Elemen Mesin II
Bab III
Rem ( Break ) TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS: • Memahami fungsi Rem • Klasifikasi, Bahan, keuntungan dan kerugian • Perhitungan kekuatan dan pemilihan sistem sesuai dengan fungsi dan penggunaannya
3.1. Teori Pengenalan Fungsi utama rem adalah menghentikan putaran poros, mengatur putaran poros dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki. Efek pengeremanan secara mekanis diperoleh dengan gesekan , dan secara listrik diperoleh dengan serbuk magnet, arus pusar, fasa yang di balik, arus searah yang dibalik, atau penukaran katup. Rem geskan dapat diklasifikasikan menjadi. A. Rem Blok ( Tunggal dan ganda ) B. Rem Drum C. Rem cakra D. Rem Pita
3.1.1. Rem Blok Tunggal
Rem blok macam yang paling sederhana, terdiri dari satu blok rem yang ditekan terhadap drum rem, biasanya pada blok rem tersebut pada permukaan geseknya dipasang lapisan rem atau bahan gesek yang dapat diganti bila telah aus. f = µ .Q …….kg
Iwan Ridwan ST
59
Elemen Mesin II
dimana : f = Gaya gesek yang ditimbulkan pada rem ( kg ) µ = Koefisien Gesek Q = Gaya tekan blok terhadap drum ( kg ) Momen T yang diserap oleh drum rem adalah : T = f ( D / 2) atau T = µ .Q.( D / 2) .......kg.m
Dimana : D= Diameter Drum Rem ( mm )
Jika garis kerja gaya f melalui engsel tuas, maka dari keseinbabgan momen adalah : Ql 2
−
Fl1
F = Q
l2 l1
=
0
=
f .l 2
µ .l1
Dimana : F = Gaya yang diberikan pada tuas l1 = Panjang tuas rem l 2 = Jarak ensel tuas sampai garis kerja Q
Dalam pelayanan manual, besarnya gaya F kurang lebih 15 sampai 20 kg. Gaya tekan pada blok rem dapat diperbesar dengan memperpanjang l1 . Satu hal yang yang kurang menguntungkan pada rem blok tunggal adalah gaya tekan yang bergerak satu arah saja pada drum, sehingga pada poros timbul momen lentur yang bekerja serta gaya tambahan pada bantalan yang tidak dikehendaki. Demikian pula pada pelayanan manual jika diperlukan gaya pengereman yang besar tuas perlu dibuatkan sangat panjang sehingga kurang ringkas, karena alasan-alasan inilahj maka rem blok tunggal tidak banyak dipakai pada mesin yg memerlukan momen pengereman besar. Persamaan keseimbangan momen pada tuas berbentuk sebagai berikut.
Iwan Ridwan ST
60
Elemen Mesin II
Q.l 2 F =
−
Fl1 + fc = 0
( f / µ )l 2 + fc
F = f
µ .l1 l 2 + µ .c
µ l1
Untuk putaran berlawanan jarum jam F = f
l 2 − µ .c
µ .l1
Bila engsel menjauhi garis kerja gaya f dengan jarak c dalam arah menjahui sumbu poros maka untuk arah putaran sesuai dengan jarum jam : F = f
l2
+
µ .c
µ .l1
untuk putaran berlawanan dengan jarum jam : F = f
l 2 − µ .c
µ .l1
Untuk gaya tekan persatuan luas adalah : p = Q /(b.h) ................kg/mm 2 Dimana : h = D.sin(α / 2)
α = Sudut kontak besarnya antara 50 0 s / d 70 0
Tekanan yang dijinkan pa dapat dilihat dalam tabel. 3.6
Iwan Ridwan ST
61
Elemen Mesin II
Kecepatan keliling drum rem v=
π D . .n1 60 × 1000
.................(m / s )
Kapasitas Rem µ . p.v...........................(kg.m /(mm 2 .s )
Harga batas yang tepat dari kapasitas rem tergantung pada macam dan kontruksi rem serta bahan lapisannya. Pada umumnya kondisi kerja juga mempunyai pengaruh seperti berikut : • 0,1 kg .m / (mm 2 .s ) atau kurang, untuk pemakaian jarang dengan pendinginan radiasi biasa. • 0,06 kg .m / (mm 2 .s ) atau kurang, untuk pemakaian terus menerus. • 0,3[kg.m / (mm 2 .s )]atau kurang, jika radiasi sangat baik.
3.1.2. Contoh soal : Sebuah drum rem diameter =300 mm, dipasang pada sebuah poros yang mempunyai putaran = 250 rpm, dengan daya = 1,6 kW dan gaya pada ujung tuas F = 20 kg. Perbandingan rem tersebut dengan udara sekitarnya ditanya : 1. berapa panjang tuas, agar putaran poros berhenti ( panjang kurang dari 1 meter ) 2. Berapa ukuran bahan gesek ( asbes ) yang di perlukan µ .asbes = 0,3
Jawab : 1. daya yang akan di rem = 1,6 kW Putaran Drum rem = 250 rpm Untuk pendinginan udara sekitarnya. 2. faktor koreksi = fc ( lihat tabel 2.3 ) di dapat fc = 1,2 3. Daya rem rencana Pd = P × f c
=
1,6 ×1,2 = 1,92kW
Maka direncanakan daya nominal motor = 2 kW 4. Momen puntir yang di teruskan : T = 9,74 ×10 5 ×
Pd
9,74 ×10 5 ×
1,92
= 7792kg .mm a 250 5. Diketahui bahan drum Besi cor ; µ .asbes = 0,3
Iwan Ridwan ST
n
=
62
Elemen Mesin II
6. substitusia a ke b T = 0,3Q × ( D / 2) Q=
T
7792
=
0,3 × ( D / 2)
=
0,3 × (300 / 2)
173kg
7. Gaya Rem: f = µ × Q = 0,3 × 173 = 51,9kg
8. Gaya pelayanan F bila drum berputar searah jarum jam F = 20kg
F = f
l 2 − µ .c
µ .l1
f
; ==> l1
100 + (0,3 × 30)
=
0,3 20
=
943mm
9. Gaya tekan persatuan luas : Misalkan tekanan permukaan = pa =0,03 kg/mm 2 Cek tabel 3,6 koefisien gesek & tekanan rem. Dan sudut kontak α = 500 ,maka : p = Q /(b.h); ==> 0,03 = 173 /(b.h ); ==> b.h = 173 / 0,03
dimana : h = D.sin(50 0 / 2) = 300.sin 250 = 126.78mm b=
173 / 0,03
=
127
5767 127
=
45,4mm 50 mm
10. Tekanan rem yang sesungguhnya : p = Q /(h.b) = 173 /(127 × 50) = 0,027(kg / mm 2 )
11. Kecepatan keliling drum rem v=
π D . .n1
π × 300 × 250
= 3,93( m / s ) 60.000 12. Kapasitas Rem = µ . p.v = 0,3 × 0,027 × 3.93 = 0,032(kg.m /(mm 2 .s ) =
60 × 1000
13. Maka perencanaan rem di dapat : 14. l1 = 950(mm) ; b = 50(mm) ; h = 127(mm)
3.1.3. Rem Blok Ganda
Kelemahan dari rem blok tunggal adalah timbulnya momen lentur pada poros dan gaya tambahan pada bantalan, karena disebabkan gaya tekan hanya dalam satu arah. Untuk mengatasi hal tersebut di pakai dua blok rem yang menekan drum dari arah yang berlawanan. Dalam hal ini rem blok ganda hanya di tinjau tekanan dari luar, dan untuk rumus rumus dan tabel dapat dipakai dari rumus blok tunggal. Iwan Ridwan ST
63
Elemen Mesin II
Karena di pakai dua buah blok, maka momen T yang di serap oleh rem dapat dinyatakan dengan rumus, dengan catatan bahwa besarnya gaya rem dari kedua blok harus sama atau hampir sama. Gaya rem = f ≈ f ' ; gaya pada tuas = Q ≈ Q'
Maka : T = f × ( D / 2) + f '×( D / 2) ≈ f . D
Atau T = µ .Q × ( D / 2) + µ .Q '×( D / 2) ≈ µ .Q. D
Q dapat dihitung dengan perbandingan tuas sebagai berikut : Q = F ×
a + a' a'
×
c
×
c'
e + e' e'
Daya rem dapat diketahui : Pb
Iwan Ridwan ST
=
T .n1
9,74 × 10 5
64
Elemen Mesin II
3.1.4. Contoh soal :
Pada rem blok ganda seperti yang di perlihatkan pada gambar, dimisalkan a= 520 mm, a’=80 mm, c = 80 mm, c’ = 160 mm, e = 300 mm, e’ = 300 mm, dan D = 600 mm, jika berat F adalah 60 kg dan putaran drum rem adalah 100 rpm, berapakah besar daya rem yang dapat di rem, dalam hal ini untuk µ = 0,25 Jawab :
1. gaya tekan Blok : Q = F ×
a + a'
c
×
a'
c'
×
e + e' e'
=
60 ×
520 + 80 80
×
80
×
160
300 + 300 300
=
450kg
2. Momen T yang di serap oleh drum rem : T = µ .Q D . = 0,25 × 450 × 600 = 67500kg
3. Daya rem : Pb
=
T .n1
9,74 × 10
5
=
67500 × 100 9.74 × 10 5
=
6,9kW
3.1.5. Rem Drum
Rem untuk otomobil berbentuk rem drum dan rem cakra. Rem drum mempunyai ciri lapisan rem yang terlindungi, dapat menghasilkan gaya rem yang kecil, dan umur lapisan rem cukup panjang. Satu kelemahan rem drum adalah pemancaran panasnya buruk, blok rem dari rembiaanya disebut sepatu rem, Gaya rem tergantung pada letak engsel sepatu rem dan silinder hidrolik serta arah putaran roda. Biasanya macam seperti ini seperti gambar di bawah yang terbanyak dipakai, yaitu memakai sepatu depan dan belakang Gambar ( a ) , meskipun roda berputar dalam arah yang berlawanan, gaya rem tetap besarnya. Gambar ( b ) memakai dua sepatu depan, dimana gaya rem dalam satu arah putaran jauh lebih besar dari pada dalam arah yang berlawanan, gambar ( c ) di sebut dua servo.
Iwan Ridwan ST
65
Elemen Mesin II
3.1.6. Contoh Soal : Sebuah Rem otomobil mempunyai ukuran sebagai berikut, a = 162 mm, b = 77 mm, e = 86 mm, dengan µ = 0,38 . Tentukan Gaya F untuk mengembangkan sepatu rem dan mendapatkan gaya f = f 1 + f 2 = 647kg , gaya f diperoleh dengan perhitungan seperti di bawah ini :
Berat seluruh kendaraan W = 1320 ( kg ) Diameter ban Efektif D = 562 ( mm ) Diameter dalam drum rem d = 228 ( mm ) Kecepatan mobil V = 50 ( km/h 0, v = 13,9 ( m/s ) Jarak pengereman S = 12,4 ( m ) Atas dasar dia tas, jika enesi kecepatan yang harus dihabiskan sampai mobil berhenti adalah sama dengan kerja rem pada 4 roda, maka : 1. gaya f di dapat : W .v 2 /(2 g ) = ( f .d / D ) × S × 4
1320 ×13,9 2 /(2 × 9,8) = ( f × 228 / 562) × 12,4 × 4)
2. Untuk sepatu depan
Iwan Ridwan ST
−
F × a − f l
−
F × 162 − f l
×
e + ( f l / µ ) × b ×
=
0
86 + ( f l / 0,38) ÷ 77 = 0 66
Elemen Mesin II
f l
162
=
116,6
F = 1,389.F
3. Untuk sepatu belakang : −
F × a − f t × e − ( f t / µ ) × b
−
F × 162 − f t × 86 − ( f t / 0,38) ÷ 77 = 0 f l
162
=
288,6
=
0
F = 0,516.F
4. Gaya tiap rem adalah : f = f 1 + f 2
=
647kg atau
1,389 F + 0,561F = 647 F =
647
=
1,389 + 0,561
332kg
Menurut perhitungan dari pabrik, gaya rem total adalah 1030 kg pada diameter luar roda, untuk mobil yang sama. Harga ini hampir sama dengan 647 kg X 4 X 228/562 = 1050 kg, dengan dasar perhitungan diatas, gaya untuk menekan sepatu roda belakang adalah 149 kg, yang ternyata sangat berbeda dengan 332 kg yang didasarkan perhitungan diatas. Dalam keadaan darurat, pengereman dilakukan dengan perlambatan sebesar : α ' = e.g ( m / s 2 )
Dimana : e = 0,5 − 0,8 ; g
=
9,8( m / s 2 )
Gaya Reaksi pada roda depan : W D' L ∴
=
W ' D
W D .e.h ;
=
W .e.h / L
Dimana : Iwan Ridwan ST
67
Elemen Mesin II
W D
L h
= Beban Roda Depan dalam keadaan jalan biasa. ( kg ) = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) = Tinggi titik berat ( mm )
Untuk Beban Dinamis roda depan W dD adalah : W dD
=
W D
+
W .e.(h / L)
Jika titik singgung roda depan dengan jalanan , diambil sebagai engsel, maka pengurangan gaya reaksi pada roda belakang adalah : ∴
W ' B
=
W .e.h / L
Dimana : W B
L h
= Beban Roda Belakang dalam keadaan jalan biasa. ( kg ) = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) = Tinggi titik berat ( mm )
Untuk Beban Dinamis roda depan W dD adalah : W dB
=
W B
−
W .e.( h / L )
Perlambatan α ' yang terjadi pada masa mobil ( W / g ) adalah disebabkan oleh gaya gesek µ .W Sehingga menurut hukum newton kedua : µ .W = (W / g )α ' µ = (α ' / g ) = e
Gaya rem untuk roda depan pada diameter luarnya adalah B ID
=
e(W D
+
h W .e. ) L
Dimana : B ID W D
L h
= Gaya rem ( kg ) = Beban Roda Depan dalam keadaan jalan biasa. ( kg ) = Jarak sumbu roda depan dan belakang ( mm ) = Tinggi titik berat ( mm )
Gaya rem untuk roda Belakang pada diameter luarnya adalah B ID
=
e(W D
−
h W .e. ) L
Luas penampang piston silinder hidrolik adalah :
Iwan Ridwan ST
2
AwD
=
(π / 4)d wD / 100
AwB
=
(π / 4) d wB / 100
2
68
Elemen Mesin II
Dimana : AwD = Luas penampang Piston roda depan ( cm 2 ) AwB = Luas penampang Piston roda belakang ( cm 2 ) d wD = Diameter Piston silinder hidrolik roda depan ( mm ) d wB = Diameter Piston Silinder Hidrolik Roda belakang ( mm )
Jika tekanan minyak adalah pw (kg / cm 2 ) , Gaya tekanan AwD . pw dan AwB . pw ( kg ) akan dikenakan pada masing-masing roda depan dan roda belakang. Tekanan kontak pada lapisan rem tergantung pada letaknya yaitu : Pl
=
Pl max .Cos (θ l max
−
θ l )
Dimana : Pl Pl max
θ l max
= Tekanan Kontak pada letak θ l dari sumbu Y. = Tekanan Kontak maksimum = adalah sudut tekanan kontak maksimum.
Untuk gaya rem yg di perlukan dari persamaan gaya gaya rem sebelumnya, gaya rem per gandar BdD dan BdB dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : BdD
=
BdB
=
2( FER ) D . pw . AwD .
r D R
Dan
Iwan Ridwan ST
r 2( FER) B . p w . AwB . B R BdD + BdB = eW
69
Elemen Mesin II
Dimana :
pw
= Gaya rem gandar roda depan = gaya rem gandar roda belakang = faktor Efektivitas Rem = Tekanan Minyak (kg / cm 2 )
AwD
= Luas penampang Piston roda depan ( cm 2 )
AwB
= Luas penampang Piston roda belakang ( cm 2 )
BdD BdB
FER
Dengan harga e tersebut, jarak rem pada kecepatan V = 50 ( km/h) atau v = 13,9 ( m/s ) dapat diperoleh dengan ; S =
v2
2eg
3.1.7. Rem Cakra
Rem Cakra terdiri dari sebuah cakra dari baja yang di jepit oleh lapisan rem dari kedua sisi pada waktu pengereman. Rem ini biasanya mempunyai sifat sifat yg baik seperti mudah di kendalikan, pengereman yang stabil dan radiasi yang baik, sehingga sangat baik untuk roda depan, kelemahannya adalah umur lapisannya yang pendek, serta ukuran silinder yang besar pada roda.
Momen Rem dari satu sisi cakra adalah : T 1 = µ FK 1 Rm ( kg.mm )
dimana : µ
= Koefisien Gesek lapisan F = Hasil perkalian antara luas piston atau silinder roda Aw dan tekanan minyak pw K 1
=
Rm
=
Iwan Ridwan ST
R1 R . 2 1− dimana R = Jari jari roda. 3 sin(φ / 2) ( R1 + R2 ) 2 2φ
R1 + R2
2
70
Elemen Mesin II
Perhitungan ini untuk membuat keausan lapisan yang seragam, baik dekat poros maupun diluar, dengan jalan mengusahakan tekanan kontak yang merata, Jika R2 = 1,5 R1 maka : K 1 K 2
=
1,021 untuk φ = 250
=
1,04 untuk φ = 450
Satu cakara ditekan oleh gaya P × 2 dari kedua sisi, jika pusat ada di K 1 R . 1 faktor faktor efektivitas rem adalah :
=
r , maka
( FER) = 2T / Fr = 2 µ Gaya Rem pada diameter luar roda adalah : r Bd = 2( FER). pw . Aw . R
3.1.8. Rem Sabuk / Band brake
Rem sabuk sederhana terlihat secara sistimatik pada gambar dibawah ini. Pada gambar (b) dengan skala diperbesar, gaya bekerja pada element dari lining yang terletak antara dua bidang aksial dengan sudut kecil d. Gaya tarik pada sisi yang ketat sama dengan gaya tarik T sisi yang longgar di tambah penambahan dT. Reaksi dari drum tertekan adalah gaya reaksi dR. Gaya µ .dR sama dengan dT.
Iwan Ridwan ST
71
Elemen Mesin II
Maka : DT = µ .dR
Jika sudut d sangat kecil, komponen kedalam dari gaya tangensial adalah T x d, yang mana sama dengan reaksi dR. Kemudian : dT = µ .T .d ϕ dT
= µ .d .ϕ T Gaya pada sabuk T berpariasi dari T 2 diamana ϕ sama dengan nol, ke T 1
dimana ϕ mempunyai harga ϕ = α Maka persamaan di intergrasikan : T 1 T 2
=
µα
e
Harga fungsi ekponensial e µα dapat dilihat dalam tabel : Biasanya pengereman adanya gaya P yang bekerja pada ujung tuas. Pada diffrensial band brake berlaku persamaan : Pa
=
T 2 .b − T 1.a = T 2 (b − a.e µα )
dan T 1 = b.r . pmax
Iwan Ridwan ST
72
Elemen Mesin II
Iwan Ridwan ST
73
