PERANCANGAN DESAIN RANGKA DAN ANALISIS PEMBEBANAN STATIK SEPEDA LISTRIK RODA 3

(1)

PERANCANGAN DESAIN RANGKA DAN ANALISIS PEMBEBANAN STATIK SEPEDA LISTRIK RODA 3

Agung Dwi Sapto⁽¹⁾, Irvan Septyan Mulyana ⁽²⁾

1,2 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma, Depok

Rangka (frame) menjadi bagian yang paling penting dari sepeda karena semua komponen sepeda yang lain dipasang pada rangka. Rangka haruslah menjadi fokus utama dalam pertimbangan untuk merancang sebuah sepeda, karena rangka sepeda harus mampu menopang berat pengendara, mentranslasikan usaha pedal menjadi gerakan maju, mengarahkan roda sesuai arah yang dituju dan mengabsorbsi getaran jalan. Maka pada penilitian ini dipilih rangka sepeda listrik roda 3. Dengan merancang rangka sepeda listrik roda 3, dapat diketahui kekuatan rangka pada seat tube dengan menggunakan material titanium dengan perhitungan von mises stress, strain, dan factor of safety pada asumsi pembebanan statik sebesar 130 kg. Setelah dilakukan perancangan pada rangka sepeda listrik roda 3 ukuran 510 mm pada seat tube center, 545 mm pada stack dan 545 mm pada effective top tube dengan asumsi pengguna sepeda memiliki tinggi badan 160-170 cm. Hasil perhitungan yang dilakukan pada seat tube rangka sepeda listrik roda 3 terhadap beban sebesar 130 kg, didapatkan nilai teori von mises stress sebesar 118,3969413 MPa, nilai teori strain sebesar 1,127 x 10 -3, nilai teori factor of safety sebesar 4,22.

Kata Kunci : Analisis Pembebanan, Rangka, Seat Tube ABSTRACT

The frame is the most important part of a bicycle because all other bicycle components are attached to the frame. The frame must be the main focus in the consideration of designing a bicycle, because the bicycle frame must be able to support the rider's weight, translate pedal effort into forward movement, direct the wheels in the intended direction and absorb road vibrations. So in this study a 3-wheeled electric bicycle frame was selected.By designing a 3- wheeled electric bicycle frame, it can be seen the strength of the frame on the seat tube using titanium material with the calculation of von mises stress, strain, and the factor of safety on the assumption of a static loading of 130 kg. After designing the 3-wheeled electric bicycle frame, measuring 510 mm at the seat tube center, 545 mm on the stack and 545 mm on the effective top tube, assuming the bicycle user has a height of 160-170 cm. The results of calculations carried out on a seat tube for a 3-wheeled electric bicycle frame with a load of 130 kg, obtained the theory value of von mises stress of 118.3969413 MPa, the theoretical value of strain is 1.127 x 10 -3, the theoretical value of the factor of safety is 4.22.

Keyword : Load Analysis, Frame, Seat Tube

(2)

PENDAHULUAN

Teknologi transportasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, baik transportasi darat, laut, maupun udara.

Banyak orang yang memilih transportasi darat, dikarenakan biaya yang relatif lebih murah. Jenis alat transportasi yang ada seperti : sepeda, motor, mobil, kereta. Pada dasarnya semua itu mempunyai fungsi dan kegunaan yang sama dan sebagian besar membutuhkan bahan bakar minyak (BBM).

Kebutuhan sarana transportasi yang menggunakan bahan bakar minyak terus meningkat, hal ini akan mengakibatkan menipisnya persediaan bahan bakar minyak. Dampak lain seperti polusi udara dapat mengakibatkan terjadinya pemanasan global. Maka dibutuhkan alat bantu transportasi alternatif yang hemat bahan bakar minyak (BBM) dan ramah lingkungan. Dalam hal ini salah satu contoh kendaraan alternatif yaitu sepeda listrik yang menggunakan energi alternatif baterai yang menghasilkan energi listrik.

Sepeda listrik merupakan salah satu sarana transportasi alternatif yang memanfaatkan tenaga listrik sebagai sumber tenaganya. Energi listrik digunakan untuk diubah menjadi energi gerak. Untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak, dibutuhkan motor listrik atau biasa disebut dinamo listrik. Di Indonesia sudah banyak terdapat sepeda listrik dengan daya motor listrik yang berbeda-beda dan variasi kecepatan sesuai dengan daya motor listrik tersebut. Sepeda listrik menggunakan arus DC (direct current) dengan menggunakan energi baterai dan menggunakan rangkaian sistem kontrol sebagai pengendali kecepatan pada sepeda tersebut. Selain beroda 2, adapun sepeda listrik beroda 3 yang sama halnya digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Salah satu yang perlu diperhatikan dalam perancangan sepeda listrik roda 3 adalah konstruksi rangka (frame). Rangka (frame) menjadi bagian yang paling penting dari sepeda karena semua komponen sepeda yang lain dipasang pada rangka (frame) (Barnett, 2003).

Rangka (frame) harus mampu menopang berat pengendara, mentranslasikan usaha pedal menjadi gerakan maju, mengarahkan roda sesuai arah yang dituju dan mengabsorbsi getaran jalan. Rangka (frame) haruslah menjadi fokus utama dalam pertimbangan untuk merancang sebuah sepeda listrik. Aspek utama dalam perancangan rangka (frame) adalah geometri. Geometri adalah istilah keseluruhan yang mengacu pada semua sudut dan dimensi yang membuat sepeda cocok dan berfungsi sebagaimana mestinya. Geometri yang sama juga menentukan penanganan atau perilaku dari sepeda. Seberapa stabil sepeda itu ketika bergerak di jalan, kemampuan untuk melewati tikungan dan kemampuan untuk membawa beban, semua ditentukan oleh hubungan tertentu antara setiap dimensi geometri rangka (frame) (Downs, 2005).

Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang sebuah desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dan menentukan jenis material yang kemudian diberikan pembebanan komponen menggunakan simulasi pada software Solidworks untuk mengetahui tegangan yang terjadi pada desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3 tersebut.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dapat dirumuskan permasalahan dalam penelitian ini yaitu rancang bangun rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang kuat, kokoh dalam menahan beban kerja.

(3)

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian dan perancangan ini adalah :

1. Merancang rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

2. Menganalisis kekuatan rangka pada seat tube dengan menggunakan material titanium.

3. Menghitung von mises stress, strain, dan factor of safety pada pembebanan statik sebesar 130 kg.

KAJIAN PUSTAKA Sepeda Listrik

Sepeda listrik adalah sepeda yang mempunyai motor listrik atau dinamo sebagai alat bantu geraknya. Perbedaan sepeda listrik dengan sepeda motor listrik adalah, sepeda listrik mempunyai pedal seperti sepeda pada umumnya, yang bisa juga digunakan untuk menggerakkan sepeda listrik tersebut, sedangkan sepeda motor listrik hanya mengandalkan motor listrik sebagai penggeraknya. Sepeda listrik menggunakan baterai isi ulang sebagai sumber tenaga motor listrik.

Sepeda listrik menggunakan baterai isi ulang dan sepeda yang lebih ringan dapat melaju dengan kecepatan 25 hingga 32 km/h (16 hingga 20 mph), bergantung pada undang-undang setempat, sedangkan varietas yang lebih bertenaga sering kali dapat melaju lebih dari 45 km/h (28 mph) (Goodman, 2010).

Rangka Sepeda

Rangka sepeda berguna sebagai penyangga utama menjadi tempa berpusatnya semua resultasi gaya dari komponen. Pada kondisi jalan yang rata gaya aksi reaksi didefinisikan sebagai beban minimum. Sedangkan pada kondisi jalan yang bergelombang atau sedang terjadi benturan kondisi beban

didefinisikan sebagai beban maksimum.

Kondisi pembabanan seperti ini berlangsung secra berulang, hingga material rangka sepeda mengalami kelelahan (fatique) kemudian terjadi kegagaln (failure). Kegagalan yang disebabkan kelelahan material sangat membahayakan, karena kelelahan mengakibatkan patah yang terjadi tanpa diawali deformasi pada material tersebut.

Beberapa hal yang menyebabkan kelelahan terjadi lebih cepat, yaitu beban maksimum yang lebih tinggi, variasi atau fluktuasi tegangan yang cukup besar. Selain itu variabel lain yang menyebabkan terlalu cepat terjadi kelelahan seperti konsentrasi tegangan, korosi, suhu, tegangan sisa dan geometri dari rangka itu sendiri. Namun pada kondisi sebenarnya bentuk geometri dari rangka sepeda sangatlah penting, karena geometri sepeda menentukan kenyamanan dari sepeda itu sendiri.

Sehingga untuk melakukan optimasi fatigue dari rangka sepeda tidak bisa dilakukan dengan mengubah geometri.

Optimasi hanyak dapat dilakukan dengan optimasi pada daerrah tengangan kritis pada rangka sepeda.

Geometri Sepeda

Geometri adalah cabang ilmu matematika yang mempelajari tentang hubungan antara titik-titik, garis-garis, bidang-bidang serta bangun datar dan bangun ruang solid. Jadi geometri rangka sepeda adalah suatu titik-titik, garis-garis dalam bangun ruang bidang solid yang menentukan ukuran pada rangka sepeda yang berfungsi sebagai gambar rangka dalam sebuah perancangan untuk menentukan ukuran gaya penggunaan jenis rangka sepeda, dan mengetahui ukuran yang akan digunakan oleh si pengendara

(4)

sepeda. Ukuran sepeda yang tepat akan menentukan kenyamanan pengendara.

Setiap jenis sepeda memiliki geometri sepeda yang berbeda dari ukuran, dan proporsi tinggi tubuh pengandara yang berbeda-beda juga. Geometri pada rangka sepeda diantaranya yaitu :

1. Head tube angle (sudut epala tabung) 2. Fork Rake and Trail

3. Chainstay Length 4. Wheelbase

5. Bottom Bracket Drop 6. Seat Tube Angle

7. Effective Top Tube Length 8. Seat Tube Length

Teori Kegagalan Statis dan Tegangan Von Mises

Kegagalan pada suatu elemen mesin dapat terjadi dalam berbagai wujud seperti misalnya yielding, retak, patah, korosi, aus, dan lain-lain. Penyebab kegagalan juga bermacam-macam seperti misalnya salah desain, beban operasional, kesalahan maintenance, cacat material, temperatur, lingkungan, waktu, dan lain- lain. Dalam beberapa kasus kegagalan juga dapat diakibatkan oleh beban mekanis yaitu yang berhubungan dengan jenis tegangan yang terjadi pada komponen mesin. Dengan pengetahuan yang lengkap tentang kegagalan, maka para insinyur dapat mempertimbangkan berbagai aspek penyebab kegagalan dalam perancangan sehingga diharapkan kegagalan tidak akan terjadi selama umur teknisnya.

Teori kegagalan statik dalam perkembangannya dibedakan menjadi dua kategori, yaitu teori kegagalan untuk material ulet (ductile) dan teori kegagakan statik untuk material getas (brittle).

Mengingat jenis material dalam penelitian ini adalah material ulet, maka akan dibahas jenis teori kegagalan untuk material ulet.

Pada material ulet akan terjadi patah jika tegangan akibat beban statik di atas kekuatan tarik ultimatnya, sementara kegagalan pada komponen mesin terjadi bila tegangan akibat beban statis di atas kekuatan luluhnya.

Teori Energi Distorsi (Von Mises- Henky)

Teori kegagalan ini diperkenalkan oleh Huber (1904) dan kemudian disempurnakan melalui kontribusi von Mises dan Henky. Teori ini menyatakan bahwa kegagalan diprediksi terjadi pada keadaan tegangan multiaksial bilamana energi distorsi per unit volume sama atau lebih besar dari energi distorsi per unit volume pada saat terjadinya kegagalan dalam pengujian tegangan uniaksial sederhana terhadap spesimen dari material yang sama.

Faktor Keamanan

Faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi kemanan dari suatu bagian mesin, (Shigley dan Mitchell, 1984 : 11). Untuk menghindari terjadinya keruntuhan struktur (structure-failure) maka kekuatan sebenarnya dari suatu bahan haruslah melebihi kekuatan yang dibutuhkan.

Perbandingan dari kekuatan sebenarnya terhadap kekuatan yang dibutuhkan disebut faktor keamanan (safety factor) η yang dirumuskan :

Faktor keamanan harus lebih besar dari 1,0 untuk menghindari terjadinya kegagalan atau keruntuhan struktur. Nilai kisaran faktor keamanan berkisar antara 1,0 hingga 10.

(5)

Menurut Mott (2009 : 164) untuk menentukan faktor keamanan suatu struktur yang akan dirancang dapat menggunakan aturan berikut :

1) Bahan-bahan ulet

a) 𝜂 = 1,25 hingga 2,0 untuk perancangan struktur yang menerima beban statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data perancangan.

b) 𝜂 = 2,0 hingga 2,5 untuk perancangan elemen-elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan tingkat kepercayaan rata-rata untuk semua data perancangan.

c) 𝜂 = 2,5 hingga 4,0 untuk perancangan struktur statis atau elemen-elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian mengenai beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan, atau lingkungan.

d) 𝜂 = 4,0 atau lebih untuk perancangan struktur statis atau elemen-elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian mengenai beberapa kombinasi bahan, sifat- sifat bahan, analisis tegangan, atau lingkungan.

2) Bahan-bahan getas

a) 𝜂 = 3,0 hingga 4,0 untuk perancangan struktur yang menerima beban statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data perancangan.

b) 𝜂 = 4,0 hingga 8,0 untuk perancangan struktur statis atau elemen-elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis

dengan ketidakpastian mengenai beban sifat-sifat bahan, analisis tegangan, atau lingkungan.

Tegangan Statis dan Dinamis

Tegangan statis yaitu suatu komponen menerima beban yang diterima secara lambat, tanpa kejutan dan ditahan pada nilai yang konstan, maka tegangan yang dihasilkan pada komponen tersebut disebut tegangan statis (static stress).

Contohnya adalah beban pada sebuah struktur karena bobot mati pada sebuah bangunan, (Mott, 2009 : 148). Tegangan dinamis adalah tegangan akibat gaya-gaya yang berubah besarnya, arahnya ataupun kedua-duannya, misalnya tegangan pada roda gigi, tegangan pada poros engkol dan sebagainya. Dikarenakan berubah-ubah maka tegangan dinamis yang diijinkan lebih kecil dari pada tegangan statis yang diijinkan.

Software Solidworks 2018

Software Solidworks merupakan sebuah program CAD (Computer Aided Design) dengan kemampuan pemodelan tiga dimensi solid untuk proses pembuatan objek prototipe 3D secara visual, simulasi dan drafting beserta dokumentasi data- datanya. Solidwork dapat berfungsi untuk melakukan analisa kekuatan dan dapat membantu kita untuk mengurangi kesalahan dalam membuat desain, (Prabowo, 2009).

(6)

METODOLOGI DESAIN DAN PERANCANGAN

Diagram Alir (Flowchart) Penelitian Adapun gambaran diagram alir (Flowchart) yang ingin dibahas mengenai perancangan rangka (frame) sepeda listrik roda 3, sebagai berikut :

Gambar 1. Diagram Alir (Flowchart) Penelitian

Alur penelitian perancangan rangka sepeda listrik roda 3 menggunakan software Solidworks 2018 ini dari mulai hingga selesai adalah sebagai berikut :

1. Persiapan alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi :

a) Laptop ASUS ROG GL503VD core i7 yang telah dilengkapi aplikasi SolidWorks 2018 sebagai media analisis dan menghitung data.

b) Desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

2. Melakukan permodelan atau desain rangka (frame) sepeda roda 3.

3. Melakukan penginputan material properties, fixture pada rangka dan menentukan bagian yang diberi beban.

4. Langkah selanjutanya yaitu running program untuk memulai proses meshing dan dilanjutkan proses analisa.

5. Hasilnya diketahui distribusi tegangan utama pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 didapatkan von mises stress, strain dan safety factor.

6. Selanjutnya diketahui kontruksi aman atau tidak, jika tidak maka kembali ke langkah dua yaitu melakukan permodelan ulang dan jika aman maka dilanjutkan.

7. Setelah didapatkan data hasil analisis von mises stress, strain dan safety factor pada desain rangka (frame) sepeda roda 3, kemudian dilakukan pengambilan kesimpulan dari hasil simulasi tersebut.

Spesifikasi Geometris

Data spesifikasi geometri rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dalam penelitian ini menggunakan ukuran 510 mm pada seat tube center, 545 mm pada stack dan 545 mm pada effective top tube dengan asumsi pengguna sepeda memiliki tinggi badan 160-170 cm.

Gambar 2. Spesifikasi Geometri Rangka (Frame) Sepeda Listrik Roda 3

(7)

Desain dan Perancangan

Pada penelitian ini, pengujian analisis beban statis pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dengan permodelan yang telah dibuat menjadi tiga dimensi, kemudian siap untuk dianalisis. Proses analisis dijalankan dengan bantuan software Solidworks 2018. Setelah output diketahui, kemudian dapat diketahui bagaimana dan seberapa besar tegangan yang terjadi pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

Prosedur Penelitian 1. Permodelan

Pada tahap permodelan 3D yaitu, medesain rangka (frame) sepeda roda 3 secara utuh.

Gambar 3. Desain Keseluruhan Rangka (Frame) Sepeda Listrik Roda 3

Dari desain diatas, didapatkan total massa sebesar 1,27 kg dengan total volume rangka keseluruhan sebesar 0,127 m3.

2. Pemasukan Data Variabel

Pemasukan data material di Solidworks dapat diakses melalui menu Configurate Material. Material yang dipilih adalah Titanium Alloys dengan jenis Commercially Pure Ti UNS R50700 Grade 4 (SS), Material ini memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dengan kemampuan bentuk dan kemampuan las yang baik.

Berikut tabel properties CP-Ti UNS R50700 Grade 4 (SS):

Tabel 1. Physical Properties CP-Ti UNS R50700 Grade 4 (SS)

(Sumber : Solidworks 2018)

3. Asumsi Pembebanan

Asumsi digunakan untuk memudahkan dalam melakukan analisis. Adapun asumsi yang diperlukan dalam penelitian ini yaitu beban maksimum yang diterima rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

Asumsi yang digunakan untuk pembebanan simulasi statik yaitu sebesar 130 kg sebagai beban pengendara pada seat tube.

4. Pengujian

Pengujian rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dilakukan dengan software Solidworks 2018 dengan simulasi statik.

5. Interprestasi Hasil

Hasil (output) analisis berupa data distribusi tegangan von mises, regangan (strain) yang ditampilkan dalam kontur warna pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 serta angka-angka dan grafik yang menunjukkan besarnya tegangan dan factor of safety yang terjadi.

(8)

Variabel Penelitian Data

Variabel yang digunakan dalam analisis tegangan von mises rangka (frame) sepeda listrik roda 3 menggunakan metode elemen hingga dengan simulasi program Solidworks adalah penggunaan material.

Teknik Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang dilakukan dalam penelitian ini adalah metode tes pegujian dan simulasi mengunakan software Solidworks 2018.

Pengambilan data didasarkan pada hasil analisis von mises stress, strain dan safety factor. Parameter yang dimasukan dalam program Solidworks ini adalah berupa desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3, data material properties, dan asumsi pembebanan yang terjadi pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

Teknik Analisis Data

Teknik analisis data yang digunakan pada penelitian ini menggunakan teknik analisis deskriptif.

Angka-angka yang ditampilkan dari hasil pengujian simulasi desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3 kemudian dipaparkan dan dideskripsikan. Data-data yang dianalisis adalah angka dan tabel yang diperoleh dari hasil pengujian von mises stress, strain dan angka safety factor menggunakan software Solidworks 2018.

PEMBAHASAN

Penentuan Tumpuan Mati dan Gaya Pembebanan

Sebelum melakukan simulasi pembebanan statik, penentuan titik tumpuan dan gaya pembebanan pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dapat 5dilihat pada gambar 4 dan gambar 4, berikut :

Gambar 4. Letak Fixture Pada Rangka (Frame) Sepeda Listrik Roda 3

Letak fixture pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 ini terdapat pada 4 bagian utama yang ditandai oleh kumpulan panah berwarna hijau yaitu head tube bawah, bottom bracket, dan kedua poros roda belakang. Dikarenakan 4 bagian ini adalah titik tumpuan rangka (frame) sepeda listrik roda 3 ketika mendapatkan beban si pengendara.

Gambar 5. Titik Beban Pada Seat Tube Sebagai Beban Pengendara

Pada gambar 5, rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang ditandai oleh kumpulan panah berwarna ungu adalah seat tube. Dimana bagian tersebut mendapatkan asumsi pembebanan yang digunakan untuk pembebanan simulasi statik yaitu 130 kg sebagai beban pengendara.

(9)

Proses Meshing

Setelah penginputan batasan kondisi pada model rangka (frame) selesai, maka dilakukan meshing seperti gambar 6 berikut :

Gambar 6. Rangka (Frame) Sepeda Listrik Roda 3 Yang Sudah Dilakukan

Proses Meshing Analisis Secara Teori dan Materi

Setelah hasil simulasi software didapat maka untuk mengetahui apakah hasil software ada kesalahan dalam perhitungan, maka dilakukan perhitungan manual berdasarkan rumus-rumus perhitungan yang ada. Hasil perhitungan teori tidak harus tepat dengan hasil simulasi software, setidaknya hanya mendekati dengan hasil simulasi software.

Berdasarkan asumsi beban yang diberikan, total beban yang diterima seat tube pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 sebesar 130 kg, sehingga :

Massa (m) : 130 kg

Gaya gravitasi (g) : 9,81 m/s Maka gaya pembebanan dapat dihitung menggunakan persamaan :

Perhitungan Von Mises Stress secara Teori

Tegangan von mises stress yaitu permukaan benda yang terkena tegangan akibat pemberian beban. Pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3, terjadi tegangan yang diakibatkan oleh beban yang diterima oleh seat tube adalah 1275,82 N.

1) Langkah perhitungan awal adalah mencari luas penampang, sehingga:

Luas penampang

2) Setelah ditemukan nilai luas penampang pada rangka, maka perhitungan selanjutnya adalah mencari nilai tegangan tekan pada rangka tersebut. Untuk menghitung tegangan tekan maka dilakukan menggunakan rumus :

Tegangan Tekan

3) Untuk menghitung tegangan geser maka dilakukan menggunakan rumus : Tegangan Geser

(10)

4) Hasil dari tegangan tekan dan tegangan geser akan digunakan dalam persamaan von mises maksimum, adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut :

Tegangan maksimum

Dari hasil perhitungan von mises teori, didapatkan hasil tegangan von mises maksimum sebesar 118,3969413 MPa atau 118396941,3 Pa.

Von Mises Stress pada Software

Tegangan von mises stress yang terjadi pada rangka sepeda listrik roda 3 yang diberi beban 130 kg pada seat tube dapat dilihat pada gambar 7, berikut :

Gambar 7. Stress Pembebanan 130 Kg Pada Seat Tube Rangka Sepeda Roda 3

Pembebanan pada seat tube rangka (frame) sepeda sebesar 130 kg sebagai beban pengendara, mampu menghasilkan tegangan von mises minimum sebesar 1,253 N/m2 atau 1,253 x 10-6 Mpa dan tegangan von mises maksimum sebesar 119.6395.760 N/m2 atau 119,639576 Mpa.

Dari perhitungan von mises secara teori dengan simulasi menggunakan software maka persentase galat hasil perhitungan manual dengan hasil perhitungan software adalah sebagai berikut :

Persentasi Galat

Perhitungan Rengangan (Strain) Secara Teori

Regangan adalah bagian dari deformasi, yang dideskripsikan sebagai perubahan relatif dari partikel-partikel di dalam benda yang bukan merupakan benda kaku. Langkah pertama yang dilakukan untuk mendapatkan nilai regangan (strain) dengan persamaan sebagai berikut :

Dimana :

Ԑ = regangan (strain)

𝜎 = von mises stress maksimum E = modulus elastisitas

Rengangan (Strain) pada Software Regangan (strain) yang terjadi pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang diberi beban 130 kg pada seat tube dapat dilihat pada gambar 8., berikut :

Gambar 8. Regangan (Strain) Pembebanan 130 Kg Pada Seat Tube

Rangka Sepeda Roda 3

(11)

Dari perhitungan regangan (strain) secara teori dengan simulasi menggunakan software maka persentase galat hasil perhitungan manual dengan hasil analisa software adalah sebagai berikut :

Perhitungan Factor of Safety Secara Teori

Faktor Keamanan (factor of safety) adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi agar perencanaan elemen mesin terjamin keamanannya dengan dimensi yang minimum. Dari perhitungan faktor keamanan yang didapatkan adalah sebagai berikut :

Factor of Safety pada Software

Nilai factor of safety pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang diberi beban 130 kg pada seat tube dapat dilihat pada gambar 9, berikut :

Gambar 9. Factor Of Safety Pembebanan 130 Kg Pada Seat Tube Rangka Sepeda

Roda 3

Dari hasil simulasi statik dengan pembebanan sebesar 130 kg sebagai beban pengendara pada seat tube, didapatkan nilai factor of safety sebesar 4,18 pada

rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang menggunakan material CP-Ti UNS R50700 Grade 4 (SS). Dari perhitungan factor of safety secara teori dengan simulasi menggunakan software maka persentase galat hasil perhitungan manual dengan hasil analisa software adalah sebagai berikut :

Hasil Analisa

Dari hasil simulasi pembebanan statik dengan asumsi sebesar130 kg sebagai beban pengendara pada seat tube, didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 2. Hasil Simulasi Statik Pada Seat Tube Rangka Sepeda Listrik Roda 3

Hasil Analisa Factor of Safety Rangka Sepeda

Dari hasil simulasi pembebanan statik dengan asumsi pembebanan sebesar 130 kg sebagai beban pengendara pada bagian atas seat tube, maka didapatkan nilai factor of safety sebagai berikut :

Tabel 3. Factor Of Safety Rangka Sepeda Listrik Roda 3

(12)

KESIMPULAN

Berdasarkan perancangan rangka sepeda listrik roda 3, dapat memberikan kesimpulan guna menjawab tujuan penulisan, diantaranya :

1. Data spesifikasi geometri rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dalam penelitian ini menggunakan ukuran 510 mm pada seat tube center, 545 mm pada stack dan 545 mm pada effective top tube dengan asumsi pengguna sepeda memiliki tinggi badan 160-170 cm.

2. Perhitungan pada von mises stress, strain dan safety factor dilakukan hanyalah sebagai acuan pendukung dari perhitungan software, hal ini bertujuan untuk memastikan persentase kesalahan yang dilakukan pada kedua metode ini.

3. Hasil dari perhitungan yang dilakukan pada seat tube rangka sepeda listrik roda 3 terhadap beban sebesar 130 kg, didapatkan nilai teori von mises stress sebesar 118,3969413 MPa, nilai teori strain sebesar 1,127 x 10-3, nilai teori factor of safety sebesar 4,22.\

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, Geometri Sepeda

https://www.cyclingabout.com/und erstanding-bicycle-frame-

geometry/. Diakses 12 September 2020

Anonim, Geometri Sepeda

https://www.texascyclesport.com/F ridley-helium-sl-frameset/. Diakses 13 September 2020

Anonim, Grafik Energi Distorsi

https://www.docplayer.info/grafik- representasi-teori-energi-distorsi- dalam-tegangan-2-dimensi/.

Diakses 12 September 2020

Anonim, Sepeda Listrik Roda 3 https://www.riauexpose.com/wp- content/uploads/sepeda-listrik.jpg.

Diakses 13 September 2020

Anonim, Ukuran Rangka Sepeda https://hobigowes.com/panduan- memilih-ukuran-sepeda-yang- benar/. Diakses 13 September 2020 Barnett, J., 2003, Barnett's Manual:

Analysis and Procedures for Bicycle Mechanics, Velo Press.

Bhandari, V. B. 2010. Design of Machine Elements. Tata McGraw-Hill Education. New Delhi.

Downs, Todd, 2005, Illustrated to Bicyle Maintenance, Rodale Books.

Goodman, David, 2010, "An Electric Boost for Bicyclists". The New York Times.

Hafidz Ammar Haryono Putro dkk. 2015.

“Perancangan Rangka Gokar Listrik” Jurusan Teknik Mesin Universitas Sam Ratulangi.

Hendra Saputra dan Riza Ahmad Zulkarnain. 2015. “Simulasi Tegangan dan Perubahan Bentuk Pada Rangka Sepeda Air Hamors Menggunakan Software Solidwork 2013”. Jurnal Batam Polytechnics.

1-6.

Mott, Robert L, 2009. Elemen-Elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis (Buku 1). Translated by Rines. Yogyakarta: ANDI

Prabowo, S. Agung. 2009. Easy to Use : SolidWorks 2009. Yogyakarta:

Andi.

Rahadian Chandra Lukman. 2017.

“Perancangan Rangka Sepeda Pasca Stroke Dengan Konsep Delta (1 Roda Depan dan 2 Roda Belakang” Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri

(13)

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Shigley, Joseph E. dan Larry D. Mitchell.

1991. Perencanaan Teknik Mesin.

Jakarta: Erlangga.

Suraj Nurholi dan Djauhar Manfaat, 2013,

“Pemodelan 3D Kontruksi Kapal Menggunakan Perangkat Lunak Studi Kasus – Grand Block09 M.T.

Kamojang”. Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya.

(14)

Perpustakaan Universitas Gunadarma BARCODE

BUKTI UNGGAH DOKUMEN PENELITIAN PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS GUNADARMA

Nomor Pengunggahan