BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN DESAIN RANGKA DAN BODY. Perhitungan Kekuatan Rangka. Menghitung Element Mesin Baut.

47 BAB III

PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN DESAIN RANGKA DAN BODY

3.1 Diagram Alir Proses Perancangan

Data proses perancangan kendaraan hemat bahan bakar seperti terlihat pada diagram alir berikut ini :

Gambar. 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perhitungan Mulai

Selesai

Menghitung Element Mesin Baut

Menghitung Poros

Perhitungan Pegas Menghitung Bantalan

Perhitungan Gaya Hambat Kendaraan

Kesimpulan Gambar Teknik

Perhitungan Kekuatan Rangka

Perhitungan Kendaraan Berdasarkan Kapasitas Gesek

48 3.2 Data dan Spesifikasi Kendaraan

Gambar 3.2 Kendaraan Hemat Bahan Bakar

Perencanaan kendaraan ini menggunakan mesin 4 langkah yang telah dimodifikasi. Spesifikasi rangka kendaraan yang rencana akan dibuat :

a. Panjang = 200 cm b. Lebar = 80 cm c. Tinggi = 110 cm d. Jarak sumbu = 142 cm

3.3 Penghitungan Rangka

Perancangan rangka ini dirancang seringkas mungkin untuk mengurangi beban yang berlebih pada rangka, tapi dalam perancangan tetap memperhitungkan segala aspek yang diperlukan dalam perancangan. Selain itu dalam pembuatan kendaraan ini juga mempertimbangkan proses perawatan yang sangat penting untuk suatu kendaraan.

49 Dengan alternatif rangka yang ada, alternatif desain dengan model rangka H merupakan alternatif yang terbaik untuk acuan pembuatan kendaraan hemat bahan bakar. Karena untuk pembuatnnya lebih mudah dan tidak terlalu banyak penyambungan. Dan satu rangka ini menjadi satu rangka utama yang akan menompang mesin dan pengemudi.

Gambar 3.3 Rencana Rangka

Yang dimaksud rangka utama adalah bagian rangka yang memiliki kelurusan dari depan sampai belakang atau tidak terdapat sambungan sehingga akan didapat rangka yang lebih kuat.

Rancangan dibuat seperti gambar, dalam perkembangannya rangka dibuat lebih rumit jika analisis kekuatan terbukti kuat maka rancangan riil bisa lebih kuat. Tinjauan yang sesuai keadaan riil sulit dilakukan secara manual dan perlu perangkat lunak.

50 Gambar 3.4 Diagram pembebanan

Keterangan gambar:

A, B = Titik tumpu beban kendaraan a, b dan c = Titik tumpu penampang Wm = Beban mesin

W1 = Beban orang di penampang 1 W2 = Beban orang di penampang 2

Pada analisis rangka kendaraan ini, data dari rangka dan beban statis utamanya adalah:

1. mesin 2. pengemudi 3. chassis

Karena beban masing-masing diatas penempatannya simetris sama, maka secara riil tiap-tiap roda baik samping kanan maupun kiri mendapat pembebanan yang sama pula.

51 3.3.1. distribusi beban statis pada frame chassis kendaraan

1. Distribusi beban statis

1) Beban mesin didistribusikan ke sisi kanan dan sisi kiri rangka, dengan data sebagai berikut:

Wm = 35 kg 1 2 l l _{= 17 cm} Wm A1 l ₁ C l A2 2 ΣMA1 = 0 Wm. l1- A2. (l1+l ) = 0 2 35.17 – A2.34 = 0 A2 = 34 595 A2 = 17,5 kg ΣMB = 0 A1 = A2 = 17,5 kg MC = 13,5.17 = 297,5 kg.cm

52 2) Beban pengemudi didistribusikan ke kanan dan ke kiri

a) Penampang 2

Beban di penampang 2 adalah beban pengemudi sebesar 56 kg, karena beban ini diterima 2 penampang maka beban dibagi 2, jadi beban yang digunakan untuk mengkalkulasi beban dipenampang 2 adalah W2 = 56 kg:2 =28 kg 13 2 1 l  l cm W2 B1 l 1 C l B2 2 ΣMA = 0 W2. l - B2. (1 l1₊l ) = 0 2 28.13 – B2.26 = 0 B2 = 26 364 B2 = 14 kg 1. B1= B2 = 14 kg MC = 14.13 = 182 kg.cm

53 b) Penampang 1

Beban yang digunakan adalah beban dari penumpang yang duduk telentang, jadi beban yang didapat adalah beban kaki pengemudi. W1 = 13 kg 5 , 11 2 1 l  l cm W1 BR1 l1 C l2 BR2 ΣMA = 0 W2. l - BR2. (1 l1₊l ) = 0 2 13.11,5 – BR2.23 = 0 BR2 = 23 149 BR2 = 6,5 kg BR1 = BR2 = 6,5 kg MC = 6,5.11,5 = 74,75 kg.cm

3) Perhitungan reaksi tumpuan rangka utama pada sumbu roda depan dan belakang

54 Dari beban yang dihitung diatas, maka dapat digunakan sebagai perhitungan. Beban yang diterima pada sumbu roda depan dan belakang digambarkan dan dapat dihitung dengan data sebagai berikut:

A1 = 17,5 kg l = 45 cm 1 B1 = 14 kg l2= 14 cm BR1= 6,5 kg l3= 73 cm 4 l = 10 cm A1 B1 BR1 A l 1 C l D 2 l3 E l B 4 ΣMA = 0 A1. l + B1.( 1 l +1 l ) + BR1.(2 l +1 l + 2 l3) – B. (l +1 l + 2 l3) = 0 17,5. 45 + 14.59 + 6,5.132 – B.142 = 0 787,5 + 826+858 – B.142 = 0 B = 17,405kg 142 5 , 2471_ ΣMB = 0 A – A1.( l2+l3+l4) + B1.( l3+l4) + BR1. l4= 0 A – 17,5.97 – 14.83 – 6.5.10 = 0 A.142 – 1697,5 – 1162 – 65 = 0 A = 20,595 142 5 , 2924  _kg MC = A. l 1 = 20,595.45 = 926,775 kg.cm

55 MD = A. (l +1 l ) – A1. 2 l 2

= 20,595.59 – 17,5.14 = 970,105kg.cm ME = A. (l +1 l + 2 l3) – A1. (l + 2 l3) – B1. l3

= 20,595.132 – 17,5.87 – 14.73 = 174,04kg.cm

Gambar 3.5 SFD dan BMD beban rangka yang terjadi

3.3.2. Ditinjau dari tegangan geser

Bahan rangka alumunium paduan 1100 tegangan tarik 90-170MPa = 9,17kg/mm2 Angka keamanan : 8, 1,146 / 2 8 17 , 9 mm kg 

Tegangan geser ijin bahan g 0,8.ijin 0,8.1,1460,92kg/mm2 Moment inersia bahan alumunium rangka

56

Gambar 3.6 Bentuk bahan rangka

Luas bahan rangka :

2 23 , 131 67 , 68 . 67 , 28 70 . 30 mm A A    Moment inersia :

Gambar 3.7 Menghitung moment inersia Maka moment inersianya adalah:







4 2 3 2 3 2 2 550 , 83844 0 . 67 , 68 . 67 , 28 12 67 , 68 . 67 , 28 0 . 70 . 30 12 70 . 30 . . mm I I y A I y A I I x x B B B A A A x                          x

I

A

B

57 Dimana:

x

I _{= Moment inersia}

A

I = Moment inersia bangun A

B

I _{= Momnet inersia bangun B} A

y = Titik berat A

B

y _{= Titik berat B}

Perhitungan tegangan yang terjadi pada rangka utama, maka yang mampu diterima oleh rangka adalah :

ijin mm kg A F        2 / 106 , 0 23 , 131 14 max Dimana:  = Tegangan (kg/mm2) Fmax = Gaya normal (kg) A = Luas (mm2)

Ditinjau dari tegangan bengkok yang terjadi pada rangka utama

2 max 9701,05 83844,55 0,115 / x ijin M I kgmm







   

58 3.3.3. Analisa titik berat

Gambar 3.8 Titik berat kendaraan

Data-data yang didapat:

Beban kendaraan kosong = 52 kg Beban pengemudi = 70 kg

Beban total = 122 kg Massa gandar depan = 16,5 kg Massa gandar belakang = 35 kg

Gambar 3.9 Analisa titik berat dari samping 

59 Dimana:

TB = Titik berat

H = Tinggi titik berat

Lf = Jarak titik berat dari poros depan Lr = Jarak titik berat dari poros belakng L = Jarak sumbu roda

Wr = Beban di roda belakang Wf = Beban di roda depan

Dari data tersebut didapatkan jarak titik berat dari poros roda depan Lf = m L mr. = 122 1420 . 35 = 407,47 mm

Jarak titik berat dari poros roda belakang

Lr = m L m_f. = = 192,05 mm

Tinggi titik berat H = r+hf 122 1420 . 5 , 16

60 Dimana, hf =  tan . . . m L m L m_f  _r sin = r/L= 0,3/1,42  =0,21, Sehingga, hf =  tan . . . m L m L m_f  _r = 21 , 0 tan . 122 19 , 0 . 122 42 , 1 . 5 , 16  = 0,05 45 , 0 25 , 0 _ m H = r + hf = 0,3+0,05= 0,35 m

3.4 Penghitungan Sambungan Rangka 3.4.1 Sambungan untuk penampang mesin

Beban mesin dan chassis = 35 kg

Beban di titik A = 17,5 kg = 171,675 N Spesifikasi baut :

Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C Tegangan tarik ijin



a6kg/mm2

61 2 2 / 3 6 . 5 , 0 / 6kg mm _a kg mm a     

Model penyambungan adalah baut yang dibebani sejajar dan tegak lurus sumbu baut.

Gambar 3.10 Sambungan baut (Sitanggang, N)

Pada rangka nyatanya penyambungan akan dilakukan seperti gambar dibawah

62 Gambar 3.11 Pembebanan sambungan

Penyambungan dengan menggunakan plat profil L ukuran 25 x 25 x 3 yang memiliki tegangan tarik (terlampir) untuk menyambungkan penampang dengan rangka utamanya..

Gambar 3.12 Plat L penyambung

Dengan penyambungan seperti itu maka baut mengalami gaya resultan, maka:

63 Gambar 3.13 Gaya resultan baut

karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang diterima tiap bagian sambungan:

N P_A 837 , 85 2 6755 , 171 2 

Dan untuk gaya gesernya adalah

N P P P s s 918 , 42 2 837 , 85 2   

Torsi yang terjadi di tiap baut sebesar:

mm

N

T

P

T

.

944

,

2145

25

.

837

,

85

25

.







Gaya (F ) yang terjadi terhadap baut: 1

Lebar plat 25 mm, karena sumbu baut berada tepat ditengah plat penyambung, maka 25 : 2 = 12,5 mm N F F F F T 837 , 85 5 , 312 297 , 26824 5 , 12 . 5 , 312 944 , 2145 ) 5 , 12 5 , 12 .( 5 , 12 1 1 1 2 2 1      s

P

64 N F F F F 837 , 85 1 . 837 , 85 5 , 12 5 , 12 . 2 2 1 2   

Gaya resultan yang terjadi:

N F F F P F R R s R 969 , 95 837 , 85 918 , 42 2 2 2 1 2      Diameter baut mm d d F d d F R R 38 , 6 75 , 40 3 . 14 , 3 4 . 969 , 95 . 4 . . . 4 2 2 2         

Dengan demikian baut yang akan digunakan adalah M8 dengan spesifikasi baut sebagai berikut:

d = 8 mm d = 6,647 mm 1

2

d = 7,188 mm P = 1,25 mm

1

H = 0,677 mm

65 Gaya total = 171,675 + 17,1675 = 188,325 N

Faktor keamanan = 1,2

Maka W adalah = 188,325.1,2 = 225,99 N

Jumlah baut (n) untuk mengikat di rangka utama pada penampang mesin adalah 8 baut, maka beban yang diterima baut (Ws):

N W n W W s total s 25 , 28 8 99 , 225   

Maka jumlah ulir ( z ) adalah:

mm z q H d Ws z a 62 , 0 3 . 677 , 0 . 188 , 7 . 14 , 3 25 , 28 . .2 1   



Tinggi mur: H = z.p = 0,62.1,25 = 0,775 mm Ukuran standar H = 0,8.p H = 0,8.1,25 = 1 mm

66 Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84

2 1

/

08

,

2

62

,

0

.

25

,

1

.

84

,

0

.

647

,

6

.

14

,

3

25

,

28

.

.

.

.

mm

N

z

p

k

d

Ws

b b













Pembebanan tegangan geser aksial murni

2 2 2 1 / 82 , 0 647 , 6 . 4 14 , 3 25 , 28 . 4 mm N d Ws t t               







3.4.2 Sambungan untuk penampang pengemudi Beban pengemudi total = 70 kg Beban diterima 2 penampang, 56:2 = 28 kg Maka W adalah:

= m. fc

= 28.1,2 = 33,6 kg Beban di titik A = 14 kg137,34 N

Spesifikasi baut :

Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C Tegangan tarik ijin



a6kg/mm2

67 Tegangan geser ijin



a(0,50,75).



a

2 2 / 3 6 . 5 , 0 / 6kg mm _a kg mm a     

Sambungan yang digunakan untuk menyabung bagian ini berbeda dengan sambungan sebelumnya. Sambungan ini model sambungan baut dengan 1 irisan (tegangan geser tegak lurus dengan sumbu baut).

Gambar 3.14 Pembebanan sambungan (Sitanggang, N)

Diameter inti baut

d = _ . . 4 m = 3 . 14 , 3 6 , 33 . 4 = 4,22 mm

Untuk keamanan dipilih baut dengan diameter lebih besar, yaitu baut M6.

d = 6 mm d = 4,917 mm 1

2

d = 5,350 mm P = 1 mm

1

68 Karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang diterima tiap bagian sambungan:

N PA 67 , 68 2 34 , 137 2 

Gaya akibat pengencangan f = 10%.68,67 N = 6,867 N

Gaya total = 68,67 + 6,867 = 75,537 N

Jumlah baut ( n ) 5, maka beban yang akan diterima baut adalah

s W ₌ n Wtotal = 15,107N 5 537 , 75 _

Maka jumlah ulir ( z ) adalah:

mm z q H d Ws z a 55 , 0 3 . 541 , 0 . 350 , 5 . 14 , 3 107 , 15 . . 2 1     Tinggi mur: H = z.p = 0,55.1 = 0,55 mm

69 Menurut standar:

H = 0,8.p H = 0,8.1 = 0,8

Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84

2 1 / 12 , 2 55 , 0 . 1 . 84 , 0 . 917 , 4 . 14 , 3 107 , 15 . . . . mm N z p k d Ws b b   







Pembebanan tegangan geser aksial murni

2 2 2 1 / 7959 , 0 917 , 4 . 4 14 , 3 107 , 15 . 4 mm N d Ws t t               







3.5 Perencanaan dan Perhitungan Poros

Poros adalah bagian dari elemen mesin yang sangat penting. Bukan hanya dalam permesinan produksi saja, pada kendaraan pun poros sangat dibutuhkan untuk mendistribusikan tenaga ke roda supaya kendaraan dapat berjalan sesuai harapan.

Dalam perancangan kendaraan ini terdapat dua poros yang perlu direncanakan, yaitu:

70 3.5.1 Perencanaan poros utama ( poros belakang )

Gambar 3.15 Desain poros belakang

Perhitungan poros belakang jika dengan melihat dari pembebanan dan kecepatan asumsi.

Massa yang akan diterima poros belakang 35 kg. F = massa . grafitasi F = 35 kg x 9,81 = 343,35 N Maka W adalah: cm N W l f W / 734 , 13 25 35 , 343   

Berikut gambar dari gaya yang bekerja terhadap poros belakang kendaraan W

71 ΣMA = 0 ) .( ) 2 .( . 1 1 2 3 2 2 l RBl l l l l W  _{= 0} ) 24 25 24 .( ) 24 2 25 .( 25 . 74 , 13 RB_{= 0} 73 5 , 36 . 25 . 734 , 13 RB _{= 0} RB = 171,675N 73 275 , 12532_ ΣMA = 0 RA = RB = 171,675 N MA = 0 MB = 0 MC = RA.24 = 171,675.24 = 4120,2 N.cm MD = RA.49 - W.25.12,5 =171,675.49-13,734.25.12,5 =4120,2 N.cm

Momentnya sama besar, karena beban terdistribusi secara merata ditengah-tengah poros, besarnya moment yaitu: 4120,2N.cm

Spesifikasi bahan poros:

Bahan = ST 60

72 Massa jenis () = 7,89.103kg/m3

Faktor keamanan (Sf1) = 6 Faktor keamanan (Sf2) = 1,3

Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

τ = 3 2 1 / 6 , 7 3 , 1 . 6 60 ) . (SfSf kgmm



Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/mm3

= 18,639 N/mm3 Kecepatan (V) = 50 km/jam = 833,35 m/menit Massa: a) Mesin = 35 kg b) Pengemudi = 70 kg c) Chassis = 17 kg Massa total = 122 kg W = 122.9,81 = 1196,82 N

Maka daya yang dihasilkan adalah: W.V = 1196,82.833,35

= 16622,833Nm_s

73 Maka torsi yang terjadi adalah:

T = W.r

= 1196,82 . 0,3 = 359,046 N.m

Maka putaran yang dihasilkan jika kendaraan melaju dengan kecepatan 50km/jam ( 833,35 cm/menit ) adalah:

Jika n = kecepatan putar dalam rpm, maka kecepatan sudut dari roda adalah: = V r = 833, 35 0, 3 = 2777,83 rad/min

Karena perbandingan roda giginya adalah 32 : 14 = 2,28 : 1, maka kecepatan sudut roda tersebut adalah:

 _{= 2777,83 . 2.28 = 6333,45 rad/menit}

Dan putaran dalam rpm :

n = 2.   = 6333,45 2.3,14 = 1008,52 rpm

74 Moment puntir ekuivalen

Te 2 2

T M



Perhitungan diameter poros yang diijinkan :

d =3 . . 16   Te =316.361400 3,14.18,64 =35782400 58,526 =398800,53 = 46,23 mm

3.5.2 Perencanaan poros depan ( gandar )

3.16 Perencanaan gandar 2 2 41,202 359,05 361,40.Nm   

75 Data gandar:

Pengemudi di penampang2 = 13 kg

Pegas daun = 3,5 kg

Maka totalnya = 16,5 kg Karena diterima 2 gandar maka

16,5 : 2 = 8,25 kg Panjang = 160 mm Bahan = ST 60 Tegangan tarik ( σ ) = 60 kg/cm3 Massa jenis = 7,89.103kg/m3 Faktor keamanan (Sf1) = 6 Faktor keamanan (Sf2) = 1,3

Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

σ = 1 2 60 7,6 ( . ) 6SfSf .1,3



_{ } kg/mm3

Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/mm3

= 18,639 N.mm3

Maka moment yang terjadi pada poros adalah M = W.L

76 = 8,25.160

=1320 kg.mm

Maka diameternya adalah

M = . . 3 32b d  1320 = 0,098.7,6. d3 3 d = 1320:0,7448 d = 12 mm

3.6 Perencanaan dan Perhitungan Bantalan Poros

3.6.1 Perencanaan bantalan poros utama ( poros belakang ) Diameter poros = 45 mm

Nomor seri bantalan = 6009 Diameter dalam ( d ) = 45 mm Diameter luar ( D ) = 75 mm Lebar bantalan ( B ) = 16 mm Radius bantalan ( r ) = 1,5 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C ) = 1640 kg Kapasitas nominal statis spesifik ( Co ) = 1320 kg Putaran (n) = 1008,52 rpm

Bantalan pada poros utama : Bantalan pada titik A (RA) =

77 RA = 132,435N = 17,5 kg 01325 , 0 1320 5 , 17_  Co RA

(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan) V = 1,2 X = 0,56 Y = 2,30 Beban ekuivalen Pr = X.V.Fr + Y.Fa Pr = 0,56.1,2.17,5 + 2,30.0 Pr = 11,76 kg

Perhitungan umur bantalan Faktor keamanan: 3 1 3 . 33        n f_n 42 , 0 0041625 , 0 1008,52 3 . 33 13          n n f f Faktor umur: 9 , 12 76 , 11 1640 . 42 , 0 .    h n h f P C f f

78 Umur nominal bantalan:

Ln = 3 500.fh Ln = 500.12,9 3 = 1073344,5 jam Umur bantalan L = 6 10 p a C x P       L = 3 6 1640 .10 11, 76       = 2712124,23. 106

Umur bantalan menrut sularso Lh = 60. L N = 6 2712124, 23.10 60.1008,52 = 44820202,39 jam

Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % : Ln = a1 . a2 . a3 . Lh

= (0,21) . 1 . 1 (44820202,39) = 9412242,5 jam

79 3.6.2 Perencanaan bantalan poros depan (gandar)

Diameter poros = 12 mm Nomor seri bantalan = 6001 Diameter dalam ( d ) = 12 mm Diameter luar ( D ) = 28 mm Lebar bantalan ( B ) = 8 mm Radius bantalan ( r ) = 0,5 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C ) = 400 kg Kapasitas nominal statis spesifik ( Co ) = 229 kg Bantalan pada poros utama

Bantalan pada titik A (RA): WA = 8,25kg 036 , 0 229 25 , 8 _  Co RA

(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan) V = 1,2 X = 0,56 Y = 1,71 Beban ekuivalen: Pr = X.V.Fr + Y.Fa Pr = 0,56.1,2.8,25 + 2,30.0 Pr = 5,544 kg

80 Perhitungan umur bantalan

Faktor keamanan: 1/3 33.3 0,0041625 442,33 0,42 n n f f   _{ }     Faktor umur: . 400 0,42. 30,30 5,544 h n h C f f P f jam   

Umur nominal bantalan: Ln = 3 500.f h Ln = 500.30,303 = 13909063,5 jam Umur bantalan L = 106 p a C x P       L = 3 6 400 .10 5, 54       = 3764000,92. 106

81 Umur bantalan menrut sularso

Lh = 60. L N = 6 376400,92.10 60.1008,52 = 6220351,32 jam

Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % : Ln = a1 . a2 . a3 . Lh

= (0,21) . 1 . 1 (6220351,32) = 1306273,78 jam

3.7 Perhitungan Komponen-Komponen Shock Absorber dan Pegas Daun Kendaraan

3.7.1 Shock absorber

Besarnya diameter kawat yang dipilih harus mampu untuk menahan beban kejut maksimum dari kendaraan serta mampu untuk meredam getaran atau lendutan-lendutan yang terjadi pada kendaraan tersebut sehingga pengendara dapat berkendara dengan nyaman dan nyaman

1) Mencari luasan diameter kawat Diketahui:

Beban pengemudi = 70 kg

82 tarik w





0,65. 5 , 97 150 . 65 , 0   w



_kg.mm 2 .D P Mw kg.mm Mengingat bahwa MwWw.



w Sedangkan ).3 0,2.3 16 ( d d Mw 



Maka besarnya diameter kawat pegas adalah:

MwWw.



w Maka: . 0,2. .3 2 w D W  d



2 . 105 5 , 97 . . 2 , 0 5 , 97 . . 2 , 0 2 . 105 3 3 D d d D   5 , 97 . 4 , 0 8 . 105 5 , 97 . 4 , 0 . 8 . 105 5 , 97 . 4 , 0 . 105 5 , 97 . 2 , 0 . 2 . 105 2 3 3 3     d d d D d D d

83 mm mm d d d d 5 4 , 4 534 , 21 39 840 5 , 97 . 4 , 0 840     

Diameter lilitan pegas D = 8.d

D = 8.5

D = 40 mm

2) Jumlah lilitan aktif pegas

Perhitungan jumlah lilitan untuk jenis-jenis jumlah gulungan yang tak aktif (ND) pada pegas tekan:

a) kedua ujung pegas polos, putaran kekanan, ND =1₂

b) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekanan, ND =1

c) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekiri, ND =2

d) kedua ujung pegas polos dan digerinda, putaran kekiri, ND = 1

Jenis ujung yang dipakai menghasilkan gulungan-gulungan yang mati atau tak aktif pada setiap ujung pegas tersebut, dan ini harus

84 dikurangi dari jumlah gulungan total untuk mendapatkan jumlah gulungan yang aktif.

Maka: 12 1 13      N N N N N T D 3) Konstanta pegas

Untuk mencari konstanta dan lendutan yang terjadi pada pegas maka harus diketahui terlebih dahulu diameter rata-rata lilitan pegas. Maka, mencari diameter lilitan rata-rata:

` 5 , 22 2 5 40 2 mm D D d D D rata rata rata rata rata rata        

Maka untuk mencari konstanta pegas dapat dicari dengan menggunakan rumus: 3 4 . . 8 . d n D G K rata

85 Gambar 3.17 Pegas spiral

2 5 3 4 / 10 . 70859 , 1 12000 2050312500 5 . 12 . 8 5 , 22 . 8000 mm kg K K K   

Defleksi/lendutan yang disebabkan oleh beban sebesar W (kg) 1

mm G d n d W _rata 96 , 22 5000000 114817500 8000 . 5 12 . 5 , 22 . 105 . 8 . . . . 8 4 3 4 3 1        

86 Panjang pegas spiral sewaktu dibebani beban sebesar 105 kg

mm L L D N d L _p 66 14 12 40 . . 8 1 1 1       Dimana: 1

L = Panjang pegas sewaktu dibebani (mm) D = 8.d = Diameter pegas (mm)

Panjang pegas sebelum diberi beban

mm L L L L 96 , 88 96 , 22 66 0 0 1 0       Dimana: 0 L

= Panjang pegas sebelum diberi beban (mm) 1

L _{= panjang pegas sewaktu dibebani (mm)}

 _{= lendutan/defleksi (mm)}

Jika diameter kawat adalah ds (mm), maka besarnya moment tahanan puntir kawat adalah:

1 3 ). 2 ( ). 16 ( W D T d Ww   

87 Maka tegangan gesernya adalah:

2 3 2 3 1 1 3 / 19 , 31 7 . 14 , 3 105 . 40 . 8 / . . . 8 2 . . . 16 mm kg mm kg d W D W D d W T a a a w a           

Mencari tegangan tekan yang dijinkan pada bahan, maka didapat dengan menggunakan rumus:

) / ( 6 , 2 12 19 , 31 2 max mm kg V tekan tekan tekan        Dimana: tekan

 _{= tegangan tekan yang diizinkan pada bahan}

(kg/mm2) max

 _{=tegangan maksimal bahan}

V = factor keamanan

Tegangan tekan yang terjadi pada bahan

A F tekan 

88 Dimana: 2 2 2 625 , 19 5 . 785 , 0 . 4 mm A A d A    Maka: ) / ( 3 , 5 625 , 19 105 2 mm km A F tekan tekan tekan       Dimana: tekan

 _{= tegangan tekan yagn terjadi (kg/} 2 mm ) F = beban maksimal (kg)

A = Luas penampang (mm2)

Dari perhitungan yang telah dilakukan ternyata tekan<tekan atau (2,6 kg/mm2 ) < (5,2 kg/mm2), maka bahan cukup kuat dan aman untuk digunakan.

Poros

Untuk mencari dimensi poros yang akan digunakan sebagai peredam pada suspensi maka harus menghitun terlebih dahulu luas

89 penampang atau diameter poros yang akan digunakan dengan asumsi bahwa poros yang akan digunakan terbuat dari bahan baja S30C, maka:

mm mm d d d d A F 4 67 , 1 48 . 785 , 0 105 105 48 . . 785 , 0 . 785 , 0 105 48 2 2       

Ternyata dengan beban 105 kg dengan bahan poros yang sama tidak memerlukan diameter yang besar seperti pada poros sepeda motor yang berdiameter 10 mm.

Mencari panjang poros L = 10.d L = 10.10 L = 100 mm Dimana: L = Panjang poros (mm) d = Diameter poros (mm)

Mur dan baut

Perhitungan mur dan baut dilakukan untuk mengetahui diameter minimum dari mur. Faktor yang harus diperhatikan dalam perencanaan adalah gaya yang bekerja pada mur baut.

90 menentukan diameter mur pada batang penghubung d (mm), besarnya nilai tegangan yang diijinkan a6 kg/

2

mm atau sama dengan 58,8 N/mm2. 4 . 4.105 3,14.6 a F d d     d _{4,72 mm}

Perancang memilih baut M6 untuk keamanan Keterangan:

a

 _{=Tegangan geser yang diijinkan (kg/} 2 mm ) F = Beban (kg)

d = Diameter (mm)

Gaya yang terjadi pada suspensi

91

cos

.

y

P



phiP

= cos10.105 = 103,4 kg Dimana:

Py = Gaya yang terjadi pada sumbu y terhadap beban P Cosphi = Besarnya susut yang terjadi terhadap sumbu y

P = Beban yang terjadi

3.7.2 Perhitungan pegas daun

Dengan inovasi perancang, penggunaan pegas daun dapat digunakan untuk menjadi pegas yang multi fungsi. Selayaknya fungsi pegas daun, perancang juga merancangnya untuk dapat digunakan sebagai lengan ayun kendaraan. Berikut perhitungan untuk pegas daun.

Direncanakan:

Beban = 16,5 kg

Panjang pegas daun (L)= 70 cm Lebar (b) = 5 cm

Tebal (t) = 0,3 cm

Spesifikasi pegas daun: _{= 250 MPa}

92 3

70.5 8750 12  12

Maksimum bebab terletak ditengah, maka: Tegangan bengkoknya adalah:

M = W.L = 16,5.35 = 577,5 kg.cm Section modulus Z = 6 .t2 b = 2 5.0, 3 6 = 0,45 0,075 6  cm 2

Untuk tegangan bengkoknya σ = M Z = 6.557,5 0,075 = 462kg/m2

Dan untuk defleksinya adalah: Momen inersia I = 3 . 12 L b =

93 =729,16 cm4 Defleksinya I E L W . . 3 . . 3   = 3 3 16,5.70 3.2101x0.729,16 = 3 5659500 459370 10x =12,32.10 3 cm

3.8 Perhitungan Kendaraan Berdasarkan Kapasitas Gesek

Dalam menentukan gaya gesek maksimum antara ban dengan jalan dapat dtentukan dari koefisien adhesi jalan dan parameter berat kendaraan.

3.8.1 Gaya traksi kendaraan

Gambar 3.19 Titik berat kendaraan

Dimana:

TB = Titik berat

94 Lf = Jarak titik berat dari poros depan

Lr = Jarak titik berat dari poros belakng L = Jarak sumbu roda

Wr = Beban di roda belakang Wf = Beban di roda depan

Diketahui sebelumnya: L = 1420 mm Lf = 407,47 mm Lr = 192,05 mm H = 0,35 m .  = 0,75 (lampiran) Fr = 0,014 (lampiran)

Untuk gaya traksinya adalah: F_X= L H L H fr Lf W . 1 / ) . .( .     = 42 , 1 35 , 0 . 75 , 0 1 42 , 1 / ) 35 , 0 . 014 , 0 40 , 0 .( 82 , 1196 . 75 , 0   = 306,39 N

95 3.8.2 Analisa perancangan rem

Persamaan umum untuk sistem pengereman menurut hukum newton II untuk sumbu x, persamaannya dapat dilihat di bawah ini:

∑F = m.a F_rem- F_X= m.a Maka F_rem= F_X+ m.a V= V₀- a.t Dimana: a = Perlambatan linier (m/s2) V₀ = Kecepatan Awal (m/s) V = Kecepatan akhir (m/s) t = Waktu perlambatan (s) Frem= Gaya pengereman (N) FX = Gaya normal kendaraan Sehingga jika

V₀ =50 km/jam = 13,89 m/detik V = 0 m/s

t = 2 s (diasumsikan) V = V0- a.t

96 Maka percepatan yang dialami

a = t V V₀  = 2 0 89 , 13  = 6,95 m/s2

Gaya pengeramannya adalah: Frem= FX+ m.a

= 3492,09+122.6,95 = 4339,99 N

3.8.3 Analisa gaya gesek ban Gaya kendaraan yang terjadi adalah

N = m.g = 122.9,81 = 1196,82 N F = k.N = 0,75.1196,82 = 897,62 N

Maka gaya yang diterima tiap ban adalah F = 224,41N 4 62 , 897 

97 Gaya yang terjadi ditiap permukaan ban jika luas permukaan ban yang bersinggungan dengan jalan adalah

L = p.l

= 8.3 = 24 cm

Maka gayanya adalah = 224,41.24 =5385,84 N.cm

3.9 Perhitungan Gaya Hambat yang Terjadi Pada Kendaraan

Gambar 3.20 Rencana Desain Body Kendaraan

Secara sederhana perancang memperhitungkan gaya hambat yang terjadi pada kendaraan yang dialami kendaraan dengan kecepatan 50 km/jam. Dengan data sebagai berikut, maka:

98 Direncanakan: Beban: a. Beban pengemudi = 70 kg b. Beban mesin = 35 kg c. Lain-lain = 17 kg Total = 122 kg k  _{roda = 0,75 (lampiran)}

Kecepatan (V) = 50 km/jam = 13,89 m/detik

 _{udara = 1,18 kg/} 2

m (25C)

Maka untuk gaya kendaraan yang terjadi adalah N = m.g = 122.9,81 = 1196,82 N F1= k.N = 0,75.1196,82 = 897,62 N

Maka daya kendaraan tanpa hambatan adalah = F1.V

= 897,62.13,89

99 Untuk gaya hambat angin atau tekanan yang terjadi pada permukaan datar jika kecepatan anginnya rata-rata kecepatan angin lingkungan adalah

P = 2 . . 2. V g g  = .1,18.9,81 81 , 9 . 2 89 , 13 = 113,83 N/m2 Dimana: P: Tekanan (N/m2) V: Kecepatan (km/jam)

g : Kecepatan grafitasi (m/detik)

: Berat jenis udara (kg/m2)

Gaya hambat yang terjadi pada saat permukaan diam adalah

Gambar 3.21 Ukuran permukaan

Perhitungan gaya jika tekanan udara menekan pada permukaan datar dengan kecepatan yang telah ditentukan

100 Gambar 3.22 Gaya pada permukaan datar

1) Permukaan 1 F2= P.A = 113,83.(0,67.0,8) = 61,01 N/m 2) Permukaan 2 F2= P.A = 113,83.(0,36.0,8) = 32,78 N/m 3) Permukaan 3 F2= P.A

101 = 113,83.(0,25.0,8)

= 22,76 N/m

Gaya kendaraan jika terjadi hambatan pada saat kendaraan melaju adalah 1) Permukaan 1 = (F1+ F2).V = (897,62 + 61,01). 13,89 = 13315,37 N/m2 2) Permukaan 2 = (F1+ F2).V = (897,62 + 32,78). 13,89 = 12923,26 N/m2 3) Permukaan 2 = (F1+ F2).V = (897,62 + 22,76). 13,89 = 12784,08 N/m2

Hambatan yang terjadi di permukaan jika permukaan tersebut dibuat sudut sesuai dengan aergonomi kendaraan adalah

102 Gambar 3.23 Ukuran sudut permukaan

Gaya hambat pada permukaan 1 = F2.cos 43

= 61,01.0,73 = 44,54 N/m

Gaya hambat pada permukaan 2 = F2.cos 70

= 32,78.0,34 = 11,15 N/m

Gaya hambat pada permukaan 3 = F2.cos 20

= 22,76.0,98 = 22,3 N/m

103 Gaya kendaraan jika melaju dengan permukaan yang bersudut adalah

1) Permukaan 1 = (F1+ F2).V = (897,62 + 44,54). 13,89 = 13086,6 N/m2 2) Permukaan 2 = (F1+ F2).V = (897,62 + 11,15). 13,89 = 12622,82 N/m2 3) Permukaan 3 = (F1+ F2).V = (897,62 + 22,3). 13,89 = 12777,75 N/m2

Maka dengan perubahan sudut yang dilakukan perancang ternyata bisa menurunkan hambatan angin yang dapat mempengaruhi laju kendaraan.