BAB II DASAR TEORI 2.1.Kontruksi Gookart

BAB II DASAR TEORI

2.1.Kontruksi Gookart

Kendaran menurut jumlah roda penerus daya dibagi menjadi dua jenis, yaitu kendaraan roda dua dan kendaraan roda empat, dimana gokart termasuk jenis kendaraan roda empat. Kendaraan roda empat mempunyai empat komponen utama, yaitu:

1. Rangka/Chasis 2. Body

3. Rangkaian Penghasil tenaga 4. Rangkaian penerus tenaga

Demikian juga dengan gokart, secara garis besar sama hanya tanpa body dan sebagian besar komponennya berupa chasis, karena gokart merupakan kendaraan kecil yang digunakan untuk sirkuit balap dengan lintasan yang rata dan tikungan– tikungan dengan jarak yang dekat maka paling dibutuhkan oleh sebuah gokart adalah akselerasi yang ditentukan oleh rangkaian penghasil tenaga dan rangkaian penerus tenaga, serta kekuatan atau keamanan dari frame chasis gokart tersebut. Desain gokart yang penyusun buat adalah seperti gambar berikut

2.2.Komponen Utama

Gokart terdiri dari beberapa komponen utama antara lain 2.2.1. Rangka/Chasis

Chasis gokart biasa terbuat dari besi kotak 4x2 cm, dimana desain chasis gokart tidak menggunakan suspensi, jadi chasis berfungsi juga sebagai suspensi dari gokart, jadi bahan dari chasis harus memenuhi syarat yaitu cukup flexible atau lentur dan mempunayi kekakuan yang cukup,dan bahan tidak mudah mengalami kegagalan patah.

2.2.2. Mesin

Penghasil tenaga yang biasa di gunakan dalam gokart ada beberapa macam yaitu, mesin 4 langkah, dan mesin 2 langkah, dimana dijelaskan lebih lanjut: 1. Mesin 2 langkah : Pada mesin 2 tak langkah, mempunyai 2 langkah kerja,

yaitu:

a. langkah ekspansi b. langkah kompresi

a) Langkah kompresi: Torak/piston bergerak dari TMB ke TMA,saluran masuk bahan bakar terbuka,campuran bahan bakar & udara masuk ke ruang karter& gas yang ada di ruang bakar dimampatkan oleh piston.

Gambar 2.2. Langkah kerja mesin 2 langkah 2. Mesin 4 langkah : mempunyai 4 langkah kerja,yaitu:

a. langkah hisap b. langkah usaha c. langkah kompresi d. langkah buang Keterangan:

a) Langkah hisap: katup hisap membuka, torak bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah ,dan menghisap campuran bensin dan udara.

b) Langkah kompresi: torak bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas,pada saat torak akan mencapai titik mati atas, busi meloncatkan bunga api listrik yang membakar campuran bensin dan udara. Kemudian timbul ledakan yang mendorong torak ke TMB.

c) Langkah usaha: torak bergerak dari TMA ke TMB karena terdorong oleh ledakan yang timbul pada saat kompresi, pada saat ini timbul langkah kerja/langkah usaha.

d) Langkah buang: torak bergerak dari TMB ke TMAdan membuang sisa gas hasil pembakaran.pada saat ini katup buang membuka.

Gambar 2.3. langkah kerja mesin 4 langkah 2.2.3 Transmisi (Rangkaian penerus tenaga)

Dalam gokart tidak menggunakan gardan ini berarti kedua roda mempunyai torsi dan kecepatan putar yang sama sehingga dalam posisi belok maka salah satu roda mengalami pergeseran dan roda lain sedikit terangkat, ini menyebabkan saat membelok roda gokart kehilangan cekaman terhadap lintasan. Pada gokart yang penyusun buat daya ditransmisikan oleh belt dan pully, dan Kopling sentrifugal. Dimana perhitungan kopling sentrifugal merupakan tugas khusus bagi penyusun 2.2.4 Roda (Tires)

2.3.Performa Gokart

Dalam dinamika kendaraan khususnya gokart, adalah kendaraan yang merupakan benda kaku tanpa suspensi. Untuk dapat bergerak kendaraan harus memiliki gaya dorong yang cukup untuk melawan semua hambatan pada kendaraan. Gaya dorong ini terjadi pada roda penggerak kendaraan, yang ditransformasikan dari torsi mesin ke roda penggerak. Gambar 2.4 berikut menunjukan diagram benda bebas kendaraan yang menggambarkan gaya dorong dan hambatan meliputi angin dan rolling.

Gambar 2.4 Diagram Benda bebas Kendaraan Keterangan :

F = gaya dorong dari mesin penggerak Ff = gaya dorong roda depan

Fr = gaya dorong roda belakang

Rr = gaya hambat rolling roda belakang Rf = gaya hambat rolling roda depan Ra = gaya hambat angin

m = massa total gokart

2.3.1. Kinerja Traksi Kendaraan

Kinerja traksi kendaraan merupakan kemampuan kendaraan untuk melaju dengan membawa suatu beban dan melawan hambatan. kemampuan tersebut Ra

Fr Rr Ff Ff

F

sangat dipengaruhi oleh kemampuan mesin, pemilihan tingkat dan rasio transmisi, serta jenis transmisi yang dipakai.

2.3.2. Penentuan Posisi Titik Berat

Sebelum menganalisis dinamika kendaraan lebih lanjut, maka perlu ditentukan terlebih dahulu dimana titik berat dari kendaraan. Untuk menentukan titik berat kendaraan dapat menggunakan sistem eksperimen, yaitu ditimbang dengan asumsi bahwa beban terdistribusi merata. Secara bergantian roda depan dan roda belakang ditimbang seperti gambar 2.5 a dan 2.5 b

(a)penimbangan pada roda depan (b)penimbangan pada roda belakang

Gambar 2.5 (c)Titik Berat Kendaraan Dari penimbangan tersebut didapat :

Wf = berat kendaraan roda depan / gaya reaksi roda depan Wr= berat kendaraan roda belakang / gaya reaksi belakang

Dimana L = Lr + Lf ; adalah jarak antara kedua sumbu roda depan dan belakang, dan Wt = Wf + Wr ; merupakan berat total.

Dengan menggunakan rumus Σ M = 0, didapat : ( i ) Wr . L = Lr . W Lr = Wr. L / W ( ii ) Wf L = Lf . W Lf = Wf .L / W

Untuk menentukan tinggi titik berat kendaraan maka dapat dilakukan dengan cara percobaan seperti gambar 2.6

Gambar 2.6 Tinggi Titik Berat

Dalam keadaan statis, dengan rumus

∑

MA = 0

∑

MA = 0

W . tanθ. Hf = Wr.L – W.Lr

h

f = _θ

tan .

. . W

a W L Wr −

Tinggi titik berat dari permukaan jalan : H = hf + r

Dimana r = jari – jari roda

2.4.Karakteristik Kinerja Laju kendaraan

Kinerja laju dari suatu kendaraan sangat erat terkait dengan karakteristik gaya dorong yang dihasilkan oleh kendaraan dan karakteristik gaya hambatan yang dialami.

Ada empat parameter pokok yang sering dipakai untuk menunjukkan kemampuan laju suatu kendaraan, yaitu :

b) Waktu yang diperlukan ( t ) untuk menaikkan kecepatan dari kecepatan awal (V0) ke kecepatan yang lebih tinggi (Vt).

c) Jarak tempuh ( s ) yang diperlukan untuk menaikkan kecepatan dari V0 ke Vt

2.5.Sistem Kemudi Pada Kendaraan

Sistem kemudi pada kendaraan bertujuan untuk mengendalikan arah gerakan (handling ) kendaraan. Suatu sistem kemudi dikatakan ideal jika mempunyai sifat – sifat sebagai berikut :

1. Dapat digunakan sebagai pengendali arah kendaraan untuk segala kondisi,segala jenis belokan, dan dalam segala kecepatan.

2. Dapat menjamin serta menjaga kestabilan kendaraan pada segala jenis gerakan belok dan dalam segala kecepatan

3. Tidak membutuhkan tenaga yang besar dari pengemudi untuk menggerakkan dan mengendalikan arah roda kemudi.

4. Tidak membahayakan pengemudi jika terjadi kecelakaan pada kendaraan. Pada pembahasan handling ditujukan sebagai pengantar kaji handling kendaraan, sehingga kendaraan dimodelkan sebagai benda kaku dimana pengaruh supensi diabaikan. Model yang dibahas bertujuan untuk menunjukkan pengaruh dari sifat – sifat ban, letak pusat massa, kecepatan maju kendaraan, dan mengarah pada kesimpulan praktis yang penting pada stabilitas arah dan kontrol.

2.5.1. Klasifikasi Sistem Pengemudi

Sistem kemudi sangat penting di dalam mengendalikan sebuah kendaraan, dimana kendaraan akan bergerak berdasarkan sistem kemudi yang digerakkan oleh sang pengemudi.

Ada beberapa macam sistem kemudi : A. Berdasarkan tenaga yang digunakan

Sistem kemudi ini sering juga disebut konvensional dimana semua tenaga yang diperlukan untuk membelokkan roda dating dari pengemudi yang ditransmisikan melalui sistem kemudi

2. Power steering

Kendaraan yang menggunakan sistem kemudi ini memiliki sistem tenaga untuk membantu pengemudi membelokkan roda kendaraan. Tenaga yang diperlukan dari pengemudi hanya kecil yaitu umumnya hanya untuk memberi signal atau menggerakkan katup pengatur sistem tenaga. Sebagian besar sistem tenaga dari power steering pada kendaraan adalah sistem hidraulik. Sebuah pompa hidraulik mensuply hidraulik bertekanan tinggi jika pengemudi memutar lingkar kemudi

B. Berdasarkan jumlah roda yang bergerak

Berdasarkan jumlah roda yang bergerak ada dua sistem kemudi yaitu :

1. Kemudi penggerak dua roda

menggunakan belokan roda depan saja sudah tidak mampu lagi menstabilkan kendaraan.

Gambar 2.7. Diagram Kemudi Penggerak 2 Roda

Dimana :

α : sudut slip roda belakang

α

: sudut slip roda depan

δ

: sudut belok roda depan dari arah normal R : radius putar kendaraan

2. Kemudi penggerak empat roda

serta memperkecil kemungkinan terjadi kehilangan kendali pada kendaraan.

Gambar 2.8. Diagram Kemudi Penggerak 4 Roda Dimana :

αr : sudut slip roda belakang αf : sudut slip roda depan

δr : sudut belok roda belakang dari arah normal δf : sudut belok roda depan dari arah normal R2 : radius putar kendaraan

2.5.2. Sistem kemudi pada gokart

Sistem kemudi yang digunakan pada gokart termasuk sistem kemudi 2 roda dengan manual stering ini dikarenakan Sistem kemudi yang penyusun gunakan dalam pembuatan gokart hanya menggunakan belokan 2 roda (roda depan) untuk mengendalikan arah gerakan kendaraan dan hanya memakai tenaga manual stering, Sistem kemudi ini sering juga disebut konvensional dimana semua tenaga yang diperlukan untuk membelokkan roda dari pengemudi yang ditransmisikan melalui sistem kemudi

Mesin penggerak yang digunakan untuk sumber tenaga gokart mempunyai spesifikasi sebagai berikut:

Jenis : Air Cooled, 4 langkah Daya Maksimum : 6,5 Hp

Kecepatan : 3000 rpm CC : 160 liter

Sumber tenaga yang digunakan untuk menggerakan gokart adalah motor besin 4 langkah dengan daya maksimum 6,5 HP, dimana ditransmisikan oleh rangkaian puly dan belt

2.6.1. Motor Bensin

Adalah suatu motor yang mengunakan bahan bakar dari bensin, sebelum bahan bakar masuk kedalam silinder terlebih dahulu mengalami pencampuran bahan bakar dan udara pada kaburator. Kemdian setelah tercampur masuk ruang silinder pembakaran dan dikopresikan oleh torak, bunga api terpercik dari busi , sehingga terjadi pembakaran yang membuat ledakan sehingga mampu medorong torak kearah TMB (titik mati bawah), tenaga ini mendorong torak turun naik sesuai alur dari silinder, gerak turun naik torak oleh poros engkol diubah menjadi gerak putar.

2.6.2. Siklus Motor 4 langkah

Pada motor 4 langkah siklus yang terjadi pada proses pembakaran dalam silinder adalah:

1. Proses temperature konstan (isothermal)

Proses ini terjadi didalam silinder pada saat gas dimasukan kedalam silinder kemudian gas berubah karena tekanan torak, suhu akan dijaga agar tetap konstandengan jalan memanaskan dan mendinginkan silinder

2. Proses tekanan konstan (isobaris)

Proses yang terjadi dimana keadaan gas berubah dengan cara memanaskan silinder, sedang torak bergerak bebas sehingga tekanan gas dalam silinder konstan.

Proses yang terjadi dalam silinder dimana pada saat langkah kompresi gas disrubah dengan cara memanaskan silinder dan torak tidak bergerak sehingga volume gas tetap konstan.

4. Proses Isentropik

Proses kompresi gas didalam siinder dimana suhu gas sama. 5. Proses Polintropis

Proses yang terjadi didalam silinder dimana tekanan dan volume dianggap sama

Gambar 2.9. Diagram P-V aktual dari siklus motor bensin Dimana:

qm =jumlah kalor yang dimasukkan

qk =jumlah kalor yang dikeluarkan

Sifat ideal yang dipergunakan serta keterangan mengenai proses siklusnya dari

gambar 2.3 adalah sebagai berikut:

• kurva 0 - 1 : Langkah hisap, pada tekanan konstan

• kurva 1-2 : Lankah kompresi, pada proses isentropis

• kurva 2 - 3 : Proses pembakaran pada volume konstan, proses

pemasukan kalor pada volume konstan.

• kurva 3 - 4 : Langkah kerja pada proses ekspansi isentropis

2.7.Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin yang berfungsi meneruskan daya dari mesin penggerak, menurut pembebanan dibagi menjadi 3 yaitu poros transmisi, poros spindle dan poros gandar. Dalam perencanaan poros sangatlah perlu memperhatikan kekuatan dan pembebanan yang diterima poros untuk itu perlu diperhatikan sebagai berikut:

1. Kekuatan poros

Pada poros transmisi akan mengalami pembebanan yaitu pembebanan puntir dan lentur.

2. Kekakuan poros

Puntiran terlalu besar akan mengakibatkan ketidakstabilan getaran atau suara.

3. Putaran kritis

Putaran kritis terjadi jika putaran mesin di naikan pada putaran tertentu terjadi getaran cukup besar.

4. Korosi

Dalam perencanaan perlu diperhatikan dalam penggunaan bahan, hal ini untuk mencegah terjadinya korosi.

5. Bahan poros

Poros untuk mesin umumnya dibuat dari batangan yang ditarik dingin dan definisi baja karbon kontruksi mesin (bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di deoksidasi dengan ferrosilicon dan di cor, kadar karbonya terjamin.

Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

• Perhitungan Torsi yang terjadi

( )

Nm n

x p T

π

2 4500 .

=

Momen lentur akibat tegangan sabuk

Momen puntir

• Menghitung Diameter Poros

Tegangan geser maksimum :

(

Sf1xSf2

)

B σ

τ = ( Sularso, 1997 : 8 )

Diameter poros : 3

• Kelenturan porors dari pembebanan :

L

• Koreksi Kekuatan Poros

Koreksi kekuatan poros

(

) (

2

)

2

Jika tegangan geser maksimum yang terjadi pada poros lebih kecil dari egangan ijin bahan poros jadi poros aman.

2.8.Pasak

yang serupa dengan pasak dilakukan pula oleh splain (spilne) dan gerigi yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam dengan jumlah gigi yang sama pada naf dan saling terkait yang satu dengan yang lain. Gigi pada splain adalah besar-besar, sedangkan pada gerigi adalah kecil-kecildengan jarak bagi yang kecil pula. Kedua-duanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya. pasak yang kita gunakan adalah Pasak-benam rata Pasak benam rata merupakan pasak memanjang yang paling banyak diterapkan pada konstruksi dimana roda harus dapat digeserkan pada poros maupun pada konstruksi dimana roda harus disanbung tak bergerak dengan poros.

Gambar 2.10 Pasak Benam

Gambar 2.11 Gaya Geser pada Pasak

2 – 5 ( secara tiba-tiba dan tumbukan berat )

(

1 2

)

.tataut I

F p=

(

1 2

)

.tataut I

F p_a =

Dimana :

P = tekanan permukaan (kg/mm) pa = tekanan permukaan yang dijinkan 8 kg/mm2 poros diameter kecil 10 kg/mm2 poros diameter besar ½ dari di atas poros putaran tinggi

Lebar pasak 25 – 35 (%) dari diameter poros Panjang pasak 0,75 – 1,5 ds

2.9.Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak bekerja secara semestinya. Dalam rancang bangun gokart ini, bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding.

2.9.1. Klasifikasi bantalan gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.

a. Atas dasar arah beban terhadap poros 1. Bantalan radial

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah sejajar sumbu poros. 3. Bantalan kombinasi

Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

b. Atas dasar elemen gelinding 1. Roll

2. Ball

Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang di antara cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan jauh lebih kecil. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan keharusan. Karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincinnya sangat kecil maka besarnya beban per satuan luas atau tekanannya menjadi sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai ketahanan dan kekerasan yang tinggi.

Gambar 2.12 Macam-macam Bantalan Gelinding

Dalam pembuatan gokart bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding rol dengan beban radial, karena beban yang bekerja adalah beban radial

2.9.2. Rumus perhitungan

a

X = faktor beban radial Y = faktor beban aksial

=

Menentukan faktor- faktor :

• faktor putaran V = 1, untuk cicilan dalam berputar

• faktor beban radial dan aksial

0 C F_a

C₀ = kapasitas nominal dinamis statik ( kg )

Dari tabel beban radial dan aksial didapat ; Faktor beban radial X

Faktor beban aksial Y Maka beban ekuivalen bantalan :

a r

r XV F Y F

P = . . + .

Menghitung faktor kecepatan ( F_n)

Untuk bantalan bola

3

Menghitung umur bantalan bola ( ball bearing )

r

C = kapasitas nominal dinamis spesifik ( kg )

h

2.10. Mur dan Baut

Baut dan mur merupakan alat pengikat yang sangat penting.Untuk mencegah kecelakaan atau kerusaskan pada mesin pemilihan baut dan mur sebagai alat pengikat harus dilakukan dengan seksama untuk mendapatkan ukuran yang sesuai.Untuk menentukan ukuran baut dan mur, berbagai factor harus diperhatikan seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, syarat kerja, kekuatan bahan dan kelas ketelitian.

2.10.1.Rumus Perhitungan Mur Rumus perhitungan mur

a

H = tinggi profil yang bekerja menahan gaya ( mm ) Z = jumlah lilitan ulir

=

2

d diameter efektif ulir luar baut ( kg )

W = gaya tarik pada baut P = jarak bagi

H = tinggi mur ( mm )

Sumber : (Sularso dan Kiyokatsu,1997 “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”, hal 297)

2.10.2 .Rumus perhitungan baut

g

Gaya geser yang terjadi pada tiap – tiap baut :

g

Tegangan mulur tiap-tiap baut :