Perencanaan dan perhitungan desain rangkaeprints.umk.ac.id/1449/3/BAB_3.pdfkelurusan dari depan...
Transcript of Perencanaan dan perhitungan desain rangkaeprints.umk.ac.id/1449/3/BAB_3.pdfkelurusan dari depan...
47
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 :
Gambar. 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perhitungan
Mulai
Selesai
Menghitung Element Mesin
Baut
Menghitung Poros
Perhitungan Pegas
Menghitung Bantalan
Perhitungan Gaya Hambat
Kendaraan
Kesimpulan
Gambar Teknik
Perhitungan Kekuatan Rangka
Perhitungan Kendaraan
Berdasarkan Kapasitas Gesek
48
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.
49
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.
50
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.
51
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
1 2l l = 17 cm
Wm
A1 1l C 2l A2
ΣMA1 = 0
Wm. 1l - A2. ( 1l + 2l ) = 0
35.17 – A2.34 = 0
A2 = 34
595
A2 = 17,5 kg
ΣMB = 0
A1 = A2 = 17,5 kg
MC = 13,5.17
= 297,5 kg.cm
52
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
1321 ll cm
W2
B1 1l C 2l B2
ΣMA = 0
W2. 1l - B2. ( 1l + 2l ) = 0
28.13 – B2.26 = 0
B2 = 26
364
B2 = 14 kg
1. B1= B2 = 14 kg
MC = 14.13 = 182 kg.cm
53
b) Penampang 1
Beban yang digunakan adalah beban dari penumpang yang
duduk telentang, jadi beban yang didapat adalah beban kaki
pengemudi.
W1 = 13 kg
5,1121 ll cm
W1
BR1 1l C 2l BR2
ΣMA = 0
W2. 1l - BR2. ( 1l + 2l ) = 0
13.11,5 – BR2.23 = 0
BR2 = 23
149
BR2 = 6,5 kg
BR1 = BR2 = 6,5 kg
MC = 6,5.11,5 = 74,75 kg.cm
3) Perhitungan reaksi tumpuan rangka utama pada sumbu roda depan dan
belakang
54
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 1l = 45 cm
B1 = 14 kg 2l = 14 cm
BR1= 6,5 kg 3l = 73 cm
4l = 10 cm
A1 B1 BR1
A 1l C 2l D 3l E 4l B
ΣMA = 0
A1. 1l + B1.( 1l + 2l ) + BR1.( 1l + 2l + 3l ) – B. ( 1l + 2l + 3l ) = 0
17,5. 45 + 14.59 + 6,5.132 – B.142 = 0
787,5 + 826+858 – B.142 = 0
B = kg405,17142
5,2471
ΣMB = 0
A – A1.( 2l + 3l + 4l ) + B1.( 3l + 4l ) + BR1. 4l = 0
A – 17,5.97 – 14.83 – 6.5.10 = 0
A.142 – 1697,5 – 1162 – 65 = 0
A = 595,20142
5,2924 kg
MC = A. 1l
= 20,595.45 = 926,775 kg.cm
55
MD = A. ( 1l + 2l ) – A1. 2l
= 20,595.59 – 17,5.14 = 970,105kg.cm
ME = A. ( 1l + 2l + 3l ) – A1. ( 2l + 3l ) – B1. 3l
= 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/2mm
Angka keamanan : 8, 2/146,18
17,9mmkg
Tegangan geser ijin bahan 2/92,0146,1.8,0.8,0 mmkgijing
Moment inersia bahan alumunium rangka
56
Gambar 3.6 Bentuk bahan rangka
Luas bahan rangka :
223,131
67,68.67,2870.30
mmA
A
Moment inersia :
Gambar 3.7 Menghitung moment inersia
Maka moment inersianya adalah:
4
23
23
22
550,83844
0.67,68.67,2812
67,68.67,280.70.30
12
70.30
..
mmI
I
yAIyAII
x
x
BBBAAAx
xI A B
57
Dimana:
xI = Moment inersia
AI = Moment inersia bangun A
BI = Momnet inersia bangun B
Ay = Titik berat A
By = Titik berat B
Perhitungan tegangan yang terjadi pada rangka utama, maka yang mampu
diterima oleh rangka adalah :
ijinmmkg
A
F
2/106,0
23,131
14max
Dimana:
= Tegangan (kg/mm 2 )
Fmax = Gaya normal (kg)
A = Luas (mm 2 )
Ditinjau dari tegangan bengkok yang terjadi pada rangka utama
2
max 9701,05
83844,55
0,115 /
x
ijin
M
I
kgmm
58
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
59
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 =m
Lmr .
=122
1420.35
= 407,47 mm
Jarak titik berat dari poros roda belakang
Lr = m
Lm f .
=
= 192,05 mm
Tinggi titik berat
H = r+hf
122
1420.5,16
60
Dimana,
hf = tan.
..
m
LmLm rf
sin = r/L= 0,3/1,42
=0,21,
Sehingga,
hf =tan.
..
m
LmLm rf
=21,0tan.122
19,0.12242,1.5,16
= 05,045,0
25,0 m
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
Tegangan tarik ijin 2/6 mmkga
Tegangan geser ijin aa ).75,05,0(
61
22 /36.5,0/6 mmkgmmkg aa
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
62
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
63
Gambar 3.13 Gaya resultan baut
karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang
diterima tiap bagian sambungan:
N
PA 837,852
6755,171
2
Dan untuk gaya gesernya adalah
NP
PP
s
s
918,422
837,85
2
Torsi yang terjadi di tiap baut sebesar:
mmNT
PT
.944,214525.837,85
25.
Gaya ( 1F ) yang terjadi terhadap baut:
Lebar plat 25 mm, karena sumbu baut berada tepat ditengah plat
penyambung, maka 25 : 2 = 12,5 mm
NF
F
F
FT
837,85
5,312
297,26824
5,12
.5,312944,2145
)5,125,12.(5,12
1
1
1
221
sP
64
NF
F
FF
837,85
1.837,85
5,12
5,12.
2
2
12
Gaya resultan yang terjadi:
NF
F
FPF
R
R
sR
969,95
837,85918,42 22
2
1
2
Diameter baut
mmd
d
Fd
dF
R
R
38,675,40
3.14,3
4.969,95
.
4.
..4
2
2
2
Dengan demikian baut yang akan digunakan adalah M8 dengan spesifikasi
baut sebagai berikut:
d = 8 mm 1d = 6,647 mm
2d = 7,188 mm P = 1,25 mm
1H = 0,677 mm
Gaya akibat pengencangan = 10%.171,675 = 17,1675 N
65
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):
NW
n
WW
s
total
s
25,288
99,225
Maka jumlah ulir ( z ) adalah:
mmz
qHd
Wsz
a
62,03.677,0.188,7.14,3
25,28
.. 12
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
66
Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84
2
1
/08,262,0.25,1.84,0.647,6.14,3
25,28
....
mmN
zpkd
Ws
b
b
Pembebanan tegangan geser aksial murni
2
2
2
1
/82,0
647,6.4
14,3
25,28
.4
mmN
d
Ws
t
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. cf
= 28.1,2 = 33,6 kg
Beban di titik A = 14 kg137,34 N
Spesifikasi baut :
Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C
Tegangan tarik ijin 2/6 mmkga
67
Tegangan geser ijin aa ).75,05,0(
22 /36.5,0/6 mmkgmmkg aa
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
=3.14,3
6,33.4= 4,22 mm
Untuk keamanan dipilih baut dengan diameter lebih besar, yaitu baut M6.
d = 6 mm 1d = 4,917 mm
2d = 5,350 mm P = 1 mm
1H = 0,541 mm
68
Karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang
diterima tiap bagian sambungan:
NPA 67,68
2
34,137
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
sW = n
Wtotal
= N107,155
537,75
Maka jumlah ulir ( z ) adalah:
mmz
qHd
Wsz
a
55,03.541,0.350,5.14,3
107,15
.. 12
Tinggi mur:
H = z.p
= 0,55.1 = 0,55 mm
69
Menurut standar:
H = 0,8.p
H = 0,8.1 = 0,8
Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84
2
1
/12,255,0.1.84,0.917,4.14,3
107,15
....
mmN
zpkd
Ws
b
b
Pembebanan tegangan geser aksial murni
2
2
2
1
/7959,0
917,4.4
14,3
107,15
.4
mmN
d
Ws
t
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:
70
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:
cmNW
l
fW
/734,13
25
35,343
Berikut gambar dari gaya yang bekerja terhadap poros belakang kendaraan
W
A 1l C 2l D 3l B
71
ΣMA = 0
).()2.(. 32112
2 lllRBll
lW = 0
)242524.()242
25.(25.74,13 RB = 0
735,36.25.734,13 RB = 0
RB = N675,17173
275,12532
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/3cm
72
Massa jenis ( ) = 7,89.33 /10 mkg
Faktor keamanan )( 1Sf = 6
Faktor keamanan )( 2Sf = 1,3
Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ
τ = 3
21
/6,73,1.6
60
).(mmkg
SfSf
Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ
τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/3mm
= 18,639 N/3mm
Kecepatan (V) = 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
= 16622,833Nm
s
= 16,623 kw22,598 Hp
73
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
74
Moment puntir ekuivalen
Te 22 TM
Perhitungan diameter poros yang diijinkan :
d = 3
.
.16
Te
= 316.361400
3,14.18,64
= 35782400
58,526
=398800,53
= 46,23 mm
3.5.2 Perencanaan poros depan ( gandar )
3.16 Perencanaan gandar
2 241,202 359,05
361,40.Nm
75
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/3cm
Massa jenis = 7,89.33 /10 mkg
Faktor keamanan )( 1Sf = 6
Faktor keamanan )( 2Sf = 1,3
Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ
σ = 1 2
607,6
( . ) 6.1,3SfSf
kg/
3mm
Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ
τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/3mm
= 18,639 N.3mm
Maka moment yang terjadi pada poros adalah
M = W.L
76
= 8,25.160
=1320 kg.mm
Maka diameternya adalah
M = 3..
32db
1320 = 0,098.7,6. 3d
3d = 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) =
77
RA = 132,435N = 17,5 kg
01325,0
1320
5,17
Co
RA
(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:
3
1
3.33
nfn
42,0
0041625,0 1008,52
3.33 31
n
n
f
f
Faktor umur:
9,12
76,11
1640.42,0
.
h
nh
f
P
Cff
78
Umur nominal bantalan:
Ln =3
500. hf
Ln = 3500.12,9
= 1073344,5 jam
Umur bantalan
L = 610
p
a
Cx
P
L =
3
61640.10
11,76
= 2712124,23. 610
Umur bantalan menrut sularso
Lh = 60.
L
N
= 62712124,23.10
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
79
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
036,0229
25,8
Co
RA
(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
80
Perhitungan umur bantalan
Faktor keamanan:
1/3
33.30,0041625
442,33
0,42
n
n
f
f
Faktor umur:
.
4000,42. 30,30
5,544
h n
h
Cf f
P
f jam
Umur nominal bantalan:
Ln =3
500. hf
Ln = 3500.30,30
= 13909063,5 jam
Umur bantalan
L = 610
p
a
Cx
P
L =
3
6400.10
5,54
= 3764000,92. 610
81
Umur bantalan menrut sularso
Lh = 60.
L
N
= 6376400,92.10
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
82
tarikw .65,0
5,97150.65,0 w kg.mm
2
.D
PMw kg.mm
Mengingat bahwa www WM .
Sedangkan 33 .2,0).
16( ddMw
Maka besarnya diameter kawat pegas adalah:
www WM .
Maka:
3. 0,2. .
2w
DW d
2
.1055,97..2,0
5,97..2,02
.105
3
3
Dd
dD
5,97.4,0
8.105
5,97.4,0
.8.105
5,97.4,0
.105
5,97.2,0.2
.105
2
3
3
3
d
dd
Dd
Dd
83
mmmmd
d
d
d
54,4
534,21
39
840
5,97.4,0
840
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:
a) kedua ujung pegas polos, putaran kekanan, ND = 21
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
84
dikurangi dari jumlah gulungan total untuk mendapatkan jumlah
gulungan yang aktif.
Maka:
12
113
N
N
NNN DT
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:
`5,22
2
540
2
mmD
D
dDD
ratarata
ratarata
ratarata
Maka untuk mencari konstanta pegas dapat dicari dengan
menggunakan rumus:
3
4
..8
.
dn
DGK rata
85
Gambar 3.17 Pegas spiral
25
3
4
/10.70859,1
12000
2050312500
5.12.8
5,22.8000
mmkgK
K
K
Defleksi/lendutan yang disebabkan oleh beban sebesar 1W (kg)
mm
Gd
ndW rata
96,22
5000000
114817500
8000.5
12.5,22.105.8
.
...8
4
3
4
3
1
86
Panjang pegas spiral sewaktu dibebani beban sebesar 105 kg
mmL
L
DNdL p
66
141240
..8
1
1
1
Dimana:
1L = Panjang pegas sewaktu dibebani (mm)
D = 8.d = Diameter pegas (mm)
Panjang pegas sebelum diberi beban
mmL
L
LL
96,88
96,2266
0
0
10
Dimana:
0L= Panjang pegas sebelum diberi beban (mm)
1L = panjang pegas sewaktu dibebani (mm)
= lendutan/defleksi (mm)
Jika diameter kawat adalah ds (mm), maka besarnya moment
tahanan puntir kawat adalah:
1
3
).2
(
).16
(
WD
T
dWw
87
Maka tegangan gesernya adalah:
2
3
2
3
1
1
3
/19,31
7.14,3
105.40.8
/.
..8
2
..
.
16
mmkg
mmkgd
WD
WD
dW
T
a
a
a
w
a
Mencari tegangan tekan yang dijinkan pada bahan, maka didapat
dengan menggunakan rumus:
)/(6,2
12
19,31
2
max
mmkg
V
tekan
tekan
tekan
Dimana:
tekan = tegangan tekan yang diizinkan pada bahan
(kg/2mm )
max =tegangan maksimal bahan
V = factor keamanan
Tegangan tekan yang terjadi pada bahan
A
Ftekan
88
Dimana:
2
2
2
625,19
5.785,0
.4
mmA
A
dA
Maka:
)/(3,5
625,19
105
2mmkm
A
F
tekan
tekan
tekan
Dimana:
tekan = tegangan tekan yagn terjadi (kg/2mm )
F = beban maksimal (kg)
A = Luas penampang (2mm )
Dari perhitungan yang telah dilakukan ternyata tekan < tekan atau
(2,6 kg/2mm ) < (5,2 kg/
2mm ), 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
89
penampang atau diameter poros yang akan digunakan dengan asumsi
bahwa poros yang akan digunakan terbuat dari bahan baja S30C, maka:
mmmmd
d
d
d
A
F
467,1
48.785,0
105
10548..785,0
.785,0
10548
2
2
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.
90
menentukan diameter mur pada batang penghubung d (mm), besarnya nilai
tegangan yang diijinkan a 6 kg/2mm atau sama dengan 58,8 N/
2mm .
4
.
4.105
3,14.6
a
Fd
d
d 4,72 mm
Perancang memilih baut M6 untuk keamanan
Keterangan:
a =Tegangan geser yang diijinkan (kg/2mm )
F = Beban (kg)
d = Diameter (mm)
Gaya yang terjadi pada suspensi
Gambar 3.18 Gaya pembebanan
91
cos .yP phiP
= 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
E = 210 x 310 N/
2mm
92
370.5 8750
12 12
Maksimum bebab terletak ditengah, maka:
Tegangan bengkoknya adalah:
M = W.L
= 16,5.35
= 577,5 kg.cm
Section modulus
Z = 6
. 2tb
=
25.0,3
6
= 0,45
0,0756 cm
2
Untuk tegangan bengkoknya
σ = M
Z
= 6.557,5
0,075
= 462kg/m2
Dan untuk defleksinya adalah:
Momen inersia
I =
3.
12
L b
=
93
=729,16 cm4
Defleksinya
IE
LW
..3
.. 3
=
3
3
16,5.70
3.21010.729,16x
= 3
5659500
45937010x =12,32.10
3cm
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
94
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:
F X =
L
H
LHfrLfW
.1
/)..(.
=
42,1
35,0.75,01
42,1/)35,0.014,040,0.(82,1196.75,0
= 306,39 N
95
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
96
Maka percepatan yang dialami
a = t
VV 0
= 2
089,13
= 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 = N41,2244
62,897
97
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:
98
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 = 1,18 kg/2m ( 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
99
Untuk gaya hambat angin atau tekanan yang terjadi pada permukaan datar
jika kecepatan anginnya rata-rata kecepatan angin lingkungan adalah
P =
2
. .2.
Vg
g
= 81,9.18,1.81,9.2
89,13
= 113,83 N/m2
Dimana:
P: Tekanan (N/m 2 )
V: Kecepatan (km/jam)
g : Kecepatan grafitasi (m/detik)
: Berat jenis udara (kg/ 2m )
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
100
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
101
= 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/m2
2) Permukaan 2
= (F 1 + F 2 ).V
= (897,62 + 32,78). 13,89
= 12923,26 N/m2
3) Permukaan 2
= (F 1 + F 2 ).V
= (897,62 + 22,76). 13,89
= 12784,08 N/m2
Hambatan yang terjadi di permukaan jika permukaan tersebut dibuat sudut
sesuai dengan aergonomi kendaraan adalah
102
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
103
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/m2
2) Permukaan 2
= (F 1 + F 2 ).V
= (897,62 + 11,15). 13,89
= 12622,82 N/m2
3) Permukaan 3
= (F 1 + F 2 ).V
= (897,62 + 22,3). 13,89
= 12777,75 N/m2
Maka dengan perubahan sudut yang dilakukan perancang ternyata bisa
menurunkan hambatan angin yang dapat mempengaruhi laju kendaraan.
104