BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN DESAIN RANGKA DAN BODY 3.1 Diagram Alir Proses Perancangan Data proses perancangan kendaraan hemat bahan bakar seperti terlihat pada diagram alir berikut ini : Mulai Perhitungan Kekuatan Rangka Menghitung Element Mesin Baut Menghitung Poros
Menghitung Bantalan
Perhitungan Pegas Perhitungan Kendaraan Berdasarkan Kapasitas Gesek
Perhitungan Gaya Hambat Kendaraan Gambar Teknik
Kesimpulan
Selesai Gambar. 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perhitungan 47
3.2 Data dan Spesifikasi Kendaraan
Gambar 3.2 Kendaraan Hemat Bahan Bakar
Perencanaan kendaraan ini menggunakan mesin 4 langkah yang telah dimodifikasi. Spesifikasi rangka kendaraan yang rencana akan dibuat : a. Panjang
= 200 cm
b. Lebar
= 80 cm
c. Tinggi
= 110 cm
d. Jarak sumbu = 142 cm
3.3 Penghitungan Rangka Perancangan
rangka
ini
dirancang
seringkas
mungkin
untuk
mengurangi beban yang berlebih pada rangka, tapi dalam perancangan tetap memperhitungkan segala aspek yang diperlukan dalam perancangan. Selain itu dalam pembuatan kendaraan ini juga mempertimbangkan proses perawatan yang sangat penting untuk suatu kendaraan.
48
Dengan alternatif rangka yang ada, alternatif desain dengan model rangka H merupakan alternatif yang terbaik untuk acuan pembuatan kendaraan hemat bahan bakar. Karena untuk pembuatnnya lebih mudah dan tidak terlalu banyak penyambungan. Dan satu rangka ini menjadi satu rangka utama yang akan menompang mesin dan pengemudi.
Gambar 3.3 Rencana Rangka
Yang dimaksud rangka utama adalah bagian rangka yang memiliki kelurusan dari depan sampai belakang atau tidak terdapat sambungan sehingga akan didapat rangka yang lebih kuat. Rancangan dibuat seperti gambar, dalam perkembangannya rangka dibuat lebih rumit jika analisis kekuatan terbukti kuat maka rancangan riil bisa lebih kuat. Tinjauan yang sesuai keadaan riil sulit dilakukan secara manual dan perlu perangkat lunak.
49
Gambar 3.4 Diagram pembebanan
Keterangan gambar: A, B
= Titik tumpu beban kendaraan
a, b dan c = Titik tumpu penampang Wm
= Beban mesin
W1
= Beban orang di penampang 1
W2
= Beban orang di penampang 2
Pada analisis rangka kendaraan ini, data dari rangka dan beban statis utamanya adalah: 1. mesin 2. pengemudi 3. chassis Karena beban masing-masing diatas penempatannya simetris sama, maka secara riil tiap-tiap roda baik samping kanan maupun kiri mendapat pembebanan yang sama pula.
50
3.3.1. distribusi beban statis pada frame chassis kendaraan 1. Distribusi beban statis 1) Beban mesin didistribusikan ke sisi kanan dan sisi kiri rangka, dengan data sebagai berikut: Wm
= 35 kg
l1 l2 = 17 cm
Wm A1 l1
C
l2
A2
ΣMA1 = 0 Wm. l1 - A2. ( l1 + l 2 ) = 0 35.17 – A2.34
=0 595 34
A2
=
A2
= 17,5 kg
ΣMB = 0 A1 MC
= A2 = 17,5 kg
= 13,5.17 = 297,5 kg.cm
51
2) Beban pengemudi didistribusikan ke kanan dan ke kiri a) Penampang 2 Beban di penampang 2 adalah beban pengemudi sebesar 56 kg, karena beban ini diterima 2 penampang maka beban dibagi 2, jadi beban yang digunakan untuk mengkalkulasi beban dipenampang 2 adalah W2 = 56 kg:2 =28 kg
l1 l 2 13 cm
W2 B1
l1
l2
C
B2
ΣMA = 0 W2. l1 - B2. ( l1 + l 2 )
=0
28.13 – B2.26
=0 364 26
B2
=
B2
= 14 kg
1. B1= B2 = 14 kg MC
= 14.13 = 182 kg.cm
52
b) Penampang 1 Beban yang digunakan adalah beban dari penumpang yang duduk telentang, jadi beban yang didapat adalah beban kaki pengemudi. W1 = 13 kg
l1 l 2 11,5 cm
W1 BR1
l1
l2
C
BR2
ΣMA = 0 W2. l1 - BR2. ( l1 + l 2 ) = 0 13.11,5 – BR2.23
MC
=0 149 23
BR2
=
BR2
= 6,5 kg
BR1
= BR2 = 6,5 kg
= 6,5.11,5 = 74,75 kg.cm
3) Perhitungan reaksi tumpuan rangka utama pada sumbu roda depan dan belakang
53
Dari beban yang dihitung diatas, maka dapat digunakan sebagai perhitungan. Beban yang diterima pada sumbu roda depan dan belakang digambarkan dan dapat dihitung dengan data sebagai berikut: A1 = 17,5 kg
l1 = 45 cm
B1 = 14 kg
l 2 = 14 cm
BR1= 6,5 kg
l3 = 73 cm
l 4 = 10 cm A1 A
l1
C l2
B1
BR1 l3
D
E l4
B
ΣMA = 0 A1. l1 + B1.( l1 + l 2 ) + BR1.( l1 + l 2 + l3 ) – B. ( l1 + l 2 + l3 ) = 0 17,5. 45 + 14.59 + 6,5.132 – B.142
=0
787,5 + 826+858 – B.142
=0 B =
2471 ,5 17 ,405 kg 142
ΣMB = 0 A – A1.( l 2 + l3 + l 4 ) + B1.( l3 + l 4 ) + BR1. l 4 = 0 A – 17,5.97 – 14.83 – 6.5.10
=0
A.142 – 1697,5 – 1162 – 65
=0 A =
MC
2924 ,5 20 ,595 kg 142
= A. l1 = 20,595.45 = 926,775 kg.cm
54
= A. ( l1 + l 2 ) – A1. l 2
MD
= 20,595.59 – 17,5.14 = 970,105kg.cm = A. ( l1 + l 2 + l3 ) – A1. ( l 2 + l3 ) – B1. l3
ME
= 20,595.132 – 17,5.87 – 14.73 = 174,04kg.cm
Gambar 3.5 SFD dan BMD beban rangka yang terjadi
3.3.2. Ditinjau dari tegangan geser Bahan rangka alumunium paduan 1100 tegangan tarik 90-170MPa = 9,17kg/ mm
2
Angka keamanan : 8,
9,17 1,146kg / mm 2 8
Tegangan geser ijin bahan g 0,8. ijin 0,8.1,146 0,92kg / mm 2 Moment inersia bahan alumunium rangka
55
Gambar 3.6 Bentuk bahan rangka
Luas bahan rangka : A 30 . 70 28 , 67 . 68 , 67 2 A 131 ,23 mm
Moment inersia :
Ix
A
Gambar 3.7 Menghitung moment inersia
B
Maka moment inersianya adalah:
2 2 I I A . y I A . y x A A A B B B
3 3 30 . 70 28 , 67 . 68 , 67 2 2 I 30 . 70 . 0 28 , 67 . 68 , 67 . 0 x 12 12 4 I 83844 , 550 mm x
56
Dimana: I x = Moment inersia
I A = Moment inersia bangun A I B = Momnet inersia bangun B
y A = Titik berat A y B = Titik berat B
Perhitungan tegangan yang terjadi pada rangka utama, maka yang mampu diterima oleh rangka adalah :
F max 14 A 131,23
0,106kg / mm 2 ijin Dimana:
= Tegangan (kg/mm 2 )
Fmax = Gaya normal (kg) = Luas (mm 2 )
A
Ditinjau dari tegangan bengkok yang terjadi pada rangka utama M m a x 9 7 0 1 ,0 5 Ix 8 3 8 4 4 ,5 5
2 0,115kgm / m ijin
57
3.3.3. Analisa titik berat
Gambar 3.8 Titik berat kendaraan
Data-data yang didapat: Beban kendaraan kosong
= 52 kg
Beban pengemudi
= 70 kg
Beban total
= 122 kg
Massa gandar depan
= 16,5 kg
Massa gandar belakang
= 35 kg
Gambar 3.9 Analisa titik berat dari samping
58
Dimana: TB = Titik berat H = Tinggi titik berat Lf = Jarak titik berat dari poros depan Lr = Jarak titik berat dari poros belakng L = Jarak sumbu roda Wr = Beban di roda belakang Wf = Beban di roda depan
Dari data tersebut didapatkan jarak titik berat dari poros roda depan Lf =
mr .L m
=
35.1420 122
= 407,47 mm
Jarak titik berat dari poros roda belakang Lr =
m f .L m
= 16,5.1420 122 = 192,05 mm
Tinggi titik berat H = r+hf
59
Dimana, hf =
m f .L m.Lr m. tan
sin = r/L= 0,3/1,42
=0,21,
Sehingga, hf =
=
=
m f .L m.Lr m. tan 16,5.1,42 122.0,19 122. tan 0,21
0,25 0,05 m 0,45
H = r + hf = 0,3+0,05= 0,35 m
3.4 Penghitungan Sambungan Rangka 3.4.1 Sambungan untuk penampang mesin Beban mesin dan chassis
= 35 kg
Beban di titik A
= 17,5 kg = 171,675 N
Spesifikasi baut : Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C 2 /mm Tegangan tarik ijin a 6kg
Tegangan geser ijin
a(0 ,5 0 ,75 ). a 60
a 6kg / mm2 a 0,5.6 3kg / mm2 Model penyambungan adalah baut yang dibebani sejajar dan tegak lurus sumbu baut.
Gambar 3.10 Sambungan baut (Sitanggang, N)
Pada rangka nyatanya penyambungan akan dilakukan seperti gambar dibawah
61
Gambar 3.11 Pembebanan sambungan
Penyambungan dengan menggunakan plat profil L ukuran 25 x 25 x 3 yang memiliki tegangan tarik (terlampir) untuk menyambungkan penampang dengan rangka utamanya..
Gambar 3.12 Plat L penyambung
Dengan penyambungan seperti itu maka baut mengalami gaya resultan, maka:
Gambar 3.7 Gaya resultan
62
Ps Gambar 3.13 Gaya resultan baut karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang diterima tiap bagian sambungan:
P , 6755 A 171 85 , 837 N 2 2
Dan untuk gaya gesernya adalah
P P s 2 85 ,837 P 42 ,918 N s 2
Torsi yang terjadi di tiap baut sebesar:
T P . 25 T 85 , 837 . 25 2145 , 944 N . mm
Gaya ( F1 ) yang terjadi terhadap baut: Lebar plat 25 mm, karena sumbu baut berada tepat ditengah plat penyambung, maka 25 : 2 = 12,5 mm F1 .(12,5 2 12,5 2 ) 12,5 312,5.F1 2145,944 12,5 26824,297 F1 312,5 F1 85,837 N
T
63
12,5 12,5 F2 85,837.1 F2 F1 .
F2 85,837 N
Gaya resultan yang terjadi: 2 2 F F R P s 1 2 2 F ,918 85 ,837 R 42
F 95 ,969 N R
Diameter baut
2 .d . 4 F .4 d2 R . 95 ,969 .4 d2 3,14 .3 FR
d 40 ,75 6,38 mm
Dengan demikian baut yang akan digunakan adalah M8 dengan spesifikasi baut sebagai berikut: d = 8 mm
d1 = 6,647 mm
d 2 = 7,188 mm
P = 1,25 mm
H 1 = 0,677 mm
Gaya akibat pengencangan
= 10%.171,675 = 17,1675 N
64
Gaya total
= 171,675 + 17,1675 = 188,325 N
Faktor keamanan
= 1,2
Maka W adalah
= 188,325.1,2 = 225,99 N
Jumlah baut (n) untuk mengikat di rangka utama pada penampang mesin adalah 8 baut, maka beban yang diterima baut (Ws): W total W s n 225 ,99 W 28 ,25 N s 8
Maka jumlah ulir ( z ) adalah: Ws .d .q 2H 1 a
z
28 ,25 z 0 ,62 mm 3 ,14 .7 ,188 .0 ,677 .3
Tinggi mur: H = z.p = 0,62.1,25 = 0,775 mm
Ukuran standar H = 0,8.p H = 0,8.1,25 = 1 mm
65
Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84
Ws . d . k .p . z 28 , 25 b
1
b
2 2 , 08 N /mm 3 , 14 . 6 , 647 . 0 , 84 . 1 , 25 . 0 , 62
Pembebanan tegangan geser aksial murni Ws 2 .d1 4 28 ,25 2 t 0,82 N/mm 3,14 2 .6,647 4
t
3.4.2 Sambungan untuk penampang pengemudi Beban pengemudi total
= 70 kg
Beban diterima 2 penampang, 56:2 = 28 kg Maka W adalah: = m. f c = 28.1,2 = 33,6 kg Beban di titik A = 14 kg 137,34 N
Spesifikasi baut : Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C 2 /mm Tegangan tarik ijin a 6kg
66
Tegangan geser ijin
a(0 ,5 0 ,75 ). a
a 6kg / mm2 a 0,5.6 3kg / mm2 Sambungan yang digunakan untuk menyabung bagian ini berbeda dengan sambungan sebelumnya. Sambungan ini model sambungan baut dengan 1 irisan (tegangan geser tegak lurus dengan sumbu baut).
Gambar 3.14 Pembebanan sambungan (Sitanggang, N)
Diameter inti baut d=
=
4.m . 4.33,6 = 4,22 mm 3,14.3
Untuk keamanan dipilih baut dengan diameter lebih besar, yaitu baut M6. d = 6 mm
d1 = 4,917 mm
d 2 = 5,350 mm
P = 1 mm
H 1 = 0,541 mm
67
Karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang diterima tiap bagian sambungan: P , 34 A 137 68 ,67 N 2 2
Gaya akibat pengencangan f = 10%.68,67 N = 6,867 N Gaya total = 68,67 + 6,867 = 75,537 N
Jumlah baut ( n ) 5, maka beban yang akan diterima baut adalah Wtotal n
Ws =
=
75 ,537 15 ,107 N 5
Maka jumlah ulir ( z ) adalah: z
Ws .d 2 H 1 .q a
z
15,107 0,55mm 3,14.5,350.0,541.3
Tinggi mur: H = z.p = 0,55.1 = 0,55 mm
68
Menurut standar: H = 0,8.p H = 0,8.1 = 0,8
Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84 Ws b . d . k .p .z 1
b
15 , 107 2 2 , 12 N /mm 3 , 14 . 4 , 917 . 0 , 84 . 1 . 0 , 55
Pembebanan tegangan geser aksial murni Ws 2 .d1 4 15 ,107 2 t 0,7959 N/mm 3,14 2 .4,917 4
t
3.5 Perencanaan dan Perhitungan Poros Poros adalah bagian dari elemen mesin yang sangat penting. Bukan hanya dalam permesinan produksi saja, pada kendaraan pun poros sangat dibutuhkan untuk mendistribusikan tenaga ke roda supaya kendaraan dapat berjalan sesuai harapan. Dalam perancangan kendaraan ini terdapat dua poros yang perlu direncanakan, yaitu:
69
3.5.1 Perencanaan poros utama ( poros belakang )
Gambar 3.15 Desain poros belakang
Perhitungan poros belakang jika dengan melihat dari pembebanan dan kecepatan asumsi. Massa yang akan diterima poros belakang 35 kg. F = massa . grafitasi F = 35 kg x 9,81 = 343,35 N
Maka W adalah: f 343,35 l 25 W 13,734 N / cm W
Berikut gambar dari gaya yang bekerja terhadap poros belakang kendaraan W
A l1 C
l2
D
l3
B
70
ΣMA = 0 l 2 W . l .( l ) RB .( l l l ) 2 1 1 2 3 2
=0
25 13 , 74 . 25 .( 24 ) RB .( 24 25 24 ) =0 2 13 ,734 .25 .36 ,5 RB 73
=0 RB
=
12532 ,275 171 ,675 N 73
ΣMA = 0 RA = RB
= 171,675 N
MA = 0 MB = 0 MC = RA.24 = 171,675.24 = 4120,2 N.cm MD = RA.49 - W.25.12,5 =171,675.49-13,734.25.12,5 =4120,2 N.cm
Momentnya sama besar, karena beban terdistribusi secara merata ditengah-tengah poros, besarnya moment yaitu: 4120,2N.cm Spesifikasi bahan poros: Bahan
= ST 60
Tegangan tarik ( σ )
= 60 kg/ cm
3
71
Massa jenis ( )
= 7,89. 10 kg/ m
Faktor keamanan ( Sf1 )
=6
Faktor keamanan ( Sf 2 )
= 1,3
Tegangan geser ijin ( τ )
= (0,5-0,75). σ
3
τ
3
60 3 7 , 6 kg / mm = ( Sf . Sf ) 6 . 1 , 3 1 2
Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ τ
= 3,8.5,7 = 1,9 kg/ mm = 18,639 N/ mm
Kecepatan (V)
3
3
= 50 km/jam = 833,35 m/menit
Massa: a) Mesin
= 35 kg
b) Pengemudi
= 70 kg
c) Chassis
= 17 kg
Massa total
= 122 kg
W
= 122.9,81 = 1196,82 N
Maka daya yang dihasilkan adalah: W.V
= 1196,82.833,35 = 16622,833N
m
s
= 16,623 kw 22,598 Hp
72
Maka torsi yang terjadi adalah: T
= W.r = 1196,82 . 0,3 = 359,046 N.m
Maka putaran yang dihasilkan jika kendaraan melaju dengan kecepatan 50km/jam ( 833,35 cm/menit ) adalah: Jika n = kecepatan putar dalam rpm, maka kecepatan sudut dari roda adalah: =
V r
=
833,35 0,3
= 2777,83 rad/min
Karena perbandingan roda giginya adalah 32 : 14 = 2,28 : 1, maka kecepatan sudut roda tersebut adalah:
= 2777,83 . 2.28 = 6333,45 rad/menit
Dan putaran dalam rpm : n
=
2.
6333,45 = 2.3,14 = 1008,52 rpm
73
Moment puntir ekuivalen Te
M2 T2 2 2 4 1 ,2 0 2 3 5 9 ,0 5
3 6 1 ,4 0. N m
Perhitungan diameter poros yang diijinkan : d
=3
16.Te .
=3
16.361400 3,14.18,64
=3
5782400 58,526
= 3 98800,53 = 46,23 mm
3.5.2 Perencanaan poros depan ( gandar )
3.16 Perencanaan gandar
74
Data gandar: Pengemudi di penampang2 = 13 kg Pegas daun
= 3,5 kg
Maka totalnya
= 16,5 kg
Karena diterima 2 gandar maka 16,5 : 2
= 8,25 kg
Panjang
= 160 mm
Bahan
= ST 60
Tegangan tarik ( σ )
= 60 kg/ cm
Massa jenis
= 7,89. 10 kg/ m
Faktor keamanan ( Sf1 )
=6
Faktor keamanan ( Sf 2 )
= 1,3
Tegangan geser ijin ( τ ) σ
3
3
3
= (0,5-0,75). σ
6 0 3 7 ,6 = ( kg/ mm S fS . f ) 6 . 1 , 3 1 2
Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ τ
= 3,8.5,7 = 1,9 kg/ mm = 18,639 N. mm
3
3
Maka moment yang terjadi pada poros adalah M
= W.L 75
= 8,25.160 =1320 kg.mm
Maka diameternya adalah M 1320
=
.b .d 3 32
3 = 0,098.7,6. d
d3
= 1320:0,7448
d
= 12 mm
3.6 Perencanaan dan Perhitungan Bantalan Poros 3.6.1 Perencanaan bantalan poros utama ( poros belakang ) Diameter poros
= 45 mm
Nomor seri bantalan = 6009 Diameter dalam ( d ) = 45 mm Diameter luar ( D )
= 75 mm
Lebar bantalan ( B ) = 16 mm Radius bantalan ( r ) = 1,5 mm Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C )
= 1640 kg
Kapasitas nominal statis spesifik ( Co )
= 1320 kg
Putaran (n)
= 1008,52 rpm
Bantalan pada poros utama : Bantalan pada titik A (RA) =
76
RA = 132,435N = 17,5 kg RA 17 ,5 0 ,01325 Co 1320
(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan) V = 1,2 X = 0,56 Y = 2,30
Beban ekuivalen Pr = X.V.Fr + Y.Fa Pr = 0,56.1,2.17,5 + 2,30.0 Pr = 11,76 kg
Perhitungan umur bantalan Faktor keamanan: 1
.3 3 33 fn n 33.3 fn 1008,52 f n 0,42
1
3
0,0041625
Faktor umur: C fh fn. P 1640 fh 0,42 . 12 ,9 11 ,76
77
Umur nominal bantalan: Ln = 500. f h
3
Ln = 500.12,93 = 1073344,5 jam
Umur bantalan p
C L = x106 Pa 3
1640 6 L = .10 11, 76 = 2712124,23. 106
Umur bantalan menrut sularso Lh =
=
L 60.N
2712124, 23.10 6 60.1008,52
= 44820202,39 jam
Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % : Ln = a1 . a2 . a3 . Lh = (0,21) . 1 . 1 (44820202,39) = 9412242,5 jam 78
3.6.2 Perencanaan bantalan poros depan (gandar) Diameter poros
= 12 mm
Nomor seri bantalan = 6001 Diameter dalam ( d ) = 12 mm Diameter luar ( D )
= 28 mm
Lebar bantalan ( B ) = 8 mm Radius bantalan ( r ) = 0,5 mm Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C )
= 400 kg
Kapasitas nominal statis spesifik ( Co )
= 229 kg
Bantalan pada poros utama Bantalan pada titik A (RA): WA = 8,25kg RA 8 ,25 0 ,036 Co229
(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan) V = 1,2 X = 0,56 Y = 1,71
Beban ekuivalen: Pr = X.V.Fr + Y.Fa Pr = 0,56.1,2.8,25 + 2,30.0 Pr = 5,544 kg
79
Perhitungan umur bantalan Faktor keamanan: 1 /3
3 .3 3 fn 0 ,0 0 4 1 6 2 5 4 2 ,3 3 4 fn 0 ,4 2
Faktor umur: C fhfn. P 4 0 0 fh0 ,4 2 . 3 0 ,3 0ja m 5 ,5 4 4
Umur nominal bantalan: Ln = 500. f h
3
Ln = 500.30,303 = 13909063,5 jam
Umur bantalan p
C L = x106 Pa 3
400 6 L = .10 5,54 = 3764000,92. 106
80
Umur bantalan menrut sularso Lh =
=
L 60.N
376400,92.10 6 60.1008,52
= 6220351,32 jam
Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % : Ln = a1 . a2 . a3 . Lh = (0,21) . 1 . 1 (6220351,32) = 1306273,78 jam
3.7 Perhitungan Komponen-Komponen Shock Absorber dan Pegas Daun Kendaraan 3.7.1 Shock absorber Besarnya diameter kawat yang dipilih harus mampu untuk menahan beban kejut maksimum dari kendaraan serta mampu untuk meredam getaran atau lendutan-lendutan yang terjadi pada kendaraan tersebut sehingga pengendara dapat berkendara dengan nyaman dan nyaman 1) Mencari luasan diameter kawat Diketahui: Beban pengemudi
= 70 kg
Beban mesin dan chassis belakang
= 35 kg 81
w0,65 .tarik
w0 ,65 .150 97 ,5kg.mm Mw P.
D kg.mm 2
Mengingat bahwa Sedangkan
Mw Ww.w
3 3 M ( ). d 0 ,2 .d w 16
Maka besarnya diameter kawat pegas adalah: Mw Ww.w
Maka: D W . 0 ,2 .d3.w 2
D 105 . 0,2.d3.97 ,5 2 105 .D 0,2.d3.97 ,5 2 105 . D 2 . 0 , 2 . 97 , 5 105 . D d3 0 , 4 . 97 , 5 105 . 8 . d d3 0 , 4 . 97 , 5 105 . 8 d2 0 , 4 . 97 , 5 d3
82
d
840 0,4.97,5
d
840 39
d 21,534 d 4,4mm 5mm
Diameter lilitan pegas D = 8.d D = 8.5 D = 40 mm
2) Jumlah lilitan aktif pegas Perhitungan jumlah lilitan untuk jenis-jenis jumlah gulungan yang tak aktif (ND) pada pegas tekan: 1 a) kedua ujung pegas polos, putaran kekanan, ND = 2
b) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekanan, ND =1 c) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekiri, ND =2 d) kedua ujung pegas polos dan digerinda, putaran kekiri, ND =1 Jenis ujung yang dipakai menghasilkan gulungan-gulungan yang mati atau tak aktif pada setiap ujung pegas tersebut, dan ini harus
83
dikurangi dari jumlah gulungan total untuk mendapatkan jumlah gulungan yang aktif. Maka: N NT ND N 131 N 12
3) Konstanta pegas Untuk mencari konstanta dan lendutan yang terjadi pada pegas maka harus diketahui terlebih dahulu diameter rata-rata lilitan pegas. Maka, mencari diameter lilitan rata-rata: D d 2 40 5 Dratarata 2 Dratarata 22,5mm` Dratarata
Maka untuk mencari konstanta pegas dapat dicari dengan menggunakan rumus: 4 G.Drata K 8.n.d3
84
Gambar 3.17 Pegas spiral 8000 .22,54 8.12.53 2050312500 K 12000 2 K1,70859 .105kg/mm K
Defleksi/lendutan yang disebabkan oleh beban sebesar W1 (kg) 3 8 .W 1 .d rata .n 4 d .G 8 . 105 . 22 , 5 3 . 12 5 4 . 8000 114817500 5000000 22 , 96 mm
85
Panjang pegas spiral sewaktu dibebani beban sebesar 105 kg L1 8.d N.Dp L1 401214 L1 66mm
Dimana:
L1 = Panjang pegas sewaktu dibebani (mm) D = 8.d = Diameter pegas (mm)
Panjang pegas sebelum diberi beban L0 L1 L0 6622,96 L0 88,96mm
Dimana: L0
= Panjang pegas sebelum diberi beban (mm)
L1 = panjang pegas sewaktu dibebani (mm)
= lendutan/defleksi (mm)
Jika diameter kawat adalah ds (mm), maka besarnya moment tahanan puntir kawat adalah:
Ww ( ).d 3 16 D T ( ).W1 2
86
Maka tegangan gesernya adalah:
a
T 16 D .W1 . W w .d 3 2
8 .D .W1 kg / mm 2 3 .d 8 .40 .105 a 3,14 .7 3
a
a 31,19 kg / mm 2
Mencari tegangan tekan yang dijinkan pada bahan, maka didapat dengan menggunakan rumus:
tekan
max
V 31,19 tekan 12 tekan 2,6(kg/ mm2 )
Dimana:
tekan = tegangan tekan yang diizinkan pada bahan 2
(kg/ mm )
max =tegangan maksimal bahan V
= factor keamanan
Tegangan tekan yang terjadi pada bahan
tekan
F A
87
Dimana: A
.d 2
4 A 0,785.52 A 19,625mm2
Maka: F A 105 tekan 19,625
tekan
tekan 5,3(km/ mm2 ) Dimana:
tekan = tegangan tekan yagn terjadi (kg/ mm 2 ) F
= beban maksimal (kg)
A
= Luas penampang ( mm )
2
Dari perhitungan yang telah dilakukan ternyata tekan < tekan atau 2
2
(2,6 kg/ mm ) < (5,2 kg/ mm ), maka bahan cukup kuat dan aman untuk digunakan.
Poros Untuk mencari dimensi poros yang akan digunakan sebagai peredam pada suspensi maka harus menghitun terlebih dahulu luas
88
penampang atau diameter poros yang akan digunakan dengan asumsi bahwa poros yang akan digunakan terbuat dari bahan baja S30C, maka:
F A
48
105 0 , 785 . d
2
0 , 785 . d 2 . 48 105 d
105 0 , 785 . 48
d 1 , 67 mm 4 mm
Ternyata dengan beban 105 kg dengan bahan poros yang sama tidak memerlukan diameter yang besar seperti pada poros sepeda motor yang berdiameter 10 mm.
Mencari panjang poros L = 10.d L = 10.10 L = 100 mm Dimana: L = Panjang poros (mm) d = Diameter poros (mm)
Mur dan baut Perhitungan mur dan baut dilakukan untuk mengetahui diameter minimum dari mur. Faktor yang harus diperhatikan dalam perencanaan adalah gaya yang bekerja pada mur baut. 89
menentukan diameter mur pada batang penghubung d (mm), besarnya nilai 2 2 tegangan yang diijinkan a 6 kg/ mm atau sama dengan 58,8 N/ mm .
d
4F . a
d
4.105 3,14.6
d 4,72 mm
Perancang memilih baut M6 untuk keamanan Keterangan:
a =Tegangan geser yang diijinkan (kg/ mm 2 ) F = Beban (kg) d = Diameter (mm)
Gaya yang terjadi pada suspensi
Gambar 3.18 Gaya pembebanan
90
P osphiP . y c = cos10.105 = 103,4 kg Dimana: Py
= Gaya yang terjadi pada sumbu y terhadap beban P
Cosphi
= Besarnya susut yang terjadi terhadap sumbu y
P
= Beban yang terjadi
3.7.2 Perhitungan pegas daun Dengan inovasi perancang, penggunaan pegas daun dapat digunakan untuk menjadi pegas yang multi fungsi. Selayaknya fungsi pegas daun, perancang juga merancangnya untuk dapat digunakan sebagai lengan ayun kendaraan. Berikut perhitungan untuk pegas daun. Direncanakan: Beban
= 16,5 kg
Panjang pegas daun (L)= 70 cm Lebar (b)
= 5 cm
Tebal (t)
= 0,3 cm
Spesifikasi pegas daun:
= 250 MPa 3 2 E = 210 x 10 N/ mm
91
Maksimum bebab terletak ditengah, maka: Tegangan bengkoknya adalah: M = W.L = 16,5.35 = 577,5 kg.cm
Section modulus b.t 2 Z= 6
=
5.0,32 6
=
0,45 0,075cm 2 6
Untuk tegangan bengkoknya M Z
σ =
6.557,5 = 0,075
= 462kg/m 2 Dan untuk defleksinya adalah: Momen inersia I
= =
L.b3 12
70.53 8750 12 12
92
=729,16 cm 4
Defleksinya
.W.L3 3.E.I
3 1 6 ,5 .7 0 = 3 3 .2 1 0 x 1 0 .7 2 9 ,1 6
=
5659500 459370x103
=12,32.10 3 cm
3.8 Perhitungan Kendaraan Berdasarkan Kapasitas Gesek Dalam menentukan gaya gesek maksimum antara ban dengan jalan dapat dtentukan dari koefisien adhesi jalan dan parameter berat kendaraan. 3.8.1
Gaya traksi kendaraan
Gambar 3.19 Titik berat kendaraan
Dimana: TB = Titik berat H = Tinggi titik berat 93
Lf = Jarak titik berat dari poros depan Lr = Jarak titik berat dari poros belakng L = Jarak sumbu roda Wr = Beban di roda belakang Wf = Beban di roda depan
Diketahui sebelumnya: L = 1420 mm Lf = 407,47 mm Lr = 192,05 mm H = 0,35 m
. = 0,75 (lampiran) Fr = 0,014 (lampiran)
Untuk gaya traksinya adalah: FX =
=
.W .( Lf fr .H ) / L .H 1
L
0,75.1196,82.(0,40 0,014.0,35) / 1,42 0,75.0,35 1 1,42
= 306,39 N
94
3.8.2
Analisa perancangan rem Persamaan umum untuk sistem pengereman menurut hukum
newton II untuk sumbu x, persamaannya dapat dilihat di bawah ini: ∑F = m.a F rem - F X = m.a Maka F rem = F X + m.a V= V 0 - a.t Dimana: a
= Perlambatan linier (m/s 2 )
V 0 = Kecepatan Awal (m/s) V = Kecepatan akhir (m/s) t
= Waktu perlambatan (s)
F rem = Gaya pengereman (N) F X = Gaya normal kendaraan Sehingga jika V 0 =50 km/jam = 13,89 m/detik V = 0 m/s t
= 2 s (diasumsikan)
V = V 0 - a.t
95
Maka percepatan yang dialami a
=
V0 V t
=
13,89 0 2
= 6,95 m/s 2
Gaya pengeramannya adalah: F rem = F X + m.a = 3492,09+122.6,95 = 4339,99 N
3.8.3
Analisa gaya gesek ban
Gaya kendaraan yang terjadi adalah N = m.g = 122.9,81 = 1196,82 N F = k .N = 0,75.1196,82 = 897,62 N
Maka gaya yang diterima tiap ban adalah F=
897,62 224,41N 4
96
Gaya yang terjadi ditiap permukaan ban jika luas permukaan ban yang bersinggungan dengan jalan adalah L = p.l = 8.3 = 24 cm
Maka gayanya adalah = 224,41.24 =5385,84 N.cm
3.9 Perhitungan Gaya Hambat yang Terjadi Pada Kendaraan
Gambar 3.20 Rencana Desain Body Kendaraan
Secara sederhana perancang memperhitungkan gaya hambat yang terjadi pada kendaraan yang dialami kendaraan dengan kecepatan 50 km/jam. Dengan data sebagai berikut, maka:
97
Direncanakan: Beban: a. Beban pengemudi
= 70 kg
b. Beban mesin
= 35 kg
c. Lain-lain
= 17 kg
Total
= 122 kg
k roda
= 0,75 (lampiran)
Kecepatan (V) = 50 km/jam = 13,89 m/detik
udara
2
= 1,18 kg/ m ( 25 C)
Maka untuk gaya kendaraan yang terjadi adalah N = m.g = 122.9,81 = 1196,82 N F 1 = k .N = 0,75.1196,82 = 897,62 N
Maka daya kendaraan tanpa hambatan adalah = F 1 .V = 897,62.13,89 = 122467,94 N.m/detik
98
Untuk gaya hambat angin atau tekanan yang terjadi pada permukaan datar jika kecepatan anginnya rata-rata kecepatan angin lingkungan adalah V2 ..g P= 2.g
=
13,89 .1,18.9,81 2.9,81
= 113,83 N/m 2 Dimana: P: Tekanan (N/m 2 ) V: Kecepatan (km/jam) g : Kecepatan grafitasi (m/detik)
: Berat jenis udara (kg/ m2 )
Gaya hambat yang terjadi pada saat permukaan diam adalah
Gambar 3.21 Ukuran permukaan Perhitungan gaya jika tekanan udara menekan pada permukaan datar dengan kecepatan yang telah ditentukan 99
Gambar 3.22 Gaya pada permukaan datar
1) Permukaan 1 F 2 = P.A = 113,83.(0,67.0,8) = 61,01 N/m
2) Permukaan 2 F 2 = P.A = 113,83.(0,36.0,8) = 32,78 N/m
3) Permukaan 3 F 2 = P.A
100
= 113,83.(0,25.0,8) = 22,76 N/m
Gaya kendaraan jika terjadi hambatan pada saat kendaraan melaju adalah 1) Permukaan 1 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 61,01). 13,89 = 13315,37 N/m 2
2) Permukaan 2 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 32,78). 13,89 = 12923,26 N/m 2
3) Permukaan 2 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 22,76). 13,89 = 12784,08 N/m 2
Hambatan yang terjadi di permukaan jika permukaan tersebut dibuat sudut sesuai dengan aergonomi kendaraan adalah
101
Gambar 3.23 Ukuran sudut permukaan
Gaya hambat pada permukaan 1 = F 2 .cos 43 = 61,01.0,73 = 44,54 N/m
Gaya hambat pada permukaan 2 = F 2 .cos 70 = 32,78.0,34 = 11,15 N/m
Gaya hambat pada permukaan 3 = F 2 .cos 20 = 22,76.0,98 = 22,3 N/m
102
Gaya kendaraan jika melaju dengan permukaan yang bersudut adalah 1) Permukaan 1 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 44,54). 13,89 = 13086,6 N/m 2
2) Permukaan 2 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 11,15). 13,89 = 12622,82 N/m 2
3) Permukaan 3 = (F 1 + F 2 ).V = (897,62 + 22,3). 13,89 = 12777,75 N/m 2
Maka dengan perubahan sudut yang dilakukan perancang ternyata bisa menurunkan hambatan angin yang dapat mempengaruhi laju kendaraan.
103
104
