Tugas Akhir ANALISA PENGARUH TEBAL DAN GEOMETRI SPOKE BERBENTUK SQUARE BAN TANPA ANGIN TERHADAP KEKAKUAN RADIAL DAN LATERAL

(1)

» Oleh :

Rahmad Hidayat 2107100136

» Dosen Pembimbing :

Dr.Ir.Agus Sigit Pramono,DEA

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Tugas Akhir

“ANALISA PENGARUH TEBAL DAN GEOMETRI SPOKE BERBENTUK SQUARE BAN TANPA ANGIN TERHADAP

KEKAKUAN RADIAL DAN LATERAL”

(2)

Outlines

• Latar Belakang

• Rumusan Masalah dan Tujuan

• Manfaat

• Batasan Masalah

• Dasar Teori

• Metodologi

• Analisa dan Pembahasan

• Kesimpulan dan Saran

(3)

Latar Belakang

Material ban lebih ramah lingkungan

Mengurangi angka

kecelakaan akibat flat-tire

(4)

(5)

Rumusan Masalah

• Bagaimana pengaruh tebal spoke terhadap nilai kekakuannya?

• Bagaimana memilih desain ban tanpa angin yang dapat digunakan pada mobil tertentu, sesuai

karakteristik dari ban angin?

(6)

Tujuan

• Mengetahui pengaruh tebal dan geometri spoke ban tanpa angin terhadap nilai kekakuannya.

• Memilih tebal dan tipe spoke berbentuk square dari ban tanpa angin sesuai dengan karakteristik ban angin kendaraan tersebut.

(7)

Manfaat

1. Penelitian pada tugas akhir ini, dapat dijadikan referensi pembanding antara ban tanpa angin (airless tire) dengan ban biasa.

2. Sebagai media penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dalam dunia otomotif.

(8)

Batasan Masalah

1. Beban muatan 1600 kg

2. Material yang digunakan Polyurethane (sintetic rubber) 3. Spoke berbentuk square

4. Tidak terjadi slip pada ban dan

Camber Angle atau sudut kemiringan ban 0^o

(9)

Dasar Teori

Komponen Ban

(10)

KODE BAN

(11)

Gaya-gaya pada ban

(12)

DEFLEKSI

• Defleksi adalah Perubahan bentuk dari suatu benda dalam arah yang sesuai dengan arah pembebanan yang

diberikan.

Jenis Defleksi :

 Defleksi Vertikal

 Defleksi Lateral

(13)

DEFLEKSI VERTIKAL

Dimana :

P = Beban vertikal

P₀ = Tekanan pemompaan Δv = Defleksi vertikal

d = Diameter luar ban w = lebar ban

(14)

DEFLEKSI LATERAL

Cross section ban ideal

(15)

Dimana

S = Pembebanan arah lateral

∆

^H

= Defleksi arah lateral p

_o

= tekanan pemompaan w = lebar ban

H = tinggi ban

f = ratio antara lebar dan tinggi ban

(16)

METODOLOGI

Flowchart Penelitian

(17)

Flowchart Permodelan

Pemodelan dengan ukuran ban tanpa angin dan

lintasanya

Running program Pembebanan (pada arah Y ke bawah), Displacement, Fixed Support, Grafitasi (pada arah Y ke

bawah) Static structur Proses Meshing

Terdapat Defleksi dari ban tanpa angin dengan lintasan

Defleksi ban tanpa angin = ban biasa

Review hasil

Selesai

ya

tidak

Start

Proses dengan metode finite element Static

struktur (Geometri)

(18)

• Lebar ban : 195 mm

• Diameter pelek : 406,4mm(16 x 25,4)

• Tinggiban :107,25mm(

⁵⁵

100

x 195)

• Diameter ban : 620,9 mm

Spesifikasi Ban Toyota Altis

KODE BAN : P195/55R16

(19)

Gaya yang diterima tiap ban = ¹²⁰⁵

4 kg.10 m/𝑠

²

= 3012,5 N

(20)

• Defleksi Vertikal

dengan P = 3012,5 N 𝑃

₀

= 30 psi = 0,21

^𝑁

𝑚𝑚²

Maka, ∆

_𝑣

= 13,08 mm

Defleksi pada ban biasa

(21)

Dimana

f = 0,55

Vr (km/j) Jari-Jari minimum (m)

80 210

60 110

Jari-jari minimum menurut tipe jalan Sumber : Perencanaan Geometrik Jalan Antar Kota,1997

𝑆 = 𝑚. ^𝑣_𝑟² = 708,265 N

(22)

• Arah Vertikal atau Radial

– Defleksi vertikal : 17,8 mm

– Kekakuan vertikal : 224,7 N/mm

• Arah Lateral

– Defleksi lateral : 12,6 mm

– Kekakuan lateral : 74,63 N/mm (lateral force @940,43 N)

Defleksi dan Kekakuan @4000 N

(23)

GRAND DESIGN OF SQUARE AIRLESS TIRE

tread ring

spoke hooke velg

Material Ring dan Velg adalah High Strength Steel , sedangkan Hooke terbuat dari Alumunium Alloy

(24)

Tipe 1

Kemiringan spoke pada bagian yang tegak sebesar 85 derajat terhadap sumbu pusat ban tanpa angin dan

dimensi tiap square ± 43,23 mm

(25)

Tipe 2

(26)

Tipe 3

(27)

Material Ban Tanpa Angin

Material ban airless tires : Polyurethane

• Modulus Young’s : 155 MPa

• Compresive yield strength : 41,368 Mpa

• Poisson”s Ratio : 0,4269

• Tensile Ultimate Strength : 17,9 MPa

• Density : 889,98 kg/m³

(28)

Variasi

Defleksi Vertikal

(mm) Defleksi Lateral

(mm) Equivalent Stress (Mpa)

Tipe Tebal Spoke (mm) 1

2 21,69 4,90 4,69

4 17,59 2,91 2,65

6 14,50 2,66 2,63

2

2 21,24 4,62 4,44

4 15,88 2,92 4,40

6 10,20 2,62 2,48

3

2 20,32 4,33 4,62

4 15,56 2,86 2,33

6 10,11 2,09 4,11

DATA HASIL PENGUJIAN

(29)

Pengaruh Ketebalan dan Tipe Spoke

Terhadap Nilai Defleksi Vertikal Ban Tanpa Angin

Semakin tebal spoke maka defleksi vertikal yang terjadi akan semakin kecil. Tipe spoke yang berbeda berdampak pada

perubahan ke-rigid-an dari ban tanpa angin sehingga fenomena defleksi juga turut berubah.

(30)

Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Vertikal

2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm

Defleksi (mm)

Defleksi (mm) 1 500 5,1586 2,8133 2,3097 5,1061 2,7879 1,983 4,9654 2,7445 1,9245 2 1000 6,7341 3,7423 3,0189 6,6604 3,6623 2,6145 6,437 3,5957 2,5361 3 1500 8,1961 4,5534 3,676 8,1023 4,4516 3,1766 7,81 4,3674 3,0815 4 2000 14,011 5,3553 4,3248 9,5388 5,2359 3,7342 9,19 5,1353 3,6175 5 2500 15,102 6,1542 4,9679 15,387 6,0172 4,2889 9,235 5,9004 4,1513 6 3000 20,649 11,151 5,6093 16,501 10,731 4,8416 16,623 9,7217 4,6829 7 3500 20,673 13,83 10,082 20,787 13,055 5,3926 20,673 15,187 5,2127 8 4000 21,695 17,587 14,495 21,244 15,884 10,199 22,317 15,694 10,11

Tipe 2 Tipe 3

Tipe 1 Step Gaya

(N)

(31)

GRAFIK DEFLEKSI VERTIKAL TIAP PENAMBAHAN BEBAN TERHADAP TEBAL & TIPE SPOKE

(32)

Tipe Tebal

2mm y = 0,0047x + 2,0328 0,0047 212,76596 4mm y = 0,0042x - 1,197 0,0042 238,09524 6mm y = 0,0035x - 0,7461 0,0035 285,71429 2mm y = 0,0046x + 1,4171 0,0046 217,3913 4mm y = 0,0037x - 0,7499 0,0037 270,27027 6mm y = 0,0023x + 0,4064 0,0023 434,78261 2mm y = 0,0055x + 0,4175 0,0055 181,81818 4mm y = 0,0037x - 1,0691 0,0037 270,27027 6mm y = 0,0023x + 0,3421 0,0023 434,78261 dy/dx Kekakuan

(N/mm) Persamaan garis

Variasi 1

2 3

NILAI KEKAKUAN VERTIKAL

Nilai kekakuan vertikal yang besarnya mendekati dengan mobil Toyota Altis dengan kode ban P195/55R16 (224,7 N/mm) yaitu Ban tanpa angin berbentuk square dengan tebal spoke 2mm.

(33)

Pengaruh Ketebalan dan Tipe Spoke

Terhadap Nilai Defleksi Lateral Ban Tanpa Angin

Semakin tebal spoke maka defleksi lateral yang terjadi akan semakin kecil. Tipe spoke yang berbeda berdampak pada

perubahan ke-rigid-an dari ban tanpa angin sehingga fenomena defleksi juga turut berubah.

(34)

Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Lateral

2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm 2 mm 4 mm 6 mm

Defleksi (mm)

Defleksi (mm) 1 500 1,2024 0,6937 ^0,50051 ^1,1532 0,68056 0,57405 1,0358 0,67299 0,44635 2 1000 1,5709 0,9152 ^0,65128 ^1,5014 0,88744 0,74624 1,3443 0,86769 0,57826 3 1500 1,9118 1,1146 ^0,79327 ^1,8287 ^1,0802 ^0,91044 ^1,6282 ^1,2883 ^0,70278

4 2000 2,4849 1,3119 ^0,93446 ^2,1548 ^1,2723 ^1,0727 ^1,9141 ^1,6019 ^0,82677

5 2500 2,8243 1,5084 ^1,075 ^3,4756 ^1,4636 ^1,2343 ^2,9129 ^1,8797 ^0,95038

6 3000 4,0979 1,8616 ^1,215 ^3,7273 ^1,8175 ^1,3953 ^3,3924 ^2,1223 ^1,0736

7 3500 4,4581 2,4664 ^1,3546 ^4,4056 ^2,178 ^2,236 ^3,855 ^2,2192 ^1,1966

8 4000 4,8965 2,9128 ^2,6587 ^4,62 ^2,9183 ^2,6195 ^4,325 ^2,3318 ^2,1037

Step Gaya (N)

Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3

(35)

GRAFIK DEFLEKSI LATERAL TIAP PENAMBAHAN BEBAN TERHADAP TEBAL & TIPE SPOKE

(36)

Tipe Tebal

2mm y = 0,0011x + 0,4027 192,06 4mm y = 0,0006x + 0,2198 322,86 6mm y = 0,0006x + 0,0748 353,72 2mm y = 0,001x + 0,4045 203,56 4mm y = 0,0006x + 0,2237 322,25 6mm y = 0,0006x + 0,0959 359,01 2mm y = 0,0009x + 0,308 217,44 4mm y = 0,0005x + 0,49 403,31 6mm y = 0,0005x + 0,1315 447,04 1

2

3

Variasi Persamaan garis Kekakuan (N/mm)

NILAI KEKAKUAN LATERAL

Nilai kekakuan lateral yang besarnya mendekati dengan mobil Toyota Altis dengan kode ban P195/55R16 (74,63 N/mm) yaitu Ban tanpa angin berbentuk square dengan tebal spoke 2mm.

(37)

TEGANGAN TOTAL (VON MISES)

Tipe Tebal

2mm 4,69 17,9 Aman

4mm 2,65 17,9 Aman

6mm 2,63 17,9 Aman

2mm 4,44 17,9 Aman

4mm 4,40 17,9 Aman

6mm 2,48 17,9 Aman

2mm 4,62 17,9 Aman

4mm 2,33 17,9 Aman

6mm 4,11 17,9 Aman

Variasi Spoke Tegangan (F=4kN) [Mpa]

Tegangan Maks (SF=1) [Mpa]

1

Keterangan

2

3

Semua jenis ban tanpa angin berbentuk square ini memiliki

Tegangan total yang rendah jika dibandingkan dengan ban angin.

(38)

KESIMPULAN

• Penambahan beban vertikal dan lateral menyebabkan semakin besar nilai defleksinya.

• Ban angin memiliki kekakuan vertikal sekitar 224,7 N/mm dan nilai yang mendekati hasil tersebut pada ban tanpa

angin bentuk square yaitu spoke dengan 2 mm tipe 1 dengan kekakuan vertikal sebesar 212,77 N/m dan spoke 2 mm tipe 3 sebesar 181,81 N/mm.

• Kekakuan lateral pada ban tanpa angin lebih besar dibandingkan ban angin.

• Tegangan Total (Von Mises) pada ban tanpa angin ini, lebih kecil dari tegangan total pada ban biasa yaitu 17,9 Mpa.

(39)

SARAN

• Perlu dilakukan penelitian lanjutan di kondisi yang

lebih ekstrim untuk menguji kelayakan dari ban tanpa angin ini.

• Pada material termoplastik rubber (polyuretane

rubber) akan didapatkan struktur material yang tipis dan dapat di daur ulang

.

(40)

Tugas Akhir ANALISA PENGARUH TEBAL DAN GEOMETRI SPOKE BERBENTUK SQUARE BAN TANPA ANGIN TERHADAP KEKAKUAN RADIAL DAN LATERAL

Outlines

Latar Belakang

Rumusan Masalah

Tujuan

Manfaat

Batasan Masalah

Dasar Teori

KODE BAN

Gaya-gaya pada ban

DEFLEKSI

• Defleksi adalah Perubahan bentuk dari suatu benda dalam arah yang sesuai dengan arah pembebanan yang

diberikan.

Jenis Defleksi :

 Defleksi Vertikal

 Defleksi Lateral

DEFLEKSI VERTIKAL

DEFLEKSI LATERAL

Dimana

S = Pembebanan arah lateral

∆

= Defleksi arah lateral p

= tekanan pemompaan w = lebar ban

H = tinggi ban

f = ratio antara lebar dan tinggi ban

METODOLOGI

• Lebar ban : 195 mm

• Diameter pelek : 406,4mm(16 x 25,4)

• Tinggiban :107,25mm(

x 195)

• Diameter ban : 620,9 mm

Spesifikasi Ban Toyota Altis

KODE BAN : P195/55R16

Gaya yang diterima tiap ban = 1205

4 kg.10 m/𝑠

= 3012,5 N

• Defleksi Vertikal

dengan P = 3012,5 N 𝑃

= 30 psi = 0,21

Maka, ∆

= 13,08 mm

Defleksi pada ban biasa

Dimana

f = 0,55

• Arah Vertikal atau Radial

– Defleksi vertikal : 17,8 mm

– Kekakuan vertikal : 224,7 N/mm

• Arah Lateral

– Defleksi lateral : 12,6 mm

– Kekakuan lateral : 74,63 N/mm (lateral force @940,43 N)

Defleksi dan Kekakuan @4000 N

GRAND DESIGN OF SQUARE AIRLESS TIRE

Material Ban Tanpa Angin

DATA HASIL PENGUJIAN

Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Vertikal

Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Nilai Defleksi Lateral

TEGANGAN TOTAL (VON MISES)

KESIMPULAN

SARAN

.

Gaya yang diterima tiap ban = ¹²⁰⁵