PERANCANGAN POROS RODA GIGI SEBAGAI PENGATUR GERAK MAJU MUNDUR UNTUK MOBIL HARAPAN

(1)

PERANCANGAN POROS RODA GIGI SEBAGAI PENGATUR GERAK MAJU

MUNDUR UNTUK MOBIL HARAPAN

Zuli Ardiansyah

*)

. Rahmawaty , ST, MT

Jurusan Teknik Mesin

Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan

2014

*)

E-mail : Zuliardiansyah43@yahoo.com

Abstrak

Mobil Harapan dibuat sebagai wahana latihan mahasiswa dalam mengembangkan kreatifitas dalam perencanaan yang melibatkan analisa penelitian dan pengembangan dibidang teknik mesin dalam pencapaian SDM yang berkualitas dan profesional. Mobil Harapan di desain dengan konsep klasik yang betujuan untuk mengingatkan kita kembali kepada sejarah pertama kali terciptanya mobil. Sebagai penggerak mula, Mobil Harapan menggunakan motor bensin empat langkah satu silinder 150 cc dengan daya 11 HP dan putaran mesin 9500 rpm. Mobil Harapan mempunyai panjang 2100 mm, lebar 830 mm, dan tinggi 1300 mm dengan jarak antara sumbu roda 1200 mm. Penulisan skripsi ini bertujuan untuk merancang poros roda gigi sebagai pengatur gerak maju mundur untuk mobil harapan, model yang dipakai dalam perencanaan roda gigi yang dilengkapi dengan pengaturan gerak maju mundur adalah sistem roda gigi yang dipakai pada sepeda motor jenis pesva, ukuran poros roda gigi yang diperoleh adalah dA 24 mm, db 28 mm, dc 28 dan dD 36 mm. Besarnya tegangan geser yang

terjadi pada poros 3,22 kg/mm2, 3,56 kg/mm2 0. Dan ukuran spline yang diperoleh = 24 mm dan = 20 mm. Secara umum besarnya teganagan geser, diameter, dan spline yang terjadi masih di bawah tegangan ijin bahan, sehingga masih aman digunakan.

Kata kunci : Poros, Diameter, Tegangan Geser, spline,,

Abstract

Hope cars created as a vehicle for training students in developing creativity in planning which involves analysis of research and development in the field of mechanical engineering in the achievement of quality human resources and professional. Hope in the design of the car with the classic concept that aims to remind us back to the first creation of the history of the car. As a first mover, Cars Hope uses gasoline engine four stroke single cylinder 150 cc engine with 11 HP power and engine rev 9500 rpm. Hope have a car length 2100 mm, width 830 mm, height 1300 mm and the distance between the wheelbase of 1200 mm. This thesis aims to design a gear shaft as a regulator of motion back and forth to the car of hope, the model used in the planning of gear is equipped with a motion setting forth is a gear system used on motorcycles types pesva, gear shaft sizes obtained is dA 24 mm, 28 mm db, dc 28 and dD 36 mm. The magnitude of the shear stress that occurs in the shaft τ_A 3.22 kg / mm2, τ_B 3.56 kg / mm2 τc 0. And spline size obtained D_ (s_out) = 24 mm and D_ (s_in) = 20 mm. In general, the magnitude of the shear teganagan, diameter, and the spline is still going under the allowable stress of materials, so it is still safe to use.

(2)

1. Pendahuluan Latar belakang

Kenderaan roda empat secara umum mempunyai beberapa kompoen utama, yaitu : chasis, rangka, body, suspensi, penghasil daya (engine), sistem kemudi, rangkaian penerus daya, roda, dan sistem pengereman.

Roda gigi merupakan elemen mesin yang berfungsi mentransmisikan daya dan putaran dari suatu poros ke poros yang lain. Sebelumnya penulis bersama teman-teman telah selesai membuat sebuah mobil dengan konsep klasik yaitu era pertama kali mobil dibuat dengan mesin empat tak berbahan bakar bensin seperti yang terlihat pada gambar 1.1.

Mobil tersebut menggunakan mesin sepeda motor dengan lima tingkat kecepatan.

Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka yang menjadi perumusan masalah dalam penulisan skipri ini adalah bagaimana merencanakan sebuah sistem penerus daya (power transmission) yang dilengkapi dengan pengaturan gerak maju - mundur (forward - reverse), dan merencanakan ukuran-ukuran poros roda gigi dari penerus daya tersebut.

Batasan Masalah

Permasalahan dalam perencanaan sistem penerus daya yang dilengkapi dengan pengaturan gerak maju dan gerak mundur untuk Mobil Harapan masih banyak yang tidak dihitung dengan ideal. Sehingga penulis membatasi permasalahan pada : 1. Membuat desain penerus daya yang dilengkapi

dengan pengaturan gerak maju dan gerak mundur.

2. Menentukan ukuran-ukuran poros roda gigi Tujuan Penulisan

Merujuk kepada hal yang telah dibahas pada bagian rumusan masalah dan batasan masalah

sebelumnya, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk :

1. Memperoleh desain penerus daya yang dilengkapi dengan pengaturan gerak maju dan gerak mundur.

2. Memperoleh ukuran-ukuran poros roda gigi Manfaat Penulisan

1. Mengaplikasikan teori kedalam praktek langsung dengan membuat rekayasa mobil dan bagian-bagiannya.

2. Konsep rekayasa ini menjadikan wahana latihan para dosen dan mahasiswa dalam mengembangkan kreatifitas dalam perencanaan yang melibatkan analisa penelitian dan pengembangan dibidang teknik mesin dalam pencapaian SDM .

3. Dosen dan mahasiswa lainnya yang ingin mengembangkan hasil perancangan ini serta dapat dijadikan sebagai pembanding dalam pembahasan pada topik yang sama.

2.TEORI DASAR Mobil Harapan

Mobil Harapan merupakan sebuah mobil dengan konsep klasik karya mahasiswa Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan yang bertujuan sebagai wahana latihan para dosen dan mahasiswa dalam mengembangkan kreatifitas dalam perencanaan yang melibatkan analisa penelitian dan pengembangan dibidang teknik mesin dalam pencapaian SDM yang berkualitas dan professional. Adapun spesifikasi singkat mobil Harapan adalah sebagai berikut :

1. Sasis dan rangka

Bahan yang digunakan untuk sasis adalah Hollow 40 x 60, untuk rangka adalah Hollow 20 x 20. Desain dan dimensi dari sasis dan rangka.

1. Panjang = 2100 mm 2. Lebar = 830 mm 3. Tinggi = 1300 mm 4. Jarak antara sumbu roda = 1200 mm 5. Berat kosong = 180 kg 6. Jumlah penumpang = 2orang 2. Mesin

Mesin yang digunakan sebagai tenaga penggerak mempunyai spesifikasi sebagai berikut :

Jenis = Motor Besin 4 langkah Jumlah silinder = 1 silinder

Volume silinder = 150 cc

Daya = 11 HP/9500 rpm Torsi =12,7 kg.m/8500 rpm Tingkat kecepatan = 6 kecepatan

(3)

Berat mesin = 70 kg

Komponen Utama Mobil

Mobil terdiri dari beberapa komponen dasar. Secara kelompok besar maka komponen utama mobil khususnya mobil klasik terbagi atas :

1. Mesin (Engine)

Mesin merupakan alat untuk membangkitkan tenaga, ia disebut sebagai penggerak utama. Jadi mesin disini berfungsi merubah energi panas dari ruang pembakaran ke energi mekanis dalam bentuk tenaga putar.

2. Sasis (chassis) dan rangka (frame)

Chassis adalah bagian dari kendaraan yang

berfungsi sebagai penopang bodi dan terdiri dari

frame (rangka), engine (mesin), power train

(pemindah tenaga), wheels (roda-roda), steering

system (sistem kemudi), suspension system (sistem

suspensi), brake system (sistem rem), dan kelengkapan lainnya.

3. Suspensi

Suspensi adalah suatau mekanisme dari sekumpulan benda kaku yang dipasangkan di antara body atau rangka dengan roda-rada yang berfungsi untuk meredam getaran-getaran atau kejutan-kejutan pada (beban dinamis) yang ditimbulkan oleh keadaan jalan dan juga berfungsi sebagai tumpuan atau penahan berat kendaraan (beban statis). Suspensi pada dasarnya merupakan bagian dari sasis.

4. Penerus daya

Poros transmisi (transmission shaft) atau sering hanya disebut poros (shaft) digunakan pada mesin rotasi untuk mentransmisikan putaran dan torsi dari satu lokasi ke lokasi lain.

Gambar Pemindah daya jenis rantai dan sprocket Poros bisa menjadi satu dengan driver, seperti pada poros motor dan engine crankshaft, bisa juga poros bebas yang dihubungkan ke poros lainnya dengan kopling. Sebagai dudukan poros, digunakan bantalan.

Perbedaan antara poros dan ass (axle) adalah poros meneruskan momen torsi (berputar), sedangkan as tidak.

Roda Gigi

Kita telah mengenal apa yang dinamakan roda gigi.pada sepeda, kendaraan roda dua, mobil, kereta api, pesawat udara, kapal laut, dan semua jenis mesin-mesin perkakas selalu dilengkapi dengan komponenkomponen roda gigi. Dengan adanya komponen-komponen roda gigi ini maka sistem mekanisme mesin dan motor dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Secara umum fungsi dari roda gigi adalah untuk :

a. Meneruskan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan.

b. Mengubah putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakkan, yaitu dari putaran tinggi ke putaran rendah atau dari putaran rendah ke putaran tinggi.

c. Memindahkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain, misalnya oli, minyak tanah, dan sebagainya. Jadi, fungsi roda gigi di sini adalah sebagai pompa zat cair. Dalam otomotof dikenal adanya sistem pelumas dengan roda gigi.

Tipe Roda Gigi

Berdasarkan dari bentuk (profil) giginya maka roda gigi dapat dibedakan menjadi empat tipe roda gigi : lurus (spur gears), miring (helical

gears), kerucut (bevel gears), dan cacing (worm gears).

Roda gigi lurus diilustrasikan yang memiliki gigi sejajar dengan sumbu rotasi dan digunakan untuk mengirimkan gerak dari satu poros ke yang lain (poros sejajar).

(4)

. Jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya tidak lurus tetapi sedikit membentuk sudut di sepanjang badan gigi yang berbentuk silinder. Bila dilihat arah alur giginya nampak bahwa alur tersebut membengkok.

. Roda gigi spiral dapat digunakan untuk aplikasi yang sama seperti roda gigi lurus, dan kelebihannya adalah ketika digunakan tidak berisik, karena semakin banyak keterlibatan bertahap selama gigi bekerja. Kadang-kadang gigi spiral digunakan untuk meneruskan gerakan antara poros yang tidak sejajar.

Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada bagian yang konis (kerucut). Pada permukaan yang konis ini gigi-gigi dibentuk yang arahnya lurus dan searah dengan poros roda gigi. Digunakan sebagian besar untuk transmisi gerakan antara poros berpotongan.

Jenis roda gigi ini biasanya merupakan satu pasangan yang terdiri dari batang berulir cacing dan roda gigi cacing. Pada batang ulir cacing bentuk giginya seperti ulir. Dan pada roda gigi cacing bentuk giginya hampir sama dengan roda gigi helix, akan tetapi permukaan giginya membentuk lengkungan ke dalam.

Bagian-Bagian Roda Gigi

Bagian-bagian dan penamaan roda gigi lurus diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Lingkaran Puncak (pitch circle) dari sepasang roda gigi yang berpasangan adalah saling bersinggungan satu terhadap yang lain. Puncak diametral

(5)

(diametral pitch), P adalah perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi dengan diameter puncak.

Puncak diametral dinyatakan dalam jumlah gigi per inci (dalam satuan Inggris).

(2.1) dimana :

P = diametral pitch, jumlah gigi/in z = jumlah gigi

d = diameter pitch, in

Modul (module), m adalah perbandingan antara diameter puncak dengan jumlah gigi. Modul adalah indeks dari ukuran gigi pada standar SI.

(2.2) dimana :

m = modul, mm z = jumlah gigi d = diameter pitch, mm

Harga modul, m juga dapat ditentukan dengan menggunakan diagram pemilihan mudul roda gigi lurus seperti yang diberikan pada gambar.

Jika jarak sumbu poros, as dan rasio roda gigi, i

yang berpasangan diketahui, maka diameter pitch untuk masing-masing roda gigi dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Jarak Lengkung Puncak (circular pitch), p adalah jarak yang diukur pada lingkaran puncak, dari satu titik pada sebuah gigi ke suatu titik yang berkaitan pada gigi di sebelahnya. Jadi jarak lengkung puncak adalah sama dengan jumlah tebal gigi

(tooth-thickness) dan lebar antara (width of space). Jarak

lengkung puncak dapat dirumuskan sebagai berikut: (2.5)

Tinggi Kepala (addendum), a adalah jarak radial antara bidang atas (top land) dengan lingkaran puncak (pitch circle).

Kapasitas Beban Roda Gigi

Roda gigi dapat mengalami kerusakan berupa gigi patah, aus atau berlubang (bopeng) permukaannya, dan tergores permukaannya karena pecahnya selaput minyak pelumas.

Jika tekanan normal pada permukaan gigi dinyatakan dengan Fn, maka gaya FKt dalam arah

keliling atau tangensial pada titik A adalah :

(2.8)

Gaya Ft yang bekerja dalam arah putaran roda gigi

pada titik jarak bagi adalah :

dimana adalah sudut tekanan kerja. Untuk pendekatan dapat dituliskan :

(6)

Ft ≈ FKt

Gaya Ft disebut gaya tangensial.

Jika diameter pitch adalah d (mm), maka kecepatan keliling v (m/s) pada lingkaran pitch roda gigi yang mempunyai putaran n (rpm) adalah :

Hubungan antara daya rencana yang ditransmisikan Pd (kW), gaya tangensial Ft (kg),

dan kecepatan keliling v (m/s) adalah :

maka

b

entuk penampang gigi yang akan dipakai sebagai dasar perhitungan kekuatan lenturnya, didekati dengan bentuk parabola dengan puncak titik A dan dasar di B dan C yang merupakan titik singgung antara parabola dengan profil kaki gigi. Dengan demikian maka gigi tersebut tersebut dapat dipandang sebagai balok kantilever yang mempunyai kekuatan seragam

.

Jika w (mm) adalah lebar sisi, BC = t (mm) dan AE = ht ( mm) maka tegangan lentur σb (kg/mm2) pada

titik B dan C (dimana ukuran penampangnya adalah

w x t ), dengan beban gaya tangensial Ft pada

puuncak balok, dapat ditulis sebagai:

(2.13)

Besar t2/6ht ditentukan dari ukuran dan bentuk gigi.

Besaran ini mempunyai dimensi panjang. Jika dinyatakan dengan perkalian antara Y dan modul m maka:

(2.14) Persamaan ini disebut “persamaan Lewis”, dan Y dinamakan “faktor bentuk gigi.” Persamaan yang diperkenalkan oleh Lewis dalam tahun 1893 itu merupakan persamaan

yang berharga, dan

sampai sekarang masi dipakai dalam bentuk

yang telah dikkoreksi. Di antara

koefesien-koefesien praofil roda gigi, dalam tabel 2.1

diberikan harga-harga untuk profil roda gigi

standar dengan sudut tekanan 20°.

Jumlah gigi Z Y Jumlah gigi Z Y 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 0,201 0,226 0,245 0,261 0,276 0,289 0,295 0,302 0,308 0,314 0,320 0,327 0,333 25 27 30 34 38 43 50 60 75 100 150 300 Batang gigi 0,339 0,349 0,358 0,371 0,383 0,396 0,408 0,421 0,434 0,446 0,459 0,471 0,484

Koreksi pertama pada persamaan diatas dilakukan pada kecepatan keliling roda gigi. Semakin tinggi kecepatannya, semakain besar pula variasi beban atau

tumbukan yang akan terjadi. Koreksi karena pengaruh kecepatan ini deberikan dalam bentuk “ faktor dinamis” fv yang tergantung pada kecepatan

keliling dan ketelitian, seperti diperlihatkan pada tabel 2.2, maka persamaan (2.14) yang telah dikoreksi berbentuk :

Tegangann lentur yang diizinkan (kg/mm2),yang besarnya tergantung pada macam bahan dan perlakuan panas, dapat diperoleh dari tabel 2.3. Besarnya beban lentur yang diizinkan per satuan lebar sisi Fb ( kg/mm) dapat dihitung dari

besarnya modul m, jumlah gigiz, faktor bentuk gigi Y dari roda gigi standar dengan sudut tekanan 20°,

(7)

dan faktor dinamis fv sebagai berikut:

Maka lebar sisi b dapat diperoleh dari

w = Ft / Fb

Pada umumnya lebar permukaan (face width), w adalah antara (6-10)m, dan untuk daya yang besar antara (10-16)m.

Poros

Poros merupakan satu diantara bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut:

1. Poros Transmisi

Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai dan lain-lain.

2. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah depormasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

3. Gandar

Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kerta barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

3. METODE PERANCANGAN Tempat dan Waktu

1. Tempat

Perancangan roda gigi untuk mobil harapan dilakukan di Laboratorium Pengujian Mesin dan Lanoratorium Proses Produksi Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan.

2. Waktu

Waktu perancangan dilaksanakan setelah disetujui sejak tanggal pengesahan judul usulan tugas skripsi

oleh pihak Jurusan Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknik Harapan sampai dengan dinyatakan selesai. Studi Literatur

Studi literatur bertujuan untuk memperoleh teori dan rumus-rumus dari beberapa buku referensi yang diperlukan dalam perhitungan ukuran-ukuran untuk perancangan roda gigi.

Penentuan Data Awal Perancangan

Dalam perencanaan suatu roda gigi, daya dan putaran yang akan ditransmisikan harus terlebih dahulu diketahui. Adapun data yang diperoleh dari hasil pengukuran dan pengamatan spesifikasi mesin adalah sebagi berikut :

Daya = 11 HP/9500 rpm

Torsi = 12,7 kg.m/8500 rpm

Tingkat kecepatan = 6 kecepatan Putaran poros penggerak = kecepatan1 : 975 rpm

kecepatan 2 : 1300 rpm kecepatan 3 : 1500 rpm kecepatan 4 : 1750 rpm kecepatan 5 : 2500 rpm kecepatan 6 : 3000 rpm

Merencanakan Mekanisme Kerja Sistem Transmisi

Mekanisme kerja sistem transmisi yang direncanakan diilustrasikan pada gambar. Daya dan putaran dari mesin penggerak ditransmisikan ke roda gigi dengan menggunakan rantai dan sproket. Begitu juga dari roda gigi ke poros roda belakang. Fungsi utama dari roda gigi disini adalah untuk mengatur gerak maju dan gerak mundur.

(8)

Keterangan gambar : 1. Engine

2. Sproket poros penggerak 3. Rantai transmisi input 4. Sproket input

5. Sproket output

6. Rantai transmisi output 7. Sproket poros roda 8. Roda gigi

Roda gigi ini dilengkapi dengan tuas pengatur gerak maju-mundur. Tuas tersebut terhubung ke poros output yang dilengkapi dengan silang empat.

Disini putaran roda gigi nomor 1 yang melalui poros A diteruskan ke roda gigi nomor 2 pada poros B. Putaran pada poros B kemudian diteruskan ke poros D melalui roda gigi nomor 3 ke roda gigi nomor 4. Pada keadaan yang sama, roda gigi nomor 5 juga meneruskan putaran ke roda gigi nomor 6 pada poros C yang berfungsi sebagai pembalik arah. Disini poros C tidak ikut berputar bersamaan dengan roda gigi. Kemudian putaran roda gigi nomor 6 diteruskan ke roda gigi nomor 7. Namun roda gigi nomor 7 ini tidak ikut berputar bersama poros D. Kemudian apabila silang empat berada pada posisi roda gigi nomor 7 seperti pada gambar 3.4, maka yang terjadi adalah gerakan mundur.

Disini putaran roda gigi nomor 1 yang melalui poros A diteruskan ke roda gigi nomor 2 pada poros B. Putaran pada poros B kemudian diteruskan ke poros C melalui roda gigi nomor 5 ke roda gigi nomor 6. Roda gigi nomor 6 berfungsi sebagai pembalik arah. Pada keadaan yang sama, roda gigi nomor 3 juga meneruskan putaran ke roda gigi nomor 4 pada poros D. Namun roda gigi nomor 4 tidak ikut berputar bersama poros. Kemudian putaran roda gigi nomor 6 diteruskan ke roda gigi nomor 7.

Menentukan Bahan Poros

Bahan roda gigi yang digunakan dalam perencanaan ini adalah material yang umum untuk kontruksi mesin, yaitu baja karbon S45C. Dari tabel 2.5 diperoleh kekuatan tarik yang diijinkan σB = 58

kg/mm2, kekerasan HB = 167-229, dan tegangan

lentur yang diijinkan, σA = 30 kg/mm2.

Menentukan Jarak Sumbu Poros dan Rasio Roda Gigi

Pada perencanan poros roda gigi terlebih dahulu ditetapkan rasio roda gigi, i untuk masing-masing pasangan roda gigi. Adapun besarnya rasio roda gigi yang diambil pada perencanaan ini adalah :

Rasio roda gigi 1 dan 2, i1-2 = 2,0

Menghitung Ukuran Poros

Ukuran poros roda gigi yang dihitung dalam perencanaan ini adalah :

1. Diameter poros roda gigi yang terdiri dari :

dA, dB, dC dan dD.

2. Tegangan geser yang terjadi pada poros :

τA, τB, τC, dan τD

3. Ukuran spline, yang terdiri dari : diameter luar spline ( ), diameter dalam spline ( ), tinggi spline (hs), lebar spline (ws),

dan panjang spline (Ls).

4. Tegangan geser yang timbul pada spline (τs)

5. Tegangan tumbuk yang timbul pada spline (ps)

(9)

4. PERHITUNGAN POROS RODA GIGI Perhitungan Poros

Poros yang akan dirancang adalah poros transmisi yang digunakan untuk mentransmisikan daya sebesar 11 HP dan putaran sebesar 975 rpm.

Jika P adalah daya nominal dari output penggerak mesin berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga korelasi pertama dapat diambil kecil. Harga factor koreksi fc yang diambil adalah 1,0.

Daya mesin P adalah 11 HP = 8,2027 kW. Maka daya rencana Pd sebagai patokan seperti yang diberikan pada persamaan 2.18 adalah:

Pd = fc . P

= 1,0 x 8,2027 kW = 8,2027 kW

Setelah diperoleh daya yang direncanakan untuk poros, maka untuk menghitung torsi yang direncanakan pada poros digunakan persamaan.

Besarnya tegangan geser, a yang diijinkan pada

poros dapat diperoleh dari persamaan.

dimana :

σB = 58 kg/mm2

Sf1 = 6,0

Sf2 = 2,0

sehingga diperoleh :

Setelah diperoleh tegangan geser yang diijinkan untuk poros, maka untuk menghitung diameter poros yang direncanakan digunakan persamaan 2.23. Dimana harga Kt dan Cb masing-masing

diambil sebesar 1,5 dan 1,0.

Diameter dari hasil perhitungan merupakan diameter minimum yang diijinkan.

Setelah diperoleh diameter poros yang direncanakan, maka perlu dikoreksi tegangan geser pada poros, apakah tegangan geser yang terjadi tidak melebihi tegangan ijin. Besarnya tegangan geser yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan.

Syarat aman untuk kekuatan poros adalah τa ≥ τA.

Dari hasil perhitungan memberikan bahwa tegangan ijin lebih besar dari tegangan yang direncanakan. Maka kekuatan poros dianggap aman.

Selanjutnya adalah menghitung diameter poros B. Untuk menghitung besar diameterternya lebih dahulu dicari putaran pada poros itu sendiri. Besarnya putaran pada poros B, nB adalah :

(10)

Selanjutnya adalah menentukan diameter poros C. Berbeda dengan poros A, poros B, dan poros D, disini poros tidak ikut berputar bersama roda gigi. Antara roda gigi dengan poros dipasang bos, dimana pada permukaan poros terdapat pori-pori untuk pelumasan. Karena poros tidak ikut berputar dengan poros, maka diasumsikan poros tidak mengalami torsi (puntiran). Dengan demikian diambil besar diameter poros C adalah 28 mm.

Selanjutnya adalah menentukan diameter poros D. Poros ini memegang peranan yang sangat penting pada roda gigi yang direncanakan. Pada poros inilah terpasang mekanisme pengaturan gerak maju dan gerak mundur.

Untuk menghitung besar diameterternya lebih dahulu dicari putaran pada poros itu sendiri. Besarnya putaran pada poros D, nD adalah :

Perhitungan Spline

Spline pada roda gigi yang direncanakan berada pada poros A dan poros B yang terhubung ke sproket. Kondisi operasi yang dipakai adalah kondisi to slide when under load dengan jumlah spline i = 6 buah. Karena spline disini merupakan alur dalam maka diameter luar spline adalah diameter poros atau = 24 mm. Dengan merujuk pada tabel 2.7, maka diameter dalam spline adalah:

= 0,8

= 0,8 x 24 mm = 19,2 mm ≈ 20 mm Tinggi spline adalah:

Lebar spline adalah:

ws = 0,25

= 0,25 (24mm) = 6 mm

Maka jari – jari rata – rata spline adalah:

= 11 mm

Besarnya gaya yang bekerja pada spline di peroleh dari persamaan 2.24.

dimana dari perhitungan sebelumnya (perhitungan diameter poros) momen puntir yang bekerja pada poros, dari perhitungan diperoleh sebesar 8194,28 kg.mm.

(11)

Maka diperoleh:

Dari persamaan 2.26 dapat diperoleh panjang spline, Ls yaitu :

Panjang ini adalah merupakan panjang minimal, dalam perancangan dipilih panjang spline, Ls = 25

mm

Pemeriksaan kekuatan spline pada poros output dilakukan sebagai berikut. Tegangan geser yang timbul pada spline:

Dari hasil perhitungan memberikan bahwa tegangan ijin lebih besar dari tegangan yang direncanakan. Maka kekuatan spline dianggap aman.

Tegangan tumbuk yang timbul pada spline dapat diperoleh dari:

Sedangkan tegangan tumbuk ijin bahan spline yaitu :

Dari hasil perhitungan memberikan bahwa tegangan ijin lebih besar dari tegangan yang direncanakan. Maka kekuatan spline dianggap aman.

Desain Poros Roda Gigi

Desain poros roda gigi pada masing-masing poros diberikan pada gambar.

(12)

5. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Dari hasil perhitungan roda gigi berdasarkan data awal perencanaan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Model yang dipakai dalam perencanaan roda gigi yang dilengkapi dengan pengaturan gerak maju-mundur adalah sistem roda gigi yang dipakai pada sepeda motor jenis vespa.

2. Ukuran poros roda gigi yang diperoleh adalah :

dA = 24 mm dB = 28 mm dC = 28 mm dD = 36 mm

3. Tegangan geser yang terjadi pada poros :

τA = 3,22 kg/mm2

τB = 3,56 kg/mm2

τC = 0

τD = 3,51 kg/mm2

4. Ukuran spline yang diperoleh adalah : = 24 mm

= 20 mm

hs = 2,4 mm

ws = 6 mm

Ls = 25 mm

5. Tegangan geser yang timbul pada spline, τs

= 4,06 kg/mm2

6. Tegangan tumbuk yang timbul pada spline,

ps = 8,12 kg/mm2

Saran

Walaupun mekanisme poros roda gigi yang direncanakan adalah mekanisme yang dipakai pada roda gigi vespa, namun ukuran-ukuran dari poros roda gigi yang direncanakan belum tentu sama dengan ukuran poros roda gigi yang terdapat pada roda gigi vespa. Oleh sebab itu disarankan kepada yang melakukan proses pabrikasi untuk mempertimbangkan hal tersebut diatas agar diperoleh hasil yang lebih baik.

6. DAFTAR PUSTAKA

Hariandja, B., Mekanika Bahan dan Pengantar

Teori Elastisitas, Erlangga:Jakarta. 1997.

Gere, J.M., dan Timoshenko, S.P., Mekanika Bahan

Edisi Keempat Jilid 1 dan 2,

Erlangga:Jakarta. 2000.

J.E shigley and C.R Mischake, Mechanical

Engineering Design, McGraw Hill

Publication, Edition. 1989.

Joseph E.Shigley, Larry D Mitchel, Gandi Harahap,

Perencanaan Teknik Mesin 2,

Erlangga, Jakarta.

Khurmi, R.S. and Gupta J.K., Text book on

Machine Design, Eurasia Publishing

House, New Delhi, 2002.

Lawrence H. Van Vlack, Ilmu dan Teknologi

Bahan, Erlangga, Jakarta 1991.

Norton, R., Machine Design: An Integrated

Approach, Upper Saddle River:

Prentice-Hall, 1998.

Rajendra Karwa, Machine Design, 2nd Edition, Laxmi Publication (P) Ltd., New Delhi, 2006.

Sularso, Kiyokatsu Suga, 1997, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Paramita, Jakarta.

Sebayang, D., Kekuatan Bahan (teori

kokoh-strength of materials),

Erlangga:Jakarta. 1985.

Yang, T.Y., 1986,”Finite Element Structural

Analysis”,