ANALISIS DAN IMPROVEMENT ROLLER ASSEMBLY PADA MESIN BUNDLING MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT METHOD
Nugroho Andri Kurniawan, Ir. Braam Delfian Prihadianto, S.T., M.Eng.
2026 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN
Roller
assembly
merupakan salah satu komponen penting pada mesin bundling yang berfungsi
untuk menjepit dan mengarahkan material selama proses bundling. Pada
kondisi aktual ditemukan permasalahan berupa kerusakan komponen akibat
distribusi beban yang tidak merata. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis
kondisi distribusi tegangan, deformasi, dan tekanan kontak pada desain roller
assembly existing, mengevaluasi pengaruh optimasi parameter geometri
terhadap respons struktur, serta menentukan peningkatan faktor keamanan dan
umur lelah komponen setelah dilakukan optimasi desain.
Metode
yang digunakan dalam penelitian ini adalah Finite Element Method (FEM)
menggunakan perangkat lunak ANSYS Mechanical. Material yang digunakan
meliputi Polyurethane (PU) 80A pada nip roll, ASTM A36 pada bracket,
dan AISI 1045 pada shaft. Pembebanan simulasi terdiri atas gaya tekan tensioner
sebesar 70 N dan kecepatan rotasi sebesar 1800 RPM. Optimasi desain dilakukan
melalui pembesaran diameter sebesar 20%, peningkatan lebar area kontak antara nip
roll dan roller motor sebesar 87,5%, penambahan ketebalan bracket
sebesar 50%, serta penambahan radius fillet sebesar 0,5 mm pada area
kritis untuk mengurangi konsentrasi tegangan dan memperbaiki distribusi beban.
Hasil
simulasi menunjukkan bahwa desain improvement mampu
menurunkan equivalent stress
sebesar 31,2%, equivalent elastic
strain sebesar 25,3%, dan total deformation sebesar 0,98%. Selain itu, optimasi yang
dilakukan meningkatkan fatigue
life hingga sekitar 431 kali lipat serta meningkatkan safety factor sebesar 79.5%. Hasil tersebut
menunjukkan bahwa optimasi geometri mampu memperbaiki distribusi beban,
menurunkan konsentrasi tegangan dan regangan, serta meningkatkan keandalan dan
umur pakai roller assembly.
The roller assembly is one of the critical components in a bundling
machine, serving to grip and guide materials during the bundling process. Under
actual operating conditions, component failures were observed due to uneven
load distribution. This study aims to analyze the stress distribution,
deformation, and contact pressure of the existing roller assembly design,
evaluate the effects of geometric parameter optimization on the structural
response, and determine the improvements in safety factor and fatigue life after
design optimization.
The research employed the Finite Element Method (FEM) using ANSYS
Mechanical software. The materials used were Polyurethane (PU) 80A for the nip
roll, ASTM A36 steel for the bracket, and AISI 1045 steel for the shaft. The
simulation loading conditions consisted of a tensioner force of 70 N and a
rotational speed of 1800 RPM. Design optimization was carried out by increasing
the nip roll diameter by 20%, enlarging the contact width between the nip roll
and the motor roller by 87.5%, increasing the bracket thickness by 50%, and
introducing a 0.5 mm fillet radius at critical regions to reduce stress
concentration and improve load distribution.
The simulation results showed that the improved design reduced the equivalent stress by 31.2%, equivalent elastic strain by 25.3%, and total deformation by 0.98%. Furthermore, the optimization increased the fatigue life by approximately 431 times and improved the safety factor by 79.5%. These findings indicate that geometric optimization effectively improves load distribution, reduces stress and strain concentrations, and enhances the reliability and service life of the roller assembly.
Kata Kunci : Roller Assembly, Finite Element Method, Optimasi Desain, Polyurethane, Fatigue Life, Safety Factor
