Bab 3 METODOLOGI PERANCANGAN INDONESIA
Bab 3
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1
Spesifikasi New Mazda 2
Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2
memiliki spesifikasi sebagai berikut :
3.2
1. Daya Maksimum (N)
: 103 PS
2. Putaran Pada Daya Maksimum (n)
: 6000 rpm
3. Torsi Maksimum (T)
: 13,76 kgf.m
4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n)
: 4000 rpm
Rumus-rumus yang digunakan
3.2.1. Torsi Maksimum
Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan
kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya
maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur).
Kopling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek
dengan permukaan,
sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan.
Momen ini bekerja dalam waktu tR sampai putaran kedua poros sama. Pada
keadaan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran
awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
24
Mr = Mb + Mh
dimana ;
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
Mb
=
Momen Puntir Poros Transmisi
[kgf.cm]
Mh
=
Torsi Percepatan
[kgf.cm]
Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :
M h = 71620
N
n
Mh
=
Torsi Maksimum
[kgf.cm]
N
=
Daya Maksimum
[PS]
n
=
Putaran Poros
[rpm]
71620 =
3.2.1.1
Konstanta Korelasi Satuan
Penghitungan Torsi Maksimum
Diketahui
:
Daya Maksimum (N)
: 103 PS
Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm
Torsi Maksimum (T)
: 13.76 kgm
Putaran Pada Torsi Maksimum (n)
: 4000 rpm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
25
Rumus
:
Mr = Mb + Mh
N
M h = 71620
n
103 ps
6000 rpm
= 1229,48 kgf.cm
M h = 71620 x
= 12,30 kgf.m
Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih
besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan
pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh = 13,76 kgf.m dengan
kecepatan putar mesin n = 4000 rpm.
3.2.2 Torsi Gesek
Harga torsi gesek didapat dari hubungan :
Mr = C × M h
dimana ;
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
C
=
Konstanta
[2,5]
Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk
kendaraan jenis mobil.
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
26
3.2.2.1 Penghitungan Torsi Gesek
Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek.
Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 – 3 untuk
kendaraaan mobil. Dengan memilih C = 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek
sebesar :
M r × n ×tr
1910
Ar =
Rumus
:
Mr
=
C . Mh
Mr
=
2,5 x 13,76 kgf.cm =
34,4 kgf.cm
=
3440 kg.cm
3.2.3 Kerja Gesek dan Daya Gesek
Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya
slip yaitu :
Ar =
M r × n ×tr
1910
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
27
dimana ;
Ar
=
Kerja Gesek
[kgf.cm]
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
n
=
Putaran
[rpm]
tR
=
Waktu Penyambungan/slip
[detik]
1910
=
Faktor Korelasi Satuan
Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi
penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan
waktu, yaitu ;
Nr =
Ar × z
27 × 10
4
dimana ;
Nr
=
Daya Gesek
[hp]
z
=
Frekuensi Penekanan Kopling
[jam]
27x104 =
Faktor Korelasi Satuan
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
28
3.2.3.1 Penghitungan Kerja Gesek dan Daya Gesek
Diasumsikan tR = 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah :
M r × n ×tr
1910
Ar =
3440 × 4000 × 0.5
1910
Ar =
= 3602,09 kgf.cm
Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi
penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan
waktu :
Nr =
=
Ar × z
27 × 10
4
3602.09 × 60
27 ×10
4
= 0,8 Hp
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
29
3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek
Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk
diameter rata-rata, yaitu ;
⎡
⎤
⎢
⎥
NR
d = 71.5 ⎢
⎥
b
⎢ KT × × j × n1/2 ⎥
d
⎣
⎦
0.4
dimana ;
d
=
Diameter Rata-rata pelat
[cm]
b
d
KT
=
Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata
=
Parameter Koefisien Gesek
n
=
Putaran
71.5
=
Faktor Korelasi Satuan
[rpm]
3.2.4.1 Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek
•
Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan KT = 1,0 – 1,5, karena
sedikit terjadi kejutan / tumbukan
•
Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb = 1,2 – 2,3, karena
terjadi pembebanan lentur.
•
Dan harga b/d berkisar antara 0,15 s.d 0,3
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
30
•
Diketahui :
Parameter koefisien gesek (KT )
= 1,5
Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) = 0,175
Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j )
⎡
⎢
NR
d = 71.5 ⎢
b
⎢ KT ×
× j × n1/2
d
⎣
= 3 bh
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
0.4
0.4
0.8
⎡
⎤
= 71.5 ⎢
1/2 ⎥
⎣1.5 × 0.175 × 3 × 4000 ⎦
= 71,5 x 0,19
= 13,58 cm
Sehingga lebar pelat diperoleh dengan substitusi harga d kedalam ratio b/d, yaitu :
b/d
= 0,175
b
= 0,175 x 13,58 cm
= 2,38 cm
Diameter dalam pelat ( di )
di
=d–b
= 13,58 cm – 2,38 cm
= 11,20 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
31
Diameter luar pelat ( d0 )
d0
=d+b
= 13,58 cm + 2,38 cm
= 15,96 cm
3.2.5 Pengujian Harga KT dan KU
Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang
diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika
harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga KU masih berkisar
antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan.
KT =
N f ×1000
b × d × j × v 1/2
KU =
2×Mr
b× d 2 × j
Kecepatan Tangensial adalah ;
V =
π ×d ×n
60
3.2.5.1Penghitungan Harga KT dan KU
Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas yang diizinkan
terlebih dahulu tentukan besar kecepatan tangensial pelat gesek, yaitu;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
32
π ×d ×n
V =
60
3.14 × 13.58 × 10 2 × 4000
60
=
= 28,43 m/s
Sehingga;
N f ×1000
b × d × j × v 1/2
KT =
0.8 × 1000
=
2.38 × 13.58 × 3 × ( 28.43 )
1/2
= 1,55 kgm.cm2
KU =
=
2×Mr
b× d 2× j
2 × 3440
2.38 × (13.58 )
1/2
×3
= 5,23 x 10-3 kgm.cm
Hasil penghitungan nilai KT dan KU dapat diterima karena masih dalam batas
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
33
yang diizinkan
3.2.6 Luas Bidang Tekan
Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas
bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar
= 0,3, dan ini
adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang
tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ;
F =π ×b× d × j×Y
dimana ;
F
Y
[cm2]
= Luas Bidang Tekan
= Faktor Koreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur
3.2.6.1 Penghitungan Luas Bidang Tekan
Dari data diatas dan dengan mengasumsikan
Y
= 0,9 maka luas bidang tekan
dapat dicari, yaitu;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
34
F =π ×b× d × j×Y
= 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9
= 274 cm2
3.2.7 Tekanan Rata-rata Permukaan
Tekanan rata-rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter ratarata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan :
p =
2 × Mr
μ×d × f
dimana ;
p
F
3.2.7.1
=
Tekanan Permukaan Rata-rata
=
Koefisien Gesek
=
Luas bidang Tekan
[kgf/cm2]
[cm2]
Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan
Dengan mengasumsikan koefisien geek dari permukaan gesek
= 0.3 maka
tekanan rata-ratanya adalah :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
35
p =
2 × Mr
μ ×d × f
=
2 × 3440
0.3 ×13.58 × 274
=
6880
1116.28
= 6,16 kgm/cm2
3.2.8 Tekanan Maksimum Permukaan
Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok
dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat
gesek.
Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :
P max = p
d
d1
[kgf/cm2]
3.2.8.1 Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan
P max = p
d
d1
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
[kgf/cm2]
Universitas Darma Persada
36
=
6.16 × 15.96
11.20
= 8,778 kgf/cm2
Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan
maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah
8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat
gesek dapat terbuat dari bahan “ Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic”,
yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 – 0,35 dan tekanan permukaan
yang diizinkan antara 0,5 – 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk
rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih
berada dalam batas tersebut.
3.2.9 Umur Pelat Gesek
Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai
jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek
ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek,
sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :
VV
=
F . SV
VV
=
Volume Keausan
[cm3]
F
=
Luas Permukaan Bidang Tekan
[cm2]
SV
=
Batas Keausan
[cm]
dimana ;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
37
Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ;
LB =
VV
QV ⋅ N R
dimana ;
LB
=
Umur Pelat Gesek
[jam]
VV
=
Volume Keausan
[cm3]
QV
=
Keausan Spesifik
3.2.9.1 Penghitungan Umur Pelat Gesek
Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan
daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang
aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan
tebal keausan maksimum dari pelat gesek.
Diketahui :
Tebal Lapisan Permukaan Gesek
= 2 mm = 0,2 cm
Jumlah Pelat Gesek
= 3 buah
maka, Volume Keausan :
VV
= F . SV
= 274 x 0,2 x 3
= 164,4 cm3
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
38
Dengan Asumsi QV = 0,125, maka :
LB =
=
VV
QV ⋅ N R
164.4
0.125 × 0.8
= 1644 Jam
3.2.10 Temperatur Kerja Pelat dan Kopling
Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena
apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali
aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja
kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas
perpindahan panas dan temperatur sekeliling .
Temperatur Kerja Kopling adalah :
t
t
=
tL +
=
Temperatur Kerja Kopling
dimana ;
t
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
39
tL
t
=
Temperatur Lingkungan
=
Kenaikan Temperatur
Semua parameter dalam satuan oC. Sementara itu kenaikan temperatur dapat
diketahui dengan persamaan :
Δt =
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
dimana ;
FK
=
Luas Permukaan Bidang Pendingin
[m2]
αK
=
Koefisien Perpindahan Panas
[kcal/moC.jam]
Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :
FK = π ⋅ d K ⋅ b K +
π ⋅ ( d K 2 − d i2 )
4
dimana ;
dK
=
Diameter Terluar atau Diameter Rumah Kopling
[cm]
bK
=
Lebar Rumah Kopling
[cm]
Koefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan
berikut ;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
40
α K = 4.5 + 6 (V K )
3/4
dimana ;
VK =
VK
π ⋅dK ⋅n
60
=
Kecepatan Tangensial Rumah Kopling
[m/det]
maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :
tS =
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
dimana ;
NR
=
Daya Gesek
FK
=
Luas Permukaan Bidang Pendingin
=
Koefisien Perpindahan Panas
K
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
41
3.2.10.1 Penghitungan Temperatur Kerja Pelat dan Kopling
Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30oC, temperatur kerja
kopling adalah :
dk
= Asumsi
dk
= do + 3 x 5 cm
bk
= 7 cm
karena itu,
dk
= do + 3 x 5 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
42
dk
= (15,96 + 15 ) cm
= 30,96 cm
Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :
FK = π ⋅ d K ⋅ b K +
π ⋅ ( d K 2 − d i2 )
FK = 3.14 × 30.96 × 7 +
FK = 3.14 × 30.96 × 7 +
4
3.14 × ( 30.96 2 − 11.20 2 )
4
3.14 × ( 958.52 − 125.44 )
4
= 680,5 + 653,9
= 1334,4 cm2
= 1334,40 x 10-4 m2
VK
=
Kecepatan Tangensial Rumah Kopling
VK =
=
[m/det]
π ⋅dK ⋅n
60
3.14 × 30.96 × 4000
60
= 6480,96 cm/s
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
43
= 64,80 m/s
Sehingga,
α K = 4.5 + 6 (V K )
3/4
= 4.5 + 6 x (64,80)3/4
= 4.5 + 6 x 22,84
= 4.5 + 137,04
= 141,54 kcal/moC.jam
Sehingga,
tS =
=
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
632 × 0.8
1334.40 ×10 −4 ×141.54
= 26,78 0C
=
505.6
18.8
Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 300C)
t
= 37 0C + 26,78 0C
= 63,78 0C
3.2.11
Pemasangan Paku Keling
Paku keling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi
untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke
HUB, dan selanjutnya ke poros. Untuk penghitungan pemasangan paku keling
didapat dengan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keling
didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
44
FK =
2 ⋅M R
Z
Dimana;
FK
=
Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku Keling
MR
=
Torsi Gesek
Z
=
Jumlah Paku Keling
Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ;
d =
4 ⋅ FK
τ ⋅ 3,14
Dimana;
FK
=
Gaya yang diterima masing-masing paku keling
τ
=
Tegangan geser material paku keling
3.2.11.1 Penghitungan Pemasangan Paku Keling
Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang
berbeda fungsi yaitu;
1. Paku Keling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung.
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
45
Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm
FR =
M R 3440 kgf .cm
=
= 344 kgf .cm
10 cm
r
= 3440 N
Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
3440
= 215 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n = 2)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
4 ⋅ FR1
4 × 307,13
=
3,14 × 3 ×13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
860
= 3,18 mm ≈ 3mm
84, 78
3.2.11.2 Paku Keling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Jumlah Keliling ke pusat r = 7 cm
MR
3440 kgf .cm
= 491, 4 kgf .cm
7 cm
=
R =
PerancanganFUlang
rKopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
46
= 4914 N
Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
4914
= 307.13 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 3 (n = 3)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
4 ⋅ FR1
4 × 307,13
=
3,14 × 3 ×13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
1228, 5
= 3,10 mm ≈ 3 mm
127,17
3.2.11.3 Paku Keling Untuk Penghubung Dengan HUB
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Jarak Keliling ke pusat r
= 5,5 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
47
FR =
M R 3440 kgf .cm
=
= 625, 5 kgf .cm
r
5, 5 cm
= 6255N
Jumlah keliling yang digunakan 16 buah,maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
6255
= 390.94 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 4 (n = 4)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
3.2.12
4 ⋅ FR1
4 × 390, 94
=
3,14 × 4 × 13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
1563,8
= 3, 04 mm ≈ 3mm
169, 56
Poros
Untuk perancangan poros, hal yang sangat berpengaruh adalah torsi dari kopling,
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
48
didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah 3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m
yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi :
SI
= 34,40 kgf.m x 9.81 = 337,46 Nm = 337460 Nmm
Material yang diambil untuk poros ini adalah “AISI 4340 COLD DRAWN”
σ YP = 99000 psi ≈ 682,8 Mpa
dengan
Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita
d =
3
16 ⋅ M r
π ⋅τ YP
akan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu :
d =
3
16 × 337460 Nmm
5399360
=3
2
3,14 × 682,8 Nmm
2143, 99
= 3 2518, 37 mm 3 = 13, 61mm
Bab 4
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
49
HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN
4.1
Hasil Perancangan
Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan dengan perancangan ulang
kopling New Mazda 2 ini, diperoleh hasil sebagai berikut :
•
Torsi Maksimum
Mh
= 1229,48 kgf.cm
•
Torsi Gesek
Mr
= 3440 kgf.cm
•
Kerja Gesek
Ar
= 3602,09 kgf.cm
•
Daya Geser
Nr
= 0,8 Hp
• Diameter rata-rata pelat
d
= 13,58 cm
•
Diameter (luar) pelat
d0
= 15,96 cm
•
Diameter (dalam) pelat
di
= 11,20 cm
Luas Bidang Tekan
F
= 274 cm2
Tekanan rata-rata permukaan
p
= 6,16 kgm/cm2
Tekanan Maksimum Permukaan
Pmaks = 8,778 kgf/cm2
•
Temperatur Kerja
t
= 63,78 0C
•
Umur Pelat Gesek
Lb
= 1644 Jam
•
•
•
4.2
Analisa Perancangan
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
50
Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan
teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda
dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini
dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang
berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang
cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan
berdasarkan perkiraan-perkiraan atau pembulatan angka yang disesuaikan dengan
pemahaman yang penulis miliki.
Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah
perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai
kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk
bersaing dengan produk sejenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh
beberapa faktor antara lain ;
•
Luas permukaan gesek
•
Daya gesek
•
Faktor keausan plat gesek
Umur kopling berbanding lurus dengan luas permukaan serta volume keausan.
Semakin besar diameter plat gesek, maka permukaan akan semakin luas sehingga
volume keausannya besar dan umur pakai kopling akan lebih lama. Disamping itu
berdasarkan tegangan permukaan yang bekerja pada plat gesek dapat pula
diperkirakan jenis bahan yang cocok untuk plat gesek, sehingga dengan analisa ini
efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan.
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
51
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1
Spesifikasi New Mazda 2
Dari data yang diperoleh di lapangan (pada brosur), mobil New Mazda 2
memiliki spesifikasi sebagai berikut :
3.2
1. Daya Maksimum (N)
: 103 PS
2. Putaran Pada Daya Maksimum (n)
: 6000 rpm
3. Torsi Maksimum (T)
: 13,76 kgf.m
4. Putaran Pada Torsi Maksimum (n)
: 4000 rpm
Rumus-rumus yang digunakan
3.2.1. Torsi Maksimum
Harga torsi maksimum yang akan digunakan dalam perhitungan perancangan
kopling ini ditentukan berdasarkan dua kriteria, yaitu : torsi maksimum dan daya
maksimum kendaraan yang terdapat pada data lapangan (brosur).
Kopling pelat gesek bekerja karena adanya gaya gesek
dengan permukaan,
sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang digerakkan.
Momen ini bekerja dalam waktu tR sampai putaran kedua poros sama. Pada
keadaan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran
awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
24
Mr = Mb + Mh
dimana ;
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
Mb
=
Momen Puntir Poros Transmisi
[kgf.cm]
Mh
=
Torsi Percepatan
[kgf.cm]
Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :
M h = 71620
N
n
Mh
=
Torsi Maksimum
[kgf.cm]
N
=
Daya Maksimum
[PS]
n
=
Putaran Poros
[rpm]
71620 =
3.2.1.1
Konstanta Korelasi Satuan
Penghitungan Torsi Maksimum
Diketahui
:
Daya Maksimum (N)
: 103 PS
Putaran Pada Daya Maksimum (n) : 6000 rpm
Torsi Maksimum (T)
: 13.76 kgm
Putaran Pada Torsi Maksimum (n)
: 4000 rpm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
25
Rumus
:
Mr = Mb + Mh
N
M h = 71620
n
103 ps
6000 rpm
= 1229,48 kgf.cm
M h = 71620 x
= 12,30 kgf.m
Dalam hal ini harga torsi maksimum yg diperoleh dari data spesifik ternyata lebih
besar dari pada harga torsi maksimum (statik ), maka untuk menjaga keamanan
pemakaian dipilih harga torsi yang paling tinggi yaitu; Mh = 13,76 kgf.m dengan
kecepatan putar mesin n = 4000 rpm.
3.2.2 Torsi Gesek
Harga torsi gesek didapat dari hubungan :
Mr = C × M h
dimana ;
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
C
=
Konstanta
[2,5]
Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk
kendaraan jenis mobil.
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
26
3.2.2.1 Penghitungan Torsi Gesek
Dengan diketahuinya harga Mh, maka dapat ditentukan besarnya torsi gesek.
Harga C dapat dipilih pada tabel, yang mana harga ini berkisar antara 2 – 3 untuk
kendaraaan mobil. Dengan memilih C = 2,5, maka diperoleh harga torsi gesek
sebesar :
M r × n ×tr
1910
Ar =
Rumus
:
Mr
=
C . Mh
Mr
=
2,5 x 13,76 kgf.cm =
34,4 kgf.cm
=
3440 kg.cm
3.2.3 Kerja Gesek dan Daya Gesek
Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran dan waktu terjadinya
slip yaitu :
Ar =
M r × n ×tr
1910
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
27
dimana ;
Ar
=
Kerja Gesek
[kgf.cm]
Mr
=
Torsi Gesek
[kgf.cm]
n
=
Putaran
[rpm]
tR
=
Waktu Penyambungan/slip
[detik]
1910
=
Faktor Korelasi Satuan
Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi
penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan
waktu, yaitu ;
Nr =
Ar × z
27 × 10
4
dimana ;
Nr
=
Daya Gesek
[hp]
z
=
Frekuensi Penekanan Kopling
[jam]
27x104 =
Faktor Korelasi Satuan
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
28
3.2.3.1 Penghitungan Kerja Gesek dan Daya Gesek
Diasumsikan tR = 0.5 detik maka kerja gesek terjadi adalah :
M r × n ×tr
1910
Ar =
3440 × 4000 × 0.5
1910
Ar =
= 3602,09 kgf.cm
Daya gesek yang dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi
penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan
waktu :
Nr =
=
Ar × z
27 × 10
4
3602.09 × 60
27 ×10
4
= 0,8 Hp
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
29
3.2.4 Diameter Rata-rata Pelat Gesek
Diameter rata-rata pelat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk
diameter rata-rata, yaitu ;
⎡
⎤
⎢
⎥
NR
d = 71.5 ⎢
⎥
b
⎢ KT × × j × n1/2 ⎥
d
⎣
⎦
0.4
dimana ;
d
=
Diameter Rata-rata pelat
[cm]
b
d
KT
=
Ratio Antara Lebar Pelat Terhadap Diameter Rata-rata
=
Parameter Koefisien Gesek
n
=
Putaran
71.5
=
Faktor Korelasi Satuan
[rpm]
3.2.4.1 Penghitungan Diameter Rata-rata Pelat Gesek
•
Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan KT = 1,0 – 1,5, karena
sedikit terjadi kejutan / tumbukan
•
Berdasarkan tabel faktor koreksi untuk lenturan cb = 1,2 – 2,3, karena
terjadi pembebanan lentur.
•
Dan harga b/d berkisar antara 0,15 s.d 0,3
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
30
•
Diketahui :
Parameter koefisien gesek (KT )
= 1,5
Ratio lebar pelat terhadap diameter rata-rata (b/d) = 0,175
Jumlah pelat gesek yang dimiliki ( j )
⎡
⎢
NR
d = 71.5 ⎢
b
⎢ KT ×
× j × n1/2
d
⎣
= 3 bh
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
0.4
0.4
0.8
⎡
⎤
= 71.5 ⎢
1/2 ⎥
⎣1.5 × 0.175 × 3 × 4000 ⎦
= 71,5 x 0,19
= 13,58 cm
Sehingga lebar pelat diperoleh dengan substitusi harga d kedalam ratio b/d, yaitu :
b/d
= 0,175
b
= 0,175 x 13,58 cm
= 2,38 cm
Diameter dalam pelat ( di )
di
=d–b
= 13,58 cm – 2,38 cm
= 11,20 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
31
Diameter luar pelat ( d0 )
d0
=d+b
= 13,58 cm + 2,38 cm
= 15,96 cm
3.2.5 Pengujian Harga KT dan KU
Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang
diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam penghitungan, maka jika
harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan awal dan harga KU masih berkisar
antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan.
KT =
N f ×1000
b × d × j × v 1/2
KU =
2×Mr
b× d 2 × j
Kecepatan Tangensial adalah ;
V =
π ×d ×n
60
3.2.5.1Penghitungan Harga KT dan KU
Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas yang diizinkan
terlebih dahulu tentukan besar kecepatan tangensial pelat gesek, yaitu;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
32
π ×d ×n
V =
60
3.14 × 13.58 × 10 2 × 4000
60
=
= 28,43 m/s
Sehingga;
N f ×1000
b × d × j × v 1/2
KT =
0.8 × 1000
=
2.38 × 13.58 × 3 × ( 28.43 )
1/2
= 1,55 kgm.cm2
KU =
=
2×Mr
b× d 2× j
2 × 3440
2.38 × (13.58 )
1/2
×3
= 5,23 x 10-3 kgm.cm
Hasil penghitungan nilai KT dan KU dapat diterima karena masih dalam batas
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
33
yang diizinkan
3.2.6 Luas Bidang Tekan
Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas
bidang tekan. Gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar
= 0,3, dan ini
adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilih. Luas bidang
tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan ;
F =π ×b× d × j×Y
dimana ;
F
Y
[cm2]
= Luas Bidang Tekan
= Faktor Koreksi Luas Permukaan akibat Pengurangan Luas alur
3.2.6.1 Penghitungan Luas Bidang Tekan
Dari data diatas dan dengan mengasumsikan
Y
= 0,9 maka luas bidang tekan
dapat dicari, yaitu;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
34
F =π ×b× d × j×Y
= 3,14 x 13,58 x 2,38 x 3 x 0,9
= 274 cm2
3.2.7 Tekanan Rata-rata Permukaan
Tekanan rata-rata permukaan dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter ratarata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan :
p =
2 × Mr
μ×d × f
dimana ;
p
F
3.2.7.1
=
Tekanan Permukaan Rata-rata
=
Koefisien Gesek
=
Luas bidang Tekan
[kgf/cm2]
[cm2]
Penghitungan Tekanan Rata-rata Permukaan
Dengan mengasumsikan koefisien geek dari permukaan gesek
= 0.3 maka
tekanan rata-ratanya adalah :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
35
p =
2 × Mr
μ ×d × f
=
2 × 3440
0.3 ×13.58 × 274
=
6880
1116.28
= 6,16 kgm/cm2
3.2.8 Tekanan Maksimum Permukaan
Tekanan maksimum permukaan digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok
dan aman. Pada lampiran tabel tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat
gesek.
Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :
P max = p
d
d1
[kgf/cm2]
3.2.8.1 Penghitungan Tekanan Maksimum Permukaan
P max = p
d
d1
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
[kgf/cm2]
Universitas Darma Persada
36
=
6.16 × 15.96
11.20
= 8,778 kgf/cm2
Dengan asumsi koefisien gesek dari permukaan gesek adalah 0,3 dan tekanan
maksimum yang diizinkan agar keselamatan selama pemakaian terjamin adalah
8,77 kgf/cm2, maka dari tabel lampiran dapat disimpulkan bahwa permukaan pelat
gesek dapat terbuat dari bahan “ Asbestos Pressed Hidraulically With Plastic”,
yang mempunyai limit koefisien gesek antara 0,2 – 0,35 dan tekanan permukaan
yang diizinkan antara 0,5 – 80 kgf/cm2, jadi bahan ini sesuai digunakan untuk
rancangan karena tekanan maksimum permukaan gesek yang dirancang masih
berada dalam batas tersebut.
3.2.9 Umur Pelat Gesek
Umur pelat gesek atau ketahanan pelat gesek (kanvas kopling) menentukan nilai
jual pelat gesek tersebut sehingga memiliki daya saing dipasara. Umur pelat gesek
ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan daya gesek,
sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :
VV
=
F . SV
VV
=
Volume Keausan
[cm3]
F
=
Luas Permukaan Bidang Tekan
[cm2]
SV
=
Batas Keausan
[cm]
dimana ;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
37
Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari pesamaan ;
LB =
VV
QV ⋅ N R
dimana ;
LB
=
Umur Pelat Gesek
[jam]
VV
=
Volume Keausan
[cm3]
QV
=
Keausan Spesifik
3.2.9.1 Penghitungan Umur Pelat Gesek
Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan
daya gesek. Dengan adanya paku keling maka tebal lapisan permukaan gesek yang
aus diukur dengan keadaan paku keling tersebut adalah 2 mm dan ini sama dengan
tebal keausan maksimum dari pelat gesek.
Diketahui :
Tebal Lapisan Permukaan Gesek
= 2 mm = 0,2 cm
Jumlah Pelat Gesek
= 3 buah
maka, Volume Keausan :
VV
= F . SV
= 274 x 0,2 x 3
= 164,4 cm3
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
38
Dengan Asumsi QV = 0,125, maka :
LB =
=
VV
QV ⋅ N R
164.4
0.125 × 0.8
= 1644 Jam
3.2.10 Temperatur Kerja Pelat dan Kopling
Temperatur kerja kopling harus memenuhi temperatur yang diizinkan, karena
apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali
aus yang menyebabkan umur pakai kopling lebih pendek. Temperatur kerja
kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas
perpindahan panas dan temperatur sekeliling .
Temperatur Kerja Kopling adalah :
t
t
=
tL +
=
Temperatur Kerja Kopling
dimana ;
t
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
39
tL
t
=
Temperatur Lingkungan
=
Kenaikan Temperatur
Semua parameter dalam satuan oC. Sementara itu kenaikan temperatur dapat
diketahui dengan persamaan :
Δt =
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
dimana ;
FK
=
Luas Permukaan Bidang Pendingin
[m2]
αK
=
Koefisien Perpindahan Panas
[kcal/moC.jam]
Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :
FK = π ⋅ d K ⋅ b K +
π ⋅ ( d K 2 − d i2 )
4
dimana ;
dK
=
Diameter Terluar atau Diameter Rumah Kopling
[cm]
bK
=
Lebar Rumah Kopling
[cm]
Koefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan
berikut ;
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
40
α K = 4.5 + 6 (V K )
3/4
dimana ;
VK =
VK
π ⋅dK ⋅n
60
=
Kecepatan Tangensial Rumah Kopling
[m/det]
maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :
tS =
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
dimana ;
NR
=
Daya Gesek
FK
=
Luas Permukaan Bidang Pendingin
=
Koefisien Perpindahan Panas
K
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
41
3.2.10.1 Penghitungan Temperatur Kerja Pelat dan Kopling
Dengan asumsi temperatur kerja lingkungan adalah 30oC, temperatur kerja
kopling adalah :
dk
= Asumsi
dk
= do + 3 x 5 cm
bk
= 7 cm
karena itu,
dk
= do + 3 x 5 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
42
dk
= (15,96 + 15 ) cm
= 30,96 cm
Luas Permukaan Bidang Pendingin dapat diketahui dengan rumus :
FK = π ⋅ d K ⋅ b K +
π ⋅ ( d K 2 − d i2 )
FK = 3.14 × 30.96 × 7 +
FK = 3.14 × 30.96 × 7 +
4
3.14 × ( 30.96 2 − 11.20 2 )
4
3.14 × ( 958.52 − 125.44 )
4
= 680,5 + 653,9
= 1334,4 cm2
= 1334,40 x 10-4 m2
VK
=
Kecepatan Tangensial Rumah Kopling
VK =
=
[m/det]
π ⋅dK ⋅n
60
3.14 × 30.96 × 4000
60
= 6480,96 cm/s
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
43
= 64,80 m/s
Sehingga,
α K = 4.5 + 6 (V K )
3/4
= 4.5 + 6 x (64,80)3/4
= 4.5 + 6 x 22,84
= 4.5 + 137,04
= 141,54 kcal/moC.jam
Sehingga,
tS =
=
632 ⋅ N R
FK ⋅α K
632 × 0.8
1334.40 ×10 −4 ×141.54
= 26,78 0C
=
505.6
18.8
Sehingga temperatur kerja kopling (asumsi temperatur lingkungan 300C)
t
= 37 0C + 26,78 0C
= 63,78 0C
3.2.11
Pemasangan Paku Keling
Paku keling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi
untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke
HUB, dan selanjutnya ke poros. Untuk penghitungan pemasangan paku keling
didapat dengan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keling
didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut :
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
44
FK =
2 ⋅M R
Z
Dimana;
FK
=
Gaya Yang Diterima Masing-Masing Paku Keling
MR
=
Torsi Gesek
Z
=
Jumlah Paku Keling
Dimensi paku keling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut ;
d =
4 ⋅ FK
τ ⋅ 3,14
Dimana;
FK
=
Gaya yang diterima masing-masing paku keling
τ
=
Tegangan geser material paku keling
3.2.11.1 Penghitungan Pemasangan Paku Keling
Pada mobil NEW MAZDA 2 ini menggunakan 3 macam paku keling yang
berbeda fungsi yaitu;
1. Paku Keling untuk Permukaan Gesek Dengan Pelat Penghubung.
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
45
Jarak keliling ke pusat r adalah 10 cm
FR =
M R 3440 kgf .cm
=
= 344 kgf .cm
10 cm
r
= 3440 N
Jumlah keliling yang digunakan ada 16 buah, maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
3440
= 215 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 2 (n = 2)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
4 ⋅ FR1
4 × 307,13
=
3,14 × 3 ×13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
860
= 3,18 mm ≈ 3mm
84, 78
3.2.11.2 Paku Keling Untuk Pelat Penghubung 1 dengan Pelat Penghubung 2
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Jumlah Keliling ke pusat r = 7 cm
MR
3440 kgf .cm
= 491, 4 kgf .cm
7 cm
=
R =
PerancanganFUlang
rKopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
46
= 4914 N
Jumlah keliling yang digunakan 16 buah, maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
4914
= 307.13 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 3 (n = 3)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
4 ⋅ FR1
4 × 307,13
=
3,14 × 3 ×13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
1228, 5
= 3,10 mm ≈ 3 mm
127,17
3.2.11.3 Paku Keling Untuk Penghubung Dengan HUB
Torsi MR
= 3440 kgf.cm
Jarak Keliling ke pusat r
= 5,5 cm
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
47
FR =
M R 3440 kgf .cm
=
= 625, 5 kgf .cm
r
5, 5 cm
= 6255N
Jumlah keliling yang digunakan 16 buah,maka gaya geser yang
ditanggung satu buah kopling adalah :
FR1 =
6255
= 390.94 N
16
Jumlah patahan yang diasumsikan adalah 4 (n = 4)
Bahan paku keling “ A1Mg3F18 ” dengan FS = 2 dan τ
Max
= 27 Mpa
didapatkan
τ izin =
27 Mpa
= 13, 5 Mpa
2
Maka diameter paku keling yang sesuai adalah :
d k1 =
=
3.2.12
4 ⋅ FR1
4 × 390, 94
=
3,14 × 4 × 13, 5
π ⋅ n ⋅τ izin
1563,8
= 3, 04 mm ≈ 3mm
169, 56
Poros
Untuk perancangan poros, hal yang sangat berpengaruh adalah torsi dari kopling,
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
48
didapatkan harga torsi gesek dari kopling adalah 3440 kgf.cm atau 34,4 kgf.m
yang setelah dikonversikan ke satuan SI menjadi :
SI
= 34,40 kgf.m x 9.81 = 337,46 Nm = 337460 Nmm
Material yang diambil untuk poros ini adalah “AISI 4340 COLD DRAWN”
σ YP = 99000 psi ≈ 682,8 Mpa
dengan
Dengan menggunakan rumus perhitungan poros dan harga tegangan geser, kita
d =
3
16 ⋅ M r
π ⋅τ YP
akan mendapatkan harga diameter poros yang kita inginkan, yaitu :
d =
3
16 × 337460 Nmm
5399360
=3
2
3,14 × 682,8 Nmm
2143, 99
= 3 2518, 37 mm 3 = 13, 61mm
Bab 4
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
49
HASIL DAN ANALISA PERANCANGAN
4.1
Hasil Perancangan
Dari perhitungan variabel-variabel yang berkaitan dengan perancangan ulang
kopling New Mazda 2 ini, diperoleh hasil sebagai berikut :
•
Torsi Maksimum
Mh
= 1229,48 kgf.cm
•
Torsi Gesek
Mr
= 3440 kgf.cm
•
Kerja Gesek
Ar
= 3602,09 kgf.cm
•
Daya Geser
Nr
= 0,8 Hp
• Diameter rata-rata pelat
d
= 13,58 cm
•
Diameter (luar) pelat
d0
= 15,96 cm
•
Diameter (dalam) pelat
di
= 11,20 cm
Luas Bidang Tekan
F
= 274 cm2
Tekanan rata-rata permukaan
p
= 6,16 kgm/cm2
Tekanan Maksimum Permukaan
Pmaks = 8,778 kgf/cm2
•
Temperatur Kerja
t
= 63,78 0C
•
Umur Pelat Gesek
Lb
= 1644 Jam
•
•
•
4.2
Analisa Perancangan
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
50
Dari hasil perancangan yang telah dilakukan melalui perhitungan berdasarkan
teori yang penulis peroleh, didapatkan ada beberapa spesifikasi yang berbeda
dengan ukuran yang sebenarnya berdasarkan data lapangan yang ada. Hal ini
dimungkinkan, karena adanya beberapa variabel yang diasumsikan yang
berpengaruh langsung terhadap hasil perancangan yang dibuat. Hal lain yang
cukup berpengaruh adalah asumsi-asumsi yang penulis lakukan, yang didapatkan
berdasarkan perkiraan-perkiraan atau pembulatan angka yang disesuaikan dengan
pemahaman yang penulis miliki.
Hal penting lain yang perlu diperhatikan pada perancangan kopling ini adalah
perancangan pada umur pakai plat kopling. Dengan semakin lamanya umur pakai
kopling, maka efisiensi dalam pemakaian akan semakin tinggi dan mampu untuk
bersaing dengan produk sejenis dipasaran. Umur plat ini dipengaruhi oleh
beberapa faktor antara lain ;
•
Luas permukaan gesek
•
Daya gesek
•
Faktor keausan plat gesek
Umur kopling berbanding lurus dengan luas permukaan serta volume keausan.
Semakin besar diameter plat gesek, maka permukaan akan semakin luas sehingga
volume keausannya besar dan umur pakai kopling akan lebih lama. Disamping itu
berdasarkan tegangan permukaan yang bekerja pada plat gesek dapat pula
diperkirakan jenis bahan yang cocok untuk plat gesek, sehingga dengan analisa ini
efisiensi ekonomis juga dapat dilakukan.
Perancangan Ulang Kopling
Teguh Budianto
Yefri Chan, ST, MT
Universitas Darma Persada
51