BAB II DASAR TEORI. Rem adalah suatu alat yang digunakan untuk dapat memperlambat atau

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Rem 2.1.1Pengertian dan Fungsi Rem Rem adalah suatu alat yang digunakan untuk dapat memperlambat atau menghentikan gerak antara putaran pada suatu mesin dengan cara mengubah tenaga dinamika menjadi tenaga panas. Cara kerja rem adalah menekan kanvas rem pada piringan. Pada proses kerjanya, rem menyerap energi kinetik dari mesin. Penyerapan energi kinetik ini berlangsung pada saat proses pengereman. Dimana terjadi 8

2 proses perlambatan kecepatan dari kecepatan tinggi menjadi kecepatan rendah. Sehingga energi kinetik berkurang dan hasilnya adalah nol. Permasalahan yang biasa di hadapi pada saat rem bekerja adalah timbulnya panas yang tersebar rem dengan bidang gesek. Panas yang berlebihan kepermukaan gesek harus di hindari dengan memberikan ventilasi agar distribusi panas merata pada bidang gesek. Bahan yang biasanya di gunakan sebagai lapisan gesek adalah bahan asbes atau ferodo. Dapat juga menggunakan material lainnya yang dapat menyerap panas dan juga tidak mudah aus karena adanya gesekan.kapasitas atau kemampuan rem pada kendaraan tergantung pada beberapa factor antara lain : 1. Besarnya tekanan pada bidang gesek. 2. Besarnya koefisien gesek dari bidang gesek. 3. Kemampuan penyalur panas pada rem. Dari pengertian masalah rem, dapat di simpulkan bahwa fungsi rem adalah untuk memperlambat laju kendaraan atau putaran mesin dengan tujuan untuk menstabilkan atau menormalkan mesin pada kendaraan seperti semula. Namun masalahny tidak berhenti sampai disni saja,sebab rem yang dibutuhkan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain harus dapat berhenti dengan waktu yang sesingkat mungkin dan dengan jarak seminim mungkin. 9

3 Gesekan yang diakibatkan oleh pad brake (kanvas rem) dengan piringan mengakibatkan terjadinya perlambatan atau pengurangan kecepatan. Secara sederhana prinsip kerja dari rem dapat ditunjukan pada gambar dibawah ini. N f F W Gambar 2.1 Prinsip Kerja Rem Benda ditarik oleh gaya F kekanan dan mengakibatkan timbulnya koefisien gaya gesekan (kinetik). Timbulnya gaya gesekan (kinetik) f kekiri yang timbul akibat gesekan antara benda dengan lantai, dengan demikian gaya-gaya yang menggerakkan benda yaitu (F-f). Besar gaya gesek, f : ff = μμ NN (2.1) dimana ; µ = efisiensi gesek antara dua permukaan N = gaya normal terhadap benda 10

4 Berdasarkan Hukum Newton II, maka : FF = mm aa (2.2) Dimana : F = gaya yang bekerja pada benda [N] m = massa benda [kg] a = percepatan benda bergerak [m/s 2 ] Akibat gaya gesek f, maka percepatan benda akan berkurang menjadi : aa = FF ff mm (mm/ss2 ) (2.3) Pada saat pengereman, mesin tidak berkerja karena itu tidak ada gaya yang bekerja pada mobil atau F = 0, sehingga : aa = FF mm (mm/s2 ) (2.4) 11

5 Dimana a adalah perlambatan oleh karena itu bertanda negative. Perlambatan inilah yang menyebabkan kecepatan berkurang dan akibatnya kendaraan berhenti. Adapun rem yang digunakan untuk kendaraan harus memenuhi syaratsyarat sebagai berikut : Dapat bekerja dengan baik dan cepat Bila muatan pada roda-roda sama besar, maka gaya pengeremannya harus sama besarnya Dapat dipercaya dan mempunyai daya tekan yang cukup Rem harus mudah disetel dan diperiksa 2.2. Jenis-jenis Rem Gesek yaitu : Ada beberapa jenis rem gesek yang disesuaikan dengan permukaan rem 1. Rem Blok (Rem Sepatu) 2. Rem Pita (Rem Tali) 3. Rem Ekspansi Dalam (Rem Tromol) 4. Rem Cakram (Rem Disc) Rem Blok atau Rem Sepatu Rem blok terdiri dari sebuah balok yang ditekan pada roda yang berputar, gesekan antara balok dengan roda menimbulkan gaya tangensial yang akan 12

6 memperlambat putaran. Balok ditekan pada roda oleh gaya yang diberikan pada ujung tongkat yang kaku dimana ujung lainnya diberi engsel. Ada dua jenis rem blok, yaitu rem blok tunggal dan rem blok ganda. Pada rem blok tunggal hanya digunakan satu blok rem ditekan terhadap drum. Hal ini dapat menimbulkan momen pada poros roda untuk menghilangkannya maka digunakan dua balok rem, re mini disebut rem balok ganda, seperti terlihat pada gambar 2.2.b. Rem jenis ini masih digunakan pada kereta api. a. tunggal b. ganda Gambar 2.2 Rem Blok. Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, 1980.Erlangga; Jakarta 13

7 Rem Pita atau Rem Tali Rem tali terdiri dari tali yang luwes dari kawat baja dengan bahan gesek, drum rem dan tali ini dililitkan pada silinder roda dan kedua ujungnya dihubungkan dengan pengungkit. Bila pengungkit diberi gaya F, maka tali menegang sehingga terjadi gesekan antara tali dengan roda, gesekan ini yang akan memperlambat putaran roda. Gambar 2.3 Rem Tali atau Rem Pita Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta Pada gambar 2.3.a terlihat bahwa OA > OC akibatnya F1 > F2, oleh karena itu F pada ujung pengungkitnya arahnya lurus kebawah. Gambar 2.3.b, 14

8 kebalikannya, pada gambar ini OA < OC akibatnya F1 < F2, maka gaya F arahnya harus keatas selain itu arah putaarannya mempengaruhi besarnya F1 dan F Rem Blok dan Rem Tali Dikatakan demikian karena meripakan gabungan antara rem balok dan rem tali.beberapa balok dipasang mengelilingi silinder roda, kemudian tali dililitkan disekeliling balok.bahan balok merupakan kayu, kulit atau bahan gesek lainnya. Kedua ujung tali dihubungkan dengan pengungkit, bila gaya F bekerja pada pengungkit, tali akan menegang, akibatnya akan terjadi gesekan antara blok dengan silinder roda. Gesekan ini akan menyebabkan roda berhenti. Gambar 2.4 Rem Blok dan Rem Tali Gambar 2.4 Rem Blok dan Rem Tali Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta 15

9 Rem Ekspansi Dalam atau Rem Tromol Rem ekspansi terdiri dari dua sepatu rem yang dilapisi bahan gesek, biasanya Ferodo, dengan maksud untuk menambah koefisien gesek dan mengurangi keausan pada logam.setiap sepatu rem ditumpu pada satu ujungnya, sedangkan ujung lainnya bersinggungan dengan bubungan (cam).bila bubungan berputar maka sepatu rem terdorong keluar sehingga lapisan geseknya bersinggungan dengan tromol rem dan rem mulai bekerja untuk memperlambat putaran sepatu. Sepatu rem diikat pada pegas yang berfungsi untuk menarik kembali sepatu rem ke posisi semula setelah proses pengereman. Tromol rem juga berfungsi melindungi rem dari kotoran. Tromol rem mempunyai ciri lapisan yang terlindungi dapat menghasilkan gaya rem yang besar untuk ukuran rem yang kecil, dan umur lapisan rem cukup panjang. Suatu kelemahan rem ini adalah pemancaran panasnya buruk.gaya rem terletak pada letak engsel sepatu dan silinder hidrolik serta arah putaran roda. Keterangan : 1. Bubungan (cam) 2. Sepatu Rem 3. Tromol Rem 4. Pegas 5. Poros Roda 16

10 Gambar 2.5 rem tromol Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta Rem jenis ekspansi dalam atau rem tromol ini digunakan pada sebuah motor atau kendaraan motor ringan lainnya. Rem ekspansi dalam juga dipergunakan pada mobil, tetapi tenaga pengeremannya tidak secara mekanik melainkan secara hidrolik, yakni dengan perantaraan minyak rem. Dengan menekan pedal rem, minyak rem akan meneruskan tekanan kesilinder roda, didalam silinder roda terdapat piston dan piston ini kemudian akan bergesekan dengan tromol rem, gesekan ini akan memperlambat putaran roda. Berikut adalah gambar dari rem Tromol Hidrolik. 1. Silinder roda 2. Selang rem 17

11 ] Gambar 2.6 Rem Ekspansi Dalam Hidrolik Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta Ada dua jenis rem tromol, yaitu : 1. Rem Leading, yang ditempatkan roda belekang untuk kendaraan dengan penggerak roda depan. Rem Leading, sepatu jenis ini bagian primer dan sekundernya sama panjang. 2. Rem dua servo, yang biasa ditempatkan dibelakang biasanya untuk kendaraan dengan penggerak roda belakang. Sepatu jenis ini dibagian primer lebih pendek dari pada bagian sekundernya. 18

12 2.2.5 Rem Cakram atau Rem Disk/Piringan Rem cakram terdiri dari sebuah piringan (disk) yang terbuat dari baja campuran yang dihubungkan dengan poros roda sehingga dapat berputar. Pada saat pengereman cakram atau piringan yang berputar dijepit oleh lapisan gesek (pad rem) pada kedua sisinya sehingga timbul gesekan yang akan memperlambat putaran roda, perlambatan tersebut merupakan prinsip kerja dari rem piringan yang diperlihatkan pada gambar 2.7. Rem cakram merupakan jenis yang terbaru untuk kendaraan mobil atau sepeda motor, rem jenis ini banyak digunakan karena memiliki keunggulan dibanding dari jenis rem yang lain, yaitu : Mudah dikendalikan Pengereman stabil Radiasi panasnya baik Tenaga pengereman pada rem jenis ini sama seperti rem tromol, yaitu secara mekanik dan secara hidrolik. Rem cakram juga mempunyai kekurangan yaitu umur lapisan geseknya yang pendek, hal ini disebabkan luas permukaan lapisan geseknya kecil. 1. kapiler (Rumah Piston) 2. Piston 3. Lapisan Gesek 4. Cakram (Disk) 19

13 cakram Gambar 2.7 rem cakram Sumber: Stolk, Jac dan Kros, C. Elemen Konstruksi Bangunan Mesin, Erlangga; Jakarta 5. Plat Penekan 6. Perapat Karet Rem (Seal) 7. Perapat 8. Minyak Rem (Oil Brake) Tenaga Pengereman yaitu : Pada automobil, tenaga pengereman dibedakan menjadi atas beberapa jenis, 1. Rem Mekanik 2. Rem Hidrolik 3. Rem Hidrolik dengan Booster 20

14 4. Rem Angin atau Rem Udara Rem Mekanik Rem ini bekerja secara mekanik dengan perantara tongkat baja atau kawat baja. Jika pedal rem ditekan maka tongkat atau kawat baja akan menarik pengungkit, akan memutar bubungan (cam) sehingga rem akan bergerak keluar dan bergesekan dengan tromol rem, maka terjadilah pengereman.. Rem cakram juga dapat dikendalikan secara mekanik, pada dasarnya tenaga dari pedal rem diteruskan untuk mendorong piston keluar sehingga lapisan gesek menjepit cakram rem dan terjadilah pengeremann. Rem mekanik dipakai pada sepeda motor, untuk roda depan dengan perantara kawat baja, untuk roda belakang dengan tongkat. Disamping itu juga digunakan pada beberapa kendaraan roda tiga, namun tenaga pengereman yang dihasilkan tidak besar Rem Hidrolik Tenaga pengereman dihasilkan dari silinder master yang ditekan oleh pedal rem, tenaga ini diteruskan ke silinder roda dengan perantara minyak rem, kemudian piston didalam silinder roda akan terdorong keluar dan menekan sepatu rem sehingga terjadilah pengereman. Untuk rem cakram pada prinsipnya sama saja, tetapi pengereman terjadi karena cakram rem dijepit oleh lapisan gesek. Tenaga pengereman yang dihasilkan cukup besar, karena itu rem hidrolik digunakan pada mobil. 21

15 Rem Hidrolik dengan Booster Untuk menghasilkan tenaga pengereman yang besar, tetapi gaya tekan pada rem harus kecil, maka digunakan booster rem yang berfungsi untuk memperbesar gaya dari pedal rem. Jika pedal em ditekan, tongkat rem akan meneruskan gaya ini ke booster rem, kemudian gaya diperbesar dengan bantuan takanan udara yang berasal dari gas buang hasil pembakaran. Gaya yang diperbesar ini diteruskan kesilinder master, kemudian kesilinder roda dengan perantara minyak rem. Tentu saja gaya untuk menekan pedal re mini lebih kecil jika dibandingkan dengan rem hidrolik tanpa booster. Ada jenis rem lainnya dimana gaya dari pedal rem diteruskan kesilinder master, kemudian minyak rem dari silinder master masuk ke booster, didalam booster tekanan minyak re mini diperbesar lalu diteruskan kesilinder roda. Apabila booster tidak berfungsi rem masih dapat bekerja, tetapi gaya untuk menekan pedal tentu saja lebih besar Rem Angin atau Rem Udara Tenaga pengereman berasal dari kompresor yang menghasilkan udara yang besar, tekanan udara ini kemudian diteruskan ke sepatu rem. Tabung rem diperlukan untuk terus menjaga agar tekanan udara tetap stabil walaupun mesin tidak bekerja. 22

16 Pada saat pedal rem ditekan, tekanan udara dari tabung diteruskan ke badan rem atau brake chamber, kemudian badan rem akan memutar bubungan yang menyebabkan sepatu rem bergerak keluar dan terjadilah pengereman. Rem ini banyak digunakan pada alat berat seperti truk, karena tenaga yang dihasilkan sangat besar Rem Cakram Pada All Therrain Vehicles (ATV) All Therrain Vehicles (ATV) menggunakan rem cakram dkarenakan kendaraan ini melewati segala medan maka membutuhkan pengereman yang maksimal. Tekanan hidrolik minyak rem berasal dari silinder master yang menyebabkan piston bergerak kekiri dan menekan kaliper kekanan, gerakan kaliper ini menyebabkan sepatu rem(pad) berikutnya menekan cakram, sehingga cakram dijepit oleh dua sepatu rem dan terjadi gesekan, gesekan antara cakram dengan kedua lapisan gesek menyebabkan kendaraan berhenti. Seperti yang telah dijabarkan sebelumnya maka rem cakram atau rem piringan pada All Therrain Vehicles (ATV) mempunyai beberapa keuntungan dan kerugian dibanding dengan rem yang lain khususnya rem tromol, yaitu : Keuntungan Rem Cakram pada All Therrain Vehicles (ATV) Tidak dapat menimbulkan bunyi karena piringan terbuka atau hampir seluruhnya berhubungan dengan udara, maka piringan dapat meradiasikan panas dengan baik dan juga jarang terjadi gejala fading, karena itu efek pengereman secara berulang-ulang pada kecepatan tinggi. 23

17 Perbedaan pada rem tromol maka ekspansi panas tidak dapat menyebabkan adanya perubahan dalam regangannya rem seperti terdapat pada rem tromol, dimana kecenderungan bahwa keregangannya akan berkurang. Oleh karena kontribusi sederhana maka pada rem (braked pad) mudah diganti.tidak terdapat Self Energizing Effek dan akibatnya tidak ada penambahan tenaga rem. Bila piringan kena air, maka effek pengereman tetap konstan karena air yang menempel pada piringan akan terlempar keluar akibat gaya centrifugal Kerugian Rem Cakram pada All Therrain Vehicles (ATV) Karena permukaan pad kecil dan terbatas, maka dibutuhkan tekanan permukaan yang besar, untuk menimbulkan tekanan gesek yang lebih besar dan tahan panas. Karena sedikit terdapat Self Energizing Effek maka diperlukan tekanan hidrolik yang tinggi untuk memperoleh hasil pengereman yang sempurna dengan memberikan tekanan, Booster Rem (Brake Booster). Catatan : Jenis rem piringan pada akhir-akhir ini mempunyai Self Energizing Effek untuk memperoleh gaya pengereman yang lebih besar dengan tekanan yang kecil pada pedal rem. Pada jenis ini piston hidrolik dan pad remnya diposisikan untuk bekerja pada sudut tertentu terhadap putaran piringan agar dihasilkan efek menyeret dari pad rem. 24

18 2.3.7 Gaya Pengereman Gaya pengereman maksimal dapat didukung oleh ban yang ditentukan oleh koefisien gesekan maksimum (µ s ) dan gaya normal roda. Gya pengereman maksimum akan tercapai jika dilakukan pengereman pada keempat rodanya. v o f F S 1 S W Gambar 2.8 sketsa gaya pengereman saat melaju dilintasan FF mmmmmmmm = μμ ss. WW (2.5) 1. Gaya pengereman maksimal pada roda depan. FF dddddddddddd = µ ss. WW dddd (2.6) depan adalah : Dari persamaan (2.6) gaya pengereman maksimum yang terjadi untuk kedua roda FF dddd 1rrrrrrrr = 1 2. FF dddddddddddd (2.7) Dari persamaan (2.6) didapat momen yang terjadi pada kedua roda depan. MM ff = FF dddd 1 rrrrrrrr. rr (2.8) 25

19 3. Gaya pengereman maksimum pada roda belakang. FF dddd mmmmmmmm = μμ ss. WW dddd (2.9) depan adalah : Dari persamaan (2.9) gaya pengereman maksimum yang terjadi untuk kedua roda FF dddd 1 rrrrrrrr = ½. FF dddd mmmmmmmm (2.10) Dari persamaan (2.9) didapat momen yang terjadi pada kedua roda depan : MM rr = FF dddd 1rrrrrrrr. rr (2.11) Data tabel 2.9 hasil pengujian rem cakram pada jarak 100 m No V (km/jam) Pengujian I Pengujian II Pengujian III S pengereman t S pengereman t S pengereman t (detik) (cm) (detik) (cm) (detik) (cm) , , , , , , , , , , , , , , ,

20 Data 2.10 hasil data rata-rata pengujin. No pengujian V(m/s) t (detik) rata-rata S pengereman ratarata(m) ,153 1, ,523 3, ,393 6, ,63 9, ,75 11,83 Grafik kecepatan terhadap waktu t(detik) V(m/s) t (detik) rata-rata Gambar 2.11 grafik kecepata terhadap waktu. 27

21 Gambar 2.12 Grafik kecepatan terhadap jarak pengereman Grafik kecepatan terhadap jarak pengereman Jarak pengereman s(m) V(m/s) S pengereman ratarata(m) Pengujian Akselerasi Pengujian akselerasi merupakan pengujian untuk mengetahui kecepatan kendaraan dengan jarak tertentu. Dalam pengujian ini diperlukan jalur dengan panjang tertentu sebagai lintasan pengujian dan stopwatch sebgai alat pengukur waktu. Untuk mengetahui kecepatan dan percepatan kendaraan menggunakan rumus sebagai berikut : VV = ss...m/s (2.13) tt Dimana : V = kecepatan kendaraan saat melaju (m/s) 28

22 s = jarak yang ditempuh kendaraan (m) t= waktu yag diperlukan (s) aa = VV tt m/s2 (2.14) Dimana : a = percepatan benda m/s 2 v= kecepatan kendaraan saat melaju (m/s) t= waktu yag diperlukan (s) Untuk mengetahui Akselerasi kendaraan mengunakan rumus sebagai berikut Dimana : AA = (2 ss) tt 2 A = akselerasi ( m/s 2 ) S = jarak tempuh yang diukur (m) t= catatan waktu dalam jarak tertentu yang diukur (s) 29

23 2.5 Pengujian Deselerasi Pengujian deselerasi merupakan pengujian untuk mengetahui jarak pengereman dengan kecepatan tertentu.pada pengujian deselerasi mengunakan beban satu penumpang yaitu pengemudi. Perlengkapan yang diperlukan dalam pengujian deselerasi adalah lintasn pengujian, stopwatch sebagai pengukur waktu,dan ditambahkan sebuah sepeda motor untuk mengetahui kecepatan awal dimana pengereman dimulai dengan menggunakan rumus. S = Vo.t + 1 / 2.a. t 2 (2.15) untuk mengetahui percepatan dan jarak henti. 2.6 Efesiensi Rem dan jarak henti Gaya perlambatan maksimum diaplikasikan oleh rem pada roda dan tergantung dari koefesien gesek antara jalan dengan permukaan ban. Jika koefesien gesek tertinggi dapat dicapai, total gaya perlambatan yang dihasilkan pada roda tersebut ekivalen dengan berat kendaraan itu sendiri. Jika kasus ini terjadi maka perlambatan yang dialami oleh kendaraan ekivalen dengan percepatan grafitasi, dimana g =9.81 m/s 2 dan rem dikatakan memiliki efesiensi 100%. Pada kasus sebenarnya efesiensi 100% jarang dipergunakan untuk kendaraan biasa, karena pertimbangan keamanan penumpang pada kendaraan biasa. Pengurangan efesiensi rem dilakukan karena terlalu tinggi efesiensi rem memberikan perlambatan yang besar sehingga dapat membuat kendaraan terjungkal dan penumpang terluka pada saat pengereman dilakukan. Efisiensi rem pada kendaran bervariasi antara 50%-sampai 80%. 30

24 Table 2.6 Data efisiensi pengereman Kecepatan (kph) Jarak henti (m) 5 Kondisi rem Sempurna Baik Buruk Sempurna Baik Buruk Sempurna Baik Buruk Sempurna Baik Buruk 2.7 Faktor keamanan Faktor keamanan yang dipakai mengikuti aturan Thumb : FS =FS material XFS tegangan XFS geometri XFS kegagalan XFS keandalan (Rugerri T.L,Diklat Factor of safety) Perkiraan kontribusi untuk matrial,fs matrial FS =1,0 jika properti matrial diketahui,jika secara eksperimental diperoleh dari pengujian spesimen. 31

25 FS =1,1 jika properti matrial diketahui dari buku panduan atau nnilai fabrikasi. FS = 1,2-1,4 jika properti matrial tidak diketahui. Perkiraan kontribusi untuk tegangan akibat beban FS tegangan FS = 1,0-1,1 jika beban dibatasi padabeban statik atau berfluktuasi. Jika beban berlebih atau beban kejutdan jika menggunakan metode analisa yang akurat. FS = 1,2-,1,3 jika gaya normal dibatasi pada keadaan tertentu dengan peningkatan 20%-50% dan metode analisa tegangan mungkin menghasilkan kesalahan dibawah 50%. FS =1,4-1,7 jika beban tidak diketahui atau metode analisa tegangan memiliki akurasi yng tidak pasti. Perkiraan kontribusi untuk geometri,fs geometri FS = 1,0 jika toleransi hasil produksi tinggi dan terjamin FS = 1.0 jika toleransi hasil produksi rata-rata. FS = 1,1-1,2 jika dimensi produk kurang diutamakan. Perkiraan kontribusi untuk analisa kegagalan,fs kegagalan 32

26 FS = 1,0-1,1 jika analisa kegagalan yang digunakan berasal dari jenis tegangan seperti tegangan uniaksial atau tegangan statik multiaksial atau tegangan lelah multiaksial penuh. FS = 1,2 jika analisa kegagalan yang digunakan adalah luasan teori yang sederhana seperti pada multiaksial, tegangan bolak-balik penuh, tegangan lelah rata-rata uniaksial. FS = 1,3-1,5 jika analisa kegagalan adalah statis atau tidak mengalami perubahan seperti kerusakan pada umumnya atau tegangan ratarata multiaksial. Perkiraan kontribusi untuk keandalan, FS keandalan. FS = 1,1 jika suatu komponen tidak membutuhkan keandalan yang tinggi FS = 1,2-1,3 jika keandalan pada harga rata-rata 92%-98%. FS = 1,4-1,6 jika keandalan diharuskan tinggi,lebih dari 99%. 33