BAB III
ANALISA DAN PERHITUNGAN
REM TROMOL
3.1 Definisi Rem
Rem adalah elemen mesin untuk memperlambat atau menghentikan putaran poros, dan juga mencegah putaran yang tidak dikehendaki. Efek pengereman secara mekanis diperoleh dengan gesekan. Rem gesekan berdasarkan bentuk, dan penempatan bahan gesek terhadap bidang geseknya dapat diklarifikasikan sebagai berikut:
a. Rem blok, yang dapat dibagi lagi atas rem blok tunggal, dan ganda. b. Rem drum atau tromol, biasa digunakan pada roda belakang otomotif. c. Rem cakram, sering digunakan pada roda depan otomotif.
d. Rem pita, digunakan pada alat Derek.
3.2 Rem Tromol
Salah satu jenis rem yang banyak digunakan dalam Teknik kendaraan adalah tipe internal expanding brake atau yang lebih dikenal dengan istilah drum brakes (rem tromol). Rem ini memakai sepasang semi circulator shoc (sepatu) dan biasanya memakai sistem hidrolik. Rem jenis ini dapat menghasilkan gaya pengereman yang besar, dimensi rem yang kecil, dan umur sepatu yang relatif lama. Kelemahan jenis rem ini adalah pelepasan panas ke lingkungan kurang baik.
Bahan rem harus memenuhi persyaratan keamanan, ketahanan dan dapat mengerem dengan halus. Di samping itu juga harus mempunyai koefisien gesek yang tinggi, keausan yang kecil, kuat, tidak melukai permukaan drum, dan dapat menyerap getaran. Karakteristik gesekan dari beberapa macam bahan gesek diperlihatkan pada gambar berikut ini.
1. Damar cetak A (µ tinggi) 2. Setengah logam (µ sedang) 3. Logam (µ rendah)
4. Tenunan tekstil khusus 5. Damar cetak B (µ rendah) 6. Karet cetak
7. Rol
Temperatur permukaan gesek (°C)
Gambar 3.2 Karakteristik bahan gesek terhadap temperature
Tekanan yang diizinkan Pa (kg/mm2) untuk bahan-bahan yang
bersangkutan diperlihatkan dalam table berikut ini.
Tabel 3.1 Koefisien gesek dan tekanan rem
Bahan Cakram Bahan Gesek Koefisien Gesek µ Tekanan Permukaan Pa (kg/mm2) Keterangan Besi cor Besi cor Besi cor Besi cor Perunggu Kayu Tenunan Cetakan (pasta) Paduan sinter 0.10 – 0.20 0.08 – 0.12 0.10 – 0.20 0.10 – 0.35 0.35 – 0.60 0.30 – 0.60 0.20 – 0.50 0.09 – 0.17 0.05 – 0.08 0.02 – 0.03 0.007 – 0.07 0.003 – 0.18 0.003 – 0.10 Kering Dilumasi Kering – Dilumasi Dilumasi Kapas, asbes Damar, asbes, setengah logam Logam
Catatan: Jika kecepatan slip dan gaya tekan bertambah, maka µ berkurang
Dalam perencanaan rem, persyaratan terpenting yang harus diperhatikan adalah besarnya momen pengereman yang harus sesuai dengan yang diperlukan. Di samping itu, besarnya energi yang diubah menjadi panas harus pula
diperhatikan, terutama berhubungan dengan bahan gesek yang dipakai. Pemanasan yang berlebihan bukan hanya akan merusak lapisan bahan gesek, tetapi juga akan menurunkan koefisien gesekan.
Jika gaya rem persatuan luas adalah p (kg/mm2) dan kecepatan keliling
drum rem adalah v (m/s), maka kerja gesekan persatuan luas permukaan gesek persatuan waktu, dapat dinyatakan dengan µpv (kg.m/mm2.s). Besaran ini disebut
kapasitas pengereman. Bila suatu permukaan rem terus-menerus bekerja, jumlah panas yang timbul pada setiap 1mm2 permukaan gesek tiap detik adalah
sebanding dengan µpv. Dalam satuan panas besaran tersebut dapat ditulis sebagai µpv/860 (Kcal/(mm2.s)). Bila harga µpv pada suatu rem lebih kecil dari pada
harga batasnya. Maka pemancaran panas akan berlangsung dengan mudah, dan sebaliknya akan terjadi bila harga tersebut melebihi batas, yang dapat merusak permukaan lapisan gesek.
Harga batas yang tepat dari µpc tergantung pada macam dan konstruksi rem serta bahan lapisannya. Namun demikian, pada umumnya kondisi kerja juga mempunyai pengaruh sebagai berikut:
Tabel 3.2 Batas harga µpv pada pengaruh kondisi kerja
Batas Harga µpv Kg.m / (mm2.s)
Pengaruh Kondisi Kerja
0.1 < x ≤ 0.3 Radiasi panas sangat baik
0.06 < x ≤ 0.1 Untuk pemakaian jarang dengan pendinginan radiasi biasa ≤ 0.06 Untuk pemakaian terus-menerus
Drum biasanya dibuat dari besi cor atau baja cor. Blok rem merupakan bagian yang penting. Dahulu biasanya dipakai besi cor, baja, perunggu, kuningan, tenunan, asbes, pasta asbes, serat, kulit, untuk bahan gesek, tetapi akhir-akhir ini banyak dikembangkan bahan gesek dari ferodo.
3.3 Gambar Rem Tromol dan Bagiannya
Gambar perencanaan rem tromol (Drum Brakes) dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Keterangan gambar.
1. Piston penekan 10. Bantalan 2
2. Bidang gesek (pad) 11. Karet rem
3. Penutup drum 12. Karet piston
4. Drum 13. Pen pegas
5. Silinder blok 14. Pegas penarik
6. Hub 15. Baut
7. Poros 16. Mur pengunci
8. Sepatu rem 17. Penjepit sepatu
9. Bantalan 1
3.4 Cara Kerja Rem Tromol
Prinsip kerja rem tromol dengan sistem hidrolik cukup sederhana. Drum berputar bersama dengan roda sedangkan sepatu dipasang pada axle housing sehingga sepatu tidak ikut berputar. Ketika pengemudi menginjak pedal rem, maka akan terjadi tekanan hidrolik pada master silinder yang kemudian diteruskan pada wheel cylinder. Wheel cylinder ini akan menekan sepatu rem sehingga sepatu rem akan bergesekan dengan permukaan dalam drum. Gaya gesek yang akan terjadi antara sepatu rem dan permukaan dalam silinder akan mengurangi kecepatan putaran poros. Akibat laju kendaraan akan berkurang. Kemudian untuk mengembalikan posisi sepatu rem ke kedudukannya semula sewaktu rem dilepas biasa digunakan sistem pegas.
3.5 Data-Data Teknis
Gambar 3.4 Pembebanan saat pengereman
Untuk perhitungan di bawah ini saya menggunakan data-data teknis dari mobil TOYOTA KIJANG jenis minibus model deluxe SSX
Wk Berat kosong kendaraan = 1220 kg
Wp Berat penumpang dengan asumsi untuk kapasitas 5 orang dengan berat
rata-rata 60 kg = 300 kg
Wt Berat total kendaraan = Wk + Wp = 1520 kg
Wb Beban pada gandar belakang = 0.6 x Wt = 912 kg
L Jarak gandar = 2300 mm H Tinggi kendaraan = 1790 mm
h Tinggi titik berat = H / 3 = 1790 / 3 = 596,67 mm pwd Tekanan minyak roda depan = 80 kg/cm2= 0,8 kg/mm2
pwb Tekanan minyak roda belakang = 58 kg/cm2= 0,58 kg/mm2
3.6 Perhitungan Rem Tromol Direncanakan:
S Jarak pengereman = 100 m, pada
V Kecepatan rata-rata = 120 km/jam atau 33,33 m/s Perhitungan pengereman:
µ Besar koefisien gesek ban dan jalan = Sg v 2 2 = 81 , 9 ). 100 .( 2 33 , 33 2 = 0,57 α Perlambatan = µ g = (0,57).9,81 = 5,59 m/s2 te Waktu pengereman = α v = 59 , 5 33 , 33 = 5,96 detik = 6 detik Ek Energi kinetik kendaraan =
g Wt 2 .
v
2 = .(
33,33)
86062,8 ) 81 . 9 .( 2 1520 2 = kgm Beban dinamis:WdD Beban dinamis pada roda depan = Wd +Wt x µ x
l h
= 608 + 1520 x 0,57 x 2300 67 , 596 = 832,76 kg
WdB Beban dinamis pada roda belakang = Wb −Wt x µ x
l h = 912 - 1520 x 0.57 x 2300 67 , 596 = 687,24 kg
Gaya pengereman yang diperlukan untukmenghentikan kendaraan: BiD Pada gandar depan = µ . WdD
= 0,57.(832,76) = 474,67 kg BiB Pada gandar belakang = µ . WdB
= 0,57.(687,24) = 391,73 kg
Untuk bahan gesek berupa cetakan FERODO dengan baja cor harga koefisien geseknya, µd = 0.,46 pada tekanan permukaan yang diizinkan, pa = 10
kg/cm2
3.6.1 Pehitungan luas bidang gesek Direncanakan:
R1 Jari-jari luas bidang gesek = 100 mm R2 Jari-jari dalam bidang gesek = 97 mm
θ Besar sudut kontak bidang gesek = 90°
Z Banyak kerja rem per jam = 80 kali / jam L Waktu pemakaian rem = 600 jam Ak Kerja untuk menghabiskan bahan
Gesek persatuan volume = 75 dk / cm3
Diketahui:
Nmax Daya maksimum = 75 PS
Maka:
Rm Jari-jari rata-rata pad =
2 2 1 R R + = 2 97 100+ = 98,5 mm Mp Momen puntir = 71620 . n Nmax = 71620 . 5000 75 = 1074,3 kg cm = 10743 kg mm Mg Momen geser = (1,5 – 2) . Mp = 1,5 . 10743 = 16114,5 kg mm W = 60 2πn = 60 5000 . 2π = 523,6 rad/det Ag Kerja yang hilang =
2 . . e g wt M = 25312,66 2 6 ). 6 , 523 .( 1145 , 16 = kgm
Ng Daya kerja yang hilang =
3600 × × k g A Z A = 3,75 3600 150 80 66 , 25312 = x x dk Fk tot Luas total bidang gesek =
α . . k g A L N = 60 25 , 0 150 600 75 , 3 = x x cm2= 6000 mm2
P Panjang bidang gesek =
° 360 θ x 2π.Rm ° ° 360 90 x 2π98,5 = 154,72 mm
F1/2 Luas satu bidang gesek = 2 1 xFktot = 2 1 x 60 = 30 cm2 = 3000 mm2
B Lebar bidang gesek = P F1/2 = 19,4 72 , 154 3000 = mm
3.6.2 Perhitungan diameter piston penekan
F Gaya yang timbul pada bidang gesek = pa . Ar = 0,1 . (6000) = 600 kg
Ac Luas penampang piston penekan = 1034,48
58 , 0 600 = = wb P F mm2
Dc Diameter piston penekan =
π c A . 4 = π 48 , 1034 . 4 = 36,29 mm
BdB Kemampuan pengereman pada gandar belakang
= 2.
(
2µd)
.Pwb.Ac. ban m R R = 2.(2 x 0,46).0,58 x 1034,48 x 5 , 217 5 , 98 = 499,97 kg3.6.3 Perancangan poros
Gambar 3.5 Letak bantalan dan pembebanan pada poros
Keterangan gambar:
LA = 25 mm L1 = 30 mm
LB = 12,5 L = 70 mm
Gaya-gaya yang bekerja pada poros:
Psb Beban pada poros roda belakang = 343,62
2 24 , 687 2 = = db W kg Pra Gaya radial pada bantalan A =
B A B sb L L L P + . = 114,54 5 , 12 25 5 , 12 . 62 , 343 = + kg
PrB Gaya radial pada bantalan B = Psb – Pra = 343,62 – 114,54 = 229,08 kg
MID Momen lentur pada poros roda belakang = Pra.L1 + Prb.L
= 114,54.(30) + 229,08.(70) = 19471,8 kgmm
Bahan poros ditentukan BD 60 yang memiliki kekuatan tarik,
σ
= 60 kg/mm2 dan faktor keamanan, Sf = 8bol
σ kekuatan tarik yang diperbolehkan = 7,5 8 60 = = Sf σ kg/mm2 Ds Diameter poros = 29,6 5 , 7 8 , 19471 . 10 . 10 3 3 = = bol id M σ mm
Maka diambil poros dengan diameter 30 mm
3.6.4 Perancangan bantalan Direncanakan:
Lh Umur dari bantalan = 25.000 jam
n Jumlah putaran per menit = 1463,5
. 2175 , 0 2 ) / ( 2000 . = π = π x menit m D v ban rpm = 1500 rpm fn Faktor putaran = 3 1 3 , 33 n 0,28 1500 3 , 33 3 1 = = fh Faktor umur = 3 1 500 Lh 3,68 500 25000 3 1 = = Faktor lainnya: X = 1 Y = 0 V = 1
Gambar 3.6 Bentuk FAG Tapered Roller Bearings
3.6.4.1 Untuk bantalan A
PA Beban yang bekerja pada bantalan A = X.V.Pra + Y.PaA
= (1).(1).114,54 + (0).PaA = 114,54 kg C Beban dinamis = 1505,38 28 , 0 68 , 3 54 , 114 = = n h f f P kg
Untuk ukuran poros dengan diameter 40 mm, maka bantalan yang akan digunakan adalah tipe FAG 32008XA, dengan
C Kapasitas beban dinamis = 45,5 kN = 45500 N = 4642,86 kg Co Kapasitas beban statis = 39,0 kN = 39000 N = 3979,60 kg
3.6.4.2 Untuk bantalan B
PB Beban yang bekerja pada bantalan B = (1).(1).229,08 + (0).PaB
= 229,08 kg C Beban dinamis = 3010,76 28 , 0 68 , 3 . 08 , 229 = kg
Untuk ukuran poros dengan diameter 35 mm, maka bantalan yang akan digunakan adalah tipe FAG 30207A, dengan
C Kapasitas beban dinamis = 45,5 kN = 45500 N = 4642,86 kg Co Kapasitas beban statis = 34,0 kN = 34000 N = 3469,39 kg
3.6.5 Perancangan baut
Untuk perancangan baut ini dipilih bahan BD 60 yang memiliki
σ Kekuatan tarik = 60 kg/mm2 Sf Faktor keamanan = 7
bol
σ Kekuatan tarik yang diperbolehkan = 8,57 7 60 = = Sf σ kg/mm2 bol
τ Tegangan geser yang diperbolehkan = 4,95 3 57 , 8 3 = = bol σ kg/mm2
Gambar 3.7 Jenis-jenis kerusakan pada baut
3.6.5.1 Perancangan baut penutup lubang buang udara Pw Gaya tekan minyak = 58 kg/cm2
P Gaya yang ditahan oleh baut = 1,6 kg/mm2 Dk Diameter baut = bol P σ π. . 4 0,4 ) 95 , 4 .( ) 6 , 1 .( 4 = = π mm
3.6.5.2 Perancangan baut pengikat ban Diketahui:
T Momen puntir mesin 16,5 kgm pada putaran 2400 rpm I5 Perbandingan gigi mundur = 4,743
IF Perbandingan gigi akhir = 1 : 4,1
n Jumlah baut = 4 buah
D Diameter peletakan baut = 120 mm Maka:
Tg Momen puntir maksimal pada gigi mundur =
F I I T× 5 = 19,09 1 , 4 743 , 4 5 , 16 × = kgm Tb Momen puntir pada saat pengereman = F(2.µd).Rm
= 700(2 x 0,46) (98,5) = 63434 kgmm
P Gaya pada baut = nD Tb 2 264,31 ) 120 .( 4 ) 63434 .( 2 = = kg
Dp Diameter inti baut =
bol P τ π. . 4 8,25 ) 95 , 4 .( ) 31 , 264 .( 4 = = π mm
Maka diambil baut M 9
3.6.5.3 Perancangan baut pengikat hub dengan drum Diketahui:
n jumlah baut 4 buah
Maka:
P Gaya pada baut = 243,97
) 130 .( 4 ) 63434 .( 2 2 = = nD Tb kg
Dp Diameter inti baut = 7,92
) 95 , 4 .( ) 97 , 243 .( 4 . . 4 = = π τ π bol P mm Maka diambil baut M 10
