2. <u>Kapasitas Torsi pada Poros Keluaran</u>

Torsi yang dihasilkan pada poros keluaran merupakan akibat dari gaya gesek antara serbuk baja dengan pelat kopling. Gaya normal pada pelat kopling sangat ditentukan oleh putaran kopling, densitas dari serbuk baja dan jarak serbuk baja ke sumbu kopling, dan juga ukuran serbuk baja serta gesekan yang terjadi antara serbuk baja sendiri.

Melihat faktor-faktor tersebut, maka sangatlah sulit untuk menghitung gaya normal pada pelat kopling secara tepat. Untuk dapat menaksir besar gaya gesek pada pelat kopling, perlu diambil beberapa asumsi sebagai berikut:

• serbuk baja adalah homogen dan berkelakuan sebagai fluida
• gesekan gesekan antara serbuk baja diabaikan.

Dengan mendefinisikan Ri sebagai jarak terpendek antara serbuk yang menyentuh pelat kopling dengan sumbu kopling, Rr sebagai jari-jari luar pelat

^* Jurusan Mesin ITB

kopling, μ sebagai koefisien gesek antara serbuk dengan pelat kopling serta ρ sebagai masa jenis serbuk, maka dengan menerapkan hukum hidrostatika dapat dipero leh torsi keluaran maksimum To dari kopling serbuk untuk satu harga kecepatan putaran dan diameter luar kopling tertentu sebagai berikut :

\(T = 2\pi\mu\rho\Omega^2\) [ 1/5 \(R_{r}^{5}\) - 1/3 \(R_{2}^{3}R_{i}^{2}\) + 2/15 \(R_{i}^{5}\) ] di mana \(\Omega\) adalah kecepatan sudut rumah kopling.

Dari persamaan \(T_0\) tersebut dapat dilihat bahwa besar torsi keluaran sangat dipengaruhi oleh harga R_i yang mencermin-kan luas permukaan kopling yang "ter celup" di dalam serbuk baja. Ukuran diameter serbuk dan jumlah serbuk yang terdapat di dalam kopling tidak mempengaruhi persamaan \(T_0\) secara langsung. Bila dikaji lebih lanjut ukuran diameter serbuk akan mempengaruhi sifat kefluidaan serbuk sedangkan jumlah serbuk (ataujuga volume rumah kopling) akan mempengaruhi kemudahan gerak serbuk dan kapa sitas penyerapan panas pada saat terjadi gesekan, serta berat total dari kopling. Hubungan ini cukup pelik untuk dianalisa dan diperlukan suatu pengalaman untuk penentuannya, agar diperoleh karakteristik yang baik.

Untuk satu kopling serbuk yang sudah tertentu dimensinya, pengaturan kapasitas torsi keluaran dapat dilakukan dengan mengubah-ubah jumlah serbuk dan ukuran serbuk di dalam rumah kopling. Semakin kecil ukuran serbuk semakin besar torsi yang dapat diteruskan dan semakin kecil Ri (semakin besar massa serbuk) semakin besar pula torsi yang dapat diteruskan kopling.

3. Konstruksi Kopling Serbuk

Konstruksi serbuk yang ditunjukkan pada Gambar 2 berikut ini adalah konstruksi kopling serbuk produksi SUMITOMO. Kopling ini terdiri atas tiga komponen utama yaitu :

• rotor (pelat kopling), poros (hub) penggerak dan poros (hub) yang digerakkan
• rumah kopling, terdiri atas bagian kanan dan kiri
• kopling penghubung (kopling tetap) terdiri atas bagian kanan dan kiri.

3.1. Rotor, Hub Penggerak dan Hub yang digerakkan

Hub penggerak dan hub yang digerakkan dihubungkan satu dengan lainnya dengan dua buah bantalan jenis "selfaligning ball bearing". Hub penggerak

mempunyai diameter luar yang cukup besar sehingga memungkinkan penyesuaian diameter dalamnya dengan poros motor penggerak (dengan cara dibubut). Hub yang digerakkan dilengkapi dengan lubanglubang baut untuk disambungkan dengan Kopling tetap (Kopling penghubung bagian kanan). Pada hub yang digerakkan ini terpasang pelat kopling (rotor) dengan posisi yang miring (tidak tegak lurus sumbu kopling). Kemiringan ini dimaksudkan untuk menggerakkan serbuk pada saat terjadi slip sehingga panas yang timbul dapat terdisipasi dengan baik. Permukaan rotor selain keras, juga dibuat berge-lombang untuk memperbesar luas kontak dengan serbuk-serbuk baja.

3.2. Rumah Kopling

Rumah kopling merupakan tempat untuk rotor dan serbuk baja. Rumah kopling dibuat dengan bentuk yang dapat memberikan kondisi optimum pada pasangan rotor dan serbuk baja. Material yang digunakan untuk rumah kopling adalah material yang ringan serta mempunyai konduktivitas termal yang baik. Bagian luar rumah kopling dibuat bersirip untuk memperkuat konstruksi dan mempermudah proses pembuangan panas ke udara. Rumah kopling ini terdiri dari bagian kanan dan kiri untuk mempermudah pemasangan.

3.3. Kopling Penghubung

Bagian ini merupakan komponen penyambung antara kopling dengan poros beban yang akan digerakkan, berbentuk kopling tetap dengan penghubung karet. Dimensi poros bagian kiri dibuat besar agar masih dapat dikerjakan (dibubut) untuk disesuaikan dengan poros beban. Kopling serbuk yang dilengkapi dengan kopling penghubung dinamakan kopling serbuk type K. Cara lain untuk menghubungkan kopling dengan poros beban dapat dilakukan dengan puli dan jenis ini disebut kopling serbuk type P.

4. Karakteristik Kopling Serbuk

Dengan belum meluasnya penggunaan kopling serbuk ini, maka informasi karakteristiknya masih sangat sedikit. Untuk itu telah dilakukan rangkaian pengujian untuk melihat karakteristik kopling serbuk, antara lain,

• hubungan antara putaran masukan terhadap torsi yang diteruskan pada berbagai kondisi slip
• pengaruh slip terhadap efisiensi kopling
• si kopling perubahan daya keluaran terhadap perubahan putaran poros keluaran pada satu kondisi masukan tertentu (dari motor listrik) akibat perubahan beban.

Gambar 2. Konstruksi kopling serbuk

Keterangan gambar:

• 1. Baut
• Bantalan
• 3. Poros (hub) masukan
• 4. Ring penahan
• 5. Baut pengencang
• 6. Poros (hub) keluaran
• 7. Rotor
• 8. Sumbat
• 9. Rumah Kopling Kanan
• 10. Rumah kopling kiri11. Kopling penghubung kanan
• 12. Baut
• 13. Kopling penghubung Kiri
• 14. Baut pengencang15. Pemisah
• O-ring Α.
• B, C, D = perapat oli

Keterangan :

• Tachometer
• Motor Listrik 2.
• Kopling tetap з.
• Bantalan
• Kopling serbuk
• Piringan dinamometer
• Lengan dinamometer
• Load Cell 8.
• Heja pengujian
• 10. Strain amplifier
• 11. Light beam recorder
• 12. Frequency converter
• i3. Kabel
• 14. Wattmeter

Gambar 3. Perangkat pengujian

Set up perangkat pengujian dapat dilihat pada Gambar 3, yang terdiri atas 14 Komponen (lihat keterangan Gambar 3).

Daya masukan merupakan daya motor listrik yang diberikan pada listrik melalui frekuensi konverter dan watt meter. Daya keluaran dari motor listrik kemudian diteruskan kopling ke beban yang dapat diatur nannya. Daya yang diteruskan pembebanannya. Kopling dapat diketahui melalui dinamometer dan load cell yang dipasang pada sisi beban. Untuk satu putaran motor listrik tertentu, kopling serbuk dengan jumlah serbuk dan diameter serbuk tertentu dibebani secara bertahap dengan cara memberikan pengereman pada poros Keluaran. Pada setiap tahapan beban, hal hal berikut ini dicatat :

• 1. Daya yang masuk pada motor listrik, dibaca pada watt meter.
• 2. Putaran poros motor listrik dan putaran poros beban, dengan menggunakan tachometer.
• 3. Gaya pada load cell dari lengan dinamometer. Torsi Keluaran merupakan hasil perkalian gaya dengan panjang lengan dinamometer.

Perlu dicatat di sini bahwa prosedur pengujian ini tidak mudah dilakukan. Pada pengujian ini selalu terjadi slip sehingga kondisi stasioner hanya berlangsung dalam waktu yang sangat singkat. Daya keluaran dari motor listrik (atau daya masukan pada kopling) tidak dapat diukur, dan untuk ini digunakan data - data hasil pengujian karakteristik motor listrik yang telah dilaksanakan secara terpisah. Walaupun demikian hasil yang diperoleh telah dapat memberikan gambaran karakteristik kopling serbuk int.

4. i. Hubungan Antara Putaran Masukan Dengan Torsi Keluaran

Dari data hasil pengujian, torsi dari poros keluaran dapat dihitung hasil perkalian antara gaya yang terbaca pada load cell dengan panjang lengan dinamometer. Pada pengujian ini ternyata selalu terjadi slip pada kopling di mana putaran keluaran selalu lebih kecil dari putaran masukan. Untuk ini berbagai putaran poros masukan, dipilih kondisi slip yang sama (dalam hal ini slip 2% dan 10%). Hubungan yang dipero-leh ditunjukkan pada Gambar 4 dan 5. Data ini sesuai dengan prediksi teoritik dimana torsi yang diteruskan merupakan kwadratik dari Ω (kecepatan putar) dan merupakan fungsi dari besar kedalaman celup pelat Kopling di dalam serbuk. Berhubung harga Ri dan p dari kopling tidak dapat diukur, maka grafik teoritis tidak dapat digambarkan. Untuk berbagai kondisi slip grafik yang diperoleh mempunyai kecenderungan yang sama. Slip didefinisikan sebagai,

4, 2. Efisiensi Kopling

Efisiensi kopling didefinisikan sebagai perbandingan antara daya keluaran kopling terhadap daya masukannya. Dalam hal ini karena kesulitan pengukuran daya masukan kopling, digunakan harga daya masukan pada motor listrik yang diperkalikan dengan efisiensi motor listrik. Efisiensi kopling penghubung dianggap 100%. Dengan demikian efisiensi Kopling serbuk dapat dituliskan sebagai:

\[n_c = \frac{D_o}{D_i \times n_m} \times 100\%\] di mana :

= efisiensi Kopling serbuk

\(\eta\) = efisiensi motor listrik

Do = daya Keluaran Kopling

Di = daya masukan kopling.

Efisiensi Kopling serbuk sangat dipengaruhi oleh kondisi slip yang terjadi, di mana hubungannya ditunjukkan pada Gambar 6 dan 7. Pengukuran dilakukan pada kondisi putaran motor listrik 1400 rpm dan 900 rpm, untuk berbagai harga massa serbuk baja. Hubungan c dengan slip ini ternyata bersifat linier pada harga slip 2 sampai 100%

4.3. Karakteristik Daya Keluaran terhadap Putaran keluaran

Pengujian ini dilakukan pada satu harga putaran masukan dari motor listrik yang Konstan dengan beban yang diubahubah pada poros keluaran kopling. Dalam pengujian ini terjadi slip di dalam kopling, dan pembebanan dilakukan secara bertahap sampai poros Keluaran benarbenar berhenti. Keadaan pada poros keluaran ini dicatat (rpm, dan gaya pada 1,00d-cell) Kemudian dibuat grafik antara putaran dan daya yang diteruskan poros keluanan. Dalam hal ini ditunjukkan grafik untuk dua harga putaran masukan dengan 3 harga jumlah massa serbuk baja (Gambar 8 dan 9). Gambar yang diperoleh menunjukkan kenaikan daya terhadap per-

Gambar 4 dan 5. Torsi keluaran terhadap putaran masukan

Gambar 6 dan 7. Efisiensi terhadap slip

Gambar 8 dan 9. Daya keluaran terhadap keluaran putaran

tambahan putaran poros keluaran. Pada putaran yang lebih tinggi dengan slip yang semakin kecil ternyata daya keluaran turun kembali. Kelakuan ini periu diteliti lebih lanjut. Nampaknya penerusan daya sebaiknya dilakukan pada kondisi puncak di mana torsi yang terjadi pada poros keluaran maksimum. Penambahan beban pada poros keluaran mengakibatkan turunnya putaran poros keluaran dan daya keluaran. Hal ini terjadi karena torsi keluaran relatif konstan bila putaran poros masukan tidak berubah. Dengan demikian jelas bahwa bila diberikan beban yang berlebihan, torsi pada poros keluaran tidak akan menjadi besar bahkan cenderung akan menurun sehingga poros akan tetap terhindar dari kerusakan.

Kesimpulan:

n

Kesimpulan yang dapat diambil dari uraian ini adalah :

Kopling serbuk dapat digunakan untuk beban-beban yang membutuhkan torsi yang kecil pada putaran rendah dan torsi yang besar pada putaran tinggi, misalnya untuk pompa air.

• 2. Dengan kondisi kerja seperti ini torsi kopling serbuk hanya dipengaruhi oleh putaran poros masukan (rumah kopling) dan tidak oleh putaran poros keluaran
• 3. Untuk menyelidiki pengaruh kemiringan rotor dan pengaruh besar kecilnya volume ruang rumah kopling terhadap serbuk masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut disertai dengan teknik pengukuran yang lebih akurat, terutama untuk pengukuran putaran dan daya keluaran.

Referensi;

• n. n. "Ingenious Wet Steel Shot Flow Charge Powder Coupling, Sumitomo Heavy Industries, 1983.
• Y. Irawan, D. Suharto dan I. Nurhadi, Analisa dan Pengujian Transmisi Cyclo, Majalah Mesin, Volume V No. 3, 4, 1987.