BAB IV PROSES PERANCANGAN

Transkripsi

1 BAB IV PROSES PERANCANGAN 4.1 Rancangan Teoritis Rancangan teoritis yang ideal perlu ditetapkan sebagai acuan perancangan dan pemilihan bahan. Dengan mempertimbangkan kondisi pembebanan dan spesifikasi kendaraan suryaseperti yang telah dijelaskan pada bab III, maka spesifikasi rancangan teoritis yang ideal adalah sebagai berikut : Gambar 4.1 Rancangan teoritis suspensi 37

2 Tipe suspensi : Suspensi dengan tabung oli peredam dan pegas tekan Jumlah suspensi : 4 buah (dua pada roda depan dan dua pada roda) belakang) Material pegas : Chromesteel Shear stress : 4000 kg/cm 2 Panjang lengan : mm Diameter utama coil : mm (dalam perhitungan dipakai yang terkecil) Diameter wire spring : 4 6 mm (dalam perhitungan dipakai yang terkecil) Pitch dari coil : mm Jumlah coil : lilitan (dalam perhitungan dipakai yang terkecil) Dengan memasukkan nilai nilai teknis spesifikasi kendaraan surya yang ditetapkan, sebagai berikut : W = 300 kg, (dengan kemiringan 75 0 ), maka W = 300 / sin 75 0 W = 400 Kg Dengan asumsi bahwa beban terdistribusi rata terhadap semua pegas, maka nilainya : W = 400 kg / 4 W = 100 Kg Apabila nilai nilai spesifikasi di atas dimasukkan ke dalam formula, maka shear stress yang diijinkan pada bahan ini adalah : 38

3 Fs = (K.S.W.D) / (πd 3 ) (4.1) Fs = (K.S.W.C) / (πd 3 ) (4.2) Dimana ; K = (4C-1)/(4C-4) + (0,615/C) Fs = (S.W.D / πd 3 ) Fs = (S x 100 x 0,40 / π x 0,04 3 ) Fs = (320 / π x 0,04 3 ) Fs = (320 / 0, ) (kg/m 2 ) Dari hasil kalkulasi di atas diperoleh nilai fs = ,689 kg/m 2 atau setara dengan 159,235 kg/cm 2. Nilai ini masih jauh lebih kecil dari tegangan yang diijinkan yaitu sebesar kg/cm 2, jadi masih aman untuk digunakan. 4.2 Spesifikasi yang Tersedia Setelah melakukan hasil perhitungan diatas, maka penuls melakukan pengamatan terhadap ketersediaan suspensi dipasaran. Maka, diputuskan memakai suspensi kendaraan roda dua Honda GL. Jenis suspensi ini dianggap paling mendekati rancangan teoritis ideal, dengan spesifikasi teknis sebagai berikut : D = 42 mm (0,42 m) d = 6 mm (0,06 m) n = 14 39

4 G = 8 x 10 5 (kg/cm 2 ) = 8 x 10 5 (kg/10-4 m 2) = 8 x 10 9 (kg/m 2 ) W = 300 kg (dengan kemiringan 75 0 ), maka W = 300/sin 75 0 = 400kg W = 400/4 kg = 100 kg, kendaraan memakai 4 suspensi, dengan asumsi beban merata. fs = (8WD / πd 3 ) = (8 x 100 x 0,42 / π x 0,06 3 ) = ,86 (kg/m 2 ) atau 49, (kg/cm 2 ) C = (0,42/0,06) = 7 p = 0,16 / (14-1) = 0,16/13 = 0,0123 m maksimum shear stress yang diijinkan diperoleh dengan persamaan, fs = (K.8.W.D) / (πd 3 ) = (K.8.W.C) / (πd 3 ) Dimana, K = (4C-1) / (4C-4) + (0,615 / C) Dengan memasukkan nilai- nilai seperti diatas diperoleh fs = ,025 (kg/m 2 ) atau setara dengan 924,746 (kg/cm 2 ), masih jauh lebih kecil dari shear stress yang diijinkan sebesar (kg/cm 2 ), jadi masih aman untuk digunakan. 40

5 4.3 Analisa Pembebanan Gambar 4.3 berikut merupakan posisi penempatan suspensi yang telah pernah dibuat dalam ajang perlombaan rancang bangun (prototipe) kendaraan surya. Gambar 4.2 Rancangan awal posisi suspensi Untuk mengatasi dan menempatkan posisi suspensi pada kendaraan yang nyaman, dilakukan perhitungan analisa gaya gaya sebagai berikut : Gambar 4.3 Analisa gaya pada roda belakang 41

6 Dari analisa sistem gaya gaya yang bekerja seperti pada gambar 4.4 diatas, diperoleh formula untuk gaya Rc, Fpg = (Rc. Lc) / Lpg. sinα (4.4) Sudut kemiringan Fpg yang juga merupakan kemiringan suspensi, yaitu sebesar Dari arah titik A, kearah titik B suspensi digeser dan dihitung nilai dari fgp pada periode jarak 5 cm (0,05 m). Gambar 4.5 Gaya, konstanta pegas dan perubahan jarak Secara matematis dituliskan dengan, F = k. x (4.5) x = F / k k = F / x 42

7 Nilai konstanta pegas (k) diperoleh dengan melakukan eksperimen langsung pada pegas.dengan W = 7 kg dan gaya gravitasi bumi diasumsikan sebesar (g = 10 m.s 2 ), maka besar nilai F = 70 Kg m/s 2 atau setara dengan 70 N. Dari hasil pengukuran diperoleh defleksi pegas sebesar 5 mm (0,005 m), maka dengan menggunakan persamaan 4.5 diatas, maka diperoleh nilai k sebesar : k = 70 N / 0,005 m k = N/m No RB (N) LB (m) Sin α Lpg Fpg (N) Remarks ,6 0,75 0, , ,6 0,75 0,1 1863, ,6 0,75 0, , ,6 0,75 0,2 931, ,6 0,75 0,25 745, ,6 0,75 0,30 621, ,6 0,75 0,35 532, ,6 0,75 0,40 465, ,6 0,75 0,45 414, ,6 0,75 0,50 372, ,6 0,75 0,55 338, ,6 0,75 0,60 310,559 Tabel 4.1 Trend nilai Fpg dengan pertambahan jarak Lpg 43

8 Dari tabel 4.1 diatas terlihat bahwa nilai kecendrungan gaya Fpg akan semakin kecil dengan pertambahan jaraknya. Pada perhitungan diatas, nilai RB dimasukkan dengan kondisi pembebanan yang akan terjadi pada kendaraan surya dengan berat total m= 300 kg, dengan asumsi gaya gravitasi (g = 10 m.s 2 ). Maka, diperoleh nilai RB sebesar 3000 kg m/s 2 atau setara dengan 3000 N. Dalam hal ini, besar nilai F adalah nilai Fpg dengan memasukkan nilai pegas k = N/m, sehingga diperoleh tabel nilai x untuk jarak tertentu seperti berikut ini : No F = Fpg (N) K (N/m) X (m) X (cm) 1 372, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Tabel 4.2 Pengaruh nialai Fpg terhadap perubahan panjang pegas 44

9 Dari tabel 4.2 di atas, terlihat bahwa nilai kecendrungan Fpg semakin besar apabila jaraknya semakin jauh dari poros roda belakang. Jadi untuk menghindari efek deformasi pegas yang terlalu besar khususnya apabila terjadi beban kejut yang besar, maka posisi pegas dirubah dan didekatkan ke poros roda belakang. Hal ini, juga dilakukan pertimbangan apabila terjadi penggantian atau perbaikan pada roda, terdapat ruang yang cukup tanpa terganggu oleh suspensi. Adapun nilai redaman dari peredam suspensi, dapat diketahui (estimasi) dari hasil pembebanan terhadap komponen peredam, diperoleh hasil seperti terlihat pada tabel 4.3 berikut ini : Jarak Tiang Redaman L (m) Berat Beban (kg) Gaya F (N) Waktu T (detik) Nilai redaman C (N.s/m) 0,055 1, ,46 0,055 1, ,73 0,055 1, ,18 0,055 1, ,73 0,055 1, ,46 0,055 1, ,73 Tabel 4.3 Nilai koefisien peredam suspensi 45

10 Secara matematis, nilai konstanta peredam suspensi, c ditulis dengan : c = (F x t) / d (4.6) dimana, c = koefisien redaman (N.s/m) F = gaya yang bekerja (N) t = Waktu d = jarak tiang redaman suspensi (m) Diperoleh bahwa besar nilai koefisien redaman c rata rata adalah sebesar 3454,55 N.s/m. 4.4 Umur Pakai (life time) Suspensi Suatu hal yang tidak mudah untuk dapat menentukan umur pemakain suspensi dengan akurat. Ada banyak faktor yang mempengaruhi hal tersebut, diantaraya beban pemakaian, kondisi jalan yang dilalui kendaraan, dan data data lain pada proses manufaktur yang biasanya menjadi suatu rahasia perusahaan yang membuatnya. Hal ini sedikit bisa teratasi dengan melakukan survei bagi pengendara motor yang memakai tipe suspensi yang sama pada perancangan ini. Secara teoritis umur suatu komponen dapat diketahui dari grafik hubungan tegangan σ 1 (tegangan fatique) N (cycle) seperti terlihat pada Gambar 4.6 berikut ini : 46

11 σ n (kg/mm 2 ) 0,9 σ u (Bending) 0,75 σ u (Axial) 0,9 τ u (Torsional) CL. CD. Cs (0,5σ u ) N (cycles) Gambar 4.6 Grafik tegangan Fatique dan N-cycle Secara teoritis tegangan fatique dari material dipengaruhi oleh kondisi pembebanan, dimensi, kondisi pengerjaan dan kekuatan tekan material suspensi khususnya spring. Secara matematis, tegangan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: σ n (10 6 ) = CL x Cd x Cs x 0,5 x σ u (4.7) Dimana: σ u = tegangan fatique, kg/mm 2 CL = Faktor beban (CL = 1 untuk bending, CL = 0,9 untuk axial dan, CL = 0,58 untuk torsi) CD = Faktor dimensi (CD = 0,89 untuk beban torsional) CS = Faktor pengerjaan permukaan (0,9 untuk permukaan halus) σ u = tegangan ultimate 47

12 Untuk material Nickel Carbon Steel spring memiliki ultimate stress sebesar 1650 N/mm 2, atau setara dengan 165 kg/mm 2, maka dengan persamaan 4.7 di atas diperoleh: σ n (10 6 ) = 0,58 x 0,89 x 0,9 x 0,5 x 165 σ n (10 6 ) = 38,32 kg/mm 2 Tegangan fatique maksimum untuk ban ini diperoleh sebesar 0,9 x 165 = 148,5 kg/mm 2 (0,9σu). Selanjutnya dihitung shear stress maksimum, diperoleh dengan persamaan : fs = σ.w.d / π.d 3 dimana, W = 80 kg ( dengan berat kendaraan sebesar 300 kg, dan diasumsikan setiap suspensi masing masing menahan load sebesar 80 kg) D = diameter utama (42mm) d = diameter coil (6mm) selanjutnya diperoleh, fs = / π. 6 3 fs = 39,63 kg/mm 2 48

13 Dari hasil perhitungan, maka grafik tersebut dapat di plot menjadi grafik pada gambar 4.7 berikut ini : σn(kg/mm 2 ) 148,5 Log σ = -a log N +b 39,63 38, N (cycles) Gambar 4.7 Grafik tegangan Fatique N (cycle) Hasil Perhitungan Dengan shear stress maksimum sebesar 39,63 kg/mm 2, maka estimasi umur suspensi dapat dihitung sebagai berikut : a = 1/3 log [(0,9 x σu) / σn] (4.8) a = 1/3 log [(0,9x 165) / 38,32] a = 0,196 49

14 b = [(0,9 x σu) 2 / σn] (4.9) b = [(0,9 x 165) 2 / 38,32] b = 2,76 selanjutnya dari persamaan : log (σ) = -a log N + b log (39,63) = -0,196 log N + 2,76 1,59 = -0,196 log N + 2,76 1,59 2,76 = -0,196 log N Log N = 5,97 (dibulatkan menjadi 6) Sehingga umur suspensi tersebut diperkirakan menjadi N = 10 6 cycle. Jika diasumsikan satu cycle sekitar 2 detik, maka umur suspensi tersebut dipekirakan sebesar : (10 6 x 2 / 3.600) = / = 555 jam. 50