KELAYAKAN PEGAS DAUN DALAM PENERIMAAN BEBAN OPTIMAL

Transkripsi

1 KELYKN PEGS DUN DLM PENERIMN BEBN OPTIML Daryono Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhaadiyah Malang E-ail: abstrak Sapai saat ini banyak kendaraan darat yang enggunakan suspensi odel pegas daun. Jenis suspensi ini terdiri dari beberapa susunan lepeng. Penelitian ini difokuskan sebatas test laboratoriu saja dan tidak enggunakan pengujian lapangan atau ekperien karenanya hasil atau kesipulan yang diperoleh bersifat teoritis. Besarnya harga frekuensi natural dari seua ode getaran berdasarkan hasil odal analisis diperoleh harga diatas 100 Hz yang elapaui batas aan baik dari segi keanan desain konstruksi suspensi itu sendiri aupun bagi keaanan penupangnya. Tetapi dengan enggunakan siulasi haronik dengan input frekuensi sebesar 1 Hz saapi dengan 10 Hz dihasilkan besarnya sipangan atau apltudo getar tidak lebih dari 0 yang asih asuk batas aan untuk kenyaanan penupang atau anusia berdasarkan diagra kenyaanan enurut Jane Way. Hal inilah yang enyebabkan asih terpakainya suspensi jenis pegas daun untuk kendaraan darat oleh asyarakat pengguna otootif. Kata kunci: pegas daun, suspensi, keaanan, kenyaanan abstract Nowdays a lot of vehicle still used suspension Leaf spring either in front or in rear suspension. Coonly, his suspension consist of several peace of springs that called leaf spring. This research is focus on laboratory work without experiental test. s a result only theoretical conclusion. Natural frequency by odal analysis show that all ode are ore than 100 Hz. It is very dangerous value of safety passengers and the suspension its self. But with haronik siulation between 1 until 10 Hz input frequency will be resulted no ore than 0 aplitude. This is the range where passenger still get cofortability according to Jane way diagra of cofort ability. Consequently a lot of people or autootive engineer still use this kind of suspension. Key words: leaf spring, suspension, safety, cofort PENDHULUN Penggunaan pegas daun sebagai suspensi kendaraan untuk transfortasi darat asih relevan eksistensinya yang ana hapir 85% suspensi untuk kendaraan truck enggunakan odel suspensi pegas daun (Fu, 00). Jika dilihat dari konstruksi dan kondisi peasangan suspensi pegas daun ini enunjukan adanya suatu keunikan yaitu pada susunan pegas yang elengkung dengan radius kelengkungan tertentu sapai lapisan yang paling akhir (Noran, 00). Deikian pula jika ditinjau dari segi julah peakain yang begitu relevan julahnya enunjukan bahwa eang ada suatu keistiewahan yang tersebunyi pada konstruksi pegas daun atau "Leaf Spring" sebagai suspensi kendaraan darat ini. Naun belu ada suatu desain yang paling bagus engenai berapa julah susunan lepeng pegas yang akan eberikan kualitas kenyaanan aupun keaanan yang paling baik (Shankar, 006). Beberapa peneitian yang berkaitan dengan hal ini antara lain optiasi gelagar tupuan sederhana dengan enggunakan NSYS' 5.4 engungkapkan bahwa hasil optiasi enunjukan bahwa dengan odel lengkung dari geoetri awal beberbentuk segi epat eberikan kekuatan yang saa dengan contour penuh. (Wijayanto dan Daryono, 00). Dilanjutkan dengan studi karakteristik variasi gelagar dengan profil segi epat" enyatakan bahwa dengan radius kelengkungan tertentu ternya eberikan kekuatan gelagar yang lebih tinggi dibanding odel gelagar tanpa kelengkungan atau gelagar lurus untuk profil dan volue aterial yang saa (Miftahurrozi dan Daryono, 005). Deikian juga penelitian tentang Studi Penggunaan Pegas daun sebagai suspensi obil Kijang enyipulkan 1

2 bahwa dengan odel susunan seperti pada susunan kendaraan roda epat lainnya diperoleh harga tegangan aksiu yang terjadi asih di bawah batas harga kekuatan ijin bahan (Toy dan Daryono, 005). Pada kesepatan ini akan dikaji karakteristik pegas daun akibat pebebanan dinais dengan tujuan untuk epelajari karakteristik dinaik yang berupa besar frekuensi dan aplitudo getaran pada kendaraan roda epat sehingga enghasilkan kenyaanan yang bisa diteria oleh anusia/ penupang sesuai dengan kekuatan atau batas keaanan bahan pegas yang diodelkan. METODE Pegas daun yang uunya digunakan pada obil adalah bentuk sei-elliptikal seperti ditunjukkan pada Gabar 1. Pegas daun ini terbentuk dari sejulah pelat-pelat (berbentuk seperti daun). Daundaun ini biasanya epunyai ciri dilengkungkan sehingga daun-daun itu akan elayani untuk elentur enjadi lurus oleh karena kerja beban. pasang dengan baut untuk engikat pegas pada tupuannya. Biasanya pada ata tersebut, pegas diseatkan pada sengkang (shackle), yang juga diberikan bantalan yang terbuat dari bahan anti gesekan seperti perunggu (bronze) atau karet (rubber). Daun pegas yang lainnya dikenal sebagai graduated leaves. gar encegah terjadinya gesekan atau desakan pada daun yang berbatasan, ujungujung dari graduated leaves diatur dala beracaaca bentuk seperti diperlihatkan oleh gabar 1. Daun utaa akan elawan beban-beban lentur vertikal dan juga beban-beban yang disebabkan bagian saping kendaraan dan torsi, oleh karena adanya tegangan disebabkan oleh beban-beban ini, sudah enjadi kebiasaan eberikan dua daun dengan panjang penuh dan blok bantalan pada daun tersusun (graduated leaves) seperti ditunjukkan pada gabar 1. Jepitan pantul (rebound clips) diletakkan pada posisi pertengahan panjang pegas, sehingga susunan daun-daun juga ikut andil enghantarkan tegangan pada daun panjang penuh (full length leaves) ketika pegas eantul. 1,15 1,01 0,86 0,7 0,56 0,44 0, 0,16 0,086 0,018 Gabar 1: 1,58 Diensi pegas daun (leaf spring) 0,078 Gabar. Diensi Pegas Daun (Leaf Spring) Gabar 1. Pegas Daun Seieliptikal Daun-daun itu disatukan bersaa oleh sabuk seperti gelang yang disusutkan elingkarinya pada posisi tengah atau dengan baut yang enebusnya di tengah. Sabuk tersebut enggunakan efek kuat dan kokoh, oleh karena itu panjang efektif pegas untuk elentur akan enjadi panjang keseluruhan pada pegas dikurangi lebar dari sabuk. Dala hal sabuk tengah (centre bolt), dua per tiga jarak di antara pertengahan sabuk-u (U-bolt) akan dikurangi dari panjang keseluruhan pegas agar endapatkan panjang efektif. Pegas ditupukkan pada ruah poros dengan enggunakan sabuk-u. Daun yang lebih panjang dikenal sebagai daun utaa (ain leaf atau aster leaf) dengan ujung dibentuk enyerupai lubang ata yang ana di Data-data spesifikasi Duptruck sebagai berikut: Merk Kendaraan: Nissan Type: CWB 50 HDN, Berat bersih Duptruck: kg Berat uatan Duptruck: kg, Panjang Chasis: 7,05, Lebar Chasis 1,56 Panjang Dup: 5,. Diensi panjang pegas daun Duptruck: Pegas No. 1: 1,58, Pegas No. : 1,58, Pegas No. : 1,15 Pegas No. 4: 1,01, Pegas No. 5: 0,86, Pegas No. 6: 0,7 Pegas No. 7: 0,56, Pegas No. 8: 0,44, Pegas No. 9: 0, Lebar Pegas Daun Duptruck: 0,086, Tebal Pegas Daun Duptruck: 0,018 Bahan Pegas: Baja DIN 17, Jurnal Teknik Industri, Vol. 11, No. 1, Februari 010: 1 5

3 Modulus eleastisitas (E): 0, N/ Tegangan ijin (σ B ): , N/, Density (ρ): 7850 Kg/ ngka poisson (v): 0,4 dapun langkah-langkah yang dilakukan dala etode penelitian ini endapatkan data spesifikasi pegas dan kendaraan dari survei lapangan, aka dilakukan perhitungan beban aksiu yang harus diteria oleh pegas keudian dilakukan pebuatan odel dengan progra NSYS 6.0. Dala peodelan ini odel yang dibuat berupa benda solid (D). Dala hal ini koponen-koponen suspensi belakang tidak digabungkan (add) elainkan hanya disabung (Glue) sehingga walaupun satu kesatuan (solid) tetapi asih dapat dipisah-pisah dengan eberikan naa pada tiap-tiap bagian yang telah dibuat tanpa eengarui hasil dari analisis. Selanjutnya dilakukan uji odal analisis untuk engetahui besar frekuensi naturan yang terjadi pada odel keudian selanjutnya dilakukan uji haronik analisis untuk endapatkan besar distribusi tegangan dan distribusi defleksi pada asing-asing ode getaran yang terjadi. Selanjutnya akan dicari hubungan besar defleksi dan frekuensi natural yang terjadi untuk endapatkan kualitas kenyaanan enurut standart Jane way sedangkan besar tegangan aksiu dikoreksi dengan kekuatan ijin bahan pegas yang disediakan HSIL DN PEMBHSN nalisis dilakukan enggunakan Software nsys 6.0. Perbandingan hasil analisis pegas daun suspensi belakang duptruck disajikan di Tabel 1. nalisa hasil siulasi NSYS 6.0 dengan odal analisis diperoleh untuk kondisi pegas daun yang diodelkan diperoleh 5 odus getar dengan besar frekuensi aksiu yang ditibulkan oleh kontruksi pegas rata-rata diatas 100 Hz. Jika kondisi ini betul-betul terjadi saat obil berjalan aka tegangan aksiu yang akan terjadi pada lepengan pegas noor epat diatas yaitu sebesar setara dengan 71,6 N/. Sedangkan besarnya lendutan aksiu yang terjadi adalah sebesar 0,067 atau saa dengan 67, aka aterial yang tidak aan karena jauh elebihi kekuatan ijinya juga akan eberikan efek yang sangat tidak nyaan bagi penupangnya berdasarkan standart Jane way. Kenyataannya eksitasi siste suspensi untuk kendaraan roda epat ini salah satunya berupa profil jalan yang dala penelitian kali ini diodelkan sebagai fungsi sinusoidal akibat suatu tanjakan atau karena obil harus elewati suatu celah jalan yang rusak dengan lebar celah tertentu. Sehingga dala siulasi berikutnya atau pada langkah berikutnya ensiulasikan siste suspensi pegas daun ini dala kondisi gerakan haronik dengan input frekuensi ulai sebesar 1 Hz sapai harga frekuensi aksiu akibat perubahan laju kecepatan kendaraan saat au elewati profil jalan yang identik dengan fungsi sinusoidal tersebut. Dala penelitian ini kai engasusikan bahwa kendaraan akan elewati profil sinusoidal ini tiap jarak lintasan 1 k sehingga jika kendaraan atau obil benar-benar elaju dengan kecepatan 100 K/ ja, aka untuk enepuh jarak lintasan sepanjang 10 k akan terjadi pengulangan eksitasi sebanyak 10 kali dan besarnya frekuensi eksitasi sebagi input untuk gerak haronik ini enjadi: 10/(10/100) kali/ ja atau setara 1,65 Hz. Untuk itu dala siulasi ini kai ebatasi besarnya frekuensi input pada ana obil elewati profil jalan sinusoidal ini ulai dari 1 Hz sapai dengan batas nyaan enurut Jane way, walaupun kondisi reilnya asih berada di bawah harga frekuensi yang diinputkan. Hasil siulasi haronic analisys enunjukan bahwa aplitudo dan besarnya depleksi yang terjadi asih berada dala abang batas keaanan dan kenyaanan penupang atau Tabel 1. Hasil nalisis Pegas Menggunakan Software nsys 6.0 Tegangan Maksiu (Pa) Tegangan Miniu (Pa) Defleksi Maksiu () Defleksi Miniu () Pegas 1 0, , Pegas 0, , , Pegas 0, , Pegas 4 0, , Pegas 5 0, , , Pegas 6 0, , , Pegas 7 0, , , Pegas 8 0, , , Pegas 9 0, , , Daryono: Kelayakan Pegas Daun

4 anusia. yang terjadi. Deikian juga hasil siulasi dengan haronik analisys ini enunjukan bahwa harga tegangan aksiu yang terjadi pada tiap lepengan pegas asih berada dibawah harga kekuatan ijin bahan. Dengan deikian baik secara statis aupun dinais peakaian pegas daun sebagai suspensi kendaraan roda epat ini asih eenuhi syarat. Melihat dari julah lepengan pada konstruksi pegas daun yang dianalisa aupun yang dipakai pada uunya bahwa julah lepengan akan berpengaruh pada karakteristik suspensi. Hal ini eang benar adanya, engingat walaupun dengan lia lepengan ternyata pada lepengan pegas tertentu yang justru eeria atau terjadi tegangan aksiu yang cukup besar disbanding pada lepengan yang lain. Karena itu dengan enganalisa atau eperhatikan hasil siulasi konstruksi susunan pegas dengan lia lepengan bisa dianalogkan bahwa untuk kondisi kendaraaan yang saa serta dengan konstrain yang saa pula bisa dipastikan akan eberikan efek yang berbeda atau bahkan jauh berbeda jika julah susunan atau lepengan pegas dikurangi. Hal ini bisa dijelaskan dengan besarnya oen aksiu yang terjadi pada posisi tengah. Sehingga dari hasil siulasi haronik diatas bisa dikatakan bahwa peakaian suspensi pegas daun pada poros belakang kendaraan roda epat ini asih eebrikan kenyaanan bagi penupangnya. Standar Kenyaanan enurut Janeway Kenyaanan penupang pada kendaraan darat telah diruuskan oleh Jane way yang endasarkan kenyaan penupang ini pada hubungan laju kecepatan, percepatan terhadap aplitude dan frekuensi getar yang terjadi. Pada uunya tingkat kenyaanan tersebut didasarkan pada tiga level frekuensi yaitu asing-asing pada frekuensi level pertaa pada 1 6 Hz, kedua pd frekuensi 6 0 Hz dan level ketiga pada frekuensi 0 60 Hz. Untuk level frekuensi 1 6 Hz harga aksiu dari Jerk atau besarnya percepatan getaran persatuan waktu tidak boleh elebihi 1,6 / atau sebesar 496 in/detik. Kalau getaran syste dianggap atau diodelkan sebagai getaran haronik atau engikuti fungsi sinusoidal: x sin wt, aka harga jerk adalah: d x ω ω cos t Harga jerk akan aksiu jika harga cosω t 1, Jerk aks. ω. nalog untuk percepatan dan kecepatan aksiu yang diturunkan dari persaaaan perpindahan x sinωt di atas akan diperoleh: Untuk percepatan aksiu d x d t ω sinωt ω Untuk kecepatan aksiu Gabar. Bidang Moen pada Model Pegas yang Dijepit di Tengah Dengan deikian, seakin banyak susunan estinya akan sanggup enahan atau eberika oen tahanan yang lebih kuat pula. Tetapi karena konstrin ruang dan beaya produksi yang ada, aka dengan sebilan lepengan ini kiranya kondisinya sudah enguntungkan baik ditinjau dari segi keaanan aupun biaya produksinya. Ditinjau dari besarnya apiltudo dan besarnya frekuensi eksitasi yang terjadi pada syste suspensi diatas yag besarnya 1 6 Hz, aka enurut standart kenyaanan dari Jane way besarnya aplitudo haruslah berada pada range 0 s/d 50. dx ω cos ω t ω Yang ana untuk level frekuensi dari 1 6 Hz, besarnya aplitudo aksiu adalah: 1,6 1,6 1 0,0508 in.; ω rad ( ) (.,14) (1 Hz Π rad/) Untuk level ulai frekuensi 6 0 Hz besarnya percepatan aksiu yang diijinkan pada batas nyaan adalah: 0, /, aka aplitudo 4 Jurnal Teknik Industri, Vol. 11, No. 1, Februari 010: 1 5

5 aksiu yang diturunkan dari hubungan ini adalah: 0, 0,.0,008.. ω rad (.,14) Untuk level frekuensi 0 60 Hz, besarnya aplitudo aksiu yang diijinkan didasarkan pada kecepatan aksiu yang diijinkan yaitu sebesar,7 / atau sekitar 0,105 in/, aka besar aplitudo aksiu yang diijinkan adalah:,7,7 0,4 ω rad 6, 8 Ditinjau dari besarnya apiltudo dan besarnya frekuensi eksitasi yang terjadi pada syste suspensi diatas yag besarnya 1 6 Hz, aka enurut standart kenyaanan dari Jane way besarnya aplitudo haruslah berada pada range 0 s/d 5 0. Sehingga dari hasil siulasi haronik diatas bisa dikatakan bahwa peakaian suspensi pegas daun pada poros belakang kendaraan roda epat ini asih eberikan kenyaanan bagi penupangnya. SIMPULN Dari penelitian, didapatkan bahwa harga frekuensi natural dari hasil odal analisis adalah untuk gerakan enyaping 115.Hz, untuk gerakan keatas dan ke bawah 149 Hz, untuk gerakan ke depan dan ke belakang 8 Hz, dan gerakan satu posisi 189 Hz. Dengan analisa haronik ulai frekuensi 1 6 Hz diperoleh besarnya lendutan aupun tegangan aksiu asih dibawah harga yang diijinkan untuk aterial pegas yang dipakai. DFTR PUSTK Fu, Cebon, 00. nalysis of truck suspension data base, International Journal of Vehicle Design Heavy Vehicle Syste. National Taiwan University. Khuri, G., 198. Text Book of Machine Design. New Delhi. Miftahurrozi, D., 00. Optiasi Kelengkungan Lepengan Pegas Daun. UMM. Nanang, T.S., 004. Distribusi tegangan pegas Daun pada Dup Truck, UMM. Noran, E.D., 00. Mechanical Behavior of Material International Student Edition. Shankar, V., 006. Mono Coposite Leaf Spring for Light Weight Vehicle. Journal aterial Science. Toy, Daryono, 005. nalisa Kekuatan Pegas Daun kendaraan Kijang, Technical Report, Graduate Student, UMM. Wijayanto, B. dan Daryono, 00. Optiasi Gelagar Technical Report, Graduate student. UMM. Daryono: Kelayakan Pegas Daun 5