ANALISA TEGANGAN DAN DEFLEKSI PADA PELAT DUDUKAN PEMINDAH TRANSMISI TIPE FLOOR SHIFT DENGAN RIB DAN TANPA RIB

Transkripsi

1 1 ANALISA TEGANGAN DAN DEFLEKSI PADA PELAT DUDUKAN PEMINDAH TRANSMISI TIPE FLOOR SHIFT DENGAN RIB DAN TANPA RIB Syamsul Arif, Yohanes Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 6111 Indonesia Abstrak Mekanisme pemindah transmisi adalah alat untuk memindahkan rasio gigi transmisi dari ruang kemudi. Mekanisme pemindah transmisi tipe Floor Shift terdiri dari tuas pemindah yang dihubungkan dengan kabel-kabel baja. Kriteria mekanisme pemindah transmisi adalah mudah saat pengoperasiannya, mudah ketika dipindahkan tidak macet, gaya pemindahannya kecil, tidak menimbulkan suara brisik dan mekanismenya rigid. Dari studi lapangan ditemukan beberapa permasalahan sulitnya gigi transmisi dipindahkan, salah satu faktornya adalah landasan mekanisme pemindah yang kurang kaku dan mengalami defleksi. Tujuan dari penelitian ini adalah memperbaiki mekanisme pemindah transmisi menjadi mudah dan diharapkan dapat dibuat landasan ringan tapi kaku serta menganalisa pengaruh penambahan Rib terhadap defleksi dan tegangan dari pelat landasan mekanisme pemindah transmisi dengan metode elemen hingga dengan bantuan software yang mampu mengetahui distribusi tegangan dan defleksi pada pelat landasan. Dari hasil pengukuran dengan dial indicator defleksi diketahui 1-2mm. Dari hasil analisa elemen hingga diketahui defleksi terbesar mm, setelah penambahan dengan dua model rib yaitu Single rib dan Double side rib dapat disimpulkan Double side rib lebih baik karena mampu mengurangi defleksi hingga.3418mm vertikal, sehingga untuk θ in yang sama menghasilkan θ out lebih kecil. Dan perpindahan sudut total dari tuas transmisi semakin besar. Agar mejadi lebih rigid dan tidak mudah terdefleksi salah satu caranya adalah pemberian Rib yang bertujuan untuk mengurangi defleksi yang timbul pada plat penopang pada saat tuas pemindah dipergunakan. Gambar 1.1 mekanisme pemindah pada kondisi rigid Kata Kunci defleksi,tegangan,rib,elemen hingga I. PENDAHULUAN EKANISME pemindah transmisi berfungsi untuk M memudahkan pengemudi untuk memilih tingkat transmisi yang diinginkan dari ruang kemudi. Syarat dan kriteria yang baik dari mekanisme pemindah transmisi adalah mudah saat pengoperasiannya, lancar dipindahkan atau tidak macet. Jadi kemudahan adalah syarat mutlak yang harus dimiliki mekanisme pemindah transmisi karena berhubungan langsung dengan kenyaman pengemudi. Berdasarkan studi lapangan pada kendaraan multi guna pedesaan berjenis pickup, ditemukan permasalahan yaitu gigi transmisi sulit dipindahkan terutama pada kondisi mundur, salah satu penyebabnya adalah pelat penopang pemindah transmisi yang kurang rigid dan mengalami defleksi, sehingga perpindahan sudut pada lever transmisi berkurang akibatnya rasio transmisi tidak mau berpindah gambar 1.1 dan 1.2 yaitu menjelaskan hypotesa dari plat yang rigid kemudian mengalami defleksi. Kondisi 1.1 Menunjukkan bahwa perpindahan sudut pada (θ in ) sama besar dengan (θ out ), karena panjang R1 dan L1 sama panjang, sedangkan kondisi 1.2 menunjukkan posisi netral tuas bergeser dari posisi Gambar 1.2 mekanisme pemindah pada kondisi fleksible Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa permasalahan yang muncul pada penelitian ini adalah Membuat model elemen hingga dari pelat penopang sistem transmisi tanpa rib dengan rib yang jumlah dan posisinya divariasikan, menganalisa distribusi tegangan dan defleksi dari pelat penopang pemindah transmisi jumlah dan posisinya divariasikan. Tujuan dari penelitian ini adalah Memperbaiki mekanisme pemindahan gigi transmisi menjadi mudah dan ringan, mengetahui karakteristk pengaruh penambahan Rib terhadap defleksi dan tegangan, memberikan rekomendasi untuk pemberian rib yang sesuai pada pelat dudukan. II. METODE PENELITIAN 2.1 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir

2 2 membaginya dalam elemen-2 kecil (finite elemen atau elemen hingga) yang terhubung oleh titik-titik (nodes) yang digunakan oleh elemen-elemen tersebut dan sebagai batas dari struktur/ objek. 5. Terapkan kondisi batas, kondisi awal dan pembebanan. B. Solution Phase Memecahkan satu set persamaan aljabar linier atau non linier secara cepat untuk mendapatkan hasil nodal seperti nilai perpindahan pada nodal-nodal yang berbeda atau nilai temperatur pada nodalnodal yang berbeda dalam masalah perpindahan panas C. Postprocesssing Phase Pada sesi ini kita akan mendapatkan informasi penting lainnya. Seperti nilai tegangan (stress) dalam analisa statik, distribusi kecepatan meknika fluida, distribusi temperatur dan lain-lain. Gambar 3.1. Diagram Alir Tugas Akhir 2.2 Metode Elemen Hingga Metode Elemen Hingga (Finite Element Method / FEM) adalah suatu metode numerik dengan tujuan memperoleh pemecahan pendekatan dari suatu persamaan diferensial parsial (Partial Differential Equation, PDE). Metode elemen hingga menggunakan pendekatan secara numerik untuk memperoleh suatu solusi dari bentuk geometri yang sederhana sampai yang rumit., yaitu membagi-bagi geometri model menjadi elemen-elemen sederhana seperti terlihat pada gambar 2.8 Gambar 3.2 Permodelan Suatu Benda menggunakan Metode Elemen Hingga [7] Table Langkah Dasar dalam Metode Elemen Hingga Langkah-langkah dasar dalam finite element analysis adalah sebagai berikut [9] : A. Processing Phase 1. Membuat dan menentukan daerah yang akan diselesaikan menggunakan elemen hingga, kemudian menguraikan masalah menjadi nodalnodal dan elemen-elemen. 2. Mengasumsikan bentuk fungsi untuk menggambarkan sifat fisik dari sebua elemen, yang merupakan pendekatan fungsi kontinyu yang diasumsikan untuk menggambarkan solusi dari sebua elemen. 3. Menyelesaikan persamaan untuk sebuah elemen 4. Menyatukan elemen-elemen untuk menghadirkan keseluruhan masalah. Membentuk matrik kekakuan global discretize. Diskritisasi adalah proses pemodelan dari struktur/ objek dengan Guna Guna mendapatkan data yang kita butuhkan diperlukan peralatan sebagai berikut: a. Timbangan pegas Manual b. Jangka sorong c. Busur d. Dial gauge indicator 2.3 Proses pengambilan data Berikut hasil pengambilan data seberapa besar masa yang diberikan agar lever transmisi dapat bergerak maksimum. Gambar 3.3 Pengambilan gaya pada lever transmisi tabel 2.1 hasil pengambilan data pada lever transmisi Berikut hasil pengambilan data dari masing-masing posisi kecepatan berupa sudut pada Tuas transmisi dan Lever transmisi : Table 2.2 posisi dan sudut tuas transmisi Keterangan pertama Lever Kiri Kanan I 4kg 4kg II 8kg 1kg Posisi dan sudut tuas Transmisi (pandangan atas) Posisi dan sudut lever Transmisi 1 2

3 3 kedua kedua ketiga ketiga keempat mundur (Reverse ) Pengambilan data defleksi pada pelat dudukan Berikut gambar pengambilan data defleksi pada plat dudukan mekanisme pemindah transmisi degan menggunakan dial gauge indikator. keempat mundur (Reverse) 2.4 Rencana penambahan rib pengkaku dengan Single rib dan Double side rib: Rencana penambahan rib pengkaku dengan Single rib pada pelat dudukan Gambar 3.4 Proses pengambilan data defleksi Berikut adalah hasil defleksi pelat dudukan disetiap posisi, yang nantinya sebagai perbandingan apakah defleksi pada kondisi aktual sesuai dengan defleksi pemodelan yang dibuat. Tabel 4.4 hasil pengukuran defleksi dari masing-masing posisi Posisi (δ) 1.4 mm 2.2 mm 3.2 mm 4.2 mm mundur 1-2 mm Skema pemberian gaya pada tuas transmisi Skema pemberian gaya, yang nantinya sebagai data masukan untuk software analisa elemen hingga. Table 4.3 pemberian gaya inputan pada tuas pemindah transmisi Keterangan pertama Posisi dan skema pemberian gaya Gambar 3.5 Rencana posisi dan susunan rib pengkaku yang divariasikan untuk mengurangi defleksi. Gambar 3.6 Dimensi Single rib Rencana penambahan rib pengkaku dengan Double side rib pada pelat dudukan Gambar 3.7 Rencana posisi rib pengkaku yang divariasikan untuk mengurangi defleksi. Gambar 3.8 Dimensi Double side rib 2.5 Diagram alir analisa simulasi

4 4 Tahap-tahap pengerjaan diagram analisa simulasi software dapat dilihat sebagai berikut : Start Pre processing: - Model geometri - Meshing - Boundary condition - loading - Simulasi - Solution Post processing: - - Convergence Gambar 3.1 diagram alir pemodelan 2.6 Alur Simulasi model dengan Software Dengan data-data yang telah diperoleh maka dapat diolah sebagai inputan untuk disimulasikan pada software yang dapat mengetahui defleksi dan tegangan terbesar pada plat dudukan tuas transmisi tersebut. Berikut langkah-langkah dasar simulasi elemen hingga dari software: 1. Pre processing - Model Geometri Proses untuk menggambar benda yang akan di analisa, dapat berupa 2D dan 3D. - Meshing Adalah proses membagi benda yang akan dianalisa menjadi luasan-luasan atau area-area kecil sebagai batas dari struktur atau objek. - Boundary condition Proses untuk memberi identitas pada benda yang akan kita analisa. Hal ini bertujuan untuk menentukan kondisi benda yang akan di analisa agar mendapakan hasil mendekati dengan kondisi aslinya. - loading 2. Simulasi & Solution Adalah proses analisa dan perhitungan 3. Post Processing Proses ini digunakan untuk melihat hasil analisa defleksi dan tegangan, serta animasi gerakan benda yang dianalisa dan melihat hasil perhitungan serta grafik. III. ANALISA DA N PEMBAHASAN 4.1 Properties Structural Steel Berikut data properties material dari pelat dudukan: ya Finish tidak Density : 785 kg/m 3 Young Modulus : 2x1 5 Mpa Poison rasio :.3 Tensile yield strength : 25 Mpa Tensile ultimate strength : 46 Mpa 4.2 dan pelat disetiap posisi. Berikut data hasil analisa defleksi dan tegangan dari masing-masing posisi dengan menggunakan penyelesaian elemen hingga dengan software finite element : Table 4.1 defleksi dan tegangan disetiap posisi tuas untuk pelat tanpa rib Posisi (Mpa) Reverse Analisa pelat dudukan dengan Single rib Pemberian Single rib secara melintang penuh dari lebar dan memvariasikan sepanjang pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi diharapkan mampu meminimalisir defleksi sekecil mungkin Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 1 rib Pemberian rib secara melintang pada pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi kemudian memvariasikan posisi dari Single rib tersebut agar mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5mm jika tidak tercapai defleksi yang diharapkan maka akan ditambahkan rib lagi, berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.2 dan pada model, posisi gigi mundur, dengan n = 1 n: 1 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Nilai yang berwarna merah pada tabel 4.2 menunjukan posisi Single rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n= 1 rib yang mengalami defleksi terkecil dan tegangan terbesar pada posisi rib X * 1.6, sekitar 6% dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan antara defleksi dengan masa rib: Δδ = ( )mm =.346mm/gram. mm gg Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 2 rib Menambahkan satu Single rib lagi secara melintang pada pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi kemudian memvariasikan posisi dari Single rib

5 5 tersebut agar mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5 mm, berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.3 dan pada model, posisi gigi mundur, dengan n = 2 n: 2 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Pada tabel 4.3 menunjukan posisi Single rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n = 2 rib yang mengalami defleksi terkecil dan tegangan terbesar pada posisi rib X * 2.8. sekitar 8% dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan antara defleksi dengan masa rib: ( )mm =.188mm/gr gg Δδ mm = 4.4 Analisa pelat dudukan dengan Double side rib Pemberian Double side rib dimana penambahan diberikan pada tepian dari pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi, diharapkan mampu meminimalisir defleksi lebih baik dibandingkan dengan Single rib dikarenakan dimensi yang diperlukan lebih kecil sehingga material yang dibutuhkan juga lebih sedikit dibandingkan dengan Single rib Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 1 rib Pemberian rib pengkaku pada tepian sisi kanan pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi dan memvariasikan posisi dari Double side rib agar mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5 mm, berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.4 dan tegangan pada model,posisi gigi mundur, dengan n=1 n= 1 rib 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Tabel 4.4 menunjukkan posisi Double side rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n = 1 rib yang mengalami defleksi terkecil dan tegangan terbesar pada posisi rib X * 1.6 sekitar 6% dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan antara defleksi dengan masa rib: ( )mm gg =.923 mm/g. Δδ mm = Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 2 rib Menambahkan Double side rib pada tepian sisi kiri pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi kemudian memvariasikan posisi dari Double side rib hingga mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5mm. Berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.5 dan tegangan pada model,posisi gigi mundur, dengan n=2 n= 2 rib (δ) mm 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Nilai yang berwarna merah pada tabel 4.5 menunjukan posisi Double side rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n = 2 rib yang mengalami defleksi terkecil dan tegangan terbesar pada posisi rib X * 2.7 sekitar 7% dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan antara defleksi dengan masa rib: Δδ =.4755mm/g. mm = ( )mm gg Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 3 rib Menambahkan Double side rib pada tepian sisi kiri pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi kemudian memvariasikan posisi dari Double side rib hingga mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5 mm. Berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.6 dan tegangan pada model,posisi gigi mundur, dengan n=3 rib n= 3 rib 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Tabel diatas menunjukan posisi Double side rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n = 3 rib yang mengalami defleksi terkecil pada posisi rib X * 3.9 sekitar 8% dan tegangan terbesar pada posisi X * 3.6 sekitar 6 % dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan

6 6 antara defleksi dengan masa rib: Δδ.3229mm/g.: mm = ( )mm gg Model simulasi pada posisi gigi mundur dengan n = 4 rib Menambahkan Double side rib pada tepian sisi kiri pelat dudukan mekanisme pemindah transmisi kemudian memvariasikan posisi dari Double side rib hingga mendapatkan defleksi terkecil yang diharapakan yaitu.5 mm, Berikut tabel hasil dari analisa simulasi: Tabel 4.7 dan tegangan pada model,posisi gigi mundur, dengan n=4 rib n= 4 rib 1% X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * % X * Tabel 4.7 yang berwarna merah menunjukan posisi Double side rib dan kondisi dari Pelat dudukan pada model posisi gigi mundur (reverse) dengan n = 4 rib yang mengalami defleksi terkecil pada posisi rib X * 4.6 sekitar 6% dan tegangan terbesar pada posisi X * 4.9 sekitar 9 % dari panjang keseluruhan pelat dudukan. Dengan rasio perbandingan antara defleksi dengan masa rib: ( )mm 47.1 gg =.2797mm/g. = Δδ mm = 4.5 Karakteristik dan pada Pelat Dudukan Mekanisme Pemindah Transmisi Pada Kendaraan Multi Guna Pedesaan disetiap Posisinya Karakteristik defleksi dan tegangan pada pelat dudukan dengan Single rib Karakteristik dan tegangan untuk Single rib, n=1 rib Karakteristik & 2 untuk n= posisi X*1.5 = 5% Gambar 4.7 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n=1 rib tegangan Karakteristik & untuk n = posisi 188 X* = 8% Gambar 4.8 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n=2 rib Karakteristik penambahan dengan Single rib yang divariasikan letak posisinya dapat dilihat pada gambar grafik 4.7 dan 4.8 yang menunjukan bahwa trendline dari defleksi dan tegangan selalu fluktuatif disetiap posisi dari rib, perubahan defleksi yang signifikan beradah pada X * 1.5 dan X * 2.8 dari jarak refrensi X *., menunjukkan semakin kecil nilai defleksi maka nilai tegangan cenderung meningkat. terkecil untuk Single rib adalah.4668mm dengan jumlah rib n = 2, maka untuk Single rib mampu meminimalisir defleksi hingga.5 mm dengan jumlah rib n= Karakteristik defleksi dan tegangan pelat dudukan dengan Double side rib Karakteristik dan tegangan untuk, n=1 rib Karakteristik & untuk n= posisi X*1.6 = 6% Gambar 4.9 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n=1 rib Karakteristik dan tegangan untuk, n=2 rib Karakteristik & untuk n= posisi X*2.7 = 7% Gambar 4.1 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n=2 rib Karakteristik dan tegangan untuk, n=3 rib tegangan tegangan tegangan Karakteristik dan tegangan untuk, n=2 rib

7 7 Gambar 4.11 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n=3 rib Karakteristik dan tegangan untuk, n= 4 rib Karakteristik & untuk n= posisi X*3.9 = 9% Gambar 4.12 grafik karakteristik defleksi dan tegangan pelat dengan n= 4 rib Untuk karakteristik pada Double side rib yang divariasikan dapat dilihat pada gambar grafik 4.1 sampai 4.12 yang menunjukan bahwa trendline dari defleksi dan tegangan cenderung berlawanan, semakin kecil nilai defleksi maka nilai tegangan cenderung meningkat. Pada grafik 4.9 dan 4.1 dengan 2 Double side rib memiliki nilai tegangan sangat tinggi (265.98Mpa) hingga melebihi tegangan ijin yang diberikan dari tensile yield strength yaitu 25 Mpa, dan pada grafik 4.11 dan 4.12 dengan jumlah rib 3 dan 4 memiliki nilai yang masih aman dari batas ijin yield strength yang diberikan. Dari hasil analisa perbandingan antara Single rib dan Double side rib diperoleh kesimpulan bahwa Double side rib adalah model rib yang paling baik dan aman digunakan, karena mampu mengurangi defleksi lebih baik. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan analisa dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, sebagai berikut : 1. Pada grafik karakteristik penambahan rib mengatakan semakin besar nilai tegangan maka defleksinya menjadi kecil, dan jika tegangan kecil maka defleksinya besar. 2. Rasio perbandingan defleksi dengan massa rib = Δδ, mm menunjukkan bahwa massa yang lebih sedikit untuk Double side rib mampu mengurangi defleksi lebih baik dibandingkan dengan Single rib. 3. Untuk Single rib defleksi menjadi.4648mm pada X * 1.6 dan X * 2.8 sedangkan untuk Double side rib menjadi.3418mm pada X * 1.6 X * 2.7 X * 3.9 dan X * 4.6. LAMPIRAN Parameter Convergence Karakteristik & untuk n= posisi X*4.7 = 7% defleksi tegangan tegangan Table penentuan nilai convergence terhadap jumlah meshing. no elemen size defleksi nodes defleksi defleksi vs jumlah nodes 2 4 nodes Grafik parameter convergence dari variasi jumlah nodes pada saat meshing DAFTAR PUSTAKA [1] Weaver, W and Johnson, P.R,. 1989, Elemen Hingga untuk Analisa Struktur (alih bahasa oleh Markus Rubijanto Kusuma), Eresco, Bandung. [2] ANSYS, Inc. Proprietary Chapter 4, Static Structural Analysis training manual Workbench - Mechanical Introduction 12., May 5, 29 Inventory #2593 [3] Hibeller. (1997). Mechanics of Material. Third Edition. Printice Hall, Upper Saddle River, New Jersey [4] Nugroho, Suewignjo Agus. 25 Pemodelan Fondasi Pelat Dengan Matriks Menggunakan Metode Elemen Hingga Jurnal Teknik Sipil, Volume 6 No. 1, Oktober : [5] Laintarawan, I Putu dkk. 29. Buku Ajar Mekanika Bahan Fakultas Teknik Universitas Hindu Indonesia. Denpasar. [6] Pustekkom Depdiknas 28, diakses pada 8 agustus 212 [7] Dasar teori metode elemen hingga Universitas Sumatra Utara, Bab II.pdf, diakses pada 15 Februari 213 [8] Hardiyatmo,Hary Christady. 29. Metode Hitungan Lendutan Pelat Dengan Menggunakan Modulus Reaksi Tanah Dasar Ekivalen Untuk Struktur Pelat Fleksibel Teknik Sipil, Volume 9, Nomor 2, Juli 29 : [9] Handayanu,. 26. Metode Elemen Hingga (LL126) Jurusan Teknik Kelautan FTK-ITS