STEMAN 2014 ISBN: 978-979-17047-5-5
PROSIDING
Seminar Nasional Teknologi Manufaktur 2014
(STEMAN 2014)
Tema:
Teknologi Manufaktur Sebagai Pendorong Produk
Industri Nasional
Bandung, 19-20 Agustus 2014 RINEKAMAYA
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung Jl. Kanayakan No. 21 Oago
Bandung - 40135
Penyelenggara:
~'"
::.(>:1
pot man
-
Pmf8'inExC€l/fYCePOLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG
Jln. Kanayakan 21, Dago-Bandung 40135Hotnepeqe http://www.polman-bandung.ac.id
Telepon : (022) 250 0241, Fax: (022) 2502649 E-mail: steman@polman-bandung.ac.id
STEMAN 2014 ISBN: 978-979-17047-5-5
Seminar Nasional Teknologi Manufaktur 2014 (STEMAN 2014)
Tema:Teknologi Manufaktur Sebagai Pendorong Produk Industri Nasional Bandung, 19-20 Agustus 2014,
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung RINEKAMAYA Editor: Siti Aminah, S.T., M.T. Nuryanti, S.T., M.Sc. Dewi Idamayanti, S.Sc., M.T. Desain Sampul: Pramudiya Tri Hartadi HakCipta (C)pada Penulis.
HakPublikasi pada Politeknik Manufaktur Negeri Bandung (pOLMAN Bandung). Artikel pada prosiding ini dapat digunakan dan disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan komersial, dengan syarat tidak menghapus atau mengubah atribut penulis.
STEMAN 2014 ISBN 978-979-17047-5-5
KAT
A PENGANT AR
Prosiding ini berisi makalah-makalah yang dipresentasikan pada STEMAN2014, yaitu
seminar dalam rangka memperingati Dies Natalis ke-37 Politeknik Manufaktur
Negeri Bandung (pOLMAN Bandung) dalam bidang Rekayasa dan Teknologi
Manufaktur di Indonesia. STEMAN2014 memilih tema Teknologi Manufaktur Sebagai
Produk Industri Nasional.
Tujuan utama dari seminar ini adalah:
1. Meningkatkan kontribusi akademisi dan profesional dalam pengembangan
rekayasa dan teknologi manufaktur.
2. Sebagai media diskusi dan pertukaran informasi dalam kegiatan penelitian
dan pengembangan di bidang rekayasa dan teknologi manufaktur.
3. Membangun komunikasi dan jaringan antara perguruan tinggi, industri,
lembaga penelitian dan pihak lainnya yang terkait.
Topik-topik yang dibahas di dalam seminar dan prosiding inr meliputi:
1. Rekayasa dan Teknologi Manufaktur untuk Pertanian, Pertambangan,
Otomotif, Elektronika, Lingkungan, Mitigasi Beneana, Energi Alternatif dan
Terbarukan, Industri Keeil, dll.
2. Peraneangan dan Pengembangan Produk Manufaktur
3. Teknologi Material
ft
Metalurgi4. Proses dan Teknologi Manufaktur
5. Mesin dan Peralatan Industri Manufaktur
6. Sistem Manufaktur
7. Sistem Kendali dan Mekatronika Industri Manufaktur
8. Sosio-Manufaktur
9. Topik-topik lainnya yang terkait dengan rekayasa dan teknologi manufaktur
Seminar ini merupakan sarana diskusi ilmiah, komunikasi dan pertukaran informasi
bagi para akademisi, peneliti, praktisi industri, pemerintah dan stakeholder lainnya
dalam pengembangan rekayasa dan teknologi manufaktur. Panitia STEMAN 2014
menerima Extended Abstract sebanyak 75 hasil penelitian dari mahasiswa dan
dosen Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Universitas Gajah Mada, Universitas
Jenderal Aehmad Yani, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Universitas Syiah
Kuala Aeeh, Universitas Trunojoyo Madura, Politeknik Merlimau dan Kolej Komuniti
Jasin, Malaysia, dan UPT. Balai Pengolahan Mineral Lampung-LiPI. Setelah melalui
seleksi dan evaluasi oleh tim reviewer dan dewan editor, panitia memutuskan
sebanyak 70 makalah dapat diterima untuk dipresentasikan dalam STEMAN2014.
Hasil dari seminar nasional ini diharapkan dapat memberikan kontribusi pemikiran
untuk mendukung terbentuknya industri manufaktur nasional yang unggul dan
STEMAN 2014
SUSUNAN PANITIA STEMAN 2014
Komite Program :
Ketua Direktur POLMAN Anggota : Para Wadir POLMAN
Tim Pengarah :
Prof. Dr. Ir. Isa Setiasyah Toha, M.Sc. (Direktur POLMAN Bandung) Prof. Dr. Ir. Yatna Yuwana M. (Dekan FTMD - ITB)
Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi, SE., M.S. (Universitas Indonesia) Dr. Zainal Arief, S.T., M.T. (Direktur PENS Surabaya)
Tim Penelaah :
Prof. Dr. Ir. Isa Setiasyah Toha, M.Sc. (pOLMAN Bandung/ITB) Prof. Dr. Ir. Yatna Yuwana M. (FTMD ITB)
Engr. Dr. Md Saidin Wahab (UTHM - Malaysia)
Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng., Ph.D. (PENS - Surabaya) Dr. Ismet P. Ilyas, BSMET,M.Eng.Sc. (pOLMAN Bandung) Dr. Carolus Bintoro, MT. (Politeknik Negeri Bandung) Dr. Ing. Yuliadi Erdani, M.Sc. (pOLMAN Bandung) Dr. Beny Bandanadjaya, ST., MT. (pOLMAN Bandung) Dr. Noval Lilansa, MT. (pOLMAN Bandung)
Dr. Amang Sudarsono (PENS - Surabaya) Dr. Ali Ridho (pENS - Surabaya)
Dr. Dip!. Ing. Ahmad Taqwa, MT. (POLSRI-Palembang)
Pelaksana: Ketua Anggota
Emma Dwi Ariyani, S.Psi., M.Si.
Adies Rahman Hakim, ST., MT. Agus Surjana Saefudin, ST., MT. Dewi Idamayanti, ST., MT. Nuryanti, S.T, M.Sc.
Reza Yadi Hidayat, ST., MT.
Roni Kusnowo, ST., MT. Supriyadi Sadikin, S.IP., M.Si. Siti Aminah, ST., MT.
Wiwik Purwadi, ST., MT. Yoyok Setiyo Pamuji, ST. Kiki Sri Nur Endah, ST.
Ratih Suhartini, S.Pd. Yati Yulia, S.AP
Elis Siti Munawaroh, S.AP Idan Sukmara
Pramudiya Tri Hartadi Engkos Koswara
Alamat Sekretariat :
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung Sdri. Ratih Suhartini
Jl. Kanayakan No. 21 Dago Bandung -40135 Tel. 022- 2500241; Fax. 022-250 2649 Email: steman@polman-bandung.ac.id Homepage: steman. polman-bandung. ac.id
STEMAN 2014 ISBN 978-979-17047-5-5
DAFTAR 151
Kata Pengantar Susunan Panitia ii Daftar Isi. . ... .... . . ... ... . .. . . ... . . iv Keynote SpeakerUniversitas Indonesia
Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi, SE.,M.S.
Dirjen Kerjasama Industri Internasional Kementerian Perindustrian Ir. Agus Tjahajana, SE., M.Sc.
Chief Operation Officer PT Astra Otoparts-Winteq Direktur - PT Federal Izumi Mfg.
Reiza Treistanto
Abstrak Makalah Peserta
BIDANG KAJIAN : REKAYASA DAN TEKNOLOGI MANUFAKTUR UNTUK PERTANIAN, PERTAMBANGAN, OTOMOTIF, ELEKTRONIKA, DLL
Aplikasi Metode Perancangan Pahl-Beitz pada Perancangan Lini Produksi
Iman Apriana . . . ............. .. .. . . .. 2
Design tor Sustainability (DFS) and Design tor Environment (DfE) Practices in
Automotive industry
SKH Muhammad Bin SKH Abd Rahim. 8
Pembuatan dan Pengujian Model Pahat Insert dari Baja 34CrNiMo6 Melalui Proses Pack Carburizing
Umen Rumendi ,..... 15
Pengaruh Temperatur dan Dwell Time Degassing terhadap Porositas Gas pada Aluminium JIS AC4C dengan Metode Gravity Casting
Balqis Mentari Etendi. 21
The Optimization at Power Conversion From Wind Energy
Norhana Binti Saiee. 27
Modifikasi Vessel Nissan CWB45-ALDN45 untuk Peningkatan Kapasitas Angkut Unit Truck
Herman Budi Harja. 32
STEMAN 2014 ISBN 978-979-17047-5-5
Kajian Pengaruh Jenis Pasir, Temperatur Tuang, dan Jumlah Deoksidasi Alumunium
terhadap Porositas Gas dalam Proses Gravity Sand Casting pada Nozzle Cup Material
13
Ade Rachman. 38
Pengembangan Sistem Pengendali Suhu pada Heater Reaktor Auger untuk Proses Piroiisis Cepat Cangkang Sawit
Izarul Machdar 48
Perencanaan strategis persediaan peralatan kebencanaan berdasarkan siklus kebencanaan
Muhammad Dirhamsyah..... 54
Perancangan Ulang Tool Holder Untuk Alur Dovetail Pada Ragum Palm an 125 Menggunakan Metode DFMA
Somantri. . . ...... ... .. ...... . .. .... . ....... . . .... .... . . ... . .. ... ......... ...... 57
Perbaikan Rancang-Bangun Kopling-Dog Pengendali Roda Traktor- Tangan Polman Bandung
Haris Sayoko, Isa Setiasyah Toha .. 63
Perancangan Coren-Baja Menggunakan Bantuan Perangkat Lunak Simulasi Coran Solidcast 8.2.5 Studi Kasus pad a Produk Link Track
Beny Bandanadjaja 71
BIDANG KAJIAN : PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN PRODUK MANUFAKTUR Implementasi Surfaces 3D Scanner.Menggunakan Metode Triangulation dan Tesselation untuk Reverse Engineering Obyek Sederhana
Bolo Dwiartomo. 78
Analisis Simulasi Reinforced Thermoplastic Pipe Dengan Metoda Elemen Hingga Melalui Pendekatan Pipa Multilayer Menggunakan Perangkat Lunak Rekayasa
Asep Indra Komara '" . .. ... .... .. .. .. ........ .. ...... .. .. .. .. 86
Optimasi Bentuk Pisau Penghancur Limbah Tempurung Kelapa Berbentuk Piringan Bertakik untuk Mendapatkan Berat Optimum
Aji Gumilar . . . . .. ..
92
Perancangan dan Pembuatan Prototipe Mesin Pengolah Air Bersih Sistem Mobile untuk Keadaan Darurat Air
c:
STEMAN 2014 ISBN 978-979-17047-5-5
PE
RB
Al
KA
N
RA
N
CA
N
G BA
N
GU
N
KOPLI
NG-DOG
PENGENDALI
RODA TRAKTOR-T
AN
GA
N
PO
LMAN
BANDUNG
Haris Sayoko, Albertus B.Setiawan, Isa Setiasyah Toha
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung 11Kanayakan No. 21- Dago, Bandung - 40135
Phone/Fax: 022. 250 0241 /2502649
Email: isa_st@polman-bandung.ac.id
Abstrak
Polman Bandung sudah melakukan rancang-bangun traktor-tangan berdasarkan rekayasa-balik (reverse
engineering) untuk salah satu kelas traktor-tangan. Prototipe traktor-tangan yang dihasilkan menggunakan mesin penggerak disel satu silinder, daya 8 HP, putaran 2600 rpm; yang dilengkapi dengan kotak-transmisi yang memiliki kemampuan untuk mengendalikan roda kiri dan roda kanannya. Pengendali roda traktor ini menggunakan prinsip kopling-dog (dog clutch) .
Permasalahan yang terjadi pada prototipe traktor-tangan Polman Bandung adalah masih terjadinya hentakan
yang kuat pada pengendalian rodanya. Keadaan ini menyebabkan traktor-tangan tersebut masih belum dapat dioperasikan.
Penelitian tentang kopling-dog sebagian besar langsung difokuskan pada analisa jumlah roda-gigi dan kemiringan gigi. Penelitian yang lebih spesifik adalah penelitian yang memfokuskan pada proses penyatuan kopling-dog, yaitu memodelkan secara analitik pertemuan antara roda-gigi kopling-dog.
Berdasarkan permasalahan yang masih dihadapi pada kopling-dog hasil rekayasa-balik, penelitian ini melakukan perbaikan rancang-bangun kopling-dog pengendali roda traktor-tangan. Perbaikan rancang-bangun kopling-dog
ini melalui pengembangan model gaya-impak kopling-dog.
Dengan melakukan perbaikan rancang-bangun pada variabel yang mempengaruhi hentakan pada kopling-dog, yaitu menambah gigi kopling-dog dari dua menjadi ernpat, hasil rancang-bangun ini menunjukkan bahwa
hentakan yang terjadi secara signifikan menurun, yaitusebesar 29,30 %,dan relatif aman untuk dioperasikan.
Kata kunci: kopling-dog, pengendali-roda, traktor-tangan.
1. Pendahuluan
POLMAN Bandung telah diberi kesempatan untuk berkontribusi dalam melaksanakan kebijakan pemerintah pada program Master Plan Percepatan Pembangunan Ekonomi
Indonesia (MP3EI) 2011-2025 pada bidang Industri Alat Angkut. Program ini berupa Program Pengembangan Pendidikan Politeknik Negeri (Polytechnic Education Development Program) 2012-2016, dimana Polman Bandung memfokuskan pada pengembangan teknologi transmisi daya kendaraan untuk keperluan di pedesaan dan perkebunan/pertanian/lapangan.
Salah satu kegiatan yang sudah dilaksanakan untuk mengisi program ini adalah melakukan rancang-bangun traktor-tangan berdasarkan rekayasa-balik (reverse engineering) terhadap salah satu kelas traktor-tangan. Prototipe traktor-tangan yang dihasilkan menggunakan
mesin penggerak disel satu silinder, daya 8 HP, putaran 2600 rpm; yang dilengkapi dengan kotak-transmisi yang memiliki kemampuan untuk mengendalikan roda kiri
dan roda kanannya. Pengendali roda traktor ini
menggunakan kopling-dog (dog clutch). Kopling-dog digunakan oleh karena kesederhanaannya dan juga oleh karena tidak ada daya yang hilang karena gesekan. Sampai dengan saat ini, prinsip kopling-dog masih digunakan pada sistem transmisi untuk penggerak empat roda (jour wheel drive) [1],
[4], [6], serta pada sistem transmisi otomatis
[3], [5].
Permasalahan yang terjadi pada prototipe traktor-tangan Polman Bandung adalah masih terjadinya hentakan yang kuat pada pengendali roda yang menggunakan kopling-dog tersebut.
Keadaan ini menyebabkan traktor-tangan tersebut masih belum dapat dioperasikan.
STEMAN 2014
Penelitian tentang kopling-dog pada [I], [4],
dan [6] mernfokuskan pad a analisa jumlah gigi
dan kerniringan gigi, untuk menghadapi
perbedaan kecepatan putar kedua gigi
kopling-dog. Penelitian ini menggunakan simulasi
elemen hingga (Finite Element Simulation).
Perbedaan penelitian
r
4] adalah melibatkanparameter lain yang berupa elemen-elemen
kendaraan lain, seperti poros, kotak transmisi,
as, clan roda. Penelitian [6] mengusulkan dan
menganalisis penggunaan roda-gigi dengan
sudut not derajat.
Penelitian [3] mernfokuskan pada proses
penyatuan kopling-dog. Penelitian ini
memodelkan secara analitik pertemuan antara
dua muka roda-gigi kopling-dog. Model
analitik yang diperoleh adalah persamaan
momen-impak yang dipengaruhi oleh
perbedaan kecepatan antar roda-gigi dan
parameter gigi kopling. Penel itian [2]
melakukan penelitian tentang mekanisme
transmisi energi kinetik yang cepat. Penelitian
ini melibatkan pemilihan berbagai alternatif
kopling, dan kopling yang terpilih adalah
kopling-dog.
Berdasarkan permasalahan yang masih
dihadapi pada kopling-dog traktor-tangan hasil
rekayasa-balik, dan hasil-hasil penelitian oleh
para peneliti lain. penelitian ini melakukan
perbaikan rancang-bangun kopling-dog
sebagai pengendali rocla traktor-tangan.
Perbaikan rancang-bangun kopling-dog ini
dilakukan agar hentakan yang terjadi pad a
traktor-tangan ini masih dalam batas-batas
kenyarnanan untuk pcngoperasiannya.
2. Kopling-dog pengendali roda traktor-tangan Polman Bandung
Traktor-tangan Polman Bandung diperlihatkan
pada Gambar-I berikut. Prototipe'
traktor-tangan ini menggunakan mesin penggerak disel
satu silinder, daya 8 HP, putaran 2600 rpm.
ISBN 978-979-17047-5-5
Gambar-I. Traktor-tangan Polman Bandung.
Traktor-tangan ini dilengkapi dengan kotak
transmisi yang memiliki kemampuan untuk
mengendalikan roda kiri dan roda kanannya.
Pengendali roda traktor ini menggunakan
kopling-dog (dog clutch). Kotak transmisi
traktor-tangan Polman Bandung hasil
rekayasa-balik yang telah dihasilkan diperlihatkan pad a
Gambar-Z berikut,
II,p.JT GEAR
GEAR-40T
INTERtoED<,t.TE GEAA
OU;PUTGEAR
Gambar-2. Kotak-transmisi traktor-tangan
Polman Bandung.
Berdasarkan pada Gambar-Z di atas, terlihat
bahwa gerakan roda traktor-tangan Polman
Bandung melibatkan Gear 40 T sebagai input.
dan dua buah Steering Gear sebagai output ke
roda penggerak kiri dan kanan. Mekanisme
pembelokkan dilakukan dengan melepas
(disengage) salah satu Steering Gear, dengan
prinsip kopling-dog. Untuk lebih jelasnya,
kopling-dog pengendali diperlihatkan pada
Gambar-J berikut, Pada kopling-dog ini, Gear
40 T sebagai roda-gigi penggerak, dan Steering Gear sebagai roda-gigi geser.
STEMAN 2014
Rodailigi penggerak
Rodailigi geser
I
Gambar-3. Kopling-dog pengendali gerakan roda.
Banyaknya gigi kopling penggerak pada Gear
40 T adalah 4 (empat), sedangkan banyaknya
gigi kopling geser pada Steering Gear adalah 2 (dua).
3. Pemodelan Kopling-dog
3.1. Model gaya-penyatuan, torsi-getar, dan gaya-impak
Kopling-dog (dog clutch) adalah perangkat kopling pengunci sederhana terdiri dari dua elemen, yang digunakan untuk mengunci elemen penggerak yang berupa roda-gigi pada porosnya. Kedua elemen tersebut berupa geometri dalam bentuk roda-gigi dan slot.
Elemen penghubung pertama disebut sebagai roda-gigi geser (sliding dog) yang akan terkunci ke roda-gigi penggerak (gear wheel), tetapi dapat dipindahkan secara aksial melalui pergeseran garpu/lengan yang digunakan.
Elemen kedua umumnya berupa roda-gigi penggerak yang terikat pada porosnya.
Penguncian diwujudkan melalui roda-gigi geser bergerak pada posisi aksial menuju roda-gigi penggerak poros.
Slot antara roda-gigi dipotong di dalam atau di luar permukaan silinder yang sejajar dengan sumbu pusat kopling atau pada permukaan dalam arah radial tegak lurus sumbu pusat.
Namun, penempatan slot tidak memainkan peran penting pada karakteristik kopling, yang penting adalah geometri perrnukaan roda-gigi.
Dari aspek itu, kopling-dog dapat dibagi
ISBN 978-979-17047-5-5
menjadi dua tipe dasar: kopling-dog standar dan kopling-dog datar [3]. .
... "
-
-
-
."
~ -', ,_';'<- J~-::.~.
)
;-; /' .". j; {'Gambar-4. Kopling-dog standar [3].
Ujung dari roda-gigi kopling-dog standar memanfaatkan sudut (nose angle) pada kedua elemen roda-gigi. Roda-gigi kopling-dog datar memiliki area permukaan datar di daerah permukaan roda-gigi geser dan roda-gigi penggerak, yang memungkinkan untuk bergesekan satu sarna lain. Geometri dari kopling-dog diperlihatkan pada Gambar-4. Pada garnbar tersebut diperlihatkan kopling-dog standar dengan slot sejajar dengan sumbu pusat, dan sebagai fitur khusus, terdapat tepi miring pada daerah permukaan, yang membentuk potongan-potongan kecil dari permukaan kerucut yang sarna.
Karena tidak ada fitur antara, penguncian kopling dog dapat terjadi pada setiap perbedaan kecepatan antara roda-gigi penggerak dan roda-gigi geser, yang disebut sebagai beda-kecepatan (mismatch speed) [3]. Tahapan proses penyatuan kopling-dog datar ditunjukkan pada Gambar-5. Peran roda-gigi geser dimulai pada saat to ketika terdapat perbedaan kecepatan sebesar 110)0.
Kopling-dog belum mentransmisikan torsi, dan fase penyatuan ini disebut gerak-bebas (free fly),
yang berlangsung sampai roda-gigi geser mencapai roda-gigi penggerak pada saat I] • Karena adanya gesekan, rnaka pada saat itu akan terj adi perubahan pada beda-kecepatan rnenjadi 110)]. Permukaan roda-gigi yang
pertama kali bersentuhan akan menyebabkan terjadinya gaya-impak. Gaya-normal antara roda-gigi geser dan roda-gigi penggerak, dan putaran relatif di antarnya menghasilkan torsi-gesekan-permukaan yang melawan putaran relatif. Puncak gaya-normal menghasilkan puncak torsi-gesekan-permukaan, sehingga beda-kecepatan tereduksi rnenjadi 110)2,
dirnana rentang waktu terjadinya impak 12 - I]
:::::O:.Setelah tetjadi gaya-impak dan gesekan pada kedua permukaan roda-gigi tersebut, maka roda-gigi berada pada slotnya pada saat
13. Fase ini disebut fase gesekan, dan torsi gesekan permukaan masih bekerja melawan 65
STEMAN2014
putaran relatif yang akan mengurangi bed
a-kecepatan ke ,10):1. Oleh karenai roda-
gigi-geser sekarang bebas untuk mernasuk i slot
pada roda-gigi-penggerak, maka terjadi
penyatuan an tara roda-gigi geser dan roda-gigi
penggerak, dan beda-kecepatan dengan cepat
berkurang menuju ke nol, yang mengakibatkan
terjadinya peredarnan torsi-getar (torsional
vibrations) yang berlangsung beberapa siklus.
~iI, "_',' I ;,\ • I. : •.~",1;; . 1 ; !:\ ~ , -Bcrptuur bcbas .\klmlil:'1.'g..:.~d,m l'cuyatuan
Gambar-S. Proses penguncian kopling-dog
-standar [3].
Penelitian kopling-dog pada [I] dan [6]
menggunakan simulasi elemen hingga.
Hasi Inya memperlihatkan bahwa penyatuan
kopling-dog untuk beda-kecepatan yang lebih
besar. dipengaruhi oleh: sudut pinggul
<chamfer), jarak pinggul, kelonggaran antar
gigi. dan gaya aksial. Secara teoritik, solusinya
adalah menggunakan gigi tegak (kemiringan
gigi nol) dan tanpa pinggul. Namun hal ini
akan menyebabkan konsentrasi tegangan pad a
ujung-ujung gigi kopling-dog, yang dapat
merusak gigi kopling-dog. Hasil penelitiannya
memperlihatkan bahwa sudut gigi kopling-dog
akan menyebabkan sulitnya melakukan
penyatuan (lihat Gambar-o) oleh karena
adanya gaya reaksi yang berlawanan dengan
arah penyatuan.
Gambar-o, Gaya-gaya pada saat proses
penyatuan [I].
Penyatuan akan terjadi apabila [I]:
F
R, <-+7', ( 1)
z
dimana:
R, adalah gaya reaksi pada arah x.
F adalah gaya aksial penyatuan,
ISBN978-979-17047-5-5
T, adalah gay a gesek pada arah x.
z
adalah banyaknya gigi pada kopling-dog.Dalam hal ini, jika masa-inersia roda-gigi
rendah, maka gaya reaksi akan rendah. Hal
lainnya adalah kelonggaran antar gigi
kopling-dog. Semakin besar kelonggarannya, maka
akan semakin besar tegangan impaknya, yang
berarti akan memperbesar hentakan yang
terjadi.
Penelitian [3] menyatakan bahwa nilai terbesar
torsi-getar dapat diperkirakan berdasarkan
konservasi dari jumlah energi kinetik dan
energi regangan (strain), dan dirumuskan
sebagai berikut:
(2)
dimana:
8..(f)adalah perbedaan kecepatan roda-gigi
penggerak dan roda-gigi geser.
k
adalah kekakuan torsi kopling-dog,J1 adalah inersia roda-gigi penggerak.
J~adalah inersia roda-gigi geser.
Berdasarkan persamaan (2). nilai terbesar
torsi-getar sebanding dengan beda-kecepatan
pada saat penyatuan. Penguncian yang tidak
terkontrol atau kesalahan penguncian pada
beda-kecepatan yang sangat tinggi dapat
menyebabkan kerusakan pada gigi
kopling-dog. \Beda-kecepatan pad a proses penguncian
tidak hanya menentukan beban mekanik dari
kopling-dog, tetapi juga kerasnya hentakan
yang dialami oJeh pengemudi dan kendaraan.
SeteJah terjadi penguncian, gerakan relatif dari
elemen penguncian dibatasi oleh besamya
celah .,.OJeh karena celah terse but harus ada,
gigi dari kopling-dog pada roda-gigi geser
dapat memasuki slot kopling-dog pada
roda-gigi penggerak dengan segera, dalam hal ini
impak pada permukaan dan fase gesekan
dilewati.
Berdasarkan persamaan (2). untuk rancangan
kotak-transmisi (gear box) tertentu, penurunan
torsi-getar dan penyatuan yang halus hanya
dapat dilakukan dengan menurunkan
beda-kecepatan. Terdapat tiga kasus dalam proses
penyatuan kopling dog [3]: penyatuan mulus.
STEMAN 2014
lama, dan proses penyatuan gagal yang
berakhir dengan kontak pada permukaan gigi
kopling-dog yang permanen. Pada tiga
keadaan tersebut tidak ada perbedaan pada
beda-kecepatan awalnya, variasi yang terj adi hanya pada gerakan aksial roda-gigi geser.
Penelitian [3] membangun model untuk
menyelidiki kontak pada permukaan gigi
kopling-dog agar dapat mengurangi sifat
ketidakpastian pada proses penyatuannya.
Berdasarkan pada model dasar seperti yang dinyatakan pada persamaan (2), model yang dihasilkan adalah:
(2
.
7r
m)
»»:
T
=
2.k - - '-j,Jb .'--.---"''-max Z sma (3)
dimana:
T
max adalah nilai terbesar torsi-getar.k
adalah kekakuan torsi kopling-dog. z adalah banyaknya gigi kopling-dog.<I>badalah sudut-kelonggaran (backlash
angle).
11
adalah gaya gesek tangensial. r adalah radius rata-rata daerah kontak.Fact adalah gaya aksial pada roda-gigi
a
adalah sudut kemiringan permukaan gigikopling-dog.
Persamaan (3) sudah tidak mengandung lagi
parameter inersia. Persamaan ini hanya
mengandung parameter kopling-dog dan gaya aktuasi.
Penelitian [2] memodelkan gaya impak pada
kopling-dog menggunakan metode
energi-impak. Energi yang dimiliki oleh. objek
penabrak (roda-gigi penggerak) akan diredam secara elastis oleh objek yang ditabraknya (roda-gigi geser) pada defleksi terbesamya.
Dengan asumsi tidak tetjadi deformasi, obyek
yang menabrak adalah kaku, dan ~asanya
relatif lebih kecil dari masa yang ditabrak, diperoleh gaya-impak sebagai berikut:
F
;
= v),.,
.
m.k
(4)dimana:
v adalah kecepatan roda-gigi penggerak
kopling-dog.
ISBN 978-979-17047-5-5
m
adalah masa roda-gigi penggerakkopling-dog.
k adalah konstanta-pegas roda-gigi geser
kopling-dog.
1] adalah faktor hilangnya energi.
3.2. Model gaya-impak kopling-dog gigi-tegak
Untuk kopling-dog gigi-tegak (kemiringan gigi nol deraj at) , juga akan terjadi tahap gesekan
dan tahap penyatuan. Pada tahap gesekan,
seperti yang dinyatakan pada [1], kopling-dog
tegak tidak ada masalah. Pada tahap
penyatuan, gigi dari kopling-dog roda-gigi penggerak akan membentur gigi kopling-dog roda-gigi geser, yang kemudian akan terjadi
penyatuan dari kedua gigi tersebut seperti
diperlihatkan pada Ga~bar-7.
Roda-gigi geser
I
VI',
._. . _ Roda-gigl penggerakI
Vg,
Gambar-7. Tahap penyatuan roda-gigi kopling-dog.
Jika roda-gigi penggerak kopling-dog yang
memiliki masa mp dan berputar dengan
kecepatan vp membentur roda-gigi geser
kopling-dog yang memiliki masa mg dan
berputar dengan kecepatan vg , maka
energi-impak yang dihasilkan akan sebesar:
(5)
Dengan menganalogikan tumbukan ini sebagai
model pegas, maka terdapat hubungan antara
energi-impak dan pergeseran gigi kopling-dog
(diasumsikan tidak terjadi defleksi dan
deformasi pada material), yaitu:
E
=
1..k
.
x
'
p 2· (6)
dimana:
STEMAN 2014
k adalah konstanta pegas dari material roda
-gigi.
X adalah pergeseran gigi kopling-dog.
Energi-impak pada persarnaan (5) sama
dengan energi-impak pada persamaan (6),
yaitu:
E - N E - 1 1\,k ,.2
k - • P -"201V •••• ,~ (7)
c····
dimana:
N adalah banyaknya gig: yang kontak pada
kopling-dog.
Jarak pergeseran gigi akan sebesar:
~2.Eh
X=
--N.k
Dengan demikian besarnya
tahap penyatuan adalah:
(8)
gaya-impak pada
(9)
dimana:
k adalah konstanta pegas dari material. Ek adalah energi penyatuan kopling-dog.
N adalah banyaknya gigi kopling-dog yang
kontak (menyatu) atau yang bertumbukkan.
4. Perbaikan rancang-bangun kopling
-dog
Traktor-tangan Polman Bandung
menggunakan enjin dengan daya 8 HP. putaran 2600 rpm. Daya dari enjin ditransmisikan ke pores input kotak transmisi menggunakan sabuk dengan diameter puli I : 2. Kopling-dog sebagai pengendali roda,
berupa kopling-dog tegak (sudut gigi adalah nol derajat), clan berada pada kotak-transmisi.
Perbandingan putaran an tara enjin clan
kopling-dog adalah I:9,375. sehingga putaran
roda-gigi penggerak sebesar 277.33 rpm.
Roda-gigi penggerak menggunakan empat gigi
dan roda-gigi-geser dengan clua gigi, seperti
yang diperlihatkan pada Gambar-S berikut.
ISBN 978-979-17047-5-5
. I.
I
I
Gambar-S. Kopling-dog semula.
Perrnasalahan utama yang dihadapi oleh
kopling-dog lrasil rekayasa-balik adalah
terjadinya gaya-impak yang relatif besar, yang
menyebabkan traktor-tangan tersebut tidak
aman untuk dioperasikan. Data dari
kotak-transmisi traktor-tangan ini, adalah:
- Daya enj in8 HP dan putaran 2600 rpm.
- Putaran roda-gigi penggerak 277,33 rpm,
diameter roda-gigi penggerak 40 mm,
sehingga kecepatan roda-gigi penggerak
adalah 0,5810 m/detik.
- Untuk kondisi tidak bergerak (roda dalam
keadaan diam), maka kecepatan roda-geser adalah nol.
- Masa roda-gigi penggerak adalah 886.678
gram, masa roda-gigi geser adalah 221.050
gram.
Banyaknya gigi kopling-dog pad a roda-gigi penggerak adalah 4, gigi kopling-dog pada roda-gigi geser adalah 2, maka banyaknya
gigi yang mengal ami penyatuan adalah 2 gigi.
- Konstanta pegas material yang digunakan adalah 32 kN/cm.
Berdasarkan data di atas, dan menggunakan
persamaan (9), maka energi-impak pada tahap
penyatuan akan sebesar 2,9860 kN.cm. Proses
penyatuan ini menghasilkan gaya-impak
sebesar 9.7750 kN. Gaya-impak sebesar ini
temyata masih menyebabkan traktor-tangan
STEMAN 2014
Mengacu pada persamaan (9), variabel yang
memungkinkan untuk menurunkan
gaya-impak tersebut adalah menurunkan
energi-impaknya (dengan menurunkan masa danJatau
perbedaan kecepatannya) darVatau rnenambah
giginya.Dari hasil analisis terhadap kebutuhan
daya, geometri dari kotak-transmisinya, dan
kemudahan modifikasinya, maka perbaikan
yang dilakukan dalam penelitian ini adalah
dengan menambah gigi dari kopling-dog. Oleh karena roda-gigi penggerak kopling-dog telah
memiliki ernpat gigi, sedangkan roda-gigi
geser kopling-dog hanya menggunakan dua
gigi, maka perbaikan yang dilakukan pada
penelitian ini adalab rnenarnbah jurnlah
roda-gigi geser rnenjadi ernpat gigi. Dengan
demikian keempat gigi kopling-dog pada roda-gigi penggerak dan roda-roda-gigi geser seluruhnya
aktif dalarn tahap penyatuan. Rancangan
kopling-dog rnenjadi seperti yang
diperlihatkan pada Gambar-9 berikut.
i "-:
;
.
- .'·.1
-.~.-..-.-t---
-.'
Gambar-9. Kopling-dog hasil perbaikan.
Menggunakan data yang sarna, maka dapat
diperkirakan besarnya gaya-irnpak pada tahap penyatuan untuk kopling-dog hasil perbaikan
(empat gigi) adalah sebesar 6,9120 kN.
Rancangan perbaikan tersebut kemudian
direalisasi rnenjadi kopling-dog hasil
perbaikan. Berdasarkan pada analisis terhadap kondisi semula dan hasil perbaikan
rancang-bangun, maka perbandingan dari energi-impak
ISBN978-979-17047-5-5
dan gaya-irnpak kopling-dog
diperlihatkan pada Tabel-l berikut.
seperti
Tabel-l. Perbandingan kopling-dog
traktor-tangan Polrnan Bandung.
Roda-gigi Roda-gigi Energi- Geya- Pengcperasian
"", •• erak aeser imDak imDak di lanan ea n Sernula 4 gigi 2gigi 2,9&60 9,7750 H..:ntUlUlyang
kN.ClD kN TJriundal:anl3nuntuk dioncruibn. Hasil 4gigi 4 gigi 2.9860 6,9120 HcntakltnlidRk pebeikan leN.em kN lalalu JruaL Rcl.tiraman untuk di"""'""""'ilcan.
Hasil perbaikan rancang-bangun kopling-dog
rnenurunkan gaya-irnpak sebesar 29,30 %, dan
relatif aman untuk dioperasikan.
5. Kesimpulan
Rancang-bangun kopling-dog traktor-tangan
Polman Bandung adalah kopling-dog tegak
yang menggunakan roda-gigi penggerak empat
gigi kopling dan roda-gigi geser dua gigi
kopling. Rancang-bangun ini masih
menghasilkan gaya-irnpak yang cukup besar,
sehingga traktor-tangan tersebut tidak aman
untuk dioperasikan.
Berdasarkan pada model impak kopling-dog
tegak yang dikernbangkan, faktor yang secara
langsung akan rnernpengaruhi pada besarnya
gaya-impak adalah: masa roda-gigi, kecepatan
roda-gigi, dan banyaknya gigi. Dengan
mernpertimbangkan kebutuhan daya, geometri
dari kotak-transmisinya, dan kemudahan
perubahannya, perbaikan yang dilakukan
adalah dengan rnenambah gigi pada roda-gigi
kopling-dog. Hasil rancang-bangun ini secara
signifikan telah rnenurunkan gaya-irnpak dari
traktor-tangan sehingga relatif arnan untuk
dioperasikan.
Hal-hal yang masih memerlukan penelitian
lanjut adalah: pengukuran langsung besarnya
gaya-impak yang akan dirasakan oleh
operator, mendapatkan standar gaya-impak
minimum yang rnasih boleh dirasakan oleh
operator, serta rnelakukan penelitian
rancang-bangun jenis roda-gigi yang paling baik untuk kopling-dog traktor-tangan.
STEMAN 2014
lJcapan terima kasih
Terima kasih karni sampaikan kepada TESDC
Polman Bandung, khususnya Sdr. Maman
Suherman clan Sdr. Ari Permana atas
bantuannya sehingga penelitian ini dapat
berjalan dengan lancar.
Daftar Pustaka
[I] Andersson, M. & Goetz. K., 20I0, FE analysis of a dog clutch for trucks with
all-whee l-drive. Master Thesis, School of
Engineering, Linnaeus University.
[2] Benson, B., 20J I, Design and analysis of
a rapid kinetic energy transmission
mechanism, Master Thesis. Worcester Polytechnic Institute.
[3J Rob. G.. Marialigeti. L Lovas. L
Trencseni, 8.. 20IO. Face dog clutch
engagement at low mismatch speed,
Periodica Polvtechnica. Transportation
Engineering, 3XiI. pp. 29--35.
[4] Mehari, A.. Eriksson. F. & Joseph. L.K..
2013. Parametric study of a dog clutch
used in a transfer case for trucks. Moster Thesis, School of Engineering. Linnaeus University.
[5] Stelzeneder, F.X. & Aitzetmuller, H..
2000; A new drive-train management.
Seolll 2()()(J FfSITA World Automotive
Congress, June 12-15, Seoul. Korea.
[6] Nyagolov, D.N., Abbas, 8. & Genovski,
F.P.. 20 IO. Simulation or the geometry
influence on curvic coupled engagement.
Master Thesis. School of Engineering.
Linnaeus University.
