BAB II DASAR TEORI
2.3. Sistem Suspensi
Suspensi adalah suatu mekanisme dari sekumpulan benda yang dipasangkan antara body atau rangka dengan roda-roda yang berfungsi untuk meredam getaran-getaran atau kejutan-kejutan (beban dinamis) yang ditimbulkan oleh keadaaan jalan dan juga berfungsi sebagai tumpuan atau penahan berat kendaraan (beban statis). Suspensi pada dasarnya merupakan bagian dari chassis. Chassis terdiri atas rangka kendaraan, sistem rem, sistem suspensi, sistem kemudi, roda dan ban. Sistem suspensi ditujukan untuk menciptakan keamanan dan kenyamanan bagi pengemudi maupun penumpang kendaraan.
commit to user
Dalam sistem suspensi, roda-roda dihubungkan dengan badan kendaraan melalui berbagai macam sambungan yang memperbolehkan percepatan vertikal dari roda relatif terhadap badan kendaraan dapat diatasi oleh pegas dan peredam. Ketika sebuah beban tambahan ditempatkan pada pegas-pegas atau kendaraan bertemu dengan sebuah bump dijalan, pegas tersebut akan menyerap beban dengan melakuakan kompresi.
Kendaraan modern telah mensyaratkan aspek keamanan dan kenyamanan sebagai aspek utama. Pegas merupakan komponen yang sangat penting dari sistem suspensi yang menyediakan kenyamanan dalam berkendara. Peredaman kejut membantu mengontrol seberapa cepat pegas untuk melakukan peredaman serta menjaga ban tetap kontak dengan permukaan jalan.
Pada dasarnya prinsip kerja dari sistem suspensi pada sebuah kendaraan adalah sebagai berikut :
Pada saat kendaraan mengalami kejutan akibat permukaan jalan yang tidak rata, maka beban dinamis yang berasal dari permukaan jalan akan segera diserap (disimpan) oleh pegas agar beban tersebut tidak langsung menuju pada frame dan body. Karena sifat elastisitas pegas, maka beban kejut yang diserap oleh pegas nantinya akan dikembalikan lagi dengan besar yang hampir sama. Peredam kejut dipasang untuk meredam kejutan yang timbul akibat adanya gaya yang dikembalikan oleh pegas. Dengan adanya peredam kejut, maka kendaraan dapat teratasi dari pantulan yang lepas kendali. Prinsip kerja tersebut sesuai dengan gambar 2.19 di bawah ini.
Gambar 2.19. Penyerapan kejutan pada suspensi (Iksan. M., 2008.)
Kejutan dari jalan roda Peredam kejut pegas
commit to user
2.3.1.Jenis-Jenis Sistem Suspensi pada Kendaraan
Menurut konstruksinya, suspensi pada kendaraan dapat digolongkan menjadi dua tipe yaitu tipe rigid dan tipe independent (bebas). Pada suspensi rigid (gambar 2.20.) roda kiri dan kanan dihubungkan oleh satu poros (axel tunggal). Sedangkan untuk suspensi independent (gambar 2.21.), masing-masing roda kiri dan kanan bergerak bebas tanpa dihubungkan oleh satu poros (axel). Masing-masing tipe suspensi ini mempunyai karakter yang berbeda, tergantung dari letak suspensi itu sendiri, jenis kendaraan, konstruksi kendaraan, dan faktor-faktor lain yang mempengaruhi suspensi.
Gambar 2.20. Suspensi rigid (Toyota New Step 1)
Gambar 2.21. Suspensi independent (Toyota New Step 1)
Berdasarkan letaknya pada kendaraan suspensi digolongkan menjadi dua yaitu suspensi depan dan belakang. Suspensi depan suatu kendaraan sebagian besar menggunakan sistem suspensi model independent (bebas). Sedangkan pada suspensi belakang sebagian besar menggunakan suspensi model rigid.
commit to user
a. Suspensi Depan
1. Tipe macpherson strut
Sistem suspensi tipe macpherson strut (gambar 2.22.) banyak digunakan pada roda depan mobil ukuran kecil dan medium. Komponen dari suspensi tipe ini dibagi menjadi beberapa bagian yaitu lower arm, batang strut, batang stabilizer, dan strut asembly.
\ Gambar 2.22. Suspensi depan tipe macpherson strut
(Toyota New Step 1)
Ujung lower arm dipasang pada suspension member melalui bushing karet dan dapat bergerak naik turun. Ujung lainya dipasang steering knuckle arm melalui ball joint. Strut bar berfungsi menahan gaya yang bekerja pada roda pada arah depan dan belakang. Salah satu ujung strut bar dipasang pada lower arm dan ujung lainya diikat pada cross member. Stabilizer bar berfungsi mengurangi kemiringan kendaraan ketika membelok dan menambah kemampuan cangkram roda terhadap jalan agar kendaraan stabil. Stabilizer dipasang pada lower arm melalui bushing karet dan ring, dan pada bodi melalui bushing karet. Pegas coil dipasang pada rakitan strut dan shock absorber ditempatkan dalam rakitan strut.
commit to user 2. Tipe wishbone
Suspensi tipe wishbone (gambar 2.23.) merupakan suspensi yang biasa digunakan pada kendaraan penumpang dan truk kecil. Roda dipasang pada dua lengan suspensi yaitu upper arm dan lower arm. Shock absorber dan pegas dipasang kedua arm tersebut. Salah satu ujung arm dipasang pada rangka (frame) melaui bushing, dan ujung lainya pada steering knuckle melalui ball joint. Bagian atas shock absorber diikat pada body atau frame, dan bagian bawahnya ke lower arm. Pegas yang biasa digunakan pada suspensi jenis ada beberapa macam, yaitu pegas ulir, pegas daun, dan pegas batang torsi.
Gambar 2.23. Suspensi depan tipe wishbone (Toyota new Step 1)
a) Suspensi belakang
1. Tipe pegas daun pararel
Suspensi jenis pegas daun paralel ini (gambar 2.24.) banyak digunakan pada kendaraan angkutan seperti mobil pick-up, truck, bis, dan lain sebagainya. Tipe axel yang biasa menggunakan suspensi dengan pegas daun pararel disebut Live-axel, yaitu satu unit yang terdiri dari gardan, axel shaft, dan wheel hub. Live-axel dihubungkan ke propeller shaft dan frame dapat bergerak naik turun bersama pegas.tipe ini tahan terhadap beban, gaya pengereman dan gaya penggerak.
commit to user
Gambar 2.24. Suspensi belakang tipe pegas daun pararel (Toyota new Step 1)
2. Tipe 4-Link
Diantara suspensi jenis rigid yang lain, tipe 4-Link ini (gambar 2.25) merupakan tipe yang paling menghasilkan kenyamanan berkendara yang lebih baik. Hal ini dikarenakan penanganan posisi poros dan beban suspensi dilakukan secara terpisah. Biasanya suspensi tipe ini menggunakan jenis pegas ulir (coil spring).
Gambar 2.25. Suspensi belakang tipe 4-Link (Toyota New step 1)
commit to user
Pada suspensi ini dilengkapi dengan stabilizer dan lateral control rod. Stabilizer bar digunakan untuk mencegah terangkatnya salah satu bagian roda saat melewati jalan yang tidak rata atau saat kendaraan membelok. Lateral control rod digunakan untuk menahan gaya dari samping.
3. Tipe semi trailing
Tipe suspensi semi trailing (gambar 2.26.) dirancang untuk meningkatkan kekakuan (rigidity) dengan memperhatikan beban dari samping dan memperkecil perubahan aligment (toe-in, camber, dan tread) yang terjadi saat roda bergerak ke atas dan ke bawah. Pada umumnya mempunyai konstruksi sederhana dan tidak banyak memerlukan tempat. Oleh karena itu, suspensi ini banyak digunakan pada roda belakang mobil penumpang.
Gambar 2.26. Suspensi belakang tipe semitrailing ( Iksan. M., 2008. )
4. Tipe double wishbone
Suspensi tipe double wishbone (gambar 2.27.) merupakan sistem suspensi independent yang digunakan pada roda belakang mobil penumpang yang penggeraknya pada roda belakang. Masing-masing roda ditopang oleh tiga suspensi arm yaitu satu upper arm dan dua lower arm. Salah satu ujung upper arm dan lower arm dipasang pada suspension member melalui bushing dan ujung lainya dipasang pada axel carrier
commit to user
melalui ball joint. Pegas yang digunakan adalah pegas coil dan dipasang pada axel carrier bersama shock absorber.
Gambar 2.27. Suspensi belakang tipe double wishbone ( Iksan. M., 2008. ) 2.3.2.Komponen-Komponen Utama Sistem Suspensi
Sistem suspensi memiliki beberapa komponen utama. Dan dari komponen-komponen utama tersebut pegas-pegas dan peredam kejut (shock absorber) digunakan pada semua model sistem suspensi, sedangkan beberapa komponen lainya digunakan pada model tertentu saja. Komponen-komponen utama pada sistem suspensi terdiri dari :
a) Pegas
Pegas (spring) adalah suatu elemen fleksibel yang dapat menyimpan energi dari beban-beban atau gaya-gaya yang diberikan dan akan mengembalikan energi yang besarnya sama dengan beban jika beban dihilangkan. Gaya yang dihasilkan dapat berupa linear push / pull dan radial.
Pegas biasanya terbuat dari bahan material baja karbon tinggi dengan kandungan karbon 0,9-1,0 %. Dalam proses pembutanya pegas mengalami proses perlakuan panas (heat treatment) setelah proses pembentukan. Proses ini akan menghasilkan kekuatan pegas lebih tinggi sehingga meningkatkan kapasitas beban, jarak defleksi, dan kegagalan material akan lebih kecil. Berdasarkan Indian Standards, sifat fisik bahan material yang digunakan dalam pembuatan pegas daun dijelaskan dalam tabel berikut :
commit to user
Tabel 2.1. Sifat fisik bahan material yang digunakan pada pegas daun Material Tegangan Ultimate
(MPa) Tegangan Luluh (Mpa) Brinnel hardness number 50 Cr 1 50 Cr 1 V 23 55 Si 2 Mn 90 1600 – 2200 1900 – 2200 1820 - 2060 1540– 1750 1680 – 1890 1680 – 1920 461-601 534-601 534-601 (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. Machine Design)
Tabel diatas digunakan untuk mengetahui tegangan ijin yang terdapat pada pegas. Sebelum mengetahui besarnya tegangan ijin terlebih dahulu harus mengetahui jenis bahan dan tegangan ultimate bahan.Tegangan ijin besarnya kurang dari setengah besarnya tegangan ultimate bahan.
Dilihat dari bentuk dan fungsinya pada sistem suspensi, pegas dibagi menjadi beberapa tipe, yaitu :
1. Pegas ulir
Gambar 2.28. Pegas ulir (Ageng. Premana, 2009.)
Pegas ulir (gambar 2.28.) dibuat dari dari sebuah batang baja yang digulung. Dibandingkan dengan pegas daun, pegas ulir lebih panjang sehingga mempunyai tahanan yang lebih baik terhadap kejutan, dan tidak terdapat gesekan bila terjadi defleksi, dengan demikian akan memberikan kenikmatan yang lebih baik. Sebaliknya, pegas ulir tidak memiliki tidak memiliki sifat menyerap kejutan yang cukup sehingga peredam kejut harus
commit to user
selalu digunakan bersamaan. Diamping itu pegas ulir mempunyai kerugian yaitu tidak bisa menjamin poros dengan sendirinya. Oleh karena itu bila pegas ulir digunakan pada sistem suspensi, diperlukan adanya dudukan-dudukan pegas yang dipasangkan di kedua ujung pegas ulir sehingga beban bekerja vertikal pada dudukan-dudukanya.
Pegas ulir memerlukan batang-batang penyangga antara lain seperti upper arm, strut bar, atau lateral control rod untuk mencegah timbulnya gaya-gaya lain. Pada mulanya pegas ulir hanya dipergunakan pada suspensi depan mobil penumpang. Tetapi akhir-akhir ini mulai digunakan pada suspensi belakang untuk keadaan lebih nikmat dalam mengendarai.
2. Pegas daun
Pegas daun (gambar 2.29.) terdiri dari 3 samapi 10 lembar plat baja tipis, tiap lembar tebalnya 3 sampai 6 mm dan berbeda panjangnya, kemudian diikat menjadi satu dengan menggunakan baut dan juga klem. Pada kedua ujung pegas daun pegas digulung sehingga mata pegas, tempat pemasangan pada frame, bentuk elips, dimaksudkan untuk menambah elastisitas pegas. Besarnya lenturan pegas pada saat tanpa beban disebut camber. Sedangkan lenturan masing-masing daun pegas disebut nip.
Gambar 2.29. Pegas daun (Iksan. M., 2008.)
Pada kondisi terpasang ujung depan pegas daun dipasangkan pada spring hanger dan ujung belakang pada shakle. Bagian tengah dipasangkan pada pada spring seat dan diikat dengan baut U ke axle housing. Pada saat pegas melentur terjadi gesekan antara masing-masing daun pegas, sehingga timbul gaya perlawanan terhadap lenturan. Karena itu pegas dengan jumlah
commit to user
daun lebih banyak pegas terasa lebih keras dan dapat menahan beban yang lebih besar. Apabila pegas mendapat beban maka pegas seakan menjadi lurus. Bila pegas dalam kondisi normal dan tidak mendapat beban tambahan maka pegas akan kembali menunjukan khas lengkungan sebuah pegas daun.
Persamaan yang digunakan dalam perhitungan pegas daun (leaf spring) ini adalah :
... ( persamaan 2.1.) dan ...(persamaan 2.2.) Keterangan : δ = Defleksi W = Beban maksimal L = Panjang pegas daun
E = Modulus Elastisitas (2,1 x 105 N/mm2) b = Lebar pegas daun
t = Tebal pegas daun
ηG = Jumlah lembaran pegas daun turunan ηf = Jumlah lembaran pegas daun utama σb = Tegangan bending
n = Jumlah semua daun
(Khurmy, R.S. & Gupta, J.K. Mesin Design)
Persamaan tersebut digunakan untuk mencari jumlah tegangan bending pegas daun apakah aman digunakan untuk menahan beban dan menyerap kejutan dari permukaan jalan. Dengan adanya perhitungan ini keamanan suatu mekanisme pegas dapat diketahui, baik untuk pegas pada kendaraan beban kecil ataupun kendaraan beban besar.
commit to user 3. Pegas batang torsi
Pada pegas ba Apabila salah satu uj lengan diikatkan pada dan ke bawah, batan demikian akan timbul pegas ulir.
Konstruksi da sederhana, ujung depa arm, dan ujung bela diikatkan ke cross m penyetelan tinggi kenda
Gambar 2.30. K (Modul Persamaan yan batang torsi adalah :
τ =
...σ
b = ...32 . Me π . d 3 16 . Te p . d3s batang torsi, digunakan elastisitas torsi batan u ujung batang baja diikatkan dengan kuat dan pada ujung yang lain, apabila lengan ini digerakan tang torsi ini cenderung menahan gerakan tadi.
bul penyerapan kejutan seperti pada pegas d
dari pegas batang torsi (gambar 2.30.) te epan dari batang torsi diikatkan torque arm pad belakang batang torsi dipasangkan ke anchor ar s member dengan baut penyetel anchor arm. S kendaraan menjadi mudah dengan menggunakan b
. Kontruksi suspensi dengan pegas batang torsi (Modul Praktikum Suspensi SMK)
yang digunakan dalam perhitungan kekuatan pad
...( persamaan 2.3.) dan ...( persamaan 2.4.) tang baja. dan sebuah kan ke atas di. Dengan s daun dan tergolong pada upper arm yang . Sehingga n baut ini. pada pegas
commit to user Keterangan :
τ = Tegangan geser σb = Tegangan lentur
Te = Momen Puntir ekuivalen
Me = Momen lentur ekuivalen
d = Diameter pegas batang torsi
Persamaan di atas digunakan untuk menghitung tegangan geser dan tegangan lentur maksimum kontruksi pegas batang torsi apakah melebihi teganganr ijin dari bahan pegas batang torsi atau tidak. Selain itu juga digunakan untuk perhitungan sudut puntir maksimum pegas batang torsi. (Ferdinan L. Singer.Kekuatan Bahan)
4. Pegas udara
Pada pegas suspensi udara (gambar 2.31.) bellows (pengangin) yang berisi udara dipasangkan pada tempat dimana ditempatkan pegas daun atau pegas ulir untuk menjamin berat dari kendaraan. Aksi penyerapan dihasilkan oleh elastisitas udara kompresi di dalam bellows dan ruang udara tambahan (Auxilary Air Chamber). Kelembutan pegas dapat diperoleh oleh suspensi udara. Kekerasan pegas berubah-ubah sesuai dengan beban, dengan demikian efek jalanya kendaraan dalam keadaan kosong tidak berbeda banyak bila dibandingkan dengan bermuatan. Akan tetapi pada sistem suspensi udara memerlukan pompa untuk menghasilkan udara kompresi dan perlengkapan lainya. Karena itu penggunaanya hanya terbatas pada kendaraan-kendaraan bis dan kendaran-kendaraan besar lainya.
commit to user
b)Peredam kejut
Jika suspensi sebuah kendaraan hanya dilengkapi dengan sebuah pegas saja, maka setiap kendaraan menghantam jalan yang tidak rata akan mengalami pantulan yang naik turun selama beberapa kali pada frekuensi natural pegasnya. Ketika tertekan oleh sebuah kejutan, sebuah sistem suspensi membutuhkan komponen untuk meredami energi yang tersimpan pada pegas. Peredam kejut adalah alat yang meredam energi tersebut dan menjaga kendaraan mengalami pantulan yang lepas kendali.
Prisnsip kerja dari peredam kejut pada dasarnya cukup sederhana. Peredam kejut umumnya menggunakan jenis tenaga hidrolik sebagai media perdamnya. Pada saat peredam kejut bekerja menahan gerakan dari pegas, karena adanya tahanan yang ditimbulkan oleh cairan minyak yang melewati lubang-lubang kecil atau biasa disebut orifice.
Peredam kejut digolongkan menjadi beberapa tipe menurut cara kerjanya, konstruksinya, dan medium kerjanya. Menurut cara kerjanya peredam kejut (shock absorber) diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu :
1. Peredam kejut kerja tunggal (single action)
Pada shock absorber kerja tunggal (gambar 2.32.) efek meredamnya hanya terjadi saat shock absorber berekspansi. Sebaliknya pada saat berkompresi tidak terjadi efek meredam. Hal ini dikarenakan pada saat berekspansi, minyak yang ada diatas piston dapat mengalir ke bagian bawah dari piston melalui lubang-lubang kecil, sehingga efek peredaman dapat terjadi pada langkah ini. Sedangkan pada langkah kompresi cairan minyak dari bagian bawah piston langsung menuju bagian atas piston melalui orifice dan katup yang terbuka, sehingga tidak ada efek peredaman yang terjadi pada langkah ini.
commit to user
Gambar 2.32. Peredam kejut kerja tunggal (Susanto, Edi. 2008)
2. Peredam kejut kerja ganda (multiple action)
Pada shock absorber kerja ganda (gambar 2.33.) efek meredamnya terjadi saat proses ekspansi dan kompresi. Pada saat kompresi, piston akan turun di dalam silinder dan mendorong minyak dan mendorong minyak pada ujung bawah dari piston ke atas, menuju ujung atas piston melalui lubang orifice. Karena tahanan dari lubang-lubang orifice, mengakibatkan efek peredaman. Pada proses ekspansi minyak yang ada di atas piston tertekan dan mengalir ke bagian bawah dari piston melaui lubang orifice. Sehingga pada proses ini juga terjadi efek peredaman.
Gambar 2.33. Peredam kejut kerja ganda (Susanto, Edi. 2008)
commit to user
Berdasarkan pada konstruksinya, maka peredam kejut dapat digolongkan menjadi 2, yaitu :
1. Peredam kejut tipe twin tube
Di dalam peredam kejut jenis ini terdapat pressure tube dan outer tube. Pressure tube berfungsi membatasi silinder dalam (working chamber) dan outer tube berfungsi untuk membatasi reservoir tube (silinder luar). 2. Peredam kejut tipe mono-tube
Di dalam shock absorber jenis ini hanya terdapat satu silinder. Silinder tersebut berfungsi sebagi silinder kerja (working chamber) dan silinder resrevoir.
Berdasarkan medium kerjanya, peredam kejut pada kendaraan digolongkan menjadi 2 jenis, yaitu :
1. Peredam kejut tipe hidrolik
Jenis shock absorber ini merupakan jenis yang paling sering digunakan pada jenis suspensi apapun. Selain konstruksinya sederhana, jenis ini juga harganya lebih terjangkau. Cara kerja peredam kejut jenis ini menggunakan cairan minyak sebagai media peredam kejutnya. Kelemahan dari jenis adalah kemampuan peredaman yang kurang maksimal.
2. Peredam kejut tipe gas (ducarbon)
Jenis shock absorber ducarbon ini biasanya digunakan pada kendaraan yang menggunakan suspensi belakang tipe independent. Peredam kejut jenis ini berisi gas tekanan tinggi yang memiliki sifat peredaman yang stabil. Selain itu memberikan kenyamanan dalam mengendarai dan stabilitas kemudi yang lebih baik.
Konstruksi dari peredam kejut tipe ini berbeda dengan jenis peredam kejut hidraulis. Pada jenis ini mempunyai tabung tunggal. Gas yang digunakan adalah gas nitrogen. Minyak dan gas nantinya dipisahkan oleh torak bebas (free piston). Tekanan yang digunakan dalam ruang gas sekitar 20-30 kg/cm2.
commit to user
c) Lengan suspensi (upper arm dan lower arm)
Fungsi dari upper arm dan lower arm adalah sebagai tempat kedudukan peredam kejut, kedudukan pegas, serta memungkinkan roda dapat bergerak ke atas dan ke bawah secara bebas sesuai dengan kondisi jalan. Penyetelan upper arm dan lower arm juga mempengaruhi terhadap tread (jejak) dan chamber pada roda. Kedua hal tersebut nantinya bisa mempengaruhi umur ban.
d) Ball joint
Ball joint merupakan komponen yang berfungsi untuk menerima beban vertikal maupun lateral pada suspensi. Disamping itu juga berfungsi sebagai sumbu putaran saat kendaraan membelok. Berdasarkan gambar 2.34. dan 2.35. konstruksi dari bal joint terdiri dari stud, seat ball, housing sebagai pelindung seat, boot sebagai pelindung dari kotoran, dan screw plug untuk pengisian grease. Grease pada ball joint berfungsi untuk melumasi bagian yang bergesekan. Untuk jenis seat yang terbuat dari resin, tidak perlu dilakukan penggantian grease.
Gambar 2.34. Komponen ball joint Gambar 2.35. Komponen ball bawah joint atas
(Toyota New Step 1)
e) Batang strut (Strut bar)
Fungsi dari strut bar pada sistem suspensi adalah sebagai penahan lower arm agar tidak maju atau mundur saat menerima kejutan yang tidak rata dari permukaan jalan atau dorongan akibat terjadinya pengereman. Konstruksi dari strut bar salah satu ujungnya dipasangkan pada lower arm dengan baut
commit to user
dan ujung lainya dipasangkan pada bodi dengan mempergunakan karet sebagai bantalan.
f) Batang stabiliser
Batang stabiliser (gambar 2.36.) merupakan komponen pada suspensi yang berfungsi untuk mengurangi kemiringan kendaraan akibat gaya sentrifugal pada saat kendaraan membelok. Gaya sentrifugal tersebut dapat menyebabkan salah satu bagian ban terangkat saat membelok. Disamping itu meningkatkan traksi ban.
Batang stabiliser terbuat dari bahan baja yang elastis dan berbentuk U. Batang stabiliser dipasangkan pada rangka melalui karet bantalan. Sementara kedua ujungnya dipasang pada lower arm.
Gambar 2.36. Stabilizer bar (Iksan. M. 2008)
2.4. Ban dan Pelek