Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN INDONESIA

(1)

Bab 3

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Spesifikasi New Mazda 2

Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2 memiliki spesifikasi sebagai berikut :

1. Daya Maksimum (N) : 103 PS 2. Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm 3. Torsi Maksimum (T) : 13,76 kgf.m 4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : 4000 rpm

3.2 Rumus-rumus yang digunakan

3.2.1. Torsi Maksimum

Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur).

Kopling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek dengan permukaan, sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan. Momen ini bekerja dalam waktu tR sampai putaran kedua poros sama. Pada

(2)

Mr =Mb+Mh dimana ;

Mr = Torsi Gesek [kgf.cm]

Mb = Momen Puntir Poros Transmisi [kgf.cm]

Mh = Torsi Percepatan [kgf.cm]

Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :

71620

h N

M

n

=

Mh = Torsi Maksimum [kgf.cm]

N = Daya Maksimum [PS]

n = Putaran Poros [rpm]

71620 = Konstanta Korelasi Satuan

3.2.1.1 Penghitungan Torsi Maksimum

Diketahui :

Daya Maksimum (N) : 103 PS Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm

Torsi Maksimum (T) : 13.76 kgm Putaran Pada Torsi Maksimum (n) : 4000 rpm

(3)

Rumus :

Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh = 13,76 kgf.m dengan kecepatan putar mesin n = 4000 rpm.

3.2.2 Torsi Gesek

Harga torsi gesek didapat dari hubungan :

Mr =C×Mh

dimana ;

C = Konstanta [2,5]

(4)

3.2.2.1 Penghitungan Torsi Gesek

Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek. Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 – 3 untuk kendaraaan mobil. Dengan memilih C = 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek sebesar :

1910 r

r M n tr

A = × ×

Rumus :

Mr = C . Mh

Mr = 2,5 x 13,76 kgf.cm = 34,4 kgf.cm

= 3440 kg.cm

3.2.3 Kerja Gesek dan Daya Gesek

Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya slip yaitu :

1910 r r

M n tr

A = × ×

(5)

dimana ;

Ar = Kerja Gesek [kgf.cm]

n = Putaran [rpm]

tR = Waktu Penyambungan/slip [detik]

1910 = Faktor Korelasi Satuan

Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu, yaitu ;

4

27 10

r r

A

z

N

=

×

dimana ;

Nr = Daya Gesek [hp]

(6)

3.2.3.1Penghitungan Kerja Gesek dan Daya Gesek

Diasumsikan tR = 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah :

1910 r

r M n tr

A = × ×

3440 4000 0.5 1910

Ar = × ×

= 3602,09 kgf.cm

Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu :

4

27 10 r r

A z

N = ×

×

4

3602.09 60

27 10

× =

×

= 0,8 Hp

(7)

3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek

Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk diameter rata-rata, yaitu ;

0.4

1/2

71.5 R

T N d

b

K j n

d

⎡ ⎤

⎢ ⎥

= _⎢ _⎥

⎢ × × × ⎥

⎣ ⎦

dimana ;

d = Diameter Rata-rata pelat [cm]

b = Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata d

KT = Parameter Koefisien Gesek

n = Putaran [rpm]

71.5 = Faktor Korelasi Satuan

3.2.4.1Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek

• Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan KT = 1,0 – 1,5, karena

sedikit terjadi kejutan / tumbukan

• Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb = 1,2 – 2,3, karena terjadi pembebanan lentur.

(8)

• Diketahui :

Parameter koefisien gesek (KT ) = 1,5

Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) = 0,175 Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j ) = 3 bh

(9)

Diameter luar pelat ( d0 )

d0 = d + b

= 13,58 cm + 2,38 cm = 15,96 cm

3.2.5 Pengujian Harga KT dan KU

Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang

diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga KU masih berkisar

antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan.

1/2

Kecepatan Tangensial adalah ;

60

d n

V =π × ×

3.2.5.1Penghitungan Harga KT dan KU

Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas yang diizinkan

(10)

60

d n

V =π × ×

2

3.14 13.58 10 4000

60

Hasil penghitungan nilai KT dan KU dapat diterima karena masih dalam batas

(

)

1/2

0.8 1000

2.38 13.58 3 28.43

(11)

yang diizinkan

3.2.6 Luas Bidang Tekan

Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas

bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar = 0,3, dan ini adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ;

dimana ;

F = Luas Bidang Tekan [cm2]

= Faktor Koreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur

3.2.6.1 Penghitungan Luas Bidang Tekan

Dari data diatas dan dengan mengasumsikan = 0,9 maka luas bidang tekan dapat dicari, yaitu;

F

= × × × ×

π

b d

j Y

Y

(12)

Perancangan Ulang Kopling Universitas Darma Persada

F

= × × × ×

π

b

d

j

Y

= 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9 = 274 cm2

3.2.7 Tekanan Rata-rata Permukaan

Tekanan rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter rata-rata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan :

2 Mr

p

d f

μ

×

=

× ×

dimana ;

= Tekanan Permukaan Rata-rata [kgf/cm2]

p

= Koefisien Gesek

F = Luas bidang Tekan [cm2]

3.2.7.1 Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan

(13)

2 Mr

3.2.8 Tekanan Maksimum Permukaan

Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat gesek.

Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :

[kgf/cm2]

3.2.8.1 Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan

(14)

6.16 15.96 11.20

× =

= 8,778 kgf/cm2

Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah 8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat gesek dapat terbuat dari bahan “ Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic”,

yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 – 0,35 dan tekanan permukaan yang diizinkan antara 0,5 – 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih berada dalam batas tersebut.

3.2.9 Umur Pelat Gesek

Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek, sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :

VV = F . SV

dimana ;

VV = Volume Keausan [cm3]

F = Luas Permukaan Bidang Tekan [cm2]

(15)

Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ;

V B

V R

V L

Q N =

⋅

dimana ;

LB = Umur Pelat Gesek [jam]

VV = Volume Keausan [cm3]

QV = Keausan Spesifik

3.2.9.1 Penghitungan Umur Pelat Gesek

Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan tebal keausan maksimum dari pelat gesek.

Diketahui :

Tebal Lapisan Permukaan Gesek = 2 mm = 0,2 cm Jumlah Pelat Gesek = 3 buah

maka, Volume Keausan : VV = F . SV

(16)

Dengan Asumsi QV = 0,125, maka :

V B

V R

V L

Q N

=

⋅

164.4 0.125 0.8

=

×

= 1644 Jam

3.2.10 Temperatur Kerja Pelat dan Kopling

Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas perpindahan panas dan temperatur sekeliling .

Temperatur Kerja Kopling adalah :

t = tL + t

dimana ;

t = Temperatur Kerja Kopling

(17)

tL = Temperatur Lingkungan

t = Kenaikan Temperatur

Semua parameter dalam satuan oC. Sementara itu kenaikan temperatur dapat diketahui dengan persamaan :

632 R

K K

N t

F

α

⋅ Δ =

⋅

dimana ;

FK = Luas Permukaan Bidang Pendingin [m2]

= _K Koefisien Perpindahan Panas [kcal/moC.jam]

α

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :

(

2 2

)

4 K i

K K K

d d

F = ⋅π d ⋅b +π⋅ −

dimana ;

dK = Diameter Terluar atau Diameter Rumah Kopling [cm]

bK = Lebar Rumah Kopling [cm]

(18)

dimana ;

( )

3/4

4.5 6

K VK

α

= +

60 K K

d n V =

π

⋅ ⋅

VK = Kecepatan Tangensial Rumah Kopling [m/det]

maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :

632

_R

S

K K

N

t

F

α

⋅

=

⋅

dimana ;

NR = Daya Gesek

FK = Luas Permukaan Bidang Pendingin

(19)

3.2.10.1Penghitungan Temperatur Kerja Pelat dan Kopling

Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30oC, temperatur kerja kopling adalah :

dk = Asumsi

dk = do + 3 x 5 cm bk = 7 cm

karena itu,

(20)

dk = (15,96 + 15 ) cm = 30,96 cm

Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :

(

2 2

)

VK = Kecepatan Tangensial Rumah Kopling [m/det]

(21)

= 64,80 m/s 1334.40 10− 141.54

× =

× ×

Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 300C) 505.6

18.8

=

t = 37 0C + 26,78 0C

= 63,78 0C

3.2.11 Pemasangan Paku Keling

(22)

2 R K

M F

Z ⋅ =

Dimana;

FK = Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku Keling

MR = Torsi Gesek

Z = Jumlah Paku Keling

Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ;

4 3,14

K

F d

τ

⋅ =

⋅

Dimana;

FK = Gaya yang diterima masing-masing paku keling

τ ₌ _{Tegangan geser material paku keling}

3.2.11.1 Penghitungan Pemasangan Paku Keling

Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang berbeda fungsi yaitu;

1. Paku Keling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung. Torsi MR = 3440 kgf.cm

(23)

Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm

Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah :

1

Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n = 2)

Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ Max = 27 Mpa

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :

1

3.2.11.2 Paku Keling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2

Torsi MR = 3440 kgf.cm

(24)

= 4914 N

Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang ditanggung satu buah kopling adalah :

1

Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ Max = 27 Mpa

Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :

1

3.2.11.3 Paku Keling Untuk Penghubung Dengan HUB

Torsi MR = 3440 kgf.cm

Jarak Keliling ke pusat r = 5,5 cm

(25)

6 buah,maka gaya geser yang

“ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan

Jumlah keliling yang digunakan 1 ditanggung satu buah kopling adalah :

Bahan paku keling τ Max = 27 Mpa

didapatkan

eter paku keling yang sesuai adalah : Maka diam

3.2.12 Poros

(26)

3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m

Material yang diambil untuk poros ini adalah “AISI 4340 COLD DRAWN”

engan

Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita

kan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu : didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah

yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi :

SI = 34,40 kgf.m x 9.81 = 337,46 Nm = 337460 Nmm 3,14 682,8 2143, 99

(27)

HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN

n perancangan ulang kop g diperoleh hasil sebagai b t :

um m

kgf.cm

at

lat

Permukaan ks cm2

• Umur Pelat Gesek Lb = 1644 Jam

4.1 Hasil Perancangan

Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan denga

lin New Mazda 2 ini, eriku

• Torsi Maksim Mh = 1229,48 kgf.c

• Torsi Gesek Mr = 3440 kgf.cm

• Kerja Gesek Ar = 3602,09

• Daya Geser Nr = 0,8 Hp

• Diameter rata-rata pel d = 13,58 cm

• Diameter (luar) pelat d0 = 15,96 cm

• Diameter (dalam) pe di = 11,20 cm

•

Luas Bidang Tekan F = 274 cm2

•

Tekanan rata-rata permukaan p = 6,16 kgm/cm2

•

Tekanan Maksimum Pma = 8,778 kgf/

(28)

tau pembulatan angka yang disesuaikan dengan

jenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh beb p

aan gesek

k plat gesek, sehingga dengan analisa ini efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan.

Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan berdasarkan perkiraan-perkiraan a

pemahaman yang penulis miliki.

Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk bersaing dengan produk se

era a faktor antara lain ; • Luas permuk

• Daya gesek

• Faktor keausan plat gesek