BAB II LANDASAN TEORI

(1)

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Mekanisme Mesin Amplas 2.1.1 Tinjauan

Dalam metalografi ada beberapa langkah untuk pemeriksaan logam salah satunya adalah pengamplasan dan pemolesan (polishing). Pengamplasan benda uji dilakukan pada kertas amplas dari tingkat kasar sampai tingkat halus. Tingkatan kehalusan kertas amplas ditentukan oleh ukuran serbuk silikon karbida pada kertas tersebut. Dalam waktu pengamplasan tekanan tangan pada kertas amplas disarankan jangan terlalu kuat dan bahan uji dialiri air pendingin yang banyak.

Fungsi air untuk mencegah panas yang terjadi pada bahan uji tersebut. Untuk meningkatkan tingkat kehalusan yang maksimal maka bahan uji yang telah diamplas selanjutnya diproses polishing. Mesin poles metalografi terdiri dari piringan yang berputar dan di atasnya diberi kain poles terbaik namanya kain selvyt (sejenis kain beludru).

2.1.2 Pengertian

Pengamplasan adalah suatu proses pengerjaan logam dengan tujuan mengurangi kerusakan permukaan yang terjadi dari proses pemotongan dengan gergaji. Pengerjaan pengamplasan sebaiknya dilakukan dengan 1 arah agar diperoleh permukaan logam yang baik. Amplas yang digunakan mulai dari yang kasar sampai yang halus. Mesin amplas bekerja dengan menggunakan motor listrik yang dihubungkan dengan puli yang terhubung dengan sabuk-V lalu diteruskan ke poros untuk menggerakkan penampang amplas sehingga putaran yang dihasilkan oleh penampang tersebut tidak terlalu besar dan daya yang dibutuhkan tidak terlalu besar pula. Sebab mesin amplas hanya membutuhkan putaran sebesar 300-700 r.p.m agar hasil dari pengamplasan dapat sesuai dengan yang diharapkan.

2.2 Konsep Perencanaan Sistem Transmisi pada Mesin Amplas

Pada perancangan mesin amplas hendaknya mempunyai suatu konsep perencanaan. Untuk itu konsep perencanaan ini akan membahas dasar-dasar teori commit to user commit to user

(2)

yang akan dijadikan pedoman dalam perancangan. Pada perancangan ini bagian alat yang akan direncanakan atau diperhitungkan adalah motor listrik, puli dan sabuk-V.

2.2.1 Motor Listrik

Motor listrik adalah motor yang berputar karena adanya sumber daya listrik yang menghidupkan stator elektromotor sehingga menyebabkan terjadinya medan magnet dan memicu rotor untuk berputar. Sumber tenaga dari motor listrik adalah listrik dari PLN. Motor listrik banyak digunakan pada industri maupun di rumah tangga karena cara pemakaiannya yang lebih mudah dibandingkan sumber tenaga motor bakar. Disamping itu, motor listrik juga memiliki putaran yang lebih stabil dibandingkan dengan motor bensin maupun motor diesel. Motor listrik mempunyai dua tipe yaitu motor listrik 1phase dan motor listrik 3phase.

Perbedaan antara motor listrik 1phase dan 3phase adalah pada lilitan motornya atau kumparan motor yang menghasilkan medan magnetnya. Motor listrik dapat ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Bagian-bagian Motor Listrik (http://www.insinyoer.com/prinsip-kerja-motor-listrik/) 2.2.2 Puli

Puli adalah bagian atau elemen mesin yang berfungsi mentransmisikan atau meneruskan tenaga dari poros satu ke poros lain menggunakan sabuk. Puli bisa dibuat dari besi tuang, baja tuang atau baja yang dicetak, puli pada umumnya terbuat dari besi tuang. Puli dapat dibagi dalam beberapa jenis diantaranya : commit to user commit to user

(3)

- Sheaves/V-Pulley, paling sering digunakan untuk transmisi, produk ini digerakkan oleh V-Belt karena kemudahannya dan dapat diandalkan.

- Variable speed pulley, perangkat yang digunakan untuk mengontrol kecepatan mesin. Berbagai proses industri seperti jalur perakitan harus bekerja pada kecepatan yang berbeda untuk produk yang berbeda. Dimana kondisi memproses kebutuhan penyetelan aliran dari pompa atau kipas, memvariasikan kecepatan dari drive mungkin menghemat energi dibandingkan dengan teknik lain untuk kontrol aliran.

- Mi-Lock pulleys, digunakan pada pegas rem jenis ini menawarkan keamanan operasional yang tinggi untuk pengereman yang mendadak atau fungsinya menahan pada mesin yang tiba-tiba mati atau karena kegagalan daya.

- Timing pulley, ini adalah jenis lainnya dari katrol dimana ketepatan sangat dibutuhkan untuk aplikasi. Material khusus yang tersedia untuk aplikasi yang mempunyai kebutuhan yang lebih spesifik.

Diameter puli yang digerakkan : 𝐷₂=^𝑛¹^.𝐷¹

𝑛₂ ... (2.1) dimana :

𝐷₂

=

diameter puli yang digerakkan, mm 𝐷₁

=

diameter puli penggerak, mm 𝑛₁

=

putaran puli penggerak, rpm 𝑛₂ = putaran puli penggerak, rpm

2.2.3 Sabuk-V

Sabuk-V lebih banyak digunakan pada bengkel-bengkel dan pabrik-pabrik dimana sejumlah besar daya yang ditransmisikan dari puli satu ke puli lain jarak antar puli adalah sangat dekat. Sabuk-V dibuat dari rajutan benang (fabric) dan tali (cord) yang di dalamnya terdapat karet (rubber) dan ditutup dengan fabric dan karet seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2 (a). Sabuk dicetak ke sebuah bentuk trapezoidal (bentuk penampangnya) dan dibuat tidak berujung. Sabuk-V sangat cocok untuk transmisi jarak pendek. Sudut untuk sabuk-V biasanya dari 30^o

commit to user commit to user

(4)

sampai 40^o. Daya yang ditransmisikan diakibatkan oleh aksi desak (wedging) antara sabuk dan alur V dalam puli.

Gambar 2.2 (a) Penampang sabuk-V dan (b) alur V pada puli (R.S. Khurmi, 2005)

Celah (clearance) harus diberikan pada bagian bawah alur seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2 (b), agar mencegah goresan pada bagian bawah yang bisa menjadikan penipisan karena aus. Untuk menaikkan daya output, sabuk- V dioperasikan secara berganda (side by side). Sabuk yang digunakan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Sabuk-V (Sularso, 1991) - Tipe sabuk-V dan puli

Menurut standar India (IS:2494-1974), sabuk-V dibuat dalam lima tipe yaitu A,B,C,D, dan E. Dimensi untuk sabuk-V standar ditunjukkan pada Tabel 2.1. Puli untuk sabuk-V dibuat dari besi cor atau baja untuk menurunkan berat. Dimensi untuk standar puli alur-V ditunjukkan pada Tabel 2.2.

(5)

Tabel 2.1 Dimensi standar sabuk-V menurut IS:2494-1974 (R.S. Khurmi, 2005) Type of

belt

Power rangers in kW

Minimum pitch diameter of pulley (D) mm

Top width (b) mm

Thickness (t) mm

Weight per mete length

in newton

A 0.7 – 3,5 75 13 8 1.06

B 2 – 15 125 17 11 1.89

C 7.5 – 75 200 22 14 3.43

D 20 – 150 355 32 19 5.96

E 30 - 350 500 38 23 -

Tabel 2.2 Dimensi standar puli alur-V menurut IS:2494-1974 (R.S. Khurmi, 2005) Type of

belt w d a c f e

No, of sheave grooves (n)

Groove angle (2β) in degress

A 11 12 3.3 8.7 10 15 6 32, 34, 38

B 14 15 4.2 10.8 12.5 19 9 32, 34, 38

C 19 20 5.7 14.3 17 25.5 14 34, 36, 38

D 27 28 8.1 19.9 24 37 14 34, 36, 38

E 32 33 9.6 23.4 29 44.5 20 -

Catatan : Face width (B) = (n - 1) e + 2f Tipe sabuk-V seperti pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Ukuran penampang sabuk-V (Sumber: Sularso, 1991)

Menurut IS: 2494-1974, panjang sabuk-V didefinisikan sebagai panjang keliling dari sabuk yang diukur pada sumbu netral sabuk.

(6)

Tabel 2.3 Standar panjang dari sabuk-V menurut IS:2494-1974 (R.S. Khurmi, 2005)

Type of belt Standard pitch lengths of V-belts in mm

A 645, 696, 747, 823, 848, 925, 950, 1001, 1026, 1051, 1102, 1128, 1204, 1255, 1331, 1433, 1458, 1509, 1560, 1636, 1661, 1687, 1763, 1814, 1941, 2017, 2068, 2093, 2195, 2322, 2474, 2703, 2880, 3084, 3287, 3693

B 932, 1008, 1059, 1110, 1212, 1262, 1339, 1415, 1440, 1466, 1567, 1694, 1770, 1821, 1948, 2024, 2101, 2202, 2329, 2507, 2583, 2710, 2888, 3091, 3294, 3701, 4056, 4158, 4437, 4615, 4996, 5377

C 1275, 1351, 1453, 1580, 1681, 1783, 1834, 1961, 2088, 2113, 2215, 2342, 2494, 2723, 2901, 3104, 3205, 3307, 3459, 3713, 4069, 4171, 4450, 4628, 5009, 5390, 6101, 6863, 7625, 8387, 9149

D 3127, 3330, 3736, 4092, 4194, 4473, 4651, 5032, 5413, 6124, 6886, 7648, 8410, 9172, 9934, 10.696, 12.220, 13.744, 15.268, 16.792

E 5426, 6137, 6899, 7661, 8423, 9185, 9947, 10.709, 12.233, 13.757, 15.283, 16.805

- Kelebihan sabuk-V :

 Penggerak sabuk-V lebih kokoh akibat jarak yang pendek di antara pusat puli.

 Gerakan adalah pasti, karena slip antara sabuk dan alur puli diabaikan.

 Karena sabuk-V dibuat tanpa ujung dan tidak ada gangguan sambungan, oleh karena itu pergerakan menjadi halus.

 Mempunyai umur yang lebih lama, yaitu 3 sampai 5 tahun.

 Lebih mudah dipasang dan dibongkar.

 Sabuk mempunyai kemampuan untuk melindungi beban kejut ketika mesin di start.

 Mempunyai rasio kecepatan yang tinggi (maksimum 10).

 Aksi desak sabuk dalam alur memberikan nilai rasio tarikan yang tinggi.

Oleh karena itu daya yang ditransmisikan oleh sabuk-V lebih besar dari pada sabuk datar untuk koefisien gesek, sudut kontak dan tarikan yang sama dalam sabuk.

(7)

 Sabuk-V dapat dioperasikan dalam berbagai arah, dengan sisi tarik sabuk pada bagian atas atau bawah. Posisi garis pusat bisa horizontal, vertikal atau miring.

- Kelemahan sabuk-V :

 Sabuk-V tidak bisa digunakan untuk jarak pusat yang panjang, karena berat per unit panjang yang besar. Umur lebih pendek dibandingkan dengan sabuk rata.

 Sabuk-V tidak bisa tahan lama sebagaimana pada sabuk datar.

 Konstruksi puli untuk sabuk-V lebih rumit dari pada puli dari sabuk datar.

 Karena sabuk-V mendapat sejumlah creep tertentu, oleh karena itu tidak cocok untuk penerapan kecepatan konstan.

 Umur sabuk sangat dipengaruhi oleh perubahan temperatur, tarikan sabuk yang tidak tepat dan panjang sabuk yang tidak seimbang.

 Tarikan sentrifugal mencegah penggunaan sabuk-V pada kecepatan di bawah 5 m/s dan di atas 50 m/s. Sketsa rangkaian puli dan sabuk seperti pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Sketsa rangkaian puli dan sabuk (Sumber: R.S. Khurmi, 2005) a. Menentukan panjang sabuk :

L = π (r1 + r2 ) + 2x + ^{(𝑟1 + 𝑟2)}

2

𝑥 ... (2.2) dimana :

L = panjang sabuk, mm x = jarak antar poros, mm 𝑟₁ = jari-jari puli penggerak, mm

𝑟₂ = jari-jari puli yang digerakkan, mm commit to user commit to user

(8)

b. Mengatur kecepatan linier sabuk v = 𝜋 . 𝑑1 . 𝑁1

60 ... (2.3) dimana :

v = kecepatan sabuk, m/s d1 = puli penggerak, mm N1 = putaran motor, rpm c. Sudut α untuk sabuk terbuka

sin α = ^𝑟^{1 . 𝑟2}

𝑥 ... (2.4) d. Sudut kontak untuk sabuk terbuka

θ = (180 - 2α) ^𝜋

180 ... (2.5) dimana :

𝑟₁ = jari-jari puli yang digerakkan, mm 𝑟₂ = jari-jari puli penggerak, mm 𝑥 = jarak antar poros, mm (R.S. Khurmi, 2005)

e. Tarikan sisi kencang (𝑇₁) tarikan sisi kendor (𝑇₂) dan pada sabuk : 2,31 . log ^𝑇¹

𝑇₂ = µθ ... (2.6) dimana :

𝑇₁ = tarikan sisi kencang, kg 𝑇₂ = tarikan sisi kendur, kg

µ = koefisien gesek untuk puli dengan sabuk adalah 0,3 θ = sudut kontak, rad

(R.S. Khurmi, 2005)

f. Daya yang ditransmisikan ke sabuk

P = (T1 – T2) v ... (2.7) dimana :

𝑇₁ = tarikan sisi kencang, kg 𝑇₂ = tarikan sisi kendur, kg v = kecepatan sabuk, m/s

(R.S. Khurmi, 2005) commit to user commit to user

(9)

g. Luas penampang sabuk V tipe A

Luas penampang sabuk-V dapat dilihat seperti pada Gambar 2.6 di bawah ini.

Gambar 2.6 Luas penampang sabuk-V (R.S. Khurmi, 2005)

x = tan β . t ... (2.8) c = b - 2α ... (2.9) A = ¹

2 (c + b) t ... (2.10) dimana:

t = tinggi sabuk, mm

c = lebar sabuk bagian dalam, mm b = lebar sabuk, mm

A = luas penampang sabuk, mm² β = sudut sabuk

(Sularso, 2002)

h. Massa sabuk-V per meter

m = A . L . ρ ... (2.11) dimana :

A = luas penampang sabuk, mm² L = panjang sabuk, mm

ρ = density karet, kg/m³ (R.S. Khurmi, 2005)

i. Tegangan tarik sentrifugal sabuk V

Tc = m . v² ... (2.12) dimana :

m = massa sabuk-V per meter, kg/mm v = kecepatan sabuk, m/s

(Sularso, 2002)

(10)

j. Gaya maksimum sabuk

Tmax = σmax . A ... (2.13) dimana :

σmax = tegangan ijin maksimum sabuk, N A = luas penampang sabuk, mm² (Sularso, 2002)

k. Tarikan sisi kencang sabuk

T = T1 . T2 ... (2.14) dimana :

𝑇₁ = tarikan sisi kencang, kg 𝑇₂ = tarikan sisi kendur, kg (R.S. Khurmi, 2005)

Sudut lilit atau sudut kontak θ dari sabuk pada alur puli penggerak harus diusahakan sebesar mungkin untuk memperbesar panjang kontak antara sabuk dan puli. Gaya gesekan berkurang dengan mengecilnya θ sehingga menimbulkan slip antara sabuk dan puli. Jika jarak poros adalah pendek sedangkan perbandingan reduksinya besar, maka sudut kontak pada puli kecil (puli penggerak) akan menjadi kecil. Dalam hal ini dapat dipakai sebuah puli penegang untuk memperbesar sudut kontak tersebut. Sudut kontak dapat ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Sudut kontak (Sumber: Sularso,1991)

(11)

Aplikasi Sabuk-V:

- Penerus daya mesin kecepatan tinggi seperti kompresor, dll.

- Mesin-mesin pertanian dan mesin industri 2.2.4 Pasak

Pasak adalah potongan baja karbon rendah yang diselipkan antara poros dan hub atau kepala pulley untuk mencegah gerakan relatif . Pasak selalu diselipkan sejajar dengan sumbu poros. Pasak digunakan sebagai pengunci sementara dan menerima tegangan geser dan crushing. Lubang pasak dislot dalam sebuah poros dan hub dari pulley untuk menyesuaikan/mencocokan ukuran pasak.

Jenis pasak yang sering digunakan adalah jenis rectangular sunk key. Bentuk pasak ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Rectangular sunk key (R.S. Khurmi, 2005) Lebar pasak, w = d/4;

Tebal pasak, t = 2w/3 = d/6

Dimana, d = diameter poros atau diameter lubang hub.

Pasak mempunyai ketirusan 1:100 hanya pada sisi atas.

Ketika pasak digunakan untuk mentransmisikan torsi dari sebuah poros ke rotor atau hub, maka ada dua jenis gaya aksi yang terjadi pada pasak:

1. Gaya (F1) akibat tahanan pasak dalam lubang pasak. Gaya ini menghasilkan tegangan tekan yang sulit ditentukan besarnya.

(12)

Gambar 2.9 Gaya aksi pada poros (R.S. Khurmi, 2005)

2. Gaya (F) akibat torsi transmisi oleh poros. Gaya ini menghasilkan tegangan geser dan tegangan tekan dalam pasak. Sebuah pasak menghubungkan poros dan hub seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

Misalkan: T = torsi yang ditransmisikan oleh poros,

F = gaya aksi tangensial pada keliling (permukaan) poros d = diameter poros,

l = panjang pasak, w = lebar pasak, t = ketebalan pasak,

τ = tegangan geser maksimal poros,

Perhatikan geseran pada pasak, gaya geser tangensial terjadi pada permukaan poros sebesar:

F = Luas geseran x tegangan geser = l x w x τ Torsi yang ditransmisikan adalah:

T = F x ^𝑑

2 x l x w x τ x ^𝑑

2 ... (2.15) dimana, τ = tegangan geser untuk material pasak.

Kekuatan geser torsional poros adalah:

T = ^𝜋

16 x τ1 x d³ ... (2.16) dimana, τ1 = tegangan geser untuk material pasak.