WAHYU HENDRAWAN

RANCANG BANGUN ELEKTOMAGNETIK VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM (VERS) GENERASI 2 PADA SUSPENSI ISUZU PANTHER WAHYU HENDRAWAN 2106100066 Dosen Pembimbing : Dr. Harus Laksana Guntur, ST. MEng JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya SIDANG TUGAS AKHIR BIDANG STUDI Desain

Latar belakang

LATAR BELAKANG Pemanfaatan Energi Losses KERS TERS VERS

PERUMUSAN MASALAH Bagaimana merancang alat yang dapat memanfaatkan gerak naik-turun pada sistem suspensi kendaraan untuk menghasilkan listrik Bagaimana susunan dan besarnya ukuran diameter roda gigi (gear) dan poros yang efektif untuk menghasilkan putaran. Bagaimana menentukan material yang tepat pada VERS agar alat ini dapat berfungsi dengan baik.

BATASAN MASALAH Kecepatan dan percepataan kendaraan bernilai konstan. Kendaraan yang diuji hanya mobil Isuzu Panther bak terbuka. Analisa kekuatan material hanya pada roda gigi dan poros penggerak pada VERS

TUJUAN Merancang dan membangun alat pemanen energi pada sistem suspensi kendaraan roda empat (isuzu panther). Menentukan dimensi dari roda gigi,poros roda gigi agar alat pemanen energy (P-VERS) dapat berfungsi dengan baik dan benar. Memilih material yang tepat pada VERS agar alat ini berfungsi dengan baik dan biaya pembuatannya dapat terjangkau.

TINJAUAN PUSTAKA

Di dalam electromagnetic regenerative shock absorber ini terdapat dua komponen utama, yaitu kumparan yang sangat sensitif dan magnet permanen berbentuk cincin bersusun yang dikemas secara khusus untuk meningkatkan daya kemagnetannya. Kumparan tembaganya sendiri dililitkan pada tabung delrin yang disusun sejajar dengan susunan lingkar cincin magnet kemudian ujung-ujung kumparannya dihubungkan pada alat penyearah arus atau rectifier.

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

Sistem suspensi 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 serta berbagai model gerak dari kendaraan.

Spur gear 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. Bagian dari pasangan roda gigi yang berfungsi untuk menggerakkan roda gigi pasangannya disebut pinion. Sedangkan pasangan roda gigi yang digerakkan disebut gear ( driven ).

poros Poros adalah merupakan bagian atau elemen dari mesin yang dalam penggunaanya dapat berfungsi sebagai poros yang meneruskan tenaga, poros penggerak klep (camshaft), poros penghubung dan lain sebagainya. Jenis jenis Poros, diantaranya adalah : 1. Shaft 2. Axle 3. Spindle 4. Line Shaft 5. Jack Shaft 6. Flexible Shaft

TEORI KEGAGALAN 1. Maximum Normal Stress Theory σ ( c)max Syp( c N ) 2. Maximum Shear Stress Theory Syp 2N = τ max 3. Distortion Energy Theory Syp N 2 = σ 2 1 + σ 2 2 + σ 2 3 σ σ 1 2 σ σ 2 3 σ σ 1 3

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

METODoLOGI START Kajian Pustaka Diagram Alir Penelitian Pecara Global Kinematika Perencanaan Daya Pengujian Berhasil? N Y Kesimpulan END

GAMBAR PROTOTYPE

GAMBAR MOBIL

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.

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

Analisa roda gigi Gear Jaw dan roda gigi 1 Data Gear jaw : Daya :0.03 HP Jenis Gear : spur gear Sudut tekan : 20 derajat coarse pitch Angka transmisi : 2.7 Putaran : 85 rpm Diameter : 3.14 in Lebar roda gigi : 0.9 inch Jumlah gigi: 31 Diametral pitch : 10 Lewis from factor : 0.361 roda gigi 1 Data Gear 1 Jenis Gear : Spur gear Sudut tekan : 20 derajat Daya : 0.03 HP Angka transmisi : 2.7 Putaran : 229 rpm Diameter : 1.61 in Lebar roda gigi : 0.9 in Jumlah gigi: 16 Diametral pitch : 10 Lewis from factor : 0.295

Perancangan roda gigi jaw dan roda gigi 1 Jarak roda gigi Torsi masing masing roda gigi Gaya gaya pada masing masing roda gigi jaw dan roda gigi 1 Kecepatan pitch line (Vp) Beban dinamik (Fd)

Lewis Equation (mencari bahan roda gigi) b : 0.9 inchi φ : 20 Ntp : 31 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y = 0.361 ) Jadi karena nilai Safe static stress(so) = 486.61 Psi maka bahan material roda gigi 1 dan jaw yang digunakan cukup Gray cast iron ASTM 25 dengan BHN 174. Sedangkan alat yang kita pakai memakai bahan gray cast iron ASTM 37(So = 1200Psi ;BHN 212),jadi sudah sangat kuat dan tahan terhadap keausan dan tegangan bending.

Check roda gigi berdasarkan Wear Load (Buckingham) d p = Diameter pitch pinion b = Lebar roda gigi K = Wear load factor (tabel 10.11) Q= F w = d p. b. Q. K Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.f Jadi Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.f Karena Fw Fd 259,28 lb.f 15,81 lb.f Maka Fw Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending S ad = S K at T K K L R S ad = Tegangan ijin maksimum. Untuk bahan ASTM 37 (212 BHN) diperoleh data sebagai berikut : S at = 8500 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) 8500 psi.1.4 S ad = 1. x1.33 = 8947,37 lb

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending σ t = Tegangan di kaki roda gigi F t = Gaya tangensial roda gigi K o = Faktor koreksi beban lebih J = Faktor geometri P = Diametral pitch Ko = 1 ( uniform,table 10-4 ) P = 10 ( diametral pitch ) σ t = F t K O P K S K b J V K K s = Faktor koreksi ukuran K m = Faktor distribusi beban K v = Faktor dinamik b = Lebar roda gigi Ft = 14.16 lb.f ( dari data awal perhitungan gaya ) Ks = 1 ( for spur gear take as unity ) Km = 1,6 ( table 10-5, spur gear ) Kv = 0,86 ( dengan Vp= 69.83 ft /min,fig 10-21 ) b = 0.9 (dari data awal perencanaan ) J = 0,35 ( 20 FD, Ntp = 31, Ntg = 16, fig 10-22 ) m σ t = 14.16lb.1.10.1.1,6 0,86.0.9.0,35 = 839,61Psi karena S ad > σ t 8947,37 Psi > 839,61Psi maka S ad > σ t maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMA aman

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation 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 = 1800 psi gear and pinion steel (tabel 10-12, Deutschman), Ft = 14.16(dari data awal perencanaan ) d= Diameter Co= 1 (sama dengan Ko ) b= Lebar roda gigi Cv= 0.86 (dengan Vp=69.83 curve 2, fig 11-27 ) I = Faktor geometri Cs= 1 ( take a minimum value ) S ac = Tegangan maksimum bahan Cm= 1.1 ( spur gear b= 0.9 inchi, fig 10-31 ) C L = Faktor umur Cf= 1,25 (finising halus) C H = Faktor kekerasan I= 0.115 ( Ntp=31, fig 10-32 ) C T = Faktor temperatur C R = Faktor keamanan = 1, dari tabel 10-16 jika 1 dari 100 yang rusak

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation σ c = 1800 14.16lb.1.1.1,1.1,25 0.86.3.14.0.9.0,115 = 15052,96 Psi Cek keausan Sac= 75.000 ( dari ekstrapolasi table 10-14 ) CL = 1 (fig 10-33, assumsi umur 10 ) CH = 1 ( K < 1.2 fig 10-34 ) CT = 1 (take as unity ) CR = 1 ( table 10-16,fewer than 1 in 100 ) σ c < S ac C C L T C C H R 15052,96 < 75000 1.1 1.1 19234.33Psi < 75000Psi( memenuhi untuk keausan AGMA )

Analisa poros POROS 1 Data poros 1. 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 Bahan poros malleable cast iron ASTM A47 Su = 50000 psi Syp = 32500 psi

Analisa Bidang Horisontal (Bidang X Z) Σ M B = 0 -[A z x 4,82 in] + [FTjaw x 3,93in] = 0 A Z = = 11,78 lbf (Ftjaw x 3,93) (4,82) Σ M A = 0 -[B z x 4,82 in] + [FTjaw x 0,79in] = 0 - (Ftjaw x 0,79) B Z = (4,82) = 2,36 lbf

Analisa Bidang Vertikal (Bidang X Y) Y Fr jaw + W x Ay By Σ M B = 0 -[A y x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 3,93in] = 0 Σ M A = 0 -[B y x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 0,79in] = 0 A Z = ((FRjaw + W) (4,82) x 3,93) B y = ((FRjaw + W) (4,82) x 0,79) = 13,73 lbf = 2,76 lbf

ANALISA TEGANGAN BIDANG HORIZONTAL ( X Z ) Potongan 1 1 (0 x 079 in) ΣM 1-1 = 0 M 1-1 - A z (x 1 ) = 0 M 1-1 = A z (x 1 ) x 1 = 0 in Mx 1 = 0 lbf.in x 2 = 0,79 Mx 2 = 9,30 lbf.in Potongan 2 2 (0 x 3,93in) ΣM 2-2 = 0 M 2-2 - B z (x 2 ) = 0 M 2-2 = B z (x 2 ) x 1 = 0 in Mx 1 = 0 lbf.in x 2 = 3,93 Mx 2 = 9,30lbf.in

ANALISA TEGANGAN BIDANG VERTIKAL ( X Y ) Potongan 1 1 (0 z 0,79 in) ΣM 1-1 = 0 M 1-1 A Y (z 1 ) = 0 M 1-1 = A y (z 1 ) z 1 = 0 in Mz 1 = 0 lbf.in z 2 = 0,79 Mz 2 = 10,85 lbf.in Potongan 2 2 (0 z 3,93 in) ΣMy = 0 M 2-2 B y (z 2 ) = 0 M 2-2 = B y (z 2 ) z 1 = 0 in Mz 1 = 0 lbf.in z 2 = 3,93 Mz 2 = 10,85 lbf.in

Momen bending terbesar M C = Momen torsi di titik C T I =22,23 lbf.in Bahan poros malleable cast iron ASTM A47 : Su = 50000 psi ; Syp = 32500 psi Diameter poros yang digunakan adalah 0,57 in.

HASIL PERANCANGAN

KESIMPULAN Dari Perancangan VERS (Vibration energy recovery system) pada mobil isuzu panther bak terbuka yang sudah dilakukan,vers sudah berjalan dengan baik dan mampu menyerap energi dari naik turunnya suspensi kendaraan. Dari VERS yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 3,14 inch ; roda gigi 1: = 1,61 inch ; roda gigi 2 = 2,36 inch ; roda gigi 3 = 0,94 inch ; roda gigi 4 = 2,36 inch ; roda gigi 5 = 0,94 inch ; roda gigi 6 = 2,36 inch dan roda gigi 7 = 0,94 inch. Dari VERS yang dibuat didapat jumlah gigi roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 31 buah ; roda gigi 1: = 16 buah ; roda gigi 2 = 23 buah ; roda gigi 3 = 10 buah ; roda gigi 4 = 23 buah ; roda gigi 5 = 10 buah ; roda gigi 6 = 23 buah dan roda gigi 7 = 10 buah. Dari Vers yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.57 inch, poros 2 = 0.59 inch, poros 3 = 0,47 inch, poros 4 = 0,47 inch, poros 5 = 0,47 inch. Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain

TERIMA KASIH