## PERANCANGAN TORQUE LIMITER CLUTCH PADA MESIN BODYMAKER AUTOMATIC WELDING
Daniel Dwiyanto
Jurusan Tehnik Mesin, Fakultas Tehnik, Universitas Mercu Buana
ABSTRAK-- Mesin bodymaker  Automatic  welding adalah  mesin  welding  otomatis  untuk  pembuatan kaleng  kemasan.  Pada  mesin  mesin  tertentu  masih  menggunakan  system  arus  dalam  memproteksi mesin  terhadap  overload  yang  terjadi.  Namun  pada  praktek  dilapangan  system  ini  kurang  maksimal dalam kinerjanya, jika mesin terjadi overload mesin tidak berhenti.Oleh karenanya perlu ditambahkan elemen  mesin  yang  lain  yang  bisa  secara  otomatis  menghentikan  mesin  saat  overload  terjadi. Berdasarkan  hal  tersebut  diatas  pada  kesempatan  ini  saya  ingin  merancang torque  limiter  clutch. Dengan mengumpulkan data tentang spesifikasi motor penggerak utama maka akan dapat dirancang dan dihitung berapa dimensional komponen komponen, gaya maupun torsi yang bekerja, serta desain poros  pada torque  limiter  clutch .  Dengan  perhitungan  teoritis  yang  benar  akan  mendapatkan  desain torque limiter clutch yang optimal, efisien sesuai dengan kapasitas mesin dikerjakan, kemudian proses perancangan  dilanjutkan  dalam  bentuk  gambar  tehnik  secara  detail  dan  terperinci  menggunakan software  autocad  2007.  Dari  seluruh  perhitungan  perancangan  diperoleh  hasil  bahwa  mesin  akan berhenti setelah  overload  terjadi  pada  0,626  x 10 3 N.mm. Dalam proses kerjanya  spring  memegang peranan paling penting karena harus dapat  menahan ball agar tidak keluar dari lubang flange pada putaran normal dan membiarkan ball keluar dari lubang flange saat overload terjadi.
Kata kunci: clutch, overload, torqoue limiter clutch, bodymaker automatic welding

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan  tehnologi  permesinan  sangat cepat dan improvement terus menerus dilakukan untuk memperoleh kehandalan mesin yang tinggi yang  tentunya  ditunjang  safety  yang  ketat  juga. Terlebih  setiap  elemen  mesin  dirancang  dengan perhitungan  yang  teliti  untuk  mendapatkan performa mesin yang optimal sehingga menghasilkan  produk  berkualitas  tinggi  di  dunia industry manufaktur.
Pada  mesin  –  mesin  konvensional  di industry  pembuatan  kaleng  kemasan  khususya pada  mesin  bodymaker  automatic  welding, proteksi terhadap overload mesin masih menggunakan system arus pada motor penggerak.  Namun  pada  praktek  dilapangan sisitem ini kurang maksimal dalam kinerjanya, jika terjadi overload mesin tidak berhenti. Hal ini bisa berakibat  fatal  karena  bisa  mengakibatkan kerusakan  pada  elemen  –  elemen  mesin  yang lain.  Oleh  karenanya  perlu  ditambahkan  elemen mesin  yang  bisa  secara  otomatis  menghentikan mesin  saat  overload  terjadi.  Berdasarkan  hal tersebut  diatas  pada  kesempatan  ini  saya  ingin merancang Torque Limiter Clutch .

## 2. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  perhitungan berapa dimensional komponen - komponen, gaya - gaya maupun torsi yang bekerja, serta diameter poros pada torque limiter clutch.
Adapun  langkah  –  langkah  yang  akan dilakukan  guna  memenuhi  tujuan  penelitian  dan
penyelesaian  rumusan  masalah  diatas  seperti terlihat pada Gambar 1 berikut:
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 3. PERHITUNGAN DAN ANALISIS

## 3.1 Menghitung torsi motor
Torque  limiter  clutch  bekerja  meneruskan  torsi yang  diterima  dari  motor  penggerak  kemudian diteruskan  ke  elemen  mesin  yang  lain  yang terdapat pada mesin automatic welding. Untuk itu dengan  diketahuinya  daya  dan  rpm  motor  maka akan  bisa  dihitung  berapa  torsi  yang  dihasilkan oleh motor, sebagai berikut:
Power = (1) T = = , .
= ,
= 0,501 N.m = 0,501 x 10 3 N.m
Berdasarkan  perhitungan  perancangan  clutch yang terdapat pada buku machine design (2005)
karangan Khurmi
Ghupta,
J.K,
India, menyebutkan bahwa  T design = 1.25 x T.  Jadi jika mesin 25% overload maka T design = 1,25 x T = 1,25 x 0,501 x 10 3 = 0,626 x 10 3 N.mm
3.2 Menghitung gaya tangensial pada balls (F t )
Dengan  diketahuinya  torsi  yang  dihasilkan  oleh motor penggerak, maka akan dapat dihitung gaya tangensial  pada balls (Gambar  2).  Ditentukan diameter pengaturan letak ball (D) adalah 80 mm
F t = ( ) (2)
= (      , ) = 15,65 N
Gambar 2. Gaya Tangensial pada ball
3.3 Total tekanan spring pada balls (F s )
Dengan spring dikompres menghasilkan tekanan, kemudian  spring  menekan ball agar  senantiasa
pada alurnya. Untuk menghitung total tekanan spring pada ball adalah sebagai berikut:
F s = F t [( cosα-µsinα / sinα + µcosα )- µ ] (3)
µ= 0.08        α = 45
= 15,65 [( cos45—0,08sin45/sin45 + 0,08cos45) - 0,08 ] = 15.65 (0,77)
= 12,05 N
3.4 Tekanan spring pada tiap ball (F)
Tekanan spring pada  tiap ball dapat  dihitung dengan  membagi  total  tekanan  spring  dengan jumlah ball (3 pcs) pada clutch.
F  = F s /Z b (4)
= 12,05/3 = 4,01 N Gambar 3. Tekanan spring pada ball
3.5 Kekakuan spring (K s )
Material  yang  digunakan  pada  spring  adalah carbon  steel .  Dari  tabel  disebutkan carbon  steel mempunyai  modulus rigidity  80 kN/mm 2 =  80000
N/mm 2
Sehingga kekakuan spring dapat dihitung:
K s = . (5)
= . . . =
= = 23,04 N/mm K s per lilitan aktif adalah 23,04 / 4 = 5,76 N/mm
3.6 Kompresi spring untuk menekan ball (δ 1 )
Berapa  panjang  kompresi spring  j uga  dapat dihitung dengan:
δ 1 = F/K s (6)
= 12,05 / 5,76 = 2,09 mm

## Gambar 4. Compression Nomenclature spring
3.7 Gerakan ball ketika clutch slip (δ 2 )
Ketika  mesin  terjadi  overload  yang  mana  lebih besar  dari  settingan  torsi,  ball  keluar  dari dudukannya mendorong pressure plate dan cylindrical  body ke  dalam  sebuah  posisi sehingga balls menjauh dari dudukan base flange dan torque  limiter bergerak bebas pada  bearing. Gerakan  ball  saat clutch slip  dapat  dihitung dengan:
δ 2 = d/{2x(1– cosα )} (7) = 12 / {2 x (1 – cos α )} =12 / 6,8
= 1,7 mm
3.8 Maximum deflection spring ( δ max )
Jadi maximum deflection dapat dihitung:
δ max =δ 1 +δ 2 (8) = 2,09mm + 1,7mm = 2,26 mm 3.9 Panjang bebas spring (L f )
Panjang  bebas spring tanpa  tekanan  dapat dihitung dengan =
L f = n’d+δ max +(n’-1) (9) n’ = n + 2 = 4 + 2 = 6 L f = n’d + δ max + (n’-1) =6 x 6 + 4,71 + (6-1)
= 45,71 mm
3.10 Pitch of spring (p) P =L f /(n-1) (10) = 45,71 / (4-1) = 17,71mm 3.11 Desain poros
Beban  mesin  saat  beroperasi  tidak  konstan, sehingga  perlu  toleransi  yang  sesuai  pada perancangan  untuk  mengatasi  fluktuasi  beban. Untuk  perancangan  poros,hal  yang  sangat berpengaruh  adalah  torsi  dari  kopling.  Dalam perhitungan harga torsi gesek adalah 0,501 x 10 3
N.mm.  Material  yang  dipakai  pada  poros  adalah AISI  4340  COLD  DRAWN  dengan  σ yp =  682,8 Mpa. Power = (11) T = = ,
,
= , = 0,501 N.m = 0,501 x 10 3 N.mm
Jika mesin 25 % overload, maka T design = 1,25 x T
= 1,25 x 0,501 x 10 3 = 0,626 x 10 3 N.mm
Dengan diketahuinya rumus: T design = π/16 x(τ x d 3 ) 0,626 x 10 3 = 3.14/16 x (682,8 x d 3 ) 626000 = 0.19 x 682,8 x d 3 d 3   = 626000 / 129,7
= 4826,5
d  = ∛4826,5 = 16.9 = 17 mm Jadi diameter poros torque limiter clutch adalah 17 mm

## 4. PEMBAHASAN
Dari  perhitungan  perancangan  diatas  dapat diketahui bahwa motor penggerak mesin bodymaker automatic welding:
1.  Berdasarkan  perhitungan  perancangan  pada point  4.1.1  dengan  data  –  data  yang  ada, maka diperoleh hasil bahwa desain torsi pada torque  limiter  clutch  lebih  besar  dari  torsi motor,  sehingga  torque  limiter  clutch  aman saat  torsi  berlebih,  sekaligus  mesin  body maker  automatic  welding  akan  berhenti  saat terjadi overload.
2.  Berdasarkan  perhitungan  perancangan  pada point  4.1.2  –  4.1.6  dengan  data  –  data  yang ada,  maka  diperoleh  hasil  bahwa  spring dengan  nilai  kekakuannya  mampu  menahan gaya tangesial ball yang berarti torque limiter clutch  dapat  berputar  secara  normal  saat engaged.
3.  Berdasarkan  perhitugan  perancangan  dan dengan data – data yang ada, maka diperoleh hasil  bahwa  saat  torque  limiter  clutch  slip, spring  dapat  mengkompres  sejauh  gerakan ball ketika clutch slip.

## 5. KESIMPULAN
Dalam perancangan torque limiter clutch ini dapat diambil kesimpulan:
1.  Torque limiter clutch ini mempunyai konstruksi yang cukup sederhana yang tidak memerlukan perawatan secara mekanik.
2.  Spring  memegang  peranan  yang  sangat penting dalam kinerja torque limiter clutch.
3.  Motor  penggerak  mesin  berhenti  saat overload  terjadi  yaitu  saat  torsi  mencapai 0,626 x 10 3 N.mm.
4.  Mesin akan terhindar dari kerusakan elemen mesin akibat overload yang terjadi.

## DAFTAR PUSTAKA
1.  Khairnar.  S.,  &  Shelke.S.N  .  (2014). Design development,  testing  and  analysis  of  torque limiter  for  overload  protection. International journal of innovation in engineering research & management ISSN:2348-4918, volume I, 2014 2.  Labade,  K.K.C.,  &  Devarapalli,  R.  (2014).
Torque  tender  /  Limiter  for  overloadshaft .
International journal of innovation in engineering research & management ISSN:2278-0181, volume 3 Issue 8
3.  Mayr PowerTransmissions (2009). The perfect torque  limiter  clutch .    Retrieved  from http://www.mayr.com
4.  Moldovean. G., Popa. S.,& Huidan. L. (2010). Load in the disengaging process of the safety clutch  with radially  disposed  balls and  double punctiform contact. Machine Design. Novi Sad. ADEKO
5.  Popa.S.,  Moldovean.G.,  &  Efitimie.E.  (2014). Torque  transmitted  by  safety  clutches  with balls  and  spherical  rabbet  radialdisposed. Annals  of  the  Oradea  university,    Fascicle  of management and technological engineering.
6.  R.S.Khurmi  &  J.K.Ghupta.  (2005). Machine Design . India. Eurassia Publishing House 7.  R  +  W  Coupling  Technology.  (2011). Torque Limiter  Clutch. Retrieved  from http://www.rw- couplings.com
8.  Sularso.  (1978). Dasar  perencanaan  dan pemilihan  elemen  mesin .  Jakarta.  Pradnya Paramita