ANALISA PENGARUH KEKAKUAN PEGAS TERHADAP DISPLACEMENT PADA POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) MENGGUNAKAN SIMULASI ELEMEN HINGGA

ANALISA PENGARUH KEKAKUAN PEGAS TERHADAP DISPLACEMENT PADA POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) MENGGUNAKAN SIMULASI ELEMEN HINGGA SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD NAVARO NIM. 040401077

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009 Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

i

ANALISA PENGARUH KEKAKUAN PEGAS TERHADAP DISPLACEMENT PADA POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) MENGGUNAKAN SIMULASI ELEMEN HINGGA

Oleh : MUHAMMAD NAVARO NIM. 040401077

Diketahui/Disyahkan : Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,

Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing

Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP. 132 018 668

Ir. Tugiman, MT NIP. 131 459 557

Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

ii


Oleh :

MUHAMMAD NAVARO NIM. 040401077

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-543 tanggal 11 Juli 2009

Disetujui oleh : Dosen Pembanding I,

Dosen Pembanding II,


Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP. 130 905 356


iii


MUHAMMAD NAVARO NIM. 04 0401 077

Telah Disetujui Oleh : Pembimbing/Penguji

Ir.Tugiman, MT NIP. 131 459 557

Penguji I,

Penguji II,


Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc NIP. 130 905 356

Diketahui oleh : Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,


Dr-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP. 132 018 668 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA MEDAN PARAF

iv : 853/TS/2009 : / /2009 :

TUGAS SKRIPSI NAMA

:

MUHAMMAD NAVARO

NIM

:

04 0401 077

MATA PELAJARAN

:

GETARAN MEKANIS

SPESIFIKASI

:

Lakukanlah simulasi untuk mengamati pengaruh displacement pada crankshaft akibat pengaruh nilai kekakuan pegas. Variasikan nilai kekakuan pegas dan posisikan pada ujung crankshaft. Pembahasan meliputi: 1. Gaya-gaya pada bantalan dan pena 2. Pengaruh variasi kekakuan pegas terhadap displacement crankshaft

DIBERIKAN TANGGAL

: 21/ Januari/ 2009

SELESAI TANGGAL

: 01/ Juli/ 2009

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN,

MEDAN, 21 Januari 2009 DOSEN PEMBIMBING,

DR-ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI NIP. 132 018 668

IR.TUGIMAN, MT NIP. 131 459 557


v


vi


vi


vii


viii ABSTRAK Penelitian dalam bidang getaran pada mekanisme engkol peluncur untuk mengidentifikasi karakteristik sinyal getaran perlu dilakukan pada berbagai sumber eksitasi. Sumber eksitasi getaran tersebut salah satunya adalah akibat displacement yang besar yang terjadi antar komponen yang bekerja. Peristiwa terjadinya displacement yang sangat besar tidak diharapkan karena akan menyebabkan kebisingan, keausan, dan terlepasnya sambungan-sambungan akibat getaran. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besar nilai displacement yang terjadi pada crankshaft pada mekanisme engkol peluncur sepeda motor menggunakan simulasi metode elemen hingga. Penelitian ini menggunakan software SolidWorks 2007 untuk pemodelan dan simulasi dengan metode elemen hingga menggunakan software MSc. VisualNastran4D 2004. Pengujian yang dilakukan meliputi pemasangan pegas pada ujung crankshaft yang berjumlah 4 buah masing-masing pada sudut 00, 900, 1080 dan 2700. Simulasi dilakukan berulang hingga sudut putaran crankshaft sebesar 7200 dengan nilai kekakuan pegas berbeda-beda. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa displacement maksimum yang terkecil terjadi pada simulasi menggunakan pegas dengan nilai kekakuan sebesar 1x10E8 N/m yaitu sebesar -1.11E-04 m pada sumbu y dengan sudut 1000. Hal ini menunjukkan bahwa nilai kekakuan pegas berpengaruh terhadap displacement pada crankshaft. Kata kunci : Displacement, Pegas, kekakuan, MSc. VisualNastran4D 2004


ix KATA PENGANTAR

Puji syukur hanya bagi Allah SWT. karena atas karunia dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat dan orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman. Skripsi ini merupakan salah satu persyaratan untuk memenuhi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah “Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga”. Penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan yang diberikan oleh berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan serta ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ayahanda dan Ibunda tercinta terima kasih ananda haturkan atas segala cinta dan kasih mereka yang telah memberikan dukungan moril dan materil serta do’anya demi kesuksesan ananda, juga ucapan terima kasih kepada seluruh keluarga penulis; kedua orang adik Opi dan Ahal, dan yang terakhir kepada adinda yang menjadi motivator dan penyemangat bagi penulis. 2. Bapak Ir.Tugiman,MT selaku Dosen Pembimbing Skripsi yang telah banyak memberikan arahan, diskusi, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini. Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

x 3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin, ST.MT. selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin 4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin. 5. Seluruh Asisten Laboratorium pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, khususnya rekan-rekan seperjuangan di Laboratorium Menggambar Teknik 6. Teman-teman mahasiswa Mesin USU khusus untuk stambuk 2004, 2005. Akhir kata semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa lain.

Medan,

Juli 2009

Muhammad Navaro NIM.04 0401 077


xi

DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING

Hal i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBANDING

ii

LEMBAR PERSETUJUAN PENGUJI

iii

SPESIFIKASI TUGAS

iv

KARTU BIMBINGAN

v

LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI

vi

ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA

vii

ABSTRAK

viii

KATA PENGANTAR

ix

DAFTAR ISI

xi

DAFTAR GAMBAR

xiii

DAFTAR TABEL

xvi

DAFTAR NOTASI

xvii

BAB I

PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Perumusan Masalah

3

1.3 Tujuan Penelitian

4

1.4 Metodologi

4

1.5 Batasan Masalah

5

1.6 Sistematika Penulisan

6

TINJAUAN PUSTAKA

7

2.1 Pendahuluan

7

2.2 Mekanisme Engkol Peluncur

9

2.3 Persamaan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan

11

BAB II

2.4 Analisa Gaya-Gaya Pada Motor Bakar Satu Silinder Dengan Metode Massa Terkonsentrasi 2.5 Getaran Mekanis

BAB III

13 19

2.5.1 Gerak Harmonis

19

2.5.2 Getaran Bebas

22

METODOLOGI PENELITIAN

25


BAB IV

BAB V

3.1 Pendahuluan

25

3.2 Studi Kasus

26

3.2.1 Spesifikasi Motor Bakar Satu Silinder

26

3.2.2 Dimensi Motor Bakar Satu Silinder

26

3.2.3 Geometri Komponen Motor Bakar Satu Silinder

27

3.3 Vibratory System

27

3.4 Analisa Pembebanan

28

3.5 Diagram Alir Simulasi

29

3.6 Prosedur Simulasi

33

3.6.1 Permodelan Mekanisme Motor Bakar Satu Silinder

33

3.6.2 Simulasi Motor Bakar Dengan MSC.Nastran

35

HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

42

4.1 Pendahuluan

42

4.2 Analisa Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Piston

43

4.3 Analisa Konsentrasi Gaya-gaya di Bantalan dan Pena

47

4.4 Analisa Displacement

52

4.4.1 Menggunakan pegas dengan k = 1x10E7 N/m

52


57


62


67


72


77

4.5 Hasil Perbandingan Displacement Maksimum

83

4.6 Perbandingan Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Manual

89

KESIMPULAN DAN SARAN

90

5.1 Kesimpulan

90

5.2 Saran

91

DAFTAR PUSTAKA

92

LAMPIRAN


xii

xiii

DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 1.1 Engkol Peluncur

1

Gambar 1.2 Kerangka Konsep

3

Gambar 2.1 Model osilasi akibat gaya kocok

7

Gambar 2.2 Geometri mekanisme engko l peluncur

9

Gambar 2.3 Tekanan Efektif Rata-Rata Pada Siklus Otto

10

Gambar 2.4 Gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme motor bakar

14

Gambar 2.5 Gaya-gaya yang bekerja pada piston.

16

Gambar 2.6 Gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung terkonsentrasi di titik B.

17

Gambar 2.7 Gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung terkonsentrasi di titik A.

18

Gambar 2.8 Gaya-gaya yang bekerja pada poros engkol.

18

Gambar 2.9 Gerak Osilasi Pegas.

20

Gambar 2.10 Gerak Harmonis sebagai Proyeksi Titik Bergerak pada Lingkaran.

21

Gambar 2.11 Hubungan Fasa Vektor antara Simpangan, kecepatan, dan Percepatan

21

Gambar 2.12 Sistem Massa Pegas dan Diagram Benda Bebas

23

Gambar 3.1. Posisi Pegas Pada Crankshaft

27

Gambar 3.2 Diagram Alir Permodelan Dengan Software SolidWorks 2007

30

Gambar 3.3 Diagram Alir Simulasi Dengan MSc.visualNastran 4D 2004

32

Gambar 3.4 Tampilan Layar Pembuka Software SolidWorks 2007

33

Gambar 3.5 Hasil Permodelan Komponen dengan Software SolidWorks 2007 34 Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

Gambar 3.6 Hasil Asembling dengan Software SolidWorks 2007

34

Gambar 3.7 Tampilan Pembuka MSc.visualNastran 4D 2004

35

Gambar 3.8 Proses Import Mekanisme

36

Gambar 3.9 Pemodelan Pegas

36

Gambar 3.10 Proses Type of Joint,

37

Gambar 3.11 Memasukkan Material Properties

38

Gambar 3.12 Kotak Dialog Tipe Analisis

39

Gambar 3.13 Memasukkan Nilai Pembebanan (Load)

39

Gambar 3.14 Simulasi Mekanisme Motor Bakar Dengan Menggunakan Software MSc.visualNastran 4D 2004

40

Gambar 4.1 Grafik Posisi Piston vs Sudut Engkol

45

Gambar 4.2 Grafik Kecepatan Piston vs Sudut Engkol

46

Gambar 4.3 Grafik Percepatan Piston vs Sudut Engkol

46

Gambar 4.4 Grafik Torsi Crankshaft vs Sudut Engkol

49

Gambar 4.5 Grafik Gaya-gaya yang beraksi Pada Pena vs Sudut Engkol

50

Gambar 4.6 Posisi piston vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m

54

Gambar 4.7 Kecepatan piston vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m

55

Gambar 4.8 Percepatan piston vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m

55

Gambar 4.9 Gaya pada main bearing vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m 56 Gambar 4.10 Displacement Crankshaft vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m

56


59


60


60


xiv

Gambar 4.14 Gaya pada main bearing vs sudut engkol dengan k=1x10E8 N/m

61

Gambar 4.15 Displacement Crankshaft vs sudut engkol dengan k=1x10E8 N/m

61


64


65


65


66


66


69


70


70


71


71


74


75


75


76


76


79


80


80


xv

Gambar 4.34 Gaya pada main bearing vs sudut engkol dengan k=1x10E12 N/m 81 Gambar 4.35 Displacement Crankshaft vs sudut engkol dengan k=1x10E12 N/m

81

Gambar 4.36 Displacement pada crankshaft vs Sudut Engkol (36000) dengan pegas k=1x10E7 N/m

87


87


87


88


88


88


xvi

xvii

DAFTAR TABEL HAL Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Honda Tiger 2000

26

Tabel 3.2 Dimensi Elemen Motor Bakar Honda Tiger 2000

27

Tabel 3.3 Fungsi fitur pengukuran pada MSc.visualNastran 4D 2004

41

Tabel 4.1 Posisi, kecepatan dan percepatan piston

43

Tabel 4.2 Gaya-gaya pada bantalan dan pena akibat beban dinamis

47

Tabel 4.3 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E7 N/m

52

Tabel. 4.4 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E8 N/m

57


62


67


72


77

Tabel. 4.9 Displacement maksimum yang terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas berbeda

84

Tabel 4.10 Verifikasi hasil simulasi dan perhitungan manual pada sudut engkol 4200

89

Tabel 5.1 Besar gaya-gaya pada bantalan & pena akibat beban dinamis

90


xviii

DAFTAR NOTASI Simbol

Arti

Satuan a

= Percepatan linear

m/s2

A

= Amplitudo

m

AA

= Percepatan pada titik A

m/s2

AB

= Percepatan pada titik B

m/s2

Ag3

= Percepatan pada titik pusat massa connecting rod

m/s2

Ap

= Luas Permukaan Piston

m2

c

= Redaman pegas

D

= diameter piston

m

f

= Frekuensi

Hz

Fo

= Gaya rangsangan

N

F

= Gaya tekan piston

N

F12

= Gaya titik 1 terhadap batang 2

N

F23

= Gaya batang 2 terhadap batang 3

N

F14

= Gaya titik 1 terhadap batang 4

N

F43

= Gaya batang 4 terhadap batang 3

N

FA3

= Gaya inersia massa connecting rod terkonsentrasi p pena engkol N

FB3

= Gaya inersia massa connecting rod terkonsentrasi p pena piston N

FCR

= Gaya inersia massa connecting rod

N

FCW

= Gaya massa bobot imbang

N

g

= Percepatan grafitasi

m/s2

i

= Jumlah silinder

-

L

= Panjang connecting rod

m

k

= Kekakuan pegas

N/m

m

= Massa

kg

M4

= Massa piston

kg

Ndet/m


MA3

= Massa connecting rod terkonsentrasi di pena engkol

kg

MB3

= Massa connecting rod terkonsentrasi di pena piston

kg

n

= Putaran crankshaft

rpm

Ne

= Daya Efektif

Hp

O2

= Pusat poros engkol

-

P

= Tekanan Gas

Pa

Prata-rata = Tekanan Efektif rata-rata

kg/cm2

R

= Jari-jari crankshaft

m

TMA

= Titik Mati Atas

-

TMB

= Titik Mati Bawah

-

t

= Waktu

det

Ts

= Torsi pada poros engkol

N.m

v

= Kecepatan linear piston

m/s

Vd

= Volume Silinder

m3

ωn

= Frekuensi natural

rad/det

x

= Perpindahan Piston

m

x

= Turunan pertama perpindahan

-

x

= Turunan kedua perpindahan

-

φ

= Sudut antara connecting rod dan garis kerja piston

deg

θ2

= Sudut poros engkol

deg

θ3

= Sudut connecting rod

deg

τ

= Perioda

det

ζ

= Faktor redaman

-


xix

DAFTAR LAMPIRAN 1. Lampiran-1

Spesifikasi Honda Tiger 2000

2. Lampiran 2

Data Pengukuran Elemen Motor Bakar

3. Lampiran 3

Geometri Bentuk Pegas Pada Crankshaft

4. Lampiran 4

Validasi Perhitungan Manual

5. Lampiran 5

Grafik Gabungan


BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor Bakar adalah salah satu mesin dengan pembakaran dalam. Daya yang dibangkitkan pada motor bakar berasal dari pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan piston yang kemudian diteruskan melalui connecting rod menuju crankshaft. Gerak translasi piston akan menyebabkan gerak rotasi pada crankshaft.

Gambar 1.1 Engkol Peluncur Sebuah kendaraan bermotor pada kondisi kecepatan tinggi tentunya harus memenuhi persyaratan yang ketat agar layak digunakan, salah satunya adalah Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

bahwa kendaraan harus stabil pada putaran tinggi, artinya getaran yang ditimbulkan oleh putaran mesin harus dalam batas yang ditentukan. Suatu mekanisme yang tidak seimbang atau tidak stabil akan mengakibatkan kebisingan, getaran, tegangan-tegangan akibat getaran, keausan, dan terlepasnya sambungansambungan akibat getaran dan keausan. Dalam mendesain kekuatan komponen-komponen motor bakar, adalah penting untuk menghitung besar gaya-gaya dan momen yang bekerja pada setiap komponen. Motor bakar sebagai salah satu contoh dari mekanisme engkol peluncur, mempunyai komponen-komponen kritis seperti bantalan (Bearing) dan pena (Pin). Hal ini disebabkan terkonsentrasinya gaya-gaya pada elemen ini. Dalam mekanisme yang beroperasi pada putaran tinggi, besar gaya-gaya yang timbul akibat adanya percepatan massa komponen akan lebih besar dibandingkan gaya-gaya statis yang bekerja pada komponen mesin itu sendiri. Komponen torak yang bergerak bolak-balik (Reciprocating), akan menimbulkan arah gaya yang bolak-balik sesuai pergerakannya, sehingga mengakibatkan terjadinya getaran yang ditimbulkan oleh gaya di bantalan poros engkol

pada mekanisme engkol peluncur. Pada kecepatan-kecepatan tertentu

dimana getaran menjadi sangat besar, dapat terjadi kegagalan pada poros atau bantalan-bantalan. Getaran semacam ini menimbulkan displacement pada ujung poros engkol (main bearing) sehingga dapat menyebabkan apa yang disebut olakan poros, atau mungkin menyebabkan suatu osilasi puntir pada poros, atau kombinasi pada keduanya. Dengan bantuan komputer, metode elemen hingga mampu menentukan besaran displacement yang terjadi pada ujung poros engkol yang umumnya sulit Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

dipecahkan melalui analisis matematis. Hal ini disebabkan karena analisis matematis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji. Metode elemen hingga menggunakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik diskrit. Dimulai dengan permodelan suatu objek, kemudian membaginya dalam bagian yang kecil. Namun secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum pembagian. 1.2 Perumusan Masalah Kerangka Konsep

Permasalahan : Gaya dan Displacement pada main bearing

Dampak : - Keandalan mesin menjadi buruk - Biaya menjadi mahal akibat kegagalan produk

Menyebabkan: Getaran pada crankshaft

Metode: Melakukan simulasi komputer yang mampu menganalisa getaran mekanisme

Simulasi Komputer • Membuat permodelan engkol peluncur (torak, connecting rod, dan crankshaft) • Melakukan simulasi engkol paluncur dengan bantalan pegas pada ujung crankshaft.

Hasil Skripsi: • Besaran displacement pada ujung crankshaft • Nilai kekakuan pegas yang paling efekif

Gambar 1.2 Kerangka Konsep


Dalam mekanisme motor bakar, connecting rod berperan merubah gerak translasi piston menjadi gerak rotasi dan mentransmisikan tenaga ke poros engkol. Komponen torak yang bergerak bolak-balik (Reciprocating), akan menimbulkan arah gaya yang bolak-balik sesuai pergerakannya, sehingga mengakibatkan terjadinya getaran pada bantalan. Untuk mengurangi getaran pada main bearing 3 (F12) digunakan bantalan pegas yang dipasang pada ujung crankshaft. Dimana prinsip kerjanya untuk meredam perpindahan crankshaft dari pusat poros ketika berotasi. Dengan menggunakan software MSc.visualNastran 4D 2004 dilakukan simulasi mekanisme engkol peluncur dan pada simulasi tersebut akan dipasangkan bantalan pegas pada ujung crankshaft dengan variasi pada nilai kekakuan pegas. Hal ini bertujuan untuk memperoleh nilai displacement yang paling kecil. 1.3 Tujuan Penelitian Pada tugas skripsi ini ada 3 tujuan utama akan diteliti: 1. Membuat suatu permodelan dan simulasi komputer dari mekanisme kerja engkol peluncur yang diaplikasikan pada motor bakar satu silinder. 2. Menghitung

besaran

displacement

pada

ujung

crankshaft

menggunakan software visualNastran 4D 2004 dengan memvariasikan nilai kekakuan pegas pada ujung crankshaft. 3. Mengetahui

pengaruh

kekakuan

pegas

terhadap

displacement

crankshaft yang terjadi pada mekanisme engkol peluncur. 1.4 Metodologi Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

Metode untuk menghitung besaran displacement pada ujung crankshaft adalah dengan metode analitis yang diprogramkan dengan teknik visualisasi yang kompatibel dengan komputer yang berbasiskan Windows. Metode analitis digunakan untuk mendapatkan hasil perhitungan yang lebih teliti. Dan perhitungan berulang untuk analisa satu siklus putaran motor bakar hanya memerlukan waktu singkat dengan bantuan komputer, sehingga kita44 akan lebih terfokus pada analisa akibat perubahan nilai variabel input terhadap output. Dan hasil perhitungan dapat dengan mudah ditampilkan dalam bentuk angka-angka yang tertabulasi, dan grafik-grafik yang mudah untuk dianalisa. Hal ini berarti akan sangat mudah melakukan analisa perhitungan teknik yang rumit dengan bantuan komputer. Proses perhitungan menggunakan perangkat lunak (Software) MSc. visualNastran 4D 2004. Software ini mampu membuat simulasi engkol peluncur dan menghitung besaran displacement yang terjadi pada ujung crankshaft. 1.5 Batasan Masalah Dalam skripsi ini dilakukan simulasi terhadap sistem motor bakar satu silinder tipe empat langkah menggunakan pegas tanpa redaman (undamped vibration) sebagai bantalan. Daya maksimum 16,7 PS pada putaran maksimum 8500 rpm. Menggunakan tekanan efektif rata-rata sebagai beban (load) untuk mendesak piston. Hal ini bertujuan agar dalam proses simulasi digunakan suatu harga tekanan yang konstan dan mudah dianalisa. Jenis, panjang, jumlah dan posisi pegas yang digunakan pada simulasi

diasumsikan

sama. Untuk

mempermudah analisa. Gesekan pada bantalan, gesekan pada pena

engkol,

gesekan pada pena torak, dan gesekan torak terhadap dinding silinder diabaikan. Muhammad Novaro : Analisa Pengaruh Kekakuan Pegas Terhadap Displacement Pada Poros Engkol (Crankshaft) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga, 2009.

1.6 Sistematika Penulisan Tugas skripsi ini terbagi kedalam tiga bagian yaitu membuat gambar5 permodelan dengan Software SolidWorks 2007 kemudian disimulasikan dengan MSc.visualNastran 4D 2004 dan yang terakhir menganalisa hasil simulasi. Kemudian hasil akan disajikan kedalam tulisan yang terdiri dari 5 bab. Bab I adalah Pendahuluan. Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai Tugas skripsi yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan. Bab II adalah Tinjauan pustaka, berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan. Bab

III adalah Metodologi penelitian yang berisikan

spesifikasi sistem motor bakar piston satu silinder, langkah permodelan dari sistem kerja engkol peluncur dengan bantalan pegas pada ujung crankshaft menggunakan software Solid Works serta pembuatan simulasi menggunakan MSc.visualNastran 4D 2004. BAB IV adalah Hasil simulasi dan diskusi. Pada bab ini berisikan hasil simulasi dan juga hasil diskusi. Pada bagian akhir bab, berisikan verifikasi hasil simulasi dengan perhitungan manual. BAB V adalah Kesimpulan dan saran yang berisikan kesimpulan akhir yang didapat dari Skripsi ini


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan Bab ini memberikan gambaran umum tentang latar belakang pengertian pada pembangkitan gaya dan getaran pada mekanisme sebuah mesin bolak-balik (Reciprocating Engine). Sebagian besar topik ini dikutip dari Mabie Reinholtz [1] dan William T Thomson [3].


6

Gambar 2.1 Diagram benda bebas dari sebuah mekanisme engkol peluncur (dari Mabie dan Reinholtz[1])

7


Gambar 2.1 menunjukkan diagram benda bebas dari sebuah mekanisme engkol peluncur. FO4 adalah vektor gaya inersia yang bekerja pada pusat torak (batang 4), yang besarnya adalah FO4 = M4Ag4. FB3 adalah vektor gaya inersia yang bekerja pada titik massa bergerak batang hubung, MB3, yang letaknya pada pena torak (wrist pin) B dan sepusat dengan pusat torak. Besar dari FB3 adalah FB3 = MB3.AB. Ini menunjukkan bahwa karena pusat torak sepusat dengan pena torak B, Ag4 = AB. F41 adalah gaya reaksi torak terhadap dinding silinder. F12 adalah gaya dari poros engkol yang bekerja pada bantalan poros engkol (Main Bearing) yang terletak pada blok mesin (Engine Block). Gaya yang terjadi pada poros engkol (F12) dapat menyebabkan terjadinya displacement pada ujung poros engkol. Hal ini akan mempengaruhi tingkat kestabilan mesin serta tingkat kegagalan pada bantalan. Untuk memperkecil nilai F12 maka digunakan counterweight yang berupa beban (Mcw) dan menimbulkan gaya Fcw, dimana gaya ini dapat menyeimbangkan poros engkol sehingga titik berat poros engkol berada tepat dipusat bantalan dan nilai F12 menjadi kecil hingga mendekati nol Torsi poros Ts, dengan besar Ts = F41.h, menimbulkan kopel yang bekerja pada blok mesin, dan torka poros mengalami perubahan arah dan besar selama fase siklus mesin, hal ini menyebabkan blok mesin berosilasi secara rotasi. Jadi torka poros Ts dapat disebut sebagai kopel kocok sumbu-Z untuk contoh motor bakar satu silinder.

8

2.2 Mekanisme Engkol Peluncur Motor bakar satu silinder menggunakan mekanisme engkol peluncur dalam pengoperasiannya. Untuk aplikasi mekanisme ini pada sebuah motor bakar, usaha hasil pembakaran bahan bakar dan oksigen yang berekspansi akan mendorong torak atau piston yang dilanjutkan ke batang penghubung yang akan memutar poros engkol, yang kemudian diidealisasikan akan menghasilkan putaran konstan dengan bantuan sebuah roda gila (Fly Wheel). Gambar 2.2 memperlihatkan skema dari mekanisme engkol peluncur. Batang 1 adalah kerangka tetap, batang 2 adalah engkol, batang 3 adalah batang hubung, dan batang 4 adalah peluncur, yang mana pada kasus ini torak meluncur sepanjang silinder.

θ3

ω2

Ag 3

ω3

β

TMA

2 L

3

R

θ2

φ

4 B

1

R sin θ 2 = L sin φ

O2 X

v a R+L

Gambar 2.2 Geometri mekanisme engko l peluncur

9

Pada siklus Otto, energi yang dihasilkan berasal dari pembakaran antara campuran bahan bakar. Hasil pembakaran akan menghasilkan tekanan gas yang menekan piston, kemudian diteruskan sampai poros engkol untuk menghasilkan tenaga. Gaya tekan pada siklus Otto bergantung pada tekanan gas yang terjadi akibat ledakan dari pembakaran bahan bakar[6].

Gambar 2.3 Tekanan Efektif Rata-Rata Pada Siklus Otto[6] Meskipun efisiensi dari siklus Otto sangat ditentukan oleh perbandingan kompresinya, akan tetapi nilai tekanan, temperatur dan kerja yang dihasilkan persiklus tergantung dari nilai P1, T1 dan Q2-3. Selain itu selama siklus berlangsung, temperatur dan tekanannya selalu berubah-ubah. Oleh karena itu sebaiknya dapat dicari harga tekanan tertentu (yang konstan) yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja persiklus yang sama dengan siklus yang dianalisa. Tekanan tersebut dinamakan tekanan efektif rata-rata (Pratarata)[4:hal30].

10

Secara matematis hubungan antara tekanan gas dan gaya tekan dapat dituliskan sebagai berikut:

F = − P. Ap

(2.1)

dimana: P = Tekanan Gas, Pascal F = Gaya Tekan, Newton Ap = Luas Permukaan Piston =

π 4

D2

D = diameter piston Untuk menghitung tekanan gas rata-rata yang terjadi pada siklus Otto dapat dihitung dengan menggunakan rumus: Prata-rata =

Ne x 450000 Vd .a.n.i

(2.2)

dimana: Ne n

= Daya Efektif (PS) ; = Putaran crankshaft (rpm)

Prata-rata = Tekanan Efektif rata-rata (kg/cm2) Vd

= Volume Silinder (cm3),

i

= Jumlah silinder

a

= Jumlah siklus perputaran = ½ untuk motor 4 langkah

2.3 Persamaan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Seperti yang didiskusikan Mabie dan Reinholtz[1], perpindahan x dari peluncur torak (Batang 4) dimulai dari Titik Mati Atas (TMA), Top Dead Center

11

(TDC)) dapat dihitung dari gambar 2.2:

x = ( R + L) − ( R cos θ 2 + L cos φ ) = R(1 − cos θ 2 ) + L(1 − cos φ )

(2.3)

Dapat dilihat juga bahwa,

L sin φ = R sin θ 2 sin φ =

Dengan

menggunakan

R sin θ 2 L

rumus

(2.4) identitas

trigonometri

dari

cos φ = 1 − sin 2 φ dan mensubsitusikan persamaan (2.4) ke persamaan (2.3), perpindahan x dapat ditulis kembali dengan: 2   R  x = R(1 − cos θ 2 ) + L 1 − 1 −   sin 2 θ 2    L  

(2.5)

Persamaan (2.5) dapat disederhanakan untuk memudahkan perhitungan 2

dengan mengganti

R 1 −   sin 2 θ 2 dengan deret binomial dari: L

(1 ± B )

2 1/ 2

1 2 B 4 1.3B 6 1.3.5 B 8 = 1± B − ± − ± ..... 2 2.4 2.4.6 2.4.6.8

R Dimana B =   sin θ 2 . L Pada penggunaan secara umum, ketelitian yang cukup dapat diperoleh dengan menggunakan dua orde pertama dari deret binomial tersebut. Dengan menerapkan deret ini ke persamaan (2.5) menghasilkan: [1,hal 19]

12

  1  R 2  x = R(1 − cos θ 2 ) + L 1 − 1 −   sin 2 θ 2     2  L    R2  2  sin θ 2 = R(1 − cos θ 2 ) +   2L 

(2.6)

Dengan θ 2 = ω 2 .t dimana ω 2 adalah konstan, dari hasil turunan pertama dan turunan kedua dari persamaan x terhadap waktu, maka kecepatan dan percepatan peluncur torak diperoleh: [1,hal 20]

v=

dx R   sin 2θ 2  = − Rω 2 sin θ 2 + 2L dt  

(2.7)

a=

d 2x R  2 = − Rω 2 cos θ 2 + cos 2θ 2  2 L dt  

(2.8)

2.4 Analisa Gaya-Gaya Pada Motor Bakar Satu Silinder Dengan Metode Massa Terkonsentrasi Pada gambar 2.4 diperlihatkan mekanisme sebuah motor bakar satu silinder dengan pendekatan massa terkonsentrasi ekivalen batang hubung. Salah satu massa, MB3, berlokasi pada pena piston, dan yang lain terkonsentrasi di pena engkol, MA3. Kemudian, beban dinamis batang hubung diwakili oleh vektor gaya inersia FB3 dan FA3 , besar gaya FB3 = MB3 . AB dan FA3 = MA3 . AA. Untuk semua fase mekanisme, garis aksi FB3 berada sepanjang garis bolak-balik pada pena piston, dan FA3 selalu mengarah keluar dari sumbu engkol secara seragam.

13

y

P

4

F14

1

B

MB3 F04 3

FB3

φ h g3 rd

ω2

θ2

FA3

A

MA3

o2

x

2

1 Ts Fcw

F12

Mcw d

Gambar 2.4 Gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme motor bakar (dari Mabie dan Reinholtz[1])

14

Sesuai gambar 2.4, sudah merupakan hal umum untuk menambahkan massa Mcw pada massa pengimbang (counterweight) engkol yang kemudian akan membangkitkan Fcw untuk menghilangkan gaya FA3 massa batang hubung. Dengan cara ini, massa-massa yang berputar bersama engkol (massa engkol ditambah MA3) diseimbangkan sehingga pusat massa terletak di O2 sehingga tidak ada gaya yang beraksi pada bantalan poros engkol. Kemudian akan diamati bahwa semua gaya yang bekerja pada batang hubung, gaya-gaya inersia dan gaya-gaya pada bantalan, beraksi pada ujung-ujung batang hubung A dan B. Tidak ada komponen gaya-gaya melintang di antara kedua ujung batang hubung untuk menekuk atau menggunting batang, oleh karena itu gaya-gaya hanya bekerja secara tarikan aksial dan tekanan aksial. Ini adalah hasil asumsi bahwa MA3 dapat ditempatkan pada pena engkol A. Bukti bahwa gaya batang hubung adalah searah aksial memungkinkan untuk menganalisa gaya-gaya pada mekanisme tanpa menggunakan metode superposisi. Gambar 2.4 menunjukkan gaya-gaya yang beraksi pada mekanisme. Dari gaya-gaya ini, F4,FO4,FA3,FB3, dan Fcw diketahui besar dan arah vektornya; F14 diketahui hanya arahnya. Tidak ada yang diketahui pada gaya F12 yang bekerja pada titik O2. Persamaan untuk gaya-gaya ini, kecuali F12, dapat ditulis: [1,hal 446] F4 = (P + FO4) i

(2.9)

FB3 = FB3 j

(2.10)

FA3 = FA3 (cos(90 − θ 2 ) i + sin (90 − θ 2 ) j )

(2.11)

FCW = − FA3 (cos(90 − θ 2 ) i + sin (90 − θ 2 ) j )

(2.12)

F14 = F14 i

(2.13)

15

Pada gambar 2.5 diperlihatkan diagram benda bebas piston dan bagian atas batang hubung. Pada elemen ini beraksi gaya-gaya F4,FB3,F14, dan FCR .

F4

4

F14 B

φ FB3

3

FCR

Gambar 2.5 Gaya-gaya yang bekerja pada piston (dari Mabie dan Reinholtz[1])

Arah garis gayanya adalah sepanjang batang hubung karena batang hubung diganti menjadi dua massa terkonsentrasi. Persamaan untuk FCR dapat ditulis sebagai berikut: FCR = FCR (− sin φ i + cos φ j )

(2.14)

Karena piston dan bagian atas batang hubung berada pada kondisi setimbang oleh empat buah gaya yang beraksi,maka:

F4 + FB3 + F14 + FCR = 0

(2.15)

16

Dengan melihat gambar 2.6, yang mana memperlihatkan bagian atas batang hubung dikenai gaya-gaya FB3 , FCR dan F43. Persamaan kesetimbangan berikut dapat ditulis: FB3 + FCR + F43 = 0

(2.16)

FB3 F43

B

φ

3

FCR

Gambar 2.6 Gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung terkonsentrasi di titik B (dari Mabie dan Reinholtz[1])

Gambar 2.7 menunjukkan diagram benda bebas bagian bawah batang hubung yang dikenai gaya-gaya FCR , FA3 dan F23 . Persamaan kesetimbangan berikut dapat dituliskan: FCR + FA3 + F23 = 0

(2.17)

17

FCR

3

FA3 F23 A

Gambar 2.7 Gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung terkonsentrasi di titik A (dari Mabie dan Reinholtz[1]) Gambar 2.8 menunjukkan engkol dan pengimbang dikenai gaya-gaya F32 , FCW , dan F12 . Persamaan kesetimbangannya adalah: F32 + FCW + F12 = 0

(2.18)

o2 F32

2

cw

F12 Fcw

Gambar 2.8 Gaya-gaya yang bekerja pada poros engkol (dari Mabie dan Reinholtz[1])

18

Dan akhirnya torka poros engkol Ts, dapat dengan mudah dihitung dengan korelasi: Ts = F14 . h

(2.19)

2.5 Getaran Mekanis Gerak adalah perpindahan titik dari koordinat satu ke koordinat yang lainnya. Sedangkan getaran adalah gerak bolak-balik yang melewati titik tetap. Pada umumnya, getaran merupakan bentuk energi sisa dan pada berbagai kasus tidak diinginkan. Khususnya hal ini pada mesin-mesin; karena getaran menimbulkan bunyi, merusak bagian mesin dan memindahkan gaya yang tidak diinginkan serta menggerakkan benda yang didekatnya (Thomson, 1981). 2.5.1 Gerak Harmonis Gerak osilasi dapat berulang secara teratur atau dapat juga sangat tidak teratur. Jika gerak itu berulang dalam selang waktu yang sama τ , maka gerak disebut gerak periodik. Waktu pengulangan τ tersebut disebut perioda osilasi, sedangkan kebalikannya, f =

1

τ

disebut frekuensi. Jika gerak

dinyatakan dalam fungsi waktu x(t), maka setiap gerak periodik harus memenuhi hubungan (t) = x(t + r). Bentuk gerak periodik yang paling sederhana adalah gerak harmonis. Kondisi ini dapat diperagakan dengan sebuah massa yang digantung pada sebuah pegas ringan, seperti terlihat pada Gambar 2.9. Jika massa tersebut dipindahkan dari posisi diamnya dan dilepaskan, maka massa tersebut akan berosilasi naik turun dengan persamaan: [3, hal 3] x = A sin 2π

t

τ

(2.20)

19

Gambar 2.9 Gerak Osilasi Pegas dengan A adalah amplitudo osilasi diukur dari posisi setimbang massa, dan τ adalah perioda. Gerak diulang pada t = τ . Gerak harmonis sering dinyatakan sebagai proyeksi suatu titik yang bergerak melingkar dengan kecepatan tetap kepada suatu garis lurus seperti terlihat dalam Gambar 2.10. Dengan kecepatan sudut garis op sebesar w, perpindahan simpangan x dapat dituliskan sebagai: x = A sin ωnt

(2.21)

Besaran co biasanya diukur dalam radian per detik dan disebut frekuensi lingkaran. Karena gerak berulang dalam 2π radian, maka didapat hubungan:

ω =

2π = 2π f

τ

(2.22)

dengan τ dan f adalah perioda dan frekuensi gerak harmonis, berturut-turut biasanya diukur dalam detik dan siklus per detik. Kecepatan dan percepatan gerak harmonik dapat diperoleh secara mudah dengan diferensiasi Pers. 2.21 dengan menggunakan notasi titik untuk turunannya, maka didapat:

20

x = ω n A cos ω n t = ω n A sin(ω n t +

π 2

)

x = −ω n 2 A sin ω n t = ω n 2 A sin(ω n t + π )

(2.23) (2.24)

Gambar 2.10 Gerak Harmonis sebagai Proyeksi Titik Bergerak pada Lingkaran Dengan demikian, kecepatan dan percepatan juga harmonis dengan frekuensi osilasi yang sama, tetapi mendahului simpangan, berturut-turut dengan π/2 dan π radian. Gambar 2.11 menunjukkan baik perubahan terhadap waktu maupun hubungan fasa vektor antara simpangan, kecepatan dan percepatan pada gerak harmonik.

Gambar 2.11 Hubungan Fasa Vektor antara Simpangan, kecepatan, dan Percepatan

21

Peninjauan Persamaan 2.21 dan 2.24 menunjukkan bahwa

 x = −ω 2 x

(2.25)

Sehingga dalam gerak harmonik, percepatan adalah sebanding dengan simpangan dan arahnya menuju titik asal. Karena Hukum Newton kedua untuk gerak menyatakan bahwa percepatan sebanding dengan gaya, maka gerak harmonik dapat diharapkan pada sistem dengan pegas linier dengan gaya bervariasi sebagai kx.

2.5.2 Getaran Bebas Dalam mengurangi efek getaran, salah satu pendekatannya yaitu melakukan studi lengkap terhadap persamaan gerakan sistem yang ditinjau. Sistem diidelisasikan dan disederhanakan dengan terminologi massa, pegas dan dashpot, yang berturut-turut menyatakan benda, elastisitas dan gesekan sistem. Kemudian persamaan gerakan (equation of motion), menyatakan perpindahan sebagai fungsi waktu atau akan memberikan jarak kedudukan massa sesaat selama gerakannya dan kedudukan kesetimbangannya. Kemudian dari persamaan gerakan diperoleh sifat penting sistem getaran yaitu frekuensi pribadi (natural frequency). Hukum Newton kedua adalah dasar pertama untuk meneliti gerak sistem. Seperti yang ditunjukan dalam Gambar 2.12, perubahan bentuk pegas pada posisi kesetimbangan statik adalah Δ, dan gaya pegas kΔ adalah sama dengan gaya gravitasi w yang bekerja pada massa m: [3, hal 16] kΔ = w = m.g

(2.26)

Dengan mengukur simpangan x dari posisi kesetimbangan statik, maka gaya-gaya yang bekerja pada m adalah k(Δ + x) dan w. dengan x yang dipilih positif dalam

22

arah ke bawah, semua besaran berupa gaya, kecepatan, dan percepatan juga positif dalam arah ke bawah.

Gambar 2.12 Sistem Massa Pegas dan Diagram Benda Bebas Bilamana hukum Newton kedua untuk gerak diterapkan pada massa m sebagai berikut:

mx = ΣF = w − k (∆ + x)

(2.27)

Oleh karena kΔ = w, maka diperoleh: mx = −kx

(2.28)

Dengan mendefinisikan frekuensi natural ωn lewat persamaan: mx + kx = 0

m(−ω n A sin ω n t ) + k ( A sin ω n t ) = 0 2

A sin ω n t (−mω n + k ) = 0 2

Dengan syarat : dimanis x = A sin ω n t ≠ 0 statis x = A sin ω n t = 0 maka nilai − mω n + k = 0 sehingga 2

ωn 2 =

k m

(2.29)

23

2 Dan dapat ditulis sebagai x + ω n x = 0

(2.30)

Perioda natural osilasi dibentuk dari ωn τ = 2π, atau:

τ = 2π

m k

(2.31)

Sedangkan frekuensi naturalnya adalah:

fn =

1

τ

=

1 2π

k m

(2.32)

24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Bab ini berisikan metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada skripsi ini. Secara umum metodologi yang digunakan dalam skripsi ini dibagi kedalam beberapa 2 tahapan yaitu: (1) Permodelan mekanisme dengan software SolidWorks 2007; (2) Analisa perhitungan displacement pada crankshaft menggunakan MSc.visualNastran 4D 2004. Hasil dari analisa komputer akan ditampilkan pada bab IV. Dalam skripsi ini dilakukan studi kasus mekanisme motor bakar yang diaplikasikan pada sepeda motor merek Honda Tiger 2000, dimana data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 3.1 dan tabel 3.2. Kemudian dilakukan permodelan dengan menggunakan bantuan software SolidWorks 2007 untuk memperoleh assembly dari mekanisme motor bakar. Hasil permodelan dikirim ke software MSc.visualNastran 4D 2004. Pada proses simulasi pada ujung crankshaft dipasang pegas tanpa redaman (undamped vibration) dengan nilai kekakuan dimulai dari 1x10E7 N/m hingga 1x10E12 N/m. Penentuan nilai kekakuan pegas didapat dari proses try dan error yang diketahui bahwa bila nilai kekakuan lebih kecil dari 1x10E7 N/m maka nilai displacement akan sangat besar, sedangkan bila lebih besar dari 1x10E12 N/m maka mekanisme engkol peluncur akan gagal. Spesifikasi pegas dapat dilihat pada lampiran 3.

25

3.2 Studi Kasus 3.2.1 Spesifikasi Motor Bakar Satu Silinder. Sebagai studi kasus dalam skripsi ini, dipilih motor bakar jenis bensin yang biasa diaplikasikan pada sepeda motor. Adapun spesifikasi mesin yang digunakan dalam skripsi ini merupakan mesin dari sepeda motor Honda Tiger yang merupakan keluaran dari perusahaan sepeda motor terkemuka di Indonesia. Spesifikasi mesin tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Honda Tiger 2000 4 Langkah

Tipe

63.5 x 62,2 mm

Diameter x Langkah Volume Silinder

196.9 cc

Jumlah Silinder

1 Silinder 9.0 : 1

Perbandingan Kompresi Daya Maksimum

16.7 PS / 8,500 rpm

Torsi Maksimum

1.60 kgf.m / 7,000 rpm 137 kg

Berat Sistem Pengapian

CDI-AC, Magneto

Sumber: CV. Indako Trading Co.

3.2.2 Dimensi Motor Bakar Satu Silinder Data dimensi ini akan digunakan untuk proses permodelan dengan software Solid Work 2007. Hasil pengukuran dapat ditabulasikan pada tabel 3.2

26

Tabel 3.2 Dimensi Elemen Motor Bakar Honda Tiger 2000 Elemen Mesin Piston

Dimensi

Massa

Diameter: 63.5 mm

150 gr

Batang Hubung (L)

105 mm

206 gr

Poros Engkol

31,1 mm

2200 gr

Diameter = 15 mm

50gr

(R)

Pena Piston Panjang = 56 mm Diameter = 38 mm

280 gr

Pena Engkol Panjang = 56 mm Sumber: CV. Indako Trading Co.

3.2.3 Geometri Komponen Motor Bakar Satu Silinder Untuk proses analisa mekanisme displacement pada crankshaft, diperlukan geometri dari mekanisme motor bakar satu silinder. Bagian dari mekanisme motor bakar meliputi : (1) Piston; (2) Connecting rod; (3) Twist Pin; (4) Crank Pin; dan (5) Crankshaft. Dimensi dan geometri komponen dapat dilihat pada lampiran 3. 3.3 Vibratory System

Gambar 3.1. Posisi pegas pada crankshaft Gambar 3.1. a memperlihatkan posisi pegas pada crankshaft yang dipasang pada sudut 0, 90, 180 dan 270 yang berada pada sumbu x dan y. Nilai kekakuan

27

pegas adalah sama (k1=k2=k3=k4). Untuk mempermudah menganalisa nilai displacement maka diterapkan system super posisi yaitu dengan membagi dua posisi pegas, dengan masing-masing berada pada arah sumbu y (gambar 3.1.b) dan sumbu x (gambar 3.1.c). Maka ada dua persamaan, yaitu: mxx + (k 2 + k 4 ) x x = f x

(3.1)

mxy + (k1 + k 3 ) x y = f y

(3.2)

Karena nlai k adalah sama maka persamaan 3.1 dan 3.2 menjadi mxxy + (2k ) x xy = f xy Dan dapat disederhanakan m(−ω 2 x xy ) + (2k ) x xy = f xy x xy (−mω 2 + 2k ) = f xy

xxy =

f xy (−mω 2 + 2k )

(3.3)

3.4 Analisa Pembebanan Pembebanan diawali dari mencari nilai gaya tekan yang terkonsentrasi di piston. Dengan melihat kembali gambar 2.5, besarnya konsentrasi gaya F dapat dihitung dengan menggunakan rumus 2.2: Tekanan gas efektif (Mep) dapat dihitung: Daya efektif (Ne)

= 16.7 PS

Diameter Piston (d)

= 63.5 mm = 6.35 cm

Panjang Langkah (L) = 2R = 62.2 mm = 6.22 cm

28

π   3.14 = ( d 2 ).L =  (6.35) 2 .6.22 4   4

Volume

= 1,9688 x102 cm3 Prata-rata =

dimana:

Ne x 450000 Vd .a.n.i

Ne

= Daya Efektif (Hp) ;

n

= Putaran crankshaft (rpm)

Prata-rata = Tekanan Efektif rata-rata (kg/cm2) Vd

= Volume Silinder (cm3),

i

= Jumlah silinder

a

= Jumlah siklus perputaran = ½ untuk motor 4 langkah

Prata-rata =

16.7 x 450000 kg / cm 2 1 1.9688 x10 2. .8500.1 2

= 8.981 kg/cm2 = 89.81 N/cm2 Gaya tekan pada piston (F) diperoleh: F = Prata-rata . A

π 2 = 89.81 N/cm2 .  .(6.35)   4 = 2800 N

3.5 Diagram Alir Simulasi Dalam skripsi ini, aliran proses simulasi menggunakan bantuan komputer meliputi, yaitu (1) Proses pemodelan untuk membuat suatu sistem motor bakar satu silinder akan dilakukan dengan menggunakan bantuan software SolidWorks 2007, karena software SolidWorks 2007 ini mampu melakukan permodelan secara tiga dimensi (gambar 3.2); (2) Simulasi permodelan dengan menggunakan software MSc.visualNastran 4D 2004 (gambar 3.3).

29

MULAI

Permodelan Bagian-Bagian Komponen (Piston, Pena Piston, Connecting rod, Pena engkol dan Crankshaft) sesuai dimensi.

Membuat Assembly (Perintah “mate”)

Periksa Hubungan ke Menu Nastran

Menghubungkan dengan Software Nastran

Berhasil ?

Tidak

Ya SELESAI

Gambar 3.2 Diagram Alir Permodelan Dengan Software SolidWorks 2007

30

MULAI

Mengimport GEOMETRY ASSEMBLY

Mendefenisikan TYPE OF JOINT (Revolute Joint, Rigid Joint, Bushing, Spring)

Mendefenisikan MATERIAL PROPERTIES (E,υ,ρ,Sy,Sut)

Menetapkan UKURAN MESH (5mm)

Proses MESHING

Berhasil ?

Tidak

Ya Mendefinisikan ANALYSIS TYPE

A

B

31

A

B

Menetapkan KONDISI BATAS (Putaran = 8500 rpm)

Menetapkan BEBAN (LOAD = 2800 N)

Proses PENYELESAIAN SISTEM

Tidak Berhasil ?

Ya Proses Penampilan Hasil

• Kinematika Mekanisme (tabel dan grafik posisi, kecepatan, percepatan). • Besaran displacement pada ujung crankshaft • Nilai kekakuan pegas yang paling efekif

SELESAI

Gambar 3.3 Diagram Alir Simulasi Dengan MSc.visualNastran 4D 2004

32

3.6 Prosedur Simulasi 3.6.1 Permodelan Mekanisme Motor Bakar Satu Silinder Karena keterbatasan software MSc.visualNastran 4D 2004 dalam hal permodelan, maka proses permodelan akan menggunakan bantuan software SolidWorks 2007. Program ini mampu membuat permodelan tiga dimensi dan mampu berkomunikasi dengan software MSc.visualNastran 4D 2004, sehingga hasil permodelan dengan Software SolidWorks 2007 akan mampu diterjemahkan secara baik oleh MSc.visualNastran 4D 2004, baik dimensi maupun goemetri objeknya.

Gambar 3.4 Tampilan Layar Pembuka Software SolidWorks 2007

Proses permodelan dimulai dengan membuat permodelan bagian-bagian mekanisme motor bakar meliputi: (1) Piston; (2) Connecting rod; (3) Pin piston; (4) Crank Pin; dan (5) Crankshaft.

33

1

4

2

3

5

Gambar 3.5 Hasil Permodelan Komponen dengan Software SolidWorks 2007 Setelah semua bagian terbentuk, kemudian elemen-elemen tersebut disatukan dengan menggunakan perintah ”mate” untuk membentuk sebuah asembling dari mekanisme kerja motor bakar. Hasil assembly dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Hasil Asembling dengan Software SolidWorks 2007

34

3.6.2 Simulasi Motor Bakar Satu Silinder Dengan Msc Nastran Hasil asembling pada gambar 3.6, kemudian di “export” ke Software simulasi.

Simulasi

dilakukan

dengan

menggunakan

software

komputer

MSc.visualNastran 4D 2004, dimana software program ini mampu melakukan analisis pembebanan statis dan dinamis, analisa temperatur temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada gambar 3.7 merupakan tampilan awal MSc.visualNastran 4D 2004.

Gambar 3.7 Tampilan Pembuka MSc.VisualNastran 4D 2004 1. Proses Import Mekanisme Hasil proses modeling objek dengan software SolidWorks 2007, kemudian di kirim ke MSc.visualNastran 4D 2004 untuk dilakukan simulasi kerja motor bakar satu silinder. Proses import dilakukan dengan mengklik VisualNastran > Connect. Proses import dapat dilihat pada gambar 3.8.

35

Gambar 3.8 Proses Import Mekanisme

2. Pemodelan Pegas Pada crankshaft akan dipasang pegas untuk mengetahui nilai displacement yang terjadi ketika simulasi berjalan. Pegas akan dipasangkan pada ujung crankshaft menggunakan constraint spring dengan mengatur koordinat masingmasing pegas pada sudut 90O dan panjang 50 mm.

Gambar 3.9 Pemodelan Pegas

36

3. Mendefenisikan Type of Joint Setiap sambungan (joint) didefenisikan satu persatu agar makanisme dapat berjalan sebagaimana mestinya. Langkahnya adalah dengan mengklik Contraint Navigator > pilih sambungan (Move) > Contraint Properties > defenisikan jenis sambungannya. Dalam kasus ini terdapat 2 buah sambungan berbeda yaitu: (1) Rigid Joint untuk sambungan crank dengan pena engkol dan sambungan piston dengan pena piston, (2) Revolute Joint untuk sambungan connecting rod dengan pena engkol dan pena piston. (3) Bushing untuk sambungan crankshaft dengan pegas.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Gambar 3.10 Proses Type of Joint,

37

(a) Bushing Pada Crank dengan Pegas; (b) Rigid Joint Pada Crank-pin dengan Crank-1; (c) Revolute Joint Pada Crank-pin dengan Conrod; (d) Revolute Joint Pada Conrod dengan Piston-pin; (e) Rigid Joint Pada Crank-pin dengan Crank-2; (f) Rigid Joint Pada Piston dengan Piston pin

3. Mendefenisikan Material Properties Langkah selanjutnya adalah menentukan properties dari Pegas. Langkah mendefenisikan material properties adalah: Klik kanan objek > Properties > Spring/Damper >Natural Length > Spring Force > Apply

Gambar 3.11 Memasukkan Material Properties

4. Menentukan Jenis Analisa Software MSc.visualNastran 4D 2004 memiliki beberapa kemampuan analisa, oleh karena itu harus didefenisikan jenis analisa yang akan dikerjakan

38

yaitu dengan cara: Klik menu “World” > Simulation Setting > FEA > Analisis type > Vibration > Displacements

Gambar 3.12 Kotak Dialog Tipe Analisis 6. Menentukan Pembebanan (Load) Besar nilai pembebanan telah dipoleh dari perhitungan sub-bab 3.4. Pembebanan yang terjadi adalah akibat gaya tekan pada permukaan piston. Untuk memasukkan nilai pembebanan dilakukan dengan cara : Klik Force > Letakkan titik pembebanan pada permukaan piston > Masukkan nilai F = 2800 N.

Gambar 3.13 Memasukkan Nilai Pembebanan (Load) 39

Pada gambar 3.14 menampilkan simulasi mekanisme motor bakar dengan menggunakan software MSc.visualNastran 4D 2004.

Gambar. 3.14 Simulasi Mekanisme Motor Bakar Dengan Menggunakan Software MSc.visualNastran 4D 2004. 7. Penampilan hasil Hasil analisa dengan MSc.visualNastran 4D 2004 meliputi, hasil berupa alat ukur analisa kinematika (tabel dan grafik posisi, kecepatan, percepatan) dan juga hasil FEA. Untuk menampilkan hasil dilakukan dengan cara: Klik menu “insert” > pilih “meters” > Pilih jenis meter. Dalam software MSc.visualNastran 4D 2004 , terdapat fitur pengukuran. Fungsi dari masing-masing fitur pengukuran dapat dilihat pada tabel 3.3

40

Tabel 3.3 Fungsi fitur pengukuran pada MSc.visualNastran 4D 2004 Bagian Yang Dipilih Koordinat

Jenis Pengukuran Displacement Gaya

Sumber: Menu “Help” pada MSc.visualNastran 4D 2004

41

BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

4.1 Pendahuluan Pada bab ini akan dibahas hasil analisa pada mekanisme pada motor bakar satu silinder dengan menggunakan software MSc.visualNastran 4D 2004. Analisa pada mekanisme ini dengan mengasumsikan bahwa motor dianalisa pada kondisi putaran konstan. Analisa dinamis ini mencakup perhitungan posisi, kecepatan, percepatan pada piston serta gaya yang beraksi pada main bearing mesin. Kemudian dilanjutkan dengan perhitungan displacement yang terjadi pada ujung crankshaft dengan menvariasikan nilai kekakuan pegas (k). Dalam analisa ini pegas yang akan dipasangkan pada crankshaft berjumlah empat(4) buah dengan karakteristik yang sama, dimana posisi masing-masing pegas berada pada sudut 00, 900, 1800 dan 2700 serta panjang 50 mm. Hasil simulasi akan berupa tabel dan juga grafik yang sangat mudah untuk dianalisa. Data yang akan diambil pada simulasi dimulai dari sudut putaran engkol 1000 hingga 7200, hal ini dikarenakan untuk mendapatkan data yang benar-benar valid tanpa adanya faktor-faktor eksternal yang mengganggu. Akhir dari analisa ini diharapkan dapat ditentukan nilai optimal kekakuan pegas agar diperoleh nilai displacement terendah.

42

4.2 Analisa Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Piston Analisa kinematis menghasilkan nilai perpindahan, kecepatan dan percepatan, selanjutnya data-data hasil kinematika akan digunakan untuk menganalisis gaya dinamis yang terjadi. Pada analisa ini simulasi menggunakan software MSc.visualNastran 4D 2004 akan mendapatkan nilai posisi, kecepatan dan percepatan pada piston sebagai berikut: Tabel 4.1 Posisi, kecepatan dan percepatan piston (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240

x mm 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.014 0.019 0.025 0.030 0.036 0.041 0.046 0.050 0.054 0.057 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.057 0.054 0.050

v m/s 0.00 -6.21 -12.11 -17.43 -21.90 -25.35 -27.64 -28.75 -28.73 -27.68 -25.80 -23.27 -20.30 -17.06 -13.68 -10.25 -6.82 -3.41 0.00 3.40 6.82 10.25 13.68 17.06 20.30

a m/s^2 -31939.22 -31113.95 -28803.98 -25119.72 -20303.21 -14685.20 -8665.57 -2677.23 2866.45 7631.41 11412.48 14155.17 15941.78 16949.46 17397.66 17502.12 17444.36 17356.90 17318.95 17356.73 17444.04 17501.67 17397.13 16948.88 15941.20

43

250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660

0.046 0.041 0.036 0.030 0.025 0.019 0.014 0.009 0.005 0.002 0.001 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.014 0.019 0.025 0.030 0.036 0.041 0.046 0.050 0.054 0.057 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.057 0.054 0.050 0.046 0.041 0.036 0.030 0.025 0.019

23.27 25.79 27.68 28.73 28.76 27.65 25.35 21.91 17.43 12.12 6.21 0.00 -6.21 -12.11 -17.43 -21.90 -25.35 -27.64 -28.75 -28.73 -27.68 -25.80 -23.27 -20.30 -17.06 -13.68 -10.25 -6.82 -3.41 0.00 3.40 6.82 10.25 13.68 17.06 20.30 23.27 25.79 27.68 28.73 28.76 27.65

14154.64 11412.03 7631.05 2866.21 -2677.33 -8665.51 -14684.94 -20302.65 -25118.61 -28801.77 -31109.46 -31895.02 -31109.51 -28801.85 -25118.71 -20302.74 -14684.99 -8665.49 -2677.21 2866.45 7631.40 11412.47 14155.16 15941.78 16949.46 17397.66 17502.12 17444.36 17356.90 17318.95 17356.73 17444.04 17501.67 17397.13 16948.88 15941.21 14154.65 11412.04 7631.08 2866.24 -2677.30 -8665.48

44

670 680 690 700 710 720

0.014 0.009 0.005 0.002 0.001 0.000

25.35 21.91 17.43 12.12 6.21 0.00

-14684.91 -20302.62 -25118.58 -28801.75 -31109.45 -31895.02

Dari table 4.1 dapat disimpulkan: Perpindahan piston maksimum (x)

: 0.062

m

Kecepatan piston maksimum (v)

: 28.76

m/s

Percepatan piston maksimum (a)

: -31895.02 m/s^2

Hasil simulasi pada table 4.1 dapat diplot dalam grafik pada gambar 4.1, 4.2, dan

4.3. Gambar 4.1 menampilkan perpindahan piston selama 7200.

Perpindahan maksimum terjadi pada sudut 180 dan 540 yaitu 0.062 m.

Gambar 4.1 Grafik Posisi Piston vs Sudut Engkol

45

Gambar 4.2 Grafik Kecepatan Piston vs Sudut Engkol

Gambar 4.3 Grafik Percepatan Piston vs Sudut Engkol

46

4.3 Analisa Konsentrasi Gaya-gaya Pada Bantalan dan Pena Analisa dinamis menghasilkan nilai gaya terkonsentrasi pada pena. Dari hasil simulasi, diperoleh gaya-gaya yang bekerja pada bantalan dan pena dari mekanisme akibat beban dinamis sebagai berikut : Tabel 4.2 Gaya-gaya pada bantalan dan pena akibat beban dinamis (simulasi)

θ2 (deg) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300

F43(N) pena piston 3587.84 3435.94 3008.52 2315.28 1394.00 403.79 1067.14 2303.07 3485.18 4509.39 5313.55 5876.48 6215.52 6375.16 6411.77 6380.29 6325.95 6280.87 6263.79 6280.83 6325.88 6380.20 6411.66 6375.04 6215.41 5876.37 5313.45 4509.32 3485.13 2303.05 1067.16

F23(N) pena engkol 9098.25 8831.83 8095.25 6943.42 5516.65 4110.51 3368.16 3931.27 5321.67 6845.45 8187.91 9236.37 9976.93 10449.14 10716.76 10846.91 10897.41 10910.75 10912.37 10910.68 10897.27 10846.72 10716.53 10448.89 9976.68 9236.15 8187.73 6845.33 5321.61 3931.25 3368.14

F12(N) Main bearing 3885.86 4403.77 5571.26 6903.42 8113.15 9055.49 9660.82 9906.38 9802.17 9382.23 8698.88 7818.01 6812.97 5756.94 4716.12 3748.58 2914.76 2306.56 2071.75 2306.66 2914.91 3748.72 4716.23 5757.03 6813.04 7818.06 8698.92 9382.27 9802.21 9906.42 9660.86

Torsi (N.m) 0.00 -37.53 -65.05 -74.81 -63.16 -31.36 14.69 66.06 113.19 148.45 167.77 170.91 160.54 140.61 115.03 86.80 57.77 28.79 0.00 -28.79 -57.77 -86.80 -115.03 -140.61 -160.53 -170.91 -167.76 -148.44 -113.18 -66.06 -14.70

47

310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720

403.75 1393.88 2315.05 3008.07 3435.04 3579.00 3435.05 3008.09 2315.08 1393.91 403.76 1067.16 2303.08 3485.18 4509.39 5313.55 5876.48 6215.52 6375.16 6411.77 6380.29 6325.95 6280.87 6263.79 6280.83 6325.88 6380.20 6411.66 6375.04 6215.41 5876.37 5313.46 4509.32 3485.14 2303.06 1067.16 403.75 1393.88 2315.05 3008.07 3435.04 3579.00

4110.41 5516.42 6943.00 8094.44 8830.22 9082.39 8830.26 8094.50 6943.07 5516.50 4110.46 3368.16 3931.27 5321.67 6845.44 8187.90 9236.37 9976.92 10449.14 10716.76 10846.91 10897.41 10910.75 10912.37 10910.68 10897.27 10846.72 10716.53 10448.89 9976.68 9236.16 8187.74 6845.33 5321.61 3931.26 3368.14 4110.40 5516.41 6942.99 8094.43 8830.22 9082.39

9055.54 8113.23 6903.60 5571.75 4405.11 3901.73 4405.12 5571.75 6903.59 8113.22 9055.52 9660.83 9906.38 9802.17 9382.23 8698.89 7818.02 6812.98 5756.95 4716.12 3748.59 2914.77 2306.56 2071.75 2306.66 2914.90 3748.71 4716.23 5757.02 6813.03 7818.05 8698.92 9382.26 9802.21 9906.42 9660.86 9055.54 8113.23 6903.60 5571.75 4405.12 3901.73

31.35 63.15 74.80 65.04 37.52 0.00 -37.52 -65.03 -74.80 -63.15 -31.35 14.70 66.06 113.19 148.45 167.77 170.91 160.54 140.61 115.03 86.80 57.77 28.79 0.00 -28.79 -57.77 -86.80 -115.03 -140.61 -160.53 -170.91 -167.76 -148.44 -113.18 -66.06 -14.70 31.35 63.15 74.80 65.04 37.52 0.00

48

Dari table 4.2 dapat disimpulkan: F maksimum pada pena piston (F43)

: 6411.77

N

F maksimum pada pena engkol (F23)

: 10912.37

N

F maksimum pada main bearing (F12)

: 9906.42

N

Torsi maksimum poros engkol (T)

: 170.91

N.m

Gambar 4.4 Grafik Torsi Crankshaft vs Sudut Engkol Gambar 4.4 menampilkan torsi maksimum yang terjadi pada sudut 1100, 2500, 4700 dan 6100 sebesar 170.91 N.m.

49

Gambar 4.5 Grafik Gaya-gaya yang beraksi Pada Pena vs Sudut Engkol

50

Dari Gambar 4.5 terlihat bahwa gaya maksimum pada pena piston (F43) terjadi pada sudut 1400 dan 5000 yaitu sebesar 6411.77 N. Gaya maksimum pada pena engkol (F23) terjadi pada sudut 1800 dan 5400 yaitu sebesar 10912.37 N. Gaya maksimum pada main bearing (F12) terjadi pada sudut 2900 dan 6500 yaitu sebesar 9906.42 N.

51

4.4 Analisa Displacement Displacement terjadi akibat adanya gaya di main bearing (F12) pada crankshaft sehingga bila dipasangkan pegas pada ujungnya akan menibulkan perpindahan. Perpindahan ini akan terdefinisi dalam dua sumbu axial yaitu x dan y. Pada sub-sub ini akan ditampilkan harga-harga perpindahan, kecepatan dan percepatan pada piston serta nilai gaya pada main bearing dan perpindahan pada crankshaft dengan memvariasikan nilai kekakuan pegas (k). 4.4.1 Menggunakan pegas dengan k = 1x10E7 N/m Tabel 4.3 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E7 N/m (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

x m 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.013 0.018 0.024 0.029 0.034 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.060 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.057 0.054

v m/s 0.00 -6.37 -12.28 -17.40 -21.55 -24.66 -26.75 -27.88 -28.12 -27.53 -26.19 -24.18 -21.60 -18.57 -15.20 -11.62 -7.90 -4.13 -0.34 3.42 7.13 10.76 14.25 17.55

a m/s^2 -33601.24 -32252.55 -28890.09 -24183.85 -18865.34 -13475.34 -8310.40 -3483.40 984.24 5086.22 8787.47 12015.33 14682.51 16728.66 18156.64 19040.95 19503.18 19670.09 19636.48 19446.55 19093.94 18533.55 17697.03 16507.20

F12 (Main Bearing) Newton 0.00 312.73 591.56 793.27 871.16 800.80 600.63 355.26 305.83 490.17 637.18 666.88 581.65 422.87 253.29 145.70 137.73 179.72 276.80 424.43 578.31 695.09 750.02 742.56

x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -7.12E-06 -2.94E-05 -4.36E-05 -1.09E-04 -1.22E-04 -2.18E-04 -2.37E-04 -3.33E-04 -3.70E-04 -4.26E-04 -4.94E-04 -4.81E-04 -5.84E-04 -4.88E-04 -6.22E-04 -4.50E-04 -6.05E-04 -3.77E-04 -5.41E-04 -2.88E-04 -4.50E-04 -1.99E-04 -3.54E-04 -1.24E-04 -2.73E-04 -6.92E-05 -2.20E-04 -3.20E-05 -1.95E-04 -5.44E-06 -1.87E-04 1.91E-05 -1.79E-04 4.77E-05 -1.53E-04 8.07E-05 -9.41E-05 1.13E-04 9.05E-08 1.33E-04 1.23E-04 1.31E-04 2.59E-04 9.80E-05 3.86E-04 3.05E-05

52

240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670

0.050 0.046 0.041 0.036 0.031 0.025 0.020 0.015 0.010 0.006 0.003 0.001 0.000 0.000 0.002 0.004 0.008 0.012 0.017 0.022 0.028 0.033 0.038 0.043 0.048 0.052 0.055 0.058 0.060 0.061 0.062 0.062 0.061 0.060 0.057 0.054 0.051 0.047 0.042 0.037 0.032 0.027 0.021 0.016

20.58 23.25 25.46 27.10 28.05 28.18 27.37 25.51 22.55 18.50 13.46 7.69 1.50 -4.69 -10.54 -15.76 -20.17 -23.66 -26.19 -27.75 -28.36 -28.05 -26.89 -24.97 -22.42 -19.38 -16.00 -12.42 -8.73 -5.00 -1.27 2.43 6.08 9.66 13.14 16.48 19.60 22.42 24.84 26.73 27.95 28.36 27.83 26.24

14888.54 12773.02 10101.46 6823.53 2902.27 -1671.01 -6847.57 -12479.13 -18272.24 -23761.90 -28343.56 -31399.46 -32501.86 -31584.73 -28952.48 -25111.97 -20559.57 -15658.39 -10631.68 -5618.12 -732.35 3895.92 8110.29 11743.95 14659.44 16794.93 18190.64 18975.97 19323.41 19394.86 19305.21 19110.94 18816.34 18385.61 17753.30 16831.90 15519.19 13707.28 11294.12 8196.49 4364.66 -200.06 -5422.58 -11125.51

693.84 633.47 578.50 522.66 453.58 383.29 358.76 400.87 450.08 436.27 329.70 206.21 361.92 654.86 895.10 996.71 921.15 679.70 328.48 54.33 369.16 561.16 599.10 500.39 330.56 222.88 275.11 334.74 338.70 360.06 487.42 671.73 824.49 894.48 872.78 789.54 700.18 647.73 619.84 567.67 463.92 337.96 296.01 378.37

4.84E-04 5.38E-04 5.44E-04 5.06E-04 4.39E-04 3.63E-04 2.97E-04 2.55E-04 2.40E-04 2.46E-04 2.57E-04 2.49E-04 2.03E-04 1.08E-04 -3.43E-05 -2.06E-04 -3.81E-04 -5.27E-04 -6.19E-04 -6.45E-04 -6.07E-04 -5.23E-04 -4.19E-04 -3.23E-04 -2.57E-04 -2.31E-04 -2.43E-04 -2.75E-04 -3.03E-04 -3.02E-04 -2.55E-04 -1.57E-04 -1.41E-05 1.52E-04 3.15E-04 4.48E-04 5.31E-04 5.57E-04 5.29E-04 4.62E-04 3.80E-04 3.05E-04 2.56E-04 2.41E-04

-6.66E-05 -1.81E-04 -2.97E-04 -3.95E-04 -4.61E-04 -4.84E-04 -4.63E-04 -4.05E-04 -3.25E-04 -2.38E-04 -1.64E-04 -1.16E-04 -1.02E-04 -1.23E-04 -1.72E-04 -2.38E-04 -3.06E-04 -3.62E-04 -3.95E-04 -4.01E-04 -3.82E-04 -3.44E-04 -2.97E-04 -2.49E-04 -2.04E-04 -1.61E-04 -1.17E-04 -6.68E-05 -8.16E-06 5.66E-05 1.20E-04 1.70E-04 1.94E-04 1.82E-04 1.30E-04 4.18E-05 -7.29E-05 -1.98E-04 -3.16E-04 -4.09E-04 -4.65E-04 -4.78E-04 -4.49E-04 -3.88E-04

53

680 690 700 710 720

0.011 0.007 0.004 0.001 0.000

23.53 19.71 14.89 9.29 3.21

-16999.93 -22591.74 -27333.15 -30648.54 -32124.87

454.17 433.29 295.83 177.46 422.69

2.58E-04 2.92E-04 3.20E-04 3.18E-04 2.66E-04

-3.09E-04 -2.29E-04 -1.63E-04 -1.23E-04 -1.16E-04

Dari table 4.3 disimpulkan : Kecepatan maksimum

: 28.36

m/s

Percepatan maksimum

: -32501.86

m/s^2

F max pada main bearing

: 996.71

Newton

Displacement max pada crankshaft (sumbu x)

: 6.45E-04

m

Displacement max pada crankshaft (sumbu y)

: -4.78E-04

m

Hasil simulasi bila diplot pada grafik


54



55


sumbu x sumbu y

Gambar 4.10 Displacement crankshaft vs sudut engkol dengan k=1x10E7 N/m

56

Dari Gambar 4.6 hingga 4.10 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 4400 dan 6500 yaitu sebesar 28.36 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 3600 yaitu sebesar -32501.86 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 3900 sebesar 996.71 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 4300 sebesar 6.45E-04 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 6500 sebesar -4.78E-04 m.

4.4.2 Menggunakan pegas dengan k = 1x10E8 N/m Tabel 4.4 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E8 N/m (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

x m 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.013 0.018 0.023 0.029 0.034 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.057 0.054

v m/s 0.00 -6.58 -11.79 -16.47 -21.23 -24.95 -26.85 -27.80 -28.54 -28.31 -26.53 -24.10 -21.76 -18.92 -15.17 -11.31 -7.92 -4.40 -0.34 3.61 7.08 10.63 14.52 18.14

a m/s^2 -36442.51 -30715.83 -24436.19 -24844.64 -23444.83 -14500.72 -6164.79 -4444.65 -2380.21 5419.28 12127.42 12411.07 12574.50 17374.76 20791.73 18731.02 17138.82 19876.19 21599.93 19124.34 17544.87 19572.94 20241.68 16957.63

F12 (Main Bearing) Newton 0.00 555.34 65.65 484.79 42.46 469.01 37.86 414.68 74.16 372.29 107.13 365.82 89.90 274.37 157.17 307.39 75.45 247.37 150.21 221.08 76.88 255.38 92.96 167.04

x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -2.26E-05 -6.45E-05 -5.27E-05 -1.26E-04 -4.53E-05 -6.66E-05 -3.56E-05 -1.32E-05 -5.66E-05 -7.13E-05 -6.87E-05 -1.22E-04 -5.16E-05 -6.98E-05 -4.80E-05 -2.57E-05 -6.70E-05 -7.44E-05 -6.56E-05 -1.11E-04 -4.58E-05 -6.12E-05 -4.93E-05 -2.13E-05 -6.37E-05 -5.79E-05 -4.98E-05 -8.21E-05 -2.86E-05 -3.67E-05 -3.40E-05 -4.20E-06 -3.87E-05 -3.70E-05 -1.65E-05 -6.05E-05 9.16E-07 -2.79E-05 -5.18E-06 -8.05E-06 -3.53E-06 -4.39E-05 1.55E-05 -7.06E-05 2.26E-05 -4.77E-05 57

240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670

0.050 0.045 0.041 0.035 0.030 0.025 0.019 0.014 0.010 0.006 0.003 0.001 0.000 0.000 0.002 0.004 0.008 0.012 0.017 0.022 0.028 0.033 0.039 0.044 0.048 0.052 0.056 0.058 0.060 0.062 0.062 0.062 0.061 0.060 0.057 0.054 0.051 0.046 0.042 0.037 0.031 0.026 0.020 0.015

21.09 23.75 26.22 27.90 28.44 28.18 27.26 25.23 21.92 17.73 12.93 7.38 1.18 -5.00 -10.68 -15.87 -20.48 -24.06 -26.45 -27.91 -28.57 -28.21 -26.85 -24.82 -22.33 -19.32 -15.85 -12.24 -8.64 -4.94 -1.10 2.70 6.37 10.07 13.80 17.33 20.52 23.38 25.80 27.53 28.39 28.40 27.53 25.62

14100.26 13666.25 11427.95 5653.93 328.07 -2839.45 -7205.32 -14038.33 -19966.16 -23348.05 -26714.78 -30926.56 -32817.06 -30963.29 -28134.37 -25747.33 -21679.89 -15420.45 -9701.94 -5575.33 -978.72 4679.82 9185.63 11741.04 14177.55 17066.48 18700.65 18696.82 18835.55 19721.90 20002.44 19334.43 19042.26 19402.56 19051.22 17499.30 15725.93 13918.55 10998.21 6748.82 2247.41 -2121.63 -7102.59 -12772.61

79.68 218.52 39.67 166.83 47.99 158.35 50.61 160.75 35.19 123.05 74.10 145.68 52.68 117.80 71.26 107.77 43.17 101.72 34.65 83.83 32.27 74.52 43.09 94.24 16.25 44.97 63.45 93.61 38.75 66.35 49.11 55.76 60.42 86.19 26.66 20.07 57.98 68.13 2.55 24.65 23.75 31.49 28.59 39.53

1.50E-05 1.74E-05 2.75E-05 2.63E-05 1.99E-05 2.25E-05 2.57E-05 1.98E-05 1.36E-05 1.26E-05 6.87E-06 -6.22E-06 -1.68E-05 -2.35E-05 -3.36E-05 -4.48E-05 -5.02E-05 -5.16E-05 -5.49E-05 -5.86E-05 -5.91E-05 -5.75E-05 -5.71E-05 -5.74E-05 -5.60E-05 -5.19E-05 -4.71E-05 -4.26E-05 -3.67E-05 -2.80E-05 -1.91E-05 -1.17E-05 -4.07E-06 4.31E-06 1.07E-05 1.47E-05 1.87E-05 2.22E-05 2.29E-05 2.29E-05 2.42E-05 2.44E-05 2.20E-05 1.97E-05

-3.51E-05 -6.85E-05 -8.97E-05 -6.62E-05 -5.23E-05 -7.71E-05 -8.99E-05 -6.56E-05 -5.21E-05 -7.21E-05 -8.15E-05 -6.07E-05 -5.07E-05 -6.92E-05 -7.85E-05 -6.26E-05 -5.62E-05 -7.35E-05 -8.20E-05 -6.83E-05 -6.22E-05 -7.50E-05 -7.88E-05 -6.26E-05 -5.24E-05 -5.81E-05 -5.63E-05 -3.92E-05 -2.97E-05 -3.60E-05 -3.80E-05 -2.91E-05 -2.82E-05 -4.12E-05 -4.99E-05 -4.83E-05 -5.21E-05 -6.53E-05 -7.20E-05 -6.82E-05 -6.79E-05 -7.45E-05 -7.56E-05 -6.87E-05

58

680 690 700 710 720

0.010 0.006 0.003 0.001 0.000

22.64 18.70 13.94 8.42 2.40

-18118.88 -22663.95 -26810.09 -30284.12 -31940.61

14.45 39.34 51.99 52.69 50.79

1.81E-05 1.34E-05 5.22E-06 -3.31E-06 -1.20E-05

-6.58E-05 -6.95E-05 -6.95E-05 -6.36E-05 -6.19E-05


: -28.57

m/s

Percepatan maksimum

: -32817.06

m/s^2


: 365.82

Newton


: -6.56E-05

m


: -1.11E-04

m



59



60



61

Dari Gambar 4.11 hingga 4.15 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 4400 dan yaitu sebesar -28.57 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 3600 yaitu sebesar -32817.06 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 1100 sebesar 365.82 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 1000 sebesar -6.56E05 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 1000 sebesar -1.11E-04 m.


Tabel 4.5 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E9 N/m (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

x m 0.000 0.000 0.002 0.005 0.009 0.013 0.018 0.023 0.029 0.034 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.056

v m/s 0.00 -5.46 -9.79 -14.06 -21.07 -25.39 -26.86 -27.95 -28.42 -27.90 -26.56 -24.27 -21.55 -18.35 -14.31 -10.46 -7.97 -3.66 -0.06 3.80 7.41 10.78 14.60

a m/s^2 -64855.24 -29047.93 -102015.62 5930.14 -61989.91 -12716.86 4845.83 -4914.19 7177.21 2616.72 10752.84 13565.22 7436.91 19159.68 2765.39 32143.57 29087.29 20820.15 7364.84 22519.41 19622.37 27769.16 11322.04

F12 (Main Bearing) Newton 0.00 674.22 2248.42 3457.30 703.49 1918.32 2383.57 1326.75 3026.35 1088.08 990.04 1196.39 820.38 892.49 4972.47 6115.90 806.00 1407.32 73.46 126.62 56.24 880.81 517.62

x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -1.84E-05 -5.09E-05 2.88E-05 6.41E-05 -1.10E-05 -9.23E-05 3.46E-05 2.70E-05 -6.57E-05 -6.24E-05 -8.54E-05 -8.83E-05 8.55E-05 -1.53E-05 -8.44E-06 -5.40E-05 4.52E-05 -2.55E-05 -6.61E-05 -6.14E-05 -3.16E-05 -5.10E-05 1.00E-04 -1.02E-05 -3.53E-05 -5.15E-05 1.50E-04 2.94E-06 -7.50E-05 -6.83E-05 -6.99E-05 -6.24E-05 -2.21E-05 -4.57E-05 1.06E-04 -2.62E-05 -3.64E-05 -4.78E-05 -1.25E-05 -4.50E-05 2.11E-05 -6.14E-05 7.73E-06 -3.83E-05 62

230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640

0.053 0.049 0.045 0.040 0.035 0.029 0.024 0.018 0.013 0.009 0.005 0.002 0.000 0.000 0.000 0.002 0.005 0.008 0.013 0.018 0.023 0.029 0.034 0.039 0.044 0.049 0.053 0.056 0.059 0.060 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.056 0.053 0.049 0.045 0.040 0.035 0.029

18.01 21.57 24.25 26.48 28.10 28.58 28.41 26.98 24.74 21.60 17.32 12.18 6.48 0.33 -5.83 -11.41 -16.83 -21.50 -24.52 -26.97 -28.06 -28.51 -28.06 -26.56 -24.59 -21.82 -18.51 -14.94 -10.97 -7.96 -3.59 -0.46 3.85 7.04 11.05 14.68 18.07 21.36 24.09 26.18 27.83 28.55

23681.72 15699.98 7312.06 11861.89 1670.82 5045.12 -5595.13 -10587.50 -13146.23 -17729.53 -23967.39 -31707.30 -30281.17 -31845.95 -31463.88 -30767.24 -25939.02 -6399.28 -19901.74 -7058.91 -633.43 -1265.35 4562.23 8188.37 12205.87 13941.45 20292.19 7066.09 21415.58 25462.73 26721.53 23653.23 44477.20 16834.05 18906.34 12625.34 18364.84 17678.66 12418.07 8936.15 7601.98 916.46

1160.46 137.72 2923.91 230.08 3135.20 396.76 1904.22 378.81 1062.18 2205.13 939.41 1101.77 101.71 120.34 439.85 2301.37 804.44 3204.27 101.22 914.37 778.74 764.43 2594.04 550.77 137.76 2978.43 1934.76 2626.33 4914.15 386.17 2803.36 436.14 1337.33 272.22 135.91 542.53 392.33 1412.00 205.07 1889.01 1286.89 715.71

7.16E-06 -4.66E-05 -2.27E-05 -4.70E-05 -4.25E-05 -5.48E-05 -2.21E-05 4.01E-05 -3.96E-05 -1.21E-04 -2.81E-05 -8.43E-05 4.21E-06 -2.08E-05 -1.19E-04 -4.93E-05 -3.69E-05 1.09E-04 -5.06E-05 -9.20E-06 2.55E-05 -5.59E-05 -8.53E-05 -2.82E-05 -1.56E-04 -8.18E-05 -6.68E-05 1.47E-04 -1.59E-05 -5.31E-05 -4.94E-05 -2.87E-05 -1.16E-04 1.06E-05 -1.94E-05 -5.13E-05 6.07E-06 1.27E-05 -2.07E-05 1.59E-05 3.27E-05 -6.44E-05

-5.92E-05 -4.03E-05 -3.70E-05 -4.22E-05 -3.46E-05 -4.15E-05 -4.36E-05 -6.17E-05 -4.19E-05 -2.42E-05 -4.45E-05 -3.28E-05 -5.02E-05 -4.75E-05 -5.36E-05 -4.67E-05 -5.00E-05 -3.67E-05 -4.94E-05 -4.84E-05 -3.93E-05 -5.56E-05 -6.53E-05 -4.82E-05 -7.88E-05 -5.86E-05 -5.87E-05 -3.84E-06 -4.67E-05 -5.60E-05 -5.49E-05 -5.02E-05 -7.62E-05 -4.26E-05 -4.42E-05 -3.17E-05 -5.10E-05 -5.55E-05 -4.47E-05 -5.40E-05 -6.33E-05 -3.25E-05

63

650 660 670 680 690 700 710 720

0.024 0.019 0.014 0.009 0.005 0.002 0.001 0.000

28.30 27.07 24.83 21.79 17.55 12.39 6.40 0.55

-3807.45 -11341.90 -20214.83 -24538.55 -22607.15 -28151.22 -24723.12 -36547.68

1456.43 3826.64 8517.98 130.35 297.71 128.86 1190.25 2679.21

-1.83E-05 2.89E-04 1.07E-05 -1.23E-04 5.71E-06 -1.78E-05 -1.11E-04 -3.53E-05

-4.68E-05 -1.35E-04 -5.13E-05 -1.25E-05 -5.46E-05 -4.71E-05 -4.65E-05 -3.78E-05


: 28.58

m/s

Percepatan maksimum

: 44477.20

m/s^2


: 8517.98

Newton


: 2.89E-04

m


: -1.35E-04

m



64



65



66

Dari Gambar 4.16 hingga 4.20 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 2800 dan yaitu sebesar 28.58 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 5500 yaitu sebesar -44477.20 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 6700 sebesar 8517.98 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 6600 sebesar 2.89E04 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 6600 sebesar -1.35E-04 m.


Tabel 4.6 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E10 N/m (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

x m 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.013 0.018 0.023 0.029 0.034 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.057

v m/s 0.00 -6.25 -11.08 -16.87 -20.63 -24.50 -26.90 -23.90 -28.64 -32.72 -25.15 -25.07 -21.57 -18.59 -14.98 -11.72 -8.23 -3.62 -0.34 3.37 6.12 10.90 14.88

a m/s^2 -348982.50 -18249.43 -35261.00 -20822.78 -41614.14 -17656.55 -6661.13 -481766.29 -12344.11 -153564.11 -68800.06 2338.83 67368.00 19938.93 -53150.68 22855.14 73226.00 22696.87 17983.67 22420.20 196124.02 18796.19 -1792.91


x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -4.09E-06 -4.65E-05 -6.25E-05 -5.12E-05 -1.39E-05 -4.55E-05 -2.42E-05 -4.42E-05 -2.13E-05 -4.64E-05 -1.71E-05 -4.60E-05 -1.97E-04 -3.31E-05 -1.84E-05 -4.42E-05 -5.74E-05 -3.43E-05 3.57E-05 -2.11E-05 -8.71E-07 -4.04E-05 -7.45E-05 -6.50E-05 -2.29E-05 -4.70E-05 8.55E-05 -2.00E-05 -1.85E-05 -4.62E-05 -4.27E-05 -5.53E-05 -2.04E-05 -4.59E-05 -1.69E-05 -4.51E-05 -1.69E-05 -4.58E-05 -8.96E-05 -6.60E-05 -1.83E-05 -4.53E-05 -5.03E-06 -4.42E-05 67

230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640

0.054 0.050 0.045 0.041 0.035 0.030 0.025 0.019 0.014 0.010 0.006 0.003 0.001 0.000 0.000 0.002 0.005 0.008 0.012 0.017 0.022 0.028 0.033 0.039 0.044 0.048 0.052 0.056 0.058 0.060 0.062 0.062 0.062 0.061 0.060 0.057 0.054 0.050 0.046 0.041 0.036 0.031

17.85 21.22 23.96 26.24 27.77 28.55 28.34 27.21 25.33 21.69 18.07 12.87 7.04 1.31 -4.98 -10.94 -16.02 -20.49 -24.10 -26.53 -28.07 -28.62 -28.18 -27.37 -25.25 -22.53 -19.14 -15.95 -12.52 -8.65 -4.74 -1.24 3.30 7.32 10.28 10.74 16.26 20.72 23.51 25.97 27.59 29.40

11354.79 17079.28 17643.71 7152.04 6844.98 2644.71 -3634.58 -7483.73 -22813.18 -8303.19 -45785.84 -32911.98 -25592.58 -21311.34 -60093.08 -22841.91 91033.31 -95023.28 -19216.72 -12959.02 -7503.20 1128.45 12699.00 1180.47 2782.98 10004.29 21378.52 -8244.10 59111.72 26569.74 60025.86 59836.39 -28268.80 34864.84 8547.48 1028619.88 991.32 10235.05 16725.16 9585.81 6667.40 -4697.48

2440.95 81.04 262.25 287.08 83.58 2479.55 1120.75 431.98 4289.84 3855.99 5992.56 557.69 6211.75 578.26 1951.38 1273.02 270.38 1500.00 1996.67 421.65 56.71 1038.51 1228.83 24051.51 6265.52 3775.33 808.71 371.33 2755.67 1155.32 271.63 3105.17 7199.03 25942.76 182.71 27719.58 1134.24 452.93 961.26 986.96 201.56 51641.76

7.78E-06 -2.48E-05 -8.78E-06 -2.41E-05 -1.37E-05 -1.46E-05 -1.71E-05 -2.80E-05 5.16E-06 -4.61E-05 3.28E-05 -6.64E-06 -3.83E-05 1.21E-05 -1.11E-04 -1.27E-05 7.44E-05 -2.46E-05 -1.69E-05 -2.14E-05 -2.18E-05 -1.88E-05 1.49E-06 -2.00E-05 -5.77E-07 -6.86E-06 -2.52E-05 2.69E-05 -6.84E-05 -2.10E-05 -4.73E-05 -1.03E-04 1.59E-04 -8.62E-05 -1.50E-05 -8.83E-05 -7.41E-06 -2.46E-05 -9.78E-06 -1.96E-05 -1.60E-05 -2.82E-04

-4.91E-05 -4.42E-05 -4.82E-05 -4.35E-05 -4.68E-05 -4.66E-05 -4.56E-05 -4.26E-05 -5.10E-05 -3.95E-05 -5.40E-05 -4.68E-05 -4.40E-05 -4.76E-05 -4.72E-05 -4.61E-05 -4.41E-05 -3.67E-05 -4.52E-05 -4.65E-05 -4.68E-05 -4.64E-05 -4.16E-05 -4.64E-05 -4.04E-05 -4.28E-05 -4.77E-05 -3.50E-05 -5.74E-05 -4.69E-05 -5.27E-05 -5.21E-05 -4.27E-05 -4.33E-05 -4.41E-05 -1.82E-04 -4.48E-05 -4.33E-05 -4.77E-05 -4.49E-05 -4.60E-05 3.04E-05

68

650 660 670 680 690 700 710 720

0.025 0.020 0.015 0.010 0.006 0.003 0.001 0.000

28.48 27.47 25.47 22.45 17.97 13.63 8.14 1.99

3950.92 -6766.88 10439.66 -31011.32 -32823.73 -13708.63 -31272.62 -27300.59

5481.24 31.80 2139.01 520.84 896.85 467.93 1326.18 4731.09

1.03E-05 -1.83E-05 -3.59E-05 -2.08E-05 -3.96E-05 -5.29E-05 1.35E-05 4.52E-05

-5.48E-05 -4.55E-05 -4.37E-05 -4.29E-05 -3.93E-05 -4.16E-05 -4.90E-05 -4.86E-05


: 29.40

m/s

Percepatan maksimum

: 1028619.88 m/s^2


: 51641.76

Newton


: -2.82E-04

m


: -1.82E-04

m


Gambar 4.21 posisi piston vs sudut engkol dengan k=1x10E10 N/m

69



70



71

Dari Gambar 4.21 hingga 4.25 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 6400 dan yaitu sebesar 29.40 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 5800 yaitu sebesar -1028619.88 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 6400 sebesar 51641.76 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 6400 sebesar -2.82E04 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 5800 sebesar -1.82E-04 m.

4.4.5 Menggunakan pegas dengan k = 1x10E11 N/m Tabel 4.7 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E11 N/m (simulasi)

θ2

x

Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

m 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.013 0.018 0.024 0.029 0.035 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061 0.059 0.056

v m/s 0.00 -8.01 -11.20 -16.72 -21.32 -24.87 -27.36 -28.65 -28.92 -28.24 -27.96 -26.53 -23.92 -17.98 -14.55 -11.77 -7.43 -4.00 0.32 4.04 7.60 11.53 19.44

a m/s^2 -3190255.12 -184370.88 -458766.37 -68041.77 -55503.73 -57025.27 21454.92 59971.89 -10167.70 5705.39 120747.02 1041736.66 749397.81 -324504.84 174048.75 239995.50 19864.63 -47147.89 -10440.15 62023.71 -4488.78 48465.46 -134214.69


x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -5.37E-05 -4.75E-05 -9.65E-05 -5.11E-05 -2.30E-05 -4.61E-05 -1.92E-05 -4.56E-05 -2.06E-05 -4.59E-05 -1.13E-05 -4.43E-05 3.77E-06 -4.02E-05 -4.11E-05 -5.24E-05 -1.68E-05 -4.55E-05 -5.98E-05 -5.83E-05 -2.16E-04 -1.06E-04 -1.28E-04 -7.88E-05 4.50E-05 -2.97E-05 -4.21E-05 -5.13E-05 -6.49E-05 -5.39E-05 -1.75E-05 -4.56E-05 3.02E-05 -4.32E-05 -6.42E-07 -4.51E-05 2.97E-05 -4.80E-05 -2.45E-05 -4.46E-05 -1.67E-06 -4.77E-05 -3.60E-05 -4.24E-05 72

230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640

0.053 0.049 0.044 0.039 0.034 0.029 0.023 0.018 0.013 0.008 0.005 0.002 0.000 0.000 0.001 0.003 0.006 0.009 0.014 0.019 0.024 0.030 0.036 0.041 0.046 0.050 0.054 0.057 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.060 0.058 0.056 0.052 0.048 0.043 0.038 0.033 0.027

18.65 22.75 24.76 26.80 28.11 28.95 28.53 27.03 24.57 18.93 15.68 11.25 5.33 -0.57 -8.79 -11.27 -17.55 -21.68 -25.34 -28.90 -28.49 -28.99 -27.33 -25.10 -24.40 -23.68 -18.76 -15.04 -10.69 -6.76 -2.77 1.04 4.81 8.59 12.36 16.55 13.16 22.32 26.58 27.82 28.81 28.49

-28047.71 -185708.32 406.02 150982.97 109762.07 -2092.21 42227.08 3918.08 -24189.42 191684.43 -93653.03 -64793.82 -22861.74 35871.88 48068.76 160038.29 -121492.25 -151431.77 -11224.80 -321118.42 40864.43 9382.52 -138879.03 -83146.20 -125062.98 436696.36 -174376.03 -48002.78 182286.44 20324.15 143428.06 55326.57 18745.94 26459.03 74950.99 338983.55 623372.47 -1480925.44 -223067.71 60864.61 -16085.96 68030.69

3639.68 12371.29 548.59 3638.76 8597.20 1979.86 147.15 195.38 115.82 30637.52 11584.32 1699.30 164.89 4564.94 48095.58 16511.90 2038.13 3137.75 440.00 26300.55 14761.14 3335.34 32678.80 30237.99 2815.35 35040.19 3616.50 3107.22 4325.99 486.55 3387.03 3004.05 106.54 2167.57 1025.03 11052.09 92879.21 14121.54 21101.53 4322.86 1165.60 87653.72

-2.47E-05 -5.75E-05 -1.95E-05 2.41E-05 3.48E-05 -8.23E-06 -5.22E-05 -1.97E-05 -1.48E-05 -5.63E-05 -5.27E-06 -6.93E-06 -1.89E-05 4.25E-05 1.92E-05 1.18E-05 -3.14E-05 -3.44E-05 -1.54E-05 -1.00E-04 8.74E-06 -2.48E-05 3.85E-05 1.11E-06 1.09E-05 -8.69E-05 1.78E-05 4.73E-06 -4.63E-05 -1.49E-05 -6.11E-05 -7.86E-05 -1.59E-05 -2.26E-05 -2.46E-06 5.84E-05 1.04E-04 -3.66E-04 -7.17E-05 -1.46E-05 -2.64E-05 -3.66E-04

-4.36E-05 -3.43E-05 -4.49E-05 -5.84E-05 -6.17E-05 -4.82E-05 -3.57E-05 -4.50E-05 -4.61E-05 -3.88E-05 -4.70E-05 -4.65E-05 -4.56E-05 -4.59E-05 -4.44E-05 -4.36E-05 -4.72E-05 -4.81E-05 -4.51E-05 -6.61E-05 -3.84E-05 -4.79E-05 -2.82E-05 -3.97E-05 -3.71E-05 -6.58E-05 -3.69E-05 -4.16E-05 -5.09E-05 -4.54E-05 -4.85E-05 -4.54E-05 -4.56E-05 -4.52E-05 -4.81E-05 -6.18E-05 -7.76E-05 5.27E-05 -2.90E-05 -4.70E-05 -4.27E-05 5.77E-05

73

650 660 670 680 690 700 710 720

0.022 0.016 0.011 0.007 0.004 0.001 0.000 0.000

27.91 29.47 24.11 22.51 14.70 8.54 3.49 -2.87

151011.23 -19464.30 -221738.10 -1308959.52 -76664.36 22055.96 16382.48 -151863.25

16343.74 55517.02 5414.63 37809.15 7737.03 25812.42 1209.64 8661.72

-9.25E-05 -3.11E-05 2.38E-05 2.31E-04 -3.18E-06 -3.35E-05 -1.45E-05 -8.58E-05

-2.51E-05 -4.20E-05 -5.39E-05 -8.59E-05 -4.74E-05 -4.42E-05 -4.64E-05 -4.62E-05


: 29.47

m/s

Percepatan maksimum

: -1480925.44 m/s^2


: 99882.35

Newton


: -3.66E-04

m


: -1.06E-04

m



74



75



76

Dari Gambar 4.26 hingga 4.30 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 6600 dan yaitu sebesar 29.47 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 6000 yaitu sebesar -1480925.44 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 2200 sebesar 99882.35 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 6000 dan 6400 sebesar -3.66E-04 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 1100 sebesar -1.06E-04 m.

4.4.6 Menggunakan pegas dengan k = 1x10E12 N/m Table 4.8 Posisi, kecepatan, percepatan, gaya & displacement dengan k=1x10E12 N/m (simulasi)

θ2 Deg. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

x m 0.000 0.001 0.002 0.004 0.008 0.012 0.017 0.022 0.028 0.034 0.039 0.045 0.049 0.053 0.056 0.059 0.061 0.062 0.062 0.062 0.061

v m/s 0.00 -5.47 -11.10 -10.72 -21.49 -19.96 -29.26 -32.16 -32.21 -34.17 -30.46 -27.41 -24.15 -20.55 -15.27 -22.66 -12.94 -7.55 0.24 4.16 12.04

a m/s^2 -31602981.31 10621.19 -155930.75 -5090824.07 160911.29 697441.16 -238874.36 511813.18 239554.20 968907.11 131401.72 53135.59 -27591.83 926116.78 -1842433.46 -649738.95 -270008.81 1010342.27 120840.15 36752.12 3398378.92

F12 (Main Bearing) Newton 0.00 3838.24 327.07 70759.43 1520.02 70281.81 1830.45 17478.40 24124.79 88481.77 5072.47 173.96 1729.27 3882.83 19592.53 279934.58 130518.49 116432.43 8179.15 1214.34 150729.72

x (crankshaft) Sumbu x(m) Sumbu y(m) 0.00E+00 0.00E+00 -1.35E-05 -4.53E-05 -1.98E-05 -4.57E-05 -1.01E-04 -5.48E-05 -1.37E-05 -4.50E-05 -5.23E-06 -4.33E-05 -2.24E-05 -4.68E-05 5.35E-06 -3.95E-05 4.25E-05 -2.82E-05 -7.83E-05 -6.42E-05 -2.06E-05 -4.66E-05 -1.81E-05 -4.58E-05 -1.60E-05 -4.53E-05 -3.31E-05 -4.96E-05 1.14E-05 -3.88E-05 -1.57E-05 -4.57E-05 -1.19E-05 -4.51E-05 -7.69E-05 -4.93E-05 -3.22E-05 -4.57E-05 -1.67E-05 -4.56E-05 1.27E-04 -6.14E-05

77

210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620

0.059 0.056 0.053 0.049 0.044 0.039 0.034 0.028 0.022 0.016 0.011 0.007 0.004 0.002 0.000 0.000 0.001 0.002 0.005 0.009 0.014 0.019 0.025 0.031 0.036 0.042 0.047 0.051 0.055 0.058 0.060 0.061 0.062 0.062 0.061 0.060 0.057 0.054 0.050 0.046 0.041 0.035

12.91 22.28 22.10 19.91 27.27 29.82 31.00 32.46 31.66 29.84 24.72 26.23 10.76 10.40 3.93 -1.39 -6.99 -24.65 -16.30 -23.57 -26.20 -34.12 -33.48 -32.84 -31.92 -29.37 -30.01 -22.77 -18.22 -13.49 -13.71 -5.75 0.60 2.69 6.74 11.12 16.73 18.23 22.95 29.03 30.08 30.41

335272.52 -4718168.34 381205.56 6256413.48 -807078.30 97564.59 -123547.90 -61999.52 -1651.08 1406468.67 -808725.30 -1537557.77 3444118.19 -149007.32 733238.02 -45740.18 -677308.85 -2546294.90 -3820091.99 -3719345.94 1437579.88 242043.11 1247881.71 54642.30 -456430.41 1026901.09 -1696383.09 -261196.91 348402.95 -2003925.85 -4744731.67 -239220.22 -1152824.87 39159.80 -387464.65 -526881.32 -2475388.21 -4459074.92 210488.78 4556667.33 -52010.40 2111658.76

14684.99 110485.95 23000.02 62905.84 10037.09 11316.50 36430.33 101251.86 6710.91 4849.60 18580.94 59053.90 72870.86 60.47 19161.17 268.24 8650.38 160625.14 32211.64 936.33 27089.08 79147.82 35534.79 2799.80 5831.31 677.39 73725.39 4324.05 3544.67 16389.73 77773.47 4989.94 134194.10 15989.04 8405.64 8709.32 32284.92 15292.42 1288.72 39039.00 2699.28 49735.72

-8.41E-06 -1.18E-04 -1.07E-05 1.05E-04 -3.48E-05 -1.46E-05 -2.08E-05 8.87E-06 -2.12E-05 -5.27E-05 -3.31E-06 5.73E-06 -8.07E-05 -1.51E-05 -6.31E-05 -1.70E-05 -3.65E-05 -4.97E-05 -7.63E-05 -7.18E-05 1.19E-05 -9.14E-06 6.34E-05 -2.29E-05 -8.09E-07 -4.11E-05 1.84E-05 -1.20E-05 -2.28E-05 2.62E-05 1.22E-04 -9.49E-06 6.03E-05 -1.66E-05 -5.68E-05 -3.29E-05 -7.74E-05 -1.11E-04 -1.27E-05 7.97E-05 -1.86E-05 6.96E-05

-4.70E-05 -2.42E-05 -4.73E-05 -7.99E-05 -4.02E-05 -4.64E-05 -4.44E-05 -5.33E-05 -4.44E-05 -3.72E-05 -4.82E-05 -4.90E-05 -3.85E-05 -4.57E-05 -4.40E-05 -4.55E-05 -4.64E-05 -4.76E-05 -5.28E-05 -5.43E-05 -3.94E-05 -4.36E-05 -2.32E-05 -4.73E-05 -4.04E-05 -5.30E-05 -3.53E-05 -4.42E-05 -4.69E-05 -3.72E-05 -2.61E-05 -4.48E-05 -4.28E-05 -4.56E-05 -4.26E-05 -4.33E-05 -3.40E-05 -2.34E-05 -4.67E-05 -7.41E-05 -4.51E-05 -7.26E-05

78

630 640 650 660 670 680 690 700 710 720

0.029 0.024 0.018 0.013 0.008 0.005 0.002 0.001 0.000 0.000

32.90 32.64 28.92 24.19 32.38 15.93 5.74 6.51 1.12 -4.09

-48017.98 -5094625.72 -2211883.44 2711759.10 -2967578.04 -3836849.89 1553615.07 50523.74 78388.31 824194.44

5063.39 38366.87 25875.42 38144.67 121255.98 24075.23 105477.71 4829.21 17061.76 1477.07

-2.65E-05 3.37E-04 3.93E-05 -6.98E-05 2.79E-05 5.11E-05 -5.38E-05 -2.11E-05 -4.60E-05 1.84E-05

-4.28E-05 -1.44E-04 -5.92E-05 -3.47E-05 -5.30E-05 -5.43E-05 -4.23E-05 -4.53E-05 -4.52E-05 -4.48E-05


: -34.12

m/s

Percepatan maksimum

: 6256413.48 m/s^2


: 279934.58

Newton


: 3.37E-04

m


: -1.44E-04

m

Hasil simulasi bila diplot pada grafik:


79



80



81

Dari Gambar 4.31 hingga 4.35 terlihat bahwa Kecepatan maksimum terjadi pada sudut 4200 dan yaitu sebesar -34.12 m/s. Percepatan maksimum terjadi pada sudut 2400 yaitu sebesar 6256413.48 m/s^2. Gaya maksimum pada main bearing terjadi pada sudut 1500 sebesar 279934.58 Newton. Displacement maksimum pada crankshaft pada sumbu x terjadi pada sudut 6400 sebesar 3.37E04 m dan pada sumbu y terjadi pada sudut 6400 sebesar -1.44E-04 m.

82

4.5 Hasil Perbandingan Displacement Maksimum Hasil analisa displacement crankshaft pada sub-sub bab 4.4 ditampilkan kembali pada tabel 4.9. Dari tabel 4.9 ini dapat dilihat nilai tegangan yang terjadi pada masing-masing crankshaft dengan nilai kekakuan pegas yang berbeda. Dari tabel 4.9 memperlihatkan bahwa nilai displacement terbesar terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas 1x10E7 N/m yaitu sebesar -6.45E-04 m pada sumbu x dengan sudut 4300. Sedangkan nilai displacement terkecil terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas 1x10E8 N/m yaitu sebesar -1.11E-04 m pada sumbu y dengan sudut 1000. Pada gambar 4.36 hingga 4.41 memperlihatkan grafik hubungan displacement crankshaft dengan sudut putaran hingga 36000 atau 10 kali putaran engko l. Grafik ini didapat dari hasil simulasi menggunakan software Msc.VisualNastran 2004. Dari grafik tersebut terlihat bahwa pada pegas dengan kekakuan 1x10E7 N/m kestabilan terjadi mulai sudut engkol 00 hingga 36000 dan nilai displacement sangat besar. Pada kekakuan 1x10E8 N/m kestabilan terjadi setelah sudut engkol 7200 hingga 36000 dan nilai displacement kecil. Sedangkan pada kekakuan 1x10E9, 1x10E10, 1x10E11, dan 1x10E12 terlihat tidak stabil bila dibandingkan dengan kekakuan 1x10E7 N/m dan 1x10E8 N/m . Grafik gabungan seluruh analisa dapat dilihat pada lampiran 5 yang dapat disimpulkan bahwa pada grafik kecepatan, percepatan dan gaya pada mainbearing vs sudut engkol terlihat bahwa nilai kecepatan yang berfluktuasi mulai terjadi pada pegas dengan k=1x10E10 keatas. Untuk displacement pada sumbu x dan y terlihat nilai displacement terbesar terjadi pada k=1x10E7, sementara yang lain cenderung stabil.

83

Tabel 4.9 Displacement maksimum yang terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas berbeda Deg 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

k=1x10E7 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -7.12E-06 -2.94E-05 -4.36E-05 -1.09E-04 -1.22E-04 -2.18E-04 -2.37E-04 -3.33E-04 -3.70E-04 -4.26E-04 -4.94E-04 -4.81E-04 -5.84E-04 -4.88E-04 -6.22E-04 -4.50E-04 -6.05E-04 -3.77E-04 -5.41E-04 -2.88E-04 -4.50E-04 -1.99E-04 -3.54E-04 -1.24E-04 -2.73E-04 -6.92E-05 -2.20E-04 -3.20E-05 -1.95E-04 -5.44E-06 -1.87E-04 1.91E-05 -1.79E-04 4.77E-05 -1.53E-04 8.07E-05 -9.41E-05 1.13E-04 9.05E-08 1.33E-04 1.23E-04 1.31E-04 2.59E-04 9.80E-05 3.86E-04 3.05E-05 4.84E-04 -6.66E-05 5.38E-04 -1.81E-04

k=1x10E8 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -2.26E-05 -6.45E-05 -5.27E-05 -1.26E-04 -4.53E-05 -6.66E-05 -3.56E-05 -1.32E-05 -5.66E-05 -7.13E-05 -6.87E-05 -1.22E-04 -5.16E-05 -6.98E-05 -4.80E-05 -2.57E-05 -6.70E-05 -7.44E-05 -6.56E-05 -1.11E-04 -4.58E-05 -6.12E-05 -4.93E-05 -2.13E-05 -6.37E-05 -5.79E-05 -4.98E-05 -8.21E-05 -2.86E-05 -3.67E-05 -3.40E-05 -4.20E-06 -3.87E-05 -3.70E-05 -1.65E-05 -6.05E-05 9.16E-07 -2.79E-05 -5.18E-06 -8.05E-06 -3.53E-06 -4.39E-05 1.55E-05 -7.06E-05 2.26E-05 -4.77E-05 1.50E-05 -3.51E-05 1.74E-05 -6.85E-05

k=1x10E9 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -1.84E-05 -5.09E-05 2.88E-05 6.41E-05 -1.10E-05 -9.23E-05 3.46E-05 2.70E-05 -6.57E-05 -6.24E-05 -8.54E-05 -8.83E-05 8.55E-05 -1.53E-05 -8.44E-06 -5.40E-05 4.52E-05 -2.55E-05 -6.61E-05 -6.14E-05 -3.16E-05 -5.10E-05 1.00E-04 -1.02E-05 -3.53E-05 -5.15E-05 1.50E-04 2.94E-06 -7.50E-05 -6.83E-05 -6.99E-05 -6.24E-05 -2.21E-05 -4.57E-05 1.06E-04 -2.62E-05 -3.64E-05 -4.78E-05 -1.25E-05 -4.50E-05 2.11E-05 -6.14E-05 7.73E-06 -3.83E-05 7.16E-06 -5.92E-05 -4.66E-05 -4.03E-05 -2.27E-05 -3.70E-05

k=1x10E10 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -4.09E-06 -4.65E-05 -6.25E-05 -5.12E-05 -1.39E-05 -4.55E-05 -2.42E-05 -4.42E-05 -2.13E-05 -4.64E-05 -1.71E-05 -4.60E-05 -1.97E-04 -3.31E-05 -1.84E-05 -4.42E-05 -5.74E-05 -3.43E-05 3.57E-05 -2.11E-05 -8.71E-07 -4.04E-05 -7.45E-05 -6.50E-05 -2.29E-05 -4.70E-05 8.55E-05 -2.00E-05 -1.85E-05 -4.62E-05 -4.27E-05 -5.53E-05 -2.04E-05 -4.59E-05 -1.69E-05 -4.51E-05 -1.69E-05 -4.58E-05 -8.96E-05 -6.60E-05 -1.83E-05 -4.53E-05 -5.03E-06 -4.42E-05 7.78E-06 -4.91E-05 -2.48E-05 -4.42E-05 -8.78E-06 -4.82E-05

k=1x10E11 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -5.37E-05 -4.75E-05 -9.65E-05 -5.11E-05 -2.30E-05 -4.61E-05 -1.92E-05 -4.56E-05 -2.06E-05 -4.59E-05 -1.13E-05 -4.43E-05 3.77E-06 -4.02E-05 -4.11E-05 -5.24E-05 -1.68E-05 -4.55E-05 -5.98E-05 -5.83E-05 -2.16E-04 -1.06E-04 -1.28E-04 -7.88E-05 4.50E-05 -2.97E-05 -4.21E-05 -5.13E-05 -6.49E-05 -5.39E-05 -1.75E-05 -4.56E-05 3.02E-05 -4.32E-05 -6.42E-07 -4.51E-05 2.97E-05 -4.80E-05 -2.45E-05 -4.46E-05 -1.67E-06 -4.77E-05 -3.60E-05 -4.24E-05 -2.47E-05 -4.36E-05 -5.75E-05 -3.43E-05 -1.95E-05 -4.49E-05

k=1x10E12 N/m Sumbu x Sumbu y 0.00E+00 0.00E+00 -1.35E-05 -4.53E-05 -1.98E-05 -4.57E-05 -1.01E-04 -5.48E-05 -1.37E-05 -4.50E-05 -5.23E-06 -4.33E-05 -2.24E-05 -4.68E-05 5.35E-06 -3.95E-05 4.25E-05 -2.82E-05 -7.83E-05 -6.42E-05 -2.06E-05 -4.66E-05 -1.81E-05 -4.58E-05 -1.60E-05 -4.53E-05 -3.31E-05 -4.96E-05 1.14E-05 -3.88E-05 -1.57E-05 -4.57E-05 -1.19E-05 -4.51E-05 -7.69E-05 -4.93E-05 -3.22E-05 -4.57E-05 -1.67E-05 -4.56E-05 1.27E-04 -6.14E-05 -8.41E-06 -4.70E-05 -1.18E-04 -2.42E-05 -1.07E-05 -4.73E-05 1.05E-04 -7.99E-05 -3.48E-05 -4.02E-05

84

260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530

5.44E-04 5.06E-04 4.39E-04 3.63E-04 2.97E-04 2.55E-04 2.40E-04 2.46E-04 2.57E-04 2.49E-04 2.03E-04 1.08E-04 -3.43E-05 -2.06E-04 -3.81E-04 -5.27E-04 -6.19E-04 -6.45E-04 -6.07E-04 -5.23E-04 -4.19E-04 -3.23E-04 -2.57E-04 -2.31E-04 -2.43E-04 -2.75E-04 -3.03E-04 -3.02E-04

-2.97E-04 -3.95E-04 -4.61E-04 -4.84E-04 -4.63E-04 -4.05E-04 -3.25E-04 -2.38E-04 -1.64E-04 -1.16E-04 -1.02E-04 -1.23E-04 -1.72E-04 -2.38E-04 -3.06E-04 -3.62E-04 -3.95E-04 -4.01E-04 -3.82E-04 -3.44E-04 -2.97E-04 -2.49E-04 -2.04E-04 -1.61E-04 -1.17E-04 -6.68E-05 -8.16E-06 5.66E-05

2.75E-05 2.63E-05 1.99E-05 2.25E-05 2.57E-05 1.98E-05 1.36E-05 1.26E-05 6.87E-06 -6.22E-06 -1.68E-05 -2.35E-05 -3.36E-05 -4.48E-05 -5.02E-05 -5.16E-05 -5.49E-05 -5.86E-05 -5.91E-05 -5.75E-05 -5.71E-05 -5.74E-05 -5.60E-05 -5.19E-05 -4.71E-05 -4.26E-05 -3.67E-05 -2.80E-05

-8.97E-05 -6.62E-05 -5.23E-05 -7.71E-05 -8.99E-05 -6.56E-05 -5.21E-05 -7.21E-05 -8.15E-05 -6.07E-05 -5.07E-05 -6.92E-05 -7.85E-05 -6.26E-05 -5.62E-05 -7.35E-05 -8.20E-05 -6.83E-05 -6.22E-05 -7.50E-05 -7.88E-05 -6.26E-05 -5.24E-05 -5.81E-05 -5.63E-05 -3.92E-05 -2.97E-05 -3.60E-05

-4.70E-05 -4.25E-05 -5.48E-05 -2.21E-05 4.01E-05 -3.96E-05 -1.21E-04 -2.81E-05 -8.43E-05 4.21E-06 -2.08E-05 -1.19E-04 -4.93E-05 -3.69E-05 1.09E-04 -5.06E-05 -9.20E-06 2.55E-05 -5.59E-05 -8.53E-05 -2.82E-05 -1.56E-04 -8.18E-05 -6.68E-05 1.47E-04 -1.59E-05 -5.31E-05 -4.94E-05


-2.41E-05 -1.37E-05 -1.46E-05 -1.71E-05 -2.80E-05 5.16E-06 -4.61E-05 3.28E-05 -6.64E-06 -3.83E-05 1.21E-05 -1.11E-04 -1.27E-05 7.44E-05 -2.46E-05 -1.69E-05 -2.14E-05 -2.18E-05 -1.88E-05 1.49E-06 -2.00E-05 -5.77E-07 -6.86E-06 -2.52E-05 2.69E-05 -6.84E-05 -2.10E-05 -4.73E-05


2.41E-05 3.48E-05 -8.23E-06 -5.22E-05 -1.97E-05 -1.48E-05 -5.63E-05 -5.27E-06 -6.93E-06 -1.89E-05 4.25E-05 1.92E-05 1.18E-05 -3.14E-05 -3.44E-05 -1.54E-05 -1.00E-04 8.74E-06 -2.48E-05 3.85E-05 1.11E-06 1.09E-05 -8.69E-05 1.78E-05 4.73E-06 -4.63E-05 -1.49E-05 -6.11E-05


-1.46E-05 -2.08E-05 8.87E-06 -2.12E-05 -5.27E-05 -3.31E-06 5.73E-06 -8.07E-05 -1.51E-05 -6.31E-05 -1.70E-05 -3.65E-05 -4.97E-05 -7.63E-05 -7.18E-05 1.19E-05 -9.14E-06 6.34E-05 -2.29E-05 -8.09E-07 -4.11E-05 1.84E-05 -1.20E-05 -2.28E-05 2.62E-05 1.22E-04 -9.49E-06 6.03E-05

85


540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720

-2.55E-04 -1.57E-04 -1.41E-05 1.52E-04 3.15E-04 4.48E-04 5.31E-04 5.57E-04 5.29E-04 4.62E-04 3.80E-04 3.05E-04 2.56E-04 2.41E-04 2.58E-04 2.92E-04 3.20E-04 3.18E-04 2.66E-04

1.20E-04 1.70E-04 1.94E-04 1.82E-04 1.30E-04 4.18E-05 -7.29E-05 -1.98E-04 -3.16E-04 -4.09E-04 -4.65E-04 -4.78E-04 -4.49E-04 -3.88E-04 -3.09E-04 -2.29E-04 -1.63E-04 -1.23E-04 -1.16E-04

-1.91E-05 -1.17E-05 -4.07E-06 4.31E-06 1.07E-05 1.47E-05 1.87E-05 2.22E-05 2.29E-05 2.29E-05 2.42E-05 2.44E-05 2.20E-05 1.97E-05 1.81E-05 1.34E-05 5.22E-06 -3.31E-06 -1.20E-05

-3.80E-05 -2.91E-05 -2.82E-05 -4.12E-05 -4.99E-05 -4.83E-05 -5.21E-05 -6.53E-05 -7.20E-05 -6.82E-05 -6.79E-05 -7.45E-05 -7.56E-05 -6.87E-05 -6.58E-05 -6.95E-05 -6.95E-05 -6.36E-05 -6.19E-05

-2.87E-05 -1.16E-04 1.06E-05 -1.94E-05 -5.13E-05 6.07E-06 1.27E-05 -2.07E-05 1.59E-05 3.27E-05 -6.44E-05 -1.83E-05 2.89E-04 1.07E-05 -1.23E-04 5.71E-06 -1.78E-05 -1.11E-04 -3.53E-05


-1.03E-04 1.59E-04 -8.62E-05 -1.50E-05 -8.83E-05 -7.41E-06 -2.46E-05 -9.78E-06 -1.96E-05 -1.60E-05 -2.82E-04 1.03E-05 -1.83E-05 -3.59E-05 -2.08E-05 -3.96E-05 -5.29E-05 1.35E-05 4.52E-05

-5.21E-05 -4.27E-05 -4.33E-05 -4.41E-05 -1.82E-04 -4.48E-05 -4.33E-05 -4.77E-05 -4.49E-05 -4.60E-05 3.04E-05 -5.48E-05 -4.55E-05 -4.37E-05 -4.29E-05 -3.93E-05 -4.16E-05 -4.90E-05 -4.86E-05

-7.86E-05 -1.59E-05 -2.26E-05 -2.46E-06 5.84E-05 1.04E-04 -3.66E-04 -7.17E-05 -1.46E-05 -2.64E-05 -3.66E-04 -9.25E-05 -3.11E-05 2.38E-05 2.31E-04 -3.18E-06 -3.35E-05 -1.45E-05 -8.58E-05

-4.54E-05 -4.56E-05 -4.52E-05 -4.81E-05 -6.18E-05 -7.76E-05 5.27E-05 -2.90E-05 -4.70E-05 -4.27E-05 5.77E-05 -2.51E-05 -4.20E-05 -5.39E-05 -8.59E-05 -4.74E-05 -4.42E-05 -4.64E-05 -4.62E-05

-1.66E-05 -5.68E-05 -3.29E-05 -7.74E-05 -1.11E-04 -1.27E-05 7.97E-05 -1.86E-05 6.96E-05 -2.65E-05 3.37E-04 3.93E-05 -6.98E-05 2.79E-05 5.11E-05 -5.38E-05 -2.11E-05 -4.60E-05 1.84E-05

86


Gambar 4.36 Displacement pada crankshaft vs dudut engkol (36000) dengan pegas k=1x10E7 N/m

Gambar 4.37 Displacement pada crankshaft vs sudut engkol (36000) dengan pegas k=1x10E8 N/m

Gambar 4.38 Displacement pada crankshaft vs sudut engkol (36000) dengan pegas k=1x10E9 N/m 87




88

4.6 Perbandingan Hasil Simulasi Dengan Perhitungan Manual Sub bab ini bertujuan untuk membandingkan hasil simulasi dengan perhitungan manual sesuai teori. Perbandingan hanya dilakukan pada proses simulasi tanpa menggunakan pegas pada crankshaft. Hal ini dilakukan dikarenakan nilai parameter awal yang diperlukan selalu berubah-ubah seiring dengan perubahan nilai kekakuan pegas. Perbandingan hasil dilakukan pada sudut engkol 4200. Perhitungan manual dapat dilihat pada lampiran 4. Hasil verifikasi ditampilkan pada tabel 4.10. Tabel 4.10 Verifikasi hasil simulasi dan perhitungan manual pada sudut engkol 4200 Parameter

Simulasi

Manual

Galat

x piston(m)

0.019

0.0190

0%

v (m/det)

-27.64

-27.52

0.2 %

-8665.49

-8668.93

0.02 %

F43 (N)

1067.16

1076.32

0.4%

F23 (N)

3368.16

3417.60

0.7%

365.82

573.60

22%

14.70

14.72

0.06%

-1.11E-04m

2.89E-06 m

a (m/det2)

F12 (N) (k=1x10E8) T (N.m) xcrankshaft(m) k=1x10E8 N/m

89

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 1. Pada analisa gaya-gaya pada bantalan dan pena pada mekanisme engkol peluncur diperoleh gaya terbesar terjadi pada pena engkol (F23), sedangkan gaya terkecil bereaksi pada pena piston (F43), seperti yang dapat dilihat pada tabel 5.1. Tabel 5.1 Besar gaya-gaya pada bantalan dan pena akibat beban dinamis

θ 2 (deg)

F43 (N)

F23 (N)

F12 (N)

(pena piston)

(pena engkol)

(Main bearing)

6411.77

10912.37

9906.42

2. Dari hasil simulasi displacement yang terjadi di crankshaft pada mekanisme engkol peluncur dengan menggunakan pegas diperoleh nilai displacement terbesar terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas 1x10E7 N/m sebesar 6.45E-04 m pada sumbu x dengan sudut 4300. Sedangkan nilai displacement terkecil terjadi pada crankshaft dengan kekakuan pegas 1x10E8 N/m sebesar-1.11E-04 m pada sumbu y dengan sudut 1000. Maka nilai kekakuan pegas yang paling efektif adalah 1x10E8 N/m. 3. Bahwa semakin besar nilai kekakuan pegas maka sistem semakin tidak stabil dan displacement pada crankshaft akan semakin kecil, sedangkan jika semakin kecil nilai kekakuan pegas maka sistem lebih stabil dan nilai displacement akan lebih besar. 90

5.2 Saran 1. Simulasi dengan menggunakan bantuan komputer sangat membantu dalam proses desain komponen suatu mesin. Namun pengujian laboratorium juga merupakan syarat yang mutlak untuk mengetahui kondisi real dilapangan. 2. Diharapkan simulasi komputer dengan menggunakan software MSc.Visual Nastran 4D 2004 dan permodelan dengan Solid Work 2007 dapat dikembangkan lebih lanjut di Departemen Teknik Mesin FT-USU. 3. Hasil skripsi ini dapat dijadikan rujukan dalam penelitian berikutnya. 4. Sebaiknya diadakan simulasi untuk crankshaft dengan menvariasikan jumlah pegas. 5. Untuk membandingkan hasil analisa sebaiknya dilakukan simulasi menggunakan program lain.

91

DAFTAR PUSTAKA

1. Mabie, H. H and Ovcvirk, F.W.(1978). Kinematics and Dinamics of Machinery. New Jersey. John Willey and Sons,Inc. 2. Holowenko, A.R. alih bahasa Prapto, Cendy (1996). Dinamika Permesinan. Cetakan Kelima. Jakarta. Penerbit Erlangga. 3. Thomson, William T. (1986). Teori Getaran Dengan Penerapan edisi kedua. Jakarta: Penerbit Erlangga. 4. Wiranto Arismunandar. (1980). Dasar-Dasar Motor Bakar Torak. Bandung: Penerbit Institut Teknologi Bandung. 5. Susatio, Yerri. (2004). Dasar-Dasar Metode Elemen Hingga. Yogyakarta: Penerbit Andi Yogyakarta. 6. Norton , Robert L. (2004). Design of Machinery third edition. Singapore: Mc.Graw Hill. 7. Timoshenko, S., (1960). Strenght Of Materials. Third Edition, Part-1. Van Nostrand Company, Ltd., London. p.: 176-202. 8. Mott, Robert L. (2004). Machine Elements in Mechanical Design, 4th edition. New Jersey: Prantice Hall. 9. Moaveni, Saeed.(1999).”Finite Element Analysis Theory and Aplication with Ansys. New Jersey: Prentice Hall. 10. Bronson, Charles. (2005). Analisa Gaya Kocok Pada Motor Bakar Satu Silinder Dengan Bantuan Komputer. Medan: Tugas Akhir Mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 11. Fahryanto. (2008). Analisa Pengaruh Beban Statis Dan Dinamis Terhadap Kekuatan Batang Hubung (Connecting Rod) Menggunakan Simulasi Elemen Hingga. Medan: Tugas Akhir Mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

92

LAMPIRAN

i

LAMPIRAN 1 SPESIFIKASI HONDA TIGER 2000

ii

LAMPIRAN 2 DATA PENGUKURAN ELEMEN MOTOR BAKAR HONDA TIGER 2000

Data pengukuran elemen motor bakar Honda Tiger 2000 didapat dari tugas akhir Saudara Fahryanto (040401027) yang melakukan survey di show room CV. Indako Trading Co pada tanggal 16 Juni 2008. Data-data hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini. Tabel 1. Data dimensi dan massa elemen motor bakar Elemen Mesin Piston

Dimensi

Massa

Diameter: 63.5 mm

150 gr

Batang Hubung (L)

105 mm

206 gr

Poros Engkol

31,1 mm

2200 gr

(R)

Pena Piston

Diameter = 15 mm Panjang = 56 mm

50gr

Pena Engkol

Diameter = 38 mm Panjang = 56 mm

280 gr

iii

LAMPIRAN 3 GEOMETRI BENTUK PEGAS PADA CRANKSHAFT

Gambar i. Pegas pada Crankshaft Nama

Spring/Pegas

Bahan

Steel

Panjang

50 mm

Jumlah

4 Buah

Posisi

Ujung crankshaft pada Sudut 00, 900, 1080 dan 2700

iv

LAMPIRAN 4 VALIDASI PERHITUNGAN MANUAL 1. VALIDASI ANALISA DINAMIK Perhitungan manual untuk analisa dinamik pada mesin satu silinder Honda Tiger 2000 adalah sebagai berikut:

ω2

Ag 3

ω3

θ3

β

TMA L

R

φ

θ2

4 B

R sin θ 2 = L sin φ

O2 X

v a R+L

Gambar i. Mekanisme Engkol Peluncur Panjang Poros Engkol (R)

: 31.2 mm

= 0.0311 m

Panjang Batang Hubung (L) : 105 mm

= 0.105 m

Kecepatan Sudut Engkol

: 8500 rpm

= 890 rad/det

Posisi Sudut θ2

: 420o

A. Analisa Posisi, Kecepatan, dan Percepatan •

Posisi Torak Posisi torak dapat dihitung dengan persamaan 2.6: x

 R2  2  sin θ 2 = R (1 - cos θ2) +   2L   0.03112  2  sin 420o = 0.0190 m = 0.0311 (1-cos420 ) +   2 x(0.105)  o

v Pada gambar ii, menampilkan diagram poligon kecepatan masing-masing titik.

Gambar ii. Poligon Kecepatan Dari poligon kecepatan gambar ii, diperoleh nilai kecepatan pada masing titik: •

Kecepatan titik A

: 28 m/det

•

Kecepatan titik B(torak)

: 28

•

Kecepatan connecting rod (VBA)

: 14.6 m/det

m/det

Dengan perhitungan matematis, kecepatan piston dapat dihitung: •

Kecepatan Torak Kecepatan torak dihitung dengan persamaan 2.7: v

R   = − Rω 2 sin θ 2 + sin 2θ 2  2L     0.0311 = -0.0311.890 sin 420 + sin 2.420 2 x(0.105)   = -27.52 m/s

vi Pada gambar iii, menampilkan diagram poligon percepatan masing-masing titik.

Gambar iii. Poligon Percepatan Dari poligon kecepatan gambar iii, diperoleh nilai kecepatan pada masing titik: •

Percepatan titik A

: 24600 m/det2

•

Percepatan ABAn

: 2000 m/det2

•

Percepatan ABAt

: 21500 m/det2

•

Percepatan titik B (torak)

: 8700 m/det2

•

Percepatan titik berat (Ag3)

: 18900 m/det2

Dengan perhitungan matematis, percepatan piston dapat dihitung: •

Percepatan Torak Percepatan torak dapat dihitung dengan persamaan 2.8: a

R  2 = − Rω 2 cos θ 2 + cos 2θ 2  L   0.0311  o o = -0.0311.(890)2 cos 420 + 0.105 cos 2.420  = -8668.93 m/s2

vi i B. Analisa Gaya-gaya Pada Bantalan. y

P

4

F14

1

B

MB3 F04 3

FB3

φ h g3 rd

ω2

θ2

FA3

A

MA3

o2

x

2

1 Ts Fcw

F12

Mcw d

Gambar iv. Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Mekanisme Akibat Beban Dinamik

viii Hasil perhitungan diatas ditulis kembali : Percepatan normal dititik A = a nA = ω2.R  8500.2π  =  .0.0311  60  2

= 24615.86 m/s2 Percepatan dititik B (torak)

= aB = 8668.93 m/s2

Dari hasil perhitungan sub-bab 3.3, diperoleh gaya tekan yang terjadi pada permukaan piston adalah : 2800 N. Gaya inersia F4 bekerja pada piston dihitung sepanjang komponen vektor j: F4

= -P + (M4 ).aB = -2800 + (0.150 + 0.05).8668.93 = -1066.21 N

Gaya inersia pada ujung connecting rod dapat dihitung: FB3 = MB3.aB = (0.059).8668.93 = 511.46 N, dan FA3 = MA3.aa = (0.147). 24615.86 = 3621.24 N Gambar iv menunjukkan gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme. Dari gayagaya tesebut: F4, FA3, FB3 dan Fcw diketahui besar arah dan vektornya, sedangkan verktor F14 hanya diketahui arahnya saja. Tidak ada gaya yang diketahui pada gaya F12, yang bekerja pada titik O2. Persamaan untuk gaya-gaya ini dapat ditulis: F4 = -1066.2 j

(2.9)

ix FB3 = FB3 j

(2.10)

= 511.46 j FA3 = FA3(cos(90-θ2)i + sin (90-θ2)j)

(2.11)

= 3621.24(cos(-330o)i + sin (-330o)j) = 3136.08 i + 1810.62 j Fcw = - FA3(cos(90-θ2)i + sin (90-θ2)j)

(2.12)

= -3621.24(cos(-330o)i + sin (-330o)j) = -3136.08 i - 1810.62 j F14 = F14 i

(2.13)

Pada gambar v, diperlihatkan diagram benda bebas piston dan bagian atas connecting rod. Pada elemen ini beraksi gaya-gaya F4, FB3, F14 dan FCR.

F4

4

F14 B

φ FB3

3

FCR

Gambar v. Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Piston.

x

FCR mempunyai arah garis gayanya adalah sepanjang connecting rod karena connecting rod diganti menjadi dua massa terkonsentrasi. Persamaan untuk FCR dapat ditulis sebagai berikut: FCR

= FCR (-sinø i + cosø j)

(2.14)

= -0.257 FCR i + 0.966 FCR j Dengan persamaan kesetimbangan, maka persamaan pada piston dan bagian ujung atas connecting rod dapat diselesaikan dengan rumus: F4 + FB3 + F14 + FCR = 0

(2.15)

-1066.21 j + 511.46 j + F14 i -0.256 FCR i + 0.966 FCR j Dengan melihat komponen vektor i, F14 i -0.257 FCR i = 0 Dengan demikian komponen vektor j, -1066.21 j + 511.46 j + 0.966 FCR j

=0

FCR = 573,95 N

dan,

F14 i -0.256 FCR i = 0 F14 i -0.257.(573,95) i = 0 F14 = 147.22 N

Dengan demikian, FCR

= -0.257 FCR i + 0.966 FCR j = -0.257 (573,95) i + 0.966 (573,95) j = -147.22 i + 554.45 j

F14

= 147.22 i

xi

FB3 F43

B

φ

3

FCR

Gambar vi. Gaya Yang Bekerja Pada Connecting Rod Terkonsentrasi di Titik B Pada gambar vi, disajikan gaya-gaya yang bekerja pada ujung atas (titik B) connecting rod. Pada ujung atas connecting rod bekerja gaya-gaya FB3, FCR, dan F43. Dengan persamaan kesetimbangan, dapat ditulis: FB3 + FCR + F43 = 0 dimana, F43 = F43 i + F43 j , sehingga: 511.46 j -147.22 i + 554.45 j + F43 i + F43 j = 0 Dengan memperhatikan komponen vektor i, -147.22 i + F43 i = 0 F43 i = -147.22 i dan komponen vektor j, 511.46 j +554.45 j +F43 j = 0 F43 j = -1066.21 j F43 F43

= -147.22 i - 1066.21 j = 1076.32 N

(2.16)

xii

FCR

3

FA3 F23 A

Gambar vii. Gaya Yang Bekerja Pada Batang Hubung di Titik A Gambar vii menampilkan diagram benda bebas pada ujung bawah (titik A) connecting rod yang dikenai gaya-gaya FCR, FA3, dan F23. Dengan persamaan kesetimbangan, dapat dituliskan: FCR + FA3 + F23 = 0

(2.17)

dimana, F23 = F23 i + F23 j , dan FCR yang bekerja pada titik B mempunyai arah yang berlawanan dengan FCR pada titik A, sehingga : FCR = 147.22 i - 554.45 j. Dengan mensubtitusikan kepersamaan 2.17, diperoleh: 147.22 i - 554.45 j + 3136.08 i + 1810.62 j + F23 i + F23 j = 0 Dengan memperhatikan komponen vektor i, 147.22 i + 3136.08 i + F23 i = 0 F23 i = -3283.31 i Dan komponen vektor j, - 554.45 j + 1810.62 j + F23 j = 0 F23 j = - 1256.23 j F23 = -3283.31 i - 1256.23 j

= 3417.60 N

xiii

o2 F32

2

cw

F12 Fcw

Gambar viii. Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Poros Engkol Gambar viii menampilkan engkol dan pengimbang dikenai gaya-gaya F32, FCW dan F12. Persamaan kesetimbangannya: F32 + FCW + F12 = 0

(2.18)

Dimana, F12 = F12 i + F12 j ; dan F32 = - F23 = 3283.31 i + 1256.23 j sehingga persamaan 2.18 menjadi: 3283.31 i + 1256.23 j -3136.08 i - 1810.62 j + F12 i + F12 j = 0 Dengan melihat komponen vektor i, 3283.31 i - 3136.08 i + F12 i = 0 F12 i = -147.23 i Dan komponen vektor j, 1256.23 j - 1810.62 j + F12 j =0 F12 j = 554.39 j F12

= -147.23 i + 554.39 j = 573.60 N

xiv Dengan membandingkan persamaan untuk gaya F12 dengan FCR yang beraksi pada titik B, kita dapat melihat bahwa dua buah vektor yang bekerja sejajar mempunyai nilai yang sama. Torka pada poros engkol Ts, dapat dihitung dengan korelasi: Ts

= F14 . h

(2.19)

= F14 .((L.cosø)+(R.cosθ2)) = 147.22 . ((0.105.cos14.86o)+(0.0311.cos60o)) = 147.22 x 0.1 = 14.72 Nm. C. Analisa Displacement Pada Crankshaft

Gambar ix. Posisi pegas pada crankshaft

Gambar ix menunjukkan kondisi pegas parallel dimana kondisi tersebut sama dengan simulasi. maka dari persamaan 3.3, diperoleh : xxy =

x xy =

f xy (−mω 2 + 2k )

573.60 (−2.2 x890 2 + 2 x1.10 8 )

x xy = 2.89E-06 m (displacement maksimum dengan k=1x10E8)

xv

LAMPIRAN 5 GRAFIK GABUNGAN

Gambar i. Kecepatan vs Sudut Engkol

xvi

Gambar ii. Percepatan vs Sudut Engkol

xvii

Gambar iii. Gaya Pada Main Bearing vs Sudut Engkol

xviii

Gambar iv. Displacement Crankshaft Pada Sumbu x vs Sudut Engkol

xix

Gambar iv. Displacement Crankshaft Pada Sumbu y vs Sudut Engkol

ANALISA PENGARUH KEKAKUAN PEGAS TERHADAP DISPLACEMENT PADA POROS ENGKOL (CRANKSHAFT) MENGGUNAKAN SIMULASI ELEMEN HINGGA

Recommend Documents