Laporan tugas perancangan elemen mesin
BAB. 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri kripik pisang banyak tersebar di berbagai daerah di Indonesia dan
menjadi komoditi andalan mata pencaharian setempat.proses pembuatan kripik
pisang sangat mudah dan menggunakan peralatan bantu yang sederhana.Mula –
mula pisang diiris tipis dengan ketebalan kurang lebih 2 mm. Pengirisan bisa
dilakukan dengan melintang atau memanjang sesuai dengan keinginan, dan irisan
pisang tersebut ditiriskan sejenak untuk menurunkan kadar airnya sehingga siap
untuk digoreng.seelah masak, gorengan kripik pisang ini diangkat dan
ditiriskan.untuk meningkatkan cita rasanya, dimasukkan bumbu tambahan seperti
air gula merah. Setelah dingin, kripik pisang dikemas dalam pembungkus plastik
yang kedap udara dan siap untuk dipasarkan.
Kualitas kripik pisang ditentukan oleh tiga faktor utama yaitu rasa dan
kerenyahan serta bentuk irisan yang tidak pecah / rusak. Cara mengiris pisang
meruakan salah satu kendala utama dalam menghasilkan kripik pisang yang
berkualitas. Kebanyakan industri kripik pisang masih menggunakan cara manual,
dengan menggunakan pisau untuk mengiris pisang, sehingga hasil irisan tidak
optimal. Disamping itu, ada beberapa home industri yang menggunakan pisau
yang diletakkan pada piringan berputar. Jika pisang masih panjang, proses
pengirisan dapat dilakukan dengan mudah. Akan tetapi jika pisang sudah pendek
( karena sudah diiris ) , maka irisan pisang yang dihasilkan banyak yang sobek.
Kualitas bentuk dan geometri irisan pisang sangat tergantung dari kondisi dan
keterampilan operatornya. Oleh karena itu, selain kurang hhigienis, ketebalan
irisan pisang yang dihasilkan tidak seragam. Padahal ketebalan irisan sangat
mempengaruhi kerenyahan dari keripik pisang. Untuk itu perlu dilakukan
perancangan mesin pengiris pisang yang mampu menghasilkan irisan pisang
dengan ketebalan yang seragam, lebih higienis, aman, serta dapat meningkatkan
kapasitas produksi.
1
2
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalahan-permasalaan
sebagai berikut:
1. Bagaimana cara menentukan motor yang digunakan pada mesin pengiris
pisang.
2. Bagaimana cara merencanakan pembuatan poros yang dipakai pada mesin
pembuat pengiris pisang.
3. Bagaimana cara merencanakan pembuatan pasak yang dipakai pada mesin
pengiris pisang.
4. Bagaimana cara merencanakan pembuatan sabuk V yang dipakai pada
mesin pengiris pisang.
5. Bagaimana cara merencanakan pulley yang dipakai pada mesin pengiris
pisang.
1.3 Tujuan dan Manfaat
1.3.1 Tujuan
Tujuan dari pembuatan mesin ini adalah:
1. Dapat merancang mesin tepat guna bagi masyarakat.
2. Mampu mempelajari mekanisme kerja mesin pengiris pisang.
1.3.2
Manfaat
Adapun manfaat yang bisa didapat dengan adanya mesin ini yaitu:
1. Mempermudah serta mempercepat pengirisan pisang.
2. Untuk meningkatkan keamanan.
3. Meningkatkan produktivitas produksi pada pengirisan keripik
pisang home industri.
3
BAB. 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin.
Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan
utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Sebagai elemen yang
meneruskan daya dan putaran, poros merupakan elemen utama, dilihat dari
fungsinya tersebut. Sebagian besar mekanisme yang mentransmisikan daya
dilakukan melalui putaran dan hanya poros yang dapat melakukan mekanisme
tersebut.
Poros adalah alat mekanis yang mentransmisikan gerak berputar dan
daya. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakra tali, puli sabuk mesin,
piringan kabel, tromol kabel, roda jalan, dan roda gigi, dipasang berputar terhadap
poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar.
Contoh sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros roda kereta api, As
gardan, dan lain-lain.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhitungkan gaya yang
bekerja pada poros di atas antara lain: Gaya dalam akibat beratnya (W) yang
selalu berpusat pada titik gravitasinya. Gaya (F) merupakan gaya luar arahnya
dapat sejajar dengan permukaan benda ataupun
membentuk sudut α dengan
permukanan benda. Gaya F dapat menimbulkan tegangan pada poros, karena
tegangan dapat rimbul pada benda yang mengalami gaya-gaya. Gaya yang timbul
pada benda dapat berasal dari gaya dalam akibat berat benda sendiri atau gaya luar
yang mengenai benda tersebut.
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai
macam keamanan biasanya dapat diambil dari perencanaan, sehingga koreksi
pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah f c maka daya rencana Pd
(kW) (Sularso, 1997):
3
4
Pd=fc . P
3
5
Keterangan:
P=Daya nominal output dari motor
Pd =daya rencana (kW)
fc= Faktor koreksi daya yang ditransmisikan
1,2-2,0
: untuk daya rata-rata yang diperlukan
0,8-1,2
: daya maksimum yang diperlukan
1,0-1,5
: daya yang ditransmisikan
Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) adalah T (kg . mm)
maka (Sularso, 1997):
T
2 πn
(
)
(
)
P = 1000 60
d
120
Sehingga momen puntir / Torsi (T) (Sularso, 1997):
Pd
T=9,74x105 n
1
Keterangan:
T=momen puntir (kg.mm)
n1=putaran poros (rpm)
Pd=daya rencana (kW)
Tegangan gesr yang diijinkan (Sularso, 1997):
σB
τa = sf . sf
1
2
Keterangan:
σ B=kekuatan tarik beban (kg/mm2)
sf 1 , sf 2=faktor keamanan
τa =tegangan yang diijinkan (kg/mm2)
sedangkan besarnya poros adalah (Sularso, 2002):
6
1
ds≥ =[ ( 5,1/τ a ) √ ( K m x M )2 + ( K t x T ) 2 ] 3
Keterangan:
ds=panjang keliling sabuk (mm)
τa =tegangan yang diijinkan (kg/mm2)
Kt = faktor koreksi momen puntir
1,0 jika beban dikenakan secara halus
1,0-1,5 jika beban terjadi sedikit kejutan atau tumbukan
1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar
Km = faktor koreksi beban lentur
1,5-2,0 untuk beban tumbukan ringan
2,0-3,0 untuk beban tumbukan berat
M=momen lentur gabungan (kg . mm)
T=momen puntir rencana (kg . mm)
Defleksi / lenturan θ (Sularso, 2002):
584.T .l
θ = Gd 4
s
keterangan:
G=modulus geser baja = 8,3 x 103 kg/mm2
T=momen puntir (kg . mm)
l =panjang poros (mm)
ds =diameter poros (mm)
2.2 Pasak
Pasak adalah bagian dari mesin yang berfungsi untuk penahan/pengikat
benda yang berputar. Bagian ini biasanya berupa Shaft yang berfungsi sebagai
transfer daya dengan Gear atau roda gigi maupun pulley yang berfungsi untuk
mengatur perbandingan putaran. Dengan pasak inilah akan di peroleh sambungan
yang kuat dan fleksibel/mudah untuk di pasang dan di lepas.
7
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli , kopling, dll. Pada poros. Momen
diteruskan dari poros ke naf atau naf ke poros.
Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat
bentuk prismatis dan tirus yang kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan
pencabutannya. Kemiringan pada pasak tirus umumnya sebesar 1/100, dan
pengerjaan harus hati-hati agar naf tidak menjadi eksentrik. Pada pasak yang rata,
sisi sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan
rusak. Untuk pasak, umumnya dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga
pasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga
pasak yang murah serta mudah menggantinya. Sebagai contoh ambillah suatu
poros yang dibebani dengan puntiran murni atau gabugan antara puntiran dan
lenturan, dimana diameter poros dan pasak serta alurnya akan ditentukan.
Jika momen rencana dari poros adalah T (kg.mm), dan diameter poros adala
ds (mm), maka gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah
F=
T
ds
2
( )
Menurut lambang pasak yang diperlihatkan dalam gambar 6, gaya geser
bekerja pada penampang mendatar b x l (mm2) oleh gaya F (kg). dengan demikian
tegangan geser τk (kg/mm2) yang ditimbulkan adalah
τ k=
F
bl
Dari tegangan geser yang diizinkan τ ka (kg/mm2), panjang pasak l1 (mm) yang
diperlukan dapat diperoleh.
F
τ ka ≧ b .l
1
8
Gambar 2.1 Gaya geser pada pasak.
Harga τ ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σB
dengan faktor keamanan Sfk1 x Sfk2. Harga Sfk1 umumnya diambil 6 dan Sfk2
dipilih antara 1-1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan, antara 1,5-3 jika
dikenakan dengan tumbukan ringan, dan antara 2-5 jika dikenakan secara tiba-tiba
dan dengan tumbukan berat.
Selanjutnya, perhitungan untuk menghindari kerusakan permukaan samping
pasak karena tekanan bidang juga diperlukan. Gaya keliling F (kg) yang sama
seperti tersebut diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Kedalaman
alur pasak pada poros dinyatakan dengan t1 dan kedalaman alur pasak pada naf
denga t2. Abaika pengurangan luas permukaan ole pembulatan sudut pasak. Dalam
hal ini tekanan permukaan p (kg/mm2) adalah
p=
F
l x( t 1 ataut 2)
Dari harga tekanan permukaan yang diizinkan pa (kg), panjang pasak yang
diperlukan dapat dihitung dari
pa ≧
F
l x (t 1 atau t 2 )
Harga pa adalah sebesar 8 (kg/mm2) untuk poros dengan diameter kecil, 10
(kg/mm2) untuk poros diameter besar, dan setengah dari harga-harga diatas untuk
poros berputaran tinggi.
9
Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35 % dari diameter
poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter
poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds). Karena lebar dan tinggi pasak sudah
distandarkan, maka beban yang ditimbulkan oleh gaya F yang besar hendaknya
diatasi dengan menyesuaikan panjang pasak. Namun demikian, pasak yang terlalu
panjang tidak dapat menahan tekanan yang merata pada permukaannya. Jika
terdapat pembatasan pada ukuran naf atau poros, dapat dipakai ukuran yang tidak
standar atau diameter poros perlu dikoreksi.
2.2.4 Perencanaan Pasak
1. Gaya tangensial pada permukaan poros.
P
9 ,74⋅105⋅ d
n
F=
ds
2
( )
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
F
= gaya tangensial pada permukaan poros (kg)
Pd
= daya rencana (kW)
n
= putaran poros (rpm)
ds
= diameter poros (mm)
2. Tegangan geser yang ditimbulkan.
Gaya geser yang bekerja pada penampang mendatar dari suatu pasak dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
τk=
F
b⋅l
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
τk
= tegangan geser yang ditimbulkan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
b
= lebar alur pasak (mm)
10
l
= panjang alur pasak (mm)
3. Tegangan geser yang diizinkan.
F
τ ka ≥
b . l 1 …………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
τ ka
= tegangan geser yang diizinkan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
b
= lebar alur pasak (mm)
l1
= panjang alur pasak (mm)
Harga τ ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σ B
Dengan factor keamanan Sfk1 x Sfk2. Harga Sfk1 umumnya diambil 6, dan Sfk2
dipilih antara 1-1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan, antara 1,5-3 bila
poros dikenakan tumbukan ringan, dan antara 2-5 bila poros dikenakan beban
secara tiba-tiba dan dengan tumbukan berat.
4. Tekanan permukaan.
p=
F
l⋅( t 1 atau t 2 )
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
p
= tekanan permukaan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
l
= panjang pasak (mm)
t1, t2
= kedalaman alur pasak (mm)
2.3 Perencanaan Pulley
11
a. Perbandingan reduksi
i=n1 / n2
b. Diameter pulley yang digerakkan (Sularso, 1997)
Dp = dp . i
Keterangan:
dp=diameter pulley penggerak (mm)
i=reduksi
c. Diameter luar pulley penggerak (mm)
Untuk pulley penggerak (dk1) dapat dicari dengan:
dk1= d1+2k
untuk pulley yang digerakkan (dk2)
dk2= d2+2k
keterangan:
d1= diameter pulley pengggerak (mm)
d2= diameter pulley yang digerakkan (mm)
2.4 Perencanaan Sabuk-V
a. Untuk menentukan putaran poros yang direduksi
n1 D p
n2 = d p
Keterangan:
d p=diameter pulley yang digerakkan
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
n1= putaran pulley penggerak (rpm)
n2= putaran pulley yang digerakkan (rpm)
b. Kecepatan linier sabuk-V
Kecepatan linier sabuk-V dapat dihitung dengan rumus (Sularso, 1997)
πxd 1 n 1
v= 60 x 1000
Keterangan:
v= kecepatan linier sabuk (m / dt)
12
d1=diameter pulley (mm)
n1= putaran poros motor (rpm)
c. Panjang keliling sabuk (Sularso, 1997):
π
1
L=2C+ 2 ( d p+ D p )+ 4 C ¿
Keterangan:
L=panjang keliling sabuk (mm)
dp=diameter pulley yang digerakkan (mm)
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
C=jarak antara poros (mm)
d. Sudut kontak antara pulley dan belt
Besarnya sudut kontak antara pulley dan belt dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Sularso, 1997):
Ө=180o −
57 ( D p−d )
C
p
Keterangan:
Ө=sudut kontak (o)
dp=diameter pulley yang digerakkan (mm)
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
C=jarak antara poros (mm)
e. Jumlah sabuk yang diperlukan (Sularso, 1997):
Pd
N= P Kθ
o
Keterangan:
N=jumlah sabuk yang diperlukan (Sularso, 1997)
Pd =daya rencana (kW)
Po =daya yang ditransmisikan oleh sabuk (kW)
Kθ=faktor koreksi
2.5 Daya Mesin dan Tenaga Penggerak
13
Untuk menghitung daya mesin (P) terlebih dahulu dihitung torsinya
(T), yaitu:
T=FxR
(Robert L. Mott, 2009:81)
Keterangan:
F = gaya potong hijauan (kg)
R = jari-jari lingkaran perajangan, titik potong terluar (m)
Setelah mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan gaya potong,
selanjutnya bisa dihitung daya mesin. Daya mesin (P) dihitung dengan:
T .n
P = 63000
(Robert L. Mott, 2009:81)
Torsi (T) pada rumus di atas masih dalam satuan lb-in, maka perlu
dikonversi ke dalam satuan kg-mm. Sehingga menjadi:
T .n
P = 72585,1 .
,
Keterangan:
T = torsi dari gaya potong (kg.mm)
n = putaran perajangan (rpm)
BAB. 3 METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Gambar dan Mekanisme Alat
Bentuk dari mesin pengiris pisang dapat dilihat dari gambar dibawah ini.
Gamabar 3.1 Mesin Pengiris Pisang
Keterangan :
1. Rangka utama
10. Hopper
2. Puli
11. Tutup piringan
3. Motor listrik
12. Tutup atas
4. V-Belt
13. Poros tengah
5. Tutup depan
14. Poros atas
6. Pisau perajang
15. Tutup belakang
14
15
7. Piringan (tempat pisau)
16. Bearing
8. Saluran keluar
17. Tutup samping kanan
9. Tutup samping kiri
Mesin perajang singkong ini akan bekerja ketika motor listrik dihidupkan
maka akan berputar kemudian gerak putar dari mesin ditransmisikan ke puli 1,
dari puli 1 ditransmisikan ke puli 2 dengan menggunakan belt untuk
menggerakkan poros 1. Jika poros 1 berputar maka akan menggerakkan puli 3 dan
4 dengan menggunakan belt untuk menggerakkan poros 2. Setelah poros 2
berputar maka piringan tempat pisau akan berputar dan singkong siap untuk
dirajang. Setelah singkong dirajang maka akan keluar melalui corong.
3.2 Alat
Peralatan yang digunakan dalam perancangan alat pengiris pisang adalah
sebagai berikut :
1. Mesin las SMAW
11. Obeng ( - dan + )
2. Mesin bubut
12. Ragum
3. Mesin sekrap
13. Tang
4. Mesin gerinda potong
14. Mistar baja
5. Mesin bor
15. penggores
6. Palu
16. penitik
7. Sarung tangan
17.penggores
8. Pelindung mata
9. Amplas
10. Kunci pas 1 set
16
3.3 Bahan
Bahan yang digunakan dalam perancangan alat pengiris pisang adalah
sebagai berikut:
1. Pelat siku
6. V - belt
2. Pegas
7. Poros
3. Besi pipih
8. Bantalan
4. Besi siku
9. Mur dan baut M8
5. Pulley
10.Elektroda
3.4 Metode Pelaksanaan
3.4.1 Pencarian Data
Dalam merencanakan perancangan sebuah mesin. Maka terlebih dahulu
dilakukan pengamatan dilapangan dan studi literatur.
3.4.2 Studi Pustaka
Sebagai referenci dan penunjang dalampembuatan mesin pengiris pisang
antara lain :
1. Kontruksi rangka
2. Proses pengelasan
3. Proses pemesinan
4. Kerja bangku dan pelat
3.4.3 Perencanaan
Setelah melakukan pencarian data yang didapat dari literatur studi
lapangan dan kepustakaan, maka maka dapat direncakan bahan – bahan yang
diperlukan dam perancangan pembuatan mesin pengiris pisang untuk home
industri. Dalam hal ini proses yang akan dirancang adalah sebaga berikut :
1. Perencanaan daya
2. Perencanaan poros
17
3. Perencanaan pasak
4. Sabuk V
5. Pulley
3.4.4 Pembuatan Laporan
Pembuatan laporan tugas perancanagn elemen mesin ini dilakukan melalui
beberapa tahapan. Tahapan tersebut antara lain analisa, perancangan, dan
pembuatan alat sampai dengan selesai. Tahapan – tahapan yang telah siap tersebut
kemudian dilakukan penulisan laporan sampai dengan selesai.
1.1 Latar Belakang
Industri kripik pisang banyak tersebar di berbagai daerah di Indonesia dan
menjadi komoditi andalan mata pencaharian setempat.proses pembuatan kripik
pisang sangat mudah dan menggunakan peralatan bantu yang sederhana.Mula –
mula pisang diiris tipis dengan ketebalan kurang lebih 2 mm. Pengirisan bisa
dilakukan dengan melintang atau memanjang sesuai dengan keinginan, dan irisan
pisang tersebut ditiriskan sejenak untuk menurunkan kadar airnya sehingga siap
untuk digoreng.seelah masak, gorengan kripik pisang ini diangkat dan
ditiriskan.untuk meningkatkan cita rasanya, dimasukkan bumbu tambahan seperti
air gula merah. Setelah dingin, kripik pisang dikemas dalam pembungkus plastik
yang kedap udara dan siap untuk dipasarkan.
Kualitas kripik pisang ditentukan oleh tiga faktor utama yaitu rasa dan
kerenyahan serta bentuk irisan yang tidak pecah / rusak. Cara mengiris pisang
meruakan salah satu kendala utama dalam menghasilkan kripik pisang yang
berkualitas. Kebanyakan industri kripik pisang masih menggunakan cara manual,
dengan menggunakan pisau untuk mengiris pisang, sehingga hasil irisan tidak
optimal. Disamping itu, ada beberapa home industri yang menggunakan pisau
yang diletakkan pada piringan berputar. Jika pisang masih panjang, proses
pengirisan dapat dilakukan dengan mudah. Akan tetapi jika pisang sudah pendek
( karena sudah diiris ) , maka irisan pisang yang dihasilkan banyak yang sobek.
Kualitas bentuk dan geometri irisan pisang sangat tergantung dari kondisi dan
keterampilan operatornya. Oleh karena itu, selain kurang hhigienis, ketebalan
irisan pisang yang dihasilkan tidak seragam. Padahal ketebalan irisan sangat
mempengaruhi kerenyahan dari keripik pisang. Untuk itu perlu dilakukan
perancangan mesin pengiris pisang yang mampu menghasilkan irisan pisang
dengan ketebalan yang seragam, lebih higienis, aman, serta dapat meningkatkan
kapasitas produksi.
1
2
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas dapat dirumuskan permasalahan-permasalaan
sebagai berikut:
1. Bagaimana cara menentukan motor yang digunakan pada mesin pengiris
pisang.
2. Bagaimana cara merencanakan pembuatan poros yang dipakai pada mesin
pembuat pengiris pisang.
3. Bagaimana cara merencanakan pembuatan pasak yang dipakai pada mesin
pengiris pisang.
4. Bagaimana cara merencanakan pembuatan sabuk V yang dipakai pada
mesin pengiris pisang.
5. Bagaimana cara merencanakan pulley yang dipakai pada mesin pengiris
pisang.
1.3 Tujuan dan Manfaat
1.3.1 Tujuan
Tujuan dari pembuatan mesin ini adalah:
1. Dapat merancang mesin tepat guna bagi masyarakat.
2. Mampu mempelajari mekanisme kerja mesin pengiris pisang.
1.3.2
Manfaat
Adapun manfaat yang bisa didapat dengan adanya mesin ini yaitu:
1. Mempermudah serta mempercepat pengirisan pisang.
2. Untuk meningkatkan keamanan.
3. Meningkatkan produktivitas produksi pada pengirisan keripik
pisang home industri.
3
BAB. 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin.
Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan
utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Sebagai elemen yang
meneruskan daya dan putaran, poros merupakan elemen utama, dilihat dari
fungsinya tersebut. Sebagian besar mekanisme yang mentransmisikan daya
dilakukan melalui putaran dan hanya poros yang dapat melakukan mekanisme
tersebut.
Poros adalah alat mekanis yang mentransmisikan gerak berputar dan
daya. Setiap elemen mesin yang berputar, seperti cakra tali, puli sabuk mesin,
piringan kabel, tromol kabel, roda jalan, dan roda gigi, dipasang berputar terhadap
poros dukung yang tetap atau dipasang tetap pada poros dukung yang berputar.
Contoh sebuah poros dukung yang berputar, yaitu poros roda kereta api, As
gardan, dan lain-lain.
Untuk merencanakan sebuah poros, maka perlu diperhitungkan gaya yang
bekerja pada poros di atas antara lain: Gaya dalam akibat beratnya (W) yang
selalu berpusat pada titik gravitasinya. Gaya (F) merupakan gaya luar arahnya
dapat sejajar dengan permukaan benda ataupun
membentuk sudut α dengan
permukanan benda. Gaya F dapat menimbulkan tegangan pada poros, karena
tegangan dapat rimbul pada benda yang mengalami gaya-gaya. Gaya yang timbul
pada benda dapat berasal dari gaya dalam akibat berat benda sendiri atau gaya luar
yang mengenai benda tersebut.
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai
macam keamanan biasanya dapat diambil dari perencanaan, sehingga koreksi
pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah f c maka daya rencana Pd
(kW) (Sularso, 1997):
3
4
Pd=fc . P
3
5
Keterangan:
P=Daya nominal output dari motor
Pd =daya rencana (kW)
fc= Faktor koreksi daya yang ditransmisikan
1,2-2,0
: untuk daya rata-rata yang diperlukan
0,8-1,2
: daya maksimum yang diperlukan
1,0-1,5
: daya yang ditransmisikan
Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) adalah T (kg . mm)
maka (Sularso, 1997):
T
2 πn
(
)
(
)
P = 1000 60
d
120
Sehingga momen puntir / Torsi (T) (Sularso, 1997):
Pd
T=9,74x105 n
1
Keterangan:
T=momen puntir (kg.mm)
n1=putaran poros (rpm)
Pd=daya rencana (kW)
Tegangan gesr yang diijinkan (Sularso, 1997):
σB
τa = sf . sf
1
2
Keterangan:
σ B=kekuatan tarik beban (kg/mm2)
sf 1 , sf 2=faktor keamanan
τa =tegangan yang diijinkan (kg/mm2)
sedangkan besarnya poros adalah (Sularso, 2002):
6
1
ds≥ =[ ( 5,1/τ a ) √ ( K m x M )2 + ( K t x T ) 2 ] 3
Keterangan:
ds=panjang keliling sabuk (mm)
τa =tegangan yang diijinkan (kg/mm2)
Kt = faktor koreksi momen puntir
1,0 jika beban dikenakan secara halus
1,0-1,5 jika beban terjadi sedikit kejutan atau tumbukan
1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar
Km = faktor koreksi beban lentur
1,5-2,0 untuk beban tumbukan ringan
2,0-3,0 untuk beban tumbukan berat
M=momen lentur gabungan (kg . mm)
T=momen puntir rencana (kg . mm)
Defleksi / lenturan θ (Sularso, 2002):
584.T .l
θ = Gd 4
s
keterangan:
G=modulus geser baja = 8,3 x 103 kg/mm2
T=momen puntir (kg . mm)
l =panjang poros (mm)
ds =diameter poros (mm)
2.2 Pasak
Pasak adalah bagian dari mesin yang berfungsi untuk penahan/pengikat
benda yang berputar. Bagian ini biasanya berupa Shaft yang berfungsi sebagai
transfer daya dengan Gear atau roda gigi maupun pulley yang berfungsi untuk
mengatur perbandingan putaran. Dengan pasak inilah akan di peroleh sambungan
yang kuat dan fleksibel/mudah untuk di pasang dan di lepas.
7
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagianbagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli , kopling, dll. Pada poros. Momen
diteruskan dari poros ke naf atau naf ke poros.
Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat
bentuk prismatis dan tirus yang kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan
pencabutannya. Kemiringan pada pasak tirus umumnya sebesar 1/100, dan
pengerjaan harus hati-hati agar naf tidak menjadi eksentrik. Pada pasak yang rata,
sisi sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan
rusak. Untuk pasak, umumnya dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga
pasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga
pasak yang murah serta mudah menggantinya. Sebagai contoh ambillah suatu
poros yang dibebani dengan puntiran murni atau gabugan antara puntiran dan
lenturan, dimana diameter poros dan pasak serta alurnya akan ditentukan.
Jika momen rencana dari poros adalah T (kg.mm), dan diameter poros adala
ds (mm), maka gaya tangensial F (kg) pada permukaan poros adalah
F=
T
ds
2
( )
Menurut lambang pasak yang diperlihatkan dalam gambar 6, gaya geser
bekerja pada penampang mendatar b x l (mm2) oleh gaya F (kg). dengan demikian
tegangan geser τk (kg/mm2) yang ditimbulkan adalah
τ k=
F
bl
Dari tegangan geser yang diizinkan τ ka (kg/mm2), panjang pasak l1 (mm) yang
diperlukan dapat diperoleh.
F
τ ka ≧ b .l
1
8
Gambar 2.1 Gaya geser pada pasak.
Harga τ ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σB
dengan faktor keamanan Sfk1 x Sfk2. Harga Sfk1 umumnya diambil 6 dan Sfk2
dipilih antara 1-1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan, antara 1,5-3 jika
dikenakan dengan tumbukan ringan, dan antara 2-5 jika dikenakan secara tiba-tiba
dan dengan tumbukan berat.
Selanjutnya, perhitungan untuk menghindari kerusakan permukaan samping
pasak karena tekanan bidang juga diperlukan. Gaya keliling F (kg) yang sama
seperti tersebut diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Kedalaman
alur pasak pada poros dinyatakan dengan t1 dan kedalaman alur pasak pada naf
denga t2. Abaika pengurangan luas permukaan ole pembulatan sudut pasak. Dalam
hal ini tekanan permukaan p (kg/mm2) adalah
p=
F
l x( t 1 ataut 2)
Dari harga tekanan permukaan yang diizinkan pa (kg), panjang pasak yang
diperlukan dapat dihitung dari
pa ≧
F
l x (t 1 atau t 2 )
Harga pa adalah sebesar 8 (kg/mm2) untuk poros dengan diameter kecil, 10
(kg/mm2) untuk poros diameter besar, dan setengah dari harga-harga diatas untuk
poros berputaran tinggi.
9
Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25-35 % dari diameter
poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter
poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds). Karena lebar dan tinggi pasak sudah
distandarkan, maka beban yang ditimbulkan oleh gaya F yang besar hendaknya
diatasi dengan menyesuaikan panjang pasak. Namun demikian, pasak yang terlalu
panjang tidak dapat menahan tekanan yang merata pada permukaannya. Jika
terdapat pembatasan pada ukuran naf atau poros, dapat dipakai ukuran yang tidak
standar atau diameter poros perlu dikoreksi.
2.2.4 Perencanaan Pasak
1. Gaya tangensial pada permukaan poros.
P
9 ,74⋅105⋅ d
n
F=
ds
2
( )
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
F
= gaya tangensial pada permukaan poros (kg)
Pd
= daya rencana (kW)
n
= putaran poros (rpm)
ds
= diameter poros (mm)
2. Tegangan geser yang ditimbulkan.
Gaya geser yang bekerja pada penampang mendatar dari suatu pasak dapat
dihitung dengan persamaan berikut:
τk=
F
b⋅l
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
τk
= tegangan geser yang ditimbulkan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
b
= lebar alur pasak (mm)
10
l
= panjang alur pasak (mm)
3. Tegangan geser yang diizinkan.
F
τ ka ≥
b . l 1 …………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
τ ka
= tegangan geser yang diizinkan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
b
= lebar alur pasak (mm)
l1
= panjang alur pasak (mm)
Harga τ ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik σ B
Dengan factor keamanan Sfk1 x Sfk2. Harga Sfk1 umumnya diambil 6, dan Sfk2
dipilih antara 1-1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan, antara 1,5-3 bila
poros dikenakan tumbukan ringan, dan antara 2-5 bila poros dikenakan beban
secara tiba-tiba dan dengan tumbukan berat.
4. Tekanan permukaan.
p=
F
l⋅( t 1 atau t 2 )
…………… (Sularso, 1997)
Keterangan :
p
= tekanan permukaan (kg/mm2)
F
= gaya tangensial (kg)
l
= panjang pasak (mm)
t1, t2
= kedalaman alur pasak (mm)
2.3 Perencanaan Pulley
11
a. Perbandingan reduksi
i=n1 / n2
b. Diameter pulley yang digerakkan (Sularso, 1997)
Dp = dp . i
Keterangan:
dp=diameter pulley penggerak (mm)
i=reduksi
c. Diameter luar pulley penggerak (mm)
Untuk pulley penggerak (dk1) dapat dicari dengan:
dk1= d1+2k
untuk pulley yang digerakkan (dk2)
dk2= d2+2k
keterangan:
d1= diameter pulley pengggerak (mm)
d2= diameter pulley yang digerakkan (mm)
2.4 Perencanaan Sabuk-V
a. Untuk menentukan putaran poros yang direduksi
n1 D p
n2 = d p
Keterangan:
d p=diameter pulley yang digerakkan
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
n1= putaran pulley penggerak (rpm)
n2= putaran pulley yang digerakkan (rpm)
b. Kecepatan linier sabuk-V
Kecepatan linier sabuk-V dapat dihitung dengan rumus (Sularso, 1997)
πxd 1 n 1
v= 60 x 1000
Keterangan:
v= kecepatan linier sabuk (m / dt)
12
d1=diameter pulley (mm)
n1= putaran poros motor (rpm)
c. Panjang keliling sabuk (Sularso, 1997):
π
1
L=2C+ 2 ( d p+ D p )+ 4 C ¿
Keterangan:
L=panjang keliling sabuk (mm)
dp=diameter pulley yang digerakkan (mm)
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
C=jarak antara poros (mm)
d. Sudut kontak antara pulley dan belt
Besarnya sudut kontak antara pulley dan belt dapat dicari dengan
menggunakan rumus (Sularso, 1997):
Ө=180o −
57 ( D p−d )
C
p
Keterangan:
Ө=sudut kontak (o)
dp=diameter pulley yang digerakkan (mm)
Dp=diameter pulley penggerak (mm)
C=jarak antara poros (mm)
e. Jumlah sabuk yang diperlukan (Sularso, 1997):
Pd
N= P Kθ
o
Keterangan:
N=jumlah sabuk yang diperlukan (Sularso, 1997)
Pd =daya rencana (kW)
Po =daya yang ditransmisikan oleh sabuk (kW)
Kθ=faktor koreksi
2.5 Daya Mesin dan Tenaga Penggerak
13
Untuk menghitung daya mesin (P) terlebih dahulu dihitung torsinya
(T), yaitu:
T=FxR
(Robert L. Mott, 2009:81)
Keterangan:
F = gaya potong hijauan (kg)
R = jari-jari lingkaran perajangan, titik potong terluar (m)
Setelah mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan gaya potong,
selanjutnya bisa dihitung daya mesin. Daya mesin (P) dihitung dengan:
T .n
P = 63000
(Robert L. Mott, 2009:81)
Torsi (T) pada rumus di atas masih dalam satuan lb-in, maka perlu
dikonversi ke dalam satuan kg-mm. Sehingga menjadi:
T .n
P = 72585,1 .
,
Keterangan:
T = torsi dari gaya potong (kg.mm)
n = putaran perajangan (rpm)
BAB. 3 METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Gambar dan Mekanisme Alat
Bentuk dari mesin pengiris pisang dapat dilihat dari gambar dibawah ini.
Gamabar 3.1 Mesin Pengiris Pisang
Keterangan :
1. Rangka utama
10. Hopper
2. Puli
11. Tutup piringan
3. Motor listrik
12. Tutup atas
4. V-Belt
13. Poros tengah
5. Tutup depan
14. Poros atas
6. Pisau perajang
15. Tutup belakang
14
15
7. Piringan (tempat pisau)
16. Bearing
8. Saluran keluar
17. Tutup samping kanan
9. Tutup samping kiri
Mesin perajang singkong ini akan bekerja ketika motor listrik dihidupkan
maka akan berputar kemudian gerak putar dari mesin ditransmisikan ke puli 1,
dari puli 1 ditransmisikan ke puli 2 dengan menggunakan belt untuk
menggerakkan poros 1. Jika poros 1 berputar maka akan menggerakkan puli 3 dan
4 dengan menggunakan belt untuk menggerakkan poros 2. Setelah poros 2
berputar maka piringan tempat pisau akan berputar dan singkong siap untuk
dirajang. Setelah singkong dirajang maka akan keluar melalui corong.
3.2 Alat
Peralatan yang digunakan dalam perancangan alat pengiris pisang adalah
sebagai berikut :
1. Mesin las SMAW
11. Obeng ( - dan + )
2. Mesin bubut
12. Ragum
3. Mesin sekrap
13. Tang
4. Mesin gerinda potong
14. Mistar baja
5. Mesin bor
15. penggores
6. Palu
16. penitik
7. Sarung tangan
17.penggores
8. Pelindung mata
9. Amplas
10. Kunci pas 1 set
16
3.3 Bahan
Bahan yang digunakan dalam perancangan alat pengiris pisang adalah
sebagai berikut:
1. Pelat siku
6. V - belt
2. Pegas
7. Poros
3. Besi pipih
8. Bantalan
4. Besi siku
9. Mur dan baut M8
5. Pulley
10.Elektroda
3.4 Metode Pelaksanaan
3.4.1 Pencarian Data
Dalam merencanakan perancangan sebuah mesin. Maka terlebih dahulu
dilakukan pengamatan dilapangan dan studi literatur.
3.4.2 Studi Pustaka
Sebagai referenci dan penunjang dalampembuatan mesin pengiris pisang
antara lain :
1. Kontruksi rangka
2. Proses pengelasan
3. Proses pemesinan
4. Kerja bangku dan pelat
3.4.3 Perencanaan
Setelah melakukan pencarian data yang didapat dari literatur studi
lapangan dan kepustakaan, maka maka dapat direncakan bahan – bahan yang
diperlukan dam perancangan pembuatan mesin pengiris pisang untuk home
industri. Dalam hal ini proses yang akan dirancang adalah sebaga berikut :
1. Perencanaan daya
2. Perencanaan poros
17
3. Perencanaan pasak
4. Sabuk V
5. Pulley
3.4.4 Pembuatan Laporan
Pembuatan laporan tugas perancanagn elemen mesin ini dilakukan melalui
beberapa tahapan. Tahapan tersebut antara lain analisa, perancangan, dan
pembuatan alat sampai dengan selesai. Tahapan – tahapan yang telah siap tersebut
kemudian dilakukan penulisan laporan sampai dengan selesai.