PERANCANGAN SISTEM KEMUDI TIPE RACK AND PINION PADA MOBIL HEMAT ENERGI “HAIZUM”
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Strata Satu (S-1) Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Islam Malang
Disusun Oleh:
BAYU AZIS FIRMANSYAH NPM: 21501052049
PROGRAM STUDI S – 1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ISLAM MALANG
2020
ABSTRAK
Bayu Azis Firmansyah 2020. Perancangan Sistem Kemudi Tipe Rack And Pinion Pada Mobil Hemat Energi “Haizum”. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Malang. Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Priyagung hartono, M. T. dan M.basjir, S. T., M.
T.
Mobil yang merupakan transportasi di era globalisasi terdiri dari berbagai macam sistem dan komponen yang membantu mempermudah pengoperasiannya, salah satu sistem yang terdapat pada mobil yaitu sistem kemudi, pada tiap kendaraan memiliki sistem kemudi yang beragam oleh karena itu pada perancangan kali ini akan merancang kontruksi sistem kemudi tipe rack and pinion pada mobil hemat energi
“HAIZUM’” dengan spesifikasi mobil yang memiliki jarak antar sumbu roda depan dan belakang dengan panjang 130 cm, berat keseluruhan mobil 164 kg, panjang sumbu roda depan 100 cm, dan tinggi dari tanah 10 cm, mobil KMHE “HAIZUM’’
menggunakan mesin motor honda grand 100 cc dan sistem transmisi menggunakan sprocket chain. Dari hasil perancangan sistem kemudi dengan perhitungan distribusi beban yang dialami rangka sebesar 164 kg yang dibagi 4 roda menghasilkan beban merata pada rack sebesar 0,08 kg/mm dan juga defleksi yang dialami pegas akibat pembebanan sebesar 1,4 cm. Pada hasil perencanaan poros gandar dengan panjang poros 15 cm , beban roda 706 N dan menggunakan bahan baja ST 60 menghasilkan perencanaan diameter 11,87 mm maka di dapatkan spesifikasi bantalan roda dengan No.6001 yang miliki keandalan umur bantalan 29.404 jam. Hasil perancangan perhitungan beban steering wheel dengan sudut kemiringan batang kemudi 54° panjang batang kemudi 52 cm menghasilkan beban sebesar 2,39 N. Hasil yang dihitung dari perhitungan diatas mendapatkan sudut belok sebesar 23,41° dan pergeseran roda sebesar 14,82 mm. Berdasarkan regulasi teknik KMHE radius belok yang ditentukan adalah 6 m sedangkan pada mobil KMHE “HAIZUM” dengan sudut putar minimal sebesar 13,29° menghasilkan radius belok maksimal 5,190 m dan sudut putar maksimum 47,73° menghasilkan radius belok minimal 1,280 m.
Kata Kunci : Sistem kemudi, rack and pinion , sudut belok, radius belok.
ABSTRACT
Bayu Azis Firmansyah 2020. Perancangan Sistem Kemudi Tipe Rack And Pinion Pada Mobil Hemat Energi “Haizum”. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Malang. Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Priyagung hartono, M. T. dan M.basjir, S. T., M.
T.
The car which is a transportation in the era of globalization consists of various systems and components that help facilitate its operation, one of the systems contained in the car is the steering system, each vehicle has a diverse steering system, therefore this design will design the construction of the steering system rack and pinion type in the energy-saving car "HAIZUM" with specifications of the car that has a distance between the axes of the front and rear wheels with a length of 130 cm, overall weight of the car 164 kg, front wheel axle length 100 cm, and height from the ground 10 cm, car KMHE "HAIZUM '' uses a 100 cc Honda motorbike and the transmission system uses a sprocket chain. From the results of the design of the steering system with the calculation of the load distribution experienced by the framework of 164 kg divided by 4 wheels produces an even load on the rack of 0.08 kg / mm and also the deflection experienced by the spring due to loading of 1.4 cm. In the results of axle shaft planning with a shaft length of 15 cm, 706 N wheel loads and using ST 60 steel material produces a diameter of 11.87 mm planning, then the specifications of the wheel bearing with No.6001 have a bearing life reliability of 29,404 hours. The results of the design of the calculation of the steering wheel load with the inclination angle of the steering rod 54 ° the length of the steering rod 52 cm produces a load of 2.39 N. The results calculated from the calculations above get a turning angle of 23.41 ° and a wheel shift of 14.82 mm.
Based on the KMHE technical regulation the determined turning radius is 6 m while the KMHE "HAIZUM" car with a minimum turning angle of 13.29 ° produces a maximum turning radius of 5.190 m and a maximum turning angle of 47.73 ° produces a turning radius of at least 1,280 m.
1
1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Mobil Hemat Energi atau (KMHE) merupakan sebuah ‘’Lomba mobil irit hemat energi’’ tingkat nasional yang diselenggarakan oleh Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Kegiatan yang awalnya bernama Indonesia Energy Marathon Challenge (IEMC) adalah kontes mobil hemat energi yang diselenggarakan setiap tahun yang dimulai pada tahun 2012 yang dilaksanakan oleh Intitut Teknologi Sepuluh November di Sirkuit Kenjeran Surabaya.
Mobil merupakan alat transportasi modern yang di era globalisasi ini merupakan salah satu kendaraan yang sangat di butuhkan oleh masyarakat umum, mobil disusun oleh beberapa komponen diantara lain, komponen rangka, komponen mesin, komponen roda, komponen sistem penerus tenaga, komponen kelistrikan, pendingin, komponen cover body dan komponen sistem kemudi.
Sistem kemudi terdiri dari beberapa komponen yang saling berhubungan antara satu dengan yang lain sehingga disebut sistem, sistem tersebut terdiri dari steering whell (roda kemudi), steering main shaf (oporos utama kemudi), steering column (tempat poros utama kemudi), dan steering gear pada sistem kemudi memiliki fungsi untuk mengarahkan roda depan dengan cara merubah putaran menjadi gerakan kekiri atau kekanan.
Terdapat dua jenis sistem kemudi pada kendaran yaitu Rack and Pinion, tipe ini bekerja dengan mengubah putaran kemudi yang disalurkan ke roda gigi pinion, menjadi gerakan searah dengan menggunakan sebuah rack. Rack ini adalah sebuah poros yang memiliki roda gigi, artinya roda gigi ini menempel pada sepanjang poros sehingga ketika gigi pinion berputar, rack gear akan terdorong sesuai arah putaran pinion gear dan recirculating ball, tipe kedua bisa dibilang lebih rumit karena pinion gear akan dihubungkan dengan poros yang berbentuk ulir. Saat poros ini berputar maka ulir ini akan menggerakan roda gigi sektor yang terhubung dengan tie rod.
2
Mengacu pada penelitian terdahulu oleh Judhistira Freily Mamahit dkk (2016) tentang ‘’Perancangan Sistem Kemudi Pada Mobil Listrik’’. Berdasarkan hasil penelitian di dapatkan hasil Dari perhitungan tegangan geser akibat beban puntir tersebut telah didapat hasil 4,11 Pa, kemudian dari perhitungan tegangan normal akibat beban aksial didapat hasil 0,206 Pa. Selain itu telah dianalisa sudut kemudi rata-rata pada sistem kemudi.
Sedangkan pada penelitian oleh Ellyana Utami Puspita Dewi dkk (2018) tentang ‘’Aplikasi Sistem Kemudi Tipe Rack and Pinion Pada Gokart’’.
Berdasarkan hasil penelitian dalam pembuatan system kemudi gokart menggunakan tipe rack and pinion dengan diameter steering wheel 31cm, panjang steering coloumn 66cm, panjang tie rod 70cm, dan jumlah gigi rack13. Hasil akhir yang di capai dalam proyek akhir ini yaitu system kemudi tipe rack and pinion pada gokart dapat berfungsi dengan baik.
Maka dari itu pada penelitian ini, saya mencoba mengaplikasikan dimana sistem kemudi menggunakan sistem rack pinion seperti mobil pada umumnya yang nantinya hasil dari penelitian ini akan diaplikasikan pada Mobil Hemat Energi Urban Concept dengan sistem kemudi rack and pinion dan mendapatkan radius belok maksimal 6 m sesuai regulasi KMHE 2019 pada Mobil Hemat Energi
‘’Haizum’’ Universitas Islam Malang.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun dari latar belakang diatas didapatkan beberapa rumusan masalah diantaranya :
1) Bagaimana perancangan sistem kemudi pada kendaraan mobil KMHE Haizum?
2) Menganalisa perhitungan komponen sistem kemudi dan radius belok mobil pada saat melakukan manuver.
3
1.3 Batasan Masalah
Mengingat luasnya permasalahan yang dihadapi sebelum perencanaan dilakukan, maka perlu adanya batasan masalah agar langkah-langkah dalam pemecahan masalah sehingga nantinya tidak akan menyimpang dari tujuan perencangan yang hendak dicapai. Maka masalah yang akan dibahas pada proses perencanaan sistem kemudi pada mobil KMHE yaitu sebagai berikut.
1) Merancang kemudi dengan sistem rack and pinion
2) Perhitungan analisis komponen sistem kemudi : bearing, poros gandar, pegas
3) Pengaruh terhadap beban dari sudut chamber dan caster di roda diabaikan 4) Perhitungan analisa lengan ayun diabaikan.
1.4 Tujuan
Tujuan penulis pada tugas akhir ini adalah :
1) Mengetahui komponen yang ada dalam sistem kemudi.
2) Mahasiswa dapat mengaplikasikan seluruh teori-teori keilmuan yang mendukung dalam proses perancangan.
3) Mahasiswa dapat mengetahui dimensi komponen-komponen dan elemen- elemen mesin yang dibutuhkan dalam proses perancangan.
4) Mengetahui keamanan sistem kemudi pada mobil KMHE Haizum
1.5 Manfaat
Manfaat dari perancangan transmisi kendaraan mobil KMHE Haizum : 1) Dapat mengetahui berbagai macam sistem kemudi yang dapat diaplikasikan
pada mobil KMHE Haizum.
2) Perancangan sistem kemudi sederhana pada mobil KMHE Haizum dalam penelitian ini, dapat dijadikan sebagai acuan pembuatan dan pengembangan
4
mobil KMHE yang akan dibuat oleh adik tingkat jurusan Teknik Mesin Universitas Islam Malang.
3) Memperkaya ilmu pengetahuan dan pengembangan komponen kendaraan.
1.6 Sistematika Penulisan
Secara umum sistematika penulisan skripsi ini dapat diuraikan secara ringkas yaitu sebagai berikut.
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab 1 berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat perancangan serta sistematika penulisan laporannya.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tinjauan pustaka dan penelitian-peneliatan terdahulu, perkembangan terkini terkait topik perencanaan dan landasan teori yang dipakai dalam perencanaan ini.
BAB III METODE PERENCANAAN
Menjelaskan tentang konsep perencaan yang akan digunakan untuk menghasilkan data-data yang diperlukan.
BAB IV PERHITUNGAN
Membahas hasil data yang telah direncanakan.
BAB V PENUTUP
Keputusan dari hasil data yang ada dan saran untuk menunjang kesempurnaan dari skripsi ini.
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN – LAMPIRAN
55 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan
Dari hasil perhitungan perencanaan dapat kita tarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Beban reaksi yang diterima 1 roda depan adalah 706 Newton
2. Menentukan shock absorber pada sistem kemudi bertujuan untuk mengurangi getaran dan berat yang dialami roda, selain itu dengan adanya shock absorber kenyamanan kendaraan ketika mengemudi akan didapatkan.
3. Berdasarkan moment yang sudah diketahui, maka langkah selanjutnya adalah merencanakan poros gandar yang akan digunakan, didapat hasil diameter 11.87 mm.
4. Sedangkan jenis bantalan yang digunakan sesuai poros gandar diameter dalam 12mm dengan nomor seri 6001.
5. Beban pada system steering sebesar 2,39 N ini dianggap ringan sehingga kendaraan ini dapat di gerakkan dengan mudah karena beban masih dalam standart yang di persyaratkan yaitu 2 sampai 7 N.
6. Dengan dimensi yang sudah direncanakan besar sudut belok minimal yaitu 13,29° radius belok 5,180 m dan dengan sudut belok maksimal 47,73°
didapatkan radius belok 1,281 m
Dengan spesifikasi hasil hitung perencanaan sistem kemudi rack and pinion hasil rancangan, maka dapat ditarik garis besar bahwa perencanaan tersebut sesuai dengan regulasi KMHE 2019
5.2 Saran
1. Diharapkan penelitian/perancangan ini dapat dijadikan referensi bagi mahasiswa teknik mesin unisma dalam pengembangan proyek KMHE Haizum Universitas Islam Malang agar dapat dikembangkan lagi.
2. Untuk penelitian selanjutnya tentang sistem kemudi diharapkan untuk menganalisa lagi sudut slip ban
3. Diharapkan pada penelitian selanjutnya untuk menganalisa perancangan pitman arm dan komponen sistem kemudi lainnya
DAFTAR PUSTAKA
Khurmi RS Gupta, JK., 2005, Text Book of Machine Design Eurasia, Publishing House, ltd Ram Nagar, New Delhi.
Sularso, Ir, MSME dan Suga Kiyokatsu, 1997. Dasar Perencanaan dan Pemilihan.
Pahlevi, M.R.Khan, Wasiwitono, Perancangan mekanisme uji karasteristik sistem kemudi, Surabaya.
Timoshenko,Stephen P, dan James M.Gere,”Mekanika Bahan Jilid 1“, Penerbit PT. Erlangga, Jakarta,1972.
Gillispie. Thomas D, “ Fundamentals of Vehicle Dynamics”, Penerbit Society of Automotive Engineers Inc, Warranddale, 1994.
Sutantra, I nyoman Sutantra, “Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya” Penerbit Guna Widya, Bandung, 2001.
Heriana Erik,Ruslan Wegie, dan Ismail Asrul, “ Modifikasi Kemudi Manual Menjadi Tipe Rack and Pinion Pada Angkutan Pedesaan” Jakarta, 2017.
Toyota Astra Motor, 1994, Training Manual Wheel Steering System Step 2, Jakarta, PT.Toyota Astra Motor.
Kurniawan Hendra,Fuazen,Suwarno Eko, dan Julianto Eko, “Perencanaan Sistem Kemudi “Rack And Pinion”, Mobil Hemat Energi Shell Eco Marathon Asia 2018 Emisia Borneo 01” Jurnal Ilmiah. Pontianak, 2018.
