AFIFARUQ ETWIN R. I8616002

CASTING

Diajukan untuk memenuhi persyaratan guna Memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md)

Program Studi D III Teknik Mesin

Disusun oleh:

Afifaruq Etwin raharja I8616002

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2020

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan bagi Allah Subhanahu Wa Ta’ala karena atas limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar. Tugas akhir merupakan salah satu mata kuliah wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa Program Studi Diploma Tiga Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta sebagai syarat kelulusan dalam menempuh perkuliahan. Pelaksanaan tugas akhir kemudian dilaporkan dalam bentuk laporan sebagai pertanggung jawaban kepada pihak program studi.

Melalui tugas akhir ini, penulis dapat menyalurkan banyak ilmu yang diperoleh di bangku kuliah lalu diterapkan ke dalam sebuah mesin dari proyek akhir ini. Selama proses pelaksanaan proyek akhir maupun penulisan laporan tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih atas dukungan dan bimbingan kepada :

1. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.Eng. selaku pembimbing I.

2. Bapak Dr. Ir. Wijang Wisnu Raharjo, M.T. selaku pembimbing II.

3. Bapak Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. selaku kepala jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Bapak Raymundus Lulus Lambang G.H., S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

5. Seluruh Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

6. Kedua orang tua serta seluruh keluarga yang senantiasa memberikan do’a dan dukungan dalam melaksanakan setiap tugas perkuliahan.

7. Teman-teman satu tim yang bersama-sama membuat tugas akhir ini hingga selesai.

8. Rekan-rekan mahasiswa Diploma III Teknik Mesin angkatan 2016, serta semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya proyek akhir dan penyusunan laporan ini.

iv

Sebagai penutup, penulis menyadari tidak ada yang sempurna dimuka bumi ini. Oleh karena itu, penulis memohon maaf apabila dalam pelaksanaan serta laporan proyek akhir ini masih terdapat kesalahan dan kekurangan, serta penulis meminta kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan laporan proyek akhir ini. Akhir kata, semoga proyek akhir dan laporan yang telah terselesaikan bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 16 januari 2020

Penulis

ii

Centrifugal casting adalah proses pengecoran yang menggunakan gaya sentrifugal untuk mengalirkan material yang dicor ke seluruh bagian rongga dari cetakan. Mekanisme digunakan pada centrifugal casting antara lain horizontal centrifugal casting (poros mendatar) dan vertical centrifugal casting (poros vertikal). Metode ini biasanya digunakan untuk menghasilkan benda atau komponen dengan geometri yang rumit dengan biaya lebih rendah.

Bearing merupakan salah satu bagian dari mesin vertical centrifugal casting yang dapat

menahan sebuah poros agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan.

Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta bagian lainya bekerja dengan baik. Pada mesin vertical centrifugal casting menggunakan Tapered bearing roller bearing yang dapat menahan gaya aksial dan aksial yang disebabkan oleh beban meja putar dan cetakan coran.

Kata kunci : Centrifugal casting, pengecoran, bearing, tapered roller bearing

ABSTRACT

Centrifugal casting is a casting process that uses centrifugal force to drain the casted material to all parts of the cavity from the mold. The mechanism used in centrifugal casting is horizontal centrifugal casting and vertical centrifugal casting (vertical shaft). This method is usually used to produce objects or components with complicated geometry at a lower cost.

Bearing is one of part of vertical centrifugal casting engine which could hold a shaft in order to spin without any excess friction. Bearing must be strong enough to allow and the other parts to work well. Vertical centrifugal casting machines use Tapered roller bearing which could withstand the axial and radial force caused by the loading of the rotary table and casting mold.

.

Kata kunci : Centrifugal casting, casting, bearing, tapered roller bearing

vi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

ABSTRAK ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan ... 2

1.5 Manfaat ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Daya ... 5

2.2 Poros ... 6

2.3 Statika ... 9

2.4 Pulley...11

2.5 Pengertian Bearing ...12

2.5.1 Klasifikasi Bearing ...12

2.5.2 Jenis-Jenis Bearing Gelinding ...13

2.5.3 Perhitungan Beban dan Umur Bantalan Gelinding ...18

BAB III PERANCANGAN 3.1 Tahapan Proses Perancangan ... 23

3.2 Sketsa Mesin ... 24

3.2.1 Komponen mesin ... 25

3.2.2 Cara kerja mesin... 30

3.3 Daya ... 30

3.4 Kapasitas Bahan ... 31

3.5 Perhitungan Sistem Transmisi ... 33

vii

3.6 Perhitungan Bearing ... 34

3.4.1 Perancangan bearing B ... 34

3.4.2 Perancangan bearing C ... 41

BAB IV PROSES PRODUKSI 4.1 Persiapan Proses Produksi Poros ... 47

4.2 Proses Pembuatan ... 47

4.2.1 Tabung rumah bearing ... 47

4.2.2 Peralatan yang dibutuhkan ... 48

4.2.3 Proses produksi tabung rumah bearing ... 48

4.2.4 Alas rumah bearing ... 49

4.2.5 Peralatan yang dibutuhkan ... 49

4.2.6 Proses produksi Alas rumah bearing ... 49

4.2.7 Proses produksi rumah bearing ... 50

4.2.8 Peralatan yang dibutuhkan ... 50

4.2.9 Proses pembuatan rumah bearing ... 50

4.3 Waktu Pemesinan ... 51

4.3.1 Proses pembubutan ... 51

4.3.2 Proses pengeboran... 54

4.3.1 Proses pembuatan lubang slot ... 57

4.4 Estimasi Biaya... 58

4.5 Perakitan dan Perawatan ... 59

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 61

5.2 Saran ... 61 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip statika keseimbangan ... 9

Gambar 2.2 Reaksi tumpuan rol... 10

Gambar 2.3 Reaksi tumpuan sendi... 10

Gambar 2.4 Reaksi tumpuan jepit ... 11

Gambar 2.5 Single row groove ball bearings ... 13

Gambar 2.6 Double row self aligning ball bearings ... 14

Gambar 2.7 Single row angular contact ball bearings ... 14

Gambar 2.8 Double row angular contact ball bearings ... 15

Gambar 2.9 Double row barrel roller bearings ... 15

Gambar 2.10 Single row cylindrical bearings ... 15

Gambar 2.11 Tapered roller bearings ... 16

Gambar 2.12 Single direction thrust ball bearings ... 16

Gambar 2.13 Double direction thrust ball bearings ... 17

Gambar 2.14 Ball and socket bearings ... 17

Gambar 3.1 Tahapan Proses ... 23

Gambar 3.2 Sketsa mesin ... 24

Gambar 3.3 Meja putar ... 25

Gambar 3.4 Poros ... 26

Gambar 3.5 Motor listrik... 26

Gambar 3.6 Inverter ... 27

Gambar 3.7 Kerangka Mesin ... 27

Gambar 3.8 Pulley ... 28

Gambar 3.9 V belt ... 28

Gambar 3.10 Ball bearing UCF 204 ... 29

Gambar 3.11 Tapered bearing dan rumah bearing ... 28

Gambar 3.12 Skema Kesetimbangan Gaya Poros B ... 35

Gambar 3.13 Diagram gaya geser (SFD) ... 36

Gambar 3.14 Diagram gaya bending (BMD) ... 36

Gambar 3.15 Diagram gaya normal (NFD) ... 38

Gambar 3.16 Kesetimbangan Gaya Poros C ... 41

Gambar 3.17 Diagram gaya geser (SFD) ... 43

ix

Gambar 3.18 Diagram gaya bending (BMD) ... 43

Gambar 3.19 Diagram gaya normal (NFD) ... 44

Gambar 4.1 Tabung Rumah Bearing ... 43

Gambar 4.2 Alas Rumah Bearing ... 44

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Diameter luar dan diameter dalam bantalan gelinding ... 17

Tabel 2.2 Harga faktor keandalan ... 20

Tabel 2.3 Harga Faktor Lh ... 21

Tabel 3.1 Berat dan Gaya ... 35

Tabel 3.2 Berat dan Gaya ... 41

Tabel 4.1 Waktu Membubut Muka dan Membubut Dalam ... 53

Tabel 4.2 Waktu Pembuatan Tabung Bearing ... 54

Tabel 4.3 Waktu Pembuatan Alas Bearing ... 57

Tabel 4.4 Waktu Pembuatan Slot ... 58

Tabel 4.5 Estimasi biaya material ... 58

Tabel 4.6 Estimasi biaya proses permesinan... 59

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengecoran adalah proses pembuatan benda kerja dari logam, dengan cara memanaskan logam hingga melebur atau meleleh yang kemudian dituangkan ke dalam cetakan. Bahan–bahan logam yang akan dilebur dipanaskan dalam dapur pemanas dengan temperatur tertentu hingga mencair atau melebur. Metode yang digunakan dalam proses pengecoran ada bermacam-macam, salah satunya adalah Vertical Centrifugal Casting [7].

Vertical Centrifugal Casting adalah pengecoran yang mekanismenya menggunakan putaran sebagai teknik dasarnya, berbeda dengan pengecoran statik yang cetaknya tidak bergerak dan hanya dituangi material cair. Pada Vertical Centrifugal Casting, pengisian cetakan dilakukan pada saat cetakan sedang berputar. Pada Vertical Centrifugal Casting pengecoran dilakukan pada saat cetakan berputar lalu dituangkan material ke dalam cetakan yang sedang berputar tersebut. Putaran yang digunakan dapat bervariasi sesuai kebutuhan. Pada saat pengecoran, terjadi fase pendinginan material dari suhu tinggi menuju suhu rendah yang sangat cepat, oleh karena itu sebelum dituangkan cetakan dipanaskan terlebih dahulu untuk menghindari terjadinya cacat pengecoran yang diakibatkan perbedaan suhu yang begitu jauh dari suhu tinggi material dengan suhu ruangan yang dimiliki cetakan, bila sebelum penuangan material cetakan belum dipanaskan terlebih dahulu akan menyebabkan coran menjadi cacat dan tidak sempurna. Pada Vertical Centrifugal Casting hasil coran dapat memiliki kekerasan solid dibagian permukaan luar dibandingkan dengan pengecoran statik, permukaan pada cetakan centrifugal memiliki keunggulan yang lebih. [8]

Mekanisme yang dapat digunakan pada Vertical Centrifugal Casting antara lain horizontal Vertical Centrifugal Casting (mendatar) dan Vertical Centrifugal Casting (vertikal). Pada horizontal Vertical Centrifugal Casting posisi poros yang terhubung dengan dudukan cetakan adalah mendatar, sedangkan Vertical Centrifugal Casting posisi porosnya vertical (berdiri). Pada horizontal Vertical Centrifugal Casting terdapat kelemahan, antara lain pengecoran terbatas pada

benda coran yang berbentuk silindris dengan rongga dan waktu yang dibutuhkan untuk membuat benda coran lebih lama. Namun kelemahan tersebut dapat diatasi dengan proses pengecoran menggunakan Vertical Centrifugal Casting, dengan proses tersebut dapat dilakukan pengecoran dengan bentuk coran yang bervariasi tidak hanya bentuk tubular, dan waktu yang dapat disesuaikan dengan mengatur kecepatan putaran dari poros pada mesin Vertical Centrifugal Casting. [8]

1.2 Rumusan Masalah

Perumusan masalah dalam proyek akhir ini adalah sebagai berikut:

a. Bagaimana Cara menghitung beban pada bearing untuk mesin Vertical Centrifugal Casting ?

b. Bagaimana memilih jenis bearing untuk mesin Vertical Centrifugal Casting ? 1.3 Tujuan

a. Menghitung Beban bearing yang digunakan untuk mesin Vertical Centrifugal Casting.

b. Memilih jenis bearing yang cocok untuk mesin Vertical Centrifugal Casting.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan dalam proyek akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Perhitungan menentukan gaya radial dan aksial yang terjadi pada bearing.

2. Perhitungan beban ekuivalen dinamis bearing, beban ekuivalen statis bearing, beban dinamis bearing.

3. Peritungan faktor kecepatan bearing.

4. Perhitungan keandalan umur bearing.

1.5 Manfaat

Manfaat dari proyek akhir pembuatan mesin vertical centrifugal casting ini adalah sebagai berikut:

a. Teori-teori yang sudah dipelajari diperkuliahan dapat diaplikasikan.

b. Keterampilan permesinan dapat terlatih.

c. Proses pengecoran sentrifugal dengan bentuk coran dan kecepatan putar yang bervariasi dapat dilakukan.

d. Bearing Terpasang dengan baik dengan baik.

1.6 Sistematika Penulisan

Dalam penulisan laporan proyek akhir menggunakan sistematika atau format penulisan sebagai berikut:

Sistematika penyusunan laporan proyek akhir adalah sebagai berikut:

1. BAB I PENDAHULUAN

Bab I berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan proyek akhir, batasan masalah, serta sistematika penulisan.

2. BAB II LANDASAN TEORI

Bab II berisi landasan teori tentang perencanaan sistem transmisi yang digunakan pada mesin vertical centrifugal casting, yang meliputi pulley dan v- belt.

3. BAB III PERENCANAAN

Bab III berisi tentang tahapan perencanaan mesin, komponen mesin, cara kerja mesin, perhitungan daya, sistem transmisi, perhitungan poros vertical centrifugal casting, gambar assembly, dan gambar bagian.

4. BAB IV PROSES PRODUKSI

Bab IV berisi langkah – langkah pembuatan komponen mesin terutama pembuatan dudukan bearing pada mesin vertical centrifugal casting. Pada bab ini juga menjelaskan tentang proses perakitan dan perawatannya, serta biaya untuk pembuatan mesin.

5. BAB V PENUTUP

Bab V berisi mengenai kesimpulan dari proses perencanaan bearing.

Kesimpulan diuraikan secara singkat dan jelas. Pada Bab V juga dicantumkan saran dalam pengerjaan tugas akhir ini.

5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Daya

Secara umum daya diartikan sebagai suatu kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan sebuah kerja, yang dinyatakan dalam satuan watt ataupun HP (Horse Power). [1] Penentuan besar daya yang dibutuhkan perlu memperhatikan beberapa hal yang mempengaruhinya, diantaranya adalah berat dan gaya yang bekerja pada mekanisme, serta kecepatan putar dan torsi yang terjadi. Berikut adalah rumus dalam mencari nilai daya, gaya, kecepatan putar dan berat yang terjadi pada mekanisme mesin.

a. Daya

Berdasarkan torsi dan kecepatan sudut yang bekerja, daya dirumuskan sebagai berikut. [1]

P = T.ω ... (2.1) Keterangan:

P = Daya (watt) T = Torsi (Nm) ω = Kecepatan sudut (rad/s)

b. Kecepatan sudut

Berdasarkan kecepatan sudut, kecepatan sudut dirumuskan sebagai berikut. [2]

𝜔 =

^2.𝜋.𝑁

60 ... (2.2) Keterangan:

𝜔 = Kecepatan Sudut (rad/s) N = Kecepatan putar (rpm) c. Percepatan sudut

Berdasarkan kecepatan sudut tiap satuan waktu, percepatan sudut dirumuskan sebagai berikut. [2]

𝛼

=

^𝜔

𝑡 ... (2.3)

Keterangan:

𝛼 = Percepatan Sudut (rad/s²) ω = Kecepatan sudut (rad/s) t = waktu (s)

d. Torsi

Berdasarkan momen inersia pada setiap percepatan sudut, torsi dirumuskan sebagai berikut. [3]

𝑇 = 𝐼. 𝛼 ... (2.4) Keterangan :

T = Torsi (N.m)

I = Momen Inersia (kg.m²) 𝛼 = Percepatan sudut (rad/s²)

e. Momen Inersia

Benda tegar tersusun atas partikel kecil, jika massa setiap partikel dikalikan dengan kuadrat jarak tegak lurusnya dari garis tetap, maka hasilnya dikenal sebagai momen inersia tubuh yang dilambangkan dengan I, berikut adalah persamaannya. [3]

𝐼 = ¹

2. 𝑚. 𝑟² ... (2.5) Keterangan :

I = Momen Inersia (kg.m²)

m = Massa benda (kg)

r = Jarak titik berat benda ke titik pusat (m)

2.2 Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Dimana poros terpasang elemen pemindah gaya, roda gigi, puli, Bearing dan lain-lain. Poros

menerima beban-beban tarikan, lenturan, tekan atau puntiran yang bekerja sendiri- sendiri maupun gabungan satu dengan lainnya. [2]

a. Poros Transmisi

Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli, sproket, rantai dan lain-lain. [2]

b. Poros Spindel

Poros spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utama berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. [2]

c. Poros Gandar

Poros gandar merupakan poros yang biasanya dipasang di antara roda-roda kereta barang, dimana kadang-kadang tidak mendapat beban puntir, bahkan tidak boleh berputar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir. [2]

Untuk merancang sebuah poros, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut [2]:

a. Kekuatan poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti telah diutarakan di atas. Juga ada poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin dan lain-lain. [2]

b. Kekakuan poros

Poros mempunyai kekuatan poros yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan gear box).

Oleh sebab itu kekakuan poros harus diperhatikan dan disesuaikan dengan mesin yang akan dilayani poros tersebut. [2]

c. Putaran kritis

Bila putaran mesin dinaikan maka suatu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luarbiasa besarnya. [2]

d. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastic) harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan benda korosif. Demikian juga untuk poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi. [2]

e. Bahan poros

Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di kill. Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan sisa dalam terasnya. [2]

Berikut adalah rumus untuk mencari nilai dari torsi, torsi ekivalen, dan diameter poros [1]

a. Torsi yang terjadi pada poros:

𝑇 =

^𝑃.60

2.𝜋.𝑁 ... (2.8) Keterangan:

T = torsi (N.m) P = daya (watt)

N = kecepatan putar (rpm) b. Momen yang terjadi pada poros:

M = F. L ... (2.9) Keterangan:

M = momen (Nm) F = gaya (newton)

L = panjang terhadap gaya (m) c. Torsi equivalen:

𝑇𝑒 = √𝑀²+ 𝑇² ... (2.10) Keterangan:

Te = torsi equivalent (kg.mm) M = momen bending (kg.mm) T = torsi (kg.mm)

d. Diameter poros:

𝑑 = √^32.𝑇𝑒_𝜋.𝜏

𝑠

3 ... (2.11) Keterangan:

d = diameter poros (mm) TE = torsi ekivalen (Nmm)

𝜏_𝑠 = tegangan geser maksimum (MPa atau kg/mm²)

2.3 Statika

Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika dari suatu beban terhadap gaya-gaya dan beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam ilmu statika keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu objek tinjauan utama. Sedangkan dalam perhitungan kekuatan rangka, gaya-gaya yang diperhitungkan adalah gaya luar dan gaya dalam. Skema statika bisa dilihat seperti Gambar 2.1 [3]

Gambar 2.1 Statika [4]

a. Gaya luar

Gaya luar merupakan suatu gaya yang diakibatkan oleh beban dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi. Persamaan statis tertentu untuk menghitung besarnya gaya yang bekerja harus memenuhi syarat kesetimbangan, sebagai berikut[3]:

ΣM = 0 ... (2.12)

∑Fy = 0 ... (2.13)

∑Fx = 0 ... (2.14)

b. Gaya dalam

Gaya dalam merupakan suatu gaya yang bekerja di dalam struktur atau gaya yang merambat dari muatan kepada reaksi perletakan [3]. Persamaan kesetimbangan dari gaya-gaya tersebut, sebagai berikut:

ΣF = 0 atau ΣFx = 0 ... (2.15) ΣFy = 0 (tidak ada resultan gaya pada suatu benda)

ΣM = 0 atau ΣMx = 0

ΣMy = 0 (tidak ada resultan momen yang bekerja pada benda) c. Tumpuan

Pada ilmu statika tumpuan memiliki beberapa jenis tumpuan, antara lain:

1. Tumpuan roll

Tumpuan jenis roll hanya mampu menahan gaya yang tergak lurus bidang tumpuan. Simbol dari tumpuan roll seperti Gambar 2.2

Gambar 2.2 Tumpuan roll [4]

2. Tumpuan sendi

Tumpuan jenis sendi mampu menahan gaya yang tegak lurus bidang tumpuan maupun gaya yang sejajar bidang tumpuan. Simbol dari tumpuan sendi seperti Gambar 2.3

Gambar 2.3 Tumpuan sendi [4]

3. Tumpuan jepit

Tumpuan jenis jepit mampu menahan gaya yang tegak lurus bidang tumpuan (RAH), gaya yang sejajar bidang tumpuan (RAV) serta mampu menahan momen (MA). Simbol dari tumpuan jepit seperti Gambar 2.4

Gambar 2.4 Tumpuan jepit [4]

d. Diagram gaya dalam

Diagaram gaya dalam adalah diagram yang menggambarkan besarnya gaya dalam yang terjadi pada suatu kontruksi. Macam-macam diagram gaya dalam, antara lain [3]:

1. Diagram gaya normal (NFD), suatu diagram yang memberi gambaran besarnya gaya normal yang terjadi pada suatu kontruksi.

2. Diagram gaya geser (SFD), suatu diagram yang memberi gambaran besarnya gaya geser yang terjadi pada suatu kontruksi.

3. Diagram momen (BMD), suatu diagram yang memberi gambaran besarnya momen lentur yang terjadi pada suatu kontruksi.

2.4 Pulley

Pulley merupakan suatu komponen yang digunakan untuk menjalankan sesuatu kekuatan alur yang bekerja menghantarkan suatu daya. Cara kerja pulley ialah mengubah arah dari gaya yang diberikan, mengirim gerak dan mengubah arah rotasi diameter pulley yang digerakkan[1].

d2 =^d1.N1

N2 ... (2.16)

Keterangan:

N1= kecepatan putar penggerak (rpm) N2= kecepatan putar yang digerakkan (rpm) d1 = diameter pulley penggerak (mm) d2 = diameter pulley yang digerakkan (mm)

2.5 Pengertian Bearing

Bearing atau Bearing merupakan suatu elemen mesin yang digunakan untuk menahan poros berbeban, beban tersebut dapat berupa beban aksial atau beban radial. Tipe bearing yang digunakan untuk Bearing disesuaikan dengan fungsi dan kegunaannya. Bearing atau Bearing berfungsi untuk menumpu atau memikul poros agar poros dapat berputar padanya. Bearing harus kokoh untuk memungkinkan poros atau elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Jika Bearing tidak bekerja dengan baik, maka kerja seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja semestinya. [4]

2.5.1 Klasifikasi Bearing

Bearing dapat diklasifikasikan atau dikelompokkan sebagai berikut:

1. Berdasarkan gerakan Bearing terhadap poros [4]

a. Bearing luncur. Pada jenis Bearing ini terjadi gesekan luncur antara poros dan Bearing karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan Bearing dengan perantaraan lapisan pelumas .

b. Bearing gelinding. Pada jenis Bearing ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.

2. Berdasarkan arah beban terhadap poros [4]

a. Bearing radial. Arah beban yang ditumpu Bearing ini adalah tegak lurus sumbu poros.

b. Bearing aksial. Arah beban Bearing ini sejajar dengan sumbu poros.

Bearing gelinding khusus. Bearing ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

2.5.2 Jenis-Jenis Bearing Gelinding

Berdasarkan gesekan yang terjadi antar permukaan Bearing gelinding mempunyai kelebihan memiliki gesekan yang sangat kecil dibandingkan dengan Bearing luncur. Apabila salah satu cincin tersebut berputar, bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan jauh lebih kecil.

Untuk bola atau rol dengan cincin yang sangat kecil maka besarnya beban per satuan luas atau tekanannya menjadi sangat tinggi. Sehingga bahan yang dipakai harus mempunyai ketahanan dan kekerasan yang tinggi. [6]

Klasifikasi Bearing gelinding sama seperti pada Bearing luncur yang terdiri atas: Bearing radial, yang terutama membawa beban radial dan sedikit beban aksial, dan Bearing aksial yang membawa beban yang sejajar sumbu poros.

Berdasarkan bentuk elemen gelindingnya, dapat juga dibagi atas Bearing bola dan Bearing rol. Selain itu dapat juga dibedakan menurut banyak baris dan konstruksi dalamnya. Jenis Bearing yang cincin dalam dan cincin luarnya dapat saling dipisahkan disebut macam pisah. [6] Berikut adalah jenis-jenis Bearing gelinding:

1. Single Row Groove Ball Bearings

Bearing ini mempunyai alur dalam pada kedua cincinnya. Karena

memiliki alur, maka jenis ini mempunyai kapasitas dapat menahan beban secara ideal pada arah radial dan aksial. Maksud dari beban radial adalah beban yang tegak lurus terhadap sumbu poros, sedangkan beban aksial adalah beban yang searah sumbu poros. Bentuk single row groove ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Single row groove ball bearings [6]

2. Double Row Self Aligning Ball Bearings

Jenis ini mempunyai dua baris bola, masing-masing baris mempunyai alur sendiri-sendiri pada cincin bagian dalamnya. Pada umumnya terdapat alur bola pada cincin luarnya. Cincin bagian dalamnya mampu bergerak sendiri untuk menyesuaikan posisinya. Inilah kelebihan dari jenis ini, yaitu dapat mengatasi masalah poros yang kurang sebaris. Bentuk double row self aligning ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Double row self aligning ball bearings [6]

3. Single Row Angular Contact Ball Bearings

Berdasarkan konstruksinya, jenis ini ideal untuk beban radial. Bearing ini biasanya dipasangkan dengan bearing lain, baik itu dipasang secara pararel maupun bertolak belakang, sehingga mampu juga untuk menahan beban aksial.

Bentuk single row angular contact ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 Single row angular contact ball bearings [6]

4. Double Row Angular Contact Ball Bearings

Disamping dapat menahan beban radial, jenis ini juga dapat menahan beban aksial dalam dua arah. Karena konstruksinya juga, jenis ini dapat menahan beban torsi. Jenis ini juga digunakan untuk mengganti dua buah bearing jika ruangan yang tersedia tidak mencukupi. Bentuk double row angular contact ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Double row angular contact ball bearings [6]

5.Double Row Barrel Roller Bearings

Bearing ini mempunyai dua baris elemen roller yang pada umumnya mempunyai alur berbentuk bola pada cincin luarnya. Jenis ini memiliki kapasitas beban radial yang besar sehingga ideal untuk menahan beban kejut. Bentuk double row barrel roller bearings bisa dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Double row barrel roller bearings [6]

6. Single Row Cylindrical Bearings

Jenis ini mempunyai dua alur pada satu cincin yang biasanya terpisah.

Efek dari pemisahan ini, cincin dapat bergerak aksial dengan mengikuti cincin yang lain. Hal ini merupakan suatu keuntungan, karena apabila bearing harus mengalami perubahan bentuk karena temperatur, maka cincinnya akan dengan mudah menyesuaikan posisinya. Jenis ini mempunyai kapasitas beban radial yang besar pula dan juga cocok untuk kecepatan tinggi. Bentuk single row cylindrical bearings bisa dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Single row cylindrical bearings [6]

7. Tapered Roller Bearings

Dilihat dari konstriksinya, jenis ini ideal untuk beban aksial maupun radial. Jenis ini dapat dipisah, dimana cincin dalamnya dipasang bersama dengan rollernya dan cincin luarnya terpisah. Bentuk tapered roller bearings bisa dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Tapered roller bearings [6]

8.Single Direction Thrust Ball Bearings

Bearing jenis ini hanya cocok untuk menahan beban aksial dalam satu arah saja. Elemenya dapat dipisahkan sehingga mudah melakukan pemasangan.

Beban aksial minimum yang dapat ditahan tergantung dari kecepatannya. Jenis ini sangat sensitif terhadap ketidaksebarisan (misalignment) poros terhadap

rumahnya. Bentuk single direction thrust ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Single direction thrust ball bearings [6]

9. Double Direction Thrust Ball Bearings

Bearing jenis ini hanya cocok untuk menahan beban aksial dalam satu arah saja. Elemennya dapat dipisahkan sehingga mudah melakukan pemasangan. Beban aksial minimum yang dapat ditahan tergantung dari kecepatannya. Jenis ini sangat

sensitif terhadap ketidaksebarisan (misalignment) poros terhadap rumahnya.

Bentuk double direction thrust ball bearings bisa dilihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Double direction thrust ball bearings [6]

10. Ball and Socket Bearings

Bearing jenis ini mempunyai alur dalam berbentuk bola, yang bisa membuat elemennya berdiri sendiri. Kapasitasnya sangat besar terhadap beban aksial. Selain itu juga dapat menahan beban radial secara simultan dan cocok untuk kecepatan yang tinggi. Bentuk ball and socket bearings bisa dilihat pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Ball and socket bearings [6]

Berdasarkan diameter luar dan diameter dalamnya, Bearing gelinding dapat dibagi atas:

Tabel 2.1 Diameter luar dan diameter dalam Bearing gelinding [4]

Diameter luar lebih dari 800 mm Ultra besar

Diameter luar 180-800 mm Besar

Diameter dalam 80-180 mm Sedang

Diameter dalam 10 mm atau lebih, dan Diameter luar sampai 80 mm

Kecil

Diameter dalam kurang dari 10 mm, dan Diameter luar 9 mm atau lebih

Diameter kecil

Diameter kurang dari 9 mm Miniatur

2.5.3 Perhitungan Beban dan Umur Bearing Gelinding 1. Perhitungan Beban Ekuivalen.

Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut beban ekuivalen dinamis. [4]

Jika suatu deformasi permanen, ekivalen dengan deformasi permanen maksimum yang terjasi karena kondisi beban statis yang sebenarnya pada bagian dimana elmen gelinding membuat kontak dengan cincin pada tegangan maksimum, maka beban yang menimbulkan deformasi tersebut dinamakan beban ekuivalen statis. [4]

Misalkan sebuah Bearing membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg). Maka beban ekivalen dinamis P (kg) dapat menggunakan Persamaan umum sebagai berikut. [4]

Untuk Bearing radial (kecuali Bearing rol silinder)

P = X . V . Fr +Y . Fa ... (2.17) Untuk Bearing aksial, beban aksial ekivalen dinamis Pa (g)

Pa = X . Fr +Y . Fa ... (2.18) Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cincin dalam yang berputar dan 1,2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar. Dimana X adalah faktor beban radial pada Bearing dan Y faktor beban aksial pada Bearing. [4]

Beban radial ekuivalen statis P0 (kg) dan beban aksial ekivalen statis P0a (kg) untuk suatu Bearing yang membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg) dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

P0 = Xo . Fr + Yo . F ... (2.19) P0 = Fr dan diambil yang lebih besar ... (2.20) P0a = Fa + 2,3 Fr tan 𝛼 ... (2.21) Untuk harga-harga faktor Xo dan Yo juga terdapat pada Tabel 2.2.

2. Perhitungan Umur Nominal

Umur nominal L (90% dari jumlah sampel, setelah berputar 1 juta putaran, tidak memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding) dapat ditentukan sebagai berikut: [4]

Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban ekuivalen dinamis, maka faktor kecepatan Fn adalah

Untuk Bearing bola

Fn = (33,3/n)^1/3 ... (2.22) Untuk Bearing rol

Fn = (33,3/n)^3/10 ... (2.23)

Faktor umur adalah

Untuk kedua Bearing

𝐹ℎ=𝐹𝑛 𝑥 ... (2.24) Untuk nominal Lh

Untuk Bearing bola,

Ln = 500 fh³ ... (2.25) Untuk Bearing rol,

Ln = 500 fh^10/3 ... (2.26) Dengan bertambah panjangnya umur karena adanya perbaikan besar dalam mutu bahan dan karena tuntutan keandalan yang lebih tinggi, maka Bearing modern direncanakan dengan Ln yang dikalikan dengan faktor koreksi. Jika Ln menyatakan keandalan umur (100 – n)(%). Harga Faktor Lh bisa dilihat pada tabel 2.4, maka:

[4]

Ln = a1 x a2 x a3 x Lh ... (2.27)

Keterangan:

a1 : adalah faktor keandalan (Tabel 2.4). a1 = 1 bila keandalan 90(%) dipakai seperti biasanya, atau 0,21 bila keandalan 99(%) dipakai.

a₂ : adalah faktor bahan. a_{2 =} 1 untuk bahan baja Bearing yang dicairkan secara terbuka, dan kurang lebih = 3 untuk baja Bearing de-gas hampa.

a_{3 :} adalah faktor kerja. a₃ = 1 untuk kondisi kerja normal, dan kurang dari 1 untuk hal-hal berikut ini (karena kondisinya tidak menguntungkan umur Bearing):

i. Bearing bola, dengan pelumasan minyak berviskositas 13 (cSt) atau kurang.

ii. Bearing rol, dengan pelumasan minyak berviskositas 20 (cSt) atau kurang.

iii. Kecepatan rendah, yang besarnya sama dengan atau kurang dari 10000 (rpm) dibagi diameter jarak bagi elemen gelinding.

Tabel 2.2 Harga faktor keandalan [4]

Faktor Keandalan

%

Ln A1

90 L10 1

95 L5 0,62

96 L4 0,53

97 L3 0,44

98 L2 0,33

99 L1 0,21

Tabel 2.3 Harga Faktor Lh [4]

2000 – 4000 5000 – 15000 20000 – 30000 40000 – 60000 Pemakaian Jarang Pemakaian

sebentar –

Pemakaian terus menerus

Pemakaian pemakaian terus

sebentar (tidak terus menerus)

menerus dengan keandalan tinggi

Untuk menentukan apakah umur yang dihitung perlu dihitung lagi dengan nomor Bearing yang lain, harus dipertimbangkan berdasarkan harga-harga standar.

3. Faktor Beban dan Beban Rata-rata

Jenis dan gabungan Bearing pada prinsipnya harus dipilih sedemikian hingga satu beban radial dapat dipikul oleh dua Bearing, dan beban aksialnya ditahan oleh salah satu dari kedua Bearing tersebut. [4]

Jika terdapat getaran atau tumbukan, perhitungan beban harus dikalikan dengan faktor beban Fw bila putaran bervariasi atau beban berfluktuasi terhadap waktu, maka beban rata-rata harus dihitung. [4]

Faktor beban Fw

1. Untuk putaran halus tanpa beban tumbukan (seperti pada motor listrik) Fw = 1 – 1,1

2. Untuk kerja biasa (seperti pada roda gigi reduksi, roda kereta) Fw = 1,1 – 1,3

3. Untuk kerja dengan tumbukan (seperti pada penggiling rol, alat-alat besar) Fw = 1,2 – 1,5

Jika beban maksimum dapat ditetapkan, maka Fw dapat diambil sama dengan 1.

23

BAB III PERENCANAAN

3.1 Tahapan Proses Perancangan

Adapaun tahapan yang dilakukan pada proyek akhir ini adalah :

Gambar 3.1 Diagram alir proses perencanaan perencanaan Studi Literatur

Menyusun Laporan

Perhitungan Daya, Rasio dan Komponen Menggambar Sketsa

Proses Produksi

Menggambar Teknik 2D dan 3D

Pengujia n Perakitan

Analisa dan Perbaikan

Gagal Mulai

Selesai

3.2 Sketsa Mesin

Sketsa tugas akhir dengan judul Perancangan Sistem Transmisi Pulley dan V Belt pada Mesin Vertical Centrifugal Casting ditunjukkan oleh Gambar 3.2 berikut.

Gambar 3.2. Sketsa mesin Keterangan :

1. Motor listrik 2. Pulley 3. V belt 4. Kerangka 5. Bearing 6. Poros 7. Plat penutup 8. Meja putar 9. Inverter

3.2.1. Komponen mesin A. Meja putar

Meja putar merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat diletakkannya cetakan coran. Material yang digunakan untuk membuat komponen ini adalah besi jenis mild steel, yang banyak dijumpai di berbagi tempat penjualan besi. Material ini digunakan karena memiliki suhu lebur yang tinggi, sehingga aman tidak ikut meleleh saat dilakukan proses pengecoran. Meja putar yang dibuat didesain dengan bentuk lingkaran dengan diameter 150 mm dengan ketebalan 5 mm. Meja putar dirancang untuk dapat memegang cetakan coran dengan kuat, dengan sistem baut menggunakan baut ukuran M 8, yang digunakan untuk memasang cetakan coran dengan meja putar. Lubang baut yang dibuat berupa lubang memanjang atau slot, dengan tujuan pemasangan cetakan coran dapat disesuaikan dengan mudah.

Meja putar yang dibuat dapat digunakan untuk memasang cetakan dengan ukuran lebar atau diameter maksimal 130 mm. Meja putar juga dirancang agar mudah dalam pemasangan maupun pelepasan dengan poros yang memutar, yaitu dengan baut pengunci atau disebut juga naut counter pada bagian bawah meja putar, sistemnya adalah sama seperti pemasangan puli pada poros, yang juga menggunalan baut counter untuk mengunci agar terpasang dengan kencang dan tidak lepas. Bentuk dari meja putar ditunjukkan oleh Gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3. Meja putar

B. Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang penting dari setiap mesin, karena hampir semua mesin meneruskan daya motor listrik yang akan disalurkan ke komponen yang dituju dengan putaran. Oleh sebab itu, poros memegang peranan utama dalam transmisi sebuah mesin. Komponen poros yang digunakan terbuat dari material baja ST 37. Material ini dipilih karena kuat dan mudah untuk dilakukan proses pemesinan. Poros yang digunakan pada mesin ditunjukkan oleh Gambar 3.4 berikut.

Gambar 3.4. Poros C. Motor listrik

Motor listrik merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi kinetik. Pada mesin vertical centrifugal casting motor listrik dihubungkan ke puli. Kemudian digunakan untuk mentransmisikan daya motor listrik ke meja putar vertical centrifugal casting. Dalam mesin ini digunakan motor listrik dengan daya 1 HP. Motor listrik yang digunakan pada mesin ditunjukkan oleh Gambar 3.5 berikut.

Gambar 3.5. Motor listrik D. Inverter

Inverter merupakan komponen yang digunakan mengatur kecepatan putar.

Inverter dihubungkan pada motor listrik, sehingga kecepatan putar motor listrik da[at diubah-ubah. Dengan menggunakan inverter dapat diperoleh variasi

kecepatan putar yang banyak. Pengaturan kecepatan putar dilakukan dengan cara mengubah frekuensi pada inverter. Inverter yang digunakn adalah inverter dengan daya 1 HP, sehingga motor yang digunakan dalah motor dengan daya 1 HP Dalam proses pembuatan mesin vertical centrifugal casting ini dilakukan langka penyetelan inverter pada motor listrik. Inverter pada mesin vertical centrifugal casting ditunjukkan oleh Gambar 3.6 berikut.

Gambar 3.6. Inverter E. Kerangka mesin

Kerangka mesin berfungsi sebagai tempat menopang komponen-komponen mesin vertical centrifugal casting sekaligus mendukung komponen lain secara keseluruhan. Selama berjalannya proses percobaan, rangka alat ini harus statis dan mudah untuk dipindahkan melalui rancangan bentuk kerangka yang kompak.

Kerangka mesin menggunakan material dari besi siku. Bentuk kerangka pada mesin vertical centrifugal casting ditunjukkan oleh Gambar 3.7.

Gambar 3.7. Kerangka mesin

F. Pulley

Pulley berfungsi sebagai komponen atau penghubung gerakan yang diterima daya dari motor listrik diteruskan dengan menggunakan belt ke benda yang akan digerakkan. Pada mesin vertikal centrifugal casting ini terdapat 2 pulley yang digunakan yaitu, pulley driver dan pulley driven. Pulley driver berada pada motor listrik, sedangkan pulley driven berada pada poros mesin. Pada mesin vertical centrifugal casting menggunakan 4 buah puli sebagai sistem transmisi. Material dari puli yang digunakan adalah alumunium. Pulley yang digunakan ditunjukkan oleh Gambar 3.8 berikut.

Gambar 3.8. Pulley G. V Belt

V belt atau Sabuk v adalah sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu puli dengan permukaan puli memiliki alur berbentuk trapesium. Sabuk v yang digunakan terbuat dari material karet (rubber), sehingga mempunyai keunggulan berupa dapat meredam getaran dan tidak berisik. Ukuran dari sabuk v diperoleh dari perhitungan transmisi. V-belt yang digunakan ditunjukkan oleh Gambar 3.9 berikut.

Gambar 3.9. V belt

H. Bearing

Bearing merupakan komponen memiliki fungsi untuk menumpu poros yang mempunyai beban agar poros dapat berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bearing harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Seperti yang terlihat pada Gambar 3.10. Pada mesin vertikal centrifugal casting ini memakai dua jenis bearing yaitu tapered bearing dan ball bearing untuk menumpu poros yang bekerja berputar.

Tappered bearing atau bearing kerucut berfungsi untuk menahan gaya aksial dan radial dari poros. Dalam mesin ini gaya aksial dari poros ditimbulkan oleh beban meja putar dan cetakan coran, sehingga seakan-akan poros menerima gaya tekan ke bawah. Sedangkan gaya radial poros ditimbulkan oleh putaran dari puli, sehingga poros seakan-akan menerima beban tarikan. Tappered bearing ini dipasang pada bagian bawah poros dan digunakan rumah bearing sebagai media peletakan bearing. Sedangkan ball bearing pada mesin ini dipadang pada bagian atas dari poros. Pada mesin ini ball bearing yang digunakan adalah jeis pillow block UCF 204. Ball bearing digunakan untuk menahan poros dari gaya tarik yang ditimbulkan oleh sabuk. Bearing yang digunakan pada mesin ditunjukkan oleh Gambar 3.10 dan 3.11 berikut.

Gambar 3.10. Ball bearing UCF 204

Gambar 3.11. Tapered bearing dan rumah bearing

3.2.2. Cara kerja mesin

Cara kerja mesin vertical centrifugal casting adalah motor listrik yang terhubung dengan sumber listrik akan meneruskan putaran ke driven pulley, driven pulley ini dihubungkan dengan driver pulley menggunakan v-belt sehingga ketika motor berputar driver pulley akan ikut berputar, kecepatan putaran dari motor listrik ini dapat diatur menggunakan inverter yang tersambung dengan motor listrik. Pada driver pulley dipasang sebuah poros dengan posisi vertikal, pada ujung atas poros ini dipasang meja putar, poros akan mentransmisikan putaran dari driver pulley ke meja putar, sehingga meja putar ikut berputar saat poros berputar. Pada meja putar dipasang cetakan coran, sehingga saat dudukan berputar, maka cetakan akan ikut berputar dan terjadi proses pengecoran sentrifugal. Meja putar tersebut dirancang agar dapat diatur menyesuaikan bentuk dari cetakan coran.

3.3 Daya

Pada pembuatan mesin vertical centrifugal casting digunakan inverter untuk mengatur variasi kecepatan putar dari mesin. Inverter yang digunakan memiliki daya 1 HP dengan 3 phase, sehingga motor listrik yang dapat digunakan adalah yang mempunyai daya 1 HP 3 phase. Oleh karena itu, pada perancangan mesin vertical centrifugal casting ini digunakan motor listrik 1 HP (746 Watt) 3 phase sebagai penggerak. Motor listrik yang digunakan mempunyai kecepatan putar 1390 rpm. Kecepatan putar mesin dirancang agar dapat meningkat melalui system transmisi. Sehingga, dalam perhitungan selanjutnya digunakan daya dari motor listrik.

Diketahui:

Daya motor listrik (P) = 736 Watt Kecepatan putar motor (N₁) = 1390 rpm

Berdasarkan daya dan kecepatan putar motor listrik, torsi motor listrik dapat dihitung sebagai berikut :

P =^{2.𝜋.𝑁.𝑇} 60 T = ^{𝑃 .60}

2.𝜋.𝑁₁.𝑇

= 746 Watt . 60 2. π. 1390 rpm

= 5,12 Nm

Jadi, motor listrik 1 HP dengan kecepatan putar 1390 rpm menghasilkan torsi sebesr 5,12 Nm.

3.4 Kapasitas Bahan

Kapasitas bahan mesin vertical centrifugal casting ini tergantung dengan meja putar dan cetakan coran yang digunakan. Dalam perancangan mesin ini, meja putar dan cetakan coran direncanakan dibuat dari besi. Bahan coran yang digunakan dalam proses pengecoran adalah alumunium, namun yang digunakan dalam perhitungan adalah besi. Hal ini disebabkan agar mendapat variasi massa bahan coran yang lebih banyak saat proses pengecoran, sehingga bentuk dari cetakan coran seakan-akan adalah pejal.

Diketahui:

Torsi motor (T) : 5,12 Nm Kecepatan putar meja putar (N4) : 2317 rpm Diameter meja putar (d) :150 mm Jari-jari meja putar (r) : 75 mm Tebal meja putar (t) : 5 mm Diameter cetakan (d) : 120 mm Jari-jari cetakan (r) : 65 mm Massa jenis besi (ρ_besi ) : 7800 kg/m³ Mencari massa cetakan cor an

a. Volume dudukan cetakan V = 𝜋. 𝑟². 𝑡

= 3,14 . (75)². 5 = 88312.5 𝑚𝑚³ b. Massa meja putar

m = 𝜌_{𝑏𝑒𝑠𝑖}. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒

= 7800 𝑘𝑔

𝑚³ . 88312.5 𝑥 10⁻⁹ 𝑚³ = 0,7 kg

Massa meja putar mesin ini adalah 0,7 kg c. Momen Inersia Meja Putar

𝐼 = 1 2 𝑚. 𝑟² = 1

2 . 0,7 kg . (0,075 m) ²

= 1969 × 10⁻³ kg. m²

Momen inersia meja putar adalah 1969 × 10⁻³ kg. m² d. Kecepatan Sudut Meja Putar

𝜔 = ^2.𝜋.𝑁4 60

=

2.𝜋.2317 rpm 60 = 242,5 rad/s

Berdasarkan kecepatan putar meja putar, kecepatan sudut (𝜔) dapat dihitung, dan diperoleh hasil 242,5 rad/s, hasil tersebut digunakan untuk menghitung besar dari percepatan sudut.

e. Percepatan Sudut

α =

^𝜔 𝑡 =

242,5 rad/s

1 s

= 242,5 rad/𝑠²

Berdasarkan perhitungan, besar percepatan sudut yang dihasilkan adalah 242,5 rad/𝑠².

f. Momen Inersia Total 𝑇 = 𝐼. 𝛼

5,12 Nm = 𝐼 . 242,5 rad/s² 𝐼 = 5,12 Nm

242,5 rad/s² = 0,021113 kg. m²

= 21,113 × 10⁻³kg. m²

Dari hasil perhitungan momen inersia total diperoleh nilai sebesar 21,113 × 10⁻³𝑘𝑔. 𝑚².

g. Momen Inersia Cetakan

Momen inersia cetakan adalah momen inersia total dikurangi dengan momen inersia meja putar.

I meja putar = 𝐼 total − 𝐼 cetakan

= 21,113 × 10⁻³kg. m² − 1,969 × 10⁻³ kg. m² = 19,144 × 10⁻³ kg. m²

h. Massa Cetakan Coran I cetakan = 1

2 𝑚. 𝑟² 19,144 × 10⁻³ kg. m² = 1

2 . 𝓂 . (0,060m) ² 𝓂 = 19,144 × 10⁻³ kg. m²

1,8 × 10⁻³ m² 𝓂 = 10,6 kg

Maksimum massa cetakan yang dapat diputar meja putar pada mesin vertical centrifugal casting adalah 10,6 kg

3.5 Perhitungan Sistem Transmisi

Sistem transmisi pada mesin vertical centrifugal casting ini menggunakan berupa sabuk dan puli, dengan sumber putaran utamanya dari motor listrik.

Dengan demikian menghitung transmisi pada mesin vertikal centrifugal casting.

Diketahui:

Kecepatan putaran pada motor listrik (N1) : 1390 rpm

Diameter pulley 1 (d1) : 200 mm

Diameter pulley 2 (d2) : 100 mm

Diameter pulley 4 (d4) : 120 mm

𝑁₂

𝑁₁ =𝑑₁ 𝑑₂ 𝑁₂

1390 𝑟𝑝𝑚 = 200 𝑚𝑚 100 𝑚𝑚

𝑁₂ = 1390 𝑟𝑝𝑚 .200 𝑚𝑚 100 𝑚𝑚 𝑁₂ = 2780 rpm

Kecepatan putar di puli 2 dan 3 adalah sama maka N2 = N3

𝑁₄

𝑁₃ =𝑑₃ 𝑑₄ 𝑁₄

2780 rpm =100 mm 120 mm

𝑁₄ = 2780 rpm .100 mm 120 mm 𝑁₄ = 2317 rpm

Untuk mempermudah perhitungan maka kecepatan putar pada N4 diperoleh nilai sebesar 2317 rpm.

3.6 Perhitungan Bearing

Pada perencanaan ini dipakai bantalan pada kedua ujung poros. Bantalan tersebut diharapkan dapat menahan dan menjaga beban radial dan sedikit beban aksial. Bantalan yang digunakan untuk mendukung poros adalah bantalan tampered roller bearing. Pada perancangan mesin vertical centrifugal casting menggunakan 2 buah poros, yakni poros B dan poros C. Poros B dan poros C menerima beban yang diakibatkan oleh berat poros yang ditunjukan pada tabel 3.1 dan 3.2. Berikut perancangan poros B dan poros C:

3.6.1 Perancangan bearing B Data bantalan :

Kapasitas nominal bantalan dinamis (C) = 2490 kg

Kapasitas nominal statis (C0) = 1670 kg

Diameter lubang (d) = 20 mm

Diameter luar (D) = 52 mm

Lebar cincin (B) = 14 mm

Jari-jari fillet (r) = 1,5 mm

Kecepatan putar pada poros B (N2) = 2780 rpm

Tegangan T pada titik B = 57,78 N

Tegangan T pada Titik C = 60,32 N

Tabel 3.1 Berat dan Gaya

Berat Gaya

Poros 0,592 Kgf 5,8 N

Pulley 0, 35 Kgf 3,43 N

Jumlah 0, 942 Kgf 9,23 N

Mencari kesetimbangan gaya poros B

Gambar 3.12 Skema Kesetimbangan Gaya Poros B

CB 90 mm

D 120 mm

A 90 mm 60,32 N57,78 N

RDX

RAX

9,23 N

∑MA = 0

(60,32 × 90) − (57,78 × 210) + (RDX × 300) = 0 5428,8 − 12133,8 + 300R_DX = 0

−6705 + 300R_DX = 0 300R_DX = 6705

R_DX = 22,35 N

∑Fx = 0

R_AX + R_DX + 60,32 – 57,78 = 0 R_AX + 22,35 + 2,54 = 0

R_AX = −22,35 N ΣFy = 0

RAY – 9,23 = 0 RAY = 9,23 N

Mencari momen masing-masing titik M_A = 0

M_B= R_AX × 90 = −24,89 × 90 = − 2240,1 Nmm

M_C = R_AX (90 + 120) + 60,32 × 90 = −24,89 (90 + 120) + 60,32 × 90 = −5226,9 + 7238,4

= 2011,5 Nmm

M_D = R_AX (210 + 90) + 60,32(120 + 90) − 57,78 × 90 = −24,89 (210 + 90) + 60,32 (120 + 90) − 57,78 × 90

= −7467 + 12667,2 – 5200,2 = 0

Diagram Gaya Geser (SFD)

Gambar 3.13 Diagram gaya geser (SFD) Diagram Gaya Bending (BMD)

Gambar 3.14 Diagram gaya bending (BMD) 22,35N

57,78N

60,32 N

D CB

−24,89N

2011,5 Nmm

-2240,1 Nmm AB

CD

Diagram Gaya Normal (NFD)

Gambar 3.15 Diagram gaya normal (NFD) Analisa pada tumpuan

1. Menentukan gaya radial dan aksial yang terjadi pada titik Fr = RAx

= 22,35 N = 2,79 kg Fa = RAy

= 9,23 N = 0,94 kg

2. Menentukan beban ekuivalen dinamis (Pr) Pr = X . V . Fr + Y . Fa

Karena gaya aksial FA = 0,94, maka:

V = 1, harga faktor X = 0,56 dan Y = 2 yang bisa dilihat pada tabel 2.3 dan lampiran 2.

Pr = X . V . Fr + Y . Fa Pr = 0,56 . 1 . 2,79 + 2 . 0,94 Pr = 1.57 + 4,88

Pr = 3.45 kg

B 103,88 N

DCA

3. Menentukan beban ekuivalen statis (P0) P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa

Karena gaya aksial FA = 0,94, maka harga faktor X0 = 0,6, Y0 = 1,1 untuk α = 20⁰ yang bisa dilihat pada Tabel 2.3 dan lampiran 2

P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa P0 = 0,6 . 2,79 + 1,1 . 0,94 P0 = 2,71 Kg

4. Menentukan faktor kecepatan (Fn) Diketahui putaran poros n = 2780 rpm Maka:

Fn = (33,3/n)^3/10 Fn = (33,3/2780)^3/10 Fn = 0,266 menit/rad 5. Menghitung beban dinamis

Diketahui data dari perhitungan putaran mesin dan beban equivalen yaitu:

Pr = 3.45 kg n = 2780 rpm Lh = 5.000 jam

Dengan menggunakan rumus beban dinamis, maka dapat menghitung beban dinamis dari data yang sudah didapat, sebagai berikut:

𝐹h = 𝐹n 𝑥 ^𝑐

𝑝

𝐶 = 𝑃 𝑥 ^𝑓ℎ

𝑓_𝑛

𝐶 = 𝑃 𝑥

√^Ln 500 10 3

0,27 \ 𝐶 = 3.45 𝑥

√⁵⁰⁰⁰ 500 10 3

0,27

𝐶 = 3.45 𝑥 ^6,915

0,27

𝐶 = 88,36 𝑘𝑔

Dari hasil perhitungan diketahui, nilai C bantalan (2490) > nilai C perhitungan (88,36 kg), Maka bantalan tersebut aman dan memenuhi persyaratan untuk Lh : 5000 jam. Faktor C dapat dilihat dalam dan faktor Lh dapat dilihat dalam Tabel 2.4.

6. Keandalan umur bantalan, jika mengambil 95%

Di mana:

a1 = faktor keandalan 95(%) = 0,62

a2 = faktor bahan = 1 (bahan baja bantalan yang dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

Ln = a1 x a2 x a3 x Lh L5 = 0,62 x 1 x 1 x 5000 L5 =3100 jam

7. Jika dalam satu hari bekerja selama 2 jam, maka umur bantalan tersebut:

𝐿𝑏 = ^Ln

2 jam x 360 hari

𝐿𝑏 = ¹⁸⁶⁰⁰

2x 360

𝐿𝑏 = 4,3 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛

Jadi bantalan dapat diganti sekitar 4,3 tahun sekali

3.6.1 Perancangan bearing C Data bantalan :

Kapasitas nominal bantalan dinamis (C) = 2490 kg

Kapasitas nominal statis (C0) = 1670 kg

Diameter lubang (d) = 20 mm

Diameter luar (D) = 52 mm

Lebar cincin (B) = 14 mm

Jari-jari fillet (r) = 1,5 mm

Kecepatan putar pada poros C (N2) = 2317 rpm

Tegangan T pada Titik B = 577,78 N

Beban akibat cerakan dan dudukan cetakan = 103.88 N Tabel 3.2 Berat dan gaya

Berat Gaya

Poros 0,74 Kgf 7,25 N

Pulley 1,2 Kgf 11,76 N

Jumlah 1, 94 Kgf 19,01 N

Mencari kesetimbangan gaya poros C

Gambar 3.14 Kesetimbangan Gaya Poros C

90 mm210 mm

A BC D 57,78 N

103,88 N

RAX

RCX

19,01 N RAY

∑Fy = 0

RAY – 103,88 – 19,01 = 0

RAY = 122,89 N

∑MA = 0

−57,78 × 210 + R_CX × 300 = 0 −12133,8 + 300R_CX = 0

300 R_CX = 12133,8 R_CX = 40,446 N

∑Fx = 0

R_AX + R_CX − 57,78 = 0 R_AX + 40,446 − 57,78 = 0 R_AX − 17,334 = 0

R_AX = 17,334 N

Mencari momen masing-masing titik M_A = 0

M_B= R_AX × 210 = 17,334 × 210 = 3640,14 Nmm

M_C = R_AX (210 + 90) − 57,78 × 90 = 17,334 (210 + 90) − 57,78 × 90 = 5200,2 − 5200,2

= 0

Diagram Gaya Geser (SFD)

Gambar 3.17 Diagram gaya geser (SFD) Diagram Gaya Bending (BMD)

Gambar 3.18 Diagram gaya bending (BMD) 17,334 N

57,78 N 40,446 N

A DCB

ADCB 3640,14 Nmm

Diagram Gaya Normal (NFD)

Gambar 3.19 Diagram gaya normal (NFD)

Analisa pada tumpuan

1. Menentukan gaya radial dan aksial yang terjadi pada titik Fr = RAx

= 17,334 N = 1,77 kg Fa = RAy

= 122,89 N = 12,54 kg

2. Menentukan beban ekuivalen dinamis (Pr) Pr = X . V . Fr + Y . Fa

Karena gaya aksial FA = 2,44, maka V = 1, harga faktor X = 0,56 dan Y = 2 untuk α = 20⁰ yang bisa dilihat pada Tabel 2.3 dan lampiran 2.

Pr = X . V . Fr + Y . Fa

Pr = 0,56 . 1 . 1,77 + 2 . 12,54 Pr = 26,07 kg

B 103,88 N

DCA

3. Menentukan beban ekuivalen statis (P0) P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa

Karena gaya aksial FA = 12,54, maka harga faktor X0 = 0,6, Y0 = 1,1 yang bisa dilihat pada tabel 2.3 dan lampiran 2

P0 = X0 . Fr + Y0 . Fa P0 = 0,6 . 1,77 + 1,1 . 12,54 P0 = 14,86 Kg

4. Menentukan faktor kecepatan (Fn) Diketahui putaran poros n = 2317 rpm Maka:

Fn = (33,3/n)^3/10 Fn = (33,3/2317)^3/10 Fn = 0,28 menit/rad 5. Menghitung beban dinamis

Diketahui data dari perhitungan putaran mesin dan beban equivalen yaitu:

Pr = 26,07 kg n = 2317 rpm Lh = 5.000 jam

Dengan menggunakan rumus beban dinamis, maka dapat menghitung beban dinamis dari data yang sudah didapat, sebagai berikut:

𝐹h = 𝐹n 𝑥 ^c

p

𝐶 = 𝑃 𝑥 ^fh

f_n

𝐶 = 𝑃 𝑥

√^Ln 500 10 3

0,28

𝐶 = 26,07 𝑥 ^√

5000 500 10 3

0,28

𝐶 = 26,07 𝑥 ^6,915

0,28

𝐶 = 643,8 𝑘𝑔

Dari hasil perhitungan diketahui, nilai C bantalan (2490) > nilai C perhitungan (643,8 kg), Maka bantalan tersebut aman dan memenuhi persyaratan untuk Lh : 5000 jam. Faktor C dapat dilihat dalam dan faktor Lh dapat dilihat dalam Tabel 2.4.

6. Keandalan umur bantalan, jika mengambil 95%

Di mana:

a1 = faktor keandalan 95(%) = 0,62

a2 = faktor bahan = 1 (bahan baja bantalan yang dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

Ln = a1 x a2 x a3 x Lh L5 = 0,62 x 1 x 1 x 5000 L5 =3100 jam

7. Jika dalam satu hari bekerja selama 2 jam, maka umur bantalan tersebut:

𝐿𝑏 = ^Ln

2 jam x 360 hari

𝐿𝑏 = ³¹⁰⁰

2 x 360

𝐿𝑏 = 4,3 𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛

Jadi bantalan dapat diganti sekitar 4,3 tahun sekali

47 BAB IV

PROSES PRODUKSI

4.1. Persiapan Proses Produksi

Sebelum melakukan proses produksi, hal yang harus dilakukan adalah persiapan. Persiapan merupakan bagian yang penting untuk mewujudkan rancangan menjadi sebuah produk yang dapat digunakan. Dengan melakukan sebuah persiapan diharapkan operator benar-benar memahami apa yang akan dikerjakan, sehingga benda kerja yang dihasilkan sesuai desain yang telah dibuat dan berfungsi seperti yang telah direncanakan sebelumnya. Kesesuaian ukuran sangat berpengaruh pada lat yang akan dibuat, sehingga alat tersebut nantinya akan dapt digunakan secara tepat. Hal-hal yang perlu diperhatikan adalah gambar kerja, urutan pengerjaan, ukuran dan toleransi. Perencanaan pembuatan ini dibuat dengan memperhatikan efisiensi waktu, kemudahan proses pengerjaan dan perakitan.

Langkah-langkah yang harus dipersiapkan sebelum melakukan proses produksi diawali dengan membaca dan memahami gambar teknik, kemudian dilanjutkan dengan menentukan alternatif pengerjaan dengan memperhitungkan cara yang paling efisien. Selanjutnya, mempersiapkan mesin dan alat ukut yang dibutuhkan, setelah proses produksi selesai, langkah terakhir yang dilakukan adalah membersihkan mesin dan benda kerja. Dalam mengoperasikan mesin, hal yang paling penting yang harus diperhatikan adalah pemakaian perlengkapan keselamatan dengan benar dan baik.

4.2. Proses produksi

Proses produksi adalah tahap-tahap yang dilakukan untuk mencapai hasil dalam pembuatan komponen mesin vertical centrifugal casting. Dalam proses pembuatan ini, dijelaskan bagaimana proses pengerjaan dan perakitan mesin vertical centrifugal casting.

4.2.1. Tabung rumah bearing

Perancangan tabung rumah bearing mesin vertical centrifugal casting mengggunakan besi pejal dengan diameter 62 mm serta panjang 23 mm.