BAB III
PERENCANAAN BATANG TORAK
3.1. Pendahuluan
Pada saat batang torak melakukan langkah kerja terjadi gaya tekan pada permukaan batang torak tersebut. Gaya tersebut timbul karena adanya beban yang diterima
batang torak untuk menggerakkan poros engkol dimana beban tersebut bersumber dari proses pembakaran bahan bakar. Dengan adanya gaya tersebut menunjukkan bahwa batang
torak mengalami tegangan dan regangan olehn karena itu perlu dilakukan pengujian tehadap batang torak untuk mengetahui apakah batang torak tersebut layak pakai dan berapa lama
batang torak tersebut dapat digunakan.
3.2. Pemilihan Bahan Batang Torak
Disamping pengetahuan tentang proses pembuatan batang torak, pemahaman dan pengetahuan tentang bahan material yang akan digunakan untuk batang torak sangat
penting. Sifat fisik, cara pemesinan, cara pemberian bentuk dan daya guna berbagai jenis bahan sangat beraneka ragam .
Sifat-sifat dari material batang torak yang diinginkan adalah sebagai berikut : 1. Memiliki kekerasan dan kekuatan yang tinggi
2. Tahan terhadap gesekan 3. Tahan pada temperature yang tinggi
Dalam hal ini , bahan material batang torak yang biasa digunakan adalah baja karbon, karena batang torak menggunakan mesin putaran tinggi maka bahan material batang torak
yang dipilih adalah baja karbon AISI C 1045 dengan kekuatan tarik 58 kgmm
3.3. Perencanaan Dimensi Torak
Dalam tulisan ini batang torak yang akan digunakan adalah untuk kendaraan roda empat jenis mini truck menggunakan motor 4 langkah dengan :
a. Daya motor N = 100 PS
b. Putaran n = 3500 rpm
c. Jumlah silinder z = 4
Penentuan daya rencana diperoleh dari rumus : P
d
=
f
c
. N Dimana :
Pd = Daya rencana F
c
= factor koreksi
Universitas Sumatera Utara
N = daya nominal keluaran motor penggerak PS Ada beberapa jenis factor koreksi sesuai dengan daya yang akan ditransmisikan sesuai
dengan tabel 3.1 Tabel 3.1. Jenis- jenis factor koreksi berdasarkan daya yang akan ditransmisikan
Daya yang Akan di transmisikan Fc
Daya rata-rata yang diperlukan 1,2-2,0
Daya maksimum yang diperlukan 0,8-1,2
Daya normal 1,0-1,5
Sumber : Dasar Pemilihan dan Perancangan Elemen Mesin, Sularso Kiyokatsu Suga, Hal. 7
Untuk merancang batang torak daya yang ditransmisikan sesuai dengan brosur kendaraan merupakan daya maksimum mesin dari harga Fc pada tabel 3.1. diperoleh factor koreksi 0,8
– 1,2. Disini dipilih factor koreksi sebesar 1,2 yang merupakan harga terbesar sehingga daya rencana yang dipakai pada perancangan lebih besar sehingga rancangan akan memiliki
dimensi yang lebih besar dan akan benaenr-benar aman. Selain itu juga dapat mengimbangi kerugian-kerugian yang terjadi akibat gesekan. Maka :
P
d
= 1,2 x 100PS = 120 PS
Untuk menentukan diameter silinder terlebih dahulu harus diketahui volume langkah torak yang dapat diperoleh dari rumus berikut :
pxzxnxa D
V
l
. 4500000
= …………………………………………… Lit.2.hal.24
N = Daya yang dihasilkan motor PS
P = Tekanan efektif rata-rata diambil 7,31Kgcm
V
L
= Volume langkah torak per silider cm Z
= Jumlah silinder n
= Putaran a
= Jumlah siklus perputaran yaitu ½ untuk motor 4 langkah , maka dari rumus diatas diproleh volume langkah torak persilinder :
2 1
3500 4
31 ,
7 120
. 4500000
2
x x
x cm
kg PS
V
l
=
Universitas Sumatera Utara
3
306 ,
1055 cm
V
l
=
=
l
V 1055,306 cc
Kemudian untuk memperoleh diameter silinder dihitung dengan rumus :
L D
V
l
. .
4
2
π =
L V
V
l l
. .
4 π
=
Dimana : D
= Diameter silinder L
= Panjang langkah torak mm, dimana perbandingan panjang langkah torak dengan diameter silinder yaitu LD = 0,9-1,9, diambil LD = 0,9
Maka : L = 0,9D
Didapat : D
D V
l
9 .
. .
4
2
π
=
D 9
. .
4 400
. 141
. 1
π
=
3
9 ,
14 ,
3 306
, 1055
4 x
x D
= =
D
110 mm
Jadi L = 0,9 X 110 = 99 mm Sedangkan untuk diameter poros engkol didapat dari rumus
3 1
. .
. 1
, 5
=
t t
b a
pe
M K
C D
τ Dimana;
b
C = Faktor koreksi untuk keadaan lentur yang terjadi yaitu sebesar 1,2-2,3;diambil
b
C = 2,3 Lit.6.Hal.8
Universitas Sumatera Utara
t
K = Faktor koreksi tumbukan yaitu sebesar1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan yang besar diambil
t
K = 3,0 Lit.6.Hal.8
t
M = Momen torsi yang timbul pada poros engkol kg.mm
a
τ = Tegangan geser yang diizinkan kgmm
Untuk momen torsi n
N M
t
. 10
. 74
, 9
5
=
3500 114
. 10
. 74
, 9
5
=
t
M
=
t
M 33.942,857 kg.mm
Sedangkan tegangan geser izin bahan τ
a
diperoleh dari τ
a
=
2 1
.
f f
b
S S
σ
Dimana ;
b
σ = Kekuatan tarik bahan yaitu dipilih bahan poros engkol S 45 C dengan kekuatan tarik sebesar 58 kgmm²
1 f
S
= Faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan untuk baja = 6 Lit 6 hal 8
2 f
S
= Faktor keamanan berdasarkan factor alur pasak sebesar 1,3-3,0 karena tidak adanya pasak yang dipasang pada poros maka factor ini diabaikan.
Maka:
6 58
=
a
τ =
a
τ 9,67 kgmm²
Jadi diperoleh diameter poros engkol
3 1
63 ,
212 .
49 3
3 ,
2 67
, 9
1 ,
5
=
x x
x d
pe
d
pe
= 49,80 mm ≈ 50 mm
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.2 Batang Torak
Keterangan : Lbt
= Panjang batang torak H
= Tebal batang torak Tb
= Tebal busing d1
= Diameter luar busing kepala kecil d2
= Diameter luar kepala kecil tbpe
= Tebal busing poros engkol dpe
= diameter poros engkol d4
= Diameter luar busing kepala besar d5
= Diameter luar kepala besar d6
= Diameter terluar kepala besar db
= Diameter busing dalam h
= Panjang pada bagian batang b
= Lebar pada bagian batang t
= Tebal sirip pada bagian batang
Universitas Sumatera Utara
Maka ukuran-ukuran batang torak adalah sebagai berikut : =
bt
L 4R
Dimana R adalah radius engkol sebesar R =12.L = ½. 99
= 49,5 mm Maka:
bt
L = 4R = 4 x 49,5 = 198 mm h = 0,34 D
= 0,34 x 110 mm = 37, 4 mm
= 38 mm b = 0,5 h
= 0,5 x 38 mm = 19 mm
t = 16 h = 16 x 38 mm
= 6,3 mm = 7 mm
t
b
= 0,07-0,085
d
pt
dpt adalah diameter luar pena torak = diameter dalam tumpuan pena torak d
pt
= 0,20-0,25 D = 0,20-0,25 110 mm
= 22 - 27, 5 mm Diambil d
pt
= 25 mm Maka
t
b
= 0,07-0,085 25 mm = 1,75 – 2,12
Diambil 2 mm d
1
= dpt + 2tb = 25 + 2 2
= 29 mm d
2
= 1,2 -1,4 d
1
= 1,2 – 1,4 29 mm = 34,8 - 40,6
Diambil d
2
= 40 mm
Universitas Sumatera Utara
tbpe = 0,08 – 0,085 dpe tbpe = 0,08 – 0,085 50 mm
= 4 – 4,25 mm Diambil tbpe = 4,2 mm
d
3
= dpe = 50
d
4
= d
3
+ 2
t
b
= 50 + 2 2,31 = 54,62 mm
d
5
= 1,2-1,4d
4
= 1,2 – 1,4 54,62 = 65,54 - 76,46 mm
Diambil d5 = 70 mm D6 = 1,2-1,4d5
= 1,2-1,4 70 mm = 84 - 98
Diambil 90 mm Sehingga ukuran-ukuran batang torak dapat dilihat gambar 3.2. dan penentuan radius
disesuaikan perancang sendiri. Untuk dimensi lainnya diambil dari data praktis data lapangan
3.3. Pemeriksaan Kekuatan Batang Torak
Kategori