Contoh Perhitungan Kekuatan Rangka Sepeda

(1)

Se

Sesusuai ai dedengngan an tutujujuan an pepenenelilititian an ununtutuk k memengngetetahahuiui pengaruh besar sudut STA terhadap energi kayuh dan nilai resiko pengaruh besar sudut STA terhadap energi kayuh dan nilai resiko

ce

cededera ra tutububuh h pepengngenendadarara, , didikekembambangkngkan an rarangngka ka yayang ng dadapapatt dirubah

dirubah STA-STA-nyanya ((Seat Tube Angel Seat Tube Angel ) dengan sudut antara) dengan sudut antara 686800 s/ds/d 84

8400_._{. U}_Un_nttu_uk_{k b}_biissa_{a m}_meerru_ub_baah_{h ssu}_ud_du_utt _STA_STA _ter_terseb_sebut,_{ut, dip}_diperl_erluka_ukan_n

mek

mekanianisme sme (kom(komponponen) en) khuskhusus. us. BerBerikuikut t ini ini adaadalah lah ranrancancangangan rangka sepeda beserta komponen rangkanya seperti terlihat pada rangka sepeda beserta komponen rangkanya seperti terlihat pada gambar di bawah:

gambar di bawah:

Keterangan : Keterangan : 1.

1. Head tube Head tube 2.

2. Pivot House1Pivot House1 3.

3. Top TubeTop Tube 4.

4. Pivot House 2 Pivot House 2 5.

5. Seat TubeSeat Tube 6.

6. Seat StaySeat Stay 7.

7. Chain StayChain Stay 8.

8. Bottom Bracket Bottom Bracket 9.

9. Down Tube Down Tube Gambar Rancangan Sepeda Dengan Rangka

Gambar Rancangan Sepeda Dengan Rangka Fleksibel.Fleksibel. Pa

Pada da pepenenelitlitiaian n inini i akakan an didiranrancacang ng dadan n didibuabuat t ranrangkgkaa fleksibel, yaitu bagian 1 s/d nomer bagian 9.

fleksibel, yaitu bagian 1 s/d nomer bagian 9. Analisa Kekuatan Rangka

Analisa Kekuatan Rangka

Analisa perhitungan kekuatan rangka sepeda digunakan Analisa perhitungan kekuatan rangka sepeda digunakan supaya desain aman ketika beban terjadi, berdasarkan material supaya desain aman ketika beban terjadi, berdasarkan material yang digunakan yaitu aluminium alloy Al 6061. Analisa kekuatan yang digunakan yaitu aluminium alloy Al 6061. Analisa kekuatan ma

mateteririal al kokompmpononen en didikeketatahuhui i dadarri i beberarat t pepengngenendadara ra yyanangg terdistribusi pada rangka sepeda, sehingga ketika besar sudut

terdistribusi pada rangka sepeda, sehingga ketika besar sudut STASTA dirubah dari 68

dirubah dari 6800 sampai 84sampai 8400 rangka tetap aman. Berikut ini urutanrangka tetap aman. Berikut ini urutan mencari besar gaya-gaya pada batang rangka.

mencari besar gaya-gaya pada batang rangka.

21

(2)

1)

Mencari titik berat rangka dan pengendara sepeda denganMencari titik berat rangka dan pengendara sepeda dengan bantuan

bantuan software CATIA V5R14 software CATIA V5R14 yaitu memasukkan datayaitu memasukkan data ma

mateteririal al yayang ng aakakan n didigugunanakakan, n, mimisasalnlnya ya alalumumininiuiumm campuran (aluminium alloy). Berikut ini gambar posisi campuran (aluminium alloy). Berikut ini gambar posisi titik berat sepeda lengkap dengan pengendaranya :

titik berat sepeda lengkap dengan pengendaranya :

Gambar

Gambar Posisi Titik Posisi Titik Berat Berat Rangka SepRangka Sepedaeda

2)

Menggambar diagram benda bebas rangka sepeda denganMenggambar diagram benda bebas rangka sepeda dengan dis

distribtribusi usi gaygaya-gaa-gaya ya padpadaa se seat at tutubebe dandan hehead ad tutubebe.. Contoh perhitungannya adalah:

Contoh perhitungannya adalah: 1

1.. DDiimmeennssi i rraannggkka a ddaappaat t ddiilliihhaat t ppaadda a ggaammbbaar r 44..22 2

2.. MMaatteerriiaal l kkoommppoonneen n : : AAlluummiinniiuum m aallllooy y ((AAl l 66006611))..

3.

DDeennssiittyy : : 2277110 0 KKgg//mm33

4.

Massa total komponen sepeda : 9.5 Kg.Massa total komponen sepeda : 9.5 Kg.

5.

Massa rata-rata pengendara yang digunakan : 90 Kg.Massa rata-rata pengendara yang digunakan : 90 Kg.

Dari data diatas didapatkan berat total (W) adalah: Dari data diatas didapatkan berat total (W) adalah: W = (Massa semua komponen sepeda + massa W = (Massa semua komponen sepeda + massa

pengendara) x gravitasi. pengendara) x gravitasi. W = (99,5) Kg x (9,81) m/s

(3)

Gambar

Gambar Rangka Rangka Sepeda. Sepeda. A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M adalahadalah titik simpul

titik simpul Mencari reaksi tumpuan pada titik A dan B Mencari reaksi tumpuan pada titik A dan B ∑ F ∑ Fyy = 0 (↑+)= 0 (↑+) R R AA + R + R BB – W = 0 – W = 0 R R AA + R + R BB –976,095 N = 0 –976,095 N = 0 R R AA + R + R BB= 976,095 = 976,095 N...N...(1)...(1) ∑M ∑MAA = 0= 0 (W x 461) – (R (W x 461) – (R BB x 999) = 0x 999) = 0 (976,095 x 461) – (R (976,095 x 461) – (R BB x 999) = 0x 999) = 0 449979,795– 999 R 449979,795– 999 R BB= 0= 0 R R BB = 449979,795 / 999= 449979,795 / 999 R R BB = = 450,4302 450,4302 N...N...(2)...(2)

Subtitusi ke persamaan...(1) dan (2) Subtitusi ke persamaan...(1) dan (2)

R R AA + R + R BB= 976,095 N= 976,095 N R R AA + (450,4302 )N+ (450,4302 )N = 976,095 N= 976,095 N R R AA = 976,095 N-450,4302 N= 976,095 N-450,4302 N R R AA = = 525,6648 525,6648 N...N...(3)...(3)

(4)

3)

3) MencMencari bari besaesar gayr gaya yaa yang bng bekeekerja prja pada ada tiatiap bap batantang rang rangkagka se

sepepeda da dedengngan an memetodtode e grgrafafik ik yayaitu itu mememakmakai ai babantntuauann software catia (skala 1:1). Masing-masing analisa grafik software catia (skala 1:1). Masing-masing analisa grafik pada batang rangka bisa dilihat sebagai berikut:

pada batang rangka bisa dilihat sebagai berikut: Pada titik simpul A,D

Pada titik simpul A,D



 Pada titik simpul D,E,FPada titik simpul D,E,F

Gaya aksi pada batang AD sama dengan gaya reaksi pada Gaya aksi pada batang AD sama dengan gaya reaksi pada batang DE.

batang DE.



(5)



 Pada titik simpul K,BPada titik simpul K,B



 Pada titik simpul J,K,L,BPada titik simpul J,K,L,B



(6)



 Pada titik simpul F,MPada titik simpul F,M

4)

PePembmbuauatatan n tatabebel l ununtutuk k bebesasar r gagayya a papada da titiap ap babatatangng komponen. Setiap perubahan sudut

komponen. Setiap perubahan sudut STASTA gaya yang terjadigaya yang terjadi akan berbeda-beda, karena setiap masing-masing batang akan berbeda-beda, karena setiap masing-masing batang komponen rangka sepeda berubah posisi. Untuk itu akan komponen rangka sepeda berubah posisi. Untuk itu akan ditabelkan besar gaya pada tiap batang komponen rangka. ditabelkan besar gaya pada tiap batang komponen rangka. Berikut ini contoh tabel 4.1 besar gaya pada tiap batang Berikut ini contoh tabel 4.1 besar gaya pada tiap batang komponen rangka pada saat besar STA 68

komponen rangka pada saat besar STA 6800 ..

Tabel 4.1 besar gaya pada tiap batang komponen rangka pada Tabel 4.1 besar gaya pada tiap batang komponen rangka pada

STA 68 STA 6800 N NOO BBAATTAANNGG BESAR BESAR GAYA GAYA (N) (N) KETERANGAN KETERANGAN 1 1 AACC 330000 Chain stay

Chain stay terhubterhubung oleh ung oleh rumahrumah rroodda a kkiirri i ddaan n kkaannaan n sseebbaaggaaii tempat tumpuan roda.

tempat tumpuan roda. 2

2 DDEE 779911,,9955

Mekanisme

Mekanisme sseeaat t ssttaayy yangyang me

menngghhuububunnggkkaan n rurumamah h rrooddaa dengan rumah

dengan rumah seat tube. seat tube. 3

3 EEFF 771177,,6622

B

Baattaanng g rruummaahh sseeaat t ttuubbee menopang posisi

menopang posisi seat tube seat tube pada pada sudut yang digunakan.

sudut yang digunakan. 4

4 IIJJ 440055,,2233 MMeekkaanniissmme e bbaattaanngg top tubetop tube yangyang menghubungkan rumah seat tube menghubungkan rumah seat tube

(7)

d

deennggaan n rruummaah h rraannggkka a uuttaammaa depan.

depan.

5

5 JJKK 442288,,4499

Batang rumah utama depan yang Batang rumah utama depan yang me

mengnghhuubbununggkkaan n mmeekkaanniissmeme b

batatanang g totop p tubtube e dedengngan an rarangkngkaa utama depan.

utama depan. 6

6 KKCC 448800,,3388

Batang

Batang ddoowwn n ttuubbee yangyang me

menghnghububungungkakan n rarangkngka a ututamamaa depan dengan rumah pedal.

depan dengan rumah pedal. 7

7 CCMM 440022,,4411

Bat

Batang ang rumrumahah se seat at tubtubee tengahtengah ya

yang ng menmenghghubuubungngkakan n seseat at tubtubee dengan rumah pedal.

dengan rumah pedal. 8

8 FFMM 337755,,4433 BatangBatang seat tube seat tube untuk untuk penopapenopangng batang sadel berat pengendara. batang sadel berat pengendara.



 AAnnaalilissa a kkoompmpoonneen n rraannggkka a sseeppeedda a dedenngagan n babahahann aluminium Al-6061

aluminium Al-6061

Gaya terbesar terdapat pada komponen seat stay yaitu Gaya terbesar terdapat pada komponen seat stay yaitu batang DE dengan besar gaya 791,95 N. Untuk material Al-6061 batang DE dengan besar gaya 791,95 N. Untuk material Al-6061

atau

atau wrought Aluminium Alloywrought Aluminium Alloy pada tabel pada tabel machinery’s handbook-machinery’s handbook-ty

typipicacal l memechchananicaical l prpropoperertitieses memempmpununyayai i tetegagangngan an yyieieldld material sebesar 40 ksi atau 275 x 10

material sebesar 40 ksi atau 275 x 1066 N/mN/m22. Untuk memastikan. Untuk memastikan komponen tersebut aman maka tegangan yang terjadi harus lebih komponen tersebut aman maka tegangan yang terjadi harus lebih kecil dari tegangan desain setelah dibagi dengan faktor keamanan. kecil dari tegangan desain setelah dibagi dengan faktor keamanan. Tegangan yang terjadi = (Gaya maksimum / Luas permukaan Tegangan yang terjadi = (Gaya maksimum / Luas permukaan

terkecil komponen) terkecil komponen) Gaya maksimum = 791,95 N

Gaya maksimum = 791,95 N

Luas permukan terkecil komponen : Luas permukan terkecil komponen :

= ( = ( )) 4 4 (( )) 4 4 ((π π _×_×d d ₁₁22 ₋₋ π π _×_×d d ₂₂22 ₎₎ = ( = ( 1188,,44 )) 4 4 1 144 ,, 3 3 (( )) 3 3 ,, 2 222 4 4 1 144 ,, 3 3 (( ×× 22 −− ×× 22 )) = 124,60 mm = 124,60 mm22 = = 124,60 124,60 x x 1010-5-5 _m_m22 Tegangan

(8)

= 6,356 x 10

= 6,356 x 1055 N/mN/m22

Tegangan desain = (Tegangan yield material / Faktor keamanan) Tegangan desain = (Tegangan yield material / Faktor keamanan)

= ( 275 x 10

= ( 275 x 1066 N/mN/m22 / 3 )/ 3 ) = 91,66 x 10

= 91,66 x 1066 N/mN/m22

Karena tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan Karena tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan desain teoritis, maka komponen seat stay aman.

desain teoritis, maka komponen seat stay aman.



 Simulasi beberapa komponen sepeda yang dirakit denganSimulasi beberapa komponen sepeda yang dirakit dengan software

software CATCATIA IA V5RV5R1414 ununtuk tuk ananalalisisa a tetegagangnganan vonvon mises

mises. . AnAnalalisisa a inini i memengnggugunanakakan n pepermormodedelalan n elelemeemenn hi

hingngga ga yayaititu u sisiststem em yayang ng didiananalalisisa a didibabagi gi memenjnjadadii el

elememenen-e-elelememen n kekecicil. l. PaPada da eleleememen-n-eelelememen n tetersrsebebutut memiliki

memiliki nodenode beberupa rupa tittitik-tik-titiitik k yanyang g berberhinghingga ga besbesar- ar-nya, semakin besar

nya, semakin besar nodenode yang dimasukkan hasil simulasiyang dimasukkan hasil simulasi lebih akurat tetapi memerlukan waktu penghitungan yang lebih akurat tetapi memerlukan waktu penghitungan yang lam

lama. a. BerBerikut ikut ini ini adaadalah lah simsimulaulasi si bebbeberaerapa pa komkomponponenen yaitu: komponen penghubung,

yaitu: komponen penghubung, top tubetop tube, dan, dan seat stay seat stay..

•

• Komponen PenghubungKomponen Penghubung

Data yang didapat dari simulasi

Data yang didapat dari simulasi vovon n mimisesses untuk untuk ko

kompomponenen n pepenghnghububung ung inini, i, dididadapapat t dedengngan an cacarara m

meemmaassuukkkkaan n ppaarrt t ppaadda a mmeennuu analysisanalysis dandan simulation

simulation. Dengan memilih. Dengan memilih generative structural generative structural analysis

analysis dipilih material yang digunakan dalam haldipilih material yang digunakan dalam hal iinni i aaddaallaah h aalluummiininiuum. m. KKeemumuddiaian n ddiillaakkukukaann pembebanan (

pembebanan (load load ) dengan menu) dengan menu distributed forcedistributed force p

paadda a ssiissi i kkoommppoonneen n yyaanng g ddiiaannaalliissaa. . UUnnttuuk k mengek

mengeksekusi sekusi analanalisa isa menggunmenggunakan akan menumenu computecompute seh

sehinggingga a hashasil il tegtegangangan an ((von mivon mises ses strstressess) ) dadapapatt dilihat. Berikut ini adalah hasil simulasi-nya:

(9)

Gambar

Gambar Simulasi Simulasi Pembebanan Pembebanan dan Hasidan Hasil Visualisasil Visualisasi VonVon Mises Stress

Mises Stress Pada Komponen Penghubung.Pada Komponen Penghubung.

Dari gambar static case solution von mises stress (nodal Dari gambar static case solution von mises stress (nodal va

valulue) e) dididadapapat t tetegagangangan n mamaksksimuimum m papada da wawarna rna memerarah h yayaitituu 2,4176 x 10

2,4176 x 1055 _N/m_N/m22_{. Komponen sambungan tersebut terdapat pin}_{. Komponen sambungan tersebut terdapat pin}

dengan material AISI 1045 dari tabel

dengan material AISI 1045 dari tabel mechanical properties of mechanical properties of plan carbon and alloy steel

plan carbon and alloy steel memiliki yield strength 3,79 x 10memiliki yield strength 3,79 x 1088 N/m

N/m22_{. Karena tegangan maksimum pada komponen penghubung}_{. Karena tegangan maksimum pada komponen penghubung}

ma

masisih h dibdibawawah ah yiyieleld d ststrerengngth th mamateteririal al pipin n mamaka ka sasambumbungnganan aman.

(10)

•

• KomponenKomponen Top TubeTop Tube

Pr

Proseoses s sasama ma dedengngan an ananalalisa isa sesebebelumlum-ny-nya a ununtuk tuk me

mendndapapatatkakan n hahasisil l sisimumulalasi si vovon n mimiseses s sesebabagagaii berikut:

berikut:

Gambar Simulasi Pembebanan dan Hasil Visualisasi

Gambar Simulasi Pembebanan dan Hasil Visualisasi VonVon Mises Stress

Mises Stress Pada KomponenPada Komponen Top TubeTop Tube..

2,6637 x 1055 _N/m_N/m22_{. Komponen top tube tersebut menggunakan}_{. Komponen top tube tersebut menggunakan}

ma

mateteririal al AlAl-60-6061 61 atatauau wrowrougught ht AluAluminminium ium AlAlloyloy p padada a tatabebell machinery’s handbook-typica

machinery’s handbook-typical l mechanicamechanical l propertiesproperties mempunyaimempunyai tegangan yield material sebesar 40 ksi atau 275 x 10

tegangan yield material sebesar 40 ksi atau 275 x 1066 _N/m_N/m22_..

Ka

Karerena na tetegagangngan an mamaksiksimum mum papada da kokompomponenen n top top tutube be mamasihsih dibawah yield strength material Al-6061 maka aman.

(11)

•

• KomponenKomponen Seat StaySeat Stay

Pr

Prososes es sasama ma dedengngan an ananalalisisa a sesebebelulum-m-nynya a ununtutuk k me

mendndaappatatkakan n hahasisil l ssimimuulalasi si vovon n mimiseses s ssebebagagaaii berikut:

berikut:

Gambar Simulasi Pembebanan dan Hasil Visualisasi

Gambar Simulasi Pembebanan dan Hasil Visualisasi VonVon Mises Stress

Mises Stress Pada KomponenPada Komponen Seat Stay Seat Stay..

6,3867 x 1055 _N/m_N/m22_{. Komponen seat stay tersebut menggunakan}_{. Komponen seat stay tersebut menggunakan}

material Al-6061 yang memiliki yield strength 275 x 10

material Al-6061 yang memiliki yield strength 275 x 1066 _N/m_N/m22_..

Ka

Karenrena a tetegagangngan an mamaksiksimum mum papada da kokompomponenen n top top tutube be mamasihsih di

dibabawawah h yiyield eld ststrenrengtgth h mamateteririal al AlAl-60-6061 61 mamaka ka peperenrencacananaanan memenuhi syarat aman.