PERANCANGAN SISTEM KEMUDI GOKAR LISTRIK Judhistira Freily Mamahit1), Stenly Tangkuman2), Michael Rembet3) Jurusan Teknik Mesin Universitas Sam Ratulangi
ABSTRAK Sistem kemudi berfungsi untuk membelokan atau merubah arah roda. Pada perancangan ini bertujuan mendapatkan sistem kemudi yang sederhana. Selain itu dilakukan juga perhitungan tegangan, yang bertujuan mendapatkan hasil tegangan geser akibat beban puntir, menghitung tegangan normal akibat beban aksial serta beban lentur, sehingga bisa diketahui kekuatan dari mekanisme material tersebut. Dari hasil perhitungan tegangan geser akibat beban puntir tersebut telah didapat hasil 4,11 Pa, kemudian dari perhitungan tegangan normal akibat beban aksial didapat hasil 0,206 Pa. Selain itu telah dianalisa sudut kemudi rata-rata pada sistem kemudi. Hasil perancangan sistem kemudi gokar listrik dapat dibuat dalam gambar teknik sesuai dengan dimensi rancangan. Kata kunci : Perancangan, Sistem Kemudi, Tegangan , dan Beban
ABSTRACT The function of steering system is to change the directions of wheel. The purpose of this design is to be obtained a simple steering system. Beside that, in this work have been determined stresses, they are shear stress due to torsion and normal stress due to axial load and bending. Therefore, the strength of mechanism can be obtained. Based on the calculation, maximum shear stress induce in steering system is 4,11 Pa and maximum normal stress is 0,206 Pa. moreover this design have been obtained steering angle for some values of angle. The final result of this design is some technical drawing that presented detail dimension of components.
Keywords : Design, Steering System, Stress Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
22
I.
bagian
PENDAHULUAN
tersebut
harus
mampu
menopang beban saat kendaraan bergerak. Beban terbesar yang harus
1.1 Latar Belakang Gokar adalah mobil balap
ditopang
adalah
kecil yang tidak bertenda. Penggerak
kendaraan
gokar dapat berupa motor listrik.
kendaraan, 2002).
Penggunaan
motor
menimbulkan polusi
ini
tidak
udara
(Aji,
komponen
Komponen sehingga
tersebut fungsi
tiap
berbelok
saat
(Teknologi
I.2 Perumusan Masalah
2013). Kendaraan gokar memiliki banyak
beban
Rumusan masalah dijabarkan
pendukung.
berdasar pada latar belakang di atas.
dirancang
Berdasarkan latar belakang di atas,
komponen
perancangan
gokar
listrik
perancangan
perlu
saling berkaitan. Keterkaitan tiap
dilakukan
komponen disebut sistem. Salah satu
kemudi. Pada perancangan sistem
sistem yang penting adalah sistem
kemudi, rancangan sistem dipilih
kemudi. Sistem kemudi berfungsi
sesuai dengan tujuan rancangan.
agar arah kendaraan dapat diubah.
Selain itu, komponen sistem tersebut
Ini karena lintasan kendaraan tidak
harus
tetap.
maksimum.
mampu
sistem
menahan
beban
Terdapat banyak jenis sistem kemudi. Salah satu sistem ini adalah
1.3 Tujuan Penelitian
sistem kemudi sederhana dengan tierod.
Sistem
ditentukan dengan dasar rumusan
dibandingkan dengan sistem kemudi
masalah di atas. Pada penelitian ini,
lainnya. Sistem kemudi sederhana
terdapat
dengan tie-rod terdiri dari sembilan
Perancangan sistem kemudi gokar
bagian utama. Kesembilan bagian
listrik yang dibuat di Laboratorium
tersebut adalah sebuah roda kemudi,
Jurusan Teknik Mesin Universitas
tiga
Sam
batang
lebih
penelitian
murah
buah
ini
Tujuan
penghubung,
dua
Ratulangi
tujuan
penelitian.
adalah
tujuan
sebuah penghubung konfigurasi V
penelitian pertama. Selain itu, tujuan
dan empat buah tie-rod. Kesembilan
penelitian kedua adalah perhitungan
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
23
beban yang akan ditopang oleh
kemudi sederhana yang lain adalah
komponen sistem kemudi yang akan
manfaat
dirancang.
Perancangan
penelitian
yang
kedua.
sistem
kemudi
sederhana pada gokar listrik dalam penelitian
1.4 Batasan Masalah Batasan
masalah
pada
dijabarkan
dalam
ringan
beberapa batasan. Batasan pertama
Teknik
adalah
penelitian
ini
sistem
perancangan
ini
ini,
dapat
dijadikan
sebagai acuan pembuatan kendaraan di
Laboratorium
Mesin
Jurusan
Universitas
Sam
kemudi
pada
Ratulangi. Manfaat yang keempat
adalah
sistem
adalah sebagai sarana penerapan
kemudi sederhana dengan Tie-Rod
ilmu perancangan teknik mesin.
sistem kemudi tersebut dibuat di Laboratorium Jurusan Teknik Mesin
II.
LANDASAN TEORI
2.1
Pengertian Sistem Kemudi
Universitas Sam Ratulangi. Batasan masalah yang berikutnya adalah pengaruh terhadap beban dari sudut chamber
dan
caster
di
roda,
2.1.1 Berdasarkan Tenaga yang
diabaikan. Kemudian, terdapat empat
Digunakan
kriteria
Berdasarkan
seleksi
perancangan
pada
matriks
merupakan
batasan
masalah terakhir.
digunakan
pada
tenaga sistem
yang
kemudi,
terdapat dua tipe, yang pertama adalah Manual Steering atau biasa juga disebut konvensional. Dimana
1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian diuraikan dalam
empat
pertama
manfaat.
Manfaat
sistem
kemudi
adalah
sederhana
dengan
dirancang,
dapat
tie-rod dibuat
yang
Penelitian
Sam ini
dapat
membelokan
roda
datang
dari
pengemudi, yang di transmisikan melalui sistem kemudi.
di
Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas
semua tenaga yang diperlukan untuk
Ratulangi. dijadikan
referensi pada perancangan sistem
2.1.2
Berdasarkan Jumlah Roda yang Bergerak
Berdasarkan jumlah roda yang bergerak,
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
terdapat
beberapa
24
penggerak pertama
sistem adalah
kemudi, sistem
yang
2.3.1
kemudi
Kriteria Perbandingan Kriteria
perbandingan
penggerak dua roda. Sistem kemudi
disusun berdasarkan data keinginan-
ini yaitu sistem kemudi yang hanya
keinginan
menggunakan
roda
pengguna dibagi dua kategori yakni
(roda depan), untuk mengendalikan
keinginan wajib dan keinginan tak
arah gerakan kendaraan.
wajib. Kemudian, kriteria tersebut
belokan
dua
pengguna.
Keinginan
disusun dalam skala prioritas.Pada penelitian ini, kriteria perbandingan
2.2 Sistem Kemudi Rack and Pinion
disusun
dalam
Fungsi sistem kemudi adalah
Kriteria
pertama
untuk
mengatur
kriteria.
adalah
jumlah
kendaraan
komponen. Pada kriteria ini, sistem
dengan cara membelokkan roda-roda
kemudi yang bernilai tinggi adalah
depan. Bila roda kemudi diputar,
sistem
steering column akan meneruskan
komponen paling sedikit. sangat
tenaga putarnya ke steering gear.
rendah. Ini karena, semakin ringan
Steering gear memperbesar tenaga
akan mengurangi beban pada gokar
putar ini sehingga dihasilkan momen
listrik.
yang
lebih
arah
empat
besar
kemudi
yang
memiliki
untuk
menggerakkan roda depan melalui
2.3.2
steering linkage.
Konsep - Konsep Produk yang Dipertimbangkan
Konsep-konsep 2.3 Pemilihan Konsep Produk Pemilihan
yang
dipertimbangkan, terdiri dari tiga
produk
konsep ketiga kosep tersebut adalah
pengambilan
dari pengembangan konsep produk
keputusan yang juga dikenal dengan
telah didapat tiga buah konsep
metode
produk yang mungkin dibuat. Ketiga
merupakan
konsep
produk
metode
pugh,
Terbukti
dapat
digunakan dengan mudah dan efe
konsep
ktif. Konsep produk dibandingkan
dibandingkan dan dipilih. Dimana
berdasarkan
salah satu konsep akan menjadi
pengguna.
keinginan-keinginan
inilah
nantinya
akan
referensi atau datum. 2.3.3
Pemberian Skor
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
25
Pemberian
skor
dilakukan
satu konsep akan muncul sebagai
pada salah satu konsep produk,
yang paling sesuai untuk kriteria
sedangkan konsep produk lainnya
tersebut.
ditetapkan sebagai referensi (datum). Jika
kemampuan
pada
kriteria
perbandingan di konsep yang dinilai
III.METODOLOGI PENELITIAN
lebih dari kemampuan konsep datum, maka konsep tersebut diberi skor (+).
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Tempat
2.3.4
Penjumlahan Skor
penelitian
dilaksanakan
Penjumlahan skor dilakukan agar konsep produk terbaik dapat diperoleh. Skor (+) bernilai satu, skor (s) bernilai nol dan skor (-) bernilai
Teknik
di
Mesin
Ratulangi. penelitian
Laboratorium
Universitas
Kemudian, dilakukan
pada
Sam waktu bulan
Januari sampai Mei 2015.
negatif satu. Jika konsep produk memiliki skor lebih dari nol maka konsep
produk
tersebut
3.2 Prosedur Penelitian
terpilih
sebagai produk yang akan dibuat.
2.3.5
Metode Datum Metode datum menggunakan
matriks terletak
dengan pada
satu
konsep-konsep sumbu
dan
kriteria-kriteria (tujuan) pada sumbu lainnya,
dengan
kriteria
yang
disebutkan dalam PDS. Satu konsep dipilih sebagai datum dan konsepkonsep lain diperbandingkan dengan datum
ini.
Kategori-kategorinya
3.2.1
Diagram Alir Perancangan
adalah ‘lebih baik dari pada’ (+), ‘sama dengan’ (S), dan ‘lebih buruk dari pada’(-). Setelah iterasi pertama,
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
26
4.1.1
Data Studi Literatur Asumsi
bobot
komponen-
komponen pada gokar listrik adalah sebesar
140
kg.
Bobot
tiap
komponen dicantumkan dalam Tabel 4.2.
4.1.2 III. HASIL DAN
Konsep Produk
4.1.2.1 Konsep Produk Pertama
PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengamatan Hasil penelitian
pengamatan perancangan
pada sistem
kemudi gokar listrik, ada beberapa hal yang perlu diketahui. Dapat dilihat pada Tabel 4.1. 4.1.2.2 Konsep Produk Kedua
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
27
dilihat dari ketiga konsep, 4.1.2.3 Konsep Produk Ketiga
konsep yang pertama yang memiliki biaya material murah dari konsep ketiga, sebaliknya dengan konsep kedua memiliki biaya material lebih mahal dari konsep produk ketiga.
4.2.3
Biaya Produksi Dari ketiga konsep diatas,
4.2 Perancangan Dengan Metode
konsep satu dan tiga memiliki biaya
Datum
yang sama, sedangkan konsep dua Perancangan dengan
metode
lebih mahal dari konsep ketiga.
datum dilakukan pada tiga konsep. Pemilihan ini dilakukan seperti pada
4.2.4
Berat Sistem Kemudi
Tabel 4.3.
. dari keseluruhan konsep produk, konsep pertama lebih ringan dari konsep ketiga. Dilain pihak konsep kedua lebih beratdari konsep ketiga.
4.3 Kekuatan Rancangan
4.3.1 Perhitungan
Tegangan
Geser akibat beban Puntir 4.2.1
Jumlah Komponen Jadi bisa dilihat dari ketiga
Dalam perhitungan tegangan geser akibat beban puntir pada penelitian
konsep tersebut jumlah komponen konsep yang pertama, kedua dan ketiga memiliki jumlah komponen yang sama.
ini akan dipakai persamaan Ʈ=
(
)……………………
(2.1)
T= F . r ……………………… (2.2) 4.2.2
Biaya Material T = 8,25 kgcm
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
28
maka
Dari hasil perhitungan diatas,
F2 = 1,65 kg
dapat diketahui berapa torsi
adapun persamaan yang akan dipakai
yang dibutuhkan, yaitu sebesar 8,25 kgcm. Selain torsi hal selanjutnya yang
harus
diperhatikan
yaitu,
ialah persamaan
=
………………….(2.4)
menentukan berapa nilai dari momen inersia
polar
(J),
mengetahuinya
untuk
akan
dipakai
persamaan.
Langkah
selanjutnya
yang
akan dihitung adalah menentukan
4
4 J = 0,5πro - 0,5πri
…….. (2.3)
tegangan normal akibat beban aksial dengan memakai persamaan (2.4),
J = 0,25 cm4 Langkah
A = 0,785 cm2
selanjutnya
yang
dengan cara dibawah ini.
akan dilakukan adalah menentukan
=
tegangan yang ada dengan memakai = 2.10 kg/cm2
persamaan (2.1).
= 0.206 N/m2
Ʈ=
Selanjutnya mencari tahu bahan yang
Ʈ = 4.11 Pa selanjutnya
mencari
tahu
bahan atau material yang digunakan.
digunakan.
Untuk
bahan
yang
digunakan adalah baja tipe ST 37
Bahan yang digunakan adalah baja
dengan tegangan luluhnya
= 235
ST 37
MPa dan SF = 0.50, maka akan bisa diketahui tegangan ijinnya dengan
Ʈijin =
persamaan sebagai berikut: 6
Ʈijin = 58.75 MPa atau 58.75 x 10 Pa
4.3.2 Perhitungan Normal
ijin =
Tegangan
Akibat
Beban
ijin
= 117.5 MPa atau 117.5 x 106
Pa
Aksisal Menurut persamaan diatas dapat diketahui bahwa F2 adalah:
4.3.3 Menentukan Radius Belok Ideal
F2 =
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
29
…………. (2.5)
Ri =
Perhitungan
radius
belok
ideal dengan sudut steer rata rata Perhitungan
radius belok
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 5
o
δf = 5
Ri = 13,17 m
V. PENUTUP radius
belok
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 10o
adalah
berupa besi pipa berdiameter 2,54 radius
belok
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 15o
cm dan panjang 70 cm. Selain itu, konfigurasi panjang
δf = 15o
V
memiliki
lima
diameter
Ri = 4,39 m
centimeter
satu
ukuran dan
centimeter.
Selanjutnya, batang penggerak dua radius
belok
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 20o
berdiameter satu
centimeter dan
panjang 30 cm. Beban
δf = 20o
puntir
dan
aksial
maksimum. Beban puntir maksimum
Ri = 3,29 m Perhitungan
kemudi
sebesar 38 cm. Dudukan kemudi
Ri = 6,58 m
Perhitungan
5.1 Kesimpulan Diameter
δf = 10o Perhitungan
δf = 35o Ri = 1,88 m
o
Perhitungan
roda depan dengan nilai 35o
bernilai 4,11 Pa. Selain itu, beban radius
belok
aksial maksimum adalah 0,206 Pa.
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 25o
5.2 Saran
δf = 25o
Ada beberapa saran pada
Ri = 2,63 m Perhitungan
penelitian/perancangan radius
belok
ideal dengan sudut steer rata rata roda depan dengan nilai 30 δf = 30o Ri = 2,19 m
ini,
yang
pertama diharapkan dapat dijadikan referensi
bagi
mahasiswa
yang
o
melakukan
perancangan
sistem
kemudi gokar listrik. Adapun saran lainnya yaitu untuk peneliti yang
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
30
ingin melanjutkan penelitian tentang
Hurst,
K.
1999.
Prinsip-prinsip
perancangan gokar listrik diharapkan
Perancangan Teknik. University of
untuk menganalisa lagi sudut slip
Hull. England.
kendaraan
Alsensalo.
Pengertian
Tegangan
Geser dan Tegangan Normal http://alsensalo.blogspot.co.id/2011/1
DAFTAR PUSTAKA Aji. T. Rancang Bangun Prototipe
0/tegangan-normal-akibat-beban-
Kendaraan
aksial.html
Roda
4
Sederhana
(Gokart) Berbiaya Rendah.
20 Juni 2015 pada pukul 18.00
http://digilib.uin-
WITA
suka.ac.id/11845/1/Laporan%20Tauf
Tangkuman. S. Mekanika Kekuatan
iq%20Aji%20Saintek2.pdf
Material. Program Studi S1 Teknik
30 November 2014 pada jam 22:30
Mesin
WITA.
Ratulangi.Manado
Sutantra, I N. Sampurno, B. 2012.
Iwansugiyarto. Pengertian Torsi atau
Teknologi
Momen Gaya
Otomotif
Teori
dan
Universitas
Sam
Aplikasi.
http://iwansugiyarto.blogspot.co.id/2
Wayan, U. Sistem Kemudi
012/01/torsi.html
http://digilib.unimus.ac.id/files/disk1
31 Mei 2015 pada pukul 02.00
/129/jtptunimus-gdl-samtimadhi-
WITA
6418-3-babii.pdf
Berutu, B. 2007. Efisiensi dan
18 Juni 2015 pada pukul 03.15
Optimalisasi
WITA
Sebagai Bahan
William, S. Sistem Kemudi Rack and
Universitas Sumatera Utara.
Pinion
Marsudirini. Fisika Gaya Pegas
http://williamsarfat.blogspot.co.id/20
https://fisikamarsud.wordpress.com/
13/09/cara-kerja-sistem-kemudi-
2012/08/08/114/
rack-and-pinion.html
29 Maret 2016 pada pukul 04.20
4 Februari 2016 13.00 WITA
WITA
Pemakaian
Baja
Konstruksi.
Harsokoesoemo, D. 2004. Pengantar Perancangan
Teknik.
Institut
Teknologi Bandung
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
31
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
32
Jurnal Online Poros Teknik Mesin Volume 5 Nomor 1
33
