tugas akhir mesin frais jari 1repository.usd.ac.id/33981/2/955214081_full[1].pdf · 2019. 4. 8. ·...
TRANSCRIPT
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 1
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 2
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 3
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 4
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 5
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala berkat dan
rahmat-Nya yang telah diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
Karya Tulis ini merupakan Tugas Akhir yang disusun sebagai salah satu
syarat untuk memperolah gelar sarjana. Adapun tugas akhir ini bertujuan agar
mahasiswa mampu merancang, meneliti, membandingkan suatu alat yang
membahas banyak hal antara lain : perancangan alat itu sendiri yang dimulai dari
perhitungan, pemilihan bahan, dan disertai dengangambar lengkap yang
diperlukan. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih
kepada :
1. Tim Penguji Tugas Akhir Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. Pj Soedarjono selaku Dosen Senior Fakultas Teknik Mesin.
3. Bapak Ir. Gregorius Harjanto selaku Dekan FakultasTeknik Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
4. Bapak Yosep Agung C.,S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
5. Bapak Ir. Mudjijana, M. Eng. selaku Dosen Pembimbing Utama.
6. Bapak Doddy Purwadianto, S.T.,M.T. selaku Dosen Pembimbing kedua
yang telah berkenan meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan dan
pengarahan.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 6
7. Bapak dan ibu Dibjoharsono selaku orang tua penulis yang telah
memberikan segalanya demi terselesainya karya tulis ini.
8. Mas-mBak-Gebby, Iyus-Heni, Yuli, Singgih, yang tercinta yang telah
banyak memberikan bantuan.
9. Phytria S. terjelek dan tersayang atas kecerewetannya sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10. Teman-teman : Gembul, Iyan, Bowo, dan semua teman-teman TM 95.
11. Motor-motorku : Astre Prima, GL Pro, Merzy, Grand, Pitung, Vespa yang
selalu setia menemaniku dan mau mengantarku pergi kuliah.
Penulis menyadari bahawa karya tulis ini masih sangat jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis dengan senang hati akan menerima segala masukan dan kritikan
yang bersifat membangun untuk perbaikan karya tulis ini. Puji syukur Tuhan,
Amin.
Yogyakarta, September 2003
Penulis
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 7
DAFTAR ISI
Halaman Judul ………………………………………………………… i
Halaman Soal …………………………………………………………. ii
Halaman Persetujuan ………………………………………………………. iii
Halaman Pengesahan Ujian ………………………………………………. iv
Kata Pengantar …………………………………………………………… v
Daftar Isi …………………………………………………………………. vi
Daftar Gambar …………………………………………………………… vii
Daftar Tabel ………………………………………………………………. viii
Daftar Lambang / Notasi ……………………………………………………. ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang ………………………………………………………… 1
1.2 Mesin Frais …………………………………………………………… 2
1.3 Gerakan-gerakan Milling ……………………………………………... 3
1.4 Tipe-tipe Mesin ………………………………………………………. 4
1.5 Pembagian Mesin Frais ………………………………………………. 6
1.5.1 Mesin Frais Horisontal ………………………………………. 6
1.5.2 Mesin Frais Universal ……………………………………….. 7
1.5.3 Mesin Frais Vertikal …………………………………………. 8
1.5.4 Mesin Frais Datar ……………………………………………. 9
1.6 Pembatasan Masalah …………………………………………………. 18
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 8
1.7 Prosedur Perancangan ………………………………………………... 18
BAB II MESIN FRAIS JARI PEMBUAT ALUR PASAK
3.1 Pendahuluan ……………………………………………………….. 38
3.2 Perancanagan V-Belt ………………………………………………. 39
3.3 Perancangan Roda Gigi Lurus ……………………………………… 43
3.4 Perancangan Roda Gigi Kerucut ……………………………………. 52
3.6 Perancangan Roda gigi Cacing ……………………………………… 62
3.7 Perancangan Pinion dan Rack ………………………………………. 67
BAB IV PERANCANGAN POROS
4.1 Tinjauan ……………………………………………………………… 71
4.2 Macam-macam Poros ……………………………………………….. 71
4.3 Perancangan Poros …………………………………………………... 72
4.4 Perhitungan Diameter Poros …………………………………………. 94
4.5 Perhitungan Defleksi Terhadap Puntiran …………………………….. 95
4.6 Perhitungan Defleksi Maksimum ……………………………………. 97
4.7 Perhitungan putaran kritis Poros …………………………………….. 98
BAB V PERANCANGAN PASAK
5.1 Tinjauan ……………………………………………………………… 103
5.2 Macam-macam Pasak ……………………………………………….. 103
5.3 Perencanaan Pasak ………………………………………………….. 104
5.3.1.1 Perencanaan Pasak 1 ……………………………………………… 104
5.3.1.2 Perencanaan Spline ……………………………………………….. 110
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 9
BAB VI PERANCANGAN BANTALAN
6.1 Tinjauan ……………………………………………………………… 112
6.2 Klasifikasi Bantalan …………………………………………………. 112
6.3 Pemilihan Bantalan ………………………………………………… 114
BAB VII PELUMASAN
7.1 Tinjauan ……………………………………………………………… 119
7.2 Pelumasan Roda Gigi ………………………………………………... 120
7.3 Pelumasan Bantalan …………………………………………………. 121
7.4 Pelumasan Pinion dan Rack …………………………………………. 122
BAB VIII PERANCANGAN BAUT DAN TUAS PEMINDAH KECEPATAN
8.1 Perancangan baut ……………………………………………………. 123
8.2 Tuas Pemindah Kecepatan ………………………………………….. 125
BAB IX PENUTUP
9.1 Kesimpulan ………………………………………………………….. 127
9.2 Penutup ………………………………………………………………. 129
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 10
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Mesin Frais Horisontal ……………………………………… 7
Gambar 1.2 Meja Mesin Frais Universal ………………………………… 8
Gambar 1.3 Mesin Frais vertikal ………………………………………… 8
Gambar 1.4 Mesin Frais Datar ………………………………………….. 9
Gambar 1.6 Mesin Frais portal …………………………………………. 10
Gambar 1.7 Poros frais …………………………………………………… 11
Gambar 1.8 Poros fraian dengan duri penusuk …………………………... 11
Gambar 1.9 Kepala pisau frais dengan pembawa ………………………… 12
Gambar 1.10 Frais kecil dengan Tabung pengurung ……………………. 12
Gambar 1.11 Frais kecil dengan tang pengencang ……………………… 12
Gambar 1.13 Konus Amerika ……………………………………………. 13
Gambar 1.14 Jepitan Mesin ……………………………………………… 14
Gambar 1.15 Jepitan mesin dalam jumlah banyak ……………………… 15
Gambar 1.16 Pengencang berganda …………………………………….. 16
Gambar 1.17 Meja Putar ………………………………………………… 16
Gambar 1.18 Alat Pembagi ………………………………………………. 17
Gambar 2.1 Pisau jari dua bibir ………………………………………….. 23
Gambar 2.2 Pisau jari tiga bibir ………………………………………….. 23
Gambar 2.3 Sarung pengurung morse konus …………………………….. 25
Gambar 2.4 Sarung pengurung dikuatkan plat penguat ………………….. 26
Gambar 2.5 Sarung pengurung dengan baut penyambung ………………. 26
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 11
Gambar 2.7 Mesin frais jari pembuat alur pasak ……………………….. 33
Gambar 2.8 Susunan roda gigi untuk putaran 324 rpm ………………… 34
Gambar 2,9 Susunan roda gigi untuk putaran 346 rpm ………………… 35
Gambar 2.10 Susunan roda gigi untuk putaran 404 rpm ……………….. 35
Gambar 2.11 Susunan roda gigi untuk putaran 485 rpm ………………... 36
Gambar 2.12 Susunan roda gigi untuk putaran 606 rpm ………………… 37
Gambar 2.13 Susunan roda gigi untuk putaran 809 rpm ………………... 37
Gambar 3.1 Nama-nama bagian roda gigi ………………………………. 44
Gambar 5.1 Macam-macam Pasak ………………………………………. 102
Gambar 6.1 Tata nama bantalan peluru …………………………………. 113
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 12
Inti Sari
Mesin perkakas adalah suatu mesin yang digunakan untuk membuat suatu
bentuk, ukuran dan akurasi dari suatu benda kerja. disamping pengerjaan bubut
dan pengerjaan bor yang banyak, masih terdapat lagi pengerjaan-pengerjaan
sejumlah besar produk yang tidak dapat dilakukan pada mesin bubut dan mesin
bor, seperti umpamanya pengerjaan bidang-bidang rata, alur-alur, lubang-lubang
pasak, alur-alur ekor burung, pengigian dan sebagainya.
Yang cocok untuk pekerjaan ini adalah mesin frais. Bentuk dan ukuran-
ukuran produknya merupakan dasar konstruksi beberapa jenis mesin frais.
Mesin frais dalam perancangan ini adalah mesin frais yang dapat berdiri sendiri,
dalam arti mesin ini tidak terletak maupun dilektakkan di atas sebuah meja
maupun landasan tertentu melainkan mempunyai landasan tersendiri yang
menyatu dengan mesin itu sendiri.
Dalam penulisan buku ini yang akan dibahas lebih lanjut adalah jenis
pekerjaan membuat alur pasak pada poros dengan lebar 5 – 15 mm. Untuk
keperluan jenis pekerjaan ini paling cocok adalah dengan menggunakan mesin
frais jari vertikal. Pada perancangan ini tipe yang digunakan adalah mesin frais
tipe Knee, dengan 6 tingkat kecepatan. Spindle pahat ini juga bisa berputar searah
jarum jam dan berlawanan jarum jam. Untuk penjelasan lebih lanjutakan dibahas
dalam karya tulis ini.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 13
ABSTRACT
Machine is a tool used for making form, and accuracy of a work object. In
addition to many lathing and borings, there are works of flat surfacing, spur gear,
pin hole, burd tail spur gears, gearing, so on.
Consistent with such design is milling machine. Form and measures of
products are bases of construction of some types of machine.
The vertical millimg machines in this design is a millimg machine which
can stand alone, it means that ut is not lied or pleased on a desk and certain base,
but it has base alone integrated into the machine itself. In writing this paper, I will
discuss types of job tomake pin spur gear in axis with width 5 – 5mm. For the job
need, it is necessary to use a vertical milling machine. In this designing, the type
used is a milling machine with knee type, with 6 speeds. Chisel spindle is also
winding in clockwise. To explain it furthermore, I will discuss it.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 14
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Mesin perkakas adalah suatu mesin yang dipergunakan untuk membuat
suatu bentuk, ukuran dan akurasi dari suatu benda kerja. Klasifikasi mesin
perkakas dibagi menjadi beberapa katagori menurut spesifikasinya, yaitu :
1. Mesin perkakas untuk kegunaan umum ( General Purpose ).
2. Mesin perkakas digunakan untuk benda kerja dengan jangkauan yang
luas atau digunakan untuk benda kerja pada benda kerja yang luas.
3. Mesin untuk kegunaan khusus.
Mesin ini digunakan untuk benda kerja yang sama atau serupa tetapi
dengan ukuran yang berbeda, atau dengan kata lain untuk jenis
pengerjaan tertentu dari benda kerja. Benda kerja dikerjakan dengan
mesin bubut, mesin drill, mesin sekrap, mesin frais, mesin gerinda,
dan masih banyak jenis pengerjaan benda kerja yang lain walaupun
jenis mesin yang digunakan mempunyai tipe pengerjaan benda kerja
yang hampir sama.
4. Mesin perkakas untuk pengerjaan terbatas atau tertentu ( Limited
Purpose ).
Untuk mesin jenis ini jangkauan operasinya terbatas dan sempit dalam
pengerjaan benda kerjanya. Misalnya mesin ini hanya digunakan untuk
mengerjaan benda kerja dengan kekerasan benda kerja tertentu.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 15
Menurut katagori di atas maka dalam penyusunan buku ini hanya akan
membahas mesin frais jari untuk pembuatan alur-alur pada poros baja dengan
lebar pasak 5 – 15 mm yang disesuaikan dengan soal Tugas Akhir. Dalam hal ini
yang termasuk dalam kategori di atas adalah mesin perkakas yang ketiga.
1.2 Mesin Frais
Di samping pengerjaan bubut dan pengerjaan bor yang banyak, masih
terdapat lagi pengerjaan-pengerjaan sejumlah besar produk yang tidak dapat
dilakukan pada mesin bubut dan mesin bor, seperti umpamanya pengerjaan
bidang-bidang rata, alur-alur, lubang-lubang pasak, alur-alur ekor burung,
penggigian dan sebagainya.
Yang cocok untuk pengerjaan ini ialah mesin frais. Bentuk dan ukuran-
ukuran produk-produknya merupakan dasar konstruksi beberapa jenis mesin frais.
1.3 Gerakan-gerakan dalam Milling
Gerakan-gerakan dalam mesin frais dapat dibagi 1
1. Gerak utama berputar
Sisi-sisi potong dari pahat milling dibuat dalam bentuk bulat. Sambil
memotong pahat berputar pada sumbunya. Gerakan berputar ini
disebut gerakan utama.
2. Gerakan Pengikatan
1 Sambsudin, Teknologi Mekanik, halaman 102
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 16
Untuk memungkinkan sisi potong masuk dalam bahan benda kerja
ditempatkan melawan pahat. Kedalaman dari pemasukan diakibatkan
dari gesekan pengikatan.
3. Gerakan Pemakanan
Benda kerja digerakkan sepanjang benda yang akan dikerjakan dengan
bidang yang dipotong.
1.4 Tipe-tipe Pisau Frais
Menurut desainnya pisau frais dapat dibedakan♦ :
1. Arbor cutter
Cutter mempunyai lubang pusat atau memasang pada arbor, pada
lubang cutter beralur pasak.
2. Shank cutter
Cutter tipe ini mempunyai tangkai lurus atau tirus yang menjadi satu
dengan bodi cutter. Penggunaan dari cutter ini dengan memasangkan
tangkainya pada lubang spindle.
3. Face cutter
Cutter ini diikatkan pada ujung short arbors dan biasanya untuk
milling plane surface.
♦ Samsudin, Teknologi Mekanik, halaman 102.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 17
Menurut general shape dibedakan :
1. Plain milling cutter
Hanya memiliki gigi-gigi pada kelilingnya. Gigi dapat lurus atau
spiral. Biasanya dibuat spiral bila lebarnya > 5/8 inchi.
2. Side milling cutter
Seperti plain milling cutter, hanya selain gigi-giginya yang ada
sekeliling cutter masih ada gigi-gigi pada satu sisi atau kedua sisinya.
Kadang-kadang juga dua side milling cutter yang hanya mempunyai
gigi-gigi pada satu sisi digabungkan menjadi satu cutter sehingga
gaya aksial yang bekerja pada cutter dapat dihilangkan.
3. Metal sliting saw cutter
Mempunyai side milling cutter atau plain milling cutter dibuat tipis
kira-kira setebal 3/16” atau lebih tipis lagi, digunakan untuk
pengirisan plat.
4. Angle milling cutter
Dibuat dengan sudut yang bermacam-macam dapat dibuat dengan sisi
iris tunggal/ganda. Alat iris dengan sisi iris tunggal berupa konis
tunggal. Angle cutter dipergunakan untuk pembuatan roda pal, akar
burung.
5. End milling cutter
Mempunyai sisi iris pada ujung dan kelilingnya, bentuk gigi
lurus/miring. Untuk end milling kecil tangkainya dan mata frais
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 18
menjadi satu, sedang induk end milling yang besar dibuat terpisah
antara mata frais dan tangkainya dan disebut shell end mill.
6. Form milling cutter
Digunakan untuk pengirisan dengan bentuk yang khusus misalnya
untuk roda gigi.
7. T. Slot cutter
Mempunyai plain milling cutters kecil atau side milling cutter yang
mempunyai tangkai silindris / konus, digunakan untuk membuat alur-
alur bentuk T.
8. Insert tooth cutter
Gigi-gigi mata frais dibuat dengan bahan yang mahal (logam khusus)
disisipkan pada baja biasa.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 19
1.5 Pembagian Mesin Frais
Menurut konstruksi mesin dibagi menjadi ♣
1.1.1. Mesin frais horisontal ⊗
Mesin frais horisontal ( gambar 1.1 ) adalah cocok untuk pengerjaan-
pengerjaan frais yang banyak dijumpai. Ciri mesin frais ini adalah poros utama
yang horisontal, yang mempunyai bantalan di dalam sebuah rangka yang
berbentuk lemari. Oleh karena poros utama itu tidak dapat disetel, adalah perlu
untuk memasang benda kerjanya di atas sebuah meja siku yang dapat disetel
dengan eretan memanjang dan lintang.
♣ Teknik Bengkel 1, Mesin Frais, halaman 126 ⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981.
Mesin Frais Vertikal
Mesin Frais Vertikal Penggunaan Umum
Mesin Frais Horisontal
Tipe Vertikal Datar Penggunaan Tunggal
Tipe Horisontal Datar Penggunaan Tunggal
Tipe Knee Tipe Bed Tipe Knee Tipe Bed
Mesin Frais
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 20
Gambar 1.1 Mesin frais horisontal Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Perencanaan dan pembuatan sebuah meja mesin frais yang dapat
digerakkan dalam tiga arah sulit diwujudkan. Apalagi meja tersebut diharapkan
tidak melengkung dan dapat meredam getaran pada waktu pemfraisan. Dengan
alasan ini maka meja siku mesin frais jenis horisontal merupakan kelemahannya.
1.1.2. Mesin frais universal ⊗)
Bedanya mesin frais universal dengan mesin frais horisontal ialah, bahwa
meja mesin frais universal dengan hantaran memanjang dapat diserongkan
terhadap poros utamanya.
Mesin frais ini mempunyai keunggulan yaitu dapat digunakan untuk
memfrais alur berbentuk sekerup ( gambar 1.2 )
⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 21
Gambar 1.2 Mesin frais universal Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
1.1.3. Mesin frais vertikal ⊗)
Sudah menjadi kenyataan bahwa untuk sejumlah besar pengerjaan frais,
mesin frais vertikal ( gambar 1.3 ) adalah lebih mudah daripada mesin frais
horisontal.
Gambar 1.3 Mesin frais vertikal Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Satu-satunya perbedaan antara mesin frais vertikal dan mesin frais
horisontal ialah, bahwa yang pertama mempunyai poros utama vertikal yang dapat
disetel secara aksial. ⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 22
Bila poros utama vertikal itu dapat diserongkan, maka dimungkinkan
untuk memfrais alu berbentuk sekerup seperti pada mesin frais universal.
1.1.4. Mesin frais datar⊗
Mesin frais datar ( gambar 1.4 ) cocok sekali untuk produksi massa yang
pemfraisannya hanya menurut arah memanjang.
Gambar 1.4 Mesin frais datar Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Meja sudut dengan segala keberatannya, tidak terdapat di sini. Meja
Fraisnya terletak di atas hantaran yang tetap dari rangkanya.
Untuk penyetelan fraisnya, poros utama yang horisontal beserta
penggerakannya dapat disetel keseluruhannya menurut arah vertikal.
1.1.5. Mesin frais portal ⊗)
Untuk pemfraisan benda-benda kerja yang panjang dan berat, digunakan
mesin frais portal ( gambar 1.5 ).
⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981. ⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 23
Gambar 1.6 Mesin frais portal Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
1.1.6. Pemasangan frais ⊗
Frais-frais selubung, piringan sudut dan profil yang berlubang, dipasang pada
poros utama mesin frais dengan bantuan poros frais.
Pada mesin-mesin frais lama poros utamanya mempunyai lubang tirus
menurut Morse. Ke dalam lubang ini poros frais itu ditarik kencang dengan
bantuan batang penarik ( gambar 1.7 )
Gambar 1.7 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Poros frais itu dikeluarkan dari poros utama dengan pemutaran kembali batang
penariknya sedemikian jauh, sehingga dada dari batang penarik itu menyentuh
⊗
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 24
mur penutup. Jadi batang penarik itu berfungsi sebagai batang penekan dan
menekan poros frais keluar dari poros utama.
Frais kepala dipasang pada poros utama dengan batuan poros frais yang
pendek yang disebut duri penusuk ( gambar 1.8 ). Frais-frais kepala dapat
dilaksanakan dengan alur pasak yang memanjang atau melintang. Karena itu
maka terdapat dua jenis duri penusuk.
Gambar 1.8 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Frais –frais kepala pisau dipasang pada kerucut luar ( 3 : 10 ) dari poros
utama dan ditarik dengan bantuan batang penarik dan sebuah pembawa lepas (
gambar 1.9 ).
Gambar 1.9 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Frais –frais jari dan alur pasak dengan tangkai tirus dapat langsung dipasang ke
dalam lubang tirus dari poros utama dan ditarik dengan batang penarik. Untuk
frais-frais kecil digunakan tabung-tabung pengurang ( gambar 1.10 ).
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 25
Gambar 1.10 Gambar 1.11 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Frais-frais kecil dengan tangkai silindris dipasang di dalam kepala pengencang
dengan tang pengencang yang dapat ditukar ( gambar 1.11 ). Mesin-mesin lama
dengan konus Morse pada poros utamanya mempunyai satu keberatan.
Konus-konus Morse menjepit sendiri. Hal ini berarti bahwa sebuah
perkakas yang dilengkapi dengan konus Morse, akan terjepit tetap, meskipun
hanya dipukul dengan gaya kecil ke dalam konus Morse bagian dalam.
Bila mesin frais sudah berputar beberapa jam, poros utamanya sedikit
memuai karena panas gesekan. Jadi bila sebuah poros frais yang dingin dipasang
di dalam poros utama yang panas, dapat terjadi, bahwa poros itu sedemikian
kukuh letaknya karena pengerutan poros utamanya, sehingga ia tidak dapat lagi
dikeluarkan tanpa mengalami kerusakan.
Mesin-mesin frais baru mempunyai poros utama dengan konus Amerika
(3,5: 12). Gambar 1.12a , di mana poros-poros frais dalam dalam segala keadaan
dapat dikeluarkan dengan mudah.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 26
Gambar 1.12 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Poros-poros frais yang dilengkapi dengan kerucut yang sesuai, mendapat
jaminan terhadap pemutaran dengan dua buah pasak melintang ( gambar 1.13b ).
Frais-frais kepala pisau besar disekerup dengan empat buah baut pada
bidang depan yang rata dan dipusatkan oleh bagian luar poros utama yang
silindris.
1.1.7. Pengencangan benda-benda kerja⊗
Benda-benda kerja harus dikencangkan secara kukuh pada waktu
pemfraisan. Sebab bila benda kerja itu terlepas, akibatnya keretakan frais.
Pada jumlah-jumlah yang kecil, benda-benda kerjanya dikencangkan satu
demi satu pada jepitan mesin ( gambar 1.13 ). Maka harus perhatikan, supaya
bagian-bagian yang kecil tidak dapat melengkung.
⊗ Alat-alat Perkakas, C. van Terheijden-Harun, jilid 1, tahun 1981.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 27
Gambar 1.13 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Benda-benda kerja yang lebih besar dapat dipasang dengan pelat-pelat
pengencang dan baut-baut pengencang di atas meja frais. Cara pengencangan ini
dapat juga lebih ekonomis untuk produk-produk kecil dalam jumlah yang agak
banyak ( gambar 1.14 ).
Pada waktu pengencangan dan pengaturan letaknya benda-benda kerja,
mesin fraisnya tidak produktif. Maka untuk pemfraisan benda-benda kerja dalam
jumlah banyak, diusahakan merancang lengkapan-lengkapan pengencang
sehingga produk-produknya dapat dikencangkan dengan cepat dan tanpa
pengaturan letaknya. Bila lengkapan pengencang itu dibuat berganda ( gambar
1.15 ), pada waktu pemfraisan benda kerja a, benda kerja b, yang telah dikerjakan
dapat diganti dengan benda kerja yang belum dikerjakan. Maka waktu yang
dibutuhkan untuk pengencangan menjadi berkurang, dengan demikian waktu yang
tersedia menjadi lebih efektif.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 28
Gambar 1.15 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Gambar 1.16 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Produk-produk yang sebagian harus difrais melingkar, dikencangkan di atas
sebuah meja-putar ( gambar 1.17 ).
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 29
Gambar 1.17 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Pada meja putar itu kadang-kadang ditempatkan sebuah cakar tiga yang memusat
sendiri. Maka meja putar itu dapat juga digunakan untuk pembuatan pembagian-
pembagian, misalnya bujur sangkar, segi enam, dan seterusnya.
Yang lebih cocok untuk pembuatan pembagian adalah pengencangan pada
sebuah alat pembagi ( gambar 1.18 ). Benda kerja a di kencangkan di antara
kepala lepas b dan alat pembagi c. Pelat pembagi d dipasang tetap pada
poros pembagi f.
Gambar 1.18 Sumber : Alat-alat Perkakas, C. van Terheiden-Harun, jilid 2, 1981
Setelah gerendel e ditekan ke bawah, poros pembagi dapat diputar meliputi
sudut yang dikehendaki. Pembawa g berfungsi supaya benda kerja ikut berputar
dengan poros pembagi dan pelat pembagi. Setelah semuanya selesai pelat
pembaginya digerendel lagi.
Pelat pembagi itu mempunyai 24 lubang penghematan, sehingga
memungkinkan 2, 3, 4, 6, 8, 12 dan 24 pembagian.
Kadang-kadang pelat pembagi itu dapat ditukar, sehingga banyaknya
pembagian masih dapat diperluas.
Metoda ini disebut pembagian langsung.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 30
1.6. Pembatasan Masalah
Pada perancangan mesin frais jari ini penulis membatasi masalah yang
dibahas yaitu :
1. Dari soal dibatasi perancangan transmisi mesin frais jari.
2. Pemindahan kecepatan pada kotak transmisi dilakukan dengan manual,
pemindahan transmisi ini dilakukan setelah mesin mati ( mesin dalam
keadaan tidak beroperasi.
3. Konstruksi untuk handle pemindah kecepatan tidak dijelaskan secara
rinci dan tidak dilakukan perhitungan.
4. Naik turunnya pahat dilakukan dengan manual.
1.7. Prosedur Perancangan
Dalam perancangan mesin frais jari ini langkah-langkah sistimatis sebelum
dilakukan perhitungan lebih lanjut mengenai dimensi-dimensinya harus dilakukan
lebih dahulu agar mudah dan mempercepat proses perancangannya. Adapun
langkah-langkah sistimatis perancangan adalah sebagai berikut :
1. Langkah awal dalam perancangan mesin frais jari ini adalah
menentukan karakteristik benda kerja yang akan dikerjakan dengan
mesin ini yaitu Baja.
2. Menentukan putaran poros spindle pada mesin frais jari, dengan
jangkauan kecepatan yang diperlukan untuk pekerjaan pemfraisan
bahan baja.
3. Menentukan besar daya motor.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 31
4. Memperhitungkan putaran poros input dari putaran motor penggerak.
5. Menentukan variasi kecepatan yang diperlukan pada poros spindle.
6. Memperhitungkan dimensi pada pulley transmisi.
7. Menentukan poros transmisi roda gigi.
8. Dengan menganalisa beban yang harus didukung karena adanya kotak
antar pulley dengan transmisi sabuk dan kontak antar roda gigi,
defleksi serta putaran kritis poros yang disyaratkan dapat dicari
diameter poros dan bahan poros serta bagian yang diikatnya dan
batasan-batasan yang ada.
9. Menentukan ukuran-ukuran pasak yang dibutuhkan untuk meneruskan
daya dengan pertimbangan dari diameter poros.
10. Pemilihan bantalan-bantalan dengan pertimbangan gaya-gaya yang
didukunganya.
11. Menentukan pelumasan yang cocok untuk keperluan pelumasan yang
dibutuhkan oleh rangkaian roda gigi yang ada.
12. Setelah ukuran dan ruang yang diperlukan untuk semua elemen mesin
tersebut diperoleh, maka ukuran badan mesin dapat diperkirakan.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 32
BAB II
MESIN FRAIS JARI
2.1 Mesin Frais Jari
Mesin frais jari dalam perancangan ini adalah mesin frais yang dapat
berdiri sendiri, dalam arti mesin ini tidak terletak maupun diletakkan di atas
sebuah meja maupun landasan tertentu melainkan mempunyai landasan tersendiri
yang menyatu dengan mesin itu sendiri.
Mengefrais adalah pekerjaan penyayatan benda kerja dengan
menggunakan pisau frais. Adapun jenis pekerjaan yang dapat dilayani dengan
mesin frais ini bermacam-macam, diantaranya : meratakan permukaan,
penggigian, membuat alur-alur, membuat alur pasak, proses drilling, boring
reaming, dan masih banyak lagi jenis pengerjaan yang lainnya dan tinggal
menggati alat irisnya. Dalam penulisan buku ini yang akan dibahas lebih lanjut
adalah jenis pekerjaan membuat alur pasak pada poros dengan lebar 5 – 15 mm.
Untuk keperluan jenis pekerjaan ini paling cocok adalah dengan menggunakan
mesin frais jari vertikal. Alur pasak adalah tempat pasak terbenam di dalam poros
supaya dapat meneruskan daya dan putaran poros ke bagian yang lain, misalnya
roda gigi, puli, kopling, dan lain-lain. Pada perancangan ini tipe yang digunakan
adalah Mesin Frais tipe Knee, dengan 6 tingkat kecepatan yang dapat diubah-ubah
pada saat mesin berhenti. Spindle pahat mesin ini juga bisa berputar searah jarum
jam dan berlawanan jarum jam.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 33
2.2 Komponen-komponen Perkakas
2.2.1 Motor Penggerak
Motor penggerak digunakan sebagai penggerak mula dan sumber tenaga kemudian ditransmisikan untuk menggerakkan spindle yang berguna untuk memutar pahat.
2.2.2 Transmisi Sabuk
Disamping untuk digunakan untuk meneruskan putaran juga digunakan
sebagai pengaman bila terjadi beban lebih akan terjadi slip sehingga tidak
merusak motor listrik.
2.2.3 Kotak Transmisi
Kotak transmisi digunakan sebagai tempat susunan roda gigi maupun puli
dan sabuk. Di dalam kotak inilah putaran direduksi sesuai putaran yang
diinginkan, sehingga akan didapatkan beberapa tingkat kecepatan.
2.2.4 Pisau Frais
Untuk membuat alur pasak digunakan pisau frais jari. Pisau ini
mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya dapat digunakan untuk mengebor
dan memotong samping. Ada 2macam pisau frais jari untuk alur pasak, yaitu ♣ :
1. Pisau jari untuk alur dengan dua bibir.
Gambar 2.1 Pisau jari dua bibir
2. Pisau jari untuk alur dengan tiga bibir.
♣ Teknik Bengkel, mesin frais, halaman 138.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 34
Gambar 2.2 Pisau jari tiga bibir
Pada saat terjadi penyayatan akan dihasilkan tatal, tatal-tatal yang
dihasilkan antara lain ♦ :
1. Sheared Chip
Tatal berupa elemen yang mempunyai bentuk teratur dan terikat lemah
satu dengan yang lain, hal ini terjadi pada logam yang keras dan liat.
2. Continous Chip
Tatal berupa elemen-elemen yang bersatu, jenis tatal ini terjadi pada
logam yang lunak dan liat.
3. Discontinous Chip
Tatal yang dihasilkan berupa elemen-elemen yang terpecah,
mempunyai bentuk yang tidak teratur, jenis tatal ini terjadi pada
logam-logam yang keras dan getas.
Umur alat iris merupakan waktu yang digunakan alat iris dari saat setelah
pengasahan sampai tumpul. Umur alat iris ini dapat ditentukan dari beberapa
parameter, yaitu :
1. Bahan alat iris dan bahan benda kerja.
2. Bentuk ujung alat iris.
3. Chip Cros Section.
♦ Samsudin, Teknologi Mekanik, halaman 33.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 35
4. Kecepatan potong.
5. Cara pendinginan.
Tabel 2.1 menyajikan harga umur alat iris :
TABEL 2.1 Harga economic tool life≠
Machine Tool Setting
Economical tool life ( min )
Engine lathe of plane Ordinary 40
Drill press Accuracy 120
Hand screw machine Ordinary 30
Automatic screw machine Ordinary 400
Automatic milling machine simple cutter Ordinary 600
Milling machine ordinary cutter 250
Milling machine 2000
2.2.5 Collet / sarung pengurung
Pisau frais jari pembuat alur pasak dengan tangkai konus dipegang dengan
sarung pengurung, lubang konus atau langsung pada spindle nosenya.
Macam-macam sarung pengurung :
1. Sarung pengurung Morse konus.
Untuk memasang pisau frais dengan tangkai morse konus pada mesin yang
mempunyai spindle morse konus, maka sarung pengurung morse konus yang
digunakan. Pisau frais dipegang oleh baut penyambung pada sarung
pengurung. Sarung pengurung dipegang oleh draw bar pada spindle nosenya.
Draw bar tersebut dibautkan pada ujung yang lain dari penyambung.
≠ George, B Bieter, Mechanical Metalurgi, page 94
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 36
Gambar 2.3 Sarung pengurung morse konus.
2. Sarung pengurung dikuatkan plat penguat.
Pada beberapa mesin frais sarung pengurung dipegang dimuka dari spindle
nose oleh plat penguat yang mudah diganti. Dalam hal ini pisau frais dipegang
pada sarung pengurung dengan baut pengencang.
Gambar 2.4 Sarung pengurung dikuatkan dengan plat penguat.
3. Sarung pengurung dikuatkan dengan baut penyambung.
Jika pisau frais dipegang oleh penyambung harus ada jarak minimum 2 mm
antara sarung pengurung dan baut penyambung, diukur sejajar dengan sumbu
pisau frais.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 37
Gambar.2.5 Sarung pengurung dikuatkan dengan baut penyambung.
2.3 Diagram Kinematik Kecepatan
Pada perancangan ini bahan yang akan dikerjakan adalah baja yang
diambil adalah alloy steel, dengan kecepatan sayat 50 fpm (berdasarkan anjuran
alat iris HSS), dengan pisau jari berdiameter 5 – 15 mm, sehingga didapat putaran
:
n = D
v×
×π
1000 .........................................................( 2.1)
dimana : v = kecepatan potong ( m/menit ), 50 fpm = 15,24 m/menit.
D = diameter pisau frais ( mm )
n = putaran pisau ( rpm )
Tabel 2.2 Cutting speed yang diijinkan ( HSS )7
Bahan Cutting Speed ( FPM )
Baja paduan 50
Baja karbon 60
7 Van Terheijden-Harun, 1994, Mesin Perkakas 3
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 38
Baja karbon menengah 80
Besi cor 100
Brass, Copper 150
Alumunium 300
maka :
n = 15100024,15
××
π = 324 rpm.
Mesin frais jari pembuat alur pasak ini dirancang dengan 6 tingkat kecepatan
dengan ϕ = 1,41.
maka untuk putaran selanjutnya :
Tabel 2.3 Harga ϕ untuk Mesin Perkakas8
Mesin Perkakas ϕ
Mesin untuk kerja berat dan otomatis 1,12 Ukuran luas sampai sedang mesin
perkakas umum dan otomatis 1,26
Ukuran sedang mesin perkakas umum 1,41 Ukuran sedang sampai kecil untuk
mesin perkakas umum 1,58
n1 = 324 rpm
n2 = 324 × φ = 324 × 1,41 = 347 rpm
n3 = 324 × φ2 = 324 × 1,412 = 404 rpm
8 Machine tools design, regulation of speed and rates, hal. 61
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 39
n4 = 324 × φ3 = 324 × 1,413 = 485 rpm
n5 = 324 × φ4 = 324 × 1,414 = 606 rpm
n6 = 324 × φ5 = 324 × 1,415 = 809 rpm
Gambar 2.6 Diagram Kinematik Kecepatan
2.4 Perhitungan Daya Motor dan Putaran Motor
Daya yang dibutuhkan mesin frais jari untuk membuat alur pasak dengan
lebar 5 – 15 mm ( 0,20 – 0,59 ) inchi dan tebal 3 – 9 mm ( 0,12 – 0,35 ) inchi
yaitu daya untuk pengeboran dan daya untuk pemakanan memanjang. Rencana
bahan yang akan dikerjakan dengan mesin frais jari ini adalah baja yang
mempunyai kekerasan 429 BHN. Kecepatan potong 50 fpm (untuk alat iris HSS).
Pisau frais yang dipakai menggunakan pisau frais jari untuk alur dengan jumlah
gigi potong 3 bibir dan dengan diameter pisau 5 – 15 mm. Selanjutnya mencari
konsumsi daya spesifik untuk bahan baja dengan kekerasan 429 BHN adalah
sebesar :
809
606
485
404
347
324
809
1,12
10,8
1,5
0.8
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 40
Hpc = ( )pw ×
××
DV
π12
× ( )z × ( )ff × ( )w × ( )d .....( 2.2 )
Sebagai pendukung rumus di atas halaman berikut disajikan tabel harga HPc/CIM
untuk berbagai macam material.
Tabel 2.4 Harga HPc/CIM untuk berbagai macam material<10
Material Cut Tool Shape Brinell
hardness no Hp2 / cu in. per
min 126 0,59 – 0,66 Plain carbon steel 179 0,70 – 0,79
262 0,85 – 0,98 118 0,36 – 0,39 Free cutting steel 179 0,44 – 0,48 229 0,50 – 0,54 8,14,6,6,6,0,1/16 131 0,46 – 0,57 Alloy steel 179 0,55 – 0,68 269 0,67 – 0,83 429 1,10 – 1,90 140 0,22 – 0,32 Cast Iron 179 0,45 – 0,68 256 0,85 – 1,30 33 0,18 – 0,27 Leaded Brass 76 0,22 – 0,31 131 0,25 – 0,35 Unleaded brass 50,9 0,54 Pure Copper 8,14,6,6,6,15,0 40,4 0,88 33 0,084 – 0,10 Magnesium Alloys 49 0,094 – 0,11 68 0,10 – 0,12 55 0,28 159 0,26 Allumunium Alloys 8,14,6,6,15,0 32 0,12 20,40,10,10,10,15,0 94 0,15 115 0,17 – 0,21 153 0,20 Monel Metal 8,14,6,6,6,15,3/64 147 0,58 – 0,17 160 1,35
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 41
Kecepatan pemakanan dapat dihitung dengan rumus<11 :
fm = 1512100024,15
×× = 84,6 mm/min
fm = ft × z × n<12
maka :
ft = nz
fm
× =
rpmmm3243
min/6,84×
= 0,09 mm/gigi = 0,003 in/gigi
dimana : Hpc = daya alat potong ( Hp )
v = kecepatan potong ( rpm )
D = diameter pahat ( inchi )
z = jumlah gigi alat potong
f = kecepatan feeding per gigi ( in per tooth )
d = dalamnya pemotongan ( inchi )
w = lebar pemakanan ( inchi )
maka daya yang dibutuhkan :
Hpc = ( )90,1 ×
6,0
5012xx
π × ( )3 × ( )003,0 × ( )6,0 × ( )47,0
= 1,3 hp.
Daya motor yang dibutuhkan<13 :
Hpg =
f
c
f
p
EH
+ Hpt
dimana : Hpg = daya motor ( hp )
<11 Gerling, All abaut Machine Tools, page 131 <12 Ibid, page 131 <13 Ibid page 62
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 42
Hpt = daya tambahan yang dibutuhkan untuk menjalankan mesin pada
saat mesin berbeban = 0,5 hp
Eff = effisiensi mesin diambil 0,8
maka :
Hpg =
8,03,1 + 0,5 = 2,4 hp Hpg = 1,8 kW
Pada saat pengeboran torsi yang dihasilkan<14 :
M = 25200 × f0,8 × d1,8 (lbs. in.)........................................( 2.3 )
Tenaga potong yang diperlukan<15 :
hp = 63025MN .........................................................................( 2.4 )
Gaya potong dapat dihitung<16 :
F = v
hp33000 ......................................................................( 2.5 )
dimana : M = torsi ( lbs inchi )
f = kecepatan feeding ( feet per revolution ) = 0,34 mm/put = 0,001
feet/put.
d = diameter pisau frais ( inchi ), 15mm = 0,59 inchi.
n = putaran ( 324 rpm ).
hp = horse power
v = cutting speed dalam fpm = 50 fpm ( HSS )
maka torsi yang dihasilkan : M = 25200 × 0,0010,8 × 0,781,8 = 64,2 lbs. in.
Tenaga potong yang dihasilkan :
<14 Ibid, page 63 <15 Ibid, page 64 <16
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 43
hp = 63025
3242,64 × = 0,33 hp = 0,186 kW
Gaya potong :
F = 50
25,033000× = 165 lbs = 75 kg
Jadi motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan daya 2,2 kW dan
dengan putaran 1500 rpm.
2.5 Mekanisme Mesin Frais Jari
Gambar 2.7 Mesin Frais Jari pembuat alur pasak
2.6 Cara kerja
1. Putaran 324 rpm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 44
Pulley seporos dengan motor listrik oleh karenanya apabila motor listrik
berputar maka pulley akan ikut berputar, putaran pulley kemudian
diteruskan roda gigi 1 yang seporos. Roda gigi 1 ini memutar roda gigi 3,
roda gigi 3 dan roda gigi 5 seporos dan roda gigi 5 memutar roda gigi 6.
Roda gigi 6 seporos roda gigi 7, roda gigi 7 memutar roda gigi 10 dan roda
gigi 10 memutar pasangan roda gigi kerucut, kemudian dari pasangan roda
gigi kerucut ini putaran diubah menjadi putaran vertical poros spindle.
Gambar 2.8 Susunan roda gigi untuk putaran 324 rpm
2. Putaran 346 rpm
Motor listrik berputar maka pulley ikut berputar. Putaran pulley ini
diteruskan untuk memutar roda gigi 1 yang seporos dengan pulley. Roda
gigi 1 memutar roda gigi 3. Roda gigi 3 seporos dengan roda gigi 5, roda
gigi 5 meutar roda gigi 6. Roda gigi 6 seporos dengan roda gigi 9, roda
gigi 9 memutar roda gigi 12. Roda gigi 12 memutar pasangan roda gigi
kerucut, kemudian dari pasangan roda gigi kerucut ini putaran diubah
menjadi putaran vertical poros spindle.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 45
Gambar 2.9 Susunan roda gigi untuk putaran 346 rpm.
3. Putaran 404 rpm
Motor listrik berputar maka pulley ikut berputar. Putaran pulley ini
diteruskan roda gigi 1 yang seporos dengan pulley. Roda gigi 1 memutar
roda gigi 3. Roda gigi 3 seporos dengan roda gigi 5, roda gigi 5 memutar
roda gigi 6. Roda gigi 6 seporos dengan roda gigi 8, kemudian roda gigi 8
meneruskan putaran dengan memutar roda gigi 11. Roda gigi 11 memutar
pasangan roda gigi kerucut, kemudian dari pasangan roda gigi kerucut ini
putaran diubah menjadi putaran vertical poros spindle.
Gambar 2.10 Susunan roda gigi untuk putaran 404 rpm
4. Putaran 485 rpm
Motor listrik berputar maka pulley ikut berputar. Pulley seporos dengan
roda gigi 2. Roda gigi 2 meneruskan putaran dengan memutar roda gigi 4.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 46
Roda gigi 4 seporos dengan roda gigi 5, roda gigi 5 memutar roda gigi 6.
Roda gigi 6 seporos dengan roda gigi 7, roda gigi 7 meneruskan putaran
dengan memutar roda gigi 10. Roda gigi 10 memutar pasangan roda gigi
kerucut, kemudian dari pasangan roda gigi kerucut ini putaran diubah
menjadi putaran vertical poros spindle.
Gambar 2.11 Susunan roda gigi untuk putaran 485 rpm
5. Putaran 606 rpm
Motor listrik berputar maka pulley ikut berputar. Pulley seporos dengan
roda gigi 2, roda gigi 2 meneruskan putaran dengan memutar roda gigi 4.
Roda gigi 4 seporos dengan roda gigi 5. Roda gigi 5 memutar roda gigi 6.
Roda gigi 6 seporos dengan roda gigi 9. Roda gigi 9 meneruskan putaran
dengan memutar roda gigi 12. Roda gigi 12 memutar pasangan roda gigi
kerucut, kemudian dari pasangan roda gigi kerucut ini putaran diubah
menjadi putaran vertical poros spindle.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 47
Gambar 2.12 Susunan roda gigi untuk putaran 606 rpm
6. Putaran 809 rpm
Motor listrik berputar maka pulley ikut berputar. Pulley seporos dengan
roda gigi 2. Roda gigi 2 meneruskan putaran dengan memutar roda gigi 4.
Roda gigi 4 seporos dengan roda gigi 5. Roda gigi 5 memutar roda gigi 6.
Roda gigi 6 seporos dengan roda gigi 8. Kemudian roda gigi 8 meneruskan
putaran dengan memutar roda gigi 11. Roda gigi 11 memutar pasangan
roda gigi kerucut, kemudian dari pasangan roda gigi kerucut ini putaran
diubah menjadi putaran vertical poros spindle.
Gambar 2.13 Susunan roda gigi untuk putaran 809 rpm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 48
BAB III
PERANCANGAN V-BELT DAN RODA GIGI
3.1 Tinjauan
Pada perancangan transmisi mesin frais jari untuk pembuatan alur pasak
ini terdiri dari reduksi tingkat pertama dari motor listrik ke poros pertama melalui
transmisi V-belt, dengan perbandingan reduksi i = 2,49. Untuk kebutuhan
pembuatan alur pasak dengan lebar 5 – 15 mm dibutuhkan 6 tingkat kecepatan,
hal ini disesuaikan dengan julah pisau frais yang akan digunakan, yaitu pisau frais
dengan nomor 5, 8, 10, 12, 14, dan 15 dengan ukuran millimeter. Dengan
demikian setiap pisau frais dalam penggunaannya mempunyai kecepatan sendiri-
sendiri. Kemudian untuk memperoleh 6 tingkat percepatan spindle, putaran dari
pulley direduksi oleh 6 pasang roda gigi lurus.
Pemilihan V-belt sebagai reduksi tingkat I karena mudah penangannya
dan harganya relatif murah. V-belt terbuat dari karet dengan inti tenunan teteron
dan mempunyai penampang trapesium, hal ini dimaksudkan agar memperoleh
tarikan yang besar. Alasan dari penggunaan V-belt adalah apabila pada waktu
mesin bekerja terjadi beban lebih yang disebabkan oleh gaya pemakanan oleh
pahat akan diharapakan terjadi slip antara pulley dengan V-belt, dengan demikian
tidak memyebabkan kerusakan pisau.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 49
Pemilihan penggunaan roda gigi lurus untuk mereduksi putaran karena
roda gigi lurus sederhana, pembuatannya mudah, harganya relatif murah, dapat
digunakan untuk mereduksi putaran sampai dengan i = 7, sedangkan gaya-gaya
yang harus didukung oleh bantalan hanya dua macam yaitu gaya tangensial dan
gaya radial. Dengan demikian tidak perlu meggunakan bantalan khusus yang
mahal harganya. Akan tetapi penggunaan roda gigi lurus mempunyai kelamahan
yaitu sedikit agak berisik. Untuk mengubah putaran horisontal menjadi vertikal
digunakan pasangan roda gigi kerucut standar. Pasangan roda gigi ini mempunyai
sudut poros kedua kerucut 90o. Pengaturan pemakanan menggunakan pasangan
roda gigi cacing dan pasangan pinyon dan rack, yang digerakkan secara manual.
3.2 Perancangan V-Belt
Transmisi dengan sabuk bekerja berdasarkan suatu geseran antara pulley
dengan belt penggerak, gaya melingkar dapat dipindahkan dari pulley penggerak
ke pulley yang digerakkan. Perpindahan gaya ini tergantung dari tekanan belt
penggerak ke permukaan pulley, karena bila ketegangannya kurang maka belt slip
dan ketegangannya kurang sehingga tidak dapat meneruskan gaya secara
sempurna. Keuntungan transmisi belt ini adalah; dapat terjadi slip pada beban
lebih sehingga tidak menyebabkan kerusakan pada elemen mesin yang lain, dapat
meredam kejutan dan goncangan, dapat digunakan untuk memutar poros yang
digerakkan dalam dua arah tanpa mengubah kedudukan motor penggerak, poros
dapat berkedudukan sembarang terhadap poros penggerak. Syarat yang harus
dipenuhi oleh belt adalah kekuatan dan kelembutan terhadap pelengkungan yang
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 50
berulang kali sekeliling pulley, koefisien gesek antara belt dan pulley, massa tiap
satuan panjang dan ketahanan terhadap pengaruh dari luar, seperti uap lembab,
panas, debu, minyak dan sebagainya. Keuntungan yang lain adalah jarak poros
bisa diperpanjang, tidak bising, tanpa pelumasan, murah dibanding roda gigi,
konstruksi yang sederhana. V-belt dijual dengan tanpa sambungan. Jadi belt ini
tidak dapat disambung. Kalaupun terpaksa, penyambungannya akan sulit.
Gesekan antara V-belt dan pulley akan lebih besar dibanding belt rata. Aus pada
sisi samping. Dibanding roda gigi, transmisi ini dapat bekerja lebih tenang dan
dapat meredam getaran. V-belt tidak boleh terkena minyak, tidak boleh terkena
temperatur tinggi lebih dari 60 derajat celcius. Jika dipakai dua V-belt atau lebih
maka saat penggantiannya sebaiknya semua walaupun tidak semua yang rusak
karena jika tidak, bisa jadi semua sabuk tidak sama dalam memindahkan gayanya.
V-belt harus suai dengan cermat dalam alur pulley, sehingga sisi luar sabuk
menjadi rata dengan sisi luar pulley.
Pada perancangan V-belt ini data-data yang digunakan dalam perhitungan adalah
sebagai berikut :
Motor listrik dengan daya 2,125 KW pada Putaran input (nin) = 1500 rpm.
Perbandingan transmisi i1 = 2,78 putaran output (n1) = 537.71 rpm. Jarak sumbu
poros (C) =600 mm.
Faktor koreksi daya rata-rata fc = 1,2 ( tabel ), hal ini dikarenakan daya motor
sudah diberi harga yang lebih besar untuk faktor amannya
Daya rencana (Pd) = fc × P ……………………………………….(3.1)
= 2,215 ×1,2
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 51
= 2,55 KW
Momen rancangan T1 dan T2 adalah :
T1 = ( 9,74 x 105 × ( Pd/ n1 ))1/3…… …………………………(3.2)
T1 = ( 9,74 x 105 × ( 2.55 / 1400))1/3
= 1655,8 kg.mm
T2 = ( 9,74 × 105 × ( Pd/ n2 ))
= ( 9,74 × 105 × (2,55 / 537,71 ))
= 46719,03 kg.mm
Penampang V-belt : Tipe A ( tabel 5.4)
dmin = 71 mm
Diameter lingkaran jarak bagi pulley dp dan Dp
dp = 71mm
dp = dp × i1…………………………………………………...3.3)
= 95 × 2,78
= 197,38 mm
Untuk nilai K = 4.5 ( tabel 5.2 )
Diameter luar pulley dk dan Dk
dk = ( dp + (2 x K )……………….….……………………...(3.4)
= 80 mm
dk = 143 + 2 x 4,5……….…………………………………..(3.5)
= 206.38 mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 52
Kecepatan linear V-belt adalah :
V = 100060
ndp 1
×××π …………………………………….....………(3.6)
= 5,576 m/detik
v < 30 m/detik ( baik/aman )
maka :
C > ( Dk + dk ) / 2…………………………………………….(3.7)
365,81 > 600
300 > 129 mm ( baik/aman )
Pemilihan V-belt dipakai tipe standar
Kapasitas daya transmisi dari satu sabuk ( lihat tabel 5.5)
Po ( )1.31 (1.431.31+= x
−−
×−++
−−
1400160014001500)15.018.0(15.0
1400160014001500
= 1,535 kW
Panjang keliling sabuk adalah :
L = 2 x C + 2)(41)(
2dpDp
cDpdp −++
π ………………………(3.8)
= 1434,11 mm
Nomor nominal sabuk dilihat pada tabel panjang V-belt standar ( tabel 8 ) yaitu
Nomor 57 dengan panjang sabuk yang ada dalam perdagangan adalah 1448 mm.
b = 2 × L– π × (Dp + dp)……………………………………..(3.9)
= 2498,97 mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 53
Maka jarak sumbu poros sebenarnya adalah :
C = 8
)(8 22 dpDpbb −×−+………………………………….(3.10)
= 624,68 mm
Sudut kontak pulley kecil θ adalah :
θ = 1800−C
dpDp )(57 − ………………………………………..(3.11)
= 168,446 Kθ = 0.97 ( tabel 5.7 )
Jumlah sabuk adalah :
N = )KPo(
Pd
θ×……………………………………………….(3.12)
N = 1,79 2 buah sabuk
Daerah penyetelan jarak sumbu poros ( tabel 5.8 )
∆Ci = 20 mm
∆Ct = 40 mm
Jadi hasil perhitungan sabuk dan puli adalah sebagai berikut :
Penampang V-belt standar tipe A no 57
Jumlah sabuk (N) = 2 buah
Dp = 197,38 mm , dp = 71 mm
Dk = 206,38 mm , dk = 80 mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 54
3.3 Perancangan Roda Gigi Lurus
3.3.1 Nama-nama Bagian Roda Gigi
Nama-nama bagian roda gigi ditunjukan dalam Gambar 3.5. Ukuran utama
roda gigi dinyatakan dengan lingkaran jarak bagian, yaitu lingkaran khayak yang
menggelinding tanpa slip. Ukuran gigi dinyatakan dengan jarak bagi lingkar, yaitu
jarak sepanjang lingkar jarak bagian antara profil gigi ke profil yang lain yang
berdekatan.
Gambar 3.5. Nama-nama bagian roda gigi
3.3.2. Perhitungan Roda Gigi 1 dan 2
Data – data awal yang ada adalah ;
Daya yang akan ditransmisikan P = 2,125 KW
Jarak sumbu poros direncanakan a =150 mm
Perbandingan putaran direncanakan i = 1,525
Sudut tekanan pahat α =20 derajat
Putaran poros penggerak n1 = 537,710 rpm
Dari data-data diatas kemudian mulai dicari daya rencana (Pd)
Pd = P × fc ( KW )....……………..……………………………(3.13)
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 55
Dengan fc = faktor koreksi = 1,2 agar menghasilkan daya maksimal
Sehingga diperoleh daya rencana Pd = 2,55 KW
Kemudian mencari diameter sementara lingkaran jarak bagi gigi
d1’ = (ia
+×
12 ) (mm)………………………….……………………(3.14)
= 118,81 mm
d2’ = (i
ia+××
12 ) (mm)………….…………………………………(3.15)
= 181,188 mm
Pemilihan modul (m) dapat dicari dengan menggunakan diagram pemilihan
modul
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 56
Tabel 3.2 Pemilihan modul
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 57
Direncanakan m = 3
Jumlah roda gigi dan hasil perbandingan roda gigi
Gigi 1 :
Z1 = md '1 (buah)….………..……………………………………(3.16)
= 40 buah
Gigi 2 :
Z2 = md '2 (buah).……………..………………….………………(3.17)
= 61 buah
Diameter lingkaran jarak bagi
do1 = Z1 × m (mm)……………………………………………..(3.18)
= 119,048 mm
do2 = Z2 × m (mm)……………………………………………..(3.19)
= 180,952 mm
Jarak sumbu poros a
a = 21 × (do1 + do2) (mm)….……………..…………………(3.20)
= 150 mm
Kelonggaran puncak (ck)
ck = 0,25 × m (mm)………..……………….………………..(3.21)
= 0,750 mm
Kelonggaran sisi (co)
co = 0
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 58
Diameter lingkaran kepala (dk)
dk1 = (Z1 + 2) × m (mm)………………………………………(3.22)
= 126 mm
dk2 = (Z2 + 2) × m (mm)………………………………………(3.23)
= 189 mm
Diameter lingkaran kaki (df1)
df1 = (Z1 - 2) × m (mm)…………..……………………………(3.24)
= 112,5 mm
df2 = (Z2 - 2) × m (mm)………………….……………………..(3.25)
= 175 mm
Kedalaman pemotongan (H)
H = 2 × m + ck (mm)………………..………………………...(3.26)
= 6,75 mm
Tabel 3.3 Bentuk gigi
Faktor bentuk (Y)
Z1 = 40 buah Y1 = 0,391
Z2 = 61 buah Y2 = 0,422
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 59
Kecepatan putaran (v)
v = 100060
14,3 11
××× nd (m /dt)…………………….…….…………...(3.27)
= 3,377 m/dt
Gaya tangensial (Ft)
Ft = (v
Pd×102 ) (kg)……………………………………………(3.28)
= 80.287 kg
Roda gigi cukup teliti maka dengan v = 0.5 – 10 m/det, faktor fv dapat dilihat
dalam Tabel 3.4
Faktor dinamis pada kecepatan rendah :
fv =v+3
3 = 0,47
Bahan roda gigi
Bahan roda gigi pinyon = S45C
Kekuatan tarik bahan ( σB1) = 58 (kg / mm 2 )
Kekerasan permukaan (HB1) = 190
Bahan roda gigi besar = SC49
Kekuatan tarik bahan (σ B2) = 49 (kg / mm 2 )
Kekerasan permukaan (HB2) = 190
Beban lentur yang izin per-satuan lebar gigi
F’b1 = σB1 × m × Y1 × fv (kg / mm)………………………………(3.29)
= 16,54 (kg / mm)
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 60
F’b2 = σB2 × m × Y2 × fv (kg / mm)……………………………….(3.30)
= 11,9 (kg / mm)
Beban permukaan yang diizinkan per-satuan lebar gigi
F’H = fv × KH × do1 × (21
22ZZ
Z+× ) (kg / mm)……………………(3.31)
= 3,6 kg / mm
Faktor tegangan kontak KH dapat dilihat pada tabel 3.4 dari tabel tersebut didapat
KH = 0,035
Harga minimum Fmin = 3,6 kg / mm
Lebar sisi roda gigi
b = minFFt (mm)…………..……………………………………(3.32)
= 22,214 mm
Pengecekan perbandingan lebar roda gigi dengan modul bahan
(10 < mb > 6)
mb = 9
Didapat b/m = 7.4 berarti terletak antara 6 – 10
Setelah melakukan uraian diatas didapat :
do1 = 119,048 mm do2 = 180,952 mm
dk1 = 126 mm dk2 = 189 mm
df1 = 112.5 mm df2 = 175 mm
b = 20 mm m = 3,00
Hasil perhitungan roda gigi yang lain ada pada tabel di bawah ini :
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 61
Tabel 3.4 Hasil perhitungan roda gigi
Keterangan Roda gigi
I
Roda
gigi II
Roda
gigi III
Roda
gigi IV
Daya rencana (P) KW 1,125
Factor koreksi (fc) 1,2
Jarak sumbu poros (ao) mm 150 150
Modul pahat (m) mm 3
Sudut tekan pahat (αo) (o) 20
Perbandingan putaran (i) 1,5 0.8
Putaran poros (n) rpm 537,710 358,470 537,710 672,137
Diameter jarak bagi (d1) mm 119,048 180,952 134,525 165,746
Jumlah gigi 40 61 55 45
Perbandingan putaran (i) 1,525 0,818
Kelonggaran puncak (Ck) mm 0,750 0,750
Diameter kepala (dk) mm
Diameter lingkar kaki (df) mm
126
112,5
189
175
171
127,5
141
157,5
Kedalaman pemotongan
(H) mm
4.5 4.5
Kecepatan keliling (v) m/det 3,377 4,643
Gaya tangensial (Ft) kg/mm 80,287 56,018
Bahan gigi S45c Sc49 S45c Sc49
Tegangan lentur ijin
(αA) kg/mm2
Kekuatan tarik bahan kg/mm2
30
58
20
49
30
58
20
49
Kekerasan permukaan (HB) 190 190 190 190
Faktor bentuk gigi (Y) 0,391 0,422 0,399 0,415
bersambung......
Beban lentur ijin (Fb) kg/mm 16,54 11,9 14,6412 9,384
Beban permukaan (Fh) kg/mm 3,6
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 62
Lebar roda gigi (b) mm 22,214 18,133
.b/m 7,4 6,044
Keterangan Roda gigi
V
Roda
gigi VI
Roda
gigi VII
Roda
gigi VIII
Daya rencana (P) KW 1,125
Factor koreksi (fc) 1,2
Jarak sumbu poros (ao) mm 150 150
Sudut tekan pahat (αo) (o) 20
Perbandingan putaran (i) 1 1,12
Putaran poros (n) rpm 358,470 358,470 320,063
Diameter jarak bagi (d1) mm 150 136,364 163,636
Jumlah gigi 50 45 55
Perbandingan putaran (i) 1 1,222
Kelonggaran puncak (Ck) mm 0,750 0,750
Diameter kepala (dk) mm
Diameter lingkar kaki (df) mm
156
142
156
142
141
127,5
171
157,5
Kedalaman pemotongan
(H) mm
4,5 4,5
Kecepatan keliling (v) m/det 2,814 2,533
Gaya tangensial (Ft) kg/mm 92,431 102,701
Bahan gigi S45c Sc49 S45c Sc49
Tegangan lentur ijin
(αA) kg/mm2
Kekuatan tarik bahan kg/mm2
30
58
20
49
30
58
20
49
Kekerasan permukaan (HB) 190 190 190 190
bersambung.....
Faktor bentuk gigi (Y) 0,408 0,408 0,401 0,411
Beban lentur ijin (Fb) kg/mm 18,95 12,63 19,56 11,146
Beban permukaan (Fh) kg/mm 4,102 4,268
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 63
Lebar roda gigi (b) mm 22,532 24,065
.b/m 7,51 8,022
Keterangan Roda gigi
IX
Roda
gigi X
Roda
gigi XI
Roda
gigi XII
Daya rencana (P) KW 1,125
Factor koreksi (fc) 1,2
Jarak sumbu poros (ao) mm 150 150
Modul pahat (m) 3
Sudut tekan pahat (αo) (o) 20
Perbandingan putaran (i) 0,88 1
Putaran poros (n) rpm 358,470 407,325 358,470
Diameter jarak bagi (d1) mm 166,667 133,333 150
Jumlah gigi 56 45 50
Perbandingan putaran (i) 0,804 1
Kelonggaran puncak(Ck) mm 0,750 0,750
Diameter kepala (dk) mm
Diameter lingkar kaki (df) mm
174
160
141
127,5
156
142
156
142
Kedalaman pemotongan (H)
mm 6,5 6,5
Kecepatan keliling (v) m/det 3,152 2,814
Gaya tangensial (Ft) kg 82,528 92,431
Bahan gigi S45c Sc49 S45c Sc49
bersambung.......
Tegangan lentur ijin
(αA) kg/mm2
Kekuatan tarik bahan kg/mm2
30
58
20
49
30
58
20
49
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 64
Kekerasan permukaan (HB) 190 190 190 190
Faktor bentuk gigi (Y) 0,398 0,415 0,408
Beban lentur ijin (Fb) kg/mm 16.478 11.454 18.910 12.607
Beban permukaan (Fh) kg/mm 3.869 4.102
Lebar roda gigi (b) mm 21.329 22.532
.b/m 7.11 7.511
3.4 Perancangan Roda Gigi Kerucut
Untuk meneruskan putaran input dari poros horisontal menjadi out put
vertikal digunakan pasangan roda gigi kerucut. Pasangan roda gigi ini sumbu
porosnya saling berpotongan 900.
Data – data yang ada adalah dalam perancangan mesin frais jari ini adalah
sebagai berikut :
Daya rencana Pd = 2.125KW
Putaran input n1 = 970 rpm
Sudut poros Σ (o) = 90 o
Sisi kerucut R (mm) = 130 mm
Perbandingan putaran (i) (direncanakan) =1
Modul m = 5.08
Putaran output n2 = 970 rpm
Besar sudut kerucut jarak bagi (δ) 1.
1 Ibid hal.269
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 65
δ1 = tan –1 (i1 ) (o)...........................…………………………..(4.33)
= 45 o
δ2 = (90 - δ1)………………………...........................………..(4.34)
= 45 o
Diameter lingkaran jarak bagi luar (d) 2
d1 = 2 × R × Sin δ1 (mm)……..............................………….…(4.35)
= 183.85 mm
d2 = 2 × R × Sin δ2 (mm)……..............................………….…(4.36)
= 183.85 mm
Jumlah gigi roda gigi dan hasil perbandingan roda gigi 3
Gigi 1;
Z1 = md1 (buah)…………..…………...........……………...(4.37)
= 36 buah
Jumlah gigi 2;
Z2 = md2 (buah)…………..………..........…………………(4.38)
= 36 buah
Perbandingan roda gigi
1
2
ZZ = 1
Diambil Z1 =36 buah, Z2 = 36 buah.
. 2 Ibid hal.268 3 Ibid hal.269
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 66
Kecepatan keliling (v) 4
v = 100060
14,3 11
××× nd (m /dt)…………………….…........….…(4.39)
= 0,0983 m/dt
Gaya tangensial (Ft)5
Ft = v
Pd×102 (kg)………………….…......………………....(4.40)
= 83.65 kg
Gaya aksial yang tejadi (Fx) 6
Fx = Ft × tan α × sin δ1 (kg)…………….............……….....(4.41)
= 27.179 kg
Gaya radial yang tejadi (Fr)7
Fr = Ft × tan α (kg)……….............…………………….....(4.42)
= 27.179 kgf
Kelonggaran puncak ( Ck) :
Ck = 0.955 × m (mm) 8.
= 0,752 mm
Kelonggaran sisi ( co ) = 0
Faktor perubahan kepala 9
4 Ibid hal.269 5 6 Ibid hal.238 7 8 Ibid hal.269 . 9 Ibid hal.269
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 67
x1 = 0,46 [1 – (2Z1Z ) 2 ]……………………..…….....................(4.43)
= 0
x2 = - x1 = - 0
Tinggi kepala (hk)10
hk1 = (1 + × 1) × m (mm)…………..……………................(4.44)
= 5.08 mm
hk2 = (1 - × 1) × m (mm)…………………………................(4.45)
= 2.08 mm
Tinggi kaki (Hf) 11
hf1 = (1 - × 1) × m + Ck (mm)…………..…….......…..........(4.46)
= 6.039 mm
hf2 = (1 + × 1) × m + Ck (mm)………….......…..…….........(4.47)
= 6.039 mm
Kedalaman gigi penuh (H) 12
H = 2 × m + Ck (mm)…………..……..... ………….............(4.48)
= 11.115 mm
Sudut kepala ( θk) 13
θk1 = tan –1 (R
1hk )(o)….....………..…………....…….............(4.49)
= 2.244 o
10 11 12 13 Ibid hal.270
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 68
θk2 = tan –1 (R
2hk )(o)………..….……….........………........(4.50)
= 2.244 o
Sudut kaki (θf) 14
θf1 = tan –1 (R
1hf )(o)….........……..……….…………...........(4.51)
= 2.66o
θf2 = .tan –1 (R
2hf )(o)……………..…........…………...........(4.52)
= 2.66 o
Sudut kerucut kepala ( δk) 15
δk1 = δ1 + θk1 (o)…….........…..…………………….….......(4.53)
= 47.244o
δk2 = δ2 + θk2 (o)…………..….........………………...…......(4.54)
= 47.244 0
Sudut kerucut kaki (δf) 16
δf1 = δ1 - θf1 (o)…….…………..……..................……........(4.55)
= 42.34 0
δf2 = δ2 - θf2 (o)…............….…………….….………….......(4.56)
= 42.34 0
Diameter lingkaran kepala (dk) 17
14 15 16 17 Ibid hal.270
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 69
dk1 = d1 + 2 × hk1 × Cos δ1 (mm)…………..............…..(4.57)
= 191.034 mm
dk2 = d2 + 2 × hk2 × Cos δ2 (mm)…………...................(4.58)
= 191.034 mm
Jarak dari puncak ke puncak gigi luar (X) 18
X1 = (22d ) – hk1 × Sin δ1 (mm)………………..................(4.59)
= 88.33 mm
X2 = (21d ) – hk2 × Sin δ2 (mm)……………..…..................(4.60)
= 88.33 mm
Tebal lingkar gigi 19
S1 = ( 0,5 ×3 ,14 + 2 × X1 × tan α) × m (mm)…….......(4.61)
= 7,89 mm
S2 = 7,89 mm
Bahan roda gigi 20
A. Roda gigi Pinyon = SNC21
Tegangan lentur yang di ijinkan σa1 = 29 (kg/mm 2 )
Tegangan kontak ijin σb2 = 39(kg/mm 2 )
Perlakuan panas = celup dingin dan ditemper
18 19 20 Ibid hal.240
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 70
HRC1 = 35 HB1=580
B. Roda gigi besar = S45C
Tegangan lentur yang diijinkan σa2 = 20 (kg/mm 2 )
Tegangan kontak ijin σb2 = 20(kg/mm 2 )
Perlakuan panas = celup dingin dan ditemper
HRC2 = 30 HB2= 330
Faktor dinamis ( fv ) :
fν = 33+ v
21 = 0.49
Faktor beban lebih ko = 1.5
Faktor pembagian beban km = 1.1
Faktor geometri J1= 0.240 J2 = 0.240
Tabel 3.5 Faktor dinamis roda gigi kerucut
* Sumber, Sularso, halaman 271
21 Ibid hal.271
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 71
Tabel 3.6 Faktor beban lebih Ko, Co
• Sumber, Sularso, halaman 271
Gambar 3.7 Roda gigi kerucut lurus dengan sudut tekan 200 dan sudut poros 900
* Sumber, Sularso, halaman 272
Beban lentur yang diijinkan persatuan lebar penampang rata-rata 22.
Faktor ukuran = 0.670
F’b1 = σa1
××××
kmkskokvJm 1 (kg/mm)………….............……...(4.62)
= 12.26 kg/mm
22 Ibid hal.270 .
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 72
F’b2 = σa2
××××
kmkskokvJm 1 (kg/mm)……...............…….…….(4.63)
= 7.8kg/mm
Harga terkecil di antara tegangan kontak :
σc = 102 (kg/mm 2 )
Koefisien elastis ( Cp 2 )
Cp2 =5506 (kg/mm 2 )
Faktor dinamis Cν = v+3
3 23 = 0,49
Faktor beban lebih Co = 1.5
Faktor distribusi beban Cm = 1.1
Faktor geometri I = 0.070
Faktor kondisi permukaan Cf =1.0
Tabel 3.14 Koefisien elastis Cp
* Sumber, Sularso, halaman 272
Beban permukaan yang diijinkan persatuan lebar pada penampang rata-rata 24
23 Ibid hal.240
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 73
F’H = σc 2
fmop
v
CCCCICdl×××
××2 (kg/mm)……………..(4.64)
= 11.58 (kg/mm)
Beban terkecil adalah Fmin (kg/mm)
= 2.28 kg/mm
Lebar gigi ( b ) :
b = minFFt mm
= 11.58 mm
Dicek harga (mb < 10) = 2.28
Perancangan Roda Gigi Cacing
Sebagai penerus daya yang terakhir digunakan roda gigi cacing. Kelebihan
dari pasangan roda gigi cacing ini adalah kerjanya yang halus dan hampir tidak
menimbulkan suara ( berisik ), serta memungkinkan perbandingan transmisi yang
besar. Perbandingan reduksi dapat dibuat sampai dengan 1 : 100. Pada
perancangan ini data-data yang diketahui adalah sebagai berikut :
Massa poros yang digerakkan :
M = 4π × 3,52 × 44,1 ×
100086,7 = 8,3 kg.
Massa bushing, bantalan dan baut = 5 kg, kecepatan gerak 5 mm/s.
Daya yang dibutuhkan :
P = ( 8,3 + 5 ) kg × 9,8 m/s2 × 0,005 m/s = 0,6 W. 24 Ibid hal.272
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 74
Daya untuk proses pengeboran = 186 W.
Daya yang dibutuhkan untuk mengangkat dan menurunkan poros spindle pahat
dengan memutar tuas pengatur pemakanan adalah sebesar :
0,65 W + 186 W = 186,65 W = 0,186 kW.
Daya rencana :
Pd = P × Fc
= 0,18665 × 1 = 0,18665 kW
Putaran input n1 = 15 rpm
Putaran output n2 = 1 rpm
Sudut kisar γ = 80
Perancangan roda gigi cacing <43 :
ms ≈ 28,615
7,12100.228,67,122
2 +−
≈+−
Za = 8,8
ms = γcos
nm <44
mn = ms . cosγ = 8,8 × cos 80 = 8,7
Diameter masing-masing lingkaran jarak bagi :
d1 = γsin
1 nmZ = 08sin7,81× = 62,5 mm
d2 = ms . Z2 = 8,8 × 15 = 132 mm
Jarak sumbu poros :
a = 2
21 dd + = 2
1325,62 + = 97,25 mm
<43 Ibid, halaman 277 <44 Ibid, halaman 277
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 75
Jarak bagi antar keduanya adalah :
Ta = γ
πcos
nm = 08cos7,8×π = 27,6 mm
Tinggi kepala gigi cacing ( hf ) :
Hf = 1,157 × mn = 1,157 × 8,7 = 10 mm
Kelonggaran puncak ( c ) :
c = 0,157 × mn = 0,157 × 8,7 = 1,36 mm
Tinggi gigi ( H ) :
H = 2,157 × mn = 2,157 × 8,7 = 18,76 mm
Diameter luar roda gigi cacing ( dk1 ) :
dk1 = d1 + 2 . hk = 62,5 + 2 × 8,7 = 79,9 mm.
Diameter inti roda gigi cacing ( df1 ) :
df1 = d1 - 2 . hf = 62,5 - 2 × 10 = 42,5 mm.
Sedangkan untuk roda cacing ( dt dan df ) :
dt1 = d1 - 2 . hk = 132 - 2 × 8,7 = 149,4 mm.
df1 = d1 - 2 . hf = 132 - 2 × 10 = 112 mm.
Lebar gigi cacing dengan sudut lengkungan roda gigi cacing adalah ( Ø ) :
Ø = 900
didapat :
b = 2,38 ×
γ
πcos
nm + 6,35
= 2,38 ×
×
08cos7,8xπ + 6,35 = 72 mm.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 76
Lebar sisi gigi efekif ( be ) :
be = dk1 sin
2θ .........................................................................(4.64)
= 79,9 sin
290 = 56,5 mm.
Jari-jari lengkungan puncak gigi roda gigi cacing ( r1 ) :
R1 = 2
1d - hk ...........................................................................(4.65)
= 2
90 - 8,7 = 22,55 mm.
Diameter luar roda cacing ( dk2 ) :
dk2 = dt + 2
− khd
21 ( )( )2/cos1 θ− ..................................(4.66)
dk2 = 149,4 + 2
− 7,9
25,62 ( )( )2/90cos1− = 162,6
Bahan roda gigi cacing dipilih perunggu untuk roda gigi cacing pada pembebanan
satu arah dengan tegangan lentur ijin adalah σba = 17 kg/mm , sedangkan untuk
cacing digunakan S 45 C.
Tabel 3.13 Tegangan lentur ijin σba
* Sumber, Sularso, halaman 279
Faktor bentuk roda gigi cacing ( Y ), pada sudut tekan normal = 200 , adalah
0,125.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 77
Tabel 3.16 Faktor bentuk gigi cacing ( Y )
* Sumber, Sularso, halaman 279
Beban lentur yang diijinkan Fab ( kg ), adalah :
Fab = σba . be . mn . Y = 17 × 56,2 × 8,7 × 0,125 = 1038,9 kg.
Beban permukaan yang diijinkan pada perancangan ini Fac ( kg ) :
Fac = kc . d2 . b2 . kγ ...........................................................(4.67)
dimana :
kc = faktor ketahan terhadap keausan = 0,056 kg/mm2
kγ = faktor sudut kisar = 1
maka :
Fac = 0,056 × 162,6 × 56,2 × 1 = 511,73 kg.
Harga terkecil antara Fab dan Fac adalah Fmin.
Beban tangensial roda gigi Ft ( kg ), adalah :
Ft = 102
vpd ........................................................................(4.68)
dimana :
P = daya yang diperlukan dalam kW.
v = kecepatan keliling cacing
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 78
v = 60000
nd ××π = 60000
16,162 ××π = 0,09 m/s.
jadi :
Ft = 102
09,0
1866,0 = 211,5 kg.
Pengecekan : Harga Fmin > Ft , ( sudah baik ).
Dari hasil perhitungan di atas didapatkan hasil sebagai berikut :
df1 = 62,5 mm dt = 62,5 mm
d2 = 132 mm dk1 = 79,9 mm
mn = 8,7 mm dk2 = 162,6 mm
ms = 8,8 mm b = 72 mm
dc = 56,5 mm
Perancangan Pinion dan Rack Pasangan roda gigi pinion dan rack digunakan untuk menggerakkan
pemegang pisau frais, yaitu dengan gerakan naik maupun gerakan menurun.
Gerakan naik turun ini untuk pengaturan pemakanan. Pinion digerakkan oleh roda
cacing dan roda cacing diputar oleh poros ulir yang diputar dengan spindle.
Dalam perancangan ini data-data yang ditetapkan adalah Z1 = 20 dengan modul
3. Panjang Rack = 180 mm. Dengan data ini maka dapat dicari :
Diameter lingkaran jarak bagi ( d1 ) :
d1 = Z1 × m = 20 × 3 = 60 mm.
Z2 = π×m
L = 14,33
180×
= 21
Kelonggaran puncak ( ck ) :
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 79
ck = 0,25 × m = 0,25 × 3 = 0,75 mm.
Kelonggaran sisi ( co ) : ≈ 0
Tinggi gigi ( H ) :
H = 2 . m + ck = 2 × 3 + 0,75 = 6,75 mm
Diameter kepala ( dk1 ) :
dk1 = ( Z1 + 2 ) × m = ( 20 + 2 ) × 3 = 66 mm.
Diameter kaki ( df1 ) :
df1 = ( Z1 + 2 ) × m - ( 2 × ck ) = ( 20 + 2 ) × 3 ( 2 × 0,75 )
= 52,5 mm.
Faktor bentuk gigi diambil dari tabel 3.7
Faktor bentuk gigi Y1 = 0,320, Y2 = 0,327
Kecepatan keliling pinion ( v ) :
v = 60000
1 nd ××π = 60000
540××π = 0,01 m/s.
Gaya tangensial yang terjadi ( Ft ) :
Ft = 102 v
Pd = 102 01,0
18866,0 = 211,5 kg.
Bahan pinion S 45 C dengan kekuatan tarik ( σb ) :
σb = 58 kg/mm2
BHN = 29
σa = 30 kg/mm2
Bahan Rack SC 49 dengan kekuatan tarik ( σb ) :
σb = 49 kg/mm2
BHN = 190
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 80
σa = 30 kg/mm2
Faktor dinamis untuk kecepatan rendah, diambil dari tabel 3.7
Fy = v+3
3 = 01,03
3+
= 0,99
Beban lentur yang diijinkan per satuan lebar ( F’b1 dan F’b2 )
F’b1 = σa . m .Yfy = 30 × 3 × 0,320 × 0,99 = 19 kg/mm.
F’b2 = σa . m .Yfy = 20 × 3 × 0,320 × 0,99 = 14 kg/mm.
Beban permukaan yang diijinkan per satuan lebar ( F’h ) :
F’h = kh . d01 . 21
22ZZ
Z+
= 0,130 . 60 . 2120
212+× = 8 kg/mm.
Lebar gigi ( b ) :
b = minF
Ft = 8
5,211 = 26 mm ≈ 26
Pengecekan : syarat b/m = 26/3 = 8,6 aman ( 6 – 10 ).
Dari hasil perhitungan di atas didapatkan hasil :
m = 3 dk1 = 66 mm
L = 180 mm d01 = 60 mm
b = 26 mm df1 = 52,5 mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 81
BAB IV PERANCANGAN POROS
4.1 Tinjauan
Poros adalah suatu bagian yang sangat penting dalam suatu elemen mesin,
adapun fungsinya adalah sebagai penerus daya ke elemen mesin yang lain,
misalnya roda gigi, sabuk, rantai dan lain-lain. Selain sebagai penerus daya, poros
juga untuk mendukung suatu momen putar dan mendapat tegangan puntir dan
tekuk.
Poros bisa menerima beban puntir murni atau lentur dan puntir. Beban
yang tergabung dalam poros bisa dijadikan acuan perancangan.
Poros untuk meneruskan daya dalam perancangannya harus memperhatikan hal-
hal sebagai berikut :
a. Kekuatan poros, poros yang direncanakan harus kuat menahan beban-beban
seperti beban lentur dan beban puntir.
b. Bahan poros, pemilihan bahan poros berdasarkan standar poros yang telah
diuji.
c. Korosi, bahan-bahan yang digunakan harus tahan korosi terhadap fluida yang
korosif.
d. Putaran kritis, untuk poros dengan kekuatan yang cukup tinggi, perlu
diperhatikan putaran kritisnya agar mesin dapat bekerja lebih optimal.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 82
e. Kekakuan poros, kekakuan poros sangat diperlukan terutama untuk mengatasi
lenturan dan defleksi puntiran yang besar.
4.2 Macam-macam poros
Poros untuk meneruskan daya diklarifikasikan menurut pembebanannya
sebagai berikut :
1. Poros transmisi ( shaf )
Poros ini mengalami beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya yang
ditransmisikan ke poros ini melalui kopling, roda gigi, pulley, sabuk, rantai dan
lain-lain.
2. Spindle Spindle adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin
perkakas dengan beban utamanya berupa puntiran. Syarat spindle adalah
deformasinya kecil serta bentuk dan ukurannya harus teliti.
3. Gandar Gandar adalah hanya untuk menopang bagian mesin yang diam, berayun atau
berputar tetapi tidak menderita momen putar dan dengan demikian tegangan
utamanya adalah tekukan ( bending ) : poros ini dapat ikut berputar atau hanya
diam, misalnya poros yang menopang diantara kereta barang. Gandar pendek
juga disebut baut.
4.3 Perancangan Poros
Perhitungan poros I Diketahui :
Daya : 2.125 (kW)
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 83
Putaran : 537.71 (rpm)
Factor koreksi : 1.2
Maka Pd = 1.2 x 2.125
= 2.55 (kW)
momen rencana (T)
T = 9.74 x 105 x n
Pd …………………………………………..(4.31)
= 4814.662 (kg mm)
Keadaan beban adalah sebagai berikut : Pembebanan akibat gaya tangensial adalah sebagai berikut : 80.287 kg 56.018 kg 46.646 240 mm 20 mm 40 mm 60 mm
∑ MA = 0
RVA = 300
)360646.46()260018.56()240278.80( ×+×+×
= 168.734 (kg)
360
240
20 4060
RG1
RG3
pulley
Rva Rvb
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 84
RVB = 300
)60646.46()40018.56()60278.80( ×+×+×
= 14.197 (kg)
Diagram momen lengkungnya adalah : Pembebanan akibat gaya radial adalah sebagai berikut : 29.222 kg 20.39 kg 31.46 kg 240 mm 20 mm 40 mm 60 mm RA RB
∑ MB = 0
RA = 300
)36046.31()26034.20()240222.29( ×+×+×
= 78.8 (kg)
∑ MA = 0
3407.20 kgmm
2286.46 (kg mm)
2798.76 (kg mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 85
RB = 300
)6046.31()4034.20()60222.29( ×+×+×
= 2.272 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah :
Perhitungan poros II Diketahui :
Daya : 2.125 (kW)
Putaran : 537.71 (rpm)
Factor koreksi : 1.2
Maka Pd = 1.2 x 2.125
= 2.55 (kW)
momen rencana (T)
T = 9.74 x 105 x n
Pd
= 6928.613 (kg mm)
544.8 (kg mm)
6.28 (kg mm)
1887.6 (kg mm)
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 86
Keadaan beban adalah sebagai berikut
Pembebanan akibat gaya tangensial adalah sebagai berikut : 80.287 kg 56.018 kg 92.431 kg
150 mm 50 mm 60 mm 40 mm
RHD RHC
∑ MC = 0
RVD= 300
)40431.92()100018.56()150278.80( ×+×+×
= 71.140 (kg)
RVC = 300
)260431.92()200018.56()150278.80( ×+×+×
= 157.557 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah : 10671.045
10338.8
6303.828
300
150
50 60
40
RG2
RG5
RG4
D C
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 87
Pembebanan akibat gaya radial adalah sebagai berikut :
RVD RVC
∑ MC = 0
RVD= 300
)150222.29()10039.20()4064.33( ×+×+×
= 25.892 (kg)
RVC = 300
)26064.33()20039.20()15022.29( ×+×+×
= 57.358 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah : 3883.8
3137.4
2294.32
Perhitungan poros III Diketahui :
Daya : 2.125 (kW)
Putaran : 358.470 (rpm)
Factor koreksi : 1.2
150 mm 50mmm
60mmm 40mmm
29 .222 kg 20.39 kg 33.64 kg kg
300 mm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 88
Maka Pd = 1.2 x 2.125
= 2.55 (kW)
momen rencana (T)
T = 9.74 x 105 x n
Pd
= 6928.613 (kg mm)
Keadaan beban adalah sebagai berikut :
Pembebanan akibat gaya tangensial adalah sebagai berikut :
∑ ME = 0
RTBc= 400
)30085.29()275715.34()250972.36()150715.34( ×+×+×+×
400
100
25 100 150
RG3RG3
RG3
RG3 25
100 mm 25 mm 25 mm 100 mm 150 mm
400 mm
33.64 kg 29.85 kg 36.972 kg 33.64 kg
RVF RVE
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 89
= 81.475 (kg)
∑ MF = 0
RTB = 400
)300715.34()275972.36()25085.29()150715.34( ×+×+×+×
= 52.627 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah :
Pembebanan akibat gaya radial adalah sebagai berikut : 84.928 kg 96.431kg 96.431kg 102.701kg
100 mm 25 mm 25 mm 100 mm 150 mm
400 mm
RHF RHE
∑ ME = 0
RHF = 400
)300431.92()275928.82()250701.102()150950431( ×+×+×+×
= 235.186 (kg)
9793
7895.05 9343.37
8147.5
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 90
RHE = 96.431 + 102.701 + 82.928 + 96.431 - 2350186
= 135.305 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah :
Perhitungan Poros IV Diketahui :
Daya : 2.125 (kW)
Putaran : 358.470 (rpm)
Factor koreksi : 1.2
Maka Pd = 1.2 x 2.125
= 2.55 (kW)
momen rencana (T)
T = 9.74 x 105 x n
Pd
= 6928.613 (kg mm)
2858.15
27087.4
23518.6
20295.7
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 91
Keadaan beban adalah sebagai berikut :
Pembebanan akibat gaya tangensial adalah sebagai berikut :
29.85 kg 34.715 kg 36.972 kg 34.715 kg
68 mm 94 mm 55 mm 55 mm 100 mm
RVh RVg
∑ M = 0
RVG = 304
)68446.30()204380.37()149037.30()94642.33( ×−×+×+×
= 44.05 (kg)
RVH= (30.037 + 30.446 + 33.642 + 37.38) – 43.4
= 87.455 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah :
372
68
5555
100
RK1
RG7 RG10
RG894
304 mmH G
4670.5533349.618 4340
2072.328
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 92
Pembebanan akibat gaya radal adalah sebagai berikut : 83.65 kg 82.528 kg 92.431 kg 102.701 kg
68 mm 94 mm 55 mm 55 mm 100 mm
372 mm
RHH RHG
∑ MH= 0
RHG = 304
)6865.83()204701.102()149431.92()94528.82( ×−×+×+×
= 119.23 (kg)
∑ MH= 0
RHC = 82.528 + 92.431 + 102.701 + 83.65 – 121.03
= 240.28 (kg)
Diagram momen lengkungya adalah
Perhitungan Poros V
Pada perencanaan poros 5 ini daya yang ditransmisikan 2,125 kW,
putaran poros 323 rpm, faktor koreksi diambil ( fc ) = 1,2, karena untuk
H G
12536.165
11925.079204.22
5688.2
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 93
menghasilkan daya maksimal sehingga jika ada beban lebih diharapkan tidak akan
merusak poros.
Daya rencana ( Pd ) :
Pd = p × fc
Pd = 2,125 × 1,2 = 2,55 kW
Dengan : P = daya yang ditransmisikan
Fc = faktor koreksi
Momen rencana ( T ) :
T = 9,74 × 105
2nPd
T = 9,74 × 105
34264,2 = 10581,7 kgmm
Gambar kedaan beban pada poros 5 :
161
207 180 180 30
46
PAHAT
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 94
Gambar pembebanan poros 4 akibat gaya tangensial ditunjukan pada gambar di
bawah ini :
Perhitungan momen dengan metode dua persamaan tiga momen :
Pada tumpuan 1 ; M1 = 0
Pada tumpuan 4 ; M4 = ( - 449 × 30 ) = - 13470 kgmm.
M2 dan M4 = belum diketahui, oleh karenanya dapat dihitung dengan persamaan
sebagai berikut <45 :
M1 × L1 + 2M2 ( L1 + L2 ) + M3 . L2 = – 1
116L
aA – 2
226L
aA ......(4.32)
M2 × L2 + 2M3 ( L2 + L3 ) + M4 . L3 = – 2
116L
aA – 3
226L
aA ......(4.33)
Dengan :
M1 = momen di tumpuan satu
<45 Thmoshenko, Young, D,H, Elements of Strength of material, page 241
1
-3003.036
2 3 4
13470
2992.8
2588.6
161
207 180 180 30
46 PAHAT
83.65 449
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 95
M2 = momen di tupuan dua
M3 = momen di tumpuan tiga
M4 = momen di tumpuan empat
L1 = panjang batang satu
L1 = panjang batang dua
L1 = panjang batang tiga
= 2
116L
aA = ( )22 46207207
4665.83−
× = 757181.2 kgmm
= 2
116L
aA = ( )22 161207207
4665.83−
× = 1101354.5 kgmm
maka :
0 + 2 M2 × ( 207 + 180 ) + M3 × 180 = -757181.2 – 1515432.2
M2 × 180 + 2M3 ( 180 + 180 ) + (– 13470 × 180 ) = –1101354.5
dengan cara substitusi didapat :
M2 = – 3003.036kgmm, M3 = 2588.6 kgmm.
Reaksi di tiap titik dapat dihitung dengan rumus <46 :
Rn = 1
11'
+
+− ++
−++
n
nn
n
nnnnn L
MML
MMRR .................................(4.34)
Dengan :
Rn = reaksi tumpuan di n
R’n = reaksi tumpuan di n karena beban P
R”n = reaksi ditumpuan n+1 karena beban P
<46 Ibid, page 242
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 96
Mn-1 = momen di titik n-1
Mn = momen di titik n
Mn+1 = momen di titik n+1
maka :
R1 = 50.56 kg ( )
R2 = 64.15 kg ( )
R3 = 120.27 kg ( )
R4 = 538.21 kg ( )
Gambar pembebanan poros 5 karena gaya radial ditunjukan pada gambar di bawah ini :
Diagram momen lentur :
1
-3003.036
2 3 4
13470
2992
2588.6
161
207 180 180 30
46 PAHAT
30.45 75
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 97
Perhitungan momen dengan metode dua persamaan tiga momen :
Pada tumpuan 1 ; M1 = 0
Pada tumpuan 4 ; M4 = ( - 75 × 30 ) = - 2250 kgmm.
M2 dan M4 = belum diketahui, oleh karenanya dapat dihitung dengan persamaan
sebagai berikut <45 :
= 2
116L
aA = ( )22 46207207
4665.83−
× =275626.6 kgmm
= 2
116L
aA = ( )22 161207207
16145.83−
× = 307365.45 kgmm
maka :
0 + 2 M2 × ( 207 + 180 ) + M3 × 180 = -275626.6 – 307365.45
M2 × 180 + 2M3 ( 180 + 180 ) + (– 13470 × 180 ) = – 307365.45 - 0
dengan cara substitusi didapat :
M2 = -833.185 kgmm, M3 = 343.9 kgmm.
Reaksi di tiap titik dapat dihitung :
Rn = 1
11'
+
+− ++
−++
n
nn
n
nnnnn L
MML
MMRR
R1 = 19.65 kg ( ↑ )
R2 = -17.325 kg ( ↑ )
R3 = -20.95 kg ( ↓ )
R4 = 89.41 kg ( ↑ )
M1 = 0
M2 = -833.185 kgmm
<45 Thmoshenko, Young, D,H, Elements of Strength of material, page 241
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 98
M3 = -343.9 kgmm
M4 = -2250 kgmm
Perhitungan poros 6
Pada perencanaan poros 6 ini daya yang ditransmisikan 2,2 kW, putaran
poros 243 rpm, faktor koreksi diambil ( fc ) = 1,2, karena untuk menghasilkan
daya maksimal sehingga jika ada beban lebih diharapkan tidak akan merusak
poros.
Daya rencana ( Pd ) :
Pd = p × fc
Pd = 2,2 × 1,2 = 2,64 kW
Dengan : P = daya yang ditransmisikan
Fc = faktor koreksi
Momen rencana ( T ) :
T = 9,74 × 105
2nPd
T = 9,74 × 105
34264,2 = 10581,7 kgmm
Gambar kedaan beban pada poros 6 :
211,5
217,5 JI
H1
162 55
H1
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 99
Gambar pembebanan poros 6 akibat gaya tangensial ditunjukan pada gambar di
bawah ini :
∑ MJ = 0
HI = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
∑ MI = 0
HJ = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Diagram momen lentur poros akibat gaya tangensial ditunjukan pada gambar di
bawah ini
8679
I J
217 J I
RTi RTj
162 5581,2
211.5
217 JI
Hi Hj
162 55
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 100
∑ MJ = 0
RTi = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
∑ MI = 0
RTj = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Diagram momen lentur poros akibat gaya radial ditunjukan pada gambar di bawah
ini :
∑ MJ = 0
Vi = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
3337,2
I J
217 J I
Vi Vj
162 5581,2
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 101
∑ MI = 0
Vj = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Perhitungan Poros 7
Pada perencanaan poros 7 ini daya yang ditransmisikan 0,166 kW, putaran poros
1 rpm.
Momen rencana ( T ) :
T = 9,74 × 105
2nPd
T = 9,74 × 105
34264,2 = 10581,7 kgmm
Gambar kedaan beban pada poros 7 :
3157,38
I J
K 219 L
Hi Hj
91 68
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 102
Gambar pembebanan poros pada bidang ditunjukan pada gambar di bawah ini :
∑ ML = 0
HK = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
∑ MK = 0
HL = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Gambar pembebanan poros 7 akibat gaya tangensial ditunjukan pada gambar di
bawah ini :
K 219 L
HK HL
91 68
211,5 76,9
1539,6
K L
7240,7
219
RTK RTL
91 68
211,5 76,9
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 103
∑ ML = 0
RTK = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
∑ MK = 0
RTL = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Gambar pembebanan poros 7 akibat gaya radial ditunjukan pada gambar di bawah
ini :
∑ ML = 0
VK = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
∑ MK = 0
1539,6
K L
7240,7
219
VK VL
91 68
211,5 76,9
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 104
VL = 300
36095,4926063,7724085,48 ×+××× = 166,29 kg.
Diagram momen lentur poros :
Maka :
M10 = 222 )2736()2,139()2,243( ++ = 3662,7 kgmm
M11 = 222 )1926()205()8,1656( +−+ = 2548,8 kgmm
Diagram momen resultan :
4.4. PERHITUNGAN DIAMETER POROS Sebelum menghitung diameter poros ditentukan dulu bahan yang akan
digunakan untuk poros dalam pemilihan bahan poros perlu diperhatikan
kekuatan,kelenturan dari bahan yang digunakan. Poros untuk mesin umum
biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik, baja karbon untuk kontruksi mesin
(S-C).
Persamaan yang digunakan dalam perhitungan diameter poros adalah :
1539,6 7240,7
3662.7
2548.8
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 105
( ) ( )3
122 ..
.1.5
+
= TKtMKm
ads
τ ………………………………(3.49)1
Dengan :
Ds = Diameter poros (mm)
Km = Faktor pembebanan lentur (2)2
Kt = Faktor momen puntir (1.5)3
M = Momen lengkung maksimum (kg.mm)
T = Momen puntir poros (kg.mm)
npd51074.9 ×= …………………………………………..(3.50)
τ a = Tegangan lentur yang diijinkan (kg/mm2 )
21 sfsfBa×
=σ (dengan sf1adalah Faktor keamanan untuk bahan S-C =
6 dan untuk sf2 = 3
4.5. PERHITUNGAN DEFLEKSI TERHADAP PUNTIRAN Perhitungan defleksi puntiran (θ°)
Akibat momen puntir yang terjadi pada poros mengakibatkan tejadinya
deformasi. Besarnya deformasi yang disebabkan oleh poros harus dibatasi dalam
kondisi kerja normal, nesarnya defleksi puntiran dibatasi sampai dengan 0.25°
atau 0.3°. Untuk poros yang panjang yang mendapat beban kejut atau berulang,
harga tersebut harus dikurangi menjadi setengah dari harga diatas.
Persamaan yang digunakan dalam mencari defleksi akibat puntiran adalah : 1 ibid hal 18 2 ibid hal 18 3 ibid hal 18
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 106
sGd
TL584=θ ………………………………………………………..(3.51)4
dengan :
ds = Diameter poros (mm)
T = Momen puntir (Kg. mm)
G = Modulus geser (dalam hal baja : 8.3 x 10 3 Kg.mm)
L = Panjang poros (mm)
1. Defleksi puntiran untuk poros I Dari poros I diketahui data data sebagai berikut :
Diameter poros (ds) = 30 (mm)
Momen puntir (T) = 1646.197 (Kg mm)
Panjang poros (L) = 360 (mm)
Modulus geser (Kg / mm2) = 8.3 x 103 (Kg / mm2)
Maka defleksi yang terjada adalah :
θ = 43 18103875411971646584
....
×
×
= 0.147 °
0.147 ° < 0.25 ° , baik
jada poros ini telah aman tehadap depleksi puntiran yang terjadi.
Dengan menggunakan perhitungan yang sama Defleksi akibat puntiran
dapat dilihat dala tabel A.15 (Diameter poros dan Defleksi puntiran)
4 ibid hal 18
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 107
4.6. PERHITUNGAN DEPFLEKSI MAKSIMUM
Kekakuan poros harus dihitung untuk mengetahui besarnya kekakuan
poros maka perlu dihitung lenturan poros akibat beban yang di tumpu. Lenturan
yag terjadi dibatasi sampai 0.3 – 0.35 (mm) atau kurang untuk setiap 1 meter dari
jarak bantalan. Perhitungan didasarkan pada jumlah reaksi pada bantalan yang
terbesar.
Bantalan yang dipakai pada poros dianggap tipis.
Titik pusat gaya = lAB +
×
+BC
TOT
HMAKMAK lH
RH 2/)( ……………..(4.61)
= 197 mm
Maka jarak bantalan ke titik pembebanan
l1 = 197 mm
l2 = lAD- l1 mm
= 107 mm
Perhitungan defleksi makimum dapat diperoleh dengan menggunakan
persamaan dibawah ini :
Perhitungan defleksi (dari persamaan 1.22)
y =LdsllF...1023.3 4
22
214−× …………………………………………(4.62)
= 0.11 mm
Defleksi untuk panjang poros 372 mm ( 1 m )
y/l = 0.11/ 1 = 0.11 (mm/m)
0.11 < ( 0.3 – 0.35 ) ⇒ baik
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 108
dengan menggunakan persamaan yang sama perhitungan defleksi maksimum
dapat dilihat dalam tabel diameter poros
4.7. PERHITUNGAN PUTARAN KRITIS POROS
Untuk putaran poros yang tinggi besarnya putaran kritis sangat
diperlukan. Putran kritis poros dipengaruhi oleh beban yang diakibatkn oleh
berat roda gigi, sedangkan gaya gaya yang lain diabaikan karena tidak ada
hubunganya dengan putaran kritis.
Persaman yang digunakan dalam perhitungan putaran kritis adalah :
Berat benda yang berputar
Berat gigi : Ws = bajas bd γπ××× 2
4 …………………………………(4.71)
= 2.179 kg
dengan persamaan yang sama diproleh
Wb = 2.179 kg
Wp = 3.26 kg
Berat poros : Ws = bajas ld γπ××× 2
4 ………………………………..(4.72)
= 2.8 kg
Setengah dari berat poros dianggap bekerja di tengah poros sebagai beban
terpusat.
Kecepatan kritis masing – masing benda yang berputar adalah
NC = ( )Wl
llds
××
×21
252700 …………………………………..(4.73)
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 109
NC = kecepatan kritis poros
ds = diameter poros
l1 = jarak benda putar ke bantalan 1
l2 = jarak benda putar ke bantalan 2
l = jarak antara kedua bantalan
W = berat benda putar
NC1 = ( )26.9
36036060
30527002
××
×
= 13432.69 rpm
NC2 = ( )179.2
36026040
30527002
××
×
= 58169.54 rpm
NC1 = ( )26.3
36060240
30527002
××
×
=34612.50 rpm
NCp = ( )4
360180180
30527002
××
×
=13887.67 rpm
Kecepatan kritis keseluruhan adalah :
23
22
21
21111
CCCCo NNNN++=
20CN = 84368766.34
0CN = 9185.24 rpm
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 110
⇒ ( )7.06.0: −Co
inNn
( )7.06.0:24.918571.537
−
0.058 << ( 0.6 – 0.7 ) ⇒ baik
Untuk perhitungan poros-poros yang lain hasilnya dapat dilihat dalam tabel
berikut :
Tabel Hasil Perhitungan Poros Keterangan
Poros I Poros II Poros III Poros IV
Momen maksimum(M)
29512.8 18342.98
Momen puntir(T)
4814.662 6928.614 6928.614 8468.306
Bahan poros S 55 CD
Kekuatan tarik (σb)
72
Panjang poros (L)
360 360 400 372
Modulus geser (G)
8.3 x 103
bersambung….
Diameter poros (ds)
30 40 40 35
Defeksi puntiran (θ)
0.09 0.018 0.076 0.147
Defleksi maksimum(y)
0.0061 0.15 0.18 0.11
Putaran kritis poros (Nco)
8915.24 23414.368 12049 12644
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 111
Keterangan Poros V Poros VI
Poros VII
Momen maksimum(M)
13786.78 8691.4 20241.7
Momen puntir(T)
2560.5 12116.5 18174.8
Bahan poros SNC 22 SNC 22 S55CD
Kekuatan tarik (σb)
100 100 72
Panjang poros (L)
597 217 219
Modulus geser (G) 8.3 x 103
Diameter poros (ds)
Do= 38
d1 =19
50 40
Defeksi puntiran (θ)
0.014 0.03 0.04
Defleksi maksimum(y)
0.0000035 0.04 0.002
Putaran kritis poros (Nco)
86066.29 - -
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 112
BAB V
PERANCANGAN PASAK
5.1. Tinjauan
Pasak adalah suatu pen yang digunakan untuk membuat kedudukan dari
bagian-bagian mesin seperti roda gigi, puli, kopling dan lain-lain pada poros
menjadi tetap ( tidak berubah kedudukannya ). Deng107an adanya pasak maka
bagian-bagian mesin tersebut tidak akan mengalami pergeseran kearah aksial
maupun kearah melingkar sekeliling poros sehingga penerusan daya dan momen
dari motor dapat berlangsung secara baik.
5.2. Macam-macam pasak
Menurut letaknya pada poros, pasak dapat dibedakan menjadi beberapa
macam antara lain pasak pelana, pasak rata, pasak benam, pasak singgung, pasak
tembereng dan pasak jarum. Pasak pada umumnya berpenampang segi empat
dengan arah memanjang yang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus yang
kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan pencabutannya.
Gambar 5.1. Macam-macam pasak.
5.3. Perencanaan pasak.
Dalam perecanaan pasak ini dipilih jenis pasak benam, karena pasak jenis
ini dapat meneruskan momen yang besar, mudah dalam pengerjaannya,
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 113
pemasangan mudah begitu juga dengan pelepasannya dan biaya pembuatan lebih
murah bila dibandingkan jenis pasak yang lain. Dalam perencanaan transmisi
gears box ini jumlah pasak yang diperlukan berjumlah lima buah pasak yang
terdiri dari satu buah pasak dipasang pada bagian kopling dan empat buah lainnya
dipasang pada roda gigi.
5.3.1. Perencanaan pasak 1
Daya yang ditransmisikan oleh motor listrik sebesar 2.125 kW.
Dari perhitungan 3.3 untuk perencanaan poros didapat besarnya momen puntir
yaitu :
T = 4814.662 kg.mm.
Diameter poros input, ds = 30 mm.
Gaya tangensial permukaan poros F ( kg ) :
F = ds
T×2
F = 30
662.48142× = 320.97 kg.
Dengan demikian penampang pasak beserta dimensinya dapat dicari pada tabel
5.1 :
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 114
Tabel 5.1 Ukuran pasak
Ukuran pasak berdasarkan tabel diatas adalah ;
Penampang pasak b × h = 10 × 8
Kedalaman alur pasak pada poros t1 = 5,0 mm
Kedalaman alur pasak pada poros t2 = 3.3 mm
Bahan pasak adalah S 30 C dengan perlakuan panas dan dilanjutkan penormalan.
Kekuatan tarik bahan poros yang diijinkan, σ B = 48 kg/mm2
Dengan memperhitungkan kerusakan permukaan samping pasak karena
tekanan bidang maka diberikan faktor keamanan dengan kemungkinan terjadinya
tumbukan ringan sehingga diberikan faktor keamanan satu, Sfk 1 = 6 dan
faktor kemanan dua, Sfk 2 = 3 .
Besarnya tegangan geser pasak yang diijinkan didapat dengan persamaan dibawah
ini :
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 115
σ ka = 21 kk
B
SfSf ×σ ……………………………………..(5.31)5
σ ka = 26
48×
= 4 kg/mm2
Panjang pasak akibat tegangan geser yang diijinkan :
≥Ft
b x k aσ ……………………………………….(5.32)6
2/.5.10.977.320
mmkgxmmkg
≥
≥ 8 mm.
Panjang pasak akibat dari tekanan permukaan pasak yang diijinkan :
l 2 ≥ Fpa x t atau t( )1 2
…………………………(5.33)7
l 2 mmxmmkg
kg.3,3/.8
977.3202≥
mm16.12≥
Sehingga panjang pasak diambil yang terbesar yaitu L = 12.16 mm.
Dari tabel 21 (lampiran) panjang pasak dipilih Lk = 25 mm.
Untuk menjamin keamanan maka perlu dilakukan perbandingan antara lebar
pasak dengan diameter poros yang hasilnya dibatasi 0,25 - 0,35 dan panjang
pasak dengan diameter poros hasilnya dibatasi antara 0,75 - 1,5.
5 Ibid hal 8 6 Ibid hal 25 7 Ibid hal 27
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 116
bds
maka= = ≤ ≤1030
0 3333 0 25 0 3333 0 35, , , ,
5,183.075,083.03025
≤≤== makadsLk
Dari hasil perhitungan diatas untuk perencanaan pasak 1 sudah sesuai
dengan standart dari pasak dan aman untuk digunakan.
Untuk perhitungan perencanaan pasak yang lainnya caranya sama seperti
pada perhitungan pasak 1 yang hasilnya dapat dilihat pada tabel 5.2 (Hasil
perhitungan pasak). Untuk roda gigi pinion apakah masih bisa digunakan pasak
atau tidak dapat diketahui dengan menggunakan syarat bahwa masih bisa
menggunakan pasak bila tebal dinding antara lubang dengan kaki gigi tidak boleh
lebih kecil dari 2,5 . mn (ekstrim 1,8 .mn)∗) .
Maka :
- Untuk pinion ke 1 (roda gigi ke I).
( )
nmxdsdf
5,22
11 ≥−
( )59 0490 352
2 5 4,
, .−
≥mm
x mm
12,0205 .mm ≥ 10 mm
- Untuk pinion ke 2 (roda gigi ke III).
♦). G. Niemann. H. Winter, Elemen Mesin, Jilid II, Erlangga, Jakarta, tahun 1990, halaman 316.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 117
( )
nmxmmdsdf
5,22
23≥
−
( ) mmx .45,22
552965,75≥
−
10,1483 .mm ≥ 10.mm
Tabel 5.2. Hasil perencanaan pasak.
No Besaran
& satuan
Pasak
Poros I
Pasak
Poros I1
Pasak
Poros III
Pasak
Poros IV
Pasak
Poros V
1 Bahan
poros
Baja khro
SCr 22
Baja
khrom
SCr 22
Baja
khrom
SCr 22
Baja khrom
SCr 22
Baja
khrom
SCr 22
2 σBP
.kg/mm 2 85 85 85 85 85
3 T p
.kg.mm 4814.662 6928.614 6928.614 8468.306 8468.06
4 ds (mm) 30 40 40 35 40
5 Ft (kg) 320.9775 346.4307 346.4307 483.9032 3420,9427
6 (b x h)
mm 10 x 8 12 x 8 12 x 8 10 x 8 16 x 10
7 t1 (mm) 5,0 5,0 5,0 5,0 6,0
8 t2 (mm) 3,3 3,3 3,3 3,3 4,3
9 Bhn
pasak S 30 C S 30 C S 30 C S 30 C SCr 3
10 σBpk .kg/
m 48 48 48 48 90
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 118
11 pa .
kg/mm 8 8 8 8 8
12 Sf 1 6 6 6 6 6
13 Sf 2 2 2 2 2 3
14 σ K a
.kg/m 4 4 4 4 5
15 l 1 (mm) 8 7.22 7.22 12.097 30,4796
16 l 2 (mm) 12.16 13.12 13.12 18.329 50,6260
17 Lk (mm) 25 32 32 30 56
bersambung……
18 b/ds (ijin) 0,25 –
035 0,25 - 035
0,25 -
0,35 0,25 - 0,35 0,25 - 0,35
19 b/ds
pasak 0,3333 0.3 0,3 0,286 0,2909
20 Lk/ds
.ijin 0,75 – 1,5 0,75 - 1,5 0,75 - 1,5 0,75 – 1,5 0,75 - 1,5
21 Lk/ds
(psk 0.83 0.8 0.8 0.857 1,0182
Keterangan tabel :
σ Bps = Kekuatan tarik bahan poros yang diijinkan ( kg/mm2).
T = momen puntir poros (kg/mm).
ds = diameter poros (mm).
Ft = Gaya tangensial permukaan poros ( kg).
b x h = Ukuran nominal pasak (mm).
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 119
t 1 = Kedalaman alur pasak pada poros (mm).
t 2 = Kedalaman alur pasak pada naf (mm).
σBpk = Kekuatan tarik bahan pasak yang diijinkan (kg/mm).
pa = Tekanan permukaan pasak yang diijinkan(kg/mm).
Sf 1 2, = Faktor keamanan 1 dan 2.
σk a = Tegangan geser pasak (kg/mm).
l 1 = Panjang pasak akibat tegangan geser yang diijinkan (mm).
l 2 = Panjang pasak akibat dari tekanan permukaan pasak yang
diijinkan (mm).
5.3.2. Perencanaan Spline I
Poros I menggunakan spline.
Momen rencana :
T = 4814,662 kgmm
Dimensi spline rencana :
b × D × ds = 8 × 46 × 42
Panjang spline yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus di bawah ini :
T = 0,7 × M10 × L…………………………………..………(5.34)
dengan : M10 = 169 kgmm ( diambil dari Tabel 5.3 )
maka :
L = 1697,0662.4814
× = 40.69 mm
Adalah panjang spilne minimal.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 120
Dengan pertimbangan untuk poros penghantar maka diambil harga panjang spline
L = 70 mm.
5.3.3. Perencanaan Spline II
Poros I I I menggunakan spline.
Momen rencana :
T = 6928.614 kgmm
Dimensi spline rencana :
b × D × ds = 8 × 62 × 56
Panjang spline yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus di bawah ini :
T = 0,7 × M10 × L
dengan : M10 = 169 kgmm ( diambil dari tTabel 5.3)
maka :
L = 1697,0614.6928
× = 27.960 mm
Adalah panjang spilne minimal.
Dengan pertimbangan untuk poros penghantar maka diambil harga panjang spline
L = 70 mm.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 121
Tabel 5.3 Ukuran Spline
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 122
BAB VI
PERANCANGAN BANTALAN
6.1. Tinjauan♦) .
Bantalan adalah bagian mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga
putarannya dapat berlangsung secara halus dan aman. Bila suatu poros berputar
tidak ditumpu dengan menggunakan bantalan maka putaran poros akan menjadi
lebih berat sehingga tumpuan yang menopang poros dan sisi poros yang ditumpu
akan mengalami aus lebih cepat daripada bagian sisi poros yang tidak ditumpu,
dengan demikian prestasi seluruh mesin akan menurun atau tidak dapat bekerja
maksimal. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen
mesin lainnya bekerja dengan baik.
6.2. Klasifikasi Bantalan♦).
Bantalan diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros.
a. Bantalan luncur, yaitu bantalan ini terjadi gesekan luncur
antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh
permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas. Jenis
bantalan luncur sendiri ada tiga yaitu :
- Bantalan radial.
- Bantalan aksial.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 123
- Bantalan khusus.
b. Bantalan gelinding, bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara
bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen
gelinding, seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.
2. Atas dasar arah beban terhadap poros .
a. Bantalan radial, arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus
sumbu poros.
b. Bantalan aksial, 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.
Bantalan luncur mampu menumpu poros dengan putaran tinggi dan dengan beban
besar. Bantalan ini konstruksinya sederhana dan dapat dibuat serta dipasang
dengan mudah. Bantalan luncur memerlukan awalan yang besar. Sistem
pelumasan bantalan kurang sederhana, panas yang ditimbulkan terutama untuk
beban berat cukup besar, dengan demikian memerlukan pendinginan yang khusus.
Bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak
bersuara. Tingkat ketelitian yang diperlukan tidak setinggi bantalan gelinding
sehingga harganya relatif lebih murah.
Bantalan gelinding lebih cocok untuk beban-beban yang kecil daripada
bantalan luncur. Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugak yang
yang timbul pada elemen gelinding tersebut. Karena konstruksinya rumit dan
ketelitiannya yang tinggi, maka bantalan ini hanya dibuat oleh pabrik-pabrik
tertentu dan berdasarkan pesanan tertentu saja. Kelebihan dari bantalan ini adalah
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 124
gesekannya yang cukup rendah. Pelumasannyapun cukup sederhana yaitu cukup
dengan menggunakan gemuk, bahkan untuk bantalan yang dilengkapi dengan seal
( sil ) sudah tidak memerlukan lagi pelumasan. Karena adanya gesekan antara
elemen gelinding dan sangkar, terutama untuk putaran yang tinggi, bantalan ini
akan menimbulkan suara yang agak berisik.
6.3. Pemilihan Bantalan.
Dalam perencanaan ini dipilih bantalan gelinding dengan elemen
berbentuk rol kerucut beralur dalam yang akan menerima beban tangensial, radial
dan sebagian beban aksial. Tata nama dari bantalan rol kerucut terlihat pada
gambar 6.1∀) yang menunjukkan keempat komponen utama dari bantalan yaitu
cincin luar, cincin dalam, elemen rol kerucut, dan pemisah.
Gambar 6.1. Tata nama bantalan peluru.
Dipilihnya bantalan gelinding karena menyesuaikan dengan perencanaan yaitu
transmisi gears box yang harus menghemat tempat secara aksial. Keuntungan dan
kelemahan dari bantalan gelinding adalah sebagai berikut :
♦) . Josep E Shigley & Larry D Mitchell, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi keempat, Jilid II, Erlangga.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 125
1. Keuntungan bantalan gelinding :
a. Gesekan yang ditimbulkan oleh bantalan gelinding sangat rendah.
b. Putaran input sama dengan putaran motor listrik.
c. Pelumasan sangat sederhanan & hampir bebas pemeliharaan dengan jumlah
bahan pelumas yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan bantalan luncur,
cukup digunakan pelumas gemuk.
d. Gesekan kerja yang kecil sehingga penimbulan panas kecil maka dapat
mengurangi terjadinya aus.
e. Kemampuan dukung yang besar setiap lebar bantalan.
f. Normalisasi dari pengukuran luar, ketelitian (presisi), pembebanan yang
diijinkan dan perhitungan umur kerja, berhubungan dengan pembuatan
yang bermutu tinggi dalam pabrik khusus dan dari sini memberikan
keuntungan untuk penggunaan dan penyediaan suku cadang.
g. Bantalan gelinding memiliki momen awal yang kecil hampir sama dengan
momen kerjanya untuk memulai putiran, sehingga untuk awalan putaran
tidak membutuhkan momen yang besar.
2. Kelemahan bantalan gelinding.
a. Sangat peka terhadap beban kejut terutama pada posisi diam atau pada
putaran lambat.
b. Peka terhadap debu / kotoran sehingga membutuhkan perapatan / seal.
c. Umur pakai yang tinggi dan tingginya angka putaran yang terbatas.
d. Harga bantalan gelinding mahal dibandingkan dengan bantalan luncur.
1. Perhitungan Bantalan I dan II
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 126
Beban resultan adalah :
Fr = 22 )RH()RV( + ……………………………………(6.31)
Fr = 186.196 )78.8() 168.7( 22 =+ kg
Beban aksial Fa = 0
Diameter poros adalah ds2 = 30 mm
Diameter tempat kedudukan bantalan dirancang 25 mm
Nomor bantalan (tabel 18 ) = 6305
d = 25 mm
D = 62 mm
B = 17 mm
r = 2 mm
C = 1610 Kg
Beban dinamis adalah :
P = ( X.Fr ) + ( Y.Fa )
………………………………………………(6.32)
Dengan :
P = beban dinamis
X = faktor radial = 1
Y = faktor aksial = 0
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 127
Fa = 0
Maka :
P = (1 x 186.19 ) = 186.19 kg
Faktor kecepatan adalah :
Fn = )1n33.3( …………………………………………………..(6.34)
= ( 31
)71.,5373.33 = 0.39
Faktor umur bantalan adalah :
Fh = Fn x PC …………………………………………………..(6.35)
= 0.39 x =186.191610 2.9
Umur bantalan adalah :
Lh = 500 x ( Fh )3……………………………………………...(6.36)
= 500 x (2.9)3
= 11903.120 jam
Faktor keandalan adalah 90 %, maka :
a1 = 1
a2 = 1
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 128
a3 = 1
sehingga :
Ln = a1 × a2 × a3 ×
Lh……………………………………..(6.37)
= 1 × 1 × 1 × 11903.120
= 11903.120 jam
= 11903.120 jam > 5000 jam
hasil perhitungan untuk bantalan yang lain dapat didilhat pada tabel di bawah ini :
Tabel 6.1 Hasil Perhitungan Bantalan
Ket. POROS
I POROS II
POROS
III
POROS
IV
POROS
V
POROS
VI
POROS
VII
Fr 168.754 157.59 228.084 240.28 512.85 157.8 244.562
T 4619.03 6928.613 6928.613 8468.306 2560.5 12116.5 18174.8
Fn 0.39 0.45 0.45 0.484 0.484 0.6055 1.5
C 3200 3200 3200 4200 7000 4150 3200
Fh 7.4 9.137 6.313 8.463 6.6089 15.92 19.53
Lh 202232.77 381438.38 125826.76 303129.07 144329.67 2019046.2
73
3729900.4
5
Nomor 6308 6307 6307 30306 30307 6309 6307
d 40 35 35 30 35 45 35
D 90 80 80 72 80 100 80
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 129
B 23 20 20 19 31 25 20
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 130
BAB VII
PELUMASAN
7.1. Tinjauan∗) .
Pelumasan adalah zat yang berwujud cair ( oil ) dan juga berwujud pasta
( fet, grease ). Adapun pelumasan itu sendiri terdapat pada setiap bidang yang
bergesekkan dan sesuai dengan tugasnya pelumas memepunyai tiga fungsi utama
yaitu :
1. Mengurangi gesekan.
Prestasi kerja mesin dipengaruhi juga oleh adanya gesekan antara dua buah
bidang. Oleh karenanya semakin kecil gesekan yang terjadi semakin besar
nilai efisiensi mesin. Untuk mengurangi gesekkan inilah kemudian dipakai
pelumas yaitu untuk mmelapisi bidang-bidang yang saling bergesekkan agar
lebih licin kerja mesin menjadi lebih ringan.
2. Membuang panas akibat gesekan.
Dua buah bidang yang saling bergesekkan akan menimbulkan panas,
karenanya perlu dilapisi dengan pelumas agar dua bidang tersebut tidak
langsung bergesekkan bidang satu dengan yang lainnya.
3. Merapatkan dua permukaan yang bergesekan .
Akibat terjadinya gesekan akan menyebabkan keausan, keausan ini
menimbulkan kotoran yang berwujud serbuk beram. Bila beram ini berada
♦). G . Niemann . H . Winter, Elemen Mesin, Jilid I, Erlangga, Jakarta, tahun 1990, halaman 302. ⊕ ) . B . Sudiyo, Ing . HTL, Roda Gigi, Jilid II, Cetakan pertama, ATMI, Surakarta, th 1991, halaman 58 s/d 61 .
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 131
diantara dua buah bidang maka akan mengurangi kerapatan. Oleh karenanya
diperlukan pelumas yang mampu membawa / membersihkan kotoran tersebut.
Dengan berkurangnya gesekan maka keausan dikurangi. Disamping itu
pelumas mencegah terjadiya karat, melindungi permukaan bahan, dan juga untuk
menghindari penegangan lebih.
7.2. Pelumasan Roda Gigi.
Pelumasan pada transmisi mesin frais jari ini dirancang menggunakan
pompa oli yang diteruskan oleh pipa-pipa ke bagian–bagian yang memerlukan
pelumasan. Alasan penggunaan pompa oli untuk sistem transmisi ini adalah
karena tidak menggunakan gear box dan alasan kepraktisan pelumasan. Pipa-pipa
ini ditempatkan pada roda-roda gigi yang berputar dan pada bantalan.
Menurut DIN 51509 (pemilihan bahan pelumas untuk roda gigi) untuk
kecepatan keliling sampai ≈ 4 m/dt menggunakan pelumasan celup vaselin
dengan vaselin roda gigi yang encer yaitu satu roda gigi dicelup, sedang untuk
kecepatan keliling ≈ 1 m/dt pelumasan cukup dengan mengoleskan atau
menyemprotkan pelumas melekat. Pelumasan melekat yang dioleskan ini adalah
pasta yang mengandung pelumas (misal MoS2). Viskositas pelumas yang
diperlukan tergantung pada besarnya pembebanan dan kecepatan luncur sehingga
juga tergantung pada kecepatan kelilingnya.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 132
7.3. Pelumasan Bantalan.
Permukaan yang bersinggungan pada bantalan yang menggelinding
mempunyai suatu gerakan relatif yaitu menggelinding dan meluncur. Tujuan dari
pelumasan bantalan anti gesek dapat disimpulkan sebagai berikut⊕) :
1. Untuk menyediakan suatu lapisan pelumasan diantara permukaan yang
saling meluncur dan menggelinding.
2. Untuk membantu mendistribusikan dan mengeluarkan panas.
3. Untuk mencegah korosi dari permukaan bantalan.
4. Untuk menjaga-bagian bantalan dari masuknya benda-benda luar.
Baik oli maupun gemuk bisa dipakai sebagai pelumas, aturannya sebagai berikut
dalam memutuskan pilihan⊕) :
Tabel 7.1 Pemakaian Pelumas
Pemakaian Gemuk bila : Pemakaian Oli bila :
1. Suhu tidak lebih dari 200 0 F ( 93,3 oC) 1. Suhu tinggi.
2. Kecepatan rendah. 2. Kecepatan tinggi.
3. Perlindungan yang khusus diperlukan
atas masuknya benda-benda luar.
3. Segel penahan oli siap tersedia untuk
dipakai.
4. Diinginkan penutup bantalan yang
sederhana.
4. Jenis bantalan tidak cocok untuk pelu-
masan gemuk.
5. Diinginkan operasi untuk waktu yang
lama tanpa perhatian.
5. Bantalan dilumasi dari suatu pusat
penyalur yang juga dipakai untuk bagi
an mesin lainnya.
⊕) . Joseph E. Shigley & Larry D. Mitchell, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi keempat Jilid 2, Erlangga, Jakarta, th 1996, halaman 67. ⊕) . Joseph E. Shigley & Larry D. Mitchell, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi keempat, Jilid 2, Erlangga, Jakarta, th 1996, halaman 68. *) . G . Niemann. H. Winter, Elemen Mesin, Jilid II, Erlangga, Jakarta, th 1990, halaman 236.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 133
Dari tabel diatas sebagai acuan dalam pemilihan pelumas untuk bantalan dipilih
oli sebagai bahan pelumasnya, jika digunakan gemuk maka dipakai konsisten
yang cocok untuk temperatur 20 - 50 0 C tetapi jika temperatur bantalan akibat
gesekan antara 30 - 100 0 C digunakan gemuk litium, kedua gemuk ini tidak larut
dalam air sehingga dapat mempertahankan efek pelumasannya.
7.4. Pelumasan Pinion dan Rack
Untuk pelumasan pinion dan rack cukup menggunakan vaselin karena
pasangan roda gigi ini bekerja pada putaran yang lambat. Pasangan ini berkerja
yaitu untuk menaikan dan menurunkan pahat sewaktu pemakanan.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 134
BAB VIII
PERANCANGAN BAUT DAN
TUAS PEMINDAH KECEPATAN
8.1 Perancangan baut
Pada perencanaan baut ini, baut yang dirancang adalah baut pemegang
motor listrik dan baut pada mekanisme pemegang / penguat pahat
8.1.1 Perhitungan baut pemegang motor
Direncanakan pemegang motor listrik menggunakan 4 buah baut dengan
pembebanan yang dapat dilihat pada gambar berikut :
Beban yang diterima tiap-tiap baut, baut 1 = baut 2 = 57,385 kg, sedang baut 3 =
baut 4 = 7,485.
Bahan baut dipilih St 50 dengan tegangan tarik ijin bahan sebesar 4,0 kg/mm2
8.1.2 Perhitungan baut pada mekanisme pahat
d3 d1
d2 d4
250 mm
200 mm
99.8 kg
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 135
Baut penahan bantalan pada poros pemegang pahat menerima beban tarik
dan beban puntiran. Dengan demikian dapat diketahui :
Diameter baut yang harus merima beban tarik adalah sebesar :
d = t
pσπ ×
×4 ……………………………………………….(8.11)
dengan : p = beban yang diterima baut 9 kg )
σr = tegangan tarik bahan kg/cm2
d = diameter baut ( mm )
Diameter baut yang harus menerima beban puntir adalah sebesar :
d = t
pσπ ×
×4 ………………………………………………...(8.12)
dengan : p = beban yang diterima baut 9 kg )
σw = tegangan tarik bahan kg/cm2
d = diameter baut ( mm )
H = tinggi kepala baut ( 1,5 d )
Pada perancang baut untuk menahan bantalan, jumlah baut yang direncanakan
adalah sebanyak 4 buah. Dengan diagram pembebanan adalah sebagai berikut :
Besarnya beban tarik yang harus diterima oleh tiap-tiap baut adalah sebesar :
P=449 kg
P= 75 kg
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 136
4p =
475 = 18,75 kg
Bahan baut dipilih St 50 dengan tegangan tarik ijin bahan sebesar 400 kg/cm2
Maka besarnya diameter baut yang diperlukan oleh tiap-tiap baut adalah :
d = 400
75,184××π
= 2,4 mm = baut M4
Besarnya beban puntir yang harus diterima oleh tiap-tiap baut adalah sebesar :
4p =
4449 = 112,25 kg
Maka besarnya diameter baut yang diperlukan oleh tiap-tiap baut adalah :
d = 5,13,33
25,112×
= 6,1 mm = baut M 8
Dengan demikian baut yang digunakan dipilih dari gaya yang paling besar yang
harus diterima oleh baut. Jadi baut yang digunakan dipilih baut yang menahan
beban puntir yaitu baut M 8.
8.2 Tuas pemindah kecepatan
Tuas pemindah kecepatan yang direncanakan adalah model tuas jepit. Dengan
tuas ini roda gigi dijepit dan digeser sesuai dengan kecepatan yang diinginkan.
Roda gigi dapat digeser kedudukannya karena roda gigi didukung oleh poros
spline. Untuk mencegah supaya pada waktu mesin frais jari ini dioperasikan tidak
bergeser kedudukannya, maka tuas dirancang secara kuat dan dudukan tuas
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 137
disatukan dengan cassing mesin. Sedangkan untuk tuasnya sendiri ditempatkan
pada alur-alur yang juga berada pada casing mesin.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 138
DAFTAR PUSTAKA
Joseph E. Shigley, Prof. Ir & Larry D. Mitchell, Prof. Ir, Perencanaan Teknik
Mesin, Edisi Keempat, diterjemahkan oleh Gandhi Harahap, Ir, M.Eng,
Penerbit, Erlangga Jakarta, 1996.
Niemann, G. Winter, H, Elemen Mesin, Jilid I, diterjemahkan oleh Anton
Budiman, Ir. Dipl. Ing, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994.
Niemann, G. Winter, H, Elemen Mesin, Jilid II, diterjemahkan oleh Anton
Budiman, Ir. Dipl. Ing, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994.
Sudibyo,B, Ing. HTL, Roda Gigi, Jilid II, Cetakan Pertama, Akadeni Teknik
Mesin Industri, Surakarta, Oktober 1991.
Sularso, Ir, MSME Kiyokatsu Suga. Prof, Dasar Perencanaan dan Pemilihan
Elemen Mesin, Cetakan ketujuh, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1991.
SKF, General Catalogue, No 3200 E, Sweden, 1981.
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 139
LAMPIRAN
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 140
GAMBAR HASIL PERANCANGAN
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 141
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 142
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 143
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 144
Tugas Akhir “ MESIN FRAIS JARI “ 145