ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA
PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU
SILINDER HONDA REVO
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
NIM : 050401034
ANDRE WISUDHA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2012
i
ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA
PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU
SILINDER HONDA REVO
Oleh :
NIM : 050401034 ANDRE WISUDHA
Diketahui/ Disyahkan : Disetujui Oleh :
Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing
Fakultas Teknik USU Ketua,
Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
i
ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA
PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU
SILINDER HONDA REVO
Oleh :
NIM : 050401034 ANDRE WISUDHA
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-626 tanggal 17-03-2012
Disetujui oleh : Disetujui Oleh :
Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II
Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP : 19641224 1992111 001 NIP : 19540320 198101 1 001 Ir. A. Halim Nasution, M.sc
ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA
PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU SILINDER
HONDA REVO
NIM. 050401034 ANDRE WISUDHA
Telah disetujui oleh :
Pembimbing/ Penguji
NIP : 19570412 198503 004 Ir. Tugiman K. MT.
Penguji I, Penguji II,
Ir. Mulfi Hazwi M.sc
NIP : 19491012 1981031 002 NIP : 19540320 1981011 001 Ir. A. Halim Nasution, M.sc.
Diketahui oleh,
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : /TS/2011 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /20
MEDAN PARAF :
TUGAS SKRIPSI
NAMA : Andre Wisudha
NIM : 05 0401 034
MATA KULIAH : Kinematika dan Dinamika
SPESIFIKASI TUGAS : Lakukanlah simulasi untuk mengamati perubahan nilai-nilai kinematika dan dinamika pada pena piston motor bakar satu silinder sepeda motor HONDA REVO.
Pembahasan meliputi :
1. Menentukan kecepatan dan percepatan pada piston. 2. Menentukan gaya yang bekerja pada pena piston. Diberikan tanggal : 28/10/2011
Selesai tanggal : 27/02/2012
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING
Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP : 19642241992111001 NIP : 19570412198503004
Ir. Tugiman MT.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SKRIPSI MAHASISWA
No. : /TS/2011
Sub. Program Studi : Teknik Produksi
Bidang Tugas : Kinematika dan Dinamika
Judul Tugas : Analisa Kinematika dan Dinamika Pena Piston Pada Honda Revo 4 Tak.
Diberikan Tanggal : 28/10/2012 Selesai Tanggal : 27/2/2012 Dosen Pembimbing : Ir. Tugiman MT. Nama Mhs. : Andre Wisudha
NIM : 050401034
No. Tanggal Kegiatan Asistensi Paraf Dosen 1. 28/10/2011 Pemberian spesifikasi tugas
2. 2/11/2011 Asistensi BAB I
3. 17/11/2011 Asistensi BAB II dan perbaikan BAB I 4. 28/11/2011 Perbaikan BAB II
5. 6/12/2011 Asistensi BAB III 6. 13/12/2011 Perbaikan BAB III 7. 4/01/2012 Asistensi BAB IV
8. 12/01/2012 Diskusi Hasil dan Simulasi 9 25/01/2012 Asistensi BAB V
10. 9/02/2012 Perbaikan Hasil dan Simulasi 11. 27/02/2012 Siap diseminarkan
Catatan :
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapih 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen
Bila kegiatan asistensi telah selesai
Diketahui,
Ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Diagram reciprocating engine 6
Gambar 2.2 Diagram benda bebas mekanisme engkol luncur 7
Gambar 2.3 Geometri mekanisme engkol luncur 8
Gambar 2.4 Geometri engkol luncur 9
Gambar 2.5 Diagram benda bebas piston 12
Gambar 2.6 Diagram benda bebas connecting rod 13
Gambar 2.7 Diagram benda bebas poros engkol 15
Gambar 2.8 Diagram benda bebas crankshaft 16
Gambar 2.9 Siklus Otto 17
Gambar 2.10 Adams View 20
Gambar 2.11 Proses pemodelan 21
Gambar 2.12 Window pada adams view 22
Gambar 3.1 Kerangka konsep 25
Gambar 3.2 Honda revo 26
Gambar 3.3 Diagram alir pemodelan Adams 29
Gambar 3.4 Tampilan pembukan adams view 30
Gambar 3.5 Link poros engkol pada adams view 31
Gambar 3.6 Link connecting rod pada adams view 31
Gambar 3.7 Link poros engkol dan connecting rod 32
Gambar 3.8 Toolbox silinder pada adams view 32
Gambar 3.10 Peluncur dan link 33
Gambar 3.11 Sambungan pada mekanisme 34
Gambar 3.12 Motion pada mekanisme 35
Gambar 3.13 Toolbox simulasi 35
Gambar 4.1 Skema kinematis 37
Gambar 4.2 Grafik perpindahan piston vs sudut poros engkol 39
Gambar 4.3 Grafik kecepatan piston vs sudut poros engkol 40
Gambar 4.4 Grafik percepatan piston vs sudut poros engkol 41
Gambar 4.5 Grafik gaya komponen horisontal pada pena piston 42
Gambar 4.6 Grafik gaya komponen vertikal pada pena piston 43
Gambar 4.7 Grafik mekanisme engkol luncur 44
Gambar 4.8 Mekanisme engkol luncur 48
Gambar 4.9 Grafik kecepatan 48
Gambar 4.10 Grafik percepatan 50
Gambar 4.11 Diagram benda bebas piston 52
Gambar 4.12 Diagram benda bebas connecting rod 52
Gambar 4.13 Diagram benda bebas poros engkol 54
Gambar 4.14 Diagram benda bebas crankshaft
Gambar 4.15 Grafik gaya-gaya resultan pada tiap pena 56 55
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1 Tampilan pembuka pada window adams/ view 20
Tabel 2.2 Deskripsi tool 22
Tabel 3.1 Hasil pengukuran komponen engkol luncur 27
Tabel 4.1 Tabel perpindahan 39
Tabel 4.2 Hasil perhitungan kinematis 31
Tabel 4.3 Hasil perhitungan kinematika secara analitik 57
Daftar Notasi
Simbol Arti Satuan
A Luas Permukaan Piston cm
a
2 Percepatan Piston
p m/s
a
2 Percepatan titik berat connecting rod
komponen horisontal
gcx m/s
a
2 Percepatan titik berat connecting rod
komponen vertikal
gcy m/s
a
2 Percepatan titik berat poros engkol komponen
horisontal
gpx m/s
a
2 Percepatan titik berat poros engkol komponen
vertikal
gpy m/s
C
2 Perbandingan panjang poros engkol dan
connecting rod
m
D Diameter Piston cm
Fcx Gaya pada pena engkol komponen horisontal N
Fcy Gaya pada pena engkol komponen vertikal N
Fpx Gaya pada pena piston komponen horisontal N
Fpy Gaya pada pena piston komponen vertikal N
Frx Gaya pada main bearing komponen horisontal N
Fry Gaya pada main bearing komponen vertikal N
G Gaya gravitasi bumi m/s
I
2 Momen putar pada connecting rod
zz kg.m
L
2
Panjang connecting rod m
mc Berat connecting rod kg
mp Berat piston kg
mpe Berat poros engkol kg
n Putaran poros engkol rad/s
nr Ketetapan (2 untuk motor 4 tak) -
N Putaran mesin RPM
P Daya efektif kW
Peff Tekanan efektif rata-rata kPa
R Panjang poros engkol m
S Panjang antar titik berat connecting rod dan pena piston
m
T Torsi N.m
U Panjang antara titik berat connecting rod dan pena engkol
m
Vd Volume silinder dm
v
3 Kecepatan piston
p m/s
x Perpindahan piston m
α2 Percepatan sudut poros engkol rad/s η
2
Sudut putar connecting rod Deg
θ Sudut putar poros engkol deg
ABSTRAK
Honda REVO merupakan salah satu motor roda dua yang banyak digunakan di Indonesia. Produk keluaran pabrikan terkenal di Indonesia ini mencapai daya maksimumnya pada putaran 7500 RPM sebesar 8.46 PS, dan mencapai torsi maksimumnya pada putaran 5500 RPM 0.86 kg.f/m pada putaran 5500 RPM. Disebabkan intensitas pemakaian penggunaan sepeda motor sekarang ini yang butuh kecepatan tinggi yang memaksa mesin hingga pada putaran maksimumnya, sehingga dilakukan penelitian pada mekanisme engkol luncur untuk mengamati nilai-nilai kinematika dan dinamika pada motor tersebut, karena perbaikan dan pergantian pada bagian-bagian mekanisme engkol luncur tersebut yang sangat mahal. Hasil dari penelitian ini menunjukkan pada poros engkol mengalami torsi maksimum sebesar 106.8939 N.m. Metode yang digunakan untuk menganalisa mekanisme engkol luncur adalah metode analitik/ Hukum Newton dan MSC. MD ADAMS software.
Kata kunci : Mekanisme engkol luncur, Daya Maksimum, Kinematika, Putaran Mesin
KATA PENGANTAR
Puji syukur hanya bagi ALLAH SWT,, karena atas karunia dan ridho-Nya
penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat dan salam selalu tercurah
kepada Baginda Rasul Muhammad SAW., beserta keluarga, sahabat, serta
orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana
Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Analisa Kinematika dan Dinamika
Pena Piston Motor Bakar Satu Silinder Honda Revo”. Penyelesaian skripsi
ini tidak lepas dari dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada
kesempatan kali ini penulis ingin menyampaikan penghormatan serta ucapan
terima kasih yang sebesarnya kepada :
1. Ayahanda dan Ibunda tercinta atas cinta kasih, dukungan moril, keuangan,
serta seluruh keluarga yang memberikan motivasi kepada penulis sehingga
dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Ir. Tugiman MT., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah banyak
memberikan arahan, diskusi, bimbingan, nasihat, serta kesempatan yang
sangat memicu motivasi sehingga menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri., selaku ketua Departemen Teknik
4. Bapak Ir. Mulfi Hazwi MT. selaku Penasehat Akademik penulis dari tahun
2005-sekarang, yang telah banyak memberikan nasihat dan motivasi.
5. Seluruh Staff Pengajar Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara yang telah
memberikan bekal ilmu kepada penulis sehingga dapat dapat menyelesaikan
skripsi ini dan Pegawai Departemen Teknik Mesin terima kasih atas
kelancaran urusan birokrasi selama ini.
6. Anonymous, yang telah berbagi file khususnya ADAMS.
7. De’Brastagi.Com atas premium account FILESONIC.com.
8. Dan seluruh pihat terkait sehingga skripsi ini dapat rampung.
Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat
dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa.
Medan, 28 Mei 2012
NIM : 050401034 Andre Wisudha
Daftar Isi
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBANDING ii
LEMBAR PERSETUJUAN PENGUJI iii
SPESIFIKASI TUGAS iv
KARTU BIMBINGAN v
LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI vi
ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA viii
ABSTRAK ix
KATA PENGANTAR x
DAFTAR ISI xii
DAFTAR GAMBAR xiii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR NOTASI xv
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Maksud dan Tujuan 3
1.3 Batasan Masalah 4
1.4 Metode Penulisan 4
1.5 Sistematika Penulisan 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Pendahuluan 6
2.3 Persamaan kecepatan dan percepatan torak 9 2.4 Analisa gaya pada bearing pen 12
2.5 Analisa torsi 16
2.6 Gaya tekan pada permukaan piston 17
2.7 Md ADAM 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 25
3.1 Pendahuluan 25
3.2 Studi kasus 24
3.2.1 Spesifikasi motor 24
3.2.2 Dimensi motor bakar satu silinder 25
3.3 Gaya akibat pembakaran 28
3.4 Diagram alir simulasi 29
3.5 Prosedur simulasi 30
3.5.1 Proses pemodelan 30
3.5.2 Menentukan sambungan 33
3.5.3 Menentukan putaran 34
3.5.4 Proses Simulasi 35
3.6 Menampilkan hasil simulasi 36
BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI 37
4.1 Pendahuluan 37
4.2 Posisi, kecepatan dan percepatan piston 39
4.3 Gaya pada bearing pen 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 62
5.2 Saran 62
ABSTRAK
Honda REVO merupakan salah satu motor roda dua yang banyak digunakan di Indonesia. Produk keluaran pabrikan terkenal di Indonesia ini mencapai daya maksimumnya pada putaran 7500 RPM sebesar 8.46 PS, dan mencapai torsi maksimumnya pada putaran 5500 RPM 0.86 kg.f/m pada putaran 5500 RPM. Disebabkan intensitas pemakaian penggunaan sepeda motor sekarang ini yang butuh kecepatan tinggi yang memaksa mesin hingga pada putaran maksimumnya, sehingga dilakukan penelitian pada mekanisme engkol luncur untuk mengamati nilai-nilai kinematika dan dinamika pada motor tersebut, karena perbaikan dan pergantian pada bagian-bagian mekanisme engkol luncur tersebut yang sangat mahal. Hasil dari penelitian ini menunjukkan pada poros engkol mengalami torsi maksimum sebesar 106.8939 N.m. Metode yang digunakan untuk menganalisa mekanisme engkol luncur adalah metode analitik/ Hukum Newton dan MSC. MD ADAMS software.
Kata kunci : Mekanisme engkol luncur, Daya Maksimum, Kinematika, Putaran Mesin
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat cepat memberi dampak yang baik serta manfaat yang besar bagi manusia dalam berbagai bidang kehidupan. Hal ini dapat dilihat dengan semakin banyaknya peralatan yang telah diciptakan manusia dengan berbagai model, bentuk serta kemampuan dari segi pemakaian yang relatif lebih unggul dibandingkan dengan peralatan-peralatan konvensional. Keunggulan tersebut tidak lepas dari hasil penelitian dan percobaan oleh para ahli, yang selalu mencari terobosan dan temuan baru untuk menciptakan sesuatu yang baru bermanfaat dan berguna bagi kehidupan manusia.
Salah satu tujuan diciptakannya teknologi adalah untuk mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup. Hal ini dapat dirasakan dan dibuktikan dengan semakin mudahnya manusia melakukan sesuatu untuk memenuhi kebutuhan hidup. Terlepas dari dampak negatif yang timbul akibat penemuan dan penciptaan teknologi yang baru, science dan teknologi sangat dibutuhkan oleh manusia. Sebagai contoh suatu perusahaan atau lembaga akan sangat kesulitan jika dalam ruang kerja tidak terdapat perangkat komputer untuk menyelesaikan tugas dan pekerjaan kantor maupun perusahaan.
2
sarana transportasi tersedia, mulai dari darat, udara, dan laut. Kendaraan yang diproduksi massal di negara kita umumnya kendaraan darat, salah satunya sepeda motor. Agar sepeda motor kita memiliki umur yang lebih panjang maka selain komponen sepeda motor dirancang dengan efektif dan efisien, juga tergantung dari material dari komponen tersebut.
Seperti yang dilakukan Mohammad Ranjbarkohan dalam jurnalnya “kinematic and kinetic analysis of the slider-crank mechanism in otto linear four cylinder z24 engine” yang terdapat pada “journal mechanical engineering research, Vol. 3(3), pp. 85-95, March 2011. Jurnal tersebut mendeskripsikan sebuah laporan dari laboratorium MegaMotor bahwa motor Nissan Z24 mengalami kerusakan pada bagian-bagian vital seperti pada poros engkol dan
connecting rod. Metode yang dilakukan adalah dengan menggunakan hokum newton atau metode analitik dan dengan bantuan adams. Seperti pada lampiran 1.
Pada saat proses pembakaran terjadi di dalam silinder, tenaga yang dihasilkan oleh gas pembakaran sangatlah tinggi. Jika piston dan kelengkapannya tidak mampu menahan daya ledak dari proses pembakaran tersebut, dapat dipastikan kalau piston dan connecting rod dapat pecah.
Untuk itu agar tidak terjadi kejadian tersebut maka kita diharuskan mengetahui kekuatan dari piston, connecting rod dan poros engkol tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran sehingga dapat mengubah gerak tranlasi menjadi gerak berputar. Jika kita mengetahui kekuatan bahan dari piston,
connecting rod, dan poros engkol tersebut tidak mampu menahan daya dari tenaga hasil pembakaran, maka kita perlu merubah material atau desain dari piston,
connecting rod, dan poros engkol.
Berbagai metode analisa telah banyak tersedia untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada piston connecting rod, poros engkol atau lebih umumnya mekanisme engkol luncur. Pada mekanisme engkol luncur terdapat analisa kinematis dan dinamis yang bekerja pada mekanisme tersebut.
Pemakaian metode ini juga diterapkan dalam bidang komputer sehingga mempermudah analisa sebagai sebagai alat bantu perhitungannya. Dengan perangkat komputer, khususnya software ADAMS untuk analisa kinematis dan dinamis, desain pendekatan untuk pembuatan suatu produk dapat dikontrol dengan baik sehingga diharapkan kualitas hasil produk akan lebih baik. Pengujian karakteristik secara eksperimental di laboratorium memerlukan biaya yang tidak sedikit. Untuk itu diperlukan bantuan software yang mampu menganalisa karakteristik suatu model. Oleh karena itu peneliti memilih simulasi dengan menggunakan software yang berbasis analisa seperti ADAMS.
1.2. Maksud dan Tujuan
Maksud dari penelitian pada kali ini adalah untuk mengetahui nilai-nilai kinematika dan kinetik pada piston.
Tujuan penelitian kaliini adalah ;
1. Menentukan besarnya perpindahan, kecepatan, dan percepatan pada slider
(peluncur)
4
1.3. Batasan Masalah
Dalam penelitian atau proses analisa secara kinematis dan dinamis pada mekanisme engkol luncur ini penulis membatasi permasalahan meliputi yaitu gaya gas akibat pembakar dianggap konstan dengan mengambil nilai tekanan efektif rata-rata saat mesin mengalami daya maksimum. Tidak melakukan perhitungan dengan metode elemen hingga, suhu, serta gesekan diabaikan.
1.4. Metode Penulisan
Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini adalah : 1. Studi Literatur
Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan membantu menyelesaikan tugas sarjana ini.
2. Diskusi
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa yang lain mengenai simulasi yang dibahas.
1.5. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan tugas sarjana ini sistematika penulisannya meliputi, Bab I pendahuluan, berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan. Diteruskan dengan Bab 2 yakni tinjauan pustaka meliputi teori-teori perhitungan dinamika. Kemudian masuk ke Bab 3 metode penelitian yang berisikan tentang pengambilan data, perhitungan, diagram alir menggunakan software ADAMS dan prosedur simulasi. Setelah data yang diperoleh diperhitungkan, maka pada Bab 4 hasil disimulasikan diantaranya
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
Bab ini memberikan gambaran umum tentang latar belakang pengertian pembangkitan gaya pada mekanisme sebuah mesin bolak-balik (reciprocating engine).
Gambar 2.1 Reciprocating Engine
Dari gambar :
1. Piston 3. Poros engkol 2. Connecting rod
1
2
1
Gambar 2.2 Diagram benda bebas mekanisme engkol luncur
Dari gambar 2.2 menunjukkan diagram benda bebas sebuah mekanisme engkol luncur. Torak P yang mengalami percepatan akan menghasilkan gaya inersia (Fi), Fi merupakan gaya inersia yang bekerja pada pusat torak P, yang besarnya adalah Fi = mp . ap, dimana mp massa keseluruhan piston dan ap adalah
percepatan piston. Sehingga gaya yang menekan piston Fpx jumlah gaya inersia yang bekerja pada piston dan tekanan gas yang dihasilkan pada pembakaran pada permukaan piston. Gaya ini mengakibatkan poros engkol bergerak dengan
kecepatan konstan ω1. Dan juga mengakibatkan batang penghubung (connecting
rod) bergerak dengan kecepatan angular ω2 dan mengalami percepatan angular α2
Motor bakar satu silinder menggunakan mekanisme engkol luncur dalam .
8
hasil pembakaran bahan bakar dan oksigen berekspansi akan mendorong torak yang dilanjutkan ke batang penghubung yang akan memutar poros engkol, yang kemudian diidealisasikan akan menghasilkan putaran konstan dengan bantuan sebuah roda gila (fly wheel).
Gambar 2.3 memperlihatkan skema dari mekanisme engkol peluncur horizontal. O adalah kerangka tetap, R adalah radius poros engkol yang bergerak rotasi yang terpusat di O dan L adalah batang penghubung dan P adalah peluncur, yang mana pada kasus ini torak meluncur sepanjang silinder atau bergerak
translasi. θ adalah sudut gerak poros engkol. η adalah sudut perubahan batang
hubung terhadap torak. Dan G adalah titik berat batang hubung.
Gambar 2.3 Geometri mekanisme engkol luncur
2.3. Persamaan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Torak
Gambar 2.4 Geometri engkol peluncur
Seperti yang terlihat pada gambar 2.4 Torak P bergerak sepanjang silinder, dengan posisi X. Perpindahan X dimulai dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB).
x = (R+L)-(R Cos θ + L Cos η)
= R(1-Cos θ) + L(1-Cos η) (2.1) Dengan menggunakan aturan Sinus pada OCP,
L Sin η = R Sin θ
Sin η = Sin θ (2.2)
Dengan menggunakan rumus identitas trigonometri dari dan mensubsitusikan persamaan (2.2),
Cos η = (2.3)
X
TMA
L
R
-L
Sin β = R Sin θ
10
Persamaan (2.3) dapat disederhanakan untuk memudahkan perhitungan selanjutnya dengan menggunakan deret binomial,
=
Dimana B =
Pada penggunaan secara umum, ketelitian yang cukup dapat diperoleh dengan menggunakan dua orde pertama dari deret binomial tersebut dan menghilangkan factor-faktor yang mendekati nol. Dengan menerapkan deret ini ke persamaan (2.3) menghasilkan :
Cos η = (2.4)
Dengan mensubsitusikan persamaan (2.4) ke persamaan (2.1) didapat,
(2.5)
Sehingga perpindahan posisi torak x adalah,
Turunan pertama dari x terhadap waktu adalah kecepatan maka,
(2.6)
Berdasarkan identitas trigonometri,
(2.7) Dengan mensubsitusikan persamaan (2.7) ke persamaan (2.6),
(2.8)
(2.9)
Sehingga kecepatan piston,
Turunan pertama dari kecepatan piston vp atau turunan kedua dari posisi piston x
adalah percepatan piston ap
(2.10)
12
2.4. Analisa Gaya Bearing Pen
Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada peluncur dapat dilihat pada gambar 2.5. Metode yang digunakan seperti bahan rujukan, jurnal analisa kinematika dan kinetic motor Nissan oleh Rajkorbahan, dengan menggunakan metoda newton.
Gambar 2.5 Diagram benda bebas piston
Pada gambar 2.5 dapat dilihat bahwa FPY merupakan gaya yang terjadi pada titik
P untuk komponen vertikal dan FPX merupakan gaya yang terjadi pada titik P
untuk komponen horizontal. Karena HONDA REVO menggunakan mesin untuk tipe horizontal, sehingga gaya yang ditimbulkan akibat pembakaran gas Fg dan
gaya inersia yang ditimbulkan mpap
dikategorikan menjadi komponen horisontal. Sehingga,
(2.11)
P Fg mpap
Fpy
Fpx
Wp
N
Sedangkan pada komponen vertikal terdapat berat piston wp dan N gaya yang
bekerja pada dinding silinder.
Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung atau
connecting rod dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Diagram benda bebas connecting rod
Dari gambar 2.6 dapat dilihat connecting rod CP, yang mengalami percepatan angular yang arahnya searah sumbur-z menimbulkan momen inersia Izz. Pada connecting rod CP juga terdapat gaya yang terbagi menjadi komponen vertikal dan horizontal. FCX merupakan gaya pada titik C untuk komponen horizontal,
sedangkan pada komponen horizontal terdapat FPX dan mc.acgx yang merupakan
gaya inersia untuk komponen horizontal pada connecting rod. Sedangkan FCY
yang merupakan gaya pada titik C untuk komponen vertikal. Komponen vertikal pada batang hubung ini adalah WC berat batang hubung dan mc.acgy
gaya inersia untuk komponen vertikal.
Fpx
Fcx
mc.acgx
mc.acgy
14
(2.12)
(2.13)
Karena FCY dan FPY
belum diketahui, dengan menggunakan momen pada titik G.
Karena U + S = L, maka
Sehingga dapat diketahui FCY
(2.15)
I
,
[image:36.595.87.270.299.488.2]zz didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan software SOLIDWORKS.
Gambar 2.7 Diagaram benda bebas poros engkol
Gambar diatas merupakan diagram benda bebas untuk poros engkol, analisa yang dilakukan pada poros engkol dengan mengganggap titik berat poros engkol R/2, dan poros engkol tanpa beban imbang counter weight. Karena poros engkol dianggap berputar pada kecepatan konstan, sehingga percepatan sudut poros engkol dianggap nol.
(2.14)
Fcx
Frx
Fry
Fcy
mpe.agpy
mpe.agpx
16
2.5. Analisa Torsi
Analisa torsi kali ini berdasarkan referensi dari jurnal seperti yang terdapat pada lampiran. Dimana torsi yang terjadi pada mekanisme engkol luncur kali ini adalah gaya-gaya komponen horizontal FCX dan vertikal FCY pada titik C
[image:37.595.210.397.349.534.2]dikalikan panjang dari poros engkol itu sendiri.
Gambar 2.8 Diagram benda bebas crankshaft
Sedangkan untuk memperoleh gaya yang ditimbulkan oleh gas dengan menggunakan tekanan efektif rata-rata pada siklus otto.
T FCX
FCY
θ
C
O
R
2.6. Gaya Tekan Pada Permukaan Piston
[image:38.595.127.509.352.732.2]18
Untuk menghitung tekanan gas rata-rata yang terjadi pada siklus Otto dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Internal Combustion Engine Fundamentals, Heywood John-B)
Dimana,
P = Daya efektif (kW)
Peff = mean efektif pressure (kPa)
Vd = Volume silinder (dm3)
N = Putaran poros engkol (R.P.S)
nR
(2.17)
Dimana,
A = Luas permukaan kepala piston
= (π/4).D
= 2 (Motor 4 tak)
Dan secara matematis gaya yang ditimbulkan hasil pembakaran pada permukaan torak adalah,
Berdasarkan Md Adams Help, Md adams adalah software MSC berbasis
Computer Aided Engineering (CAE) yang fungsi utamanya multi disiplin ilmu yang mengintegrasikan sistem-sistem seperti komponen-komponen mekanik, pneumatik, hidrolik, elektronik dan sistem kontrol teknologi yang memungkinkan
2
D = Diameter piston (cm)
2.7 Md ADAM
(2.16)
para insinyur untuk membangun dan menguji prototipe secara virtual menjelaskan interaksi antara subsistem.
Md adams software yang dapat meningkatkan efisiensi teknik dan dapat mengurangi biaya pengembangan produk dengan melakukan validasi lebih awal. Insinyur dapat mengevaluasi dan mengelola interaksi tiap disiplin ilmu seperti gerakan, aktuasi, dan pengendalian agar produk bekerja lebih optimal seperti kinerja, keamanan, dan kenyamanan. Seiring dengan kemampuan analisis yang luas
Produk-produk yang terdapat pada MD Adams 2010 diantaranya :
• Adams/ Car
• Adams/ Chassis
• Adams/ Driveline
• Adams/ Flex
• Adams/ Insight
• Adams/ PostProcessor
• Adams/ View
20 Berikut penggunaan Adams/ View :
Start menu, Programs, MSC.Software, MD Adams 2010, AView,
1. Memilih salah satu pilihan yang terdapat pada window seperti pada tabel berikut :
Adams - View
Gambar 2.10 Membuka ADAMS/ View
Membuat Model
Saat memulai adams/ View, adams/ View akan menampilkan window berupa
welcome dialogue box yang memberi pilihan pada pengguna apakah membuat sebuah model yang baru atau membuka model yang telah ada.
Tabel 2.1 : Tampilan pilihan pada window ADAMS/ VIEW
Pilihan Pada Tabel Fungsi
Create a New Model Membuat sebuah model yang baru
Open an Existing Database Membuka model yang telah ada
Import File Membuka model dari database adams yang telah ada.
Exit Keluar dari adams/ View
2. Jika memilih membuat model yang baru, terdapat pilihan penggunaan gravitasi pada model,
• Earth Normal : Gravitasi normal sebesar 1 G
• No Gravity : Tidak menggunakan gravitasi
• Other
3. Menyeleksi satuan yang akan digunakan.
• MMKS : millimeter, kilogram, secon
• MKS : meter, kilogram, second
• CGS : centimeter, gram, dyne
• IGS : inci, slug, pound gaya
4. Pilih OK Proses Pemodelan
[image:42.595.118.543.377.411.2]Tahap-tahap pada pengerjan adams/ View adalah :
Gambar 2.11 Proses pemodelan
Tahap pertama yang dilakukan adalah membangun model, melakukan percobaan pada model, peninjauan pada model, dan dilakukan pengembangan terhadap model jika diperlukan.
22 Adams/ View
[image:43.595.154.483.152.394.2]Berikut tampilan adams/ View pada jendela utama.
Gambar 2.12 Window pada ADAM/ View
Tool Box Adams/ View
Tabel 2.2 : Deskripsi Tool
Ikon Deskripsi
Tool seleksi
Pemodelan bentuk-bentuk geometri
pengukuran
Undo dan Redo
Tool sambungan
simulasi
[image:43.595.108.523.486.738.2]Tool pewarna
motor penggerak
animasi
Tool Forces
Menampilkan model dalam satu window
Menampilkan model saat diseleksi
Menampilkan model pada titik pusat model
Merotasi model
Se
Increment Entering a value lets you more precisely control the view display changes, such as zooming and rotations.
Se
24
Grid Se
Depth Se
Render Se
Icons Toggles the display of icons.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Pendahuluan
Bab ini berisikan metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan skripsi ini. Secara umum metodologi yang digunakan dalam skripsi adalah pemodelan dengan menggunakan MSC ADAMS dan melakukan perbandingan analisa secara manual dan simulasi yang dihasilkan oleh MSC ADAMS.
Gambar 3.1 Kerangka konsep
26
pada tabel 3.1. Kemudian dilakukan perbandingan hasil secara manual dan simulasi dengan MSC ADAMS.
3.2 Studi Kasus
3.2.1 Spesifikasi Motor
Sebagai studi kasus dalam skripsi ini dipilih motor bakar jenis bensin yang biasa diaplikasikan pada sepeda motor. Adapun spesifikasi mesin yang digunakan dalam skripsi ini merupakan mesin dari sepeda motor Honda Revo yang merupakan keluaran pabrikan terkemuka di Indonesia.
[image:47.595.117.495.379.743.2]Spesifikasi mesin Honda Revo dapat dilihat pada sebagai berikut :
Gambar 3.2 HONDA REVO
• Panjang X lebar X tinggi : 1.919 x 709 x 1.080 mm • Jarak Sumbu Roda : 1.227 mm
• Jarak terendah ke tanah : 135 mm • Berat kosong : 97 kg
• Tipe rangka : Tulang punggung • Tipe suspensi depan : Teleskopik
• Tipe suspensi belakang : Lengan ayun dengan peredam kejut ganda • Ukuran ban depan : 70/90 - 17 M/C 38P
• Ukuran ban belakang : 80/90 - 17 M/C 44P
• Rem depan : Cakram hidrolik, dengan piston tunggal • Rem belakang : Tromol
• Kapasitas tangki bahan bakar : 3,7 lt
• Tipe mesin : 4 langkah, SOHC, pendinginan udara • Diameter x langkah : 50 x 55,6 mm
• Volume langkah : 109,1 cc • Perbandingan Kompresi : 9,0 :1 • Daya Maksimum : 8,46 PS/7.500 rpm • Torsi Maksimum : 0,86 kgf.m/5.500 rpm
• Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodik • Kopling Otomatis : Ganda, otomatis, sentrifugal, tipe basah
• Gigi Transmsi : 4 kecepatan bertautan tetap • Pola Pengoperan Gigi : N - 1 - 2 - 3 - 4 - N • Starter : Pedal dan Elektrik
• Aki : MF 12 V - 3 Ah
• Busi : ND U20EPR9S, NGK CPR6EA-9S • Sistem Pengapian : DC-CDI, Battery
HARGA : Rp 11,400,000
Sumber : CV. Indako Trading Co.
3.2.2 Dimensi Motor Bakar Satu Silinder
[image:48.595.103.516.618.695.2]Data dimensi ini akan digunakan untuk proses pemodelan dengan menggunakan ADAMS. Hasil pengukuran ditabulasikan pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Hasil Pengukuran
Piston • Diameter : 40.95 mm
• Berat : 86.50 gr
Connecting rod • Panjang : 94.53 mm
• Berat : 144.17 gr Poros engkol • Panjang : 26.50 mm
28
3.3 Gaya akibat pembakaran
Pembebanan diawali dengan mencari nilai gaya tekan yang terkonsentrasi di piston. Besarnya gaya F dapat dihitung dengan menggunakan rumus tekanan efektif rata-rata seperti pada bab 2 sebelumnya.
Dimana,
P = 8.46 PS = 6.22 (kW)
Vd = 109.1 cm3 =109.1 x 10-3 (dm3
N = 7500 R.P.M = 450000 (R.P.S) )
nR
Mep = 0.25338 (kPa) = 2 (Motor 4 tak)
Dan secara matematis gaya yang ditimbulkan hasil pembakaran pada permukaan torak adalah,
(2.25)
Dimana,
D = Diameter piston (cm)
A = Luas permukaan kepala piston
= (π/4).D =(π/4).(4.095)
2
=13.17 cm 2
2
F = 0.25338 (kPa) . 13.17 cm
= 33.38 kN
2
= 3338 N
3.4 Diagram Alir Simulasi
Dalam skiripsi ini, aliran proses simulasi menggunakan proses komputer meliputi, yaitu proses pemodelan untuk membuat suatu pendekatan sistem motor bakar satu silinder akan dilakukan dengan menggunakan bantuan software MSC MD Adams.
30
3.5 Prosedur Simulasi
3.5.1 Proses Pemodelan
MSC MD ADAMS merupakan salah satu software keluaran MSC seperti
NASTRAN, MD NASTRAN, PATRAN, dll. Hanya saja software MSC MD ADAMS ini dikhususkan untuk mensimulasikan perhitungan kinematis dan dinamis pada suatu sistem.
Pada pemodelan sistem motor bakar menggunakan ADAMS ini menggunakan pendekatan. Yaitu bentuk komponen hanya berupa link-link dan silinder. Berikut tahap-tahap pemodelan, pemberian hubungan atau joint, dan motion pada poros engkol
Memulai MSC MD ADAMS ,
[image:51.595.123.512.441.686.2]Start\Program Files\MSC.Software\MD_Adams\2010\View
Gambar 3.4 Tampilan pembuka ADAMS VIEW
1. Pemodelan poros engkol dan batang hubung
Pemodelan dilakukan dengan fitur toolbox dari ADAMS, yaitu link seperti pada gambar 3.5. Pada link yang pertama kali dibuat adalah poros engkol. Panjang poros engkol sepanjang 2.54 cm yang disesuaikan dengan panjang poros engkol HONDA SUPRA. Sedangkan tebal dan lebarnya dibuat sesebasa 1 cm.
Gambar 3.5 Link poros engkol pada ADAMS VIEW
[image:52.595.117.501.221.399.2]32
Gambar 3.7 Connecting rod dan poros engkol
2. Proses pemodelan peluncur
Pemodelan dilakukan dengan toolbox yaitu cylinder. Toolbox cylinder dapat dilihat seperti pada gambar 3.8. Pada silinder ini ditentukan diameter silinder sebesar 4.9 cm, dan tinggi silinder sebesar 4 cm. Gambarnya seperti gambar 3.9.
Gambar 3.8 Toolbox Cylinder pada ADAMS VIEW
[image:53.595.237.399.464.563.2]Gambar 3.9 Peluncur
Gambar 3.10 Peluncur dan link
3.5.2 Menentukan sambungan
34 1. Revolute Joint
a. Ground dan poros engkol b. Poros engkol dan connecting rod
c. Connecting rod dan Peluncur 2. Translational Join
a. Peluncur dan ground
[image:55.595.173.555.283.535.2]Keseluruhannya seperti pada gambar 3.11.
Gambar 3.11 Sambungan pada mekanisme
3.5.3 Menentukan putaran
Pada ADAMS VIEW menentukan besarnya putaran menggunakan tool Rotational Joint Motion. Putaran ini diletakkan pada sambungan antara ground
dan poros engkol. Besarnya putaran yaitu 45040.95 deg/s atau setara 7500 rpm seperti yang terlihat pada gambar 3.12.
Revolute Joint
Translasi Joint
Gambar 3.12 Motion pada mekanisme
3.5.4 Proses simulasi
Proses simulasi dilakukan dengan toolbox interactive simulation control. Gambarnya seperti pada gambar 3.13.
Gambar 3.13 Toolbox simulasi
Tombol untuk menjalankan simulasi, tombol agar simulasi berhenti, dan tombol untuk mereset simulasi
36
3.6 Menampilkan Hasil Simulasi
Untuk menampilkan hasil simulasi, menggunakan tool Postprocessing, tool
ini menampilkan nilai-nilai kinematika, seperti perpindahan, kecepatan, dan percepatan peluncur.
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN DISKUSI
4.1. Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas hasil simulasi pada mekanisme motor bakar satu silinder dengan menggunakan software MSC MD ADAMS dan hasil analisa secara analitik seperti yang dihasilkan pada bab 2 dengan menggunakan metode
[image:58.595.104.508.379.679.2]spreadsheet. Hasil simulasi ini, baik secara manual dan animasi menggunakan putaran yang konstan.
Gambar 4.1 Skema kinematis
X
TMA
L
R
-L
Sin β = R Sin θ
38
Analisa kinematis pada simulasi ini mencakup perhitungan posisi, kecepatan, dan percepatan peluncur maupun batang hubung, dan analisa dinamis berupa gaya-gaya yang bereaksi pada sambungan big end dan small end.
Hasil perhitungan pada gaya-gaya yang bereaksi pada sambungan akan ditampilkan dalam bentuk spreadsheet sehingga dapat dilihat perbedaan hasil simulasi dan perhitungan secara manual.
Pada perhitungan secara manual dilakukan secara spreadsheet dengan menggunakan Microsoft Excel. Sehingga hasil perhitungan secara manual dapat dilihat dalam bentuk tabel dan grafik.
4.2. Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Piston
Analisa kinematis menghasilkan nilai perpindahan, kecepatan, dan percepatan piston, selanjutnya hasil dari gaya kinematis akan digunakan untuk menganalisis gaya dinamis yang terjadi. Berikut hasil perpindahan, kecepatan, dan percepatan piston.
Pada tabel 4.1 dapat dilihat perpindahan slider, atau piston. Dengan nilai sudut gerak poros engkol 0, 10, 20, . . . ., 360.
Tabel 4.1 Tabel perpindahan
θ
x(m); Posisi Piston
0 0
15 0.000905 30 0.003559 45 0.007778 60 0.013275 75 0.019672 90 0.026533 105 0.03339 120 0.039775 135 0.045255 150 0.049458 165 0.052099 180 0.053 195 0.052099 210 0.049458 225 0.045255 240 0.039775 255 0.03339 270 0.026533 285 0.019672 300 0.013275 315 0.007778 330 0.003559 345 0.000905
360 0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
θ 45 105 165 225 285 345
D is p lac em en t, m
[image:60.595.108.538.295.788.2]Sudut Gerak Poros Engkol, deg
40
[image:61.595.128.538.236.577.2]Pada gambar 4.3 merupakan gambar grafik kecepatan piston atau peluncur simulasi hasil ADAMS dan secara analitik. Grafik kecepatan piston saat poros engkol berputar 7500 RPM. Grafik dibawah grafik kecepatan piston versus sudut putar poros engkol 0, 15, 30, 45, . . . ., 720, atau setara dengan waktu yang dibutuhkan motor menyelesaikan siklusnya.
Gambar 4.3 Grafik kecepatan piston vs sudut putar engkol pada putaran 7500 RPM
Pada gambar 4.4 merupakan gambar grafik percepatan piston atau peluncur simulasi hasil ADAMS dan perhitungan secara analitik. Grafik percepatan piston saat poros engkol berputar 7500 RPM. Grafik dibawah grafik percepatan piston
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
K ec ep a ta n P is to n , m /s
Sudut Putar Poros Engkol, Deg
ADAMS Analitik
versus sudut putar poros engkol 0, 15, 30, 45, . . . ., 720, atau setara dengan waktu yang dibutuhkan motor menyelesaikan siklusnya.
Gambar 4.4 Grafik percepatan piston vs waktu
-25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
0 90 180 270 360 450 540 630 720
P er cep a ta n P is to n , m /s 2
Sudut Putar Poros Engkol, Deg
42
4.3 Gaya-gaya pada bearing pen
Pada gambar dibawah merupakan grafik gaya yang bekerja pada small end, atau pin piston, atau small bearing (Fpx) dan (Fpy) hasil simulasi MSC ADAMS
[image:63.595.107.540.211.631.2]dan perhitungan secara analitik. Pada grafik menggunakan gaya gas ruang bakar konstan sebesar 3300 N yang dihasilkan pada putaran poros engkol 7500 RPM.
Gambar 4.5 Grafik gaya komponen horisontal pada small end pada putaran 7500 rpm
dengan tekanan gas bakar konstan.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0 90 180 270 360 450 540 630 720
G a y a P a d a P in P is to n S u mb u -X, N ew to n
Sudut Putar Poros Engkol, Deg
ADAMS Analitik
Pada gambar dibawah merupakan grafik gaya yang bekerja pada small end, atau pin piston, atau small bearing (Fpy) hasil simulasi MSC ADAMS. Pada grafik
[image:64.595.112.534.169.580.2]menggunakan gaya gas ruang bakar konstan sebesar 3300 N yang dihasilkan pada putaran poros engkol 7500 RPM.
Gambar 4.6 Grafik gaya komponen vertikal pada small end pada putaran 7500 rpm
dengan tekanan gas bakar konstan.
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
0 90 180 270 360 450 540 630 720
G a y a P a d a P in P is to n S u mb u -Y , N ew to n
Sudut Putar Poros Engkol, Deg
44
[image:65.595.106.500.208.483.2]Dengan membandingkan hasil perhitungan kinematika secara analitik, grafik dan simulasi software dengan menggunakan putaran yang sama 7500 RPM, hanya saja dipilih sudut gerak poros engkol saat poros engkol membentuk sudut 1200 dari sumbu-x.
Gambar 4.7 Mekanisme Engkol luncur
Perhitungan secara analitik ini diambil pada satu titik pada saat poros engkol membentuk sudut 1200
Dimana R merupakan panjang poros engkol dan L adalah panjang connecting rod
maka perpindahan piston seperti yang sebelumnya dibahas pada bab II persamaan (2-5).
.
R = 0.0265 m L = 0.09453 m
Kecepatan piston
Pada kecepatan putaran poros engkol 7500 RPM atau setara 785.7143 rad/s
Percepatan piston
46
Percepatan angular connecting rod yang merupakan turunan kecepatan angular terhadap waktu.
Percepatan titik berat connecting rod untuk komponen horizontal adalah
Percepatan titik berat connecting rod untuk komponen vertikal adalah
Sehingga percepatan pada titik berat connecting rod adalah resultan dari komponen horizontal dan vertikal
Kecepatan poros engkol
Percepatan poros engkol
Percepatan titik berat poros engkol
48
Gambar 4.8 Mekanisme engkol luncur
Berikut perhitungan secara grafik saat poros engkol membentuk sudut 1200 Analisa Kecepatan
.
Gambar 4.9 Grafik kecepatan
OV
VC VP
VP/C 1200
C
O
P
ω
L
R
g
3g
2Analisa Percepatan
Karena kecepatan poros engkol atau link O2
Arahnya berhimpit dengan link O
C konstan maka percepatan = 0, sehingga percepatan tangensial pada A = 0. Sehingga,
2C dan mengarah pada O2
Percepatan pada P,
50 Dengan 1 cm = 1880 m/s2
Gambar 4.10 Grafik percepatan
Percepatan titik berat di poros engkol, karena letak titik berat G2 = R/L atau
O2C/2, maka aG2
Percepatan titik berat di connecting rod, ,
Oa Ap
anP/C
atP/C
aC
aP/C
aG3
aCG3
Sehingga percepatan titik berat (aG3), pada grafik jarak aG3
Sedangkan percepatan pada titik berat piston sama dengan percepatan piston itu sendiri.
adalah, 6.8 cm.
Berikut perbandingan hasil dari perhitungan secara analitik, grafik, dan simulasi.
Tabel 4.2 Hasil perhitungan kinematis
Analitik Grafik Simulasi Kecepatan Piston
(m/s) -15.504 -15.45 -15.4203
Percepatan Piston
52
Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada peluncur dapat dilihat pada gambar 4.19. Metode yang digunakan untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada tiap bantalan menggunakan metode analitik.
[image:73.595.235.413.175.321.2]
Gambar 4.11 Diagram benda bebas piston
Pada gambar 4.11 dapat dilihat bahwa, untuk komponen horisontal
Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung atau connecting rod dapat dilihat pada gambar 4.12.
Gambar 4.12 Diagram benda bebas connecting rod
P Fg
mpap
Fpy Fpx Wp N Fpx Fcx
mc.acgx
mc.acgy
Fpy Wc Fcy
η
C G P-Izz.α2
Dari gambar dapat dilihat connecting rod CP, yang mengalami percepatan angular yang arahnya searah sumbur-z menimbulkan momen inersia Izz
.
Karena FCY dan FPY
belum diketahui, dengan menggunakan momen pada titik G.
54
Sehingga dapat diketahui FCY
,
[image:75.595.85.271.407.591.2]
Izz didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan software SOLIDWORKS.
Gambar 4.13 Diagram benda bebas poros engkol
(2.23)
Fcx
Frx
Fry
Fcy
mpe.agpy
mpe.agpx
Wpe
Analisa Torsi
Gambar 4.14 Diagram benda bebas crankshaft
T FCX
FCY
θ
C
O
61
[image:77.842.116.815.147.390.2]Gaya Terkonsentrasi Pada Pena
Gambar 4.15 Grafik gaya-gaya resultan pada pena vs sudut engkol 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720
G ay a p ad a ti ap b an tal an , N e w to n
Sudut Putar Poros Engkol, Deg
Fp Fc Fpe
Fp = Gaya Pena Piston Fc = Gaya Pena Engkol Fpe = Gaya main bearing
56
Berikut merupakan tabulasi kinematika secara analitik untuk kecepatan piston dan percepatan piston seperti yang dijelaskan pada bab 2. Dimana interval perubahan sudut putar poros engkol 150
Tabel 4.3 Hasil perhitungan kinematika secara analitik
.
Θ Kecepatan Piston
VP
Percepatan Piston
(m/s) AP (m/s2)
0 0 -20945.87697
15 -6.848222335 -19774.00189
30 -12.93819224 -16461.00204
45 -17.64145349 -11568.05048
60 -20.55936404 -5886.755392
75 -21.57119567 -262.4492829
90 -20.82142857 4586.183093
105 -18.65271552 8205.951412
120 -15.50440814 10472.93849
135 -11.80449319 11568.05048
150 -7.883236335 11874.81895
165 -3.929742186 11830.49976
180 -1.83582E-15 11773.51078
195 3.929742186 11830.49976
210 7.883236335 11874.81895
225 11.80449319 11568.05048
240 15.50440814 10472.93849
58
270 20.82142857 4586.183093
285 21.57119567 -262.4492829
300 20.55936404 -5886.755392
315 17.64145349 -11568.05048
330 12.93819224 -16461.00204
345 6.848222335 -19774.00189
360 6.5321E-15 -20945.87697
375 -6.848222335 -19774.00189
390 -12.93819224 -16461.00204
405 -17.64145349 -11568.05048
420 -20.55936404 -5886.755392
435 -21.57119567 -262.4492829
450 -20.82142857 4586.183093
465 -18.65271552 8205.951412
480 -15.50440814 10472.93849
495 -11.80449319 11568.05048
510 -7.883236335 11874.81895
525 -3.929742186 11830.49976
540 -5.50746E-15 11773.51078
555 3.929742186 11830.49976
570 7.883236335 11874.81895
585 11.80449319 11568.05048
600 15.50440814 10472.93849
615 18.65271552 8205.951412
630 20.82142857 4586.183093
645 21.57119567 -262.4492829
660 20.55936404 -5886.755392
675 17.64145349 -11568.05048
690 12.93819224 -16461.00204
705 6.848222335 -19774.00189
720 1.30642E-14 -20945.87697
[image:80.595.113.393.83.320.2]Berikut merupakan gaya pada bantalan perhitungan secara analitik, khususnya pada sambungan connecting rod dan piston. Tabulasi di bawah merupakan gaya yang terkonsentrai pada pena untuk komponen horizontal dan vertikal.
Tabel 4.4 Gaya pada bantalan perhitungan secara analitik
θ Fpx F
(Newton)
py
(Newton)
Fp
(Newton)
0 1073.751 -0.30416 1073.751
15 1200.43 -16.9766 1200.55
30 1558.566 -96.6248 1561.558
45 2087.494 -273.29 2105.307
60 2701.642 -533.69 2753.851
75 3309.629 -818.539 3409.348
90 3833.766 -1046.41 3974.008
105 4225.063 -1149.97 4378.767
60
135 4588.506 -924.313 4680.678
150 4621.668 -654.749 4667.817
165 4616.877 -336.872 4629.151
180 4610.717 -0.30416 4610.717
195 4616.877 336.2637 4629.106
210 4621.668 654.1411 4667.731
225 4588.506 923.7048 4680.558
240 4470.125 1102.739 4604.134
255 4225.063 1149.365 4378.607
270 3833.766 1045.801 3973.848
285 3309.629 817.9303 3409.202
300 2701.642 533.0814 2753.733
315 2087.494 272.6816 2105.228
330 1558.566 96.01648 1561.52
345 1200.43 16.36832 1200.542
360 1073.751 -0.30416 1073.751
375 1200.43 -16.9766 1200.55
390 1558.566 -96.6248 1561.558
405 2087.494 -273.29 2105.307
420 2701.642 -533.69 2753.851
435 3309.629 -818.539 3409.348
450 3833.766 -1046.41 3974.008
465 4225.063 -1149.97 4378.767
480 4470.125 -1103.35 4604.279
495 4588.506 -924.313 4680.678
510 4621.668 -654.749 4667.817
525 4616.877 -336.872 4629.151
540 4610.717 -0.30416 4610.717
555 4616.877 336.2637 4629.106
570 4621.668 654.1411 4667.731
585 4588.506 923.7048 4680.558
600 4470.125 1102.739 4604.134
615 4225.063 1149.365 4378.607
630 3833.766 1045.801 3973.848
645 3309.629 817.9303 3409.202
660 2701.642 533.0814 2753.733
675 2087.494 272.6816 2105.228
690 1558.566 96.01648 1561.52
705 1200.43 16.36832 1200.542
62
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Pada analisa kinematika dengan perhitungan analitika kecepatan maximum piston 21.571 m/s saat engkol membentuk sudut 750, 2850, 4350, 6450, sedangkan percepatan piston maximum adalah 20945.87 m/s2, saat engkol membentuk sudut 00, 3600, 720
2. Pada analisa gaya-gaya pada bantalan mekanisme engkol luncur, didapat nilai maximum, F
0
PX 4621.67 Newton, FPY 1149.36 Newton, FP(Resultan) 4680.68 Newton (gaya pada pena piston)
5.2 Saran
1. Pengujian laboratorium merupakan syarat mutlak untuk mengetahui kondisi real dilapangan. Seperti kondisi tekanan ruang bakar dalam silinder yang membutuhkan uji laboratorium.
2. Disarankan simulasi komputer dengan menggunakan ADAMS dapat dikembangkan lebih lanjut pada Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3. Hasil skripsi ini dapat dijadikan bahan rujukan dalam penelitian berikutnya.
DAFTAR PUSTAKA
1. Beer-Johnston-Cornwell (2009). Vector Dynamic for Engineers : Dynamics, Ninth Edition. McGraw-Hill.
2. Heywood, John. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering.
3. Khurmi, R. S. and Ghupta, J. K. (2004). Theory of Machines. S. Chand.
4. Navarro, M (2009). Analisa Pengaruh Kekuatan Pegas Terhadap Displacement Poros Engkol Menggunakan Simulasi Elemen Hingga.: Tugas Akhir Mahasiswa Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara.
