Perancangan Batang Piston (CONNECTING RODS)

Perancangan Batang Piston (CONNECTING RODS)

Batang torak (connecting rod) menghubungkan torak ke poros engkol dan selanjutnya meneruskan tenaga yang dihasilkan oleh torak ke poros engkol. Bagian ujung batang torak yang berhubungan dengan pena torak disebut small end. Sedang yang lainnya yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end.

Batang torak (Conecting Rod) berfungsi meneruskan tenaga dari torak menuju poros engkol.Bagian yang kecil disebut small end dan bagian yang besar yang berhubungan dengan poros engkol disebut big end. Crank pin pada big end berputar dengan kecepatan tinggi saat mesin berputar hal ini mengakibatkan temperatur menjadi tinggi, untuk mengatasi hal itu maka pada bagian tersebut dipasang bantalan poros engkol atau biasa disebut metal yang di pasangkan di dalam big end.Metal ini dilumasi dengan oli dan sebagian dari oli ini dipercikkan dari lubang oli ke bagian dalam torak untuk mendinginkan torak. Bahan untuk connecting rod terbuat dari baja karbon grade 45 :

1. Komposisi kimia Batang Piston (Connecting Rods)

a) Karbon ( C ) = 0,4 %

b) Silikon ( Si ) = 0,17 %

c) Mangan ( Mn ) = 0,5 %

d) Phospor ( P ) = 0,045 %

e) Besi ( Fe ) = 98,84 %

2. Sifat mekanik Batang Piston (Connecting Rods)

a) Batas tegangan ultimate {σ u ) = 60 kg / mm

b) Batas tegangan lulun ( Yp ) = 34 kg / mm

c) Brinel Hardnes ( Hb) = 170 - 210

d) Perpanjangan = 15 %

Bagian - bagian yang akan dihitung pada connecting rod ditunjukan oleh 

3. Connecting rod small end

a. Panjang small end bearing akibat beban full, dapat dicari dengan menggunakan rumus (    Khovakh 1979 : 439 ). 

bb = (0,40)Di = 0,40 × 62,3 = 24,92 mm

b. Jarak   antara   sisi   bagian   dalam   bush,    dapat   dicari    dengan menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 458 ) 

a = Lpp - bb = 4,7696 – 2,3848 = 2,3848 cm

c. Bahan bush dari perunggu timah hitam, dengan : 

Allowable stress  ( σb ) = 2 - 3,2 kg / mm 

Brinel Hardnes ( Hb ) = 40 – 80

d. Ketebalan bush :

tb = (0,08-0,085)dex = 0,083 x  = 0,139 cm

e. Clearence bush dengan pin piston, dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh 1979 : 467 ) :

∆ = (0,00084-0,015)dex =0,007 x = 0,012 cm

f. Diameter luar bush

dbex = dex + (2x tb) +∆ = + 0,278 + 0,012 = 1,959 cm

g. Jari - jari luar bush

h. Radius  luar small end,  dapat  dicari  dengan  mengunakan  rumus  ( Khovakh, 1979 : 467 ) 

R0= (1,2 - l,3)x r = 1,3 x = 1,27335 cm

i. Diameter small end :

D0= 2 x Ro = 2 x 1,27335 = 2,55 cm

j. Volume small end bearing :

Vb=1/4 [ {d2bex - ( dbex -2tb )} bb]

Vb =1/4 𝜋 [{1,9592 - (1,959 - 0,278)} x 2,3848]= 4,0374534 cm3

k. Berat small end end bearing :

Wbj = Vb xBj = 4,04 x 0,0044 = 0,018 kg

3. Panjang connecting rod adalah jarak antara sumbu poros small end ke big end, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Maleev, 1975 : 517 ) : 

Lc= (4-4,475) xR

Dengan : R= Crank radius (Jari-jari crank)

= 1/2 x stroke piston

= 1/2 x 2,3848= 1,1924 cm 

Lc= 4,5x 1,1924 = 5,37 cm

4. Ketahanan terhadap lengkungan pada beban kritis untuk cast steel, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 )

Dengan :

a. Total gaya pada connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan rumus (Petrovsky : 380 ):

Tegangan kompresi yang diijinkan untuk :

Karbon steel    = 800 - 1200 kg / cm2

Alloy steel      = 1200 - 1800 kg / cm2

b. Cross sectional area pada connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 380 ).

5. Faktor keamanan untuk connecting rod, dapat dicari dengan menggunakan rumus (Petrovsky : 380 ).

Nilai faktor keamanan yang diijinkan untuk karbon steel 4 – 8, sehingga connecting rod tersebut sangat amandigunakan.
6. Bending momen maksimum yaitu bending momen yang disebabkan oleh gaya inersia transfersal yang terjadi ketika connecting rod pada posisi 900, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 381 ) :

7. Modulus penampang terkecil connecting rod

8. Bending stress pada connecting rod , dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Petrovsky : 381)

Nilai yang diijinkan untuk bending stress pada connecting rod untuk putaran tinggi = 150 – 200 kg / cm2, sehingga amanuntuk digunakan.

9. Jumlah tegangan akibat tekanan kompresi dan bending momen maksimum:
 σsum = σb + σc = 1,622+ 800 = 801,622 Kg/cm2

10. Connecting rod big end
 a. Diameter crank pin, dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh 1979 :469 ) :
 dcp = (0,66 – 0,68) Di = 0,67 x 5,962 = 3,4 cm

11. Ketebalan big end bearing, dapat dicari dengan menggunakan rumus (Khovakh 1979 : 470 ) : tb2 = (0,03 – 0,05) x dcp = 0,04 x 3,4 cm = 0,136 cm

12. Diameter clearance big end bearing terhadap crank pin dapat dicari dengan menggunakan rumus ( Khovakh 1979 : 470 ) : Δcp = ( 0,0005 – 0,001) x dcp = 0,0007 x 3,4 = 0,00238 cm

13. Diameter luar big end bearing
Dbed = dcp + 2tb2 + Δcp = 3,4 + 2. 0,136 + 0,00238 = 3,67438 cm

14. Diameter dalam big end bearing
Dinb = dcp + Δcp = 3,4 + 0,00238= 3,40238 cm

15. Diameter bagian luar big end
Dbixer = (1,2 – 1,3) Dbed = 1,3 .3,67438= 4,777 cm

Ulasan diatas merupakan sedikit bagaimana cara merancang dan menghitung batang piston atau connecting rod. Semoga dapat membantu.

Share this post