BAB II LANDASAN TEORI 2.1 PRINSIP PEMINDAHAN TENAGA Sepeda motor dituntut bisa dioperasikan atau dijalankan pada berbagai kondisi jalan. Namun demikian, mesin yang berfungsi sebagai penggerak utama pada sepeda motor tidak bisa melakukan dengan baik apa yang menjadi kebutuhan atau tuntutan kondisi jalan tersebut. Misalnya, pada saat jalanan mendaki, sepeda motor membutuhkan momen puntir (torsi) yang besar namun kecepatan atau laju sepeda motor yang dibutuhkan rendah. Pada saat ini walaupun putaran mesin tinggi karena katup trotel atau katup gas dibuka penuh namun putaran mesin tersebut harus dirubah menjadi kecepatan atau laju sepeda motor yang rendah. Sedangkan pada saat sepeda motor berjalan pada jalan yang rata, kecepatan diperlukan tapi tidak diperlukan torsi yang besar. Berdasarkan penjelasan di atas, sepeda motor Universitas Mercu Buana 8
harus dilengkapi dengan suatu sistem yang mampu menjembatani antara output mesin (daya dan torsi mesin) dengan tuntutan kondisi jalan. Sistem ini dinamakan dengan sistem pemindahan tenaga. Prinsip kerja mesin dan pemindahan tenaga pada sepeda motor adalah sebagai berikut: Ketika poros engkol (crank shaft) diputar oleh pedal kick starter atau dengan motor starter, piston bergerak naik turun (TMA dan TMB). Pada Gambar 2.1 ( Rangkaian pemindahan tenagadari mesin sampai roda) saat piston bergerak ke bawah, terjadi kevakuman di dalam silinder atau crankcase. Kevakuman tersebut selanjutnya menarik (menghisap) campuran bahan bakar dan udara melalui karburator (bagi sistem bahan bakar konvensional). Sedangkan bagi sistem bahan bakar tipe injeksi (tanpa Universitas Mercu Buana 9
karburator), proses pencampuran terjadi dalam saluran masuk sebelum katup masuk setelah terjadi penyemprotan bahan bakar oleh injektor. Ketika piston bergerak ke atas (TMA) campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder dikompresi. Kemudian campuran dinyalakan oleh busi dan terbakar dengan cepat (peledakan). Gas hasil pembakaran tersebut melakukan expansi (pengembangan) dan mendorong piston ke bawah (TMB). Tenaga ini diteruskan melalui connecting rod (batang piston), lalu memutar crankshaft. Menekan piston naik untuk mendorong gas hasil pembakaran. Selanjutnya piston melakukan langkah yang sama. Gerak piston naik turun yang berulang-ulang diubah menjadi gerak putar yang halus. Tenaga putar dari crankshaft ini akan dipindahkan ke roda belakang melalui roda gigi reduksi, kopling, gear box (transmisi), sprocket penggerak, rantai dan roda sprocket. Gigi reduksi berfungsi untuk mengurangi putaran mesin agar terjadi penambahan tenaga. Berdasarkan uraian di atas maka dapat kita ketahui komponenkompenen dari system pemindahan tenaga pada sepeda motor, yaitu meliputi : 1. Kopling (clutch), dibedakan menjadi kopling mekanis dan kopling otomatis 2. Transmisi, dibedakan menjadi transmisi manual dan transmisi otomatis 3. Final drive, dibedakan menjadi type sprocket atau rantai, type shaft drive, dan type sabuk (puli). Universitas Mercu Buana 10
2.2 TRANSMISI MANUAL (MANUAL GEAR BOX) Prinsip dasar transmisi adalah bagaimana bisa digunakan untukmerubah kecepatan putaran suatu poros menjadi kecepatan yang diinginkan untuk tujuan tertentu. Gigi transmisi berfungsi untuk mengatur tingkat kecepatan dan momen (tenaga putaran) mesin sesuai dengan kondisi yang dialami sepeda motor. Transmisi pada sepeda motor terbagi menjadi ; transmisi manual dan transmisi otomatis. Komponen utama dari gigi transmisi pada sepeda motor terdiri dari susunan gigi-gigi yang berpasangan yang berbentuk dan menghasilkan perbandingan gigigigi tersebut terpasang. Salah satu pasangan gigi tersebut berada pada poros utama (main shaft atau input shaft) dan pasangan gigi lainnya berada pada poros luar (output shaft atau counter shaft). Jumlah gigi kecepatan yang terpasang pada transmisi tergantung kepada model dan kegunaan sepeda motor yang bersangkutan. Kalau kita memasukkan gigi atau mengunci gigi, kita harus menginjak pedal pemindahnya. Tipe transmisi yang umum digunakan pada sepeda motor adalah type constant mesh, yaitu untuk dapat bekerja transmisi harus menghubungkan gigi-giginya yang berpasangan. Untuk menghubungkan gigi-gigi tersebut digunakan garu pemilih gigi atau garpu persnelling (gear change lever). Universitas Mercu Buana 11
Cara kerja transmisi manual adalah sebagai berikut: Gambar 2. 2 (Contoh konstruksi kopling manual) Pada saat pedal atau tuas pemindah gigi ditekan (nomor 5), poros pemindah (21) gigi berputar. Bersamaan dengan itu lengan pemutar shift drum (6) akan mengait dan mendorong shift drum (10) hingga dapat berputar. Pada shift drum dipasang garpu pemilih gigi (11,12 dan 13) yang diberi pin (pasak). Pasak ini akan mengunci garpu pemilih pada bagian ulir cacing. Agar shift drum dapat berhenti berputar pada titik yang dikendaki, maka pada bagian lainnya (dekat dengan pemutar shift drum), dipasang sebuah roda yang dilengkapi dengan pegas (16) dan bintang penghenti putaran shift drum (6). Penghentian putaran shift drum ini berbeda untuk setiap jenis sepeda motor, tetapi prinsipnya sama. Garpu pemilih gigi dihubungkan dengan gigi geser (sliding gear). Gigi geser ini akan bergerak ke kanan atau ke kiri mengikuti gerak garpu pemilih gigi. Setiap pergerakannya berarti mengunci gigi kecepatan yang dikehendaki dengan Universitas Mercu Buana 12
bagian poros tempat gigi itu berada. Gigi geser, baik yang berada pada poros utama (main shaft) maupun yang berada pada poros pembalik (counter shaft/output shaft), tidak dapat berputar bebas pada porosnya (lihat no 4 dan 5). Lain halnya dengan gigi kecepatan (1, 2, 3, 4, dan seterusnya), gigi-gigi ini dapat bebas berputar pada masing-masing porosnya. Jadi yang dimaksud gigi masuk adalah mengunci gigi kecepatan dengan poros tempat gigi itu berada, dan sebagai alat penguncinya adalah gigi geser. Dengan adanya transmisi salah satunya dapat memperbesar momen atau daya. Susunan roda gigi pada transmisi manual dibuat bermacammacamdisesuaikandengan kecepatan dan momen yang diperlukan. Besar kecilnya momen pada roda belakang (rear wheel) tergantung dari transmisi. Di bawah ini dijelaskan bagaimana momen atau daya dapat diperbesar lewat transmisi. Di bawah ini berbagai perbandingan roda gigi pada berbagai tingkat kecepatan dan torque ; 1. Gear kecepatan rendah (untuk start dan Menanjak) Kecepatan Motor Torque Rendah Tinggi Universitas Mercu Buana 13
Gambar 2.3 (Gear kecepatan rendah) Jika roda gigi yang kecil memutarkan roda gigi yang besar kecepatan motor rendah tetapi tenaga yang dihasilkan besar. 2. Gear Kecepatan menengah Kecepatan Motor Torque Menengah Menengah Gambar 2.4 (Gear Kecepatan menengah) Universitas Mercu Buana 14
3. Gear kecepatan tinggi(untuk jalan datar pada kecepatan tinggi) Kecepatan Motor Torque Tinggi Kecil Roda gigi penggerak Roda gigi yang digerakkan Gambar 2.5 (Gear Kecepatan Tinggi) Jika roda gigi yang besar memutarkan roda gigi yang kecil kecepatan motor tinggi tetapi tenaga yang dihasilkan kecil. Universitas Mercu Buana 15
Gear Ratio dan Kecepatan Roda Z1 Z2 Mesin Z4 Roda Z3 Transmisi Rantai Z5 Z6 Gambar 2.6(Gear Ratio dan Kecepatan Roda) Keterangan : Z1 Z2 : Primary drive gear : Primary driven gear Z3 : Main Shaft Gear Z4 : Counter Shaft Gear Z5 : Drive Gear Sprocket Z6 : Driven Gear Sprocket Universitas Mercu Buana 16
Syarat syarat yang harus dimiliki oleh transmisi adalah : 1. Waktu memindahkan tenaga harus cepat, mudah dan tidak berbunyi diperbaiki 2. Harus kecil, ringan, tidak mudah rusak dan mudah dioperasikan atau 3. Ekonomis dan mempunyai efisiensi tinggi 4. Kualitas bahan harus baik. 2.2.1 KOMPONEN,FUNGSI KOMPONEN DAN CARA KERJA TRANSMISI MANUAL Transmisi yang digunakan pada kendaraan bermotor dapat digolongkan menjadi dua transmisi ; Transmisi Manual dan Transmisi Otomatis. Transmisi manual yang sering digunakan pada sepeda motor adalah jenis constant mesh type dan sekarang dikembangkan transmisi otomatis khusus dirancang pada kendaraan type matic, tipe ini sering juga disebut V-belt automatic tanpa shift mechanis atau Continously Variable Transmision(CVT). Nama komponen dan fungsi masing-masing : 1. Komponen utama transmisi type constant mesh adalah : a. Main shaft (poros utama) Pada poros utama terdapat roda gigi mati, roda gigi bebas dan roda gigi geser. Poros utama selalu berhubungan dengan poros engkol melalui gigi kopling. b. Counter shaft (poros lawan) Pada counter shaft juga terdapat roda gigi yang sama dengan poros utama. Universitas Mercu Buana 17
c. Shift fork sebegai penggerak gigi geser d. Shift drum sebagai penggerak shift fork Gigi-gigi transmisi antara lain : 1. Gigi mati yaitu gigi yang akan berputar jika poros berputar. 2. Gigi bebas yaitu gigi yang berputar bebas pada poros. 3. Gigi geser yaitu gigi yang dapat bergeser pada poros ( ke arah kiri atau arah kanan). Biasanya gigi geser ini dilengkapi 3 sampai 4 tonjolan disekeliling roda giginya yang sering disebut dengan DOG. Tonjolan-tonjolan ini (DOG), apabila roda gigi bergeser akan masuk ke dalam lubang (DOG HOLE) yang ada pada gigi sebelahnya, sehingga gigi tersebut akan mengikuti putaran roda gigi yang ada DOG nya. Universitas Mercu Buana 18
Z2 Z1 Gambar 2.7 (Transmisi) Sesuai dengan gambar di atas terdiri dari beberapa gigi yaitu : 1. Main shaft (poros utama) terdapat beberapa gigi yaitu : a. M1 : Gigi mati b. M4 : Gigi bebas c. M3 : Gigi geser mati d. M5 : Gigi bebas e. M2 : Gigi mati f. Z2 : Primary driven gear. 2. Counter shaft (poros lawan) terdapat beberapa gigi yaitu : a. C1 : Gigi bebas b. C4 : Gigi mati geser Universitas Mercu Buana 19
c. C3 : Gigi bebas d. C5 : Gigi mati geser e. C2 : Gigi bebas 3. Mekanisme Pemindah Gigi Mekanisme pemindah gigi adalah sistem yang mengatur perpindahan gigi percepatan agar transmisi dapat berpindah dengan lembut,cepat tanpa menimbulkan bunyi. Ada dua tipe pemindah gigi pada sepeda motor yaitu : a. Type Rotary Type rotary dioperasikan dengan satu arah sampai ke posisi awal kembali seperti pada ilustrasi saat pemindah gigi digerakkan pengait pada shift arm menggerakkan cam yang berbentuk silinder dengan parit sebagai jalur dimana pin shift fork berada, dengan demikian shift fork bergerak sesuai putaran cam. Gear shift cam Gear shift fork Gear shift lever Gear shift lever Gear shift shaft Gambar 2.8 (Type Rotary) Universitas Mercu Buana 20
Pemindah gigi type rotary yang dibongkar :. Gear shift cam Gear shift fork Shift fork shaft Gear shift arm Gear shift shaft Gear shift lever Gambar 2.9 (pemindah gigi type rotari) b. Tipe Balik (Return Type) Tipe ini bekerja satu arah dan hanya berhenti pada posisi tertentu dan untuk kembali harus mengikuti cara kebalikannya, seperti pada gambar pemindahan melalui gear. Alur pada cam tidak berhubungan melingkar, dan garpu pengarah bergerak sebagai proyeksi sesuai arahan pada cam. Universitas Mercu Buana 21
Gear shift fork Gear shift lever Gear shift shaft Gear shift fork Gear shift drive gear Gear shift driven gear Cam groove Gear shift cam Gambar 2.10 (pemindah gigi tipe balik atau return type) 2.3 TRANSMISI OTOMATIS ( Type Continously Variable Transmision (CVT)) Sistem CVT (Continously Variable Transmission), adalah sistem otomatik yang dipasang pada beberapa tipe sepeda motor saat ini. Sistem ini menghasilkan perbandingan reduksi secara otomatis sesuai dengan putaran mesin, sehingga pengendara terbebas dari keharusan memindah gigi sehingga lebih nyaman dan santai. Universitas Mercu Buana 22
Gambar 2.11 (CVT) (http://hamidtz.pun.bz/cara-membuat-tarikan-motor-matic-menjadi.xhtml) Sistem CVT banyak kita jumpai pada motor matic seperti yamaha mio,honda vario, suzuki spin dan lainya. Mekanisme V-belt tersimpan dalam ruangan yang dilengkapi dengan sistim pendingin untuk mengurangi panas yang timbul karena gesekan sehingga bisa tahan lebih lama. Sistim aliran pendingin V-belt ini dibuat sedemikian rupa sehingga terbebas dari kotoran atau debu dan air. Lubang pemasukan udara pendingin terpasang lebih tinggi dari as roda untuk menghindari masuknya air saat sepeda motor berjalan di daerah banjir. Kelebihan utama sistim CVT dapat memberikan perubahan kecepatan dan perubahan torsi dari mesin ke roda belakang secara otomatis. Dengan perbandingan ratio yang sangat tepat tanpa harus memindah gigi, seperti pada motor transmisi konventional. Dengan sendirinya tidak terjadi hentakan yang biasa timbul pada pemindahan gigi pada mesin-mesin konventional. Perubahan kecepatan sangat Universitas Mercu Buana 23
lembut dengan kemampuan mendaki yang baik. Sistim CVT terdiri pulley primary dan pulley secondary yang dihubungkan dengan V-belt Gambar 2.12 (Kontruksi CVT) http://hamidtz.pun.bz/cara-membuat-tarikan-motor-matic-menjadi.xhtml 2.3.1 MEKANISME CVT Rangakaian Rute Tenaga pada sistem transmisi otomatis dimulai dari putaran crank shaft. Seperti pada sepeda motor lainnya, untuk memutarkan poros engkol menggunakan dua cara, yaitu menggunakan elektrik starter digunakan motor listrik bertenaga baterai terlebih dahulu mengidupkan starter wheel, selanjutnya memutarkan crank shaft. Pada kick starter, sebelum putaran sampai pada crankshaft, tenaga etakan dari kick crank terlebih dahulu melewati kopling ( One Way Clucth ). Universitas Mercu Buana 24
2.3.2 CARA KERJA CVT Sistem cara kerja CVT sepeda motor matic dimulai dari putaran stasioner hingga putaran tinggi. Sistem cara kerja CVT sepeda motor matic diuraikan sebagai berikut : 1. Putaran Stasioner Pada putaran stasioner ( langsam ), putaran dari crank shaft diteruskan ke pulley primer, kemudian putaran diteruskan ke pulley sekunder yang dihubungkan oleh V-belt. Selanjutnya putaran dari pulley sekunder diteruskan ke kopling sentrifugal. Namun, karena putaran masih rendah, kopling sentrifugal belum bisa bekerja. Hal ini disebabkan gaya tarik per kopling masih lebih kuat daripada gaya sentrifugal, sehingga sepatu kopling belum menyentuh rumah kopling dan rear wheel ( roda belakang ) tidak berputar. 2. Saat Mulai Berjalan Ketika putaran mesin meningkat, roda belakang mulai berputar. Ini terjadi karena adanya gaya sentrifugal yang semakin kuat dibandingkan dengan gaya tarik spring. Pada putaran yang tinggi, sepatu kopling akan terlempar keluar dan mengopel rumah kopling. Pada kondisi ini, posisi V-belt pada bagian puller ( diameter kecil ). Pada bagian pulley sekunder, diameter V-belt berada pada bagian luar ( diameter besar ). Universitas Mercu Buana 25
Gambar 2.13 (Saat Mulai Berjalan) 3. Putaran Menengah Pada putaran menengah, diameter V-belt kedua pulley berada pada posisi balance ( sama besar ). Ini terjadi akibat gaya sentrifugal weight pada pulley primer bekerja dan mendorong sliding sheave ke arah fixed sheave. Tekanan pada sliding sheave mengakibatkan V-belt bergeser ke arah lingkaran luar. Selanjutnya menarik V-belt pada pulley sekunder ke arah lingkaran dalam. 4. Putaran Tinggi Pada kondisi putaran tinggi, diameter V-belt pada pulley primer lebih besar daripada V-belt pulley sekunder. Ini disebabkan gaya sentrifugal weight makin Universitas Mercu Buana 26
menekan sliding sheave. Akibatnya, V-belt terlempar ke arah sisi luar pulley primer. Gambar 2.14 (Putaran Tinggi) 2.3.3 Sistem Pendinginan Ruang CVT Selama masih bekerja, putaran yang terus menerus akan menimbulkan panas. Panas yang berlebihan dapat menyebabkan kerusakan yang cukup serius pada beberapa komponen, misalnya V-belt. Oleh karena itu, panas yang ditimbulkan akibat putaran mesin harus dikendalikan atau diminimalkan. Panas yang timbul pada ruang CVT dapat disebabkan oleh adanya koefisien gesek pada bagian pulley, koefisien gesek pada kopling sentrifugal, dan akibat putaran mesin. Sistem pendinginan ruang CVT umumnya menggunakan kipas pendingin dan sirkulasi udara. Sepeda motor matic telah dilengkapi pula dengan saringan udara untuk menyaring debu dan kotoran lainnya. Universitas Mercu Buana 27
2.3.4 Komponen Yang Terdapat Didalam CVT Didalam CVT ada 4 komponen utama yaitu : 1. Primery sheave sendiri ada beberapa komponen pendukung yaitu fixed sheave Gambar 2.15 (Komponen Primery sheave ) berfungsi sebagai penahan v-belt.komponen ini tidak bergerak.berbentuk piringan,biasanya bagian sisinya menyerupai kipas sebagai pendingin mesin. sliding sheave komponen ini berfungsi menekan v-belt dalam putaran tinggi.karna sliding sheave ini dapat bergerak kekanan ataupun ke kiri. collar fungsinya sebagai tempat dudukan dari fixed sheave,sliding sheave dan cam cam fungsinya sebagai tempat dudukan slider Universitas Mercu Buana 28
slider fungsinya sebagai pendorong roller, yang roller sendiri akan mendorong sliding sheave. slider ini bergerak saat putaran mesin tinggi. roller fungsinya sebagai penekan sliding sheave, cara kerjanya sesuai putaran mesin, apabila putaran mesin tinggi roller ini menekan sliding sheave dan begitu pula sebaliknya gaya di atas biasa di sebut gaya sentrifugal. 2. v-belt Gambar 2.16 (v-belt) http://hamidtz.pun.bz/cara-membuat-tarikan-motor-matic-menjadi.xhtml fungsinya sendiri adalah sebagai penghubung antara sliding sheave dan secondary sheave yaitu meneruskan putaran mesin dari sliding sheave.biasanya v-belt ini memiliki gerigi-gerigi yang di rancang agar v-belt tidak terlalu panas akibat gesekan terus menerus. Universitas Mercu Buana 29
3. secondary sheave Gambar 2.17 (Komponen secondary sheave) didalam secondary sheave juga ada beberapa komponen penting yaitu ; sliding sheave berfungsi menekan v-belt.perbedaan sliding sheave di secondary sheave dengan sliding sheave di primary sheave adalah tidak memiliki sirip. fixed sheave berfungsi sebagai penahan v-belt atau bagian statis. spring berfungsi sebagai pendorong sliding sheave torque cam berfungsi membantu menekan otomatis sliding sheave pada saat motor memerlukan akselerasi. Universitas Mercu Buana 30
clutch housing biasa disebut rumah kopling fungsinya adalah penerus putaran dari v-belt ke poros roda sepatu kopling fungsinya adalah sebagai penghubung putaran ke poros roda belakang.sistem kerjanya model sentrifugal yaitu bekerja sesuai putaran tinggi redahnya. 4. gear reduksi Gambar 2.18 (gear reduksi) http://hamidtz.pun.bz/cara-membuat-tarikan-motor-matic-menjadi.xhtml fungsinya sendiri adalah sebagai menyeimbangkan putaran mesin dengan roda.selain itu juga sebagai pendongkrak tenaga.bisanya ada oli khusus untuk melumasi gear agar mengurangi gesekan. 2.4 Roller fungsi roller pada motor matic adalah untuk memberikan tekanan keluar pada variator hingga dimungkinkan variator dapat membuka dan memberikan sebuah perubahan lingkar diameter lebih besar terhadap belt drive sehingga motor dapat Universitas Mercu Buana 31
bergerak. Kinerja variator ini sangat ditentukan oleh roller, baik itu bentuk maupun bahan roller, dan yang terpenting adalah berat dari roller. Bentuk roller yang baik harus lah berbentuk bulat, bentuk bulat dan sempurna mempermudah pergerakan dari variator, bila bentuknya sudah tidak bulat,maka sudah waktunya Anda mengganti roller motor matic. Bahan yang dipergunakan biasanya terbuat dari bahan teflon karena sifatnya yang licin, keras, dan tahan panas. Gambar 2.19 (Roller) http://hamidtz.pun.bz/cara-membuat-tarikan-motor-matic-menjadi.xhtml 2.4.1 Prinsip kerja Roller Pada dasarnya sebetulnya mirip sekali dengan gear set, pada motor yang memiliki system penggerak rantai. Karena skutik menggunakan V-belt didalam menggerakan roda dengan melalui perputaran kruk as roda yang sebelumnya diputar oleh V-belt. Universitas Mercu Buana 32
Roller itu ada di dalam mangkuk variator semakin roda depan, saat berputar kencang, roller akan tertarik keluar sesuai gaya sentrifugal. Gambar di bawah adalah potongan komponen variator saat rpm rendah. Roller weight berada di poros roda, belt berputar pada radius kecil. Gambar 2.20 (variator saat rpm rendah) Sementara pada RPM tinggi gambar potongannya seperti di bawah. Roller bergerak ke pinggir, menekan pulley hingga merapat, otomatis radius menjadi besar. Universitas Mercu Buana 33
Gambar 2.21 ( variator saat rpm tinggi) Jadi Semakin ringan roller akselerasi bawah untuk stop and go makin bertenaga, top speed makin pendek dan semakin berat roller akselerasi bawah untuk stop and go makin lambat, top speed lebih tinggi. Universitas Mercu Buana 34