KOPLING

JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN INDONESIA PAULUS MAKASSAR

KOPLING

Defenisi Kopling dan Jenis-jenisnya
Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dari poros penggerak (driving shaft) ke poros yang digerakkan (driven shaft), dimana putaran inputnya akan sama dengan putaran outputnya. Tanpa kopling, sulit untuk menggerakkan elemen mesin sebaik-baiknya. Dengan adanya kopling pemindahan daya dapat dilakukan dengan teratur dan seefisien mungkin.
Beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh sebuah kopling adalah:
1. Mampu menahan adanya kelebihan beban.
2. Mengurangi getaran dari poros penggerak yang diakibatkan oleh gerakan dari elemen lain.
3. Mampu menjamin penyambungan dua poros atau lebih.
4. Mampu mencegah terjadinya beban kejut.
Untuk perencanaan sebuah kopling kita harus memperhatikan kondisi-kondisi sebagai berikut:
1. Kopling harus mudah dipasang dan dilepas
2. Kopling harus dapat mentransmisikan daya sepenuhnya dari poros
3. Kopling harus sederhana dan ringan
4. Kopling harus dapat mengurangi kesalahan hubungan pada poros
Kopling ditinjau dari cara kerjanya dapat dibedakan atas dua jenis:
1. Kopling Tetap
2. Kopling Tak Tetap
Kopling Tetap
Kopling tetap adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Kopling tetap selalu dalam keadaan terpasang, untuk memisahkannya harus dilakukan pembongkaran.
Kopling tetap terbagi atas:
1. Kopling kaku
Kopling kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan sumbu segaris, dan dipakai pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik, kopling ini terdiri atas :
a. Kopling bus
b. Kopling flens kaku
c. Kopling flens tempa
2. Kopling luwes
Kopling luwes ( fleksibel ) memungkinkan adanya sedikit ketidaklurusan sumbu poros yang terdiri atas:
a. Kopling flens luwes
b. Kopling karet ban
c. Kopling karet bintang
d. Kopling gigi
e. Kopling rantai
3. Kopling universal
Kopling universal digunakan bila kedua poros akan membentuk sudut yang cukup besar, terdiri dari:
a. Kopling universal hook
b. Kopling universal kecepatan tetap
Kopling universal digunakan bila poros penggerak dan poros yang digerakkan membentuk sudut yang cukup besar.
4. Kopling Fluida
Penerusan daya dilakukan oleh fluida sehingga tidak ada hubungan antara kedua poros. Kopling Fluida sangat cocok untuk mentransmisikan putaran tinggi dan daya yang besar. Keuntungannya adalah getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi beban tidak saling diteruskan. Demikian pula pada waktu terjadi pembebanan lebih , penggerak mula tidak akan terkena momen yang akan melebihi batas kemampuan.

2.1.1 Kopling Tidak Tetap
Kopling tidak tetap adalah kopling yang digunakan untuk menghubungkan poros penggerak dan poros yang digerakkan dengan putaran yang sama saat meneruskan daya. Kopling juga dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut dalam keadaan diam maupun berputar tanpa harus menghentikan putaran dari poros penggerak.
Kopling tak tetap meliputi:
1. Kopling cakar, terdiri dari:
a. Kopling cakar persegi
b. Kopling cakar spiral
c. Kopling kerucut
d. Kopling friwil
2. Kopling pelat, terdiri dari:
a. Menurut jumlah pelatnya:
• Kopling pelat tunggal
• Kopling pelat banyak
b. Menurut cara pelayanannya:
• Kopling pelat cara manual
• Kopling pelat cara hidrolik
• Kopling pelat cara pneumatik
c. Menurut pelumasannya:
• Kopling pelat kering
• Kopling pelat basah
Secara umum kopling pelat adalah kopling yang menggunakan satu pelat atau lebih yang dipasang diantara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut, sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Konstruksi kopling ini cukup sederhana, dapat dihubungkan dan dilepaskan dalam keadaan berputar karena itu kopling ini sangat banyak dipakai.
Komponen Utama Kopling
• Roda Penerus
Selain sebagai penstabil putaran motor,roda penerus juga berfungsi sebagai dudukan hampir seluruh komponen kopling.
• Pelat Kopling
Kopling berbentuk bulat dan tipis terbuat dari plat baja berkualitaas tinggi. Kedua sisi plat kopling dilapisi dengan bahan yang memiliki koefesien gesek tinggi. Bahan gesek ini disatukan dengan plat kopling dengan menggunakan keling (rivet).
• Pelat Tekan
Pelat tekan kopling terbuat dari besi tuang.pelat tekan berbentuk bulat dan diameternya hampir sama dengan diameter plat kopling. salah satu sisinya (sisi yang berhubungan dengan plat kopling) dibuat halus, sisi ini akan menekan plat kopling dan roda penerus, sisi lainnya mempunyai bentuk yang disesuaikan dengan kebutuhan penempatan komponen kopling lainnya.
• Unit Plat Penekan
Sebagai satu kesatuan dengan plat penekan, pelat penekan dilengkapi dengan sejumlah pegas spiral atau pegas diaphragma. tutup dan tuas penekan. Pegas digunakan untuk memberikan tekanan terhadap pelat tekan, pelat kopling dan roda penerus. jumlah pegas (kekuatan tekan) disesuikan dengan besar daya yang harus dipindahkan.

Mekanisme Penggerak
Komponen penting lainnya pada kopling ialah mekanisme pemutusan hubungan (tuas tekan). mekanisme ini di lengkapi dengan bantalan bola, bantalan bola diikat pada bantalan luncur yang akan bergerak maju/mundur pada sambungan.
Rumah Kopling
Rumah kopling terbuat dari besi tuang atau aluminium. rumah kopling menutupi seluruh unit kopling dan mekanisme penggerak. rumah kopling umumnyamempunyai daerah terbuka yang berfungsi sebagai saluran sirkulasi udara.
Cara Kerja Kopling
Pada saat pedal kopling ditekan/diinjak, ujung tuas akan mendorong bantalan luncur kebelakang. bantalan luncur akan menarik plat tekan melawan tekanan pegas.Pada saat pelat tekan bergerak mundur, pelat kopling terbebas dari roda penerus dan perpindahan daya terputus. bila tekanan pedal kopling dilepas, pegas kopling akan mendorong pelat tekan maju dan menjepit pelat kopling dengan roda penerus dan terjadi perpindahan daya. Pada saat pelat tekan bergerak kedepan,pelat kopling akan menarik bantalan luncur, sehingga pedal kopling kembali ke posisi semula. selain secara mekanik, sebagai mekanisme pelepas hubungan. Sekarang sudah banyak digunakan sistem hidrolik dan booster. secara umum, sistem hidrolik dan hidrolik booster adalah sama. perbedaannya adalah pada sistem hidrolik booster , digunakan booster untuk memperkecil daya tekan pada pedal kopling. pemilihan sistem yang digunakan disesuikan dengan kebutuhan. Pada sistem hidrolik, pada saat pedal kopling ditekan, maka batang penerus akan mendorong piston pada master silinder kopling, fluidapada sistem akan meneruskan daya ini keselinder pada unit kopling, dan piston silinder unit kopling akan mendorong tuas, dan seperti pada sistem mekanik, pelat kopling terlepas, sehingga penerusan daya dari motor ke transmisi terputus. Cara kerja sistem hidrolik ini sama seperti cara kerja pada sistem rem. Kebocoran sistem hidrolik akan mengganggu proses pelepasan hubungan.

Pemeliharaan
Gangguan pada sistem kopling relatif kecil.salah satu penyetelan yang dilakukan hanya pada gerak bebas kopling. bila gerak kerja pedal kopling telah terlalu dalam, periksa kondisi pelat kopling, bila sudah terlalu tipis, ganti pelat kopling.
Rumus – rumus yang digunakan
• Torsi maksimum
Kopling plat gesek bekerja karena adanya gaya gesek (U) dengan permukaan, sehingga menyebabkan terjadinya momen puntir pada poros yang di gerakkan. Momen ini bekerja dalam waktu tr sampai putaran kedua poros sama. Pada keaadan terhubung tidak terjadi slip dan putaran kedua poros sama dengan putaran awal poros penggerak, sehingga dapat dibuat persamaan :
Mr = Mb + Mh
Dimana :
Mr = Torsi gesek [kgf.cm]
Mb = momen puntir poros transmisi [kgf.cm]
Mh = Torsi percepatan [kgf.cm]
Nilai Mh dapat dihitung dengan persamaan :
Mh = 71620 nN
Dengan :
Mh = Torsi maksimum [kgf.cm]
N = Daya maksimum [hp]
N = putaran poros [rpm]
71620 = konstanta korelasi satuan
• Teori Gesek
Harga torsi gesek didapat dari hubungan :
Mr = C . Mh
Dengan :
Mr = Torsi gesek [kgf.cm]
C = Konstanta
Harga C dapat dipilih dari tabel pada lampiran, harga ini berkisar antara 2-3 untuk kendaraan mobil.
Kerja Gesek dan Daya Gesek
Kerja gesek ditentukan dari hubungan antara torsi, putaran, dam waktu terjadinya slip yaitu :
Ar = 1910..trnMr
Dimana :
Ar = Kerja gesek [kgf.cm]
Mr = Torsi gesek [kgf.cm]
n = Putaran [rpm]
tR = Waktu penyambungan / slip [detik]
1910 = Faktor korelasi satuan
Harga daya gesek dapat ditentukan dari hubungan kerja gesek dengan frekuensi penggunaan kopling, yaitu jumlah penekanan atau pelepasan kopling persatuan waktu yaitu :
Nr = 41027.xzAr
Dimana :
Nr = Daya gesek [hp]
z = Frekuensi penekanan kopling dalam satu jam
27×104 = Faktor korelasi satuan
Diameter Rata-rata Plat Gesek
Diameter rata-rata plat gesek ditentukan dengan menggunakan persamaan untuk diameter rata-rata, yaitu :
d = 71,5 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡2/1...njdbKNTR4,0
Dengan :
d = Diameter rata-rata pelat [cm]
db = Ratio antara lebar pelat terhadap diameter rata – rata.
KT = Parameter koefisien gesek
n = Putaran
Pengujian Harga KT dan KU
Untuk memeriksa apakah harga KT dan KU masih dalam batas-batas yang diizinkan setelah adanya pembulatan-pembulatan dalam perhitungan, maka jika harga KT tidak berbeda jauh dengan pemilihan harga awal dan harga KU masih berkisar antara 2-8 maka rancangan ini dapat dilanjutkan :
KT = 2/1...1000.vjdbNf
KU = jdbMr...22
Kecepatan tangensial adalah :
v = 60..ndπ

Luas Bidang Tekan
Tekanan permukaan terjadi akibat adanya gaya tekan yang mengenai satuan luas bidang tekan, gaya ini dipengaruhi oleh koefisien gesek sebesar μ = 0.3, dan ini adalah koefisien gesek bahan permukaan pelat gesek yang kita pilah. Luas bidang tekan sama dengan luas permukaan pelat dan dapat diperoleh dari hubungan :
F = π.b.d.j.Y
Dimana :
F = Luas bidang tekan [cm2]
Y = Faktor koreksi luas permukaan akibat pengurangan luas alur
Tekanan rata – rata permukaan
Tekanan rata-rata dicari dari hubungan torsi maksimum, diameter rata-rata, koefisien gesekan dan luas bidang tekan :
p = FdMr...2μ
Dimana :
p = Tekanan permukaan rata-rata [kgf/cm2]
μ = Koefisien gesek
F = Luas bidang tekan [cm2]
Tekanan Maksimum Permukaan
Tekanan permukaan maksimum digunakan untuk memilih pelat gesek yang cocok dan aman. Pada lampiran tebal tertulis harga-harga tekanan untuk bahan pelat gesek. Hubungan antara tekanan maksimum dan tekanan rata-rata adalah :
Pmax = ptdd [kgf/cm2]
Umur Pelat Gesek
Daya saing pelat gesek sangat ditentukan oleh umur dari pelat gesek itu. Umur pelat gesek ditentukan dari hubungan antara volume keausan spesifik dan gaya gesek, sedangkan untuk menghitung volume keausan digunakan rumus :
Vv = F.Sv
Dengan :
Vv = Volume keausan [cm3]
F = Luas permukaan bidang tekan [cm2]
Sv = Batas keausan [cm]
Umur pelat gesek akhirnya dapat ditentukan dari persamaan :
LB = RvvNQV.
Dimana :
LB = Umur pelat gesek [jam]
Vv = Volume keausan [cm3]
Qv = Keausan spesifik
Temperatur Kerja Plat dan Kopling
Temperature kerja kopling harus memenuhi temperature yang diizinkan, karena apabila melewati batas yang diizinkan akan menyebabkan pelat gesek cepat sekali aus sehingga umur kopling akan lebih pendek. Temperature kerja kopling dipengaruhi oleh koefisien perpindahan panas dari rumah kopling, luas perpindaha panas dan temperature sekeliling, temperature kerja kopling adalah :
t = tL+Δt
dengan :
t = Temperatur kerja kopling
tL = Temperatur lingkungan
Δt = Kenaikan temperature
Semua parameter dalam satuan °C. sementara itu kenaikan temperatur dapat diketahui dengan persamaan :
Δt = KKRaFN..632
Dengan :
FK = Luas permukaan bidang pendingin [m2]
ɑK = Koefisien perpindahan panas [kkal/m°C.jam]
luas permukaan bidang pendingin dapat diketahui dengan rumus :
FK = π.dk.bk + ()4.22ikdd−π
Dimana :
dk = Diameter terluar atau diameter rumah kopling [cm]
bk = Lebar rumah kopling [cm]
koefisien perpindahan panas, dari rumah kopling dapat diketahui dari hubungan berikut :
ɑK = 4.5+6(vk)3/4
dengan :
vk = 60..ndkπ
vk = Kecepatan tangensial rumah kopling [m/det]
maka kenaikan temperatur dapat dihitung dari hubungan sebagai berikut :
ts = kkRaFN..632
dengan :
NR = Daya gesek
Fk = Luas permukaaan bidang pendingin
Ak = Koefisien perpindahan panas

Pemasangan Paku Keling
Paku keeling yang dipasang pada pelat gesek dan pelat penghubung berfungsi untuk meneruskan putaran pelat gesek ke pelat penghubung dan seterusnya ke HUB, dan selanjutnya keporos. Untuk perhitungan pemasangan paku keeling didapat dengan menggunakan perhitungan berikut. Gaya yang dialami oleh setiap paku keeling didapatkan dengan menggunakan persamaan berikut :
Fk = ZMR.2
Dengan :
Fk = Gaya yang diterima masing-masing paku keeling
MR = Torsi gesek
Z = Jumlah paku keeling

Dimensi paku keeling diketahui dengan menggunakan persamaan berikut :
d = 14,3..4τkF
dengan :
Fk = Gaya yang diterima masing-masing paku keeling
τ = Tegangan geser material paku keeling

3.2.1. Analisis Pegas
Pegas berfungsi sebagai peredam getaran dan penahan gaya permukaan terhadap pelat gesek. Pegas ini juga berfungsi sebagai penerus daya dari HUB kepelat. Pada pegas ini bekerja momen torsi yang mengakibatkan tegangan geser. Tegangan ini dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
τ = hrMt...22π
Dengan :
Mt = Momen torsi maksimum
h = Panjang pegas
r = Diameter pegas

3.2.2.Analisis Tegangan Pada Pegas Diafragma
Pada rumah kopling terdapat pegas diafragma yang berbentuk cincin (bellivelle spring) pada pegas ini terdapat gaya P yang dapat melakukan pemasangan dan palepasan kopling. Tengangan yang terjadi pada pegas ini didapat dari persamaan berikut :
σ = 22..btEKi
Ki = Konstanta pegas untuk steel bellivelle spring
T = Tebal pegas
E = Modulus elastisitas.