BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR - abstrak.uns.ac.id · 16 Massa total = 11 kg + 0,5 kg + 0,5 kg + 8...
Transcript of BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR - abstrak.uns.ac.id · 16 Massa total = 11 kg + 0,5 kg + 0,5 kg + 8...
13
BAB III
PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1 Diagram Alir Proses Perancangan
Diagram alir adalah suatu gambaran utama yang dipergunakan untuk dasar
dalam bertindak. Seperti halnya pada perancangan diperlukan suatu diagram alir
yang bertujuan untuk mempermudah dalam pelaksanaan proses perancangan.
Proses perancangan rangka mesin perontok padi terlihat pada diagram
sebagai berikut :
Gagal
Berhasil
Gambar 3.1 Diagram alir proses perencanaan dan gambar
Mulai
Pembelian Komponen Dan
Peralatan
Kesimpulan
Perhitungan
Perakitan
Proses Pembuatan
Gambar Sketsa
Selesai
Analisa Dan
Perbaikan
Uji Kinerja
Studi Literatur
14
Memulai mengerjakan proyek akhir dengan melakukan studi literatur
tentang perontok padi, setelah melakukan studi literature ini kemudian melakukan
perencanaan mekanikal, dengan demikian dapat dilakukan sketsa prototipe dan
pemilihan material bahan dan komponennya. Setelah melakukan sketsa kemudian
menggambar global secara 3D, jika disetujui maka kemudian menggambar detail
bagian-bagian prototipe secara 2D untuk dipakai pada proses produksi. Setelah
desain disetujui dan komponen terkumpul maka sudah dapat melakukan proses
pembuatan, setelah rangka selesai dibuat maka komponen pendukung lainnya
dapat dipasangkan. Setelah semua terpasang maka dapat dilakukan uji prototipe,
jika sudah sesuai yang diinginkan maka memulai mengerjakan laporan, jika masih
terjadi error maka harus menganalisa ulang pada perancangan mekanikal. Setelah
semua selesai maka mendapatkan hasil prototipe dan laporan.
3.2 Bagian-Bagian Mesin Perontok Padi
Mesin ini mempunyai bagian utama sebagai berikut :
Keterangan =
1. Penyangga mesin perontok padi. 5. Tutup Silinder Perontok.
2. Motor bensin. 6. Silinder Perontok.
3. V-Belt. 7. Roda.
4. Pulley transmisi.
Gambar 3.2 Desain rancangan 3D mesin perontok padi
15
3.3 Prinsip Kerja Mesin Perontok Padi
Prinsip keja mesin perontok padi adalah dengan memukul bagian tangkai
padi (jerami) sehingga bulir-bulir padi akan terlepas/rontok. Setelah itu
padi/gabah tersebut akan masuk kedalam tempat yang telah disiapkan.
Cara kerja mesin perontok padi ini adalah menggunakan tenaga dari motor
bensin. Daya dari motor bensin ini kemudian ditransmisikan dengan pulley dan
sabuk menuju pulley bagian atas, pada pulley atas memakai perbandingan
diameter pulley untuk mengatur kecepatan putaran yang dihasilkan. Putaran dari
pulley akan diteruskan dengan poros yang akan memutarkan silinder dan gigi
perontok.
3.4 Perencanaan Konstruksi
Dalam pembuatan mesin perontok padi, rangka merupakan bagian yang
penting untuk menopang semua komponen. Oleh karena itu, rangka harus
didesain sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan
aman.
Gambar 3.3 Konstruksi rangka mesin perontok padi
3.4.1 Perencanaan rangka bagian atas
Perhitungan perencanaan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:
Data-data yang diketahui antara lain:
- Massa 1 buah poros silinder perontok = 11 kg
- Massa 1 buah pulley = 0,5 kg
- Massa 2 buah bearing = 0,5 kg
- Massa 1 buah chasing = 8 kg
16
Massa total = 11 kg + 0,5 kg + 0,5 kg + 8 kg
= 20 kg . 9,8 m/s2
= 196 N
Konstruksi rangka bagian atas ditunjukkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Konstruksi rangka bagian atas.
1. Analisa pada batang A-B
Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Gaya yang bekerja pada batang A-B.
a. Kesetimbangan gaya luar.
∑Fx = 0 RAx = 0
∑Fy = 0 RAy + RBy = 0,36 N/mm . 550 mm
= RAy + RBy = 198 N
∑MA = 0 0,36 N/mm . 550 mm . 550 mm/2 – RBy . 550 mm = 0
RBy = 99 N
RAy = 198 N - RBy
= 198 N – 99 N
= 99 N
A B
0,36 N/mm
550 mm
A
B
550 mm
x
x
RAx
RAy RBy
17
b. Persamaan kesetimbangan gaya dalam potongan x-x.
Gambar 3.6 Reaksi gaya dalam potongan x-x.
Potongan kanan (BA)
Nx = 0
Vx = 99 N + 0,36 N/mm . x
Mx = 99 N . x 0,36 N/mm . x . (x/2)
c. Nilai gaya dalam.
Tabel 3.1 Kesetimbangan gaya dalam titik B A rangka bagian atas.
Potongan Posisi Titik Gaya Dalam
Gaya Normal Gaya Geser Moment Lentur
x-x
(BA)
x = 0 B NB = 0 VB= 99 N MB = 0
x = 275 A NA = 0 VA= 99 N MA = 13612,5 N.mm
d. Diagram gaya dalam.
Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.7.
NFD
SFD
BMD
Gambar 3.7 NFD, SFD dan BMD
Nx
Mx
Vx
x
99 N 99 N
13612,5 N.mm
RBy = 99 N
B
A B
+
0,36 N/mm
+ +
18
2. Tegangan pada rangka.
Rangka yang dipakai pada mesin poles poros engkol ini adalah besi
hollow ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 3 mm, dapat dilihat pada gambar
3.8.
b b’
l’
l
Gambar 3.8 Penampang besi hollow
a. Momen inersia ( I )
I= t
I= 3
I= 3
I= 3
I= 3 x 34314,56
I= 102943,7 mm4
b. Jarak titik berat ( y )
Y = = = = 7,22 mm
c. Momen maksimum ( Mmax ) = 13612,5 N.mm
d. Faktor keamanan (Sf) = 3
e. Tegangan yield pada st37 (σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3)
Maka Tegangan tarik ijin (σijin) = = 80 N/mm2
f. Tegangan tarik rangka (σ)=
19
=
= 0,95 N/mm2
Data hasil karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan bahan besi
hollow ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 3 mm aman untuk menahan
beban.
3.4.2 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan motor)
Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan
motor) adalah sebagai berikut:
Data-data yang diketahui yaitu:
- Massa 1 buah motor bensin = 15 kg
- Massa 1 buah pulley = 0,3 kg
Massa total = 15 kg + 0,3 kg
= 15,3 kg
= 15,3 kg . 9,8 m/s2
= 153 N/mm
Rangka bagian bawah dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Rangka bagian bawah mesin perontok padi
1. Analisa pada batang A-B
Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.10.
550 mm B A
20
v
Gambar 3.10 Gaya yang bekerja pada batang A-B
a. Kesetimbangan gaya luar.
∑Fx = 0 RAx = 0
∑Fy = 0 RAy + RBy = 153 N
∑MA = 0 -RBy . 550 + 153 . 275
RBy = 76,5 N
RAy = 76,5 N
b. Kesetimbangan gaya dalam potongan x-x.
Gambar 3.11 Reaksi gaya dalam potongan x-x
Potongan kanan (BC)
Nx = 0
Vx = -76,5
Mx = 76,5 . x
c. Kesetimbangan gaya dalam potongan y-y.
Gambar 3.12 Reaksi gaya dalam potongan y-y
A
C
B
153 N
275 mm 275 mm
Nx
Mx
RBy = 76,5 N
B
x
y
y
x
x
RAx
RAy
RBx
Vx
Nx
Mx
RBy = 76,5 N
B
x
Vx
153 N 275 mm
21
Potongan kanan (CA)
Nx = 0
Vx = -76,5 + 153 = 76,5
Mx = 76,5 . x + (-153) . (x-275)
= 0
d. Nilai gaya dalam.
Tabel 3.2 Kesetimbangan gaya dalam pada potongan keseluruhan.
Potongan Jarak Titik Gaya Normal Gaya Geser Momen Lentur
x-x
(BC)
X = 0 B NB = 0 VB = -76,5 N MB = 0 Nmm
X = 275 C NC = 0 VC = -76,5 N MC = -21037,5
Nmm
y-y
(CA)
X = 275 C NC = 0 VC = 76,5 N MC = 21037,5
Nmm
X = 550 A NA = 0 VA = 76,5 N MA = 0 Nmm
e. Diagram gaya dalam.
Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.13.
NFD
SFD
BMD
Gambar 3.13 NFD, SFD dan BMD
2. Tegangan pada rangka.
Rangka yang dipakai pada mesin poles poros engkol ini adalah besi
hollow ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 3 mm, dapat dilihat pada gambar
3.14.
+
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
-
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
76,5 N
-76,5 N
21037,5 Nmm
A B C
22
b b’
l’
l
Gambar 3.14 Penampang besi hollow
e. Momen inersia ( I )
I= t
I= 3
I= 3
I= 3
I= 3 x 34314,56
I= 102943,7
f. Jarak titik berat ( y )
Y = = = = 7,22 mm
g. Momen maksimum ( Mmax ) = 21037,5 N.mm
h. Faktor keamanan (Sf) = 3
i. Tegangan yield pada st37 (σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3)
Maka Tegangan tarik ijin (σijin) = = 80 N/mm2
j. Tegangan tarik rangka (σ)=
23
=
= 1,47 N/mm2
Data hasil karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan bahan besi
hollow ST 37 dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 3 mm aman untuk menahan
beban.
3.5 Perencanaan Pengelasan
Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan seperti pada Gambar 3.15 di
bawah ini.
Gambar 3.15 Bentuk pengelasan
Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk dilakukan
perhitungan yaitu :
Data : b = 34 mm e = 550 mm t = 0,707 s
l = 40 mm P = 196 N
- safety factor = 4
= = 92,5 N/mm2
- Throat area (A)
A = t( 2 l + b)
= 0,707s (2×40+34)
= 80,6 s
- Gaya geser langsung
= =
24
= N/mm2
- Menghitung momen bending (M)
M = P×e = 196×550 = 107800 N.mm
- Section modulus (Z)
Z =
=
= 0,707 s (1360+385,3)
= 1233,92 s mm3
- Bending stress
M = = = N/mm2
- Resultan dari gaya geser maksimum
=
92,5 =
92,5 =
92,5 =
92,5 =
t =
= 0,47 mm
Jadi tebal pengelasannya sebesar 0,50 mm.