TUGAS AKHIR BIDANG STUDI DESAIN
NANANG ISMAIL FAHMI 2106100042
Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. MEng
JURUSAN TEKNIK MESIN
Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Revolusi Industri Minyak bumi Bahan Bakar Alternatif Energy Harvensting
Pemanfaatan Energi Losses TERS
KERS
VERS
Bagaimana merancang dan membangun prototype Regenerative Shock Absorber (RSA) yang memanfaatkan gerak naik-turun pada sistem suspensi kendaraan Toyota Avanza untuk menghasilkan listrik
Bagaimana menentukan jenis material yang tepat agar prototype RSA dapat berfungsi dengan baik.
Gesekan pada pasangan roda gigi tidak diperhitungkan. Kendaraan yang di uji hanya mobil Toyota Avanza. Analisa kekuatan material hanya pada roda gigi dan poros penggerak.
Merancang
dan membangun alat pemanen energi pada sistem suspensi kendaraan roda empat (RSA) dengan metode induksi magnetik. Menentukan dimensi dari roda gigi,poros roda gigi agar alat pemanen energy (RSA) dapat berfungsi dengan baik. Memilih material yang tepat agar alat ini berfungsi dengan baik.
Tinjauan Terdahulu
Regenerative RegenerativeShock ShockAbsorber Absorber P-VERS Generasi 2 1 Metode MetodeElektromagnetik piezoelektrik
SISTEM SUSPENSI KENDARAAN RODA EMPAT
SPUR GEAR
TEORI KEGAGALAN
POROS
METODE PERHITUNGAN
Sistim suspensi adalah komponen kendaraan yang fungsi utamanya untuk menjamin kenyamanan penumpang jika kendaraan berjalan pada jalan bergelombang dan juga jika kendaraan berjalan pada berbagai jenis permukaan jalan.
Roda gigi lurus ( spur gear ) merupakan jenis roda gigi yang paling banyak digunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untuk mentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yang sejajar.
Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Jenis –jenis Poros , diantaranya adalah :
1. Shaft 2. Axle 3. Spindle
4. Line Shaft 5. Jack Shaft 6. Flexible Shaft
Metode dalam penelitian ini, menggunakan 2 metode yaitu : 1. AGMA σc = Cp x Ft.Co.Cs.Cm.Cf Cv.b.d .I
2.
CLxCR Sad = Sac x CTxCR
LEWIS Fd =
Fb = S o .b. y. p = S o .b
Y K f .P
600 + V p 600
Ft
untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit
Fd =
1200 + V p 1200
Ft
untuk 2000 < Vp < 4000 ft/menit
Fd =
78 + V p 78
Ft
untuk Vp > 4000 ft/menit
start Kajian Pustaka Desain Kinematika mekanisme Regenerative Shock Abssorber (RSA) Perancangan elemenelemen RSA yang dibutunhkan seperti roda gigi dan poros
Perhitungan kekuatan dan pemilihan material pada roda gigi dan poros Pengujian RSA pada Toyota Avanza di VEDC Malang
aman dan dan berjalan dengan baik
end
Flowchart penelitian secara global
Tampak belakang
Tampak depan
RSA
ANALISA DAN PEMBAHASAN Grafik Simulink matlab daya yang diterima VERS pada kecepatan mobil 36 km/jam dengan Constanta redaman Vers 10% pada roda belakang. Didapatkan daya dari root mean square (RMS) grafik sebesar 27,1 watt atau 0,003 Hp.
Grafik kecepatan naik turun suspensi mobil pada roda belakang, didapatkan kecepatan rata – rata naik turun suspense mobil pada roda belakang sebesar 0,36 m/s.
Perhitungan putaran awal
Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jaw Dengan rumus : V suspensi = 2.π .r. n / 60 Dimana r adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw. 0,36 m/s = 2 . 3,14 . 4 cm. n / 60 n = 85 rpm
Gear 4 dan roda gigi 5 Data Gear 4 : Daya :0.03 HP Jenis Gear : spur gear Sudut tekan : 20 derajat coarsepitch Angka transmisi : 1,96 Putaran : 260 rpm Diameter : 2,36 in Lebar roda gigi : 0.39 inch Jumlah gigi : 118 Diametral pitch : 50 Lewis from factor : 0.333
Data Gear 5 Jenis Gear Sudut tekan Daya Angka transmisi Putaran Diameter Lebar roda gigi Jumlah gigi Diametral pitch Lewis from factor
: Spur gear : 20 derajat : 0.03 HP : 1,96 : 511 rpm : 0,66 in : 0.39 in : 16 : 50 : 0.20
Torsi masing – masing roda gigi
Gaya – gaya pada roda gigi 4
Kecepatan pitch line (Vp)
Beban dinamik (Fd)
Lewis Equation (mencari bahan roda gigi) b : 0.39 inchi φ : 20 Ntp : 118 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y = 0.499 )
Karena nilai safe static (So) = 2229,455 maka material RG4 dan RG5 cukup memakai material gray cast iron ASTM 25. Sedangkan material yang dipakai adalah gray cast iron ASTM 60 maka RG sangat kuat dan tahan terhadap keausan dan tegangan bending.
Fw = dp . b . Q . K K = Wear load factor (tabel 10.11)
Fw = 2,36 in x 0,39 in x 0.437in x 143psi = 57,516 lbf Karena Fw ≥ Fd 57,516lbf ≥ 7,808 lbf Maka Fw ≥ Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )
Sad =
Sat ⋅ K L KT ⋅ KR
Sad = Tegangan ijin maksimum. Untuk bahan ASTM 60 diperoleh data sebagai berikut : Sat = 15000 Psi Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24, Deutschman) KL = 1.4 take as unity Life factor (tabel 10-8, Deutschman) KT = 1 Faktor temperatur KR=1.33 normal design Faktor keamanan (tabel 10-9, Deutschman) Sad =
15000 psi.1.4 1.x1.33
= 15789,47 psi
σt =
Ft ⋅ K O ⋅ P ⋅ K S ⋅ K m KV ⋅ b ⋅ J
σt =
maka Sad
psi
karena Sad > σt 15789,47Psi > 1008,301 Psi > σt maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMA aman
σc = C
P
⋅
Ft ⋅ C o ⋅ Cs ⋅ C m ⋅ C f Cv ⋅ d ⋅ b ⋅ I
C ⋅C ≤ Sac ⋅ L H CT ⋅ C R
σc = Tegangan kompresi Cp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material Co = Faktor koreksi beban Cs = Faktor koreksi umum Cm = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama Cf = 1, jika roda gigi difinished bagus Cv = Faktor dinamik d= Diameter Cp= 2300 psi gear and pinion steel (tabel 10b= Lebar roda gigi 12, Deutschman), I = Faktor geometri Ft = 1,541 (dari data awal perencanaan ) Sac= Tegangan maksimum bahan Co= 1 (sama dengan Ko ) CL = Faktor umur Cv= 1 (dengan Vp=160,558 curve 2, fig 11-27 ) C = Faktor kekerasan H Cs= 1 ( take a minimum value ) CT = Faktor temperatur Cm= 1.1 ( spur gear b= 0.9 inchi, fig 10-31 ) CR = Faktor keamanan = 1, dari Cf= 1,25 (finising halus) tabel 10-16 jika 1 dari 100 I= 0.198 ( Ntp=118, fig 10-32 ) yang rusak
Cek keausan
C ⋅C S ac ⋅ L H σc < C T ⋅ C R
Sac= 75.000 ( dari ekstrapolasi table 10-14 ) CL = 1 (fig 10-33, assumsi umur 10 ) CH = 1 ( K < 1.2 fig 10-34 ) CT = 1 (take as unity ) CR = 1 ( table 10-16,fewer than 1 in 100 ) 6444,76 < 118000 1.1 1.1
6444,76 Psi < 118000 Psi( memenuhi untuk keausan AGMA )
Data poros 1.
Bahan poros gray cast iron ASTM 60
Diameter roda gigi jaw (djaw) : 3,14 in Lebar roda gigi 1 (bjaw) : 0,9 in Gaya tangensial roda gigi 1 (Ftjaw) : 14,15 lbf.in Gaya radial roda gigi 1 (Frjaw) : 15,5 lbf.in Berat roda gigi 1 (Wjaw) : 1 lb Su = 50000 psi Syp = 32500 psi
Perhitungan poros Analisa bidang horisontal Analisa tegangan bidang horisontal Analisa bidang vertikal Analisa tegangan bidang vertikal
Analisa bidang horisontal
Σ MA = 0 -[Ft x 0,55 in] - [BH x 4,72 in] = 0 AH = (Ft x 0,55) (4,72)
= 12,67 lbf
ΣF=0 AH – Ft + BH = 0 12,67 – 14,35 = - BH BH = 1,68 lbf
Potongan 1 – 1 (0 ≤ x ≤ 079 in) ΣM1-1 = 0 M1 -1 - AH (x1) = 0 Analisa tegangan bidang horisontal M1 -1 = AH (x1) x1 = 0 in M11 = 0 lbf.in x2 = 0,55 M11 = 7,005 lbf.in Potongan 2 – 2 (0 ≤ x ≤ 3,93in) ΣM2-2 = 0 M2 -2 - BH (x2) = 0 M2 -2 = BzH(x2) x1 = 0 in M22 = 0 lbf.in x2 = 4,17 M22 = 7,005lbf.in
Diagram moment bending sumbu horisontal
Analisa bidang vertikal Σ MB = 0 -[(Fr +W)x 4,17 in] - [AV x 4,72 in] = 0 AV =
((Frjaw + W) x 0,55) (4,2)
= 4,84 lbf
ΣF=0 AV – Fr – W + BV = 0 4,84 – 4,49 – 0,99 + BV = 0 BV = 0,639 lbf
Potongan 1 – 1 (0 ≤ z ≤ 0,79 in) ΣM1-1 = 0 M1 -1 – AV (x1) = 0 M1-1 = AV (x1) x1 = 0 in M11 = 0 lbf.in Analisa tegangan bidang vertikal = 0,55 M = 2,66 lbf.in x2 11 Potongan 2 – 2 (0 ≤ z ≤ 3,93 in) ΣMy = 0 M2 -2 – BV (x2) = 0 M2 -2 = BV (x2) X2 = 0 in M22 = 0 lbf.in X2 = 4,17 M22 = 2,66 lbf.in
Momen bending bidang vertikal
Dari hasil perancangan Regenerative Shock Absorber (RSA) pada kendaraan Toyota avanza yang sudah dilakukan, RSA sudah berjalan dengan baik dan mampu menyerap energi dari naik turunnya suspensi kendaraan. Dari RSA yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 3,60 inch ; roda gigi 1: = 0,70 inch; roda gigi 2 = 0,70 inch; roda gigi 3 = 2,36 inch; roda gigi 4 = 2,36 inch; roda gigi 5 = 0,66 inch; roda gigi 6 = 2,40 inch; roda gigi 7 = 0,66 inch; .roda gigi 8 = 2,40 dan roda gigi 9 = 0,70. Dari RSA yang dibuat didapat jumlah gigi roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw = 181 buah; roda gigi 1 = 59 buah; roda gigi 2 = 59 buah; roda gigi 3 = 118 buah; roda gigi 4 = 118 buah; roda gigi 5 = 60 buah; roda gigi 6 = 120 buah; roda gigi 7 = 60 buah; roda gigi 8 = 120 buah dan roda gigi 9 = 59 buah. Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain Dari RSA yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.26 inch, poros 2 = 0.18 inch, poros 3 = 0,18 inch, poros 4 = 0,27 inch, poros 5 = 0,29 inch.
