Feed box mesin bubut setara dengan mesin bubut aciera 7044 - USD Repository
FEED BOX MESIN BUBUT SETARA
DENGAN MESIN BUBUT ACIERA 7044
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh :
TRIS SAPUTRA
NIM : 015214121
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
A DESIGN OF A LATHE FEED BOX
EQUIVALENT TO ACIERA 7044 TYPE
FINAL PROJECT
Presented as Partial fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering By
TRIS SAPUTRA
Student Number : 015214121
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 25 Oktober 2007 Tris Saputra
“Kupersembahkan untuk Bapak, Mamak, Abang dan kedua Adikku Theo dan Tendo”
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus dan Bunda Maria, yang telah memberikan berkat, semangat, rahmat dan cinta kasih yang berlimpah di dalam penulisan tugas akhir ini hingga selesai.
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sabagai Sarjana Teknik.
Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Ir. Greg Heliarko, SJ., SS., B.ST., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Kaprodi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Ir.Rines Alapan, M.T. selaku Dosen pembimbing akademik dan pembimbing tugas akhir.
4. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
5. Bapakku Doddy Lukianto, Mamakku Rita, Abangku Wahyu Topan Prakarsa dan kedua adikku Theo Fernando dan Tendo Franco, serta seluruh keluarga, terimakasih atas finansial, doa dan dukungannya.
6. Kekasihku Maria Lourdes Wiranti yang telah membuatku terbangun.
7. Teman-teman di kost “Joentoel”: Dimas, Lasro dan Ahoq, semoga
8. Teman-teman satu angkatan : Ginting, Berti, Acai, Murdi, Teguh, Bernard, Alex Saputra, Roy, Anggoro, Ateng, Jimmy, Yani, Edo, Culai dan seluruh teman-teman Teknik Mesin angkatan 2001.
9. Teman- teman yang lain : Mbak Ningrum dan Alex Manalu.
10. Rekan-rekan dan semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.
Penulis Tris Saputra
INTISARI
Dalam tugas akhir ini akan dirancang salah satu bagian dari sistem transmisi mesin bubut yaitu feed box yang setara dengan feed box mesin bubut tipe ACIERA 7044 buatan PT. Texmaco Perkasa Engineering.
Feed box ACIERA 7044 ini memiliki 17 macam kecepatan pemakanan (feeding), dua jenis pengerjaan ulir (ulir metris dan ulir whitworth) dan menggunakan penggerak motor listrik dengan daya 2,2 kW. Feed box ACIERA 7044 ini memiliki kecepatan pemakanan terendah 0,031 mm per putaran spindel dan kecepatan pemakanan tertinggi sebesar 1 mm per putaran spindel.
Dengan mengambil pola variasi kecepatan pemakanan dari feed box ACIERA 7044 dan daya motor penggerak yang sama, maka perancangan ini menghasilkan feed box baru yang mempunyai 18 kecepatan pemakanan dan satu jenis pengerjaan ulir (ulir metris). Feed box hasil rancangan ini memiliki kecepatan pemakanan terendah 0,031 mm per putaran spindel dan kecepatan pemakanan tertinggi sebesar 1,6 mm per putaran spindel.
ABSTRACK
A lathe transmission system will design in this final project, it is called feed box. This feed box is equivalent to ACIERA 7044 type which made by PT. Texmaco Perkasa Engineering.
ACIERA 7044 feed box has 17 feeding, two kind of thread (metric thread and whitworth thread) and use electric motor with power capacity 2,2 kW. ACIERA 7044 feed box also has lowest feeding 0,031 mm per spindle rotation and highest feeding 1 mm per spindle rotation.
This design take variation pattern of feeding and capacity power electric motor of ACIERA 7044, therefore in this design produce a new feed box which has 18 feeding and one kind of thread (metric thread only). The new feed box has lowest feeding 0,031 mm per spindle rotation and highest feeding 1,6 mm per spindle rotation.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................. iii
HALAMAN PERNYATAN ................................................................................ v
HALAMAN MOTTO ......................................................................................... vi
KATA PENGANTAR........................................................................................ vii
INTISARI ............................................................................................................ ix
DAFTAR ISI........................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xxi
BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Perancangan......................................................................... 1
1.2 Tujuan Perancangan ...................................................................................... 2
1.3 Tahapan Perancangan ................................................................................... 2
BAB II DASAR TEORI
2.1 Mesin Bubut .................................................................................................. 4
2.1.1 Definisi dan Fungsi Mesin Bubut ..................................................... 4
2.1.2 Bagian-Bagian Utama Mesin Bubut ................................................. 6
2.1.3 Bagian-Bagian Pelengkap Mesin Bubut ........................................... 8
2.2 Kotak Roda Gigi Pengatur Pemakanan (Feed Box) ...................................... 8
2.2.1 Klasifikasi Feed Box ......................................................................... 8 1). Feed Box dengan Change Gear .................................................. 8 2). Feed Box dengan Gear Cone and Sliding Gear........................ 10 3). Feed Box dengan Tumbler Gear (Norton’s Gear) .................... 11 4). Feed Box dengan Sliding Gear ................................................. 12
2.2.2 Komponen Feed Box....................................................................... 13 1). Poros.......................................................................................... 13 2). Pasak ......................................................................................... 14 3). Roda Gigi .................................................................................. 16 4). Bantalan .................................................................................... 17
2.3 Mekanisme Feed Box.................................................................................. 19
2.4 Pelumasan ................................................................................................... 19
BAB III PENGATURAN KECEPATAN FEED BOX
3.1 Menentukan Variasi Kecepatan Pemakanan............................................... 21
3.1.1 Perbandingan Deret Ukur (Geometric Progression Ratio)............. 22
3.1.2 Jumlah Tingkat Kecepatan.............................................................. 24
3.2 Formula Struktur ......................................................................................... 27
3.3 Diagram Struktur dan Analisisnya .............................................................. 29
3.4 Menentukan Putaran Poros Output ............................................................. 32
3.4.1 Rasio Apron Box ............................................................................. 34
3.4.2 Modul dan Jumlah Gigi Pinion Pasangan Rack.............................. 34
3.4.3 Rasio Roda Gigi Tukar (Change Gear) .......................................... 36
3.5 Menentukan Jumlah Gigi ............................................................................ 37
3.6 Diagram Kinematik Feed Box Sementara................................................... 45
BAB IV PERHITUNGAN EFISIENSI DAN DAYA
4.1 Data Awal ................................................................................................... 46
4.2 Efisiensi Mekanis Pada Sistem Transmisi .................................................. 47
4.3 Daya Pemotongan dan Daya Pemakanan.................................................... 48
4.4 Diameter Benda Kerja................................................................................. 51
BAB V PERANCANGAN KOMPONEN FEED BOX
5.1 Roda Gigi .................................................................................................... 52
5.1.1 Variabel untuk Menghitung Roda gigi............................................ 52
5.1.2 Penghitungan Roda Gigi ................................................................. 53
5.2 Poros............................................................................................................ 65
5.2.1 Penghitungan Poros Satu ( 1 )......................................................... 66
5.2.2 Penghitungan Poros Dua ( 2 ) ......................................................... 85
5.2.3 Penghitungan Poros Tiga ( 3 )....................................................... 103
5.2.4 Penghitungan Poros Empat ( 4 ) ................................................... 127
5.2.5 Penghitungan Poros Lima ( 5 ) ..................................................... 142
5.3 Spline dan Pasak........................................................................................ 152
5.3.1 Poros Bintang (Spline Shaft) ......................................................... 152
5.3.2 Pasak ............................................................................................. 159
5.4 Baut dan Mur ............................................................................................ 166
5.4.1 Baut untuk Mengikat RG 1, RG 2 dan RG 3 ................................ 167
5.4.2 Baut untuk Mengikat RG 13 dan RG 15....................................... 168
5.5 Bantalan .................................................................................................... 170
5.5.1 Bantalan pada Poros Satu ( 1 ) ...................................................... 170
5.5.2 Bantalan pada Poros Dua ( 2 ) ...................................................... 175
5.5.3 Bantalan pada Poros Tiga ( 3 )...................................................... 179
5.5.4 Bantalan pada Poros Empat ( 4 )................................................... 186
5.5.5 Bantalan pada Poros Lima ( 5 )..................................................... 190
5.6 Tuas Penggeser Roda Gigi ........................................................................ 192
5.6.1 Tuas Satu ( 1 ) ............................................................................... 196
5.6.2 Tuas Dua ( 2 )................................................................................ 196
5.6.3 Tuas Tiga ( 3 ) ............................................................................... 197
5.7 Circlip ....................................................................................................... 199
5.8 Kotak Transmisi (Gear Boxes).................................................................. 201
5.8.1 Desain Kotak/Rumah Roda Gigi (Gear Box/Housing)................. 203
5.8.2 Menentukan Dimensi Gear Box/Housing ..................................... 205
BAB VI PELUMASAN
6.1 Pemilihan Jenis Pelumas ........................................................................... 209
6.2 Metode Pelumasan .................................................................................... 216
BAB VII KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN GAMBAR HASIL PERANCANGAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin bubut ACIERA 7044................................................................. 4Gambar 2.2 Prinsip gerakan pembubutan ............................................................... 5Gambar 2.3 Hasil pembubutan................................................................................. 5Gambar 2.4 Bagian utama mesin bubut ................................................................... 6Gambar 2.5 Change gear.......................................................................................... 9Gambar 2.6 Gear cone and sliding key .................................................................. 10Gambar 2.7 Tumbler gear (Norton’s gear) ............................................................ 11Gambar 2.8 Sliding gear (Feed box ACIERA 7044) ............................................. 12Gambar 2.9 Pasak dan spline ................................................................................. 15Gambar 2.10 Roda gigi ............................................................................................ 16Gambar 2.11 Jenis bantalan luncur .......................................................................... 17Gambar 2.12 Jenis bantalan gelinding ..................................................................... 18Gambar 3.1 Diagram struktur feed box ................................................................. 30Gambar 3.2a Diagram kinematik feed box.............................................................. 32 Gambar 3.2b Diagram struktur keseluruhan ............................................................ 33
Gambar 3.3 Diagram struktur nilai-nilai pemakanan dan putaran poros output(feed shaft) ......................................................................................... 36
Gambar 3.4 Perubahan posisi sumbu poros disertai penambahan roda gigi untuk keperluan pembuatan ulir................................................................... 37Gambar 3.5 Diagram struktur yang telah dimodifikasi untuk keperluan pembuatan ulir.................................................................................... 43Gambar 3.6 Susunan fed box sementara................................................................ 45Gambar 3.7 Susunan feed box sementara setelah dimodifikasi............................. 45Gambar 4.1 Sistem transmisi speed box ................................................................ 47Gambar 4.2 Gaya yang terjadi saat pembubutan ................................................... 49Gambar 5.1 Roda gigi lurus dan nama bagian-bagiannya ..................................... 52Gambar 5.2 Diagram pemilihan modul roda gigi lurus ......................................... 53Gambar 5.3 Contoh poros transmisi ...................................................................... 63Gambar 5.5 Posisi roda gigi yang bertaut dengan pasangannya menimbulkan momen lentur maksimum pada poros satu......................................... 65Gambar 5.6 Jarak antar komponen saat pembebanan lentur maksimum pada poros satu................................................................................... 65Gambar 5.7 Skema arah dan besar gaya yang dialami poros satu ......................... 66Gambar 5.8 BMD akibat pasangan roda gigi ganti dan roda gigi satu dan komponen dari poros lima (arah horizontal)...................................... 67Gambar 5.9 BMD akibat pasangan roda gigi ganti dan roda gigi satu dan komponen dari poros lima (arah vertikal).......................................... 67Gambar 5.10 Faktor konsentrasi teganganα untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi fillet .......... 72
Gambar 5.11 Faktor konsentrasi teganganβ untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi fillet....... 73
Gambar 5.12 Diagram M/EI batang AC (horizontal) .............................................. 75Gambar 5.13 Diagram M/EI batang DB (horizontal) .............................................. 75Gambar 5.14 Diagram M/EI batang EB (horizontal)................................................ 76Gambar 5.15 Diagram M/EI batang AD (horizontal) ............................................... 77Gambar 5.16 Diagram M/EI batang BC (horizontal) ............................................... 77Gambar 5.17 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................... 78Gambar 5.18 Diagram M/EI batang DB (vertikal) ................................................... 78Gambar 5.19 Diagram M/EI batang EB (vertikal).................................................... 79Gambar 5.20 Diagram M/EI batang AD (vertikal) ................................................... 80Gambar 5.21 Diagram M/EI batang BC (vertikal) ................................................... 80Gambar 5.22 Posisi roda gigi yang bertaut dengan pasangannya menimbulkan momen lentur maksimum pada poros dua ......................................... 85Gambar 5.23 Jarak antar komponen saat pembebanan lentur maksimum pada poros dua ................................................................................... 86Gambar 5.24 Skema arah dan besar gaya yang dialami poros dua.......................... 86Gambar 5.25 BMD akibat pasangan roda gigi enam dan roda gigi sebelas dan komponen dari poros empat (arah horizontal) ................................... 87Gambar 5.26 BMD akibat pasangan roda gigi enam dan roda gigi sebelas dan komponen dari poros empat (arah vertikal) ....................................... 88Gambar 5.27 Diagram M/EI batang AC (horizontal) .............................................. 92Gambar 5.28 Diagram M/EI batang AB (horizontal) .............................................. 92Gambar 5.29 Diagram M/EI batang AD (horizontal) ............................................... 93Gambar 5.30 Diagram M/EI batang EB (horizontal)................................................ 94Gambar 5.31 Diagram M/EI batang BC (horizontal) ............................................... 94Gambar 5.32 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................... 95Gambar 5.33 Diagram M/EI batang AB (vertikal) ................................................... 95Gambar 5.34 Diagram M/EI batang AD (vertikal) ................................................... 97Gambar 5.35 Diagram M/EI batang EB (vertikal).................................................... 97Gambar 5.36 Diagram M/EI batang BC (vertikal) ................................................... 98Gambar 5.37 Posisi roda gigi yang bertaut dengan pasangannya menimbulkan momen lentur maksimum pada poros tiga ....................................... 103Gambar 5.38 Jarak antar komponen saat pembebanan lentur maksimum pada poros tiga ................................................................................. 104Gambar 5.39 Skema arah dan besar gaya yang dialami poros tiga........................ 104Gambar 5.40 BMD batang AC (horizontal)........................................................... 105Gambar 5.41 Diagram M/EI batang AC (horizontal) ............................................ 106Gambar 5.42 Diagram M/EI batang BC (horizontal) ............................................ 106Gambar 5.43 BMD batang AC (vertikal) .............................................................. 107Gambar 5.44 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................. 107Gambar 5.45 Diagram M/EI batang BC (vertikal) ................................................. 108Gambar 5.46 BMD poros 3 (gaya tangensial) ........................................................ 109Gambar 5.47 BMD batang AC (vertikal) .............................................................. 110Gambar 5.48 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................. 110Gambar 5.49 Diagram M/EI batang BC (vertikal) ................................................. 111Gambar 5.50 BMD poros 3 (gaya radial) ............................................................... 113Gambar 5.51 Diagram M/EI batang AC (horizontal) ............................................. 117Gambar 5.52 Diagram M/EI batang AB (horizontal) ............................................. 117Gambar 5.54 Diagram M/EI batang BE (horizontal).............................................. 118Gambar 5.55 Diagram M/EI batang EC (horizontal).............................................. 119Gambar 5.56 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................. 120Gambar 5.57 Diagram M/EI batang AB (vertikal) ................................................. 120Gambar 5.58 Diagram M/EI batang AD (vertikal) ................................................. 121Gambar 5.59 Diagram M/EI batang BE (horizontal).............................................. 122Gambar 5.60 Diagram M/EI batang EC (horizontal).............................................. 123Gambar 5.61 Posisi roda gigi yang bertaut dengan pasangannya menimbulkan momen lentur maksimum pada poros empat ................................... 127Gambar 5.62 Jarak antar komponen saat pembebanan lentur maksimum pada poros empat ............................................................................. 128Gambar 5.63 Penyambungan poros empat dengan poros dua ............................... 128Gambar 5.64 Skema arah dan besar gaya yang dialami poros empat.................... 129Gambar 5.65 BMD akibat pasangan roda gigi 14 dan roda gigi 16 (horizontal)... 130Gambar 5.66 BMD akibat pasangan roda gigi 14 dan roda gigi 16 (vertikal)....... 130Gambar 5.67 Diagram M/EI batang AC (horizontal) ............................................. 134Gambar 5.68 Diagram M/EI batang AB (horizontal) ............................................. 134Gambar 5.69 Diagram M/EI batang BC (horizontal) ............................................. 135Gambar 5.70 Diagram M/EI batang AC (vertikal) ................................................. 136Gambar 5.71 Diagram M/EI batang AB(vertikal) .................................................. 136Gambar 5.72 Diagram M/EI batang BC(vertikal) .................................................. 137Gambar 5.73 Posisi roda gigi yang bertaut dengan pasangannya menimbulkan momen lentur maksimum pada poros lima ...................................... 142Gambar 5.74 Jarak antar komponen saat pembebanan lentur maksimum pada poros lima ................................................................................ 143Gambar 5.75 Skema arah dan besar gaya yang dialami poros empat.................... 143Gambar 5.76 BMD akibat pasangan roda gigi 17 dan roda gigi 18 (horizontal)... 144Gambar 5.77 BMD akibat pasangan roda gigi 17 dan roda gigi 18 (vertikal)....... 145Gambar 5.78 Poros bintang..................................................................................... 152Gambar 5.79 Penampang spline ............................................................................. 154Gambar 5.81 Gaya geser pada pasak ...................................................................... 160Gambar 5.82 Panjang jangkauan geser roda gigi.................................................... 165Gambar 5.83 Beberapa jenis baut ........................................................................... 166Gambar 5.84 Tekanan permukaan pada ulir ........................................................... 167Gambar 5.85 Bantalan gelinding bola baris tunggal............................................... 170Gambar 5.86 BMD poros 1 (gaya tangensial) ........................................................ 170Gambar 5.87 BMD poros 1 (gaya radial) ............................................................... 171Gambar 5.88 BMD poros 2 (gaya tangensial) ........................................................ 175Gambar 5.89 BMD poros 2 (gaya radial) ............................................................... 176Gambar 5.90 BMD poros 3 (gaya tangensial) ........................................................ 179Gambar 5.91 BMD poros 3 (gaya radial) ............................................................... 180Gambar 5.92 BMD poros 4 (gaya tangensial) ........................................................ 186Gambar 5.93 BMD poros 4 (gaya radial) ............................................................... 186Gambar 5.94 BMD poros 5 (gaya tangensial) ........................................................ 190Gambar 5.95 BMD poros 5 (gaya radial) ............................................................... 190Gambar 5.96 Joystick controls................................................................................ 192Gambar 5.97 Radial cams dan drum cams.............................................................. 192Gambar 5.98 Shifter dan lever ................................................................................ 193Gambar 5.99 Double sided swinging lever............................................................. 193Gambar 5.100 Ukuran shifter.................................................................................... 194 Gambar 5.101 Ukuran shifter.................................................................................... 194 Gambar 5.102 Tuas 1 ................................................................................................ 196 Gambar 5.103 Tuas 2 ................................................................................................ 197 Gambar 5.104 Tuas 3 ................................................................................................ 198 Gambar 5.105 Kotak transmisi industri .................................................................... 203 Gambar 5.106 Penampang dari kotak transmisi pengerol beralur ............................ 204 Gambar 5.107 Motor kotak transmisi dengan motor pemasangan khusus ............... 205 Gambar 5.108 Jarak bantalan pada kedua ujung poros 3.......................................... 206 Gambar 5.109 Bentuk tutup rumahan ....................................................................... 207
Gambar 6.1 Pengambilan data dari diagram struktur ........................................... 211Gambar 6.2 Grafik persamaan linear untuk mencari nilai tekanan gelindingStribeck (ks/v) ................................................................................... 214
Gambar 6.3 Kelas viskositas ISO (ISO VG) menurut DIN 51519 ....................... 215Gambar 6.4 Beberapa mekanisme pelumasan ...................................................... 217Gambar 6.5 Pelumasan bantalan dengan scraper (penuang minyak) mampu setel ...................................................................................... 218Gambar 7.1 Feed box hasil rancangan .................................................................. 219Gambar 7.2 Feed box tampak depan dan tampak samping................................... 221DAFTAR TABEL
Tabel 4.2 Spesifikasi motor listrik ...................................................................... 48Tabel 5.5 Hasil perhitungan roda gigi................................................................. 60Tabel 5.4 Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi..................................... 58pada bahan roda gigi ................... 57
σ B a
B
Tabel 5.3 Tegangan lentur yang diizinkanTabel 5.2 Faktor bentuk gigi ............................................................................... 56................................................................................. 55
v B
Tabel 5.1 Faktor dinamis f BTabel 4.3 Hasil perhitungan nilai K .................................................................... 50Tabel 4.1 Koefisien harga-harga efisiensi untuk berbagai transmisi dan penyangganya...................................................................................... 47Tabel 3.1a Variasi kecepatan pemakanan (feeding) ACIERA 7044 .................... 21 Tabel 3.1b Deret standar ....................................................................................... 22
(lead screw) ......................................................................................... 44
Tabel 3.11 Nilai-nilai pengerjaan ulir (pitch ulir) dan putaran poros outputTabel 3.10 Perbandingan putaran output feed shaft.............................................. 42Tabel 3.9 Jumlah gigi pada masing-masing roda gigi......................................... 40Tabel 3.8 Penjumlahan gigi pada pasangan roda gigi untuk group transmisi ketiga ................................................................................................... 39Tabel 3.7 Penjumlahan gigi pada pasangan roda gigi untuk group transmisi kedua ................................................................................................... 39Tabel 3.6 Penjumlahan gigi pada pasangan roda gigi untuk group transmisi pertama................................................................................................ 38Tabel 3.5 Nilai-nilai pemakanan dan putaran poros output (feed shaft)............. 35Tabel 3.4 Formula struktur terbaik...................................................................... 28Tabel 3.3 Hasil perhitungan 18 formula struktur ................................................ 28Tabel 3.2 Jumlah pemakaian poros dan roda gigi geser tiap jumlah tingkat kecepatan total (z) ............................................................................... 26Tabel 5.6 Besar gaya tangensial, gaya radial dan berat roda gigi pada poros satu.................................................................................... 66Tabel 5.7 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin .................................................................................................. 68Tabel 5.17 Ukuran poros bintang........................................................................ 153Tabel 5.27 Nilai standar untuk ukuran kotak transmisi ...................................... 202Tabel 5.26 Ukuran external circlips, type A ....................................................... 200Tabel 5.25 Ukuran external circlips, type C ....................................................... 199Tabel 5.24 Ukuran sliders yang terikat dengan pin............................................. 195Tabel 5.23 Ukuran sliders yang berputar bebas terhadap pin ............................. 195Tabel 5.22 Tekanan maksimum yang diizinkan, dll, dari bantalan radial .......... 188Tabel 5.21 Sifat-sifat bahan bantalan luncur....................................................... 187Tabel 5.20 Spesifikasi bantalan gelinding bola baris tunggal untuk diameter poros 22 ~ 35 mm ............................................................................. 185Tabel 5.19 Faktor e, X dan Y .............................................................................. 172Tabel 5.18 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir .................................. 168Tabel 5.16 Tekanan permukaan ijin.................................................................... 153Tabel 5.8 Diameter poros .................................................................................... 70Tabel 5.15 Besar gaya tangensial, gaya radial dan berat roda gigi pada poros lima.......................................................................................... 144Tabel 5.14 Besar gaya tangensial, gaya radial dan berat roda gigi pada poros empat ....................................................................................... 129Tabel 5.13 Besar gaya tangensial, gaya radial dan berat roda gigi pada poros tiga........................................................................................... 105Tabel 5.12 Besar gaya tangensial, gaya radial dan berat roda gigi pada poros dua ............................................................................................. 87suatu poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi fillet........ 73
β untuk pembebanan puntir statis dari
Tabel 5.11 Faktor konsentrasi tegangansuatu poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi fillet ........... 72
α untuk pembebanan puntir statis dari
Tabel 5.10 Faktor konsentrasi teganganTabel 5.9 Ukuran-ukuran utama pasak ............................................................... 71Tabel 6.1 Pemilihan viskositas kinematik oli pelumas roda gigiTabel 6.2 Data pasangan roda gigi penggerak (pada poros tiga) dan roda gigi yang digerakkan (pada poros empat) ................................. 211Tabel 6.3 Data pasangan roda gigi penggerak (pada poros tiga) dan roda gigi yang digerakkan (pada poros empat) ................................. 212Tabel 6.4 Pemilihan pelumas dan cara pelumasan............................................ 217Tabel 7.1 Nilai-nilai pemakanan ....................................................................... 220Tabel 7.2 Nilai-nilai pengerjaan ulir ................................................................. 220BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Mesin bubut merupakan mesin perkakas yang berfungsi untuk memproduksi benda yang berbentuk silindris. Mesin bubut memiliki banyak bagian utama dan setiap bagian utama memiliki fungsi yang berbeda untuk mendukung pengerjaan pembubutan sehingga dengan melihat fungsinya, bagian- bagian mesin bubut tidak dapat dipisahkan. Dari beberapa bagian utama tersebut tersusun dari beberapa komponen transmisi (poros, roda gigi dan bantalan) yang tersimpan/terletak dalam sebuah kotak (box) yang dinamakan “kotak transmisi”.
Feed box termasuk salah satu bagian utama mesin bubut yang berfungsi
mengatur keluaran berupa putaran untuk melakukan gerak pemakanan dan membuat ulir sesuai dengan standar yang telah ada atau ulir yang sering dipakai.
Feed box dirancang untuk mengatasi ketidakstabilan tangan operator yang
mengakibatkan tingkat kekasaran permukaan benda kerja tidak seragam, otomatisasi pemakanan apabila benda yang dibubut ukurannya panjang, menentukan pengerjaan akhir permukaan (penghalusan), membuat ulir dan menentukan produktivitas. Sebelum feed box digunakan, pengaturan pemakanan untuk pembuatan setiap ulir yang berbeda-beda harus melepas dan memasang roda-roda gigi (change gear) dengan ukuran yang berbeda-beda pula. Hal ini menyebabkan kerugian karena banyak waktu yang terbuang untuk mengganti roda-roda gigi tersebut. Dengan adanya feed box, para pengguna mesin bubut dapat dengan mudah dan cepat mengubah putaran untuk menentukan gerak pemakanan dan membuat ulir yang sesuai standar pada benda kerja.
Feed box yang dirancang akan mengacu pada feed box mesin bubut
ACIERA 7044 yang terletak di Laboratorium Mekatronika agar mudah untuk meninjau secara langsung karena jaraknya yang dekat, apabila merancang feed
box yang benar-benar baru akan didasari oleh banyak hal, yaitu kondisi kerja yang
akan dihadapi feed box, memperhatikan standar-standar pengerjaan pembubutan
box karena akan mempengaruhi bentuk dan cara kerja mesin bubut secara
keseluruhan. Oleh karena itu, merancang feed box yang benar-benar baru membutuhkan pengetahuan yang dalam tentang pemesinan, penelitian, kerjasama dan waktu yang lama.
1.2 Tujuan Perancangan
Perancangan ini dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:
1. Mendesain feed box mesin bubut yang setara dengan feed box mesin bubut ACIERA 7044 berdasarkan analisa dan pertimbangan-pertimbangan dengan mengaplikasikan dasar teori dan standarisasi.
2. Memahami lebih lanjut mekanisme feed box mesin bubut dan langkah- langkah dalam merancang.
3. Menyelesaikan pendidikan.
1.3 Tahapan Perancangan
Tahapan untuk melakukan perancangan feed box mengikuti prosedur di bawah ini:
1. Pengenalan masalah
Feed box ACIERA 7044 terdiri dari beberapa komponen transmisi
yaitu poros, roda gigi, pasak, bantalan, tuas penggeser roda gigi dan kotak transmisi dengan bentuk dan ukuran yang sedemikian rupa. Pada feed box mesin bubut ACIERA 7044 terdapat dua poros
output (feed shaft dan lead screw). Feed shaft adalah sumbu pengatur
gerak pemakanan dengan 17 macam variasi pemakanan dan lead screw adalah sumbu pengatur jarak kisar digunakan untuk membuat ulir. Sumber putaran feed box melewati beberapa transmisi diantaranya dari speed box dan roda gigi ganti (change gear). Putaran output dari feed
box diteruskan ke apron box untuk melakukan pemakanan.
2. Batasan masalah Perancangan yang dilakukan akan dibatasi pada:
a. Kesetaraan perancangan yang dimaksud bukan untuk mendapatkan
ACIERA 7044, tetapi untuk mendapatkan variasi pemakanan dan satu kondisi pengerjaan ulir metris yang mendekati kemampuan feed box ACIERA 7044.
b. Merancang komponen-komponen transmisi yang ada di dalam feed
box yaitu poros, roda gigi, pasak, bantalan, tuas penggeser roda gigi dan kotak transmisi.
c. Dimensi roda gigi ganti (change gear) dan dimensi transmisi pada
apron box tidak akan dirancang melainkan mengasumsikan perbandingan putaran yang dibutuhkan untuk transmisi feed box.
d. Pertimbangan secara ekonomis tidak dianalisa
e. Pemilihan bahan komponen tidak melihat ketersediaan bahan di pasaran.
3. Pengumpulan data Semua data kondisi pengerjaan yang tertera di plat pada speed box menjadi acuan untuk mendapatkan variasi putaran (terutama pada variasi putaran untuk feeding dengan satuan mm per putaran spindle). Diambil juga data lain dari berbagai macam buku referensi yang tertera pada daftar pustaka.
4. Perancangan/analisa Perancangan/analisa komponen dilakukan dengan penghitungan dan didesain/digambar dengan mengacu pada data, dasar teori dan standar yang diambil dari berbagai sumber untuk mendukung perancangan.
5. Kesimpulan Menyimpulkan hasil perancangan dengan melihat kesetaraan kemampuan feed box yang dirancang terhadap feed box ACIERA 7044.
6. Penyajian Hasil perancangan disajikan dalam bentuk tulisan dan gambar teknik serta dipresentasikan.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Mesin Bubut
2.1.1 Definisi dan Fungsi Mesin Bubut
Mesin bubut adalah salah satu mesin perkakas yang secara umum bentuknya seperti pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Mesin bubut ACIERA 7044 Mesin bubut berfungsi untuk memproduksi benda yang berbentuk silindris.Pembubutan adalah proses menghilangkan sebagian benda kerja dengan cara benda kerja yang dijepit pada cekam, diputar dengan kecepatan konstan dan disayat dengan pahat yang bergerak memanjang dan melintang seperti Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Prinsip gerakan pembubutanKeterangan:
a. Gerakan utama gerakan berputar benda kerja dinamakan kecepatan potong b. Gerakan memanjang gerakan yang sejajar dengan sumbu benda kerja atau gerakan pemakanan.
c. Gerakan melintang gerakan yang arahnya tegak lurus terhadap sumbu benda kerja atau gerakan pemotongan permukaan.
Bentuk-bentuk benda kerja yang dihasilkan adalah silindris, tirus, ulir dan rigi (kartel) seperti pada Gambar 2.3. Pekerjaan yang dapat dilakukan adalah
turning, threading, facing, drilling, boring, grinding dan polishing. Bahan benda
kerja yang dapat dikerjakan yaitu logam, plastik dan kayu.Gambar 2.3 Hasil pembubutan2.1.2 Bagian-Bagian Utama Mesin Bubut
Mesin bubut dan bagian-bagian utamanya dapat dilihat pada Gambar 2.4:
Gambar 2.4 Bagian utama mesin bubutKeterangan bagian-bagian utama mesin bubut :
1. Bangku bubut (lathe bed) Bangku bubut (lathe bed) merupakan kerangka utama pada mesin bubut yang menjadi tempat tumpuan carriage serta kepala lepas bergerak.
2. Kepala tetap (headstock) Pada bagian dalam kepala tetap (headstock) terdapat sistem penggerak roda gigi yang memindahkan putaran dari motor ke spindle dengan beberapa variasi putaran, dan pada salah satu sisi luarnya terdapat cekam untuk menjepit benda kerja yang terhubung dengan spindle.
3. Carriage Penopang utama dan pembawa pahat bubut yang dapat disetel, yang mempunyai bagian-bagian sebagai berikut:
Bagian-bagiannya: pelana (saddle), eretan lintang (cross slide), eretan kombinasi (compound slide), pemegang pahat (tool holder), dan kotak
apron (apron box). Apron box dipasang di sadel dan membawa mekanisme yang mengubah
putaran dari feed shaft menjadi gerakan memanjang dan melintang serta dari lead screw untuk membuat ulir.
4. Kepala lepas (tailstock) Kepala lepas (tailstock) digunakan sebagai penyangga benda kerja yang panjang, mengebor dan memperlebar lubang (reamer).
5. Kotak roda gigi pengatur pemakanan (feed box) Di dalam kotak roda gigi pengatur pemakanan (feed box) terdapat banyak roda gigi dan kopling cakar untuk mendapatkan berbagai variasi putaran yang diteruskan oleh feed shaft dan lead screw guna proses pemakanan pada benda kerja.
6. Sumbu pengatur jarak kisar (lead screw) Sumbu pengatur jarak kisar (lead screw) digunakan untuk membuat ulir.
7. Sumbu pengatur gerak maju pemotongan (feed shaft)
Feed shaft berfungsi untuk pemakanan melintang dan memanjang secara otomatis.
2.1.3 Bagian-Bagian Pelengkap Mesin Bubut
1. Pahat bubut Alat iris ini dipakai untuk mengurangi atau menyayat benda kerja, yang terbuat dari Tool Steel, High Speed Steel dan Carbide Tepped Tool Steel.
Umur alat iris tergantung dari jenis bahan dasar pahat, bentuk sisi potong dan pengasahannya.
2. Kolet Kolet digunakan sebagai alat pemegang untuk benda-benda bulat dan untuk membuat benda kerja dengan pekerjaan yang teliti.
3. Cekam Fungsi cekam untuk menjepit benda kerja.
4. Pemegang pahat (tool holder) Pemegang pahat (tool holder) berfungsi memegang pahat/alat iris dan dipasang di atas compound slide.
2.2 Kotak Roda Gigi Pengatur Pemakanan (Feed Box)
Di dalam kotak roda gigi pengatur pemakanan (feed box) terdapat banyak roda gigi untuk mendapatkan berbagai variasi putaran yang diteruskan oleh feed
shaft dan lead screw guna proses pemakanan benda kerja. Putaran yang masuk ke
feed box berasal dari rangkaian roda gigi ganti (change gear). Lumrahnya feed
box beroperasi dengan kecepatan rendah dan tidak mengalami persoalan getaran
yang serius.2.2.1 Klasifikasi Feed Box
Feed box dapat diklasifikasikan berdasarkan metode pengubahan nilai feed rate , antara lain:
1) Feed Box dengan Change Gear
Metode ini dipakai dalam kasusu-kasus berikut:
a. Bila feed rate jarang diubah seperti pada mesin-mesin perkakas otomatis dan semi-otomatis; dalam hal ini dipasang change-gear tunggal yang digunakan; dan b. Bila diperlukan sebuah rasio transmisi yang presisi untuk memperoleh gerakan penggenarasi seperti pada mesin-mesin gear-hobbing, thread
cutting , dsb; dalam hal ni digunakan change-gear quadrant (Gambar 2.5).
Gambar 2.5 Change GearKelebihannya:
a. Desainnya sederhana,
b. Ukuran aksialnya kecil,
c. Kecepatan potong dapat diatur lebih tepat (simpangan rpm aktual dan rpm yang diharapkan paling kecil), d. Tidak memerlukan peralatan inter-locking Kekurangan utama metode pengubahan feed-rate ini adalah bahwa banyak waktu yang terbuang untuk perhitungan dan penyetelan change-gear yang diperlukan.
2) Feed Box dengan Gear Cone and Sliding Key
Gear cone and sliding key (Gambar 2.6) berupa beberapa roda gigi dengan