BAB IV ANALISA PERANCANGAN DAN KEKUATAN BAHANA BAGIAN-
BAGIAN UTAMA
4.1 Daya Motor Penggerak
Daya motor yang dipergunkan untuk menggerakan bejana tempat adonan es krim perlu diperhitungkan. Daya pada poros penggerak bejana adalah daya yang
dibutuhkan pada motor penggerak dibagi dengan effisiensi mekanismenya. Pada spesifikasi perencanaan, kapasitas bejana tempat adonan es krim m adalah 4 kg
dan putran pada bejana tempat adonan direncanakan 60 rpm, kecepatan sudut bejana dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.1 sebagai berikut :
7680 ,
3 60
6 ,
60 .
. 2
= ×
=
π ω
rads
Untuk harga μ
s
4572 ,
2 2286
, 4
= ×
= T
dapat dilihat pada tabel 2.1 Diameter bejana yang telah direncanakan adalah 22,86 cm =0,2286 m, maka
besarnya torsi dapat dihitung dari persamaan 2.2 sebagai berikut : kg.m
Besarnya daya pada poros penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.4 sebagai berikut :
0338 ,
, 2
102 7680
, 3
4572 ,
= ×
× =
P
kW Jadi besarnya daya pada poros penggerak P adalah 0,0338 kW
Universitas Sumatera Utara
Alat pembuat es krim ini menggunakan sistem transmisi roda gigi dan puli , maka effisiensi mekanisme totalnya adalah :
1836 ,
90 ,
85 ,
60 ,
40 ,
ker
= ×
× ×
= ×
× ×
=
− poros
ucut Rg
cacing Rg
puli tot
mek
η η
η η
η
Daya motor penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5 sebagai berikut :
1841 ,
1836 ,
0338 ,
= =
m
P kW
Jadi besarnya daya motor penggerak P
m
= 0,1841 kW = 0,2498 Hp = 0,25 Hp
Didalam pasaran daya motor 0,25 HP putaranya 1420 rpm
4.2 Sistem Transmisi
Sistem transmisi pada alat pembuat es krim dapat dilihat pada gambar 3.1. Dalam perencanaanya roda gigi cacing dan kerucut adalah diberi dipasaran dengan
perbandingan rasio yang telah direncanakan adalah sebagai berikut : Untuk roda gigi cacing = 1 :20
Untuk roda gigi kerucut = 10: 16 Sehingga putaran yang telah direncanakan untuk tiap komponen adalah :
Putaran motor n
1
= 1420 rpm, putaran pada puli 1, 2 dan ulir cacingn
2
, n
3
,dan n
4
= 1420 rpm, putaran pada roda cacing, dan puli 3 n
5
dan n
6
= 71 rpm, putaran pada puli 4 dan roda gigi kerucut 1n
7
dan n
8
= 95 rpm, putaran pada roda gigi kerucut 2 n
9
adalah sama dengan putaran pada bejana = 60 rpm.
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Sistem Transmisi sabuk dan puli
Sistem transmisi pada alat pembuat es krim adalah dengan puli, dengan putaran motor 1420 rpm. Jika diameter puli 1 direncanakan 3 inchi, maka diameter
puli 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6 sebagai berikut :
3 1420
1420
2
d =
, 3
2
= d
inchi Diameter puli diatas merupakan dk diameter luar puli, maka untuk menentukan
diameter nominal puli dp adalah : t
dk dp
− =
1 1
Dimana untuk tebal sabuk tipe B adalah 11 mm lihat gambar 2.1, maka : 2
, 65
11 2
, 76
1
= −
= dp
mm Karena d
1
= d
2
, maka dp
1
= dp
2
8452 ,
4 1000
60 1420
2 ,
65 =
× ×
× =
π
v
= 65,2 mm Kecepatan linear sabuk dapat dihitung dengan persamaan 2.7 sebagai berikut :
ms Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka
4 ,
130 2
, 65
2 =
× =
rencana
C mm
Panjang sabuk rencana L dapat dihitung dari persamaan 2.8 sebagai berikut : 582
, 465
2 ,
65 2
, 65
2 4
, 130
2 =
+ +
× =
π L
mm Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 465,582
mm adalah 19 inchi, maka jarak sumbu poros dapat dihitng dengan persamaan 2.9 sebagai berikut :
136 ,
139 8
554 ,
556 544
, 556
2
= +
= C
mm
Universitas Sumatera Utara
Dimana untuk 544
, 556
2 ,
65 2
, 65
14 .
3 483
2 =
+ −
× =
b mm
Karena jarak motor ke puli terlalu dekat dan tidak sesuai dengan konstruksi yang telah dibuat maka jarak sumbu poros diambil 380 mm, maka untuk panjang sabuk
adalah :
728 ,
964 2
, 65
2 ,
65 2
380 2
= +
+ ×
=
π
L
mm Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 964,728
mm adalah 38 inchi, maka jarak sumbu poros : 380
8 1520
1520
2
= +
= C
mm Dimana untuk
1520 2
, 65
2 ,
65 14
. 3
728 ,
964 2
= +
− ×
= b
mm Menurut sularso :
C dp
Dp L
≥ −
− 2
, 380
728 ,
964 ≥
, baik
2 dk
Dk C
+
,
2 2
, 65
2 ,
65 380
+
, baik Sedangkan diameter puli 3 direncanakan 4 inchi, maka diameter puli 4 dapat
dihitung sebagai berikut
4 95
71
4
d =
, 3
4
= d
inchi Diameter puli diatas merupakan dk diameter luar puli, maka untuk menentukan
diameter nominal puli dp adalah : 6
, 90
11 6
, 101
3 3
= −
= −
= t
dk dp
mm 2
, 65
11 2
, 76
4
= −
= dp
mm Kecepatan linear sabuk dapat dihitung dengan persamaan 2.7 sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
3242 ,
1000 60
95 2
, 65
= ×
× ×
=
π
v
ms Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka
2 ,
181 6
, 90
2 =
× =
rencana
C mm
Panjang sabuk rencana L dapat dihitung sebagai berikut : 8961
, 607
2 ,
65 6
, 90
2 ,
181 4
1 2
, 65
6 ,
90 2
2 ,
181 2
2
= −
× +
+ +
× =
π L
mm Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart adalah 27 inchi, maka jarak
sumbu poros dapat dihitng berikut :
0606 ,
221 8
2 ,
65 6
, 90
8 778
, 882
788 ,
882
2 2
= −
+ +
= C
mm Dimana untuk
788 ,
882 2
, 65
6 ,
90 14
. 3
686 2
= +
− ×
= b
mm Menurut sularso
C dp
Dp L
≥ −
− 2
,
0606 ,
221 2
2 ,
65 6
, 90
8961 ,
607 ≥
− −
, baik
2 dk
Dk C
+
, 221,0606 88,9 = baik
4.2.2 Sistem Transmisi Roda gigi cacing
Perbandingan transmisi yang telah direncanakan adalah :
1 20
1 2
= =
Z Z
i Modul normal m
n
adalah 7 mm, Sudut kisar γ diperkirakan 15º, maka modul
aksial m
s
6429 ,
7 15
cos 7
= =
s
m
dapat dihitung dari persamaan 2.15 adalah : mm
Universitas Sumatera Utara
Diameter jarak bagi d : 0459
, 27
15 sin
7 1
1
= ×
= d
mm dapat dilihat pada tabel 2.3 858
, 152
6429 ,
7 20
2
= ×
= d
mm dapat dilihat pada tabel 2.4 Jarak sumbu a :
90 2
858 ,
152 0459
, 27
= +
= a
mm dapat dilihat pada tabel 2.3 Proposi bagian-bagian untuk ulir cacing dapat dilihat pada tabel 2.3 :
Tinggi kepala
7 =
hk
mm Tinggi kaki
099 ,
8 7
157 ,
1 =
× =
hf
mm Tinggi gigi
099 ,
15 099
, 8
7 =
+ =
h
mm Diameter luar cacing
0459 ,
41 7
2 0459
, 27
1
= ×
+ =
dk mm
Diameter inti cacing 8479
, 10
099 ,
8 2
0459 ,
27
1
= ×
− =
dr mm
Jarak kelonggaran
099 ,
1 7
157 ,
= ×
= c
mm
Untuk roda cacing : 858
, 166
7 2
858 ,
152 =
× +
=
t
d mm
8479 ,
10 099
, 8
2 0459
, 27
2
= ×
− =
dr mm dapat dilihat pada tabel 2.4
Lebar roda cacing dapat dihitung dengan persamaan 2.17
5078 ,
60 35
, 6
15 cos
7 .
38 ,
2 =
+
=
π
b
mm Sudut kemiringan roda gigi
θ diperkirakan 90º, maka lebar sisi gigi efektif dapat dihitung dari persamaan 2.18 :
0238 ,
29 2
90 sin
0459 ,
41 =
=
e
b mm
Jari-jari lengkung puncak gigi roda cacing rt :
5229 ,
6 7
2 0459
, 27
2
1
= −
= −
=
n
m d
rt
mm
Universitas Sumatera Utara
6790 ,
170 45
cos 1
7 2
0459 ,
27 2
858 ,
166
2
= −
− +
= dk
mm dapat dilihat pada tabel 2.4.
Jika tegangan lentur yang diizinkan
ba
σ diambil 8,5 dapat dilihat pada lampiran A-1, dan faktor lebar gigi Y 0,100 dapat dilihat pada lampiran A-2, maka beban
lentur yang diizinkan dapat dihitung dengan persamaan 2.19 sebagai berikut : 6916
, 172
100 ,
7 0238
, 29
5 ,
8 =
× ×
× =
ab
F kg
Jika faktor ketahanan terhadap keausan Kc diambil 0,042 kgmm
2
9173 ,
232 25
, 1
0238 ,
29 858
, 152
042 ,
= ×
× ×
=
ac
F dapat dilihat
pada lampiran A-3, dan faktor sudut kisar γ 1,25 dapat dilihat pada lampiran A-
4, maka beban permukaan gigi yang diizinkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.20 sebagai berikut :
kg F
mon
= F
ab
v P
F
cacing Rg
puli d
t
. .
. 102
η η
= = 172,6916 kg
Untuk gaya tangensial adalah :
8992 ,
28 1000
60 71
858 ,
152 6
, 4
, 33525
, 2
102 =
× ×
× ×
× ×
× =
π
t
F kg
Untuk W
s
9640 ,
11 858
, 152
6 ,
228 2
4 .
.
2
= ×
× =
= d
d fc
m W
t s
adalah : kg
Menurut sularso F
min
Ft WsI = 172,6916 28,8992 11,9640 kg , baik Bahan cacing diperkirakan dari baja S50C bersatu dengan poros , Roda cacaing FC
19.
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Sistem transmisi roda gigi kerucut
Roga gigi kerucut yang digunakan adalah roda gigi gerdang mobil dengan perbandingan putaran i :
10 16
1 2
= =
Z Z
i Sudut poros
Σ = 90º, maka :
32 ,
tan 16
10
1 1
= =
δ δ
,
58 ,
tan 10
16
2 2
= =
δ δ
Jarak bagi diametral pada ujung luar diperkirakan 5, maka modul : 08
, 5
5 4
, 25
4 ,
25 =
= =
p m
mm Diameter lingkaran jarak bagi d :
mm d
mm d
28 ,
81 16
08 ,
5 8
, 50
10 08
, 5
2 1
= ×
= =
× =
Sisi kerucut R dapat dihitung dari persamaan 2.23
48 32
sin 2
8 ,
50 =
= R
mm Kelonggaran puncak ck :
C
k
9550 ,
08 ,
5 118
, =
× ≥
mm Koefesien masing-masing roda gigi dapat dihitung dari persamaan 2.24:
2803 ,
2803 ,
16 10
1 46
,
2 2
1
− =
=
− =
x x
Tinggi kepala hk : 5039
, 6
08 ,
5 2803
, 1
1
= +
= hk
mm 6560
, 3
08 ,
5 2803
, 1
2
= −
= hk
mm
Universitas Sumatera Utara
Tinggi kaki hf : 6110
, 4
9550 ,
08 ,
5 2803
, 1
1
= +
− =
hf mm
4589 ,
7 9550
, 08
, 5
2803 ,
1
2
= +
+ =
hf mm
Tinggi gigi H :
115 ,
11 9550
, 08
, 5
2 =
+ ×
= H
mm Sudut kepala
θk :
7165 ,
7 48
5039 ,
6 tan
1 1
= =
− k
θ
3556 ,
4 48
6560 ,
3 tan
1 2
= =
− k
θ Sudut kaki
θf :
4871 ,
5 48
6110 ,
4 tan
1 1
= =
− f
θ
8328 ,
8 48
4589 ,
7 tan
1 2
= =
− f
θ Sudut kerucut kepala
δk :
7165 ,
39 7165
, 7
32
1
= +
=
k
δ
3556 ,
62 3556
, 4
58
2
= +
=
k
δ Sudut kerucut kaki
δf :
5129 ,
26 4871
, 5
32
1
= −
=
f
δ
1672 ,
49 8338
, 8
58
2
= −
=
f
δ Diameter lingkaran kepala d
k
mm dk
mm dk
1548 ,
85 58
cos 6560
, 3
2 28
, 81
8712 ,
61 32
cos 5039
, 6
2 8
, 50
2 1
= ×
+ =
= ×
+ =
, dapat dihitung dari persamaan 2.28 :
Diameter lingkaran kaki X dapat dihitung dari persamaan 2.29 :
mm X
mm X
2995 ,
22 58
sin 6560
, 3
2 8
, 850
1935 ,
37 32
sin 5039
, 6
2 28
, 81
2 1
= −
= =
− =
Universitas Sumatera Utara
Jika sudut tekan αo = 20º, maka tebal gigi s dapat dihitung dengan persamaan
2.30:
mm s
mm s
3314 ,
6 08
, 5
20 tan
2803 ,
2 5
, 0121
, 9
08 ,
5 20
tan 2803
, 2
5 ,
2 1
= ×
− =
= ×
+ =
π π
Bahan roda gigi diperkirakan dari baja karbon S45C Jika lebar sisi gigi b adalah 15 mm, maka :
Menurut sularso 16
15 :
3 1
≤ ≤ R
b , baik
8 ,
50 15
: 10
≤ ≤ m
b
, baik
4.3 Poros 4.3.1 Poros penghubung roda gigi kerucut dengan puli