Pemodelan dan Analisa Getaran Mesin Bensin 650 cc 2 Silinder Segaris dengan Sudut Engkol 180 untuk Rubber Mount

(1)

Pemodelan dan Analisa Getaran Mesin

Bensin 650 cc 2 Silinder Segaris dengan

Sudut Engkol 180˚ untuk Rubber Mount

Disusun Oleh:

Mela Agus Christianti

NRP. 2109 100 036

Dosen Pembimbing:

Dr.Eng. Harus Laksana Guntur, ST, M.Eng.

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010

Sidang Tugas Akhir Bidang Studi : Desain

(2)

Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian

PENDAHULUAN

Kendaran Bergetar

Ketidaknyaman Penumpang

(3)

Bagaimana respon getaran (bouncing dan pithcing)

pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan

sudut engkol 180° untuk rubber mount yang

disebabkan oleh perubahan panjang connecting rod ?

Bagaimana respon getaran (bouncing dan pithcing)

pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan

sudut engkol 180° untuk rubber mount yang

disebabkan oleh perubahan putaran mesin?

(4)

Panjang Ll tidak sama dengan panjang Lr

Mesin yang digunakan menggunakan 2 silinder dengan

kapasitas 650 cc.

System dalam kondisi balance.

Analisa hanya dilakukan terhadap connecting

rod

dan crankshaft.

Eksitasi hanya diakibatkan oleh tekanan ruang bakar.

Respon getaran (rolling) diabaikan.

Luasan efektif cylinder head sama dengan luasan

permukaan piston.

(5)

Untuk mengetahui respon getaran (bouncing dan pithcing)

pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan sudut

engkol 180° untuk rubber mount yang disebabkan oleh

perubahan panjang connecting rod.

Untuk mengetahui respon getaran (bouncing dan pithcing)

pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan sudut

engkol 180° untuk rubber mount yang disebabkan oleh

perubahan putaran mesin.

(6)

PENDAHULUAN

Memberikan informasi mengenai respon gataran yang

terjadi pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris

dengan sudut engkol 180° saat mesin dinyalakan.

Memberikan informasi pada pembuat mesin bensin 2

silinder 650 cc segaris untuk lebih meminimalisasi

getaran yang terjadi.

(7)

Mesin 4 Langkah Getaran 2 dof Mesin 2 Silinder

(8)

Kajian Pustaka

0 Z

Y

X

V

det

_













K2

K1

-M1 ω

V



2



K1

X





K2

Y





K2

K1

-M2 ω

Z



2



Berdasarkan Tesis Ruiping Wang, nilai pegas pada

rubber mount adalah sebesar 160 Nmm

(9)

Tampak Samping Tampak Depan

Crankshaft Connectingrod

Piston

Tumpuan

(10)

sin θ

F

cos θ

F

_x



_a _x



_a _y

sin θ

F

-cos θ

F

_y



_a _y _a _x

(11)

START Study Literatur

Study Lapangan Pengumpulan Data Teknis, Dimensi, Berat dan Properties

Pemodelan Matematis Mesin Bensin 2 Silinder 650 cc Segaris

Persamaan Getaran dan Dinamika dari Sistem Mesin Bensin 2 Silinder 6500 cc Segaris

Membangun Blok Diagram Persamaan dengan Software Matlab

A END

Kesimpulan dan Saran Analisa Hasil

Simulasi Respon Getaran Berupa Acceleracy, Velocity dan Displacement

Pitching Bouncing

A

(12)

Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi

Pemodelan Matematis

Massa = 91 kg

Inersia ke arah z dengan L1 = 0.054504859 kgm² Inersia ke arah z dengan L1 = 0.057727413 kgm² Inersia ke arah z dengan L1 = 0.061191241 kgm²

Luas permukaan efektif = 4345.2576 mm² Lg 1 = 0.02403 m Lg 2 = 0.02707 m Lg 3 = 0.03021 m Inersia ke arah x = 0.007951007 kgm²

(13)

Pemodelan Matematis

0 1 2 3 4 5 6 7 0 200 400 600 800 Pr ess ur e (M pa) Crank Angle (º) P1 P2

Beda Phase untuk Sudut

Engkol 180˚ = 540˚

Dengan persamaan F=P.A maka didapatkan besar gaya pada tiap sudut

(14)

L1 (Panjang Crankshaft) 0.0355 (m) L2 1 0.1156 (m) Lg 1 0.02403 (m) Inertia Mesin 1 (J1) 0.054504859 L2 2 0.1256 (m) Lg 2 0.02707 (m) Inersia mesin 2 (J2) 0.057727413 L2 3 0.1356 (m) Lg 3 0.03021 (m) Inersia mesin 3 (J3) 0.061191241 ω1 1000 (rpm) ω2 3000 (rpm) ω3 5000 (rpm) Massa mesin 91 (kg) Massa conectingrod 0.48582 (kg) Inertia crankshaft 0.007951007 (kgm²)

Luas Penampang Silinder 4345.2576 mm²

(15)

a b Ll Lr F1(t) F2(t) Kml Cml Kmr Cmr y Jo θ CGe

(16)

Me (Massa Engine) Fy1 Fy2 Kml.y Me.y Cml.ỳ ¨Kmr.y Cmr.ỳ y 0 F   



1 r l r l y Cm y Km y Km y Fy Cm y Me        



Cm _l Cm _r



y



Km _l Km _r



Fy₁ Fy ₂ y y Me         v y 













Fy Fy y Cm Cm y Km Km Me 1 v  ₁  ₂   _l  _r  _l  _r  0 Fy ₂   Fy1 Fy2 Kml.y Cml.ỳ Kmr.y Cmr.ỳ a b Ll Lr Jo θ CGe 0 CGe M (cw)  



0 b Fy a Fy θ L Km θ L Km θ L Cm θ L Cm θ Jo   _l _l   _r _r   _l _l  _r _r  ₁  ₂  Cm L Cm L  θ Km L Km L  Fy a Fy b θ θ Jo    _l _l  _r _r  _l _l  _r _r  ₁  ₂ ω θ 







Fy₁ a - Fy ₂ b -θ Cm _l L _l Cm _r L _r θ



Km _l L _l Km _r L _r





Jo 1 ω     

(17)

                                                                                2 1 r r l l r r l l r l r l Fy Fy Jo b 0 Me 1 0 Jo a 0 Me 1 0 ω θ v y Jo L Cm L Cm 1 0 0 Jo L Km L Km 0 0 0 0 0 Me Cm Cm 1 0 0 Me Km Km 0 ω θ v y    

U

B

X

A

X







(18)

Pemodelan Matematis

0 K.L

K.L

ω

.

Jo

K.L

2K

Me ω

-det

r 2 l 2 r l r l 2

























Cc c





M

Cc



2 .



.

5 ,

0 



M

c





.

(19)

Pemodelan Matematis

%Parameter

Km=160000; %Kekakuan mounting (N/m) Cm=183.4368; %Damping mounting (Ns/m)

ll=0.091349; %jarak antara mounting kiri ke pusat berat (m)

lr=0.087046; %jarak antara mounting kanan ke pusat berat (m)

Me=91; %massa engine (kg)

Jo=0.054504849; %Inersia engine (kg.m^2)

a=0.070074; %jarak piston satu dengan pusat berat (m) b=0.066746; %jarak piston dua dengan pusat berat (m) %Matrik state spaces

A=[0 1 0 0; -2*Km/Me -2*Cm/Me 0 0; 0 0 0 1; 0 0 –Km*(ll-lr)/Jo –Cm*(ll-lr)/Jo]; B=[0 0; 1/Me 1/Me; 0 0; a/Jo –b/Jo];

m - File

(20)

(21)

Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod

Analisa Hasil

Displacement -5 0 5 10 15 20x 10 -4 L ine ar D is pl ac em ent (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time (s) 0 0.1 0.2_{Time (s)}0.3 0.4 0.5 -2 0 2 4 6x 10 -6 A ngul a r D is pl a c e m e nt (ra d)

(22)

Analisa Hasil

Velocity -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 L ine ar V el oc ity (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time (s) 0 0.2 _{Time (s)}0.4 0.6 0.8 -5 0 5x 10 -4 A ngul ar V el oc it y (ra d/ s 2 )

(23)

Analisa Hasil

Acceleration -15 -10 -5 0 5 10 15 L ine ar A cc el era tion (m /s 2 ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time (s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Time (s) -6 -4 -2 0 2 4 6x 10 -3 A ngul ar V el oc it y (ra d/ s 2 )

(24)

Analisa Hasil

Displ acement -20 -15 -10 -5 0 5x 10 -5 Li ne ar D is pl ac em ent (m ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -15 -10 -5 0 5x 10 -5 Li ne ar D ispl ac em ent (m ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1x 10 -4 Li ne ar D ispl ac em ent (m ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2x 10 -6 A ngul ar D is pl ac em ent (ra d) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3x 10 -6 A ngul ar D is pl ac em ent (ra d) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -6 -4 -2 0 2 4x 10 -6 A ngul ar D is pl ac em ent (ra d) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm

(25)

Analisa Hasil

Velo cit y -15 -10 -5 0 5x 10 -3 Li ne ar V el oc ity (m /s ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -15 -10 -5 0 5x 10 -3 Li ne ar V eloc ity (m /s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -15 -10 -5 0 5x 10 -3 L ine ar V el oc ity (m /s ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -6 -4 -2 0 2 4x 10 -5 A ngul ar V el oc ity (ra d/ s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -3 -2 -1 0 1 2 3x 10 -5 A ngul ar V el oc ity (ra d/ s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -3 -2 -1 0 1 2x 10 -5 A ngul ar V el oc ity (ra d/ s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm

(26)

Analisa Hasil

Accelerat ion -3 -2 -1 0 1 2 3 4 L ine ar A cc el era tion (m /s 2 ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -3 -2 -1 0 1 2 3 Li ne ar A cc el era tion (m /s 2 ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -2 -1 0 1 2 3 L ine ar A cc el era tion (m /s 2) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 A ngul ar A cc el era tion (ra d/ s 2) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6x 10 -3 A ngul ar A cc el era tion (ra d/ s 2) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm -6 -4 -2 0 2 4x 10 -3 A ngul ar A cc el era tion (ra d/ s 2 ) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Time (s) 1000 rpm 3000 rpm 5000 rpm

(27)

Analisa Hasil

RMS

Engine Velocity L1 L2 L3 Linear Displacement

1000 2.6513E-05 2.65E-05 2.6513E-05 3000 1.7675E-05 1.77E-05 1.7675E-05 5000 0.00000707 7.07E-06 0.00000707 Linear Velocity 1000 0.0031815 0.003182 0.0031815 3000 0.0031815 0.003182 0.0031815 5000 0.004242 0.004242 0.004242 Linear Acceleration 1000 0.9898 0.9898 0.9898 3000 1.23725 1.23725 1.23725 5000 1.52005 1.52005 1.52005 Angular Displacement

1000 1.0605E-06 1.06E-06 1.0605E-06 3000 5.3025E-07 5.3E-07 6.0095E-07 5000 1.1312E-06 1.13E-06 8.8375E-07

Angular Velocity

1000 1.0959E-05 1.24E-05 9.5445E-06 3000 1.0605E-05 1.06E-05 8.8375E-06 5000 1.5908E-05 1.59E-05 1.2373E-05 Angular

Acceleration

1000 0.0038885 0.003535 0.0031815 3000 0.0024745 0.002475 0.0024745 5000 0.004949 0.004596 0.003535

(28)

Analisa Hasil

(29)

Analisa Hasil

(30)

Analisa Hasil

(31)

Kesimpulan

Pada eksitasi impuls, grafik perpindahan, kecepatan dan percepatan baik karena efek bouncing maupun pithcing mengalami kestabilan pada 0,2 s.

Pada eksitasi impuls, respon perpindahan linier sebesar 0,002 m, kecepatan linier sebesar 0,055 m/s, dan percepatan linier sebesar 12 m/s2_. _Respon _perpindahan _anguler _sebesar

0,0003º, kecepatan anguler sebesar 0,0004 rad/s, dan percepatan anguler sebesar 0,005 rad/s2

Pada eksitasi periodik besar putaran mesin mempengaruhi respon getaran yang terjadi pada mesin. Semakin besar putaran mesin maka semakin kecil perpindahan baik secara linier maupun angular

Pada eksitasi periodik semakin besar putaran mesin maka semakin besar juga kecepatan dan percepatan respon

Pada eksitasi periodik semakin panjang connectingrod maka besar perpindahan, kecepatan, dan percepatan getaran baik secara