PERENCANAAN GEAR BOX DAN ANALISIS STATIK RANGKA CONVEYOR MENGGUNAKAN SOFWARE CATIA V5
*)
Dr.-Ing. Mohamad Yamin , Widyo Purwoko
**)
E-mail :
[email protected] *)
Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma
**)
Alumni Teknik Mesin Universitas Gunadarma
Abtraksi Conveyor merupakan alat untuk mengangkut bahan-bahan industri. Sedangkan Motor listrik, Gearbox, pulley belt, rangka dan sabuk karet (belt conveyor) ini adalah komponen dari conveyor, dimana komponen dari sabuk karet ini berfungsi untuk membawa sampah ke dalam mesin chuser atau mesin penghancur sampah. Dengan peranan dari motor listrik, gearbox, pulley, rangka, sabuk karet (belt conveyor) yang sangat penting, di perlukan perancangan yang baik, salah satu-nya yang perlu diperhatikan adalah segi kekuatan, dimana rangka menerima beban dari sampah maupun menerima beban dari motor listrik yang bekerja untuk memutar pulley. Dalam penulisan tugas akhir ini dibahas mengenai perencanaan gear box dan analisa statik struktur rangka melalui simulasi dengan menggunakan software CATIA V5. Analisa statik telah dilakukan pada rangka conveyor . Material dari rangka diambil dari baja kontruksi jenis AISI 4140. Adapun beban yang diberikan pada rangka conveyor pada bagian bawah adalah sebesar 200 N, tengah sebesar 400 N , dan atas sebesar 600 N. Untuk menentukan besar nya tegangan maksimum dan peralihan maksimum yang dihasilkan pada rangka bagian bawah sebesar 7 2 2,95 x 10 N/m dan peralihan maksimum sebesar 0,0000536 mm, dan pada rangka 7 2 bagian tengah sebesar 6,13 x 10 N/m dan peralihan maksimum sebesar 0,000052 mm 7 2 dan pada rangka bagian atas sebesar 2,52 x10 N/m dan peralihan maksimum sebesar 0,0000651 mm Kata kunci
1.1
: Conveyor, Tegangan, CATIA, Beban Statis
Pendahuluan Di dalam industri, bahan -bahan
yang
digunakan
kadangkala
merupakan
bahan yang berat maupun berbahaya bagi manusia.
Untuk
itu
diperlukan
alat
transportasi untuk mengangkut bahan-bahan tersebutmengingat keterbatasan kemampuan tenaga manusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan
diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan. pengangkut
Salah yang
satu sering
jenis
alat
digunakan
adalah Conveyor yang berfungsi untuk mengangkut bahan-bahan industri yang berbentuk padat
II
Landasan Teori
akan diangkut. Untuk mengangkut bahan-
2.1
Fungsi conveyor
bahan
Conveyor mengangkut
yang
berfungsi
bahan-bahan
industri
yang
panas,
sabuk
yang
untuk digunakan terbuat dari logam yang tahan yang terhadap panas.
berbentuk padat. Pemilihan alat transportasi
Karakteristik
dan
performance
(conveying equipment) material padat antara dari belt conveyor yaitu : lain tergantung
- Dapat beroperasi secara mendatar °
pada :
maksimum sampai dengan 18 .
- Kapasitas material yang ditangani
- Sabuk disanggah oleh plat roller
- Jarak perpindahan material
Kapasitas tinggi.
- Kondisi pengangkutan : horizontal, vertikal atau inklinasi
- Dapat beroperasi secara continue.
- Ukuran (size), bentuk (shape) dan
- Kapasitas dapat diatur.
sifat material (properties)
- Kecepatannya sampai dengan 600
- Harga peralatan tersebut. 2.1.1
- Serba guna.
ft/m.
Klasifikasi Conveyor
- Dapat naik turun.
Secara umum jenis/type Conveyor
- Perawatan mudah.
yang sering digunakan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1.
Belt Conveyor
2.
Chain Conveyor :
Kelemahan-kelemahan dari belt conveyor:
- Scraper Conveyor
-
Jaraknya telah tertentu.
-
Biaya relatif mahal.
-
Sudut inklinasi terbatas.
- Apron Conveyor - Bucket Conveyor - Bucket Elevator 3.
Screw Conveyor
4.
Pneumatic Conveyor
2.1.2
Belt Conveyor Belt
Conveyor
pada
dasarnya
merupakan peralatan yang cukup sederhana.
Gambar 2.1 Belt Conveyor Driver
[1]
Alat tersebut terdiri dari sabuk yang tahan terhadap pengangkutan benda padat. Sabuk yang digunakan pada belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan misalnya dari karet, plastik, kulit ataupun logam yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang
2.2
Nama-Nama Bagian Roda Gigi Nama-nama bagian utama roda
gigi diberikan dalam gambar. Adapun ukurannya dinyatakan dengan diameter lingkaran
jarak
bagi,
yaitu
lingkaran
khayal yang mengglinding tanpa slip.
Ukur an gi gidi ny at akan dengan “ j ar ak bagi menjadi masalah. Besarnya perubahan l i ngkar an” ,y ai t uj ar ak sepanj ang l i ngkar an transmisi ditentukan oleh perbandingan jarak bagi antara profil dua gigi yang putaran serta jumlah roda gigi dari masing-masing roda gigi (pinion dan
berdekatan.
Profil atau bentuk involut gigi sangat gear) penting agar pemindahan daya dari satu gigi 2.2.2
Faktor
Penunjang
yang
ke gigi yang lain berjalan secara teratur. Hal diperlukan dalam perencanaan roda ini berguna untuk menjaga agar gigi kedua gigi. roda gigi yang berada dalam pasangan tidak 1. Jumlah daya yang dipindahkan. cepat aus atau rusak. Pada saat satu gigi 2. Jumlah putaran per menit. yang
berpasangan
hubungannya, berikutnya
maka
harus
akan
terlepas 3. Jumlah gigi.
pasangan
mulai
gigi 4. Jenis roda gigi yang direncanakan.
berhubungan. 5. Dan lain-lain.
Sehingga daya yang dipindahkan dibaca 2.3
Perencanaan Angka Transmisi
oleh satu pasang gigi saja. Hal ini dapat mengurangi keausan pada permukaan gigi
dari persamaan
sehingga umur dari roda gigi dapat lebih
n i 1 n2
...(2.1)
dimana :
panjang.
i = angka transmisi n1 = putaran poros 1 n2 = putaran poros 2 2.3.1.
Perencanaan Pasangan Roda Gigi Dari hasil perencanaan angka
transmisi (i) dapat ditentukan putaran roda gigi pinion, bila putaran kurang dari 3600 Rpm, maka berlaku persamaan : Gambar 2.2 Nama-nama Bagian Roda Gigi[2] 2.2.1
n Nt d rv 2 2 1 1 1 n1 Nt 2 d 2
...(2.2)
Roda Gigi Lurus (Spur Gear)
dimana : Roda gigi lurus digunakan bila letak r = perbandingan kecepatan v kedua poros-poros penggerak dan poros = kecepatan sudut (rad/sec) yang digerakkan-berada dalam posisi sejajar. Daya yang akan ditransmisikan tidak terlalu besar dan putaran poros tidak melebihi 3600 rpm. Spur gear secara umum dipakai untuk putaran-putaran rendah dan pada system dimana
pengontrolan
kebisingan
tidak
[3]
n
= kecepatan keliling (rpm)
Nt
= jumlah gigi
d
= diameter pitch circle (in)
2.3.2.
Penentuan Sudut Tekan (θ) Sudut
tekan
(θ )
yang o
digunakan adalah sebesar 20
Vp = kecepatan pitch line umum o
atau 25 .
d
= diameter pitch line
n
= putaran poros
Setelah ditentukan jumlah gigi dan sudut 2.3.6.
Perhitungan Torsi
tekan (θ). Dapat ditentukan faktor lewis ( Yp
Besarnya torsi dapat dihitung
dan Yg) yang dapat dilihat pada tabel (Values dengan persamaan : for Lewis Form Factor). 2.3.3.
T Fn
Pemilihan Bahan Roda Gigi
d d cos Ft 2 2
...(2.5)
Bahan roda gigi dapat dipilih dari dimana : berbagai macam bahan tergantung dari kegunaan roda gigi tersebut.
Fn
= gaya normal
Ft
= gaya tangensial
d
= diameter pitch line
θ
= sudut tekan
Setelah dipilih bahan yang akan digunakan untuk perencanaan roda gigi, maka nilai So (psi) dan BHN dan bahan tersebut
dapat
ditentukan.
Lihat
tabel
pemilihan bahan. 2.3.4.
Penentuan Diameter Pitch Line Dengan
mengasumsikan
nilai
P,
diameter pitch line dapat ditentukan dari Sehingga dari harga-harga tersebut bila persamaan :
Nt P d
...(2.3)
disubstitusikan ke dalam persamaan
T .n hp 63000
dimana :
dimana :
...(2.6)
d = diameter pitch circle (in) Nt = jumlah gigi
hp
= daya input
P
n
= putaran
T
= torsi dalam in-pound
= diameter pitch
Klasifikasi Berdasarkan Kekasaran Gigi Gigi kasar
½ < P < 10
Gigi agak kasar 12 δt 71400 > 61936,78
CL.CH CT .CR
Dari persamaan : δc ≤Sac
Perencanaan Aman Aman
11. Pengujian Keausan Dengan Metode AGMA
Dimana : Sad = 150000 Psi CT =
460 T F 460 160 620 620
=1 T ° F = 160 temperatur tertinggi untuk
Ft.Co.Cs.Cm.Cf δt=CP Cv.dp.b.L
minyak pelumas CH = 1 untuk kekerasan pinion dan gear
=1
K maka CH = 1 karena K < Rangka Conveyor pada bagian atas :
1,2 CL = 1,4 umur gear 86400 jam atau 10 tahun
Tegangan maksimum Von Mises: 7
CR = 1,25 δc ≤Sac
2,52 x10 N/m Translasi
CL.CH CT .CR
2
vektor
peralihan
maksimum : 0,0000651 mm Dari
1,4.1 δc ≤150000 1.1,25
disimpulkan
hasil
analisis
dapat
bahwa
pada
rangka
conveyor pada bagian bawah lebih aman
δc ≤168000Psi
dibandingkan pada bagian tengah dan
73683,53 ≤168000Aman
bagian atas jika dilihat dari tegangan
Syarat δc ≤Sac( Per encanaanAman)
maksimumnya,
V.
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
bawah yang
pada
memiliki lebih
kecil
rangka
tegangan
bagian
maksimum
dibandingkan
pada
rangka bagian tengah dan bagian atas. Berdasarkan hasil analisis komputer
Dan dari hasil perencanaan dan menggunakan perangkat lunak CATIA V5 perhitungan dari perencanaan gear box pada setiap rangka conveyor pada bagian yang telah dilakukan maka dapat diambil bawah, tengah, dan atas dengan beban yang kesimpulan : berbeda maka diperoleh kesimpulan sebagai 1. Penggunaan bahan untuk roda gigi berikut:
adalah : Alloy Steel (AISI 4140, So =
1. Dari hasil analisis beban statis pada 650000, BHN = 475). rangka conveyor dengan memberikan 2. Perhitungan gaya bending dapat pembebanan sebesar 20 kg, 40 kg, diterima yaitu : 60 kg diperoleh data sebagai berikut : Pada gearbox : Rangka Conveyor pada bagian bawah: Tegangan
maksimum 7
Mises : 2,95 x 10 N/m Translasi
vektor
Fbgear ≥ Fd
12155 ≥7964, 67 14042, 6≥ 7964, 67
Von
2
3. Hasil pengujian keausan dengan
peralihan menggunakan metode AGMA dapat
maksimum : 0,0000536 mm Rangka Conveyor pada bagian tengah : Tegangan maksimum Von 7
Fbpinion ≥ Fd
Mises : 6,13 x 10 N/m
2
diterima : Pada gearbox : δc≤Sac 73683,53 ≤168000(Perencanaan Aman)
peralihan 4. Hasil pengujian kekuatan dengan menggunakan metode AGMA maksimum : 0,000052 mm
Translasi
vektor
dapat diterima :
9. C.S. Desai Sri Jatno Wirjosoedirjo., Sad > δc
Pada gearbox :
Dasar-dasar Metode Elemen Hingga,
71400 > 61936,78 Erlangga, Jakarta, 1996.
(Perencanaan Aman)
10.Situs internet :http://www.efunda.com DAFTAR PUSTAKA 1. Situsinternet :http://www.beltconveyor.com 2.
Kalpakjian,
Schmid.,
Manufacturing
Engineering and Technology, Prentice Hall 3. Sularso, Kiyokatsu Suga. Elemen Mesin Jilid 3.PT. Pradya Paramitha , Jakarta.1997. 4. Popov, E.P., Mechanics of Materials, Berkeley, California, 1984 5. Jensen, Alfred dan Chenoweth, Harry H., Kekuatan Bahan Terapan, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1991. 6. James M. Gere, Stephen P. Timoshenko., Mekanika Bahan, edisi kedua versi SI., Alih bahasa Hans J. Wospakrik Institut Teknologi Bandung 1996 Penerbit Erlangga. 7. Ferdinand L. Singer, Andrew Pytel., Ilmu Kekuatan Bahan, edisi ketiga, Ahli bahasa, Darwin
Sebayang
(LAPAN),
Jakarta,
Penerbit Erlangga, 1985. 8. Jensen, A. And Chenoweth, harry H., Applied
Strenghth
of
Material,
edition., McGraw-Hill inc., 1983.
fourth
