studi kekuatan spur gear dengan profil gigi...
TRANSCRIPT
STUDI KEKUATAN SPUR GEAR DENGAN PROFIL GIGI ASYMMETRIC INVOLUTE DAN SYMMETRIC
INVOLUTE
Disusun oleh
Mohamad Zainulloh Rizal
2110100112
STUDI KEKUATAN SPUR GEAR DENGAN PROFIL GIGI ASYMMETRIC INVOLUTE DAN SYMMETRIC INVOLUTE
• Nama : Mohamad Zainulloh Rizal
• NRP : 2110 100 112
• Jurusan : Teknik Mesin
• Pembimbing : Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.
LATAR BELAKANG
Alexander Kapelevich, bahwa load capacitypada asymmetric
gear akan lebih besar dari pada symmetric
gear
Aman
Failure
Hemat material
Asymme-tric Gear
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
1. Bagaimana pengaruh asymmetric factor terhadap perubahan geometri suatu roda gigi?
2. Bagaimana kekuatan roda gigi lurus berprofil gigi symmetric involute dan berprofil gigi
asymmetric involute terhadap tegangan bending pada pembebanan torsi menggunakan simulasi
dinamis (simulasi transient)?
3. Bagaimana kekuatan roda gigi lurus berprofil gigi symmetric involute dan berprofil gigi
asymmetric involute terhadap tegangan bending pada pembebanan rotational velocity (RPM)
menggunakan simulasi dinamis (simulasi transient)?
1. Material yang digunakan untuk masing-masing jenis roda gigi sama.
2. Material bersifat elastik dan isotropik.
3. Temperatur seragam di seluruh bagian roda gigi.
4. Beban yang diterima uniform sepanjang ketebalan roda gigi.
5. Analisa getaran diabaikan.
6. Efek panas yang ditimbulkan dari gesekan diabaikan.
7. Putaran engine seragam sehingga faktor fatigue pada roda gigi diabaikan.
8. Kedua jenis profil roda gigi dibuat dengan geometri yang serupa.
9. Pada simulasi dinamis hanya digunakan beban berupa torsi , rotational velocity dan inertia
gravity.
BATASAN MASALAH
PERUMUSAN MASALAHPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
TUJUAN PENELITIAN
1. Untuk mengetahui pengaruh asymmetric factor terhadap perubahan geometri suatu
roda gigi.
2. Untuk mengetahui kekuatan roda gigi dengan nilai K = 1, K = 1,05, K = 1,06, K =
1,07 dan K = 1,08 terhadap tegangan bending menggunakan beban torsi pada
simulasi Transient Stuctural.
3. Untuk mengetahui kekuatan roda gigi dengan nilai K = 1, K = 1,05, K = 1,06, K =
1,07 dan K = 1,08 terhadap tegangan bending menggunakan beban rotational velocity
pada simulasi Transient Stuctural.
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Penelitian TerdahuluAlexander Kapelevich melakukan penelitian eksperimental terkait roda gigiasymmetric involute. Pada penelitian tersebut disimpulakan bahwa roda gigiasymmetric dapat meningkatkan load capacity dan pengujian pada pressure angleyang besar menunjukkan hasil yang signifikan yaitu mengurangi getaran yangterjadi pada roda gigi.
Novreza Aditya Taufan melakukan penelitian tentang involute dan cycloid gear.Dan kesimpulannya adalah tegangan maksimum yang terjadi pada roda gigi denganprofil involute lebih tinggi daripada profil cycloid. Dan besarnya perbedaan teganganantara roda gigi dengan profil involute dan profil cycloid adalah 1,3 kali
KAJIAN TEORIPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Profil Involute
Rumus profil Involute
𝑥 = 𝑟(cos 𝑡 + 𝑡 sin 𝑡) (1)
𝑦 = 𝑟(sin 𝑡 − 𝑡 cos 𝑡) (2)
r
t0
t
KAJIAN TEORIPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Cara Membuat Profil Involute
21
43
Manual Automatic
rt
t2
t1r
Rumus pemodelan Asymmetric Gear
Symmetric sideAsymmetric side
dp
dba dbs
do
dr
p
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
𝑘 = 𝑐𝑜𝑠 𝜃𝑎
𝑐𝑜𝑠 𝜃𝑠=
𝑑𝑏𝑎
𝑑𝑏𝑠
𝐾 : assymetric factor𝑑𝑏𝑎 : base diameter pada sisi assymetric (in)𝑑𝑏𝑠 : base diameter pada sisi symetric (in)𝜃𝑎 : sudut kontak pada sisi assymetric𝜃𝑠 : sudut kontak pada sisi symetric
Diagram Alir Tugas Akhir
A
A
C B
C B
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Data Geometri
No. Parameter and dimensi Simbol Roda gigi
1 Assymetric factor K 1 1.05 1.06 1.07 1.08
2 Number of teeth N 30 30 30 30 30
3 Module, mm m 4 4 4 4 4
4
Pressure angle for symmetric side, deg
14.50 14.50 14.50 14.50 14.50
5Pressure angle for asymmetric side, deg
22.77 24.03 25.20 26.31
6Pitch circle diameter, mm d 120.00 120.00 120.00 120.00 120.00
7Base diameter for symmetric side, mm
dbs 116.18 116.18 116.18 116.18 116.18
8
Base diameter for asymmetric side, mm
dba 110.65 109.60 108.58 107.57
9 Addendum, mm a 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00
10 Dedendum, mm de 2.55 2.55 2.55 2.55 2.55
11 Outer diameter, mm do 128.00 128.00 128.00 128.00 128.00
12 Root diameter, mm dr 119.90 119.90 119.90 119.90 119.90
13 Bottom clearance, mm 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
14 Center of distance c 120.00 120.00 120.00 120.00 120.00
𝜃𝑠
𝜃𝑎
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Variable
NoAsymmetric
Factor (K*)
Torsi
(N.m)
Kecepatan
Putar
(RPM)
1 K=1 100 1000
2 K=1,05 150 1500
3 K=1,06 200 2000
4 K=1,07 250 2500
5 K=1,08
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Parameter Material PropertiesJenis Material AISI 1045
Density (7,7-8,03)1000 kg/m3
Cefficient of Termal Expansion 1,2 x 10-5 /oC
Reference Temperature 22 oC
Young Modulus 200 GPa
Poisson’s ratio 0,27-0,30
Bulk Modulus 167,67 GPa
Shear Modulus 76,92 GPa
Interpolation Semi log
Scale 1
Offset 0
Strength Coefficient 920 MPa
Strength Exponent -0.106
Ductility Coefficient 0,213
Ductility Exponent -0,47
Yield Strength 505 MPa
Compressive Yield Strength 250 MPa
Tensile Ultimate Strength 250 MPa
Hardness 170 BHN
Elastisity Modulus 190 GPa
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
ParameterPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
ParameterObject Name Mesh
State Solved
Defaults
Physics
PreferenceExplicit
Relevance 0
Statistics
Nodes 100464
Elements 87160
Mesh Metric Skewness
Min 1,36493123401454E-02
Max 0,606051130265131
Average 0,237243388776649
Standard
Deviation0,112699564889446
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
ParameterPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
JointContact
ParameterPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
( a ) ( b )
( c ) ( d )
( e )
K=1 K=1.05
K=1.06 K=1.07
K=1.08
Hasil PemodelanPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
LampiranK=1.07K=1.06K=1.05K=1 K=1.08
NoTime
[s]
Minimum
[Pa]
Maximum
[Pa]
1 1.00E-05 61.474 141.72
2 2.00E-05 403.06 950.31
3 3.00E-05 983.41 2359.7
4 4.50E-05 863.16 2091.1
5 6.75E-05 -455.29 -175.04
6 1.01E-04 670.34 1614.2
7 1.52E-04 626.48 1501.3
8 2.28E-04 158.04 366.05
9 3.04E-04 -1.97E+05 3.48E+06
10 4.18E-04 -29551 3.99E+06
11 5.32E-04 -1.97E+05 -87133
12 6.45E-04 72670 1.54E+05
13 8.16E-04 -91983 -43843
14 9.87E-04 7.16E+06 1.95E+07
Contoh distribusi tegangan
Contoh data hasil simulasi
Hasil SimulasiPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
KTorsi
(N.m)
Tegangan
Sumbu x (Pa)
1 100 1.749.E+08
1 150 1.988.E+08
1 200 2.551.E+08
1 250 2.939.E+08
1.05 100 1.401.E+08
1.05 150 1.685.E+08
1.05 200 1.740.E+08
1.05 250 1.797.E+08
1.06 100 1.217.E+08
1.06 150 1.297.E+08
1.06 200 1.418.E+08
1.06 250 1.773.E+08
1.07 100 5.214.E+07
1.07 150 7.132.E+07
1.07 200 1.388.E+08
1.07 250 1.414.E+08
1.08 100 1.949.E+07
1.08 150 3.622.E+07
1.08 200 4.059.E+07
1.08 250 1.239.E+08
Data Tegangan Maximum Sumbu X pada Pembebanan Torsi
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
0.000.E+00
5.000.E+07
1.000.E+08
1.500.E+08
2.000.E+08
2.500.E+08
3.000.E+08
3.500.E+08
0 50 100 150 200 250 300
Teg
angan
(P
a)Torsi (N.m)
Grafik Tegangan Sumbu X Fungsi Torsi
k=1
k=1.05
k=1.06
k=1.07
k=1.08
sumbu x
100 150 200 250
1 1.749.E+08 1.988.E+08 2.551.E+08 2.939.E+08
1.05 1.40E+08 1.68E+08 1.740.E+08 1.797.E+08
1.06 1.22E+08 1.297.E+08 1.418.E+08 1.773.E+08
1.07 5.21E+07 7.13E+07 1.39E+08 1.414.E+08
1.08 1.949.E+07 3.622.E+07 4.059.E+07 1.239.E+08
1.05 19.88 15.25 31.77 38.85
1.06 30.43 34.75 44.39 39.66
1.07 70.18 64.12 45.57 51.90
1.08 88.86 81.78 84.09 57.82
0.000.E+00
5.000.E+07
1.000.E+08
1.500.E+08
2.000.E+08
2.500.E+08
3.000.E+08
1 1.05 1.06 1.07 1.08
Torsi 200 N.m
KTorsi
(N.m)
Tegangan
Von Mises (Pa)
1 100 1.450E+08
1 150 2.332E+08
1 200 2.663E+08
1 250 3.067E+08
1.05 100 1.437E+08
1.05 150 1.826E+08
1.05 200 2.372E+08
1.05 250 2.867E+08
1.06 100 1.114E+08
1.06 150 1.358E+08
1.06 200 2.270E+08
1.06 250 2.568E+08
1.07 100 1.034E+08
1.07 150 1.069E+08
1.07 200 2.189E+08
1.07 250 2.483E+08
1.08 100 5.323E+07
1.08 150 1.010E+08
1.08 200 1.770E+08
1.08 250 2.441E+08
Data Tegangan Maximum Von Mises pada Pembebanan Torsi
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
0.000E+00
5.000E+07
1.000E+08
1.500E+08
2.000E+08
2.500E+08
3.000E+08
3.500E+08
0 50 100 150 200 250 300
Teg
angan
(P
a)
Torsi (N.m)
Grafik Tegangan Von Misses Fungsi Torsi
k=1
k=1.05
k=1.06
k=1.07
k=1.08
Torsi 150 N.m0.000E+00
5.000E+07
1.000E+08
1.500E+08
2.000E+08
2.500E+08
1 1.05 1.06 1.07 1.08
Tegangan Von Mises Torsi 150 N.mvonmises
100 150 200 250
1 1.450E+08 2.332E+08 2.663E+08 3.067E+08
1.05 1.437E+08 1.826E+08 2.372E+08 2.867E+08
1.06 1.114E+08 1.358E+08 2.270E+08 2.568E+08
1.07 1.034E+08 1.069E+08 2.189E+08 2.483E+08
1.08 5.323E+07 1.010E+08 1.770E+08 2.441E+08
1.05 0.89 21.67 10.93 6.52
1.06 23.18 41.75 14.78 16.26
1.07 28.70 54.16 17.81 19.04
1.08 63.30 56.68 33.53 20.40
KPutaran
(RPM)
Tegangan
Sumbu x (Pa)
1 1000 1.710.E+09
1 1500 2.359.E+09
1 2000 3.307.E+09
1 2500 4.305.E+09
1.05 1000 1.141.E+09
1.05 1500 1.898.E+09
1.05 2000 2.317.E+09
1.05 2500 2.821.E+09
1.06 1000 1.064.E+09
1.06 1500 1.857.E+09
1.06 2000 2.275.E+09
1.06 2500 2.799.E+09
1.07 1000 1.033.E+09
1.07 1500 1.833.E+09
1.07 2000 2.283.E+09
1.07 2500 2.704.E+09
1.08 1000 9.124.E+08
1.08 1500 1.655.E+09
1.08 2000 2.171.E+09
1.08 2500 2.622.E+09
Data Tegangan Maximum pada Pembebanan Kecepatan Putar (RPM)
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
0.000.E+00
5.000.E+08
1.000.E+09
1.500.E+09
2.000.E+09
2.500.E+09
3.000.E+09
3.500.E+09
4.000.E+09
4.500.E+09
5.000.E+09
0 500 1000 1500 2000 2500 3000T
egan
gan
(P
a)
Putaran (RPM)
Grafik Tegangan Sumbu X Fungsi Putaran
k=1
k=1.05
k=1.06
k=1.07
k=1.08
Putaran 2500 RPM0.000.E+00
1.000.E+09
2.000.E+09
3.000.E+09
4.000.E+09
5.000.E+09
1 1.05 1.06 1.07 1.08
Putaran 2500 RPMsumbu x
1000 1500 2000 2500
1 1.710.E+09 2.359.E+09 3.307.E+09 4.305.E+09
1.05 1.141.E+09 1.898.E+09 2.317.E+09 2.821.E+09
1.06 1.064.E+09 1.857.E+09 2.275.E+09 2.799.E+09
1.07 1.03E+09 1.833.E+09 2.283.E+09 2.704.E+09
1.08 9.124.E+08 1.655.E+09 2.171.E+09 2.622.E+09
1.05 33.26 19.53 29.93 34.48
1.06 37.78 21.27 31.21 34.98
1.07 39.60 22.29 30.97 37.20
1.08 46.64 29.82 34.36 39.11
KPutaran
(RPM)
Tegangan
Von Mises (Pa)
1 1000 1.872E+09
1 1500 3.385E+09
1 2000 4.291E+09
1 2500 5.038E+09
1.05 1000 1.697E+09
1.05 1500 3.285E+09
1.05 2000 4.220E+09
1.05 2500 4.721E+09
1.06 1000 1.650E+09
1.06 1500 3.256E+09
1.06 2000 4.172E+09
1.06 2500 4.686E+09
1.07 1000 1.528E+09
1.07 1500 2.885E+09
1.07 2000 3.722E+09
1.07 2500 4.619E+09
1.08 1000 1.477E+09
1.08 1500 2.863E+09
1.08 2000 3.584E+09
1.08 2500 4.417E+09
Data Tegangan Maximum pada Pembebanan Kecepatan Putar (RPM)Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
0.000E+00
1.000E+09
2.000E+09
3.000E+09
4.000E+09
5.000E+09
6.000E+09
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Teg
angan
(P
a)
Putaran (RPM)
Grafik Tegangan Von Misses Fungsi Putaran
k=1
k=1.05
k=1.06
k=1.07
k=1.08
0.000E+00
5.000E+08
1.000E+09
1.500E+09
2.000E+09
1 1.05 1.06 1.07 1.08
Putaran 1000 RPMvon mises
1000 1500 2000 2500
1 1.872E+09 3.385E+09 4.291E+09 5.038E+09
1.05 1.697E+09 3.285E+09 4.220E+09 4.721E+09
1.06 1.650E+09 3.256E+09 4.172E+09 4.686E+09
1.07 1.528E+09 2.885E+09 3.722E+09 4.619E+09
1.08 1.477E+09 2.863E+09 3.584E+09 4.417E+09
1.05 9.37 2.95 1.64 6.30
1.06 11.85 3.82 2.75 6.99
1.07 18.39 14.77 13.26 8.31
1.08 21.09 15.42 16.46 12.33
1. Asymmetric factor hanya berpengaruh pada satu sisi terhadap profil roda gigi. Semakin besar nilai
asymmetric factor, maka ujung profil roda gigi semakin mengecil dan bagian akar profil roda gigi semakin
membesar.
2. Pada pembebanan torsi dengan menggunakan tegangan maksimum searah sumbu x penurunan tegangan yang
terjadi adalah 15.25% - 88,86% dan tegangan maksimum von mises penurunan tegangan yang terjadi adalah
0,89% - 63,3%. Jadi roda gigi asymmetric involute pada pembebanan torsi (N.m) menghasilkan
tegangan lebih rendah dari pada roda gigi symmetric involute.
3. Pada pembebanan kecepatan putar dengan menggunakan tegangan maksimum searah sumbu x penurunan
tegangan yang terjadi adalah 19,53% - 39,11%. Pada pembebanan putaran dengan menggunakan tegangan
maksimum von mises penurunan tegangan yang terjadi adalah 1,64% - 21,09%. Jadi roda gigi asymmetric
involute pada pembebanan kecepatan putar (RPM) menghasilkan tegangan lebih rendah dari
pada roda gigi symmetric involute.
KesimpulanPendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
SEKIANTERIMA KASIH
LAMPIRAN
Draft
Kavalevic Ognyan
Data Mentah
Pendahuluan
Terdahulu
Teori
Rumus
Flow TA
Data Geom
Variable
Parameter Sim
Hasil Pemodelan
Data 1
1 2 3 4
Hasil Simulasi
Data 2
Kesimpulan
Lampiran
Perhitungan Geom Grafik
Draft
Gambar
word
excel
folder
Video