1 1.1 Latar Belakang
Sepeda adalah sebuah alat yang digunakan untuk melakukan transportasi. Alat ini merupakan sebuah susunan terdiri dari sebuah frame dan dua buah roda yang dipasang pada satu jalur, dimana pada bagian depan mempunyai sistem pengendali arah gerakan dengan menggunakan setang, bagian belakang merupakan bagian yang digunakan sebagai penggerak dengan cara menggunakan pedal. Sepeda saat bergerak jika dalam kondisi seimbang, maka tidak akan pernah jatuh, sebab sepeda bergerak dari kesetimbangan satu ke kesetimbangan selanjutnya sepanjang arah jalur gerakan. (Wikipedia, 2016)
Perkembangan pembuatan sepeda sudah berkembang sejak tahun 1490, yaitu dimana Leonardo da Vinci ditemukan telah menggambar sebuah rancangan kendaraan beroda dua yang digerakkan menggunakan pedal seperti gambar 1.1a. Namun pada masa itu perkembangan hanya terhenti pada rancangan gambar saja, tidak sampai pembuatan alat sebenarnya. Lalu pada tahun 1817 Baron von Prais menemukan sistem steering pada roda depan, dan hal ini menyebabkan celerifere berkembang dan dapat dikendalikan, lalu dikenal dan digunakan secara luas dengan nama hobby horse yang digambarkan pada gambar 1.1b.
(a) (b)
Gambar 1.1. (a) Da Vinci Bicycle (Ballantine, 2000); (b) Hobby Horse (Ballantine, 2000)
Pada tahun 1839, Kirk Patrick Macmillan di Skotlandia menemukan sistem sepeda dengan menggunakan pedal pertama, hal ini dikembangkan oleh Pierre Michaux di Perancis dengan memindahkan sistem pedal untuk menggerakkan roda depan dan memperbesar ukuran roda depan tersebut dan menyebut sepeda tersebut menjadi Velocipede seperti gambar 1.2a.
(a) (b)
Gambar 1.2. (a) Velocipede (Ballantine, 2000) (b) Safety Bike (Ballantine, 2000)
Pengembangan berlanjut pada 1866-1869 dengan ditemukannya penggunaan bantalan dalam sambungan, penggunaan velg berbahan logam, dan penggunaan ban berbahan karet. Pengembangan tersebut menyebabkan Perancis memimpin industri sepeda pada masa itu. Pada 1870 perkembangan dilanjutkan oleh Inggris, dengan memperbesar ukuran ban depan yang dikendalikan menjadi seukuran tinggi orang dewasa. Hal tersebut terjadi dikeranakan semakin besar ukuran maka semakin besar kecepatan yang dapat dicapai. Perkembangan sistem ini menjadi sangat popular secara internasional. Namun dikarenakan ukurannya yang besar, pada saat menemui jalan yang menanjak menyebabkan sering terjadi kecelakaan. Sehingga pada tahun 1885 ditemukan sistem safety bike seperti gambar 1.2b. dengan bentuk lebih kecil oleh John Kamp Starley dengan memanfaatkan penggunaan rantai dan sprocket untuk pertama kalinya pada sepeda.
Hingga sekarang sudah terdapat beberapa jenis pada sepeda yang digunakan masyarakat luas berdasarkan fungsinya yaitu seperti jenis mountain bike, BMX, road bike, dan lain-lain, yang dapat dilihat pada gambar 1.3. (Ballantine, 2000).
(a) (b)
(c)
Gambar 1.3. (a) BMX (www.gtbicycles.com, 2016); (b) Mountain Bike (www.gtbicycles.com, 2016); (c) Road Bike (www.gtbicycles.com, 2016)
Komponen- komponen yang tersusun sehingga sepeda berhasil terbentuk seperti diperlihatkan gambar 1.4. adalah frame, roda, sistem transisi, rem, sadel, setang, dan porok. Bagian yang paling vital dari sebuah sepeda adalah frame, karena frame memiliki fungsi yang mendasar yaitu menopang beban pengendara dan menyambungkan berbagai komponen lainnya sehingga tercipta bentuk sepeda secara utuh. Dapat dikatakan bahwa bentuk dari frame merupakan bentuk sepeda itu sendiri. Jika melakukan perubahan desain atau bentuk pada frame maka dapat mempengaruhi karakteristik dan performa sepeda yang terjadi secara keseluruhan.
Gambar 1.4. Bagian – bagian sepeda jenis mountain bike (www.bicycles.stackexchange.com, 2014)
Sekarang ini berbagai macam produsen sepeda yang ada di pasaran sebagian besar melakukan produksi frame nya dengan menggunakan metode pengelasan. Dimana pengertian dari pengelasan adalah salah satu teknik penyambungan logam dengan cara mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi dengan atau tanpa tekanan dan dengan atau tanpa logam penambah dan menghasilkan sambungan yang kontinyu. Untuk melakukan proses pengelasan ini hal yang harus dilakukan adalah menyiapkan bagian-bagian dari frame sepeda yang sudah dalam bentuk pipa-pipa logam yang kemudian dirangkai menjadi satu, kemudian pada sambungan tiap bagian pipa satu dengan yang lainnya dilakukan pengelasan.
Untuk mendapatkan bentuk komponen berupa pipa-pipa dibutuhkan proses yang membutuhkan alat-alat khusus yang berharga cukup mahal, selain itu material yang dibutuhkan untuk membuatnya juga tertentu. Dikarenakan proses mendapatkan material dan proses pembuatan bentuk membutuhkan biaya yang tidak sedikit, maka hanya perusahaan-perusahaan besar saja yang berani melakukannnya. Hal ini mengakibatkan proses pembuatan frame sepeda
didominasi oleh perusahaan besar saja, sementara perusahaan yang berskala kecil dan menengah akan sulit bersaing dikarenakan tidak memiliki fasilitas yang sebanding.
Supaya dapat menanggulangi permasalahan tersebut, sudah mulai dikembangkan metode produksi alternatif dalam beberapa tahun terakhir ini yaitu dengan proses pengecoran. Pengecoran adalah suatu proses yang menggunakan logam cair sebagai bahan utamanya. Proses pengecoran dimulai dengan pembuatan pola beserta inti didalamnya yang kemudian dipasang pada suatu wadah berongga. Kemudian dari rongga tersebut logam yang sudah dipanaskan hingga mencair dituangkan kedalamnya sehingga mengisi seluruh bentuk rongga yang ada dan membentuk ukuran yang dinginkan dengan dimensi yang tidak berbeda jauh dengan dimensi rancangan awal. Setelah penuangan maka ditunggu beberapa saat sampai mengering kemudian benda hasil pengecoran dipisahkan dari cetakan dan inti yang terpasang didalamnya.
Pelaksanaan produksi menggunakan metode pengecoran ini masih sangat minim di Indonesia. Kendala yang terjadi sehingga menyebabkan minimnya penggunaan proses ini adalah desain bentuk frame yang cukup panjang dan kompleks. sehingga sulit untuk diaplikasikan dalam pembuatan pola cetakan pengecoran. Kendala lain adalah massa frame yang dibuat dengan proses pengecoran cenderung lebih berat dari massa frame yang dibuat dengan proses pengelasan pipa. Kendala- kendala tersebut dapat menyebabkan frame menjadi lebih berat, lebih lemah dan kurang nyaman digunakan. Oleh karena itu, diperlukan perhitungan dan analisis dalam membuat desain suatu frame sepeda. Proses membuat frame dengan cara pengecoran ini bisa menjadi bahan studi dan dapat dikembangkan lebih lanjut dengan harapan dapat memberdayakan industri kecil dan menengah.
1.2 Rumusan Masalah
1. Perancangan yang dilakukan untuk pembuatan frame sepeda supaya dapat diproduksi secara pengecoran bentuknya lebih bervariasi dan kompleks jika
dibandingkan dengan frame biasa, namun tetap memperhatikan ukuran standar frame sepeda yang telah ditentukan. Desain yang dibuat memperhatikan bagian kemudahannya untuk dibuat menjadi pola cetakan pengecoran, sehingga desain tidak terlalu menonjolkan keindahan bentuk. 2. Massa frame yang dibentuk dari hasil proses pengecoran akan menjadi lebih
berat daripada frame yang diproduksi menggunakan pengelasan pada umumnya. Sehingga diperlukan penyesuaian lebih lanjut supaya didapat desain yang ringan namun tetap memiliki kekuatan yang baik.
1.3 Batasan Masalah
1. Frame yang dirancang adalah frame sepeda jenis Mountain Bike (MTB). Bentuk frame terinspirasi dari frame sepeda Stradalli 20 Seven MTB 650b. Frame ini dipilih karena memiliki tabel ukuran frame sepeda yang memuat dimensi setiap bagian dengan cukup detail, sehingga memudahkan dalam melakukan perancangan pada software Autodesk Inventor.
Gambar 1.5. Frame Stradalli (www.carbonroadbikebicyclecycling.com, 2009) 2. Desain frame dilakukan dengan menggunakan software Autodesk Inventor
Professional 2015. Sedangkan analisis dan perhitungan dilakukan dengan metode permodelan yang terdapat dalam software Abaqus 6.13.
1.4 Tujuan Perancangan
1. Membuat desain frame sepeda MTB yang ringan dan kuat.
2. Merancang frame sepeda MTB yang dapat diproduksi dengan menggunakan proses pengecoran.
1.5 Manfaat Perancangan
1. Memperoleh frame sepeda MTB yang aman untuk digunakan.
2. Memperoleh frame sepeda MTB yang unik dari frame pada umumnya, dimana perbedaan paling terlihat pada bagian frame belakang yg tidak
berbentuk pipa hollow.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebaga berikut: BAB 1 PENDAHULUAN
Meliputi: latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, dan sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi: tinjauan umum mengenai frame sepeda, jenis frame, bagian- bagian frame, ukuran frame, material frame, dan tinjauan umum proses pengecoran.
BAB 3 LANDASAN TEORI
Meliputi: karakteristik material aluminium A356, teori metode elemen hingga, teori faktor keamanan, teori pembuatan pola, dan teori pembuatan cetakan.
BAB 4 METODOLOGI PENELITIAN
Meliputi: penjelasan mengenai software Autodesk Inventor Professional 2015, software Abaqus 6.13, studi perancangan frame, studi analisis frame, studi kondisi beban pada frame.
BAB 5 HASIL PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN Meliputi: hasil perancangan frame, bentuk prosedur yang dilakukan, dan hasil simulasi pembebanan.
BAB 6 PENUTUP
