16
BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN REM TROMOL 3.1 Definisi Rem Rem adalah elemen mesin untuk memperlambat atau menghentikan putaran poros, dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki. Efek pengereman secara mekanis diperoleh dengan gesekan. Rem gesekan berdasarkan bentuk, dan penempatan bahan gesek terhadap bidang geseknya dapat diklarifikasikan sebagai berikut: a. Rem blok, yang dapat dibagi lagi atas rem blok tunggal, dan ganda. b. Rem drum atau tromol, biasa digunakan pada roda belakang otomotif. c. Rem cakram, sering digunakan pada roda depan otomotif. d. Rem pita, digunakan pada alat Derek.
3.2 Rem Tromol Salah satu jenis rem yang banyak digunakan dalam Teknik kendaraan adalah tipe internal expanding brake atau yang lebih dikenal dengan istilah drum brakes (rem tromol). Rem ini memakai sepasang semi circulator shoc (sepatu) dan biasanya memakai sistem hidrolik. Rem jenis ini dapat menghasilkan gaya pengereman yang besar, dimensi rem yang kecil, dan umur sepatu yang relatif lama. Kelemahan jenis rem ini adalah pelepasan panas ke lingkungan kurang baik.
Gambar 3.1 Rem Tromol
17
Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan dan dapat mengerem dengan halus. Di samping itu juga harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan yang kecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaran. Karakteristik gesekan dari beberapa macam bahan gesek diperlihatkan pada gambar berikut ini.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Damar cetak A (µ tinggi) Setengah logam (µ sedang) Logam (µ rendah) Tenunan tekstil khusus Damar cetak B (µ rendah) Karet cetak Rol
Temperatur permukaan gesek (°C)
Gambar 3.2 Karakteristik bahan gesek terhadap temperature
Tekanan
yang diizinkan Pa (kg/mm 2 ) untuk bahan-bahan yang
bersangkutan diperlihatkan dalam table berikut ini.
Tabel 3.1 Koefisien gesek dan tekanan rem Bahan Cakram
Bahan Gesek Besi cor
Besi cor Besi cor Besi cor
Koefisien Gesek µ
Tekanan Permukaan
Keterangan
2
Pa (kg/mm )
Perunggu Kayu Tenunan Cetakan (pasta)
0.10 – 0.20 0.08 – 0.12 0.10 – 0.20 0.10 – 0.35 0.35 – 0.60 0.30 – 0.60
0.09 – 0.17 0.05 – 0.08 0.02 – 0.03 0.007 – 0.07 0.003 – 0.18
Paduan sinter
0.20 – 0.50
0.003 – 0.10
Kering Dilumasi Kering – Dilumasi Dilumasi Kapas, asbes Damar, asbes, setengah logam Logam
Catatan: Jika kecepatan slip dan gaya tekan bertambah, maka µ berkurang Dalam perencanaan rem, persyaratan terpenting yang harus diperhatikan adalah besarnya momen pengereman yang harus sesuai dengan yang diperlukan. Di samping itu, besarnya energi yang diubah menjadi panas harus pula
18
diperhatikan, terutama berhubungan dengan bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak lapisan bahan gesek, tetapi juga akan menurunkan koefisien gesekan. Jika gaya rem persatuan luas adalah p (kg/mm 2 ) dan kecepatan keliling drum rem adalah v (m/s), maka kerja gesekan persatuan luas permukaan gesek persatuan waktu, dapat dinyatakan dengan µpv (kg.m/mm 2 .s). Besaran ini disebut kapasitas pengereman. Bila suatu permukaan rem terus-menerus bekerja, jumlah panas yang timbul pada setiap 1mm 2 permukaan gesek tiap detik adalah sebanding dengan µpv. Dalam satuan panas besaran tersebut dapat ditulis sebagai µpv/860 (Kcal/(mm 2 .s)). Bila harga µpv pada suatu rem lebih kecil dari pada harga batasnya. Maka pemancaran panas akan berlangsung dengan mudah, dan sebaliknya akan terjadi bila harga tersebut melebihi batas, yang dapat merusak permukaan lapisan gesek. Harga batas yang tepat dari µpc tergantung pada macam dan konstruksi rem serta bahan lapisannya. Namun demikian, pada umumnya kondisi kerja juga mempunyai pengaruh sebagai berikut: Tabel 3.2 Batas harga µpv pada pengaruh kondisi kerja
Batas Harga µpv
Pengaruh Kondisi Kerja
Kg.m / (mm 2 .s) 0.1 < x ≤ 0.3
Radiasi panas sangat baik
0.06 < x ≤ 0.1
Untuk pemakaian jarang dengan pendinginan radiasi biasa
≤ 0.06
Untuk pemakaian terus-menerus
Drum biasanya dibuat dari besi cor atau baja cor. Blok rem merupakan bagian yang penting. Dahulu biasanya dipakai besi cor, baja, perunggu, kuningan, tenunan, asbes, pasta asbes, serat, kulit, untuk bahan gesek, tetapi akhir-akhir ini banyak dikembangkan bahan gesek dari ferodo.
19
3.3 Gambar Rem Tromol dan Bagiannya Gambar perencanaan rem tromol (Drum Brakes) dapat dilihat pada gambar berikut ini. Keterangan gambar. 1. Piston penekan
10. Bantalan 2
2.
11. Karet rem
Bidang gesek (pad)
3. Penutup drum
12. Karet piston
4. Drum
13. Pen pegas
5. Silinder blok
14. Pegas penarik
6. Hub
15. Baut
7. Poros
16. Mur pengunci
8. Sepatu rem
17. Penjepit sepatu
9. Bantalan 1
Gambar 3.3 Komponen-komponen rem tromol
20
3.4 Cara Kerja Rem Tromol Prinsip kerja rem tromol dengan sistem hidrolik cukup sederhana. Drum berputar bersama dengan roda sedangkan sepatu dipasang pada axle housing sehingga sepatu tidak ikut berputar. Ketika pengemudi menginjak pedal rem, maka akan terjadi tekanan hidrolik pada master silinder yang kemudian diteruskan pada wheel cylinder. Wheel cylinder ini akan menekan sepatu rem sehingga sepatu rem akan bergesekan dengan permukaan dalam drum. Gaya gesek yang akan terjadi antara sepatu rem dan permukaan dalam silinder akan mengurangi kecepatan putaran poros. Akibat laju kendaraan akan berkurang. Kemudian untuk mengembalikan posisi sepatu rem ke kedudukannya semula sewaktu rem dilepas biasa digunakan sistem pegas.
3.5 Data-Data Teknis
Gambar 3.4 Pembebanan saat pengereman
Untuk perhitungan di bawah ini saya menggunakan data-data teknis dari mobil TOYOTA KIJANG jenis minibus model deluxe SSX Wk Berat kosong kendaraan = 1220 kg Wp Berat penumpang dengan asumsi untuk kapasitas 5 orang dengan berat rata-rata 60 kg = 300 kg Wt Berat total kendaraan = Wk + Wp = 1520 kg Wd Berat pada gandar depan = 0.4 Wt = 608 kg
21
Wb Beban pada gandar belakang = 0.6 x Wt = 912 kg L
Jarak gandar = 2300 mm
H Tinggi kendaraan = 1790 mm h
Tinggi titik berat = H / 3 = 1790 / 3 = 596,67 mm
pwd Tekanan minyak roda depan = 80 kg/cm 2 = 0,8 kg/mm 2 pwb Tekanan minyak roda belakang = 58 kg/cm 2 = 0,58 kg/mm 2
3.6 Perhitungan Rem Tromol Direncanakan: S
Jarak pengereman = 100 m, pada
V
Kecepatan rata-rata = 120 km/jam atau 33,33 m/s
Perhitungan pengereman: µ
Besar koefisien gesek ban dan jalan =
v2 2Sg
= α
33,33 2 = 0,57 2.(100).9,81
Perlambatan = µ g = (0,57).9,81 = 5,59 m/s 2
te
Waktu pengereman = =
v
α 33,33 = 5,96 detik = 6 detik 5,59
Ek Energi kinetik kendaraan = =
Wt 2 . 2g v
(
)
1520 . 33,33 2 = 86062,8 kgm 2.(9.81)
Beban dinamis: WdD Beban dinamis pada roda depan = Wd + Wt x µ x
h l
22
= 608 + 1520 x 0,57 x
596,67 2300
= 832,76 kg WdB Beban dinamis pada roda belakang = Wb − Wt x µ x
h l
= 912 - 1520 x 0.57 x
596,67 2300
= 687,24 kg
Gaya pengereman yang diperlukan untukmenghentikan kendaraan: BiD Pada gandar depan = µ . WdD = 0,57.(832,76) = 474,67 kg BiB Pada gandar belakang = µ . WdB = 0,57.(687,24) = 391,73 kg Untuk bahan gesek berupa cetakan FERODO dengan baja cor harga koefisien geseknya, µd = 0.,46 pada tekanan permukaan yang diizinkan, pa = 10 kg/cm 2
3.6.1 Pehitungan luas bidang gesek Direncanakan: R1 Jari-jari luas bidang gesek
= 100 mm
R2 Jari-jari dalam bidang gesek
= 97 mm
θ Besar sudut kontak bidang gesek = 90° Z Banyak kerja rem per jam
= 80 kali / jam
L Waktu pemakaian rem
= 600 jam
Ak Kerja untuk menghabiskan bahan Gesek persatuan volume
Diketahui: Nmax Daya maksimum = 75 PS n
Putaran
= 5000 rpm
= 75 dk / cm 3
23
Maka: Rm Jari-jari rata-rata pad = =
R1 + R2 2
100 + 97 = 98,5 mm 2 N max n
Mp Momen puntir = 71620 .
75 = 1074,3 kg cm 5000
= 71620 .
= 10743 kg mm Mg Momen geser = (1,5 – 2) . Mp = 1,5 . 10743 = 16114,5 kg mm W=
2πn 2π .5000 = = 523,6 rad/det 60 60
Ag Kerja yang hilang = =
M g .w.te 2 16,1145.(523,6).6 = 25312,66 kgm 2
Ng Daya kerja yang hilang =
=
Ag × Z Ak × 3600 25312,66 x80 = 3,75 dk 150 x3600
Fk tot Luas total bidang gesek =
= P Panjang bidang gesek =
N g .L Ak .α
3,75 x600 = 60 cm 2 = 6000 mm 2 150 x0,25
θ 360°
x 2π .Rm
90° x 2π 98,5 = 154,72 mm 360°
24
F1/2 Luas satu bidang gesek = = B Lebar bidang gesek = =
1 x Fktot 2 1 x 60 = 30 cm 2 = 3000 mm 2 2
F1/ 2 P
3000 = 19,4 mm 154,72
3.6.2 Perhitungan diameter piston penekan F Gaya yang timbul pada bidang gesek = pa . Ar = 0,1 . (6000) = 600 kg Ac Luas penampang piston penekan =
Dc Diameter piston penekan =
=
600 F = = 1034,48 mm 2 Pwb 0,58
4. Ac
π 4.1034,48
π
= 36,29 mm
BdB Kemampuan pengereman pada gandar belakang
R = 2. (2 µ d ) .Pwb.Ac. m Rban 98,5 = 2.(2 x 0,46).0,58 x 1034,48 x 217,5 = 499,97 kg
25
3.6.3 Perancangan poros
Gambar 3.5 Letak bantalan dan pembebanan pada poros
Keterangan gambar: LA = 25 mm
L1 = 30 mm
LB = 12,5
L = 70 mm
Gaya-gaya yang bekerja pada poros: Psb Beban pada poros roda belakang = Pra Gaya radial pada bantalan A = =
Wdb 687,24 = = 343,62 kg 2 2
Psb .LB L A + LB
343,62.12,5 = 114,54 kg 25 + 12,5
PrB Gaya radial pada bantalan B = Psb – Pra = 343,62 – 114,54 = 229,08 kg MID Momen lentur pada poros roda belakang = Pra.L1 + Prb.L = 114,54.(30) + 229,08.(70) = 19471,8 kgmm
26
Bahan poros ditentukan BD 60 yang memiliki kekuatan tarik, σ = 60 kg/mm 2 dan faktor keamanan, Sf = 8
σ bol kekuatan tarik yang diperbolehkan = Ds Diameter poros =
3
10.M id
σ bol
=3
σ Sf
=
60 = 7,5 kg/mm 2 8
10.19471,8 = 29,6 mm 7,5
Maka diambil poros dengan diameter 30 mm
3.6.4 Perancangan bantalan Direncanakan: Lh Umur dari bantalan = 25.000 jam n Jumlah putaran per menit =
v 2000(m / menit ) = = 1463,5 rpm π .Dban 2 x0,2175.π
= 1500 rpm 1
33,3 3 fn Faktor putaran = n 1
33,3 3 = = 0,28 1500 1
L 3 fh Faktor umur = h 500 1
25000 3 = = 3,68 500 Faktor lainnya: X=1
Y=0
V=1
27
Gambar 3.6 Bentuk FAG Tapered Roller Bearings
3.6.4.1 Untuk bantalan A PA Beban yang bekerja pada bantalan A = X.V.Pra + Y.PaA = (1).(1).114,54 + (0).PaA = 114,54 kg C Beban dinamis = P
fh 3,68 = 114,54 = 1505,38 kg 0,28 fn
Untuk ukuran poros dengan diameter 40 mm, maka bantalan yang akan digunakan adalah tipe FAG 32008XA, dengan C Kapasitas beban dinamis = 45,5 kN = 45500 N = 4642,86 kg Co Kapasitas beban statis = 39,0 kN = 39000 N = 3979,60 kg
3.6.4.2 Untuk bantalan B PB Beban yang bekerja pada bantalan B = (1).(1).229,08 + (0).PaB = 229,08 kg C Beban dinamis = 229,08.
3,68 = 3010,76 kg 0,28
28
Untuk ukuran poros dengan diameter 35 mm, maka bantalan yang akan digunakan adalah tipe FAG 30207A, dengan C Kapasitas beban dinamis = 45,5 kN = 45500 N = 4642,86 kg Co Kapasitas beban statis = 34,0 kN = 34000 N = 3469,39 kg
3.6.5 Perancangan baut Untuk perancangan baut ini dipilih bahan BD 60 yang memiliki
σ Kekuatan tarik = 60 kg/mm 2 Sf Faktor keamanan = 7
σ bol Kekuatan tarik yang diperbolehkan = τ bol Tegangan geser yang diperbolehkan =
σ Sf
=
σ bol 3
60 = 8,57 kg/mm 2 7 =
8,57 = 4,95 kg/mm 2 3
Gambar 3.7 Jenis-jenis kerusakan pada baut
3.6.5.1 Perancangan baut penutup lubang buang udara Pw Gaya tekan minyak = 58 kg/cm 2 P Gaya yang ditahan oleh baut = 1,6 kg/mm 2 Dk Diameter baut =
=
4.P π .σ bol 4.(1,6) = 0,4 mm π .(4,95)
Maka diambil baut M 4
29
3.6.5.2 Perancangan baut pengikat ban Diketahui: T Momen puntir mesin 16,5 kgm pada putaran 2400 rpm I5 Perbandingan gigi mundur = 4,743 IF Perbandingan gigi akhir = 1 : 4,1 n Jumlah baut = 4 buah D Diameter peletakan baut = 120 mm
Maka: Tg Momen puntir maksimal pada gigi mundur =
=
T × I5 IF
16,5 × 4,743 = 19,09 kgm 4,1
Tb Momen puntir pada saat pengereman = F(2. µ d ).Rm = 700(2 x 0,46) (98,5) = 63434 kgmm P Gaya pada baut =
=
2Tb nD
2.(63434) = 264,31 kg 4.(120)
Dp Diameter inti baut =
=
4. P π .τ bol 4.(264,31) = 8,25 mm π .( 4,95)
Maka diambil baut M 9
3.6.5.3 Perancangan baut pengikat hub dengan drum Diketahui: n jumlah baut 4 buah D Diameter peletakan baut = 130 mm
30
Maka: P Gaya pada baut =
2Tb 2.(63434) = = 243,97 kg 4.(130) nD
Dp Diameter inti baut = Maka diambil baut M 10
4.P = π .τ bol
4.( 243,97) = 7,92 mm π .(4,95)
