BAB II LANDASAN TEORI

(1)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Metode Perancangan

Metode perancangan adalah proses berpikir sistematis untuk menyelesaikan suatu masalah, sehingga mendapatkan hasil penyelesaian yang maksimal untuk mencapai sesuatu yang diharapkan. Metode perancangan dapat juga dikatakan sebagai proses pengambilan keputusan.

2.1.1 Tahapan Perancangan

Tahapan perancangan konstruksi adalah langkah-langkah yang sistematis untuk menghasilkan sebuah rancangan yang maksimal. Dalam buku metode perancangan dijelaskan bahwa tahapan perancangan berdasarkan VDI 2222 (Persatuan Insinyur Jerman) adalah sebagai berikut :

(2)

6 Gambar 2.1 Alur Tahapan VDI 2222

Analisa

Membuat Konsep

Merancang

Penyelesaian

Memperjelas pekerjaan Daftar tuntutan Pembagian fungsi Alternatif fungsi bagian

Variasi konsep Penilaian variasi konsep

Konsep pemecahan Draft Rancangan

Gambar Susunan Daftar Bagian Gambar Bagian Optimalisasi Rancangan

Analisa produk Pengumpulan data Konsultasi pemesan

VDI 2222 Metoda penyelesaiaan yang digunakan

http://digilib.mercubuana.ac.id/

(3)

A. Analisa

Analisa merupakan suatu aktivitas pendahuluan dalam menentukan langkah–langkah kerja. Adapun inti dari kegiatan analisa tersebut adalah mengidentifikasi masalah. Aktivitas pendahuluan ini harus dilakukan dengan baik dan sistematis sehingga langkah kerja yang dijalankan menjadi terstruktur dan rapi.

B. Pembuatan Konsep

Konsep yang dibuat berdasarkan rencana yang telah ditetapkan. Ada beberapa tindakan yang harus dilakukan dalam pembuatan konsep, yaitu :

1. Memperjelas pekerjaan

Untuk memudahkan pemahaman atas objek yang akan dirancang, perancang harus menjelaskan masalah atau tugas yang akan dilakukan sehingga diketahui dengan jelas apa yang akan dikerjakan.

2. Daftar tuntutan

Perancang menguraikan data–data teknis yang harus ada. Data–data tersebut biasanya didapat dari permintaan pemesan / pasar atau ketetapan yang ditentukan pemesan. Daftar tuntutan ini harus memenuhi fungsi, dimensi dan operasional dari rancangan tersebut. Semakin rinci data–data tersebut, maka semakin jelas batasan suatu rancangan untuk memenuhi keinginan pemesan atau keinginan pasar.

3. Pembagian fungsi

Rancangan yang dibuat perlu dikelompokkan berdasarkan fungsi, dimensi atau bentuk sesuai dengan daftar tuntutan yang ada. Dari pengelompokkan tersebut, dijelaskan pula bagian–bagian yang mempunyai fungsi–fungsi tertentu.

(4)

8 Tujuan pembagian fungsi adalah membantu memahami tiap bagian rancangan lebih mendalam dan menyeluruh, tanpa mengabaikan fungsi–fungsi yang sifatnya hanya sebagai pendukung.

4. Alternatif fungsi bagian

Alternatif atau pilihan terhadap fungsi bagian dibuat dari pembagian fungsi sebagai bentuk lain dari fungsi yang telah ada. Tujuan dari pembuatan alternatif fungsi bagian ini adalah membantu mencari jalan keluar untuk memperoleh hasil yang lebih baik.

5. Variasi konsep

Variasi konsep merupakan penggabungan beberapa alternatif yang dibuat sehingga membentuk beberapa fungsi bagian. Dengan adanya variasi konsep, maka perancangan memperoleh gambaran global tentang bentuk desain yang dibuat.

6. Penilaian terhadap variasi konsep

Variasi konsep yang ada harus dinilai berdasarkan aspek–aspek yang dirasa perlu. Penilaian tersebut dititikberatkan pada fungsi, kemudahan permesinan, kemudahan perakitan, biaya pembuatan dan kemudahan perawatan serta aspek ergonomisnya.

7. Konsep pemecahan

Setelah melakukan penilaian terhadap variasi konsep maka hasil penilaian yang memiliki kelebihan dari yang lainnya dijadikan sebagai konsep pemecahan.

(5)

C. Merancang

Merancang merupakan tahap ketiga dari metode perancangan sistematis.

Setelah konsep pemecahan selesai, maka bagian–bagian dari pemecahan konsep tersebut dijadikan dasar dalam merancang. Konstruksi yang dihasilkan dari tahapan merancang merupakan pilihan optimal setelah melalui tahapan pemeriksaan secara teknis-ekonomis. Rancangan yang dihasilkan dapat berupa gambar pra-desain.

D. Penyelesaian

Setelah rancangan selesai, maka tahap penyelesaian akhir yang harus dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Gambar susunan;

2. Gambar bagian / detail;

3. Daftar bagian

2.2 Definisi Mesin Khusus atau Special Mesin

Mesin khusus atau special machine adalah mesin yang mempunyai fungsi yang sudah ditentukan berdasarkan tujuan yang telah ditetapkan. Sehingga mesin ini hanya dapat dioperasikan untuk fungsinya tersebut dan tidak dapat digunakan untuk jenis pekerjaan maupun proses yang lainnya. Akibatnya konstruksi maupun bentuk mesin mengikuti benda atau proses yang akan dikerjakannya. Sebagai contohnya adalah mesin rough maker diameter internal pipa PP Ø 600 ini

2.3 Mesin Rough Maker Diameter Internal Pipa PP Ø600

Mesin rough maker diameter internal PP adalah alat untuk mengasarkan permukaan bagian dalam pipa PP. Tujuan dilakukan pengasaran adalah karena pipa PP

(6)

10 tersebut akan di assy dengan Copolymer Adhesive , sehingga permukaan dalam pipa PP tersebut harus kasar ikatan assy tersebut tidak mudah terlepas. Cara kerja mesin ini adalah dengan dimasukkan kedalam pipa PP dan terdapat suatu bagian mesin yang memutar yang diujungnya terdapat pengasar yang kemudian mengasarkan dan sambil mesin itu bergerak linier di dalam pipa PP sepanjang 12 m

2.4 Kekuatan Bahan

2.4.1 Tegangan Bengkok

Tegangan bengkok diakibatkan momen bengkok yang bekerja pada suatu penampang. Momen bengkok yang terjadi dihasilkan oleh gaya tangensial dikali jarak yang tegak lurus dengan penampang dan garis kerja gaya tersebut.

Besar tegangan bengkok dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

..…………( 2.1 )

..…………( 2.2 )

..…………( 2.3 )

Gambar 2.2 Pembebanan bengkok σ_b =

b b

M W

Mb = F × L

Wb = 32

d3

 untuk penampang bulat

σb = Tegangan bengkok [ N/mm²] Mb = Momen bengkok [ Nmm]

Wb = Momen tahanan bengkok [ mm³ ]}]

(7)

2.4.2 Tegangan Puntir

... (2.4)

... (2.5)

2.4.3 Tegangan Gabungan

Dalam satu penampang dapat terjadi lebih dari satu tegangan, maka terjadi tegangan gabungan.

... (2.6)

Selain terjadi tegangan gabungan juga terjadi momen gabungan.

... (2.7)

A. Tegangan Izin pada Pembebanan Statis

atau .... (2.8)

B. Tegangan Izin pada Pembebanan Dinamis

τD = Tegangan kekal, tergantung dari macam pembebanan ( lihat table )

b1 = Faktor keadaan permukaan b2 = Faktor kebesaran

p p

p W

 M



Wp = 16

d3

 untuk penampang

2 ) 2

(  3

 _gab   

0 2 2

)

(gab Mb .075 ( Mp)

M     

M izin Sf

 Re



B izin Sf

 Rm



τp = Tegangan puntir [ N/mm² ] Mp = Momen puntir [ Nmm ] Wp = Momen tahanan polar [ mm³ ]

σ = Tegangan puntir [ N/mm² ] σp = Momen puntir [ Nmm ] τp = Momen tahanan puntir [ mm³ ]

Mgab = Momen gabungan [ N/mm^{2 ]} Mb = Momen puntir [ Nmm ] Mp = Momen tahanan polar [ mm³ ]

M 

Sf Faktor keamanan sampai mulur = 1,2 ….. 2

B 

Sf Faktor keamanan sampai patah = 1,5 ….. 2,5

_izin : ^{….….(2.9)}

(8)

12 = Faktor penurunan tegangan

Sf = Faktor keamanan 2.4.4 Tegangan Geser

_g = Faktor keadaan permukaan Ft = Faktor kebesaran

A = Faktor penurunan tegangan 2.5 Elemen Transmisi

2.5.1 Poros

Elemen poros merupakan elemen utama pada sistim transmisi putar yang dapat berfungsi sebagai pembawa, pendukung putaran dan beban serta pengatur gerak putar menjadi gerak lurus. Antara elemen poros dengan elemen sistim transmisi mempunyai hubungan assembling secara langsung, dimana elemen-elemen sistim transmisi selalu duduk atau bertemu pada elemen poros.

A. Poros Transmisi

Poros macam ini mendapat beban punter murni tau punter dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli, sabuk atau sprocket, rantai,dll.

2.6 Langkah-langkah penentuan dimensi poros 2.6.1 Ratio

... (2.11)

1 2 1 2 2 1 1

Z Z D D n i n

t

t 



Untuk transmisi RG 1 tingkat : i_max 8

2 tingkat : imax 45 3 tingkat : i_max 200 Penentuan i1 (untuk transmisi 2 atau 3 tingkat )

i = ratio

n = jumlah putaran [ Rpm ] Dt = diamater tusuk [ mm ]

Z = jumlah gigi

_g = ….….(2.10)

(9)

... (2.12)

2.6.2 Momen Puntir

... (2.13) 2.6.3 Diameter Poros

... (2.14)

2.7 Langkah - langkah Pengontrolan Dimensi Poros 2.7.1 Momen Puntir

1. Gaya tumpuan 0



M_b F_a 0... (2.16) 0



F F_b 0... (2.17)

2. Kontrol

kekuatan σ_b = Tegangan Bengkok [N/mm²]

Mb = Momen Bengkok [ N.mm]

Wb = Momen Tahanan Bengkok [ mm³]

σ_p = Momen Puntir [N/mm²] Mp = Momen Puntir [N.mm]

Wp = Momen Tahanan [mm³]

M izin Sf

 Re



bizin p

b

gab    

  ( )23.( 0. )2 

3 2

1 0,8 itot

i  

n M_p 9.550P

1 3 p

p C M

D  

n M_p 9.550P

Mp = momen puntir [ N/mm² ]

P = daya [ kW ]

n = putaran [ Rpm ]

Dp = diameter poros [ mm ] Mp = momen puntir [ N/mm² ]

C1 = Konstanta

Mp = momen puntir [ N/mm² ] n = putaran [ Rpm ]

….….(2.15)

….….(2.18)

….….(2.21)

….….(2.19)

….….(2.20) σ_b =

b b

WM

σ_p =

p p

W M

(10)

14 2.8 Bantalan gelinding (bearing)

Bearing merupakan suatu elemen mesin yang berfungsi mengurangi gesekan terjadi diantara bagian mesin yang berputar dengan yang diam. Bantalan dirancang untuk memperkecil keausan, dapat diganti, dan mencegah kerusakan pada bagian mesin yang biasanya biayanya relatif mahal.

2.9 Pasak

Pasak termasuk elemen mesin penghubung poros dengan lubang yang sifatnya semi permanen. Bentuk dasarnya berupa balok dari logam yang dibuat khusus menurut kebutuhan. Fungsi Pasak :

 Sebagai penyalur putaran dari poros ke lubang atau sebaliknya

 Pengaman hubungan poros dengan elemen transmisi putar

 Sebagai dudukan pengarah pada konstruksi gerakan.

Salah satu jenis pasak berdasarkan letak pasak adalah pasak memanjang. Pasak jenis ini dipasangkan ke dalam alur memanjang dengan posisi sejajar terhadap sumbu poros yang menghubungkan ke alur memanjang lainya pada lubang.

Gambar 2.3 pasak memanjang

(11)

2.9.1 Perhitungan Beban pada Pasak

Pasak pada umumnya menerima beban untuk menerima tegangan geser untuk penampangnya. Tegangan geser yang terjadi dipergunakan untuk menentukan panjang pasak yang sesuai dan

Gambar 2.4 Gaya yang terjadi pada pasak

mampu menahan beban. Bahan pasak pada umumnya St. 50 dan St. 60, atau disesuaikan dengan permintaan konstruksi.

 Tekanan Permukaan

………( 2.22)

………( 2.23)

…………(2.24)

Dimana :

p = Tekanan Permukaan A = Luas Proyeksi F = Gaya

proyeksi

A p F

2

. 2

t D F M^p

 

)

2

( l b t

A

_proyeksi

 

(12)

16 2.10 Kopling

Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti ( tanpa terjadi slip ), dimana sumbu poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau sedikit berbeda sumbunya

2.11 Gaya gesek

Gaya gesek adalah gaya yang berarah berlawanan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Gaya gesek akan semakin berat jika permukaan benda saling bergesekan semakin kasar, semakin berat dan juga luas benda tersebut. Benda – benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berebtuk cair, ataupun gas.

2.11.1 Gaya Gesek Statis

Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis.

Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak.. Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki

 = koefisien gesek

N = gaya normal benda yang ditinjau dari gaya geseknya [ N ]

f = gaya gesek [ N ]

….….(2.25)

(13)

nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah.

Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis

2.11.2 Gaya Gesek Kinetis

Gaya gesek kinetis ( atau dinamis ) terjadi ketika dua benda bergerak relative satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan μk dan umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.

2.12 Perencanaan Sabuk V dan Perhitungan Sabuk V Tunggal

Sabuk V dibedakan dari jenis sabuk lainya atas bentuk penampang trapesiumnya yang seperti

Huruf “V”. Sudut baji trapesium berkisar 32° - 38° yang dimaksudkan untuk mendapatkan bidang gesek lebih banyak sehingga untuk tranmisi yang besar diperlukan gaya pengencangan yang kecil. Hal ini manguntungkan lebih jauh terhadap beban pada poros, ukuran bantalan dan efek pana yang ditimbulkan. Strukturnya terbagi atas lapisan tarik terbuat dari serat polyester, inti dari karet alami dan mantel terbuat dari bahan sintetis rajutan.

Untuk meningkatkan fleksibilitas terdapat sabuk dengan alur sehingga memungkinkan untuk diameter puli yang kecil.

(14)

18 2.12.1 Perhitungan Sabuk V Tunggal

a. Perhitungan daya rencana

b. Panjang sabuk rencana

2 )^

'( . 4 ) 1 2.(

' .

2 w₁ w₂ w₁ w₂

wr d d

d e d e

L     

c. Sudut 1

 _sin

. 2

) (

2

cos 1 ²  ¹  e

d d_w _w

d.Panjang sabuk teliti

) 180 .(

) . 2(

cos . .

2 w₁ w₂ w₂ w₁

wr e d d d d

L 

 



   

e. Jarak pengenduran dan pengencangan Jarak penyetelan sabuk ≥ 0.015 x Lwr

Jarak penegangan sabuk ≥ 0.03 Lwr

2.13 Pegas

2.13.1 Kontrol Pegas

P’ = CB.P Keterangan :

P’=Daya rencana [kW]

P= Daya nominal [kW]

Cb= Faktor Kerja

₁= sudut kontak puli kecil [rad]

e = jarak antara poros [mm]

Lwr = panjang sabuk teoritis [mm]

dw1 = diameter puli kecil [mm]

dw2 = diameter puli besar [mm]

….….(2.26)

….….(2.27)

….….(2.28)

k = F

 Defleksi pegas (selisih antara panjang pegas terpasang dengan panjang pegas pada kondisi bekerja) [ mm ]

k = Konstanta pegas [N/mm]

F = Beban / load [ N ]

Panjang awal pegas – panjang solid > 20% x Panjang pegas pada kondisi kerja

….….(2.29)