Rancang Bangun Dengan Sistim Mekanik Speed Bump Untuk Menghasilkan Daya Listrik Sebagai Tenaga Pembuka Gerbang Pintu Tol Kota Medan
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang
ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan
untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan
keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan
kendaraan) ditunjukkan pada gambar 2.1.
(1)
(2)
(3)
Gambar 2.1 Berbagai Variasi Speed Bump:
(1) Speed bump karet garis serong kuning,
(2) Speed bump karet garis serong putih,
(3) Speed bump biasa
6
Universitas Sumatera Utara
Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan
keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila
melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih
dahulu mengenai adanya Speed bump, khususnya pada malam hari, maka Speed
bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning
yang kontras sebagai pertanda [ ].
Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali
dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi maksimum Pembatas
kecepatan kendaraan adalah 12cm dan sudut kemiringan 15 persen (13,50). Speed
bumptersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh
para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan di design sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas
jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan
konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih
dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka
akan bermanfaat.
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai
mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1. Jalan di lingkungan pemukiman
2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC
3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
Gambar 2.2 menunjukkan desain standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) yang sesuai ketentuan pemerintah.
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
2.2.
Generator Elektrik
Generator elektrik adalah alat yang dapat menimbulkan sumber tegangan atau
dapat diartikan sebagai sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini
dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya [ ].
2.2.1.
Mekanisme Generator
Dalam rancang bangun speed bump terdapat generator elektrik. Sistem gener-
ator elektrik ini menggunakan tekanan oleh sebuah kendaraan saat melewati polisi
tidur. Didalamnya terdapat komponen berupa spur gear, roda gila, mekanisme flux
magnet untuk menghasilkan arus DC, dan baterai. Pada bagian belakang roda gila
8
Universitas Sumatera Utara
teradapat flux magnet. Didalamnya ada lilitan kumparan dan magnet. Ketika roda gila
berputar, magnet ikut berputar pula. Namun lilitan kumparan tetap diam (tidak berputar). Dengan kondisi ini maka akan timbul arus listrik berupa arus DC dan kemudian disimpan didalam flywheel, dan energi yang tersimpan tersebut dapat kita
manfaatkan untuk berbagai macam keperluan.
Besarnya gaya gerak listrik (GGL) induksi dalam kumparan atau voltase yang
dibangkitkan oleh generator adalah:
max
= σ. B . A . ω . ………………………………(2.1)
Dimana:
N = Jumlah lilitan (buah)
B = Kuat medan magnet (T)
A = luas kumparan (m2)
ω = Kecepatan sudut (rad/sec)
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada generator
ini rotor berfungsi sebagai kumparan medan untuk menghasilkan fluks. Digunakan
dua buah rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet.Sedangkan stator
berfungsi sebagai kumparanjangkar yang menghasilkan tegangan keluarangenerator.
Skema generator bisa dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Skema generator
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Konsep generator
2.2.1
Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator. Pada perancangan ini
mengunakan dua buah rotor yang terhubung oleh suatu poros. Ditunjukkan pada
gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangka Poros Rotor
Rotor berfungsi sebagai kumparan medan, dan untuk menghasilkan medan
magnetik digunakan magnet permanen. Magnet permanen yang digunakan adalah
magnet batang berjenis keramik (Fe). Jumlah magnet yang digunakan 12 buah untuk
tiap rotor. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.
10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Komposisi magnet
Magnet yang digunakan adalah grade Y40,yang memiliki data spesifikasi
teknis sebagai berikut:
Residual Induction (Br) 450~460 mT, 4.5~4.6 kGs
Coercive Force (Hcb) 330~354 kA/m, 4.15~4.45 kOe
Intrinsic Coercive Force (Hcj) 340~360 kA/m , 4.27~4.52 kOe
Max. Energy Product (BHmax) 37.6~41.8 kJ/m3 , 4.7~5.25 MGOe
2.2.2. Stator
Stator merupakan bagian yang tetap pada generator. Pada tugas rancang ini
stator berfungsisebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran
generator.
Stator
terdiri
darikumparan
lilitan
tembaga.
Kawat
tembaga
yangdigunakan berdiameter 1 mm. Kawat digulung membentuk kumparan lingkaran
dengan jumlah lilitan adalah 125 tiap kumparan. Seperti ditunjukan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Lilitan Kawat Tembaga
11
Universitas Sumatera Utara
Pada stator digunakan 9 buah kumparan yang disusun secara simetris seperti
ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Kumparan Stator 3 Fasa
2.2.3
Penyearah
Penyearah yang digunakan pada tugas rancang polisi tidur ini adalah
rangkaian penyearah 3 fasa tidak terkontrol jembatan penuh. Rangkaian penyearah
ditunjukkan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Rangkaian penyearah
2.3.
Roda Gigi
Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar dan berguna untuk
mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan
dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan
dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan
keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi
berhubungan dengan roda gigi yang lain, salah satu kasusnya adalah pasangan roda
gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya
rotasi [ ]. Roda gigi ditunjukkan seperti pada gambar 2.10.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Roda Gigi
2.3.1
Macam macam roda gigi
1. Roda gigi lurus
Roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Contohnya pada
gear box pada mesin. Roda gigi lurus dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Roda gigi lurus
2. Roda gigi miring
Mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Contohnya pada sistem transmisi persneling pada kendaraan beroda empat, roda gigi
penggerak katup-katup pada mesin motor. Roda gigi miring ditunjukkan pada gambar
2.12.
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Roda gigi miring
3. Roda gigi miring ganda
Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut,
akan saling meniadakan. Contoh penggunaanya yaitu pada roda gigi reduksi turbin
pada kapal dan generator, roda gigi penggerak rol pada steel mills. Roda gigi miring
ganda dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Roda gigi miring ganda
4. Roda gigi dalam
Dipakai jika alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi. Contoh penerapannya antara lain pada
lift. Yang ditunjukkan pada gambar 2.14.
Gambar 2.14 Roda gigi dalam
14
Universitas Sumatera Utara
5. Pinyon dan batang gigi
Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Contoh pemakaian gigi reck terdapat pada mesin bor tegak, mesin bubut, dll. Pinyon dan batang gigi dapat dilihat
pada gambar 2.15.
\
Gambar 2.15 Pinyon dan batang gigi
6. Roda gigi kerucut lurus
Roda gigi yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Contoh
penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut lurus dapat
dilihat pada gambar 2.16.
Gambar 2.16 Roda gigi kerucut lurus
15
Universitas Sumatera Utara
7. Roda gigi kerucut spiral
Karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapat meneruskan
tinggi dan beban besar. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch,
kerekan. Roda gigi kerucut spiral ditunjukkan pada gambar 2.17.
Gambar 2.17 Roda gigi kerucut spiral
8. Roda gigi permukaan
Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi
permukaan dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.18 Roda gigi permukaan
9. Roda gigi miring silang
Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada gearbox. Roda gigi miring
silang dapat dilihat pada gambar 2.19.
Gambar 2.19 Roda gigi miring silang
16
Universitas Sumatera Utara
10. Roda gigi cacing silindris
Mempunyai cacing berbentuk silinder dan lebih umum dipakai. Contoh
pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi
cacing silindris dapat dilihat pada gambar 2.20.
Gambar 2.20 Roda gigi cacing silindris
11. Roda gigi cacing gobloid
Mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dipakai untuk beban yang
lebih besar. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi cacing gobloid dapat dilihat pada gambar 2.21.
Gambar 2.21 Roda gigi cacing gobloid
12. Roda gigi hypoid
Mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunyabersilang. Dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan
menggelinding. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial
otomobile. Roda gigi hypoid dapat dilihat pada gambar 2.22.
Gambar 2.22 Roda gigi hypoid
17
Universitas Sumatera Utara
Data yang diperlukan dalam perencanaan roda gigi lurus yaitu: sudut kontak (θ), velocity ratio (i), putaran roda gigi (n), diametral pitch (P) dan jarak pusat poros (c).
Dan yang dihitung adalah:
1. Diameter roda gigi (d):
dp =
………………….……………………….(2.2)
dg=
……………….…………………………..(2.3)
2. Jarak pusat poros (c):
……………….………………………..(2.4)
dp = diameter pinion
dg = diameter gear……
3. Torsi pada poros (T):
…………………………………...(2.5)
4. Gaya Bending (Fb):
…………………...……………(2.6)
5. Pitch Line Velocity (Vp):
………………………………..(2.7)
6. Beban Dinamis (Fd):
…………….…………………….(2.8)
Untuk τ < VP ≤ 2000 ft/min
Untuk 2000< Vp≤4000 ft/min
√
Untuk Vp > 4000 ft/min
7. Lebar Gigi (b):
Syarat agar roda gigi aman: Fw ≥ Fd
18
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
Fw = dp×b×Q×K…………….…………………..(2.9)
Maka Fw ≥ Fd
(dp × b × Q × K) ≥ Fd
b≥
dimana: Q =
8. Berat Roda Gigi (W)
W = b × × dp2 × ρ……………………………….(2.10)
Analisa Kekuatan ( Metode AGMA )
1. Terhadap Patahan
Syarat:
T
≤ Sad ⇒ AMAN
…………………………..(2.11)
T=
dimana:
Ft
: Gaya
Tangensial (lb)
Ko
: Faktor koreksi beban lebih
P
: Diametral pitch
Ks
: Faktor koreksi ukuran
Km
: Faktor koreksi beban
Kv
: Faktor dinamis
B
: Lebar gigi (in)
J
: Faktor bentuk
Sad =
……………………………………..(2.12)
Dimana:
Sat = Tegangan ijin material (psi)
KL = Faktor umum
KT = Faktor temperature
KR = Faktor keamanan
19
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Poros
Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpen-
ampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, pulley, roda gila
(fly-wheel), engkol, sprocket, dan elemen transmisi daya lainnya. Poros bisa menerima beban-beban lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri
atau berupa gabungan satu dengan lainnya [ ]. Bila beban tersebut tergabung, bisa
dicari kekuatan statis dan kekuatan lelah yang diperlukan untuk pertimbangan
perencanaan. Poros dapat dilihat pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Poros
2.4.1
Macam-Macam Poros Berdasarkan Pembebanannya
1. Poros Transmisi (Transmission Shafts)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami
beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya
dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll.
2. Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur.
3. Poros Spindle
Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatif pendek, misalnya pada
poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Selain
beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load). Poros spindle
20
Universitas Sumatera Utara
dapat digunakan secara efektif apabila deformasi yang terjadi pada poros tersebut
kecil.
Pada perhitungan poros, kita menganalisa setiap gaya yang ada pada poros.
Untuk memudahkan perhitungan gaya-gaya yang ada pada poros dibagi menjadi dua
bagian, yaitu gaya arah horizontal dan gaya arah vertikal. Untuk setiap arah gaya
yang digambarkan dengan arah ke atas bernilai positif (+), dan untuk setiap arah gaya
yang digambarkan dengan arah ke bawah bernilai negatif (-). Sedangkan untuk
momen yang putarannya CCW (berlawanan arah jarum jam) bernilai positif (+), dan
untuk momen yang putarannya CW (searah jarum arah jarum jam) bernilai negatif (-).
Untuk menganalisa diameter poros yang akan dipakai, kita dapat
menggunakan persamaan Distortion Energy, yaitu:
≥
]
[
]
[
……………………………………………………………...…(2.13)
dimana:
Di = diameter dalam poros (in)
D o = diameter luar poros (in)
M m = momen bending rata-rata (lb.in)
M r = momen bending range (lb.in)
T m = momen torsi rata-rata (lb.in)
T r = momen torsi range (lb.in)
2.4.2
Pemilihan Bahan Poros
Dalam pemilihan bahan perlu diperhatikan beberapa hal seperti pada tabel
2.1, dan kita dapat menyesuaikan dengan yang kita butuhkan.
Tabel 2.1 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS G 3123)
21
Universitas Sumatera Utara
Lambang
Perlakuan
Panas
Diameter
(mm)
Kekuatan Tarik
(kg/mm2)
Kekerasan
HRC
HB
(HRB)
Dilunakkan
20 atau kurang
21-80
58-79
53-69
(84)-23
(73)-17
144-216
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
63 – 82
58 – 72
(87) – 25
(84) – 19
160-225
Dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
65 – 86
60 – 76
(89) – 27
(85) – 22
166-238
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
71 – 91
66 – 81
12 – 30
(90) –24)
-
Dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
72 – 93
67 – 83
14 – 31
10 – 26
188-260
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21- 80
80 – 101
75 – 91
19 – 34
16 – 30
213-285
S35C-D
S45C-D
S55C-D
183-253
Dalam pemilihan bahan perlu diketahui tegangan izinnya, yang dapat dihitung dengan
rumus:
a =
dimana:
b
.………………………..…. (2.14)
S f 1 .S f 2
a = tegangan geser izin (N/mm2)
b = kekuatan tarik bahan (N/mm2)
Sf1 = faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan poros
Sf2 = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros (poros
bertangga/ada alur pasak)
Dalam perancangan poros ini digunakan bahan batang baja karbon yang
difinis dingin dengan lambang S45C-D tanpa dilunakkan. Bahan ini dipilih karena
sering dipakai pada poros dan memiliki kekuatan dan kekerasan yang besar dimana
kekuatan tarik (b) yang dipakai yaitu 65 N/mm2. Diameter poros yang akan
22
Universitas Sumatera Utara
digunakan berkisar antara 21-80 mm. Bahan poros dipilih tanpa dilunakkan dalam
perlakuan panasnya karena bahan tersebut memiliki struktur material yang lebih
homogen dan merata sehingga lebih kuat dan keras daripada yang dilunakkan.
BerdasarkanSularso, “Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin, Pradya Pramita, Jakarta 1994 untuk setiap bahan jenis S-C diambil faktor
keamanan (Sf1) sebesar 6,0. Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan
diberi alur pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup
besar [ ]. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk
memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang
dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dalam perancangan ini
diambil Sf2 dengan harga sebesar 2,15 karena poros akan diberi alur pasak atau spline.
2.4.3
Diameter Poros
Diameter poros dapat diperoleh dari rumus:
1/ 3
dp =
dimana:
5,1
. Kt . Cb .T .........................................(2.15)
a
dp = diameter poros (mm)
a = tegangan geser izin (N/mm2)
Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar 1,5 – 3,0.
Cb = faktor koreksi untuk terjadinya kemungkinan terjadinya beban
lentur, dalam perencanaan ini diambil 1,2 karena diperkirakan
tidak akan terjadi beban lentur.
T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm)
2.4.3
Kekuatan Poros
Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan
dapat dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadiakibat tegangan puntir
yang dialami poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser izin dari
bahan tersebut, maka perancangan tidak akan menghasilkan hasil yang baik, atau
dengan kata lain perancangan adalah gagal.
Besar tegangan geser yang timbul pada poros adalah:
23
Universitas Sumatera Utara
g =
16.T
........................................................................(2.16)
.dp 3
Dimana:
g = tegangan geser akibat momen puntir (N/mm2)
T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm)
dp = diameter poros (mm)
Bantalan ( Bearing )
2.5.
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak-balik dapat berlangsung secara halus, aman dan masa
pemakaian dapat lebih lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen lainnya dapat bekerja dengan baik.
Pada perancanaan bantalan ini digunkan bantalan dengan type sigle row angular
contack ball bearing, dengan 24 lasan bantalan ini dapat menahan dua jenis beban
yaitu jenis beban radial dan jenis beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa
bola atau kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radialnya, sehingga bola-bala yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Disamping itu bantalan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila terjadi ketidaksesuain
atau ketidaksenteran sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat adanya defleksi poros atau adanya perubahan penurunan pondasi[ ]. Bearing dapat dilihat pada gambar
2.24.
Gamba 2.24 Bantalan ( Bearing )
24
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros maka bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros
a. Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru),
roll jarum dan roll bulat. Bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar
2.25.
Gambar 2.25 Bantalan gelinding
b. Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena
permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara
lapisan pelumas. Bantalan luncur dapat dilihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26 Bantalan Luncur
2. Atas dasar arah beban terhadap poros
a. Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.
25
Universitas Sumatera Utara
b. Bantalan axial
Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros
c. Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus
sumbu poros.
Adapun perbandingan antara bantalan luncur dengan bantalan gelinding yaitu:
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban besar, sedang bantalan gelinding lebih cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya.
Data yang perlu diketahui dalam perhitungan bantalan yaitu: putaran poros (n), diameter poros (d). Dan yang dihitung yaitu:
1. Gaya-gaya pada tumpuan (Fr):
Fr = √
Dimana:
+
Fr
: Gaya aksial (lb)
Fy
: Gaya sumbu y (lb)
FZ
: Gaya sumbu z (lb)
…………………………………….(2.17)
2. Beban eqivalen (p)
…………………………………..(2.18)
Fr = √
Dimana:
P
: Beban eqivalen (lb)
Fy
: Faktor putaran (1 untuk ring dalam berputar :1,2 untuk
ring luar berputar)
Fr
: Gaya radial (p)
3. Umur bantalan (L10)
L10 =
……….....................................................(2.19)
Dimna:
L10
: Umur bantalan (jam)
C
: Basic dynamic load rating (lb)
26
Universitas Sumatera Utara
P
: Konstanta yang tergantung dari type bantalan 3 untuk ball
bearing 10/3 untuk roller bearing
N
2.5.1
: putaran poros (rpm)
Umur untuk Bantalan
Umur bantalan bola dan rol didefinisikan sebagai jumlah putaran (atau waktu
jam pada saat putaran konstan) yang mana bantalan beroperasi sebelum salah satu
elemen bantalan mengalami kelelahan (fatique). Seperti ditunjukan pada tabel 2.2
adalah pemiliihan jenis umur bantalan.
Tabel 2.2 Umur bantalan untuk jenis mesin yang bervariasi.
27
Universitas Sumatera Utara
2.5.2
Pemilihan Jenis Bantalan
Bantalan yang akan digunakan adalah bantalan gelinding atau bola. Alasan
pemilihan bantalan ini adalah karena ketahanan bantalan ini dalam menahan beban
aksial dan putaran tinggi, serta dapat menerima sedikit beban aksial.
Langkah awal yang dilakukan dalam perancangan ini adalah perhitungan terhadap beban, yaitu beban dinamis yang merupakan penjumlahan beban radial dan
beban aksial.
A.
Beban Dinamis Bantalan
Beban dinamis ini disebabkan oleh massa roda gigi input, dimana massa roda
gigi input dapat dicari dengan rumus:
mi Vi
mi 4 d i2 d p2,i b
……………………………….(2.20)
dimana:
mi
= massa roda gigi input (kg)
di
= diameter jarak bagi roda gigi input (mm)
dp,i
= diameter poros input (mm)
b
= lebar roda gigi (mm)
= massa jenis roda gigi (kg/mm3)
Perbandingan beban dinamis untuk bantalan
P X Fr Y Fa
Dimana:
………………….…………….(2.21)
Fr
= beban radial (kg)
Fa
= beban aksial (kg)
X
= 28ellev radial (X = 0,56)
Y
= 28ellev aksial (Y = 1,45)
Untuk memilih jenis bantalan yang sesuai maka harus disesuaikan dengan
tabel standar bantalan yang sesuai dengan poros input, seperti terlihat pada tabel 2.2.
28
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Jenis jenis bantalan
Nomor bantalan
dua sekat
jenis
Dua
terbuka
Sekat
6000
6000ZZ
6001
tanpa kon-
Ukuran luar (mm)
Kapasitas
Kapasitas
nominal
nominal
dinamis spe- statis spesifik
sifik
D
D
B
r
C (kg)
Co (kg)
6000VV
10
26
8
0,5
360
196
6001ZZ
6001VV
12
28
8
0,5
400
229
6002
6002ZZ
6002VV
15
32
9
0,5
440
263
6003
6003ZZ
6003VV
17
35
10
0,5
470
296
6004
6004ZZ
6004VV
20
42
12
1
735
465
6005
6005ZZ
6005VV
25
47
12
1
790
530
6006
6006ZZ
6006VV
30
55
13
1,5
1030
740
6007
6007ZZ
6007VV
35
62
14
1,5
1250
915
6008
6008ZZ
6008VV
40
68
15
1,5
1310
1010
6009
6009ZZ
6009VV
45
75
16
1,5
1640
1320
6010
6010ZZ
6010VV
50
80
16
1,5
1710
1430
tak
Jadi bantalan yang dipakai adalah jenis 6008 dengan diameter luar (D) = 68
mm, diameter dalam (d) = 40mm, lebar bantalan (B) = 15mm, dan jari-jari sisi ® =
1,5 mm.
2.6
Pegas
Pegas adalah elemen mesin yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi,
dan juga untuk menyimpan atau melepaskan. Energi disimpan pada benda padat
dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi[ ]. Energi di-recover dari sifat material
yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami
defleksi yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk gaya tarik,
gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas umumnya beroperasi dengan „high working stresses‟ dan beban yang bervariasi secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah:
29
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk menyimpan dan mengembalikan potensial, seperti misalnya pada
„gun recoil mechanism‟.
2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief
valve.
3. Untuk meredam getaran dan beban kejut.
4. Untuk beban, contohnya pada timbangan.
5. Untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada
„brake pedal’.
2.6.1 Klasifikasi Pegas
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang
bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan. Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya. Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah:
1. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical torsion, custom form).
2. Spring washers (curved, wave, finger).
3. Flat spring (cantilever, simply supported beam).
4. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring).
Pegas „helical compression’ dapat memiliki bentuk yang sangat bervariasi.
Gambar 2.27 menunjukkan beberapa bentuk pegas helix tekan. Bentuk yang
standar memiliki diameter coil, pitch, dan spring rate yang konstan. Pitch dapat
dibuat bervariasi sehingga spring rate-nya juga bervariasi. Penampang
kawat
umumnya bulat, tetapi juga ada yang berpenampang segi empat. Pegas konis biasanya memiliki spring rate yang non-linear, meningkat jika defleksi bertambah
besar. Hal ini disebabkan bagian diameter coil yang kecil memiliki tahanan yang
lebih besar terhadap defleksi, dan coil yang lebih besar akan terdefleksi lebih dulu. Kelebihan pegas konis adalah dalam hal tinggi pegas, dimana tingginya dapat
dibuat
hanya
sebesar diameter kawat.Bentuk
barrel
dan hourglass terutama
digunakan untuk mengubah frekuensi pribadi pegas standar[ ]. Variasi pegas dapat
dilihat pada gambar 2.27.
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.27 Variasi pegas tekan (Helix)
2.6.2
Bahan Pegas
Bahan pegas yang paling umum digunakan adalah pegas menurut standard JIS
dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70 yang dapat disepuh dengan baik setelah
pegas terbentuk. Sifat mekanis untuk bahan SUP adalah sebagai berikut:
1. Modulus gelincir G = 8 x 103 kg/mm2
2. Ultimate tensile strength = 60 sampai dengan 70 kg/mm2
Sedangkan sifat mekanis bahan ST-70 untuk pegas adalah:
1. Tegangan bengkok ijin = 5.000 kg/mm2
2. Tegangan puntir ijin = 4.000 kg/mm2
3. Modulus elastisitas = 2.200.000 kg/mm2
4. Modulus gelincir = 850.000 kg/mm2
Gambar 2.28 menunjukkan pegas tekan yang digunakan dengan standard JIS yang
dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70.
Gambar 2.28 pegas tekan yang digunakan
31
Universitas Sumatera Utara
Tegangan maksimal = tegangan puntir + tegangan geser.
mak =
w
+
s
+
=
…………..…......(2.22)
=
Dimana:
mak
2.6.3
= tegangan geser total pada pegas, N/m2
F
= gaya aksial (tarik atau tekan ), N
D
= diameter rerata pegas, m
d
= diameter kawat pegas, m
Lenturan (Defleksi) pegas ulir
akibat gaya tarik tekan menyebabkan pegas akan memanjang atau memendek.
Pemanjangan atau pemendekan pegas ini disebut dengan defleksi pegas.besarnya
defleksi pegas ulir dapat diturunkan dengan cara analisis deformasi kawat pegas akibat puntiran.
Atas dasar hal tersebut di atas maka harus dicari harga kekakuan pegas, dengan perhitungan di bawah ini:
…………………………………………………..(2.23)
Dimana:
Y = defleksi pegas, m
G = modulus gelincir, N/m2
n = banyaknya lilitan aktif
2.6.4
Energi yang mampu disimpan pegas
energi pegas dapat dicari dengan menurunkan persamaan dasar sebagai beri-
kut
E = . k.y2………………………………………(2.24)
32
Universitas Sumatera Utara
dengan memasukkan harga harga yang telah diperoleh dari persamaan sebelumnya ke
dalam persamaan di atas maka akan diperoleh:
E=
……………………………………(2.25)
dimana:
E = energi pegas
V = volume kawat pegas, faktor koreksi wahls
2.7
Flywheel (Roda Gila)
Roda gila adalah sebuah piringan roda besi yang dipergunakan sebagai suatu
reservoir (penyimpan) energi di dalam mesin. Pada saat tenaga mesin bertambah, putarannya bertambah, dan tenaga tersebut tersimpan dalam roda gila. Pada saat mesin
kekurangan tenaga, roda gila tersebut akan memberikan tenaganya[
dapat dilihat pada gambar 2.29.
]. Flywheel
Gambar 2.29 Flywheel (Roda Gila)
Energi yang disimpan dalam rotor adalah energi kinetik :
Ek =
…………………………………….(2.26)
Dimana:
ω
: Kecepatan sudut
I
: Momen inersia
Momen inersia adalah ukuran resistensi terhadap torsi diterapkan pada objek
berputar (yaitu semakin tinggi momen inersia, semakin lambat akan berputar setelah
diterapkan gaya tertentu).
2.7.1
Koefisien Fluktuasi Flywheel
Koefisien fluktuasi aalah variasi kecepatan yang diperlukan roda gila (fly-
wheel), yang didefenisikan sebagai:
33
Universitas Sumatera Utara
δ=
………………………………..(2.27)
ω1
= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)
ω2
= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)
ω
= Kecepatan sudut rata-rata (flywheel) =
V
= Kecepatan maksimal suatu titik pada roda gila (flywheel)
V1
= Kecepatan minimal suatu titik pada roda gila (flywheel)
V2
= Kecepatan rata-rata suatu titik pada roda gila (flywheel)
Nilai koefisien fluktuasi yang biasa dipakai (umum) dalam praktek,adalah 0,2 untuk
mesinpembuat lubang (punch), Mesin giling ,mesin pemecah batu. 0,002 untuk generator listrik.
1.7.3
Menentukan Berat Roda Gila
Apabila:
ω1
= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)
ω2
= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)
I0
= Momen kelembaman roda gila (flywheel),terhadap sumbu porosnya
Maka perubahan tenaga kinetic roda gila (Flywheel), pada kecepatan maksi-
mum dan kecepatan minimum dapat dituliskan dengan persamaan berikut:
………………………….….....(2.28)
E=
=
=
=
=
Bila:
K = Radius girasi roda gila (flywheel) terhadap sumbu putaranya
W = Berat roda gila (flywheel)
I0 =
E=
k2
k2.δ.ω2
34
Universitas Sumatera Utara
Sehingga:
…………………………….....(29)
W=
Apabila r adalah jari-jari roda gila,dan berat roda gila dianggap terkosentrasi pada
jari-jari rata-ratanya, maka:
K = r dan
, maka:
Dengan mengganti nilai V =
W=
=
atau
…………………………..….(30)
W=
Bila roda gila berupa disk,maka I0 =
Menjadi E =
, Sehingga harga E,
=
W=
………………………………(31)
Dengan mempertimbangkan bagian-bagian lain yang ikut berputar, maka berat roda
gila yang diambil hanya 90%, dari berat hasil perhitungan. Dengan adanya mempertimbangkan gaya centrifugal yang diambil akibat putaran, maka kecepatan maksimum untuk roda gila (flywheel) dengan material baja adalah V=40 m/detik dan material besi tuang adalah V=30 m/detik.
35
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
Speed Bump (Pembatas kecepatan kendaraan) adalah bagian jalan yang
ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan
untuk pertanda memperlambat laju kendaraan. Fungsinya agar meningkatkan
keselamatan bagi pengguna jalan. Gambar Speed bump (Pembatas kecepatan
kendaraan) ditunjukkan pada gambar 2.1.
(1)
(2)
(3)
Gambar 2.1 Berbagai Variasi Speed Bump:
(1) Speed bump karet garis serong kuning,
(2) Speed bump karet garis serong putih,
(3) Speed bump biasa
6
Universitas Sumatera Utara
Speed Bump tersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar
terlihat jelas oleh para pengendara yang hendak melintas. Untuk meningkatkan
keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggianya diatur dan apabila
melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih
dahulu mengenai adanya Speed bump, khususnya pada malam hari, maka Speed
bump dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning
yang kontras sebagai pertanda [ ].
Ukuran Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) sudah diatur dalam
Keputusan Menteri Perhubungan Nomor KM 3 Tahun 1994 tentang Alat Pengendali
dan Pengaman Pemakai Jalan. Disana disebutkan bahwa tinggi maksimum Pembatas
kecepatan kendaraan adalah 12cm dan sudut kemiringan 15 persen (13,50). Speed
bumptersebut juga harus diberi garis serong dengan cat putih agar terlihat jelas oleh
para pengendara yang hendak melintas.
Speed bump akan bermanfaat jika ditempatkan dan di design sesuai dengan
aturan misalkan di jalan lingkungan pemukiman, jalan lokal yang mempunyai kelas
jalan IIIC, dan yang ketiga adalah pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan
konstruksi. kemudian untuk aturannya ketinggian maksimumnya tidak boleh lebih
dari 15 cm, juga kemiringannya 15%. Jika dibuat sesuai dengan kondisi diatas maka
akan bermanfaat.
Speed bump yang tidak sesuai standar bukan hanya merusak kendaraan, tapi
juga membahayakan si pengendara. Tinggi dan sudut kemiringan yang tidak sesuai
mengakibatkan beban kejut dan goncangan kendaraan yang terlalu besar.
Speed bump ditempatkan pada:
1. Jalan di lingkungan pemukiman
2. Jalan lokal yang mempunyai kelas jalan IIIC
3. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
Gambar 2.2 menunjukkan desain standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan) yang sesuai ketentuan pemerintah.
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Desain Standar Speed bump (Pembatas kecepatan kendaraan)
2.2.
Generator Elektrik
Generator elektrik adalah alat yang dapat menimbulkan sumber tegangan atau
dapat diartikan sebagai sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini
dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya [ ].
2.2.1.
Mekanisme Generator
Dalam rancang bangun speed bump terdapat generator elektrik. Sistem gener-
ator elektrik ini menggunakan tekanan oleh sebuah kendaraan saat melewati polisi
tidur. Didalamnya terdapat komponen berupa spur gear, roda gila, mekanisme flux
magnet untuk menghasilkan arus DC, dan baterai. Pada bagian belakang roda gila
8
Universitas Sumatera Utara
teradapat flux magnet. Didalamnya ada lilitan kumparan dan magnet. Ketika roda gila
berputar, magnet ikut berputar pula. Namun lilitan kumparan tetap diam (tidak berputar). Dengan kondisi ini maka akan timbul arus listrik berupa arus DC dan kemudian disimpan didalam flywheel, dan energi yang tersimpan tersebut dapat kita
manfaatkan untuk berbagai macam keperluan.
Besarnya gaya gerak listrik (GGL) induksi dalam kumparan atau voltase yang
dibangkitkan oleh generator adalah:
max
= σ. B . A . ω . ………………………………(2.1)
Dimana:
N = Jumlah lilitan (buah)
B = Kuat medan magnet (T)
A = luas kumparan (m2)
ω = Kecepatan sudut (rad/sec)
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada generator
ini rotor berfungsi sebagai kumparan medan untuk menghasilkan fluks. Digunakan
dua buah rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet.Sedangkan stator
berfungsi sebagai kumparanjangkar yang menghasilkan tegangan keluarangenerator.
Skema generator bisa dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Skema generator
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Konsep generator
2.2.1
Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator. Pada perancangan ini
mengunakan dua buah rotor yang terhubung oleh suatu poros. Ditunjukkan pada
gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangka Poros Rotor
Rotor berfungsi sebagai kumparan medan, dan untuk menghasilkan medan
magnetik digunakan magnet permanen. Magnet permanen yang digunakan adalah
magnet batang berjenis keramik (Fe). Jumlah magnet yang digunakan 12 buah untuk
tiap rotor. Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.
10
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Komposisi magnet
Magnet yang digunakan adalah grade Y40,yang memiliki data spesifikasi
teknis sebagai berikut:
Residual Induction (Br) 450~460 mT, 4.5~4.6 kGs
Coercive Force (Hcb) 330~354 kA/m, 4.15~4.45 kOe
Intrinsic Coercive Force (Hcj) 340~360 kA/m , 4.27~4.52 kOe
Max. Energy Product (BHmax) 37.6~41.8 kJ/m3 , 4.7~5.25 MGOe
2.2.2. Stator
Stator merupakan bagian yang tetap pada generator. Pada tugas rancang ini
stator berfungsisebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran
generator.
Stator
terdiri
darikumparan
lilitan
tembaga.
Kawat
tembaga
yangdigunakan berdiameter 1 mm. Kawat digulung membentuk kumparan lingkaran
dengan jumlah lilitan adalah 125 tiap kumparan. Seperti ditunjukan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Lilitan Kawat Tembaga
11
Universitas Sumatera Utara
Pada stator digunakan 9 buah kumparan yang disusun secara simetris seperti
ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Kumparan Stator 3 Fasa
2.2.3
Penyearah
Penyearah yang digunakan pada tugas rancang polisi tidur ini adalah
rangkaian penyearah 3 fasa tidak terkontrol jembatan penuh. Rangkaian penyearah
ditunjukkan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Rangkaian penyearah
2.3.
Roda Gigi
Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar dan berguna untuk
mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan
dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan
dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan
keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi
berhubungan dengan roda gigi yang lain, salah satu kasusnya adalah pasangan roda
gigi dan pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya
rotasi [ ]. Roda gigi ditunjukkan seperti pada gambar 2.10.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Roda Gigi
2.3.1
Macam macam roda gigi
1. Roda gigi lurus
Roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros. Contohnya pada
gear box pada mesin. Roda gigi lurus dapat dilihat pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Roda gigi lurus
2. Roda gigi miring
Mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada silinder jarak bagi. Contohnya pada sistem transmisi persneling pada kendaraan beroda empat, roda gigi
penggerak katup-katup pada mesin motor. Roda gigi miring ditunjukkan pada gambar
2.12.
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.12 Roda gigi miring
3. Roda gigi miring ganda
Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut,
akan saling meniadakan. Contoh penggunaanya yaitu pada roda gigi reduksi turbin
pada kapal dan generator, roda gigi penggerak rol pada steel mills. Roda gigi miring
ganda dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Roda gigi miring ganda
4. Roda gigi dalam
Dipakai jika alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi. Contoh penerapannya antara lain pada
lift. Yang ditunjukkan pada gambar 2.14.
Gambar 2.14 Roda gigi dalam
14
Universitas Sumatera Utara
5. Pinyon dan batang gigi
Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Contoh pemakaian gigi reck terdapat pada mesin bor tegak, mesin bubut, dll. Pinyon dan batang gigi dapat dilihat
pada gambar 2.15.
\
Gambar 2.15 Pinyon dan batang gigi
6. Roda gigi kerucut lurus
Roda gigi yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Contoh
penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi kerucut lurus dapat
dilihat pada gambar 2.16.
Gambar 2.16 Roda gigi kerucut lurus
15
Universitas Sumatera Utara
7. Roda gigi kerucut spiral
Karena mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dapat meneruskan
tinggi dan beban besar. Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch,
kerekan. Roda gigi kerucut spiral ditunjukkan pada gambar 2.17.
Gambar 2.17 Roda gigi kerucut spiral
8. Roda gigi permukaan
Contoh penggunaannya pada grab winch, hand winch, kerekan. Roda gigi
permukaan dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.18 Roda gigi permukaan
9. Roda gigi miring silang
Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada gearbox. Roda gigi miring
silang dapat dilihat pada gambar 2.19.
Gambar 2.19 Roda gigi miring silang
16
Universitas Sumatera Utara
10. Roda gigi cacing silindris
Mempunyai cacing berbentuk silinder dan lebih umum dipakai. Contoh
pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi
cacing silindris dapat dilihat pada gambar 2.20.
Gambar 2.20 Roda gigi cacing silindris
11. Roda gigi cacing gobloid
Mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dipakai untuk beban yang
lebih besar. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial otomobil. Roda gigi cacing gobloid dapat dilihat pada gambar 2.21.
Gambar 2.21 Roda gigi cacing gobloid
12. Roda gigi hypoid
Mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunyabersilang. Dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan
menggelinding. Contoh pemakaiannya seperti yang dipakai pada roda gigi difrensial
otomobile. Roda gigi hypoid dapat dilihat pada gambar 2.22.
Gambar 2.22 Roda gigi hypoid
17
Universitas Sumatera Utara
Data yang diperlukan dalam perencanaan roda gigi lurus yaitu: sudut kontak (θ), velocity ratio (i), putaran roda gigi (n), diametral pitch (P) dan jarak pusat poros (c).
Dan yang dihitung adalah:
1. Diameter roda gigi (d):
dp =
………………….……………………….(2.2)
dg=
……………….…………………………..(2.3)
2. Jarak pusat poros (c):
……………….………………………..(2.4)
dp = diameter pinion
dg = diameter gear……
3. Torsi pada poros (T):
…………………………………...(2.5)
4. Gaya Bending (Fb):
…………………...……………(2.6)
5. Pitch Line Velocity (Vp):
………………………………..(2.7)
6. Beban Dinamis (Fd):
…………….…………………….(2.8)
Untuk τ < VP ≤ 2000 ft/min
Untuk 2000< Vp≤4000 ft/min
√
Untuk Vp > 4000 ft/min
7. Lebar Gigi (b):
Syarat agar roda gigi aman: Fw ≥ Fd
18
Universitas Sumatera Utara
Dimana:
Fw = dp×b×Q×K…………….…………………..(2.9)
Maka Fw ≥ Fd
(dp × b × Q × K) ≥ Fd
b≥
dimana: Q =
8. Berat Roda Gigi (W)
W = b × × dp2 × ρ……………………………….(2.10)
Analisa Kekuatan ( Metode AGMA )
1. Terhadap Patahan
Syarat:
T
≤ Sad ⇒ AMAN
…………………………..(2.11)
T=
dimana:
Ft
: Gaya
Tangensial (lb)
Ko
: Faktor koreksi beban lebih
P
: Diametral pitch
Ks
: Faktor koreksi ukuran
Km
: Faktor koreksi beban
Kv
: Faktor dinamis
B
: Lebar gigi (in)
J
: Faktor bentuk
Sad =
……………………………………..(2.12)
Dimana:
Sat = Tegangan ijin material (psi)
KL = Faktor umum
KT = Faktor temperature
KR = Faktor keamanan
19
Universitas Sumatera Utara
2.4.
Poros
Poros (shaft) adalah suatu bagian stasioner yang berputar, biasanya berpen-
ampang bulat, dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi, pulley, roda gila
(fly-wheel), engkol, sprocket, dan elemen transmisi daya lainnya. Poros bisa menerima beban-beban lenturan, tarikan, tekan, atau puntiran, yang bekerja sendiri-sendiri
atau berupa gabungan satu dengan lainnya [ ]. Bila beban tersebut tergabung, bisa
dicari kekuatan statis dan kekuatan lelah yang diperlukan untuk pertimbangan
perencanaan. Poros dapat dilihat pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Poros
2.4.1
Macam-Macam Poros Berdasarkan Pembebanannya
1. Poros Transmisi (Transmission Shafts)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami
beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft, daya
dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll.
2. Gandar
Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang. Poros gandar tidak menerima beban puntir dan hanya mendapat beban lentur.
3. Poros Spindle
Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatif pendek, misalnya pada
poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Selain
beban puntiran, poros spindle juga menerima beban lentur (axial load). Poros spindle
20
Universitas Sumatera Utara
dapat digunakan secara efektif apabila deformasi yang terjadi pada poros tersebut
kecil.
Pada perhitungan poros, kita menganalisa setiap gaya yang ada pada poros.
Untuk memudahkan perhitungan gaya-gaya yang ada pada poros dibagi menjadi dua
bagian, yaitu gaya arah horizontal dan gaya arah vertikal. Untuk setiap arah gaya
yang digambarkan dengan arah ke atas bernilai positif (+), dan untuk setiap arah gaya
yang digambarkan dengan arah ke bawah bernilai negatif (-). Sedangkan untuk
momen yang putarannya CCW (berlawanan arah jarum jam) bernilai positif (+), dan
untuk momen yang putarannya CW (searah jarum arah jarum jam) bernilai negatif (-).
Untuk menganalisa diameter poros yang akan dipakai, kita dapat
menggunakan persamaan Distortion Energy, yaitu:
≥
]
[
]
[
……………………………………………………………...…(2.13)
dimana:
Di = diameter dalam poros (in)
D o = diameter luar poros (in)
M m = momen bending rata-rata (lb.in)
M r = momen bending range (lb.in)
T m = momen torsi rata-rata (lb.in)
T r = momen torsi range (lb.in)
2.4.2
Pemilihan Bahan Poros
Dalam pemilihan bahan perlu diperhatikan beberapa hal seperti pada tabel
2.1, dan kita dapat menyesuaikan dengan yang kita butuhkan.
Tabel 2.1 Batang baja karbon yang difinis dingin (Standar JIS G 3123)
21
Universitas Sumatera Utara
Lambang
Perlakuan
Panas
Diameter
(mm)
Kekuatan Tarik
(kg/mm2)
Kekerasan
HRC
HB
(HRB)
Dilunakkan
20 atau kurang
21-80
58-79
53-69
(84)-23
(73)-17
144-216
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
63 – 82
58 – 72
(87) – 25
(84) – 19
160-225
Dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
65 – 86
60 – 76
(89) – 27
(85) – 22
166-238
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
71 – 91
66 – 81
12 – 30
(90) –24)
-
Dilunakkan
20 atau kurang
21 – 80
72 – 93
67 – 83
14 – 31
10 – 26
188-260
Tanpa dilunakkan
20 atau kurang
21- 80
80 – 101
75 – 91
19 – 34
16 – 30
213-285
S35C-D
S45C-D
S55C-D
183-253
Dalam pemilihan bahan perlu diketahui tegangan izinnya, yang dapat dihitung dengan
rumus:
a =
dimana:
b
.………………………..…. (2.14)
S f 1 .S f 2
a = tegangan geser izin (N/mm2)
b = kekuatan tarik bahan (N/mm2)
Sf1 = faktor keamanan yang tergantung pada jenis bahan poros
Sf2 = faktor keamanan yang bergantung dari bentuk poros (poros
bertangga/ada alur pasak)
Dalam perancangan poros ini digunakan bahan batang baja karbon yang
difinis dingin dengan lambang S45C-D tanpa dilunakkan. Bahan ini dipilih karena
sering dipakai pada poros dan memiliki kekuatan dan kekerasan yang besar dimana
kekuatan tarik (b) yang dipakai yaitu 65 N/mm2. Diameter poros yang akan
22
Universitas Sumatera Utara
digunakan berkisar antara 21-80 mm. Bahan poros dipilih tanpa dilunakkan dalam
perlakuan panasnya karena bahan tersebut memiliki struktur material yang lebih
homogen dan merata sehingga lebih kuat dan keras daripada yang dilunakkan.
BerdasarkanSularso, “Dasar-dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin, Pradya Pramita, Jakarta 1994 untuk setiap bahan jenis S-C diambil faktor
keamanan (Sf1) sebesar 6,0. Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan
diberi alur pasak atau dibuat bertangga karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup
besar [ ]. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk
memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang
dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dalam perancangan ini
diambil Sf2 dengan harga sebesar 2,15 karena poros akan diberi alur pasak atau spline.
2.4.3
Diameter Poros
Diameter poros dapat diperoleh dari rumus:
1/ 3
dp =
dimana:
5,1
. Kt . Cb .T .........................................(2.15)
a
dp = diameter poros (mm)
a = tegangan geser izin (N/mm2)
Kt = faktor koreksi tumbukan, harganya berkisar 1,5 – 3,0.
Cb = faktor koreksi untuk terjadinya kemungkinan terjadinya beban
lentur, dalam perencanaan ini diambil 1,2 karena diperkirakan
tidak akan terjadi beban lentur.
T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm)
2.4.3
Kekuatan Poros
Hasil diameter poros yang dirancang harus diuji kekuatannya. Pemeriksaan
dapat dilakukan dengan memeriksa tegangan geser yang terjadiakibat tegangan puntir
yang dialami poros. Jika tegangan geser lebih besar dari tegangan geser izin dari
bahan tersebut, maka perancangan tidak akan menghasilkan hasil yang baik, atau
dengan kata lain perancangan adalah gagal.
Besar tegangan geser yang timbul pada poros adalah:
23
Universitas Sumatera Utara
g =
16.T
........................................................................(2.16)
.dp 3
Dimana:
g = tegangan geser akibat momen puntir (N/mm2)
T = momen puntir yang ditransmisikan (N.mm)
dp = diameter poros (mm)
Bantalan ( Bearing )
2.5.
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak-balik dapat berlangsung secara halus, aman dan masa
pemakaian dapat lebih lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen lainnya dapat bekerja dengan baik.
Pada perancanaan bantalan ini digunkan bantalan dengan type sigle row angular
contack ball bearing, dengan 24 lasan bantalan ini dapat menahan dua jenis beban
yaitu jenis beban radial dan jenis beban aksial. Karena dalam operasi hanya beberapa
bola atau kadang-kadang hanya satu bola yang menanggung beban radialnya, sehingga bola-bala yang lain dapat berfungsi menahan beban aksialnya. Disamping itu bantalan ini juga mempunyai kemampuan menyesuaikan diri bila terjadi ketidaksesuain
atau ketidaksenteran sumbu poros dengan sumbu bantalan akibat adanya defleksi poros atau adanya perubahan penurunan pondasi[ ]. Bearing dapat dilihat pada gambar
2.24.
Gamba 2.24 Bantalan ( Bearing )
24
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros maka bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros
a. Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru),
roll jarum dan roll bulat. Bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar
2.25.
Gambar 2.25 Bantalan gelinding
b. Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan karena
permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara
lapisan pelumas. Bantalan luncur dapat dilihat pada gambar 2.26.
Gambar 2.26 Bantalan Luncur
2. Atas dasar arah beban terhadap poros
a. Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.
25
Universitas Sumatera Utara
b. Bantalan axial
Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros
c. Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus
sumbu poros.
Adapun perbandingan antara bantalan luncur dengan bantalan gelinding yaitu:
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban besar, sedang bantalan gelinding lebih cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya.
Data yang perlu diketahui dalam perhitungan bantalan yaitu: putaran poros (n), diameter poros (d). Dan yang dihitung yaitu:
1. Gaya-gaya pada tumpuan (Fr):
Fr = √
Dimana:
+
Fr
: Gaya aksial (lb)
Fy
: Gaya sumbu y (lb)
FZ
: Gaya sumbu z (lb)
…………………………………….(2.17)
2. Beban eqivalen (p)
…………………………………..(2.18)
Fr = √
Dimana:
P
: Beban eqivalen (lb)
Fy
: Faktor putaran (1 untuk ring dalam berputar :1,2 untuk
ring luar berputar)
Fr
: Gaya radial (p)
3. Umur bantalan (L10)
L10 =
……….....................................................(2.19)
Dimna:
L10
: Umur bantalan (jam)
C
: Basic dynamic load rating (lb)
26
Universitas Sumatera Utara
P
: Konstanta yang tergantung dari type bantalan 3 untuk ball
bearing 10/3 untuk roller bearing
N
2.5.1
: putaran poros (rpm)
Umur untuk Bantalan
Umur bantalan bola dan rol didefinisikan sebagai jumlah putaran (atau waktu
jam pada saat putaran konstan) yang mana bantalan beroperasi sebelum salah satu
elemen bantalan mengalami kelelahan (fatique). Seperti ditunjukan pada tabel 2.2
adalah pemiliihan jenis umur bantalan.
Tabel 2.2 Umur bantalan untuk jenis mesin yang bervariasi.
27
Universitas Sumatera Utara
2.5.2
Pemilihan Jenis Bantalan
Bantalan yang akan digunakan adalah bantalan gelinding atau bola. Alasan
pemilihan bantalan ini adalah karena ketahanan bantalan ini dalam menahan beban
aksial dan putaran tinggi, serta dapat menerima sedikit beban aksial.
Langkah awal yang dilakukan dalam perancangan ini adalah perhitungan terhadap beban, yaitu beban dinamis yang merupakan penjumlahan beban radial dan
beban aksial.
A.
Beban Dinamis Bantalan
Beban dinamis ini disebabkan oleh massa roda gigi input, dimana massa roda
gigi input dapat dicari dengan rumus:
mi Vi
mi 4 d i2 d p2,i b
……………………………….(2.20)
dimana:
mi
= massa roda gigi input (kg)
di
= diameter jarak bagi roda gigi input (mm)
dp,i
= diameter poros input (mm)
b
= lebar roda gigi (mm)
= massa jenis roda gigi (kg/mm3)
Perbandingan beban dinamis untuk bantalan
P X Fr Y Fa
Dimana:
………………….…………….(2.21)
Fr
= beban radial (kg)
Fa
= beban aksial (kg)
X
= 28ellev radial (X = 0,56)
Y
= 28ellev aksial (Y = 1,45)
Untuk memilih jenis bantalan yang sesuai maka harus disesuaikan dengan
tabel standar bantalan yang sesuai dengan poros input, seperti terlihat pada tabel 2.2.
28
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Jenis jenis bantalan
Nomor bantalan
dua sekat
jenis
Dua
terbuka
Sekat
6000
6000ZZ
6001
tanpa kon-
Ukuran luar (mm)
Kapasitas
Kapasitas
nominal
nominal
dinamis spe- statis spesifik
sifik
D
D
B
r
C (kg)
Co (kg)
6000VV
10
26
8
0,5
360
196
6001ZZ
6001VV
12
28
8
0,5
400
229
6002
6002ZZ
6002VV
15
32
9
0,5
440
263
6003
6003ZZ
6003VV
17
35
10
0,5
470
296
6004
6004ZZ
6004VV
20
42
12
1
735
465
6005
6005ZZ
6005VV
25
47
12
1
790
530
6006
6006ZZ
6006VV
30
55
13
1,5
1030
740
6007
6007ZZ
6007VV
35
62
14
1,5
1250
915
6008
6008ZZ
6008VV
40
68
15
1,5
1310
1010
6009
6009ZZ
6009VV
45
75
16
1,5
1640
1320
6010
6010ZZ
6010VV
50
80
16
1,5
1710
1430
tak
Jadi bantalan yang dipakai adalah jenis 6008 dengan diameter luar (D) = 68
mm, diameter dalam (d) = 40mm, lebar bantalan (B) = 15mm, dan jari-jari sisi ® =
1,5 mm.
2.6
Pegas
Pegas adalah elemen mesin yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi,
dan juga untuk menyimpan atau melepaskan. Energi disimpan pada benda padat
dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi[ ]. Energi di-recover dari sifat material
yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami
defleksi yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk gaya tarik,
gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas umumnya beroperasi dengan „high working stresses‟ dan beban yang bervariasi secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah:
29
Universitas Sumatera Utara
1. Untuk menyimpan dan mengembalikan potensial, seperti misalnya pada
„gun recoil mechanism‟.
2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief
valve.
3. Untuk meredam getaran dan beban kejut.
4. Untuk beban, contohnya pada timbangan.
5. Untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada
„brake pedal’.
2.6.1 Klasifikasi Pegas
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang
bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan. Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya. Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah:
1. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical torsion, custom form).
2. Spring washers (curved, wave, finger).
3. Flat spring (cantilever, simply supported beam).
4. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring).
Pegas „helical compression’ dapat memiliki bentuk yang sangat bervariasi.
Gambar 2.27 menunjukkan beberapa bentuk pegas helix tekan. Bentuk yang
standar memiliki diameter coil, pitch, dan spring rate yang konstan. Pitch dapat
dibuat bervariasi sehingga spring rate-nya juga bervariasi. Penampang
kawat
umumnya bulat, tetapi juga ada yang berpenampang segi empat. Pegas konis biasanya memiliki spring rate yang non-linear, meningkat jika defleksi bertambah
besar. Hal ini disebabkan bagian diameter coil yang kecil memiliki tahanan yang
lebih besar terhadap defleksi, dan coil yang lebih besar akan terdefleksi lebih dulu. Kelebihan pegas konis adalah dalam hal tinggi pegas, dimana tingginya dapat
dibuat
hanya
sebesar diameter kawat.Bentuk
barrel
dan hourglass terutama
digunakan untuk mengubah frekuensi pribadi pegas standar[ ]. Variasi pegas dapat
dilihat pada gambar 2.27.
30
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.27 Variasi pegas tekan (Helix)
2.6.2
Bahan Pegas
Bahan pegas yang paling umum digunakan adalah pegas menurut standard JIS
dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70 yang dapat disepuh dengan baik setelah
pegas terbentuk. Sifat mekanis untuk bahan SUP adalah sebagai berikut:
1. Modulus gelincir G = 8 x 103 kg/mm2
2. Ultimate tensile strength = 60 sampai dengan 70 kg/mm2
Sedangkan sifat mekanis bahan ST-70 untuk pegas adalah:
1. Tegangan bengkok ijin = 5.000 kg/mm2
2. Tegangan puntir ijin = 4.000 kg/mm2
3. Modulus elastisitas = 2.200.000 kg/mm2
4. Modulus gelincir = 850.000 kg/mm2
Gambar 2.28 menunjukkan pegas tekan yang digunakan dengan standard JIS yang
dilambangkan dengan SUP atau baja ST-70.
Gambar 2.28 pegas tekan yang digunakan
31
Universitas Sumatera Utara
Tegangan maksimal = tegangan puntir + tegangan geser.
mak =
w
+
s
+
=
…………..…......(2.22)
=
Dimana:
mak
2.6.3
= tegangan geser total pada pegas, N/m2
F
= gaya aksial (tarik atau tekan ), N
D
= diameter rerata pegas, m
d
= diameter kawat pegas, m
Lenturan (Defleksi) pegas ulir
akibat gaya tarik tekan menyebabkan pegas akan memanjang atau memendek.
Pemanjangan atau pemendekan pegas ini disebut dengan defleksi pegas.besarnya
defleksi pegas ulir dapat diturunkan dengan cara analisis deformasi kawat pegas akibat puntiran.
Atas dasar hal tersebut di atas maka harus dicari harga kekakuan pegas, dengan perhitungan di bawah ini:
…………………………………………………..(2.23)
Dimana:
Y = defleksi pegas, m
G = modulus gelincir, N/m2
n = banyaknya lilitan aktif
2.6.4
Energi yang mampu disimpan pegas
energi pegas dapat dicari dengan menurunkan persamaan dasar sebagai beri-
kut
E = . k.y2………………………………………(2.24)
32
Universitas Sumatera Utara
dengan memasukkan harga harga yang telah diperoleh dari persamaan sebelumnya ke
dalam persamaan di atas maka akan diperoleh:
E=
……………………………………(2.25)
dimana:
E = energi pegas
V = volume kawat pegas, faktor koreksi wahls
2.7
Flywheel (Roda Gila)
Roda gila adalah sebuah piringan roda besi yang dipergunakan sebagai suatu
reservoir (penyimpan) energi di dalam mesin. Pada saat tenaga mesin bertambah, putarannya bertambah, dan tenaga tersebut tersimpan dalam roda gila. Pada saat mesin
kekurangan tenaga, roda gila tersebut akan memberikan tenaganya[
dapat dilihat pada gambar 2.29.
]. Flywheel
Gambar 2.29 Flywheel (Roda Gila)
Energi yang disimpan dalam rotor adalah energi kinetik :
Ek =
…………………………………….(2.26)
Dimana:
ω
: Kecepatan sudut
I
: Momen inersia
Momen inersia adalah ukuran resistensi terhadap torsi diterapkan pada objek
berputar (yaitu semakin tinggi momen inersia, semakin lambat akan berputar setelah
diterapkan gaya tertentu).
2.7.1
Koefisien Fluktuasi Flywheel
Koefisien fluktuasi aalah variasi kecepatan yang diperlukan roda gila (fly-
wheel), yang didefenisikan sebagai:
33
Universitas Sumatera Utara
δ=
………………………………..(2.27)
ω1
= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)
ω2
= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)
ω
= Kecepatan sudut rata-rata (flywheel) =
V
= Kecepatan maksimal suatu titik pada roda gila (flywheel)
V1
= Kecepatan minimal suatu titik pada roda gila (flywheel)
V2
= Kecepatan rata-rata suatu titik pada roda gila (flywheel)
Nilai koefisien fluktuasi yang biasa dipakai (umum) dalam praktek,adalah 0,2 untuk
mesinpembuat lubang (punch), Mesin giling ,mesin pemecah batu. 0,002 untuk generator listrik.
1.7.3
Menentukan Berat Roda Gila
Apabila:
ω1
= Kecepatan sudut maksimal roda gila (flywheel)
ω2
= Kecepatan sudut minimal roda gila (Flywheel)
I0
= Momen kelembaman roda gila (flywheel),terhadap sumbu porosnya
Maka perubahan tenaga kinetic roda gila (Flywheel), pada kecepatan maksi-
mum dan kecepatan minimum dapat dituliskan dengan persamaan berikut:
………………………….….....(2.28)
E=
=
=
=
=
Bila:
K = Radius girasi roda gila (flywheel) terhadap sumbu putaranya
W = Berat roda gila (flywheel)
I0 =
E=
k2
k2.δ.ω2
34
Universitas Sumatera Utara
Sehingga:
…………………………….....(29)
W=
Apabila r adalah jari-jari roda gila,dan berat roda gila dianggap terkosentrasi pada
jari-jari rata-ratanya, maka:
K = r dan
, maka:
Dengan mengganti nilai V =
W=
=
atau
…………………………..….(30)
W=
Bila roda gila berupa disk,maka I0 =
Menjadi E =
, Sehingga harga E,
=
W=
………………………………(31)
Dengan mempertimbangkan bagian-bagian lain yang ikut berputar, maka berat roda
gila yang diambil hanya 90%, dari berat hasil perhitungan. Dengan adanya mempertimbangkan gaya centrifugal yang diambil akibat putaran, maka kecepatan maksimum untuk roda gila (flywheel) dengan material baja adalah V=40 m/detik dan material besi tuang adalah V=30 m/detik.
35
Universitas Sumatera Utara