RANCANG BANGUN MEKANISME PENGHASIL GERAK AYUN PENDULUM SINGLE-DOF Ainur Hariadi, Harus Laksana Guntur Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, ITS Surabaya Email :
[email protected] ABSTRAK Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai hal-hal yang berhubungan dengan gerak. Gerak-gerak yang terjadi akan menimbulkan perubahan nilai sudut,kecepatan maupun percepatan sudut bentukan yang terjadi baik itu dalam lintasan gerak yang linier,lengkung maupun rotasi atau melingkar.Salah satu contohnya adalah gerakan lengan manusia yang memiliki lintasan gerak yang melengkung. Gerakan lengan manusia ini mirip dengan aplikasi gerakan dalam mekanisme slider-crank. Mekanisme ini merupakan salah satu gerak system rangkaian batang penghubung.Dimana mekanisme gerakan dipengaruhi dari pergerakan lengan poros penggerak (driver) dan mekanisme yang digerakkan(driven/follower).Sehingga dapat dilakukan analisa gerakan terhadap sudut-sudut relative terhadap gerakan sudut-sudut absolutnya. Pada tugas akhir ini akan ditampilkan suatu permasalahan yang mana sebuah ayunan sederhana dipadukan dengan sebuah sistem yang berfungsi merubah gerakan linier menjadi gerakan rotasi. Sebuah lengan batang pendulum disimpangkan dengan sudut tertentu (bervariasi 20º, 30º, 45º) menurut konstruksi mekanisme gerak alat yang mengayun konstan. Kata kunci : Mekanisme gerak, slider-crank, variasi sudut, pendulum.
PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari-hari banyak dijumpai hal-hal yang berhubungan dengan gerak , ada gerak yang lintasannya berupa garis lurus dengan kecepatan tetap , ada gerak yang lintasannya berupa garis lurus dengan kecepatan yang berubah, dan ada juga yang lintasannya berupa garis lengkung. Semua contoh-contoh tersebut memiliki arti fisis yang berbeda-beda. Salah satu contoh gerak yang lintasannya berupa garis lengkung adalah gerak pendulum. Gerak pendulum dapat digolongkan sebagai gerak harmonis karena benda bergerak bolak-balik disekitar titik kesetimbangan sehingga pola kurvanya berupa fungsi sinusoidal. Pada tugas akhir ini akan ditampilkan suatu permasalahan yang mana sebuah ayunan sederhana dipadukan dengan sebuah sistem yang berfungsi merubah gerakan linier menjadi gerakan rotasi. Sebuah bandul yang dipasang pada titik berat batang, kemudian bandul disimpangkan dengan sudut tertentu (bervariasi 20º, 30º, 45º) menurut konstruksi mekanisme gerak alat yang mengayun konstan. Mekanisme Engkol Peluncur (Slider-Crank Mechanism) Salah satu mekanisme yang paling berguna dan paling umum dipergunakan adalah sistem rangkaian batang penghubung empat batang. Yang terdiri dari bodi diam 1 sebagai titik pusat, bodi 2 merupakan engkol, bodi 3 sebagai batang penghubung, dan batang 4 merupakan slider yang mempunyai gerak lurus.
Karakteristik Biomekanikal Gerak Berjalan Gerak berjalan pada manusia dapat didefinisikan melalui siklus gaya berjalan yang sering disebut dengan istilah gait cycle. Siklus gaya berjalan ini terdiri dari fase stance dan fase swing, dimana selama fase stance kaki menapak pada permukaan pijakan, sedangkan fase swing kaki melakukan gerak mengayun dan tidak sedang menapak pada permukaan pijakan, untuk fase stance dikategorikan lagi menjadi 3 macam yaitu pada saat kedua kaki sedang menapak tahap pertama, hanya satu kaki yang menapak, dan pada saat kedua kaki sedang menapak pada tahap kedua. Pergerakan dari tiap fase pada siklus gaya lengan
METODOLOGI YANG DIGUNAKAN Dalam rancang bangun mekanisme penghasil gerak ayun pendulum single DOF dengan menggunakan tahap perancangan sebagai berikut : 1. Langkah-langkah Penelitian 2. Tahap Kajian Pustaka 3. Tahap Proses Perancangan Alat 4. Tahap Perancangan Pemodelan Mekanisme Alat 5. Tahap Penyelesaian Perancangan 6. Tahap Pembuatan Alat
HASIL DAN PEMBAHASAN Perancangan gerak ayun pendulum memanfaatkan mekanisme gerak slider-crank. Dalam pemanfaatan gerak slider-crank ini akan didapatkan variasi perubahan sudut bentukan lengan pendulum. Pada alat ini terdapat beberapa komponen utama : 1. Disc (piringan penggerak). Piringan ini berfungsi sebagai pengatur langkah dari mekanisme dengan diameter 280mm, yang memiliki 3 lubang varian sebagai pengatur panjang langkah batang penghubung prototipe pada mekanisme slider-crank.
Lubang 1: diameter lubang 8mm, jarak titik sumbu lubang dengan titik sumbu , poros dx=120mm, untuk sudut bentukan 45o, x=120cm, 275mm. Lubang 2: diameter lubang 8mm, jarak titik sumbu lubang dengan titik sumbu, poros dx=70mm, untuk sudut bentukan 30o, x=70, z=292mm. Lubang 3: diameter lubang 8mm, jarak titik sumbu lubang dengan titik sumbu, poros dx=44mm, untuk sudut bentukan 20o, x=44cm, z=297mm. 2. Batang penghubung. Merupakan komponen penghubung antara disc dengan body slider, panjang batang penghubung ini 300 mm. 3. Body diam slider. Mekanisme slider yang menghubungkan batang penghubung dengan lengan pendulum. 4. Lengan pendulum. Komponen yang diasumsikan sebagai simulator lengan manusia pada prototype ini yang nantinya akan diambil
variasi sudut bentukan. Panjang lengan atas 300 mm, dan panjang lengan bawah 250 mm, total berat lengan m L = 0,288kg . 5. Rangka meja. Tempat dudukan body prototipe agar tidak bergeser. 6. Motor DC. Komponen penggerak utama dari prototype dengan putaran 30 rpm, 24 volt, dan 1 A. 7. Power supply. Merk: Matsuvivi, arus 6 A, voltase 24 volt. 8. Partikel bermassa Komponen ini merupakan cincin pemberat yang akan diletakkan pada titik bagian lengan pendulum yang berjarak dari titik referensi, yang memiliki berat sebesar mC = 0,033kg . Gaya momen mekanisme: Diambil contoh pada lengan pembentukan sudut β = 20 o ,
R = 44mm , LL = 550mm , LC = 270mm , b = 300mm .
l1 = 120mm .
* ∑ Fy = 0
FSinθ − FAy = 0 * ∑ Fx = 0
FCosθ − FAx = 0 * ∑ Fy = 0
FSinθ − FBy = 0 * ∑ Fy = 0
FCy − WC − W L = 0 FCy = WC + W L * ∑ Fx = 0
FCx − FCosθ = 0 *∑M = 0 ∑ M = Iα FCosθ .l1 − WC .LC − W L .LL = M M = FCosθ .l1 = 2,9 x10−3.0,990.120 = 0,3445 KESIMPULAN Setelah dilakukan perancangan, analisa dan pembuatan prototipe penghasil gerak ayun pendulum satu DOF. Ada beberapa hal yang dapat dijadikan kesimpulan, sebagai berikut: 1. Secara teori dan pengujian susunan Rancang bangun ini bisa diaplikasikan pada sistem gerak mekanisme yang dinginkan. 2. Dalam percobaan bahwa semakin kecil jarak langkah slider maka sudut bentukan pada batang lengan pendulum yang terbentuk juga kecil, dan sebaliknya. 3. Kekasaran permukaan slider dan berat lengan pendulum mempengaruhi kinerja dari motor penggerak yang terbebani. 4. Dari perhitungan didapatkan panjang langkah (x) dan sudut bentukan (β), yaitu: x=44mm ; β=200, x=70mm ; β=300, x=120mm ; β=450.
