NANANG ISMAIL FAHMI JURUSAN TEKNIK MESIN. Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. MEng TUGAS AKHIR BIDANG STUDI DESAIN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR BIDANG STUDI DESAIN NANANG ISMAIL FAHMI Dosen Pembimbing : Dr. Eng. Harus Laksana Guntur, ST. MEng JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2 Revolusi Industri Minyak bumi Bahan Bakar Alternatif Energy Harvensting

3 Pemanfaatan Energi Losses KERS TERS VERS

4 Bagaimana merancang dan membangun prototype Regenerative Shock Absorber (RSA) yang memanfaatkan gerak naik-turun pada sistem suspensi kendaraan Toyota Avanza untuk menghasilkan listrik Bagaimana menentukan jenis material yang tepat agar prototype RSA dapat berfungsi dengan baik.

5 Gesekan pada pasangan roda gigi tidak diperhitungkan. Kendaraan yang di uji hanya mobil Toyota Avanza. Analisa kekuatan material hanya pada roda gigi dan poros penggerak.

6 Merancang dan membangun alat pemanen energi pada sistem suspensi kendaraan roda empat (RSA) dengan metode induksi magnetik. Menentukan dimensi dari roda gigi,poros roda gigi agar alat pemanen energy (RSA) dapat berfungsi dengan baik. Memilih material yang tepat agar alat ini berfungsi dengan baik.

7 Tinjauan Terdahulu Regenerative P-VERS Generasi Shock piezoelektrik Absorber Metode Elektromagnetik21

8 SISTEM SUSPENSI KENDARAAN RODA EMPAT SPUR GEAR POROS TEORI KEGAGALAN METODE PERHITUNGAN

9 Sistim suspensi adalah komponen kendaraan yang fungsi utamanya untuk menjamin kenyamanan penumpang jika kendaraan berjalan pada jalan bergelombang dan juga jika kendaraan berjalan pada berbagai jenis permukaan jalan.

10 Roda gigi lurus ( spur gear ) merupakan jenis roda gigi yang paling banyak digunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untuk mentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yang sejajar.

11 Poros adalah suatu bagian stasioner yang beputar, biasanya berpenampang bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel, engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Jenis jenis Poros, diantaranya adalah : 1. Shaft 2. Axle 3. Spindle 4. Line Shaft 5. Jack Shaft 6. Flexible Shaft

12 Metode dalam penelitian ini, menggunakan 2 metode yaitu : 1. AGMA 2. LEWIS σ c = Cp x Ft. Co. Cs. Cm. Cf Cv. b. d. I Sad = Sac x CLxCR CTxCR F b = S o. b. y. p = S o. b Y K f. P F d F V = 600 d p V = 1200 F untuk 0 < V p < 2000 ft/menit untuk 2000 < V p < 4000 ft/menit p t F t 78 + V p Fd = Ft 78 untuk V p > 4000 ft/menit

13 start Kajian Pustaka Desain Kinematika mekanisme Regenerative Shock Abssorber (RSA) Perancangan elemenelemen RSA yang dibutunhkan seperti roda gigidan poros Perhitungan kekuatan dan pemilihan material pada roda gigi dan poros Pengujian RSA pada Toyota Avanza di VEDC Malang aman dan dan berjalan dengan baik end Flowchart penelitian secara global

14 Tampak depan Tampak belakang RSA

15

16 ANALISA DAN PEMBAHASAN Grafik Simulink matlab daya yang diterima VERS pada kecepatan mobil 36 km/jam dengan Constanta redaman Vers 10% pada roda belakang. Didapatkan daya dari root mean square (RMS) grafik sebesar 27,1 watt atau 0,003 Hp. Grafik kecepatan naik turun suspensi mobil pada roda belakang, didapatkan kecepatan rata rata naik turun suspense mobil pada roda belakang sebesar 0,36 m/s.

17 Perhitungan putaran awal Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jaw Dengan rumus : V suspensi = 2.π.r. n / 60 Dimana r adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw. 0,36 m/s = 2. 3,14. 4 cm. n / 60 n = 85 rpm

18 Gear 4 dan roda gigi 5 Data Gear 4 : Daya :0.03 HP Jenis Gear : spur gear Sudut tekan : 20 derajat coarsepitch Angka transmisi : 1,96 Putaran : 260 rpm Diameter : 2,36 in Lebar roda gigi : 0.39 inch Jumlah gigi : 118 Diametral pitch : 50 Lewis from factor : Data Gear 5 Jenis Gear : Spur gear Sudut tekan : 20 derajat Daya : 0.03 HP Angka transmisi : 1,96 Putaran : 511 rpm Diameter : 0,66 in Lebar roda gigi : 0.39 in Jumlah gigi : 16 Diametral pitch : 50 Lewis from factor : 0.20

19 Torsi masing masing roda gigi Gaya gaya pada roda gigi 4 Kecepatan pitch line (Vp) Beban dinamik (Fd)

20 Lewis Equation (mencari bahan roda gigi) b : 0.39 inchi φ : 20 Ntp : 118 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y = ) Karena nilai safe static (So) = 2229,455 maka material RG4 dan RG5 cukup memakai material gray cast iron ASTM 25. Sedangkan material yang dipakai adalah gray cast iron ASTM 60 maka RG sangat kuat dan tahan terhadap keausan dan tegangan bending.

21 F w = d p. b. Q. K K = Wear load factor (tabel 10.11) Fw = 2,36 in x 0,39 in x 0.437in x 143psi = 57,516 lbf Karena Fw Fd 57,516lbf 7,808 lbf Maka Fw Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )

22 S ad = S ad = Tegangan ijin maksimum. Untuk bahan ASTM 60 diperoleh data sebagai berikut : S at = Psi Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24, Deutschman) K L = 1.4 take as unity Life factor (tabel 10-8, Deutschman) K T = 1 Faktor temperatur K R =1.33 normal design Faktor keamanan (tabel 10-9, Deutschman) S ad = S K at T K K L R psi x1.33 = 15789,47 psi

23 σ t = F t K O K P K V S b J K m σ t = psi maka S ad > σ t karena S ad > σ t 15789,47Psi > 1008,301 Psi maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMA aman

24 σ c = F t Co Cs Cm Cf CL CH CP Sac Cv d b I CT CR σ c = Tegangan kompresi C p = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material C o = Faktor koreksi beban C s = Faktor koreksi umum C m = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama C f = 1, jika roda gigi difinished bagus C v = Faktor dinamik C p = 2300 psi gear and pinion steel (tabel 10-12, Deutschman), Ft = 1,541 (dari data awal perencanaan ) Co= 1 (sama dengan Ko ) Cv= 1 (dengan Vp=160,558 curve 2, fig ) Cs= 1 ( take a minimum value ) Cm= 1.1 ( spur gear b= 0.9 inchi, fig ) Cf= 1,25 (finising halus) I= ( Ntp=118, fig ) d= Diameter b= Lebar roda gigi I = Faktor geometri S ac = Tegangan maksimum bahan C L = Faktor umur C H = Faktor kekerasan C T = Faktor temperatur C R = Faktor keamanan = 1, dari tabel jika 1 dari 100 yang rusak

25 Cek keausan σ c < C C Sac= ( dari ekstrapolasi table ) CL = 1 (fig 10-33, assumsi umur 10 ) CH = 1 ( K < 1.2 fig ) CT = 1 (take as unity ) CR = 1 ( table 10-16,fewer than 1 in 100 ) S ac 6444,76 < ,76 Psi < Psi( memenuhi untuk keausan AGMA ) L T C C H R

26 Data poros 1. Bahan poros gray cast iron ASTM 60 Diameter roda gigi jaw (d jaw ) : 3,14 in Lebar roda gigi 1 (b jaw ) : 0,9 in Gaya tangensial roda gigi 1 (Ft jaw ) : 14,15 lbf.in Gaya radial roda gigi 1 (Fr jaw ) : 15,5 lbf.in Berat roda gigi 1 (W jaw ) : 1 lb Su = psi Syp = psi

27 Perhitungan poros Analisa bidang horisontal Analisa tegangan bidang horisontal Analisa bidang vertikal Analisa tegangan bidang vertikal

28 Analisa bidang horisontal Σ M A = 0 -[F t x 0,55 in] - [B H x 4,72 in] = 0 A H = = 12,67 lbf (Ft x 0,55) (4,72) Σ F = 0 A H Ft + B H = 0 12,67 14,35 = - B H B H = 1,68 lbf

29 Potongan 1 1 (0 x 079 in) ΣM 1-1 = 0 M A H (x 1 ) = 0 Analisa tegangan bidang horisontal M 1-1 = A H (x 1 ) x 1 = 0 in M 11 = 0 lbf.in x 2 = 0,55 M 11 = 7,005 lbf.in Potongan 2 2 (0 x 3,93in) ΣM 2-2 = 0 M B H (x 2 ) = 0 M 2-2 = B zh (x 2 ) x 1 = 0 in M 22 = 0 lbf.in x 2 = 4,17 M 22 = 7,005lbf.in Diagram moment bending sumbu horisontal

30 Analisa bidang vertikal Σ M B = 0 -[(F r +W)x 4,17 in] - [A V x 4,72 in] = 0 ((Frjaw + W) x 0,55) A V = (4,2) Σ F = 0 A V Fr W + B V = 0 4,84 4,49 0,99 + B V = 0 B V = 0,639 lbf = 4,84 lbf

31 Potongan 1 1 (0 z 0,79 in) ΣM 1-1 = 0 M 1-1 A V (x 1 ) = 0 M 1-1 = A V (x 1 ) x1 = 0 in M 11 = 0 lbf.in Analisa tegangan bidang vertikal x2 = 0,55 M 11 = 2,66 lbf.in Potongan 2 2 (0 z 3,93 in) ΣMy = 0 M 2-2 B V (x 2 ) = 0 M 2-2 = B V (x 2 ) X2 = 0 in M 22 = 0 lbf.in X2 = 4,17 M 22 = 2,66 lbf.in Momen bending bidang vertikal

32

33

34 Dari hasil perancangan Regenerative Shock Absorber (RSA) pada kendaraan Toyota avanza yang sudah dilakukan, RSA sudah berjalan dengan baik dan mampu menyerap energi dari naik turunnya suspensi kendaraan. Dari RSA yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 3,60 inch ; roda gigi 1: = 0,70 inch; roda gigi 2 = 0,70 inch; roda gigi 3 = 2,36 inch; roda gigi 4 = 2,36 inch; roda gigi 5 = 0,66 inch; roda gigi 6 = 2,40 inch; roda gigi 7 = 0,66 inch;.roda gigi 8 = 2,40 dan roda gigi 9 = 0,70. Dari RSA yang dibuat didapat jumlah gigi roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw = 181 buah; roda gigi 1 = 59 buah; roda gigi 2 = 59 buah; roda gigi 3 = 118 buah; roda gigi 4 = 118 buah; roda gigi 5 = 60 buah; roda gigi 6 = 120 buah; roda gigi 7 = 60 buah; roda gigi 8 = 120 buah dan roda gigi 9 = 59 buah. Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain Dari RSA yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.26 inch, poros 2 = 0.18 inch, poros 3 = 0,18 inch, poros 4 = 0,27 inch, poros 5 = 0,29 inch.

35