Belts and Chain Drives - Machine

Gambar 1. Belt drive dan chain drive

Belt dan rantai (chain drives) digunakan untuk mentransmisikan tenaga dari satu penggerak tenaga menuju penggerak lainnya. Belt adalah komponen pemindah tenaga yang fleksibel dan dipasang dengan kencang pada satu set pulley sedangkan rantai dipasangkan pada satu set sprocket. Rasio kecepatan antara driving (penggerak) dan driven shaft tergantung dari rasio pulley atau diameter sprocket sebagaimana persamaan berikut:

dimana

Belt dan rantai bisa mentransmisikan tenaga (power) antara poros dengan jarak yang cukup jauh sehingga memberi keleluasaan bagi desainer dalam merancang layout mesin. Jika dibandingkan dengan roda gigi (gear), belt dan rantai juga relatif lebih murah.

Secara umum belt drives digunakan jika kecepatan putar berkisar antara 10 hingga 60 m/s sedangkan rantai (chain drives) digunakan untuk kecepatan yang lebih rendah dan memiliki torsi yang lebih tinggi dibandingkan belts. Beberapa kelebihan belt drivesdibandingkan rantai dan roda gigi adalah kemudahan dalam memasang, tidak membutuhkan banyak perawatan, memiliki reliabilitas tinggi, bisa digunakan pada penggerak non-paralel dan kecepatan transmisi yang tinggi. Kekurangan dari belt drivesadalah kapasitas penyaluran tenaga yang terbatas. Belt juga kurang kompak dibandingkan roda gigi dan rantai serta rentan untuk rusak disebabkan pengaruh lingkungan seperti terkontaminasi oleh pelumas. Tambahannya, getaran dan beban kejut bisa merusak belt.

Rantai biasanya lebih kompak dibandingkan belt serta memberikan kapasitas tenaga dan speed rasio yang lebih baik dibandingkan belt. Rantai juga lebih kuat dibandingkan belt drives karena menggunakan baja dalam pembuatannya. Mengenai harga rantai lebih murah dibandingkan roda gigi dan harganya kompetitif jika dibandingkan dengan belt drives. Kekurangan dari rantai adalah speed rasio yang terbatas serta kaitannya dalam hal keamanan. Rantai bisa terputus dan terlepas dari sprocket dengan gaya dan kecepatan tinggi. Pelindung (guard) harus disediakan bagi rantai dan belt untuk mencegah kerusakan dari rantai atau belt tersebut serta mencegah terjadinya kecelakaan.

1. Belt Drives

Ada berbagai jenis konfigurasi belt seperti datar (flat), bulat (round), V, wedge dan synchronous belt drives dengan cirinya masing-masing. Penampang dari jenis-jenis beltdiperlihatkan pada Gambar 2. Kebanyakan belt dibuat dari karet atau material berbasis polymer.

Gambar 2. Berbagai bentuk penampang belt

Gambar 3. Contoh konfigurasi dari belt drive

Flat belts memiliki kekuatan yang tinggi, dapat digunakan untuk rasio kecepatan yang besar (>8:1), biaya pulley yang murah, menghasilkan suara yang senyap (low noise level) dan baik dalam menyerap torsional vibration. Belts ini terbuat dari banyak lapisan dimana setiap lapisan memiliki fungsi khusus. Penggunaan dari belt ini seperti pada manufacturing tools, saw mills, textile machinery, food processing machines, multiple spindle drives, pompa dan kompresor.

Jenis belt yang paling banyak digunakan di industri dan dunia otomotif adalah V beltatau wedge belt. Pada otomotif V belt digunakan untuk menghubungkan poros engkol (crankshaft) dengan berbagai komponen lain seperti alternator, pompa air (water pump) dan cooling fan. V belt juga digunakan untuk berbagai keperluan mulai dari pada peralatan rumah tangga hingga heavy duty rolling machine.

Synchronous belt atau dinamakan juga timing belt memiliki gigi-gigi yang berhubungan dengan gigi-gigi pada pulley. Hal ini memiliki kelebihan yaitu terjadinya angular synchronization antara driving dan driven shaft dan menjamin speed ratio yang konstan. Perbandingan dari berbagai jenis belt diperlihatkan pada Tabel 6.1.

Tabel 1. Comparison of belt performance

Prosedur untuk memilih belt diperlihatkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Prosedur untuk memilih jenis belt

1.1 Wedge Belt Selection

Prosedur untuk memilih belt yang berkaitan dengan power speed rating adalah sebagai berikut:

• Menentukan kondisi operasional

Menentukan kondisi operasional ini termasuk menentukan nominal tenaga (power) yang ditransmisikan, menentukan kecepatan putar (rotational speed) dari poros, space atau ruangan yang tersedia, layout dan pertimbangan lain termasuk kondisi lingkungan.

• Menentukan service factor

Service factor digunakan untuk down-rate kemampuan belt dalam mentransmisikan tenaga (power) yang telah dituliskan produsen belt dan menghitungnya ketika harus dipergunakan pada aplikasi sebenarnya. Service factor dari belt diperlihatkan pada Tabel 2.

• Menghitung design power

Design power adalah produk dari nominal power dan service factor.

• Menentukan jenis belt

Sebagai panduan untuk menentukan jenis belt yang tepat bisa mengacu pada Gambar 5.

• Memilih belt

Menggunakan manufacturer rating chart, pilih sebuah belt secara spesifik yang sesuai dengan design power dan kecepatan (speed).

• Menentukan diameter pulley

Pulley pada dasarnya sudah memiliki ukuran standar. Pilihlah pulley dengan ukuran yang paling kecil dimana speed ratio masih bisa diterima.

• Mengatur center distance

Center distance tergantung dari aplikasi. Sebagai panduan umum, center distance harus lebih besar dibandingkan diameter pulley yang lebih besar.

• Menentukan panjang belt

Belt biasanya dibuat dengan panjang yang sudah memiliki standar sehingga beberapa iterasi harus dilakukan untuk mendapatkan hasil yang memuaskan.

• Menggunakan power correction factor

Hal ini dilakukan untuk mengkompensasi speed ratio dan belt geometry dan yang tersedia pada belt manufacturer design guides.

•  Menentukan power yang diizinkan per belt (atau per belt width for flat belts)

Ini adalah fungsi dari dimensi belt dan diinformasikan pada manufacturer design guides.

• Menentukan jumlah belt

Jumlah belt diperoleh dengan cara membagi design power dengan allowable power per belt dan dibulatkan menjadi bilangan bulat terdekat.

Contoh 1

Pilih wedge belt dan tentukan diameter pulley untuk sebuah kompresor yang digerakkan oleh sebuah mesin diesel dua silinder dengan power 28 kW. Kecepatan putar mesin adalah 1500 rpm dan kecepatan putar kompresor adalah 950 rpm. Jarak yang diusulkan antara mesin dan kompresor adalah 1,5 m. Sistem direncanakan akan digunakan kurang dari 10 jam per hari.

Solusi

Speed ratio adalah 1500/950 = 1,58

Dari Tabel 2 diperlihatkan bahwa untuk “heavy starts,” “heavy duty,” dan jam operasi kurang dari 10 jam per hari, service factor adalah 1,4.

Tabel 2. Service Factor

Gambar 5. Selection chart for wedge belts

Dari Gambar 5, kombinasi dari power 39,2 kW dan kecepatan putar 1500 rpm ditemukan bahwa nilai tersebut berada pada daerah SPB belt drives. Kombinasi dari power dan kecepatan putar ini juga berada pada daerah SPA tetapi jaraknya dekat sehingga yang dipilih di sini adalah SPB.

Tabel 3. Minimum recomended pulley diameters for wedge belt drives

Tabel 4. Center distance for SPB wedge belts

Tabel 5. Power ratings for SPB wedge belts

Tabel 6. Additional power increment per SPB belt

Dari Tabel 3 untuk design power 39,2 kW dan driving shaft speed 1500 rpm, diameter minimum pulley sebesar 160 mm cocok untuk dipilih.

Dari Tabel 4 untuk speed ratio 1,58 pitch diameter yang cocok D1 = 224 mm dan D2 = 355 mm. Center distance terdekat yang bisa dipilih adalah 1.544 mm. Panjang beltadalah 4000 mm dan arc-length correction factor adalah 1,05.   

Dari Tabel 5 rated power per belt untuk n1 =1500 rpm dan D1 = 224 mm adalah 15,97 kW/belt.

Dari Tabel 6 additional power per belt dihitung berdasarkan speed ratio adalah 1,11 kW.

Corrected value untuk power per belt adalah (15,97 + 1,11) × 1,05 = 17,93 kW/belt.

Jumlah total belt adalah (39,2/17,93) = 2,19.

Contoh 2

Wedge belt drive dibutuhkan untuk mentransmisikan 18,5 kW dari sebuah motor listrik yang beroperasi pada putaran 1455 rpm. Power tersebut ditransmisikan pada conveyoryang beroperasi pada putaran 400 rpm. Center distance yang diinginkan adalah 1,4 mm dan estimasi penggunaan sistem tersebut adalah 15 jam sehari. Pilih belt yang cocok untuk sistem tersebut dan tentukan diameter pulley.

Solusi

18,5 kW, n1 = 1455 rpm, n2 = 400 rpm, C ≈ 1,4 mm

Speed ratio = 1455/400 = 3,6375

Dari Tabel 2, service factor adalah 1,1.

Design power = 18,5 × 1,1 = 20,35 kW.

Dari Gambar 5, SPB belt cocok untuk digunakan.

Dari Tabel 3 diameter minimum pulley adalah 112 mm.

Dari Tabel 4, memilih rasio terdekat adalah 3,57, D1 = 224 mm, D2 = 800 mm dan C ≈ 1,416 m (SPB4500). Combined arc dan belt length correction factor adalah 1,0.

Dari Tabel 5, rated power per belt sekitar 15,47 kW.

Dari Tabel 6 additional power per belt adalah 1,21 kW.

Corrected power per belt adalah (15,47 + 1,21) × 1,0 = 16,68 kW.

Jumlah belt yang dibutuhkan adalah 20,35/16,68 = 1,22.

Dibulatkan di atas, menggunakan dua SPB4500 belts dengan diameter pulley 224 dan 800 mm dan center distance 1,416 m.


Sumber : Belts and Chain Drives

Share this post