TUGAS AKHIR PERENCANAAN SISTEM HIDROLIK POWER STEERING MOBIL SUZUKI BALENO Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta oleh : SRI WIDIYANTO NIM : D 200 000 188 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2007
HALAMAN PERSETUJUAN Tugas Akhir ini dengan judul : Perencanaan Sistem Hidrolik Power Steering Mobil Suzuki Baleno, telah disetujui oleh pembimbing untuk dipertahankan di hadapan Dewan Penguji sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Hari Tanggal :.. :.. Mengetahui, Pembimbing Utama Pembimbing Pendamping Ir. Tri Tjahjono, MT. Ir. Sunardi Wiyono, MT. iii
HALAMAN PENGESAHAN Tugas Akhir dengan judul : Perencanaan Sistem Hidrolik Power Steering Mobil Suzuki Baleno, telah disyahkan oleh Dewan Penguji sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada : Hari Tanggal :.. :.. Ketua Dewan Penguji : Sekretaris Merangkap Anggota Merangkap Anggota Ir. Tri Tjahjono, MT. Ir. Sunardi Wiyono, MT. Anggota Ir. Sartono Putro, MT. Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Ketua Jurusan Teknik Mesin (Ir. Sri Widodo, MT.) (Marwan Effendy, ST., MT.) iv
HALAMAN MOTTO Katakanlah: Jika kamu benar-benar mencintai ALLAH, ikutilah aku, niscaya ALLAH mengasihi dan mengampuni dosa-dosamu.allah Maha Pengampun lagi Maha Penyayang. (QS.Ali Imron:31) Maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain. (QS.Al Insyirah :7) Rasulullah menasehatkan: Mintalah fatwa dari hatimu, Kebaikan itu adalah apa-apa yang tenteram jiwa padanya dan tenteram pula dalam hati. Dan dosa itu adalah apa-apa yang syak dalam jiwa dan ragu-ragu dalam hati, walaupun orang-orang memberikan fatwa kepadamu dan mereka membenarkannya. (HR.Ahmad) Sesungguhnya ilmu itu (didapat) dengan belajar, dan rasa murah hati dengan belajar bermurah hati. Barang siapa menjaga diri dari keburukan dia akan dijaga ( Al Hadits) Tugas yang tersedia lebih banyak dari waktu yang tersedia ( Al Bana ) Sri Widiyanto D 200 000 188 v
HALAMAN PERSEMBAHAN Setelah melalui proses yang panjang, melalui berbagai ujian, dengan mengucap Alhamdulillahi robbil alamiin, akhirnya Tugas Akhir ini selesai dikerjakan. Karya yang sangat sederhana dipersembahkan kepada : 1. Bapak dan Ibu tercinta, yang telah memberikan kasih sayang yang tiada batas dan do anya yang tiada henti. 2. Kakak & Adikku tersayang dan Ponakanku (Rahma) 3. Almamater (Universitas Muhammadiyah Surakarta) vi
KATA PENGANTAR Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Sholawat dan salam dari Allah SWT semoga selalu terlimpahkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga dan sahabat-sahabatnya, Amien. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, banyak bantuan yang tidak terbalaskan, oleh karena itu pada kesempatan ini ucapan terimakasih yang tulus tersampaikan kepada : 1. Bapak Ir. Sri Widodo, MT., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Marwan Effendy, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT., selaku Dosen Pembimbing Utama yang telah membimbing, mengarahkan dan memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini 4. Bapak Ir. Sunardi Wiyono, MT., selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah meluangkan banyak waktu untuk memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. vii
5. Bapak Ir. Sartono Putro, MT., selaku dosen penguji. 6. Bapak Muh. Al fatih H, ST selaku pembimbing akademik. 7. Segenap dosen Jurusan Teknik Mesin beserta Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 8. Ayah bunda dan seluruh keluarga, yang dengan kesungguhan memberi dukungan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 9. Teman-teman seperjuanganku (semuanya) atas segala bantuan pemikirannya. 10. Adik-adikku, yang senantiasa menemani dan menghibur dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 11. Teman-teman yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Pembuatan laporan Tugas Akhir ini disadari masih banyak kekurangannya, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan waktu, literatur dan pengetahuan yang dimiliki. Mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan-kesalahan penulisan dalam Tugas Akhir ini. Harapannya semoga Tugas Akhir ini bermanfaat khususnya bagi penulis dan pihak lain yang membutuhkannya. Amin. Surakarta, Februari 2007 Sri Widiyanto viii
PERENCANAAN SISTEM HIDROLIK POWER STEERING MOBIL SUZUKI BALENO Sri Widiyanto Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani tromol Pos I Pabelan, Kartasura ABSTRAKSI Salah satu mekanisme penting pada sebuah mobil adalah sistem pengarah kendaraan atau sistem kemudi. Sistem ini bertujuan mengarahkan dan mengatur posisi mobil pada situasi jalan yang senantiasa berubah. Saat ini sistem kemudi mobil sudah banyak menerapkan mekanisme penambah daya atau sering disebut sistem power steering. Fungsinya adalah untuk membantu meringankan beban kemudi dalam mengarahkan laju mobil. Kerja power steering menggunakan sistem hidrolik dengan prinsip mekanika fluida yaitu mengubah energi potensial fluida cair menjadi energi gerak mekanik piston. Bagian utama dari sistem hidrolik power steering adalah silinder hidrolik dan katup pengarah aliran. Silinder hidrolik sebagai elemen kerja yang mengubah energi potensial cair menjadi energi gerak mekanik. Silinder hidrolik bekerja dengan komponen pendukung pompa hidrolik sebagai pembangkit tekanan fluida, pipa sebagai sistem distribusi aliran fluida dan katup sebagai pengatur aliran fluida dan gerak silinder. Tekanan kerja silinder hidrolik akan menghasilkan gaya dukung untuk membantu menggerakkan poros kemudi. Tekanan kerja silinder hidrolik berkurang karena adanya rugi-rugi aliran pada sistem. Rugi-rugi aliran tersebut disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya panjang pipa, kecepatan aliran maupun jenis minyak hidrolik yang digunakan. Untuk itu perlu diperhitungkan besarnya kerugian untuk dapat menghasilkan sistem hidrolik yang mampu bekerja sesuai dengan gaya yang dibutuhkan. Kata Kunci : Sistem Hidrolik,Power Steering,Silinder Hidrolik ix
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL...i HALAMAN SOAL...ii HALAMAN PERSETUJUAN...iii HALAMAN PENGESAHAN...iv HALAMAN MOTTO...v HALAMAN PERSEMBAHAN...vi KATA PENGANTAR...vii ABSTRAKSI...ix DAFTAR ISI...x DAFTAR GAMBAR... xiii BAB I. PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang...1 1.2. Batasan Masalah...2 1.3. Tujuan Penulisan...3 1.4. Metode Perencanaan...3 1.5. Sistimatika Penulisan...4 BAB I I. DASAR TEORI...6 2.1. Pengertian Sistem Hidrolik...6 2.2. Fluida Kerja...6 x
2.3. Kesetimbangan Gaya dan Momen...7 2.4. Prinsip Dasar...9 2.4.1. Dasar-dasar aliran fluida...9 2.3.2. Persamaan Bernoulli... 13 2.3.3. Bilangan Reynolds... 16 2.5. Gaya dukung silinder hidrolik... 17 BAB III. SISTEM HIDROLIK POWER STEERING... 21 3.1. Mekanisme Sistem Hidrolik Power Steering... 21 3.2. Analisis Perencanaan Silinder Hidrolik... 23 3.2.1. Dasar Perencanaan... 23 3.2.2. Perhitungan Gaya Dukung Silinder Hidrolik... 24 3.2.3. Perhitungan Silinder Hidrolik... 29 3.2.4. Perhitungan Torak dan Batang Torak Silinder Hidrolik 33 3.2.5. Perhitungan Kepala Silinder Hidrolik... 36 3.3. Pemilihan Minyak Hidrolik...41 3.3.1. Massa Jenis...42 3.3.2. Viskositas...43 3.4. Seal dan Packing...46 BAB IV. KOMPONEN PENDUKUNG SISTEM HIDROLIK POWER STEERING...48 4.1. Katup...48 4.1. Instalasi Pipa Fluida...52 4.1.1. Pemilihan Pipa Fluida...54 xi
4.1.2. Kerugian Tekanan pada Sistem Hidrolik...57 4.2. Pompa Power Steering...67 4.2.1. Perhitungan Pompa Power Steering...69 4.3. Reservoir...71 BAB V. PENUTUP...73 5.1. Kesimpulan...73 5.2. Data-Data Ukuran Utama...74 5.3. Penutup...75 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Skema distribusi kesetimbangan gaya...8 Gambar 2.2. Perambatan tekanan dibawah pengaruh suatu gaya luar...9 Gambar 2.3. Pengalihan gaya hidrolik dalam keadaan kesetimbangan...10 Gambar 2.4. Pengalihan gaya hidrolik dengan hubungan antara tekanan dan luasan...10 Gambar 2.5. Pengalihan gaya hidrolik dengan hubungan antara panjang langkah dengan luas penampang...11 Gambar 2.6. Pengalihan tenaga hidrolik dengan dua buah silinder dan dua buah torak (laju aliran)....11 Gambar 2.7. Hubungan kecepatan dengan luasan...12 Gambar 2.8. Elemen fluida yang bergerak sepanjang garis arus...14 Gambar 2.9. Kecepatan arus dalam sebuah pipa...17 Gambar 2.10. Gaya dukung pada torak dan batang torak...18 Gambar 3.1. Mekanisme sitem hidrolik power steering posisi setir lurus...22 Gambar 3.2. Mekanisme sitem hidrolik power steering pada saat belok kekanan...22 Gambar 3.3. Mekanisme sitem hidrolik power steering pada saat belok xiii
ke kiri... 23 Gambar 3.4. Spesifikasi ukuran mobil Suzuki Baleno...24 Gambar 3.5. Pembagian mobil menurut beban yang diterima...24 Gambar 3.6. Distribusi gaya pembebanan pada mobil Suzuki Baleno...26 Gambar 3.7. Silinder hidrolik beserta torak dan batang torak... 33 Gambar 3.8. Perencanaan tutup silinder hidrolik...36 Gambar 4.1. Katup Rotary dengan tenaga putar poros...49 Gambar 4.2. Katup pengatur tekanan (relief valve)...50 Gambar 4.4. Katup pengatur aliran...51 Gambar 4.3. Katup non-balik...51 Gambar 4.5. Perencanaan instalasi pipa fluida...56 Gambar 4.6. Pompa rotary dengan pelat-pelat pemisah (vane pump)...68 Gambar 4.7. Reservoir...71 xiv