Tugas Akhir “ANALISA PENGARUH TEBAL DAN GEOMETRI SPOKE BERBENTUK SQUARE BAN TANPA ANGIN TERHADAP KEKAKUAN RADIAL DAN LATERAL” » Oleh : Rahmad Hidayat 2107100136 » Dosen Pembimbing : Dr.Ir.Agus Sigit Pramono,DEA Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Outlines •
Latar Belakang
•
Rumusan Masalah dan Tujuan
•
Manfaat
•
Batasan Masalah
•
Dasar Teori
•
Metodologi
•
Analisa dan Pembahasan
•
Kesimpulan dan Saran
Latar Belakang
Material ban lebih ramah lingkungan
Mengurangi angka kecelakaan akibat flat-tire
Rumusan Masalah • Bagaimana pengaruh tebal spoke terhadap nilai kekakuannya? • Bagaimana memilih desain ban tanpa angin yang dapat digunakan pada mobil tertentu, sesuai karakteristik dari ban angin?
Tujuan •
Mengetahui pengaruh tebal dan geometri spoke ban tanpa angin terhadap nilai kekakuannya.
•
Memilih tebal dan tipe spoke berbentuk square dari ban tanpa angin sesuai dengan karakteristik ban angin kendaraan tersebut.
Manfaat 1. Penelitian pada tugas akhir ini, dapat dijadikan referensi pembanding antara ban tanpa angin (airless tire) dengan ban biasa. 2. Sebagai media penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dalam dunia otomotif.
Batasan Masalah 1. Beban muatan 1600 kg
2. Material yang digunakan Polyurethane (sintetic rubber) 3. Spoke berbentuk square 4. Tidak terjadi slip pada ban dan Camber Angle atau sudut kemiringan ban 0o
Dasar Teori Komponen Ban
KODE BAN
Gaya-gaya pada ban
DEFLEKSI • Defleksi adalah Perubahan bentuk dari suatu benda dalam arah yang sesuai dengan arah pembebanan yang diberikan. Jenis Defleksi: Defleksi Vertikal Defleksi Lateral
DEFLEKSI VERTIKAL
Dimana : P = Beban vertikal P0 = Tekanan pemompaan Δv = Defleksi vertikal d = Diameter luar ban w = lebar ban
DEFLEKSI LATERAL
Cross section ban ideal
Dimana S ∆H po w H f
= Pembebanan arah lateral = Defleksi arah lateral = tekanan pemompaan = lebar ban = tinggi ban = ratio antara lebar dan tinggi ban
METODOLOGI Flowchart Penelitian
Start
Proses dengan metode finite element Static struktur (Geometri)
Pemodelan dengan ukuran ban tanpa angin dan lintasanya Proses Meshing
Flowchart Permodelan
Static structur Pembebanan (pada arah Y ke bawah), Displacement, Fixed Support, Grafitasi (pada arah Y ke bawah) Running program
Terdapat Defleksi dari ban tanpa angin dengan lintasan
tidak
Defleksi ban tanpa angin = ban biasa ya
Review hasil
Selesai
Spesifikasi Ban Toyota Altis KODE BAN :
• Lebar ban • Diameter pelek
P195/55R16 : 195 mm : 406,4mm(16 x 25,4)
• Tinggiban
:107,25mm(
• Diameter ban
: 620,9 mm
55 100
x 195)
1205 Gaya yang diterima tiap ban = kg.10 m/𝑠 2 4
= 3012,5 N
Defleksi pada ban biasa • Defleksi Vertikal
dengan P = 3012,5 N 𝑃0 = 30 psi = 0,21
𝑁 𝑚𝑚2
Maka, ∆ = 13,08 mm
Dimana
𝑆=
𝑣2 𝑚. 𝑟
= 708,265 N
f = 0,55 Vr (km/j)
Jari-Jari minimum (m)
80
210
60
110
Jari-jari minimum menurut tipe jalan Sumber : Perencanaan Geometrik Jalan Antar Kota,1997
Defleksi dan Kekakuan @4000 N • Arah Vertikal atau Radial – Defleksi vertikal : 17,8 mm – Kekakuan vertikal : 224,7 N/mm
• Arah Lateral – Defleksi lateral : 12,6 mm – Kekakuan lateral : 74,63 N/mm (lateral force @940,43 N)
GRAND DESIGN OF SQUARE AIRLESS TIRE tread ring spoke hooke velg
Material Ring dan Velg adalah High Strength Steel , sedangkan Hooke terbuat dari Alumunium Alloy
Tipe 1
Kemiringan spoke pada bagian yang tegak sebesar 85 derajat terhadap sumbu pusat ban tanpa angin dan dimensi tiap square ± 43,23 mm
Tipe 2
Kemiringan spoke pada bagian yang tegak sebesar 85 derajat terhadap sumbu pusat ban tanpa angin dan dimensi tiap square ± 34,23 mm
Tipe 3
Kemiringan spoke pada bagian yang tegak sebesar 85 derajat terhadap sumbu pusat ban tanpa angin dan dimensi tiap square ± 28,15 mm
Material Ban Tanpa Angin Material ban airless tires • • • • •
Modulus Young’s Compresive yield strength Poisson”s Ratio Tensile Ultimate Strength Density
: Polyurethane : 155 MPa : 41,368 Mpa : 0,4269 : 17,9 MPa : 889,98 kg/m3
DATA HASIL PENGUJIAN Variasi Tipe
1
2
3
Defleksi Vertikal (mm)
Defleksi Lateral (mm)
Equivalent Stress (Mpa)
2
21,69
4,90
4,69
4
17,59
2,91
2,65
6
14,50
2,66
2,63
2
21,24
4,62
4,44
4
15,88
2,92
4,40
6
10,20
2,62
2,48
2
20,32
4,33
4,62
4
15,56
2,86
2,33
6
10,11
2,09
4,11
Tebal Spoke (mm)
Pengaruh Ketebalan dan Tipe Spoke Terhadap Nilai Defleksi Vertikal Ban Tanpa Angin
Semakin tebal spoke maka defleksi vertikal yang terjadi akan semakin kecil. Tipe spoke yang berbeda berdampak pada perubahan ke-rigid-an dari ban tanpa angin sehingga fenomena defleksi juga turut berubah.
Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Vertikal Tipe 1 Step
Tipe 2
Tipe 3
Gaya 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm (N) Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
1
500
5,1586
2,8133
2,3097
5,1061
2,7879
1,983
4,9654
2,7445
1,9245
2
1000
6,7341
3,7423
3,0189
6,6604
3,6623
2,6145
6,437
3,5957
2,5361
3
1500
8,1961
4,5534
3,676
8,1023
4,4516
3,1766
7,81
4,3674
3,0815
4
2000
14,011
5,3553
4,3248
9,5388
5,2359
3,7342
9,19
5,1353
3,6175
5
2500
15,102
6,1542
4,9679
15,387
6,0172
4,2889
9,235
5,9004
4,1513
6
3000
20,649
11,151
5,6093
16,501
10,731
4,8416
16,623
9,7217
4,6829
7
3500
20,673
13,83
10,082
20,787
13,055
5,3926
20,673
15,187
5,2127
8
4000
21,695
17,587
14,495
21,244
15,884
10,199
22,317
15,694
10,11
GRAFIK DEFLEKSI VERTIKAL TIAP PENAMBAHAN BEBAN TERHADAP TEBAL & TIPE SPOKE
NILAI KEKAKUAN VERTIKAL Variasi Tipe Tebal 2mm 1 4mm 6mm 2mm 2 4mm 6mm 2mm 3 4mm 6mm
Persamaan garis
dy/dx
y = 0,0047x + 2,0328
0,0047 0,0042 0,0035 0,0046 0,0037 0,0023 0,0055 0,0037 0,0023
y = 0,0042x - 1,197 y = 0,0035x - 0,7461 y = 0,0046x + 1,4171 y = 0,0037x - 0,7499 y = 0,0023x + 0,4064 y = 0,0055x + 0,4175 y = 0,0037x - 1,0691 y = 0,0023x + 0,3421
Kekakuan (N/mm) 212,76596 238,09524 285,71429 217,3913 270,27027 434,78261 181,81818 270,27027 434,78261
Nilai kekakuan vertikal yang besarnya mendekati dengan mobil Toyota Altis dengan kode ban P195/55R16 (224,7 N/mm) yaitu Ban tanpa angin berbentuk square dengan tebal spoke 2mm.
Pengaruh Ketebalan dan Tipe Spoke Terhadap Nilai Defleksi Lateral Ban Tanpa Angin
Semakin tebal spoke maka defleksi lateral yang terjadi akan semakin kecil. Tipe spoke yang berbeda berdampak pada perubahan ke-rigid-an dari ban tanpa angin sehingga fenomena defleksi juga turut berubah.
Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Lateral Tipe 1 Step
Tipe 2
Tipe 3
Gaya 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm (N) Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi Defleksi (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
1
500
1,2024
2
1000
1,5709
3
1500
1,9118
4
2000
2,4849
5
2500
2,8243
6
3000
4,0979
7
3500
4,4581
8
4000
4,8965
0,6937 0,9152 1,1146 1,3119 1,5084 1,8616 2,4664 2,9128
0,50051
1,1532 0,68056 0,57405 1,0358 0,67299 0,44635
0,65128
1,5014 0,88744 0,74624 1,3443 0,86769 0,57826
0,79327
1,8287
1,0802
0,91044 1,6282
1,2883
0,70278
0,93446
2,1548
1,2723
1,0727
1,9141
1,6019
0,82677
1,075
3,4756
1,4636
1,2343
2,9129
1,8797
0,95038
1,215
3,7273
1,8175
1,3953
3,3924
2,1223
1,0736
1,3546
4,4056
2,178
2,236
3,855
2,2192
1,1966
2,6587
4,62
2,9183
2,6195
4,325
2,3318
2,1037
GRAFIK DEFLEKSI LATERAL TIAP PENAMBAHAN BEBAN TERHADAP TEBAL & TIPE SPOKE
NILAI KEKAKUAN LATERAL Variasi Tipe Tebal 2mm 1 4mm 6mm 2mm 2 4mm 6mm 2mm 3 4mm 6mm
Persamaan garis y = 0,0011x + 0,4027 y = 0,0006x + 0,2198 y = 0,0006x + 0,0748 y = 0,001x + 0,4045 y = 0,0006x + 0,2237 y = 0,0006x + 0,0959 y = 0,0009x + 0,308 y = 0,0005x + 0,49 y = 0,0005x + 0,1315
Kekakuan (N/mm) 192,06 322,86 353,72 203,56 322,25 359,01 217,44 403,31 447,04
Nilai kekakuan lateral yang besarnya mendekati dengan mobil Toyota Altis dengan kode ban P195/55R16 (74,63 N/mm) yaitu Ban tanpa angin berbentuk square dengan tebal spoke 2mm.
TEGANGAN TOTAL (VON MISES) Variasi Spoke Tipe Tebal 2mm 1 4mm 6mm 2mm 2 4mm 6mm 2mm 3 4mm 6mm
Tegangan (F=4kN) [Mpa] 4,69 2,65 2,63 4,44 4,40 2,48 4,62 2,33 4,11
Tegangan Maks (SF=1) [Mpa] 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9
Keterangan Aman Aman Aman Aman Aman Aman Aman Aman Aman
Semua jenis ban tanpa angin berbentuk square ini memiliki Tegangan total yang rendah jika dibandingkan dengan ban angin.
KESIMPULAN • Penambahan beban vertikal dan lateral menyebabkan semakin besar nilai defleksinya. • Ban angin memiliki kekakuan vertikal sekitar 224,7 N/mm dan nilai yang mendekati hasil tersebut pada ban tanpa angin bentuk square yaitu spoke dengan 2 mm tipe 1 dengan kekakuan vertikal sebesar 212,77 N/m dan spoke 2 mm tipe 3 sebesar 181,81 N/mm. • Kekakuan lateral pada ban tanpa angin lebih besar dibandingkan ban angin. • Tegangan Total (Von Mises) pada ban tanpa angin ini, lebih kecil dari tegangan total pada ban biasa yaitu 17,9 Mpa.
SARAN • Perlu dilakukan penelitian lanjutan di kondisi yang lebih ekstrim untuk menguji kelayakan dari ban tanpa angin ini. • Pada material termoplastik rubber (polyuretane rubber) akan didapatkan struktur material yang tipis dan dapat di daur ulang.
