baja 350 0,226 Besi cor

nikel

Perunggu

fosfor 0,155

Sumber: Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso & Kiyokatsu Suga, Hal. 243

Lebar sisi (F) dapat dihitung dengan menggunakan rumus

F

=

_F

F

t

H

'

=

398

,

31

8

,

38

=

47

,

53

mm

Untuk memeriksa apakah modul yang dipakai sesuai atau tidak, maka nilai b/m harus berada pada range 6 – 10. Maka

b

Jelas bahwa nilai b/m masih berada pada interval di atas sehingga dapat dikatakan rancangan ini cukup aman.

 Berdasarkan modul (m) = 4 dapat ditentukan spesifikasi roda gigi sebagai berikut

 Modul (m) = 4

 Jumlah gigi pinyon = 25 buah

 Jumlah gigi roda gigi perantara = 30 buah

 Diameter jarak bagi (dA) = 80 mm

 Diameter jarak bagi (dB) = 120 mm

 Diameter luar (dk), dkA = (ZA+ 2) . m = (25 + 2) . 4 = 108 mm

 dkB = (ZB + 2) . m = (30 + 2) . 4 = 128 mm

 Kelonggaran puncak (Ck) = 0,25 . m = 0,25 . 4 = 1 mm

 Tinggi gigi (l) = (2.m) + Ck = (2.4) + 1 = 9 mm

 Adendum (hk)/tinggi kepala = m = 4 mm

 Dedendum (hf)/tinggi kaki = m + Ck = 4 + 1 = 5 mm

 Diameter dalam (dfA) = dkA – 2H = 108 – (2.9) = 90 mm

 (dfB) = dkB – 2H = 128 – (2.9) = 110 mm

 Lebar gigi (F) = 47,53 mm