WAHYU HENDRAWAN

RANCANG BANGUN ELEKTOMAGNETIK

VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM

(VERS) GENERASI 2 PADA SUSPENSI

ISUZU PANTHER

WAHYU HENDRAWAN

2106100066

Dosen Pembimbing

:

Dr. Harus Laksana Guntur, ST. MEng

JURUSAN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

SIDANG TUGAS AKHIR

BIDANG STUDI DeSAIN

LATAR BELAKANG

Pemanfaatan Energi Losses

TERS

KERS

PERUMUSAN MASALAH



Bagaimana merancang alat yang dapat

memanfaatkan gerak naik-turun pada sistem

suspensi kendaraan untuk menghasilkan listrik



Bagaimana susunan dan besarnya ukuran

diameter roda gigi (gear) dan poros yang efektif

untuk menghasilkan putaran.



Bagaimana menentukan material yang tepat

pada VERS agar alat ini dapat berfungsi dengan

baik.

BATASAN MASALAH

•

Kecepatan dan percepataan kendaraan

bernilai konstan.

•

Kendaraan yang diuji hanya mobil Isuzu

Panther bak terbuka.

•

Analisa kekuatan material hanya pada roda

TUJUAN



Merancang dan membangun alat pemanen

energi pada sistem suspensi kendaraan roda

empat (isuzu panther).



Menentukan dimensi dari roda gigi,poros roda

gigi agar alat pemanen energy (P-VERS) dapat

berfungsi dengan baik dan benar.



Memilih material yang tepat pada VERS agar

alat ini berfungsi dengan baik dan biaya

pembuatannya dapat terjangkau.

Di dalam electromagnetic regenerative shock absorber ini terdapat dua

komponen utama, yaitu kumparan yang sangat sensitif dan magnet

permanen berbentuk cincin bersusun yang dikemas secara khusus untuk

meningkatkan daya kemagnetannya. Kumparan tembaganya sendiri

dililitkan pada tabung delrin yang disusun sejajar dengan susunan lingkar

cincin magnet kemudian ujung-ujung kumparannya dihubungkan pada alat

DASAR TEORI

SISTEM SUSPENSI

KENDARAAN RODA

EMPAT

POROS

SPUR GEAR

Sistem suspensi

Sistim suspensi adalah komponen kendaraan yang

fungsi utamanya untuk menjamin kenyamanan

penumpang jika kendaraan berjalan pada jalan

bergelombang dan juga jika kendaraan berjalan pada

berbagai jenis permukaan jalan serta berbagai model

Spur gear

Roda gigi lurus ( spur gear ) merupakan jenis roda gigi yang paling banyak

digunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untuk mentransmisikan

daya dan gerak pada dua poros yang sejajar. Bagian dari pasangan roda

gigi yang berfungsi untuk menggerakkan roda gigi pasangannya disebut

pinion. Sedangkan pasangan roda gigi yang digerakkan disebut gear (

driven ).

poros

Poros adalah merupakan bagian atau elemen dari mesin

yang dalam penggunaanya dapat berfungsi sebagai poros

yang meneruskan tenaga, poros penggerak klep (camshaft),

poros penghubung dan lain sebagainya. Jenis –jenis Poros ,

diantaranya adalah :

1. Shaft

2. Axle

3. Spindle

4. Line Shaft

5. Jack Shaft

6. Flexible Shaft

TEORI KEGAGALAN

1.

Maximum Normal Stress Theory

2.

Maximum Shear Stress Theory

3.

Distortion Energy Theory

N

Syp

_c c ) ( max ) (

≤

σ

max

2

N

=

τ

Syp

3 1 3 2 2 1 2 3 2 2 2 1 2

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

σ

+

+

−

−

−

=













N

Syp

METODE PERHITUNGAN

Metode dalam penelitian ini, menggunakan 2

metode yaitu :

1. AGMA

2. LEWIS

I d b Cv Cf Cm Cs Co Ft . . . . . . .

σ

_c

= Cp x

P

K

Y

b

S

p

y

b

S

F

f

o

o

b

.

.

.

.

.

=

=

CTxCR

CLxCR

Sad = Sac x

t p d F V F 600 600+ = t p d F V F 1200 1200+ = t p d F V F 78 78+ = untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit untuk 2000 < V_p < 4000 ft/menit untuk V_p > 4000 ft/menit

METODoLOGI

Diagram Alir

Penelitian Pecara

Global

START Kajian Pustaka Kinematika Perencanaan Daya Pengujian Berhasil? Y Kesimpulan END N Y N

Grafik Simulink matlab daya yang diterima VERS pada kecepatan mobil 36 km/jam dengan Constanta redaman Vers 10% pada roda belakang. Didapatkan daya dari root mean square (RMS) grafik sebesar 27,1 watt atau 0,003 Hp.

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Grafik kecepatan naik turun suspensi mobil pada roda belakang, didapatkan kecepatan rata – rata naik turun suspense mobil pada roda belakang sebesar 0,36 m/s.

Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jaw Dengan rumus : V suspensi = 2.π .r. n / 60

Dimana r adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw. 0,36 m/s = 2 . 3,14 . 4 cm. n / 60

Analisa roda gigi

Gear Jaw dan roda gigi 1

Data Gear jaw :

Daya :0.03 HP Jenis Gear : spur gear

Sudut tekan : 20 derajat coarse pitch Angka transmisi : 2.7

Putaran : 85 rpm Diameter : 3.14 in Lebar roda gigi : 0.9 inch Jumlah gigi: 31

Diametral pitch : 10 Lewis from factor : 0.361

roda gigi 1

Data Gear 1

Jenis Gear : Spur gear

Sudut tekan : 20 derajat Daya : 0.03 HP Angka transmisi : 2.7 Putaran : 229 rpm Diameter : 1.61 in Lebar roda gigi : 0.9 in Jumlah gigi: 16

Diametral pitch : 10 Lewis from factor : 0.295

Perancangan roda gigi jaw dan roda gigi 1

•

Jarak roda gigi

•

Torsi masing – masing roda gigi

•

Gaya – gaya pada masing – masing roda gigi jaw dan

roda gigi 1

•

Kecepatan pitch line (Vp)

•

Lewis Equation (mencari bahan roda gigi)

b : 0.9 inchi

φ : 20

Ntp : 31 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y =

0.361 )

Jadi karena nilai Safe static stress(so) = 486.61 Psi maka bahan material

roda gigi 1 dan jaw yang digunakan cukup Gray cast iron ASTM 25 dengan

BHN 174. Sedangkan alat yang kita pakai memakai bahan gray cast iron

ASTM 37(So = 1200Psi ;BHN 212),jadi sudah sangat kuat dan tahan

terhadap keausan dan tegangan bending.

Check roda gigi berdasarkan Wear Load (Buckingham)

F

_w

= d

_p

. b . Q . K

d

_p

= Diameter pitch pinion

b = Lebar roda gigi

K = Wear load factor (tabel 10.11)

Q=

Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.f

Jadi Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.f

Karena Fw ≥ Fd

259,28 lb.f ≥ 15,81 lb.f

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending

S

_ad

=

S_ad = Tegangan ijin maksimum.

Untuk bahan ASTM 37 (212 BHN) diperoleh data sebagai berikut : S_at = 8500 Psi Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24,

Deutschman)

K_L = 1.4 take as unity Life factor (tabel 10-8, Deutschman) K_T = 1 Faktor temperatur

K_R=1.33 normal design Faktor keamanan (tabel 10-9, Deutschman)

S

_ad

=

= 8947,37 lb

R T L at K K K S ⋅ ⋅ 33 . 1 . 1 4 . 1 . 8500 x psi

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending

σ

_t

=

σt = Tegangan di kaki roda gigi

F_t = Gaya tangensial roda gigi Ko = Faktor koreksi beban lebih

J = Faktor geometri P = Diametral pitch J b K K K P K F V m S O t ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

K_s = Faktor koreksi ukuran K_m = Faktor distribusi beban K_v = Faktor dinamik

b = Lebar roda gigi

Ft = 14.16 lb.f ( dari data awal perhitungan gaya ) Ko = 1 ( uniform,table 10-4 )

P = 10 ( diametral pitch )

Ks = 1 ( for spur gear take as unity ) Km = 1,6 ( table 10-5 , spur gear )

Kv = 0,86 ( dengan Vp= 69.83 ft /min ,fig 10-21 ) b = 0.9 (dari data awal perencanaan )

J = 0,35 ( 20 FD, Ntp = 31, Ntg = 16, fig 10-22 )

σ

_t

=

lb 839,61Psi 35 , 0 . 9 . 0 . 86 , 0 6 , 1 . 1 . 10 . 1 . 16 . 14 ₌ karena S_ad > σ_t 8947,37 Psi > 839,61Psi

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation

σ

_c

=

σ_c = Tegangan kompresi

Cp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material

C_o = Faktor koreksi beban C_s = Faktor koreksi umum

C_m= Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama C_f = 1, jika roda gigi difinished bagus

Cv = Faktor dinamik       ⋅ ⋅ ⋅ ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ R T H L ac v f m s o t P C C C C S I b d C C C C C F C d= Diameter

b= Lebar roda gigi I = Faktor geometri

S_ac= Tegangan maksimum bahan C_L= Faktor umur

CH= Faktor kekerasan

CT= Faktor temperatur

C_R= Faktor keamanan = 1, dari tabel 10-16 jika 1 dari 100 yang rusak

Cp= 1800 psi gear and pinion steel (tabel 10-12, Deutschman),

Ft = 14.16(dari data awal perencanaan ) Co= 1 (sama dengan Ko )

Cv= 0.86 (dengan Vp=69.83 curve 2, fig 11-27 ) Cs= 1 ( take a minimum value )

Cm= 1.1 ( spur gear b= 0.9 inchi, fig 10-31 ) Cf= 1,25 (finising halus)

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation

σ

_c

= 1800

= 15052,96 Psi

•

Cek keausan

σ

_c

<

19234.33Psi < 75000Psi( memenuhi untuk keausan AGMA )

Sac= 75.000 ( dari ekstrapolasi table 10-14 ) CL = 1 (fig 10-33, assumsi umur 10 ) CH = 1 ( K < 1.2 fig 10-34 )

CT = 1 (take as unity )

CR = 1 ( table 10-16,fewer than 1 in 100 )

15052,96 < 75000

115

,

0

.

9

.

0

.

14

.

3

.

86

.

0

25

,

1

.

1

,

1

.

1

.

1

.

16

.

14

lb

      ⋅ ⋅ ⋅ R T H L ac C C C C S       1 . 1 1 . 1

Analisa poros

POROS 1

• Data poros 1.

Diameter roda gigi jaw (d

_jaw

) : 3,14 in

Lebar roda gigi 1 (b

_jaw

) : 0,9 in

Gaya tangensial roda gigi 1 (Ft

_jaw

) : 14,15 lbf.in

Gaya radial roda gigi 1 (Fr

_jaw

) : 15,5 lbf.in

Berat roda gigi 1 (W

_jaw

) : 1 lb

Bahan poros malleable cast iron ASTM A47

Su = 50000 psi

Analisa Bidang Horisontal (Bidang X – Z)

Σ MB= 0

-[A_zx 4,82 in] + [FTjaw x 3,93in] = 0 A_Z = = 11,78 lbf (4,82) 3,93) x (Ftjaw Σ MA = 0

-[B_zx 4,82 in] + [FTjaw x 0,79in] = 0 -B_Z = = 2,36 lbf (4,82) 0,79) x (Ftjaw

Analisa Bidang Vertikal (Bidang X – Y)

Σ MB= 0

-[Ay x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 3,93in] = 0

A_Z = = 13,73lbf (4,82) 3,93) x W) + ((FRjaw Σ MA = 0

-[B_y x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 0,79in] = 0 B_y = = 2,76 lbf (4,82) 0,79) x W) + ((FRjaw Y Ay By x Fr jaw + W

ANALISA TEGANGAN BIDANG HORIZONTAL ( X – Z )

Potongan 1 – 1 (0 ≤ x ≤ 079 in) ΣM_1-1= 0 M_{1 -1}- A_z (x₁) = 0 M1 -1= Az (x1) x1 = 0 in  Mx1= 0 lbf.in x2 = 0,79  Mx2= 9,30 lbf.in Potongan 2 – 2 (0 ≤ x ≤ 3,93in) ΣM_2-2= 0 M_{2 -2}- B_z (x₂) = 0 M_{2 -2}= B_z (x₂) x₁ = 0 in  Mx₁= 0 lbf.in x2 = 3,93  Mx2= 9,30lbf.in

ANALISA TEGANGAN BIDANG VERTIKAL ( X – Y )

Potongan 1 – 1 (0 ≤ z ≤ 0,79 in) ΣM_1-1= 0 M_{1 -1}– A_Y(z₁) = 0 M_1-1= A_y(z₁) z₁ = 0 in  Mz₁ = 0 lbf.in z2 = 0,79  Mz2 = 10,85 lbf.in Potongan 2 – 2 (0 ≤ z ≤ 3,93 in) ΣMy = 0 M_{2 -2}– B_y(z₂) = 0 M_{2 -2}= B_y(z₂) z₁ = 0 in  Mz₁ = 0 lbf.in z2 = 3,93  Mz2 = 10,85 lbf.in

•

Momen bending terbesar

M

_C

=

•

Momen torsi di titik C

T

_I

=22,23 lbf.in

•

Bahan poros malleable cast iron ASTM A47 : Su = 50000 psi ; Syp = 32500 psi

KESIMPULAN

• Dari Perancangan VERS (Vibration energy recovery system) pada mobil isuzu panther bak terbuka yang sudah dilakukan,VERS sudah berjalan dengan baik dan mampu menyerap energi dari naik turunnya suspensi kendaraan.

• Dari VERS yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 3,14 inch ; roda gigi 1: = 1,61 inch ; roda gigi 2 = 2,36 inch ; roda gigi 3 = 0,94 inch ; roda gigi 4 = 2,36 inch ; roda gigi 5 = 0,94 inch ; roda gigi 6 = 2,36 inch dan roda gigi 7 = 0,94 inch.

• Dari VERS yang dibuat didapat jumlah gigi roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 31 buah ; roda gigi 1: = 16 buah ; roda gigi 2 = 23 buah ; roda gigi 3 = 10 buah ; roda gigi 4 = 23 buah ; roda gigi 5 = 10 buah ; roda gigi 6 = 23 buah dan roda gigi 7 = 10 buah.

• Dari Vers yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.57 inch, poros 2 = 0.59 inch, poros 3 = 0,47 inch, poros 4 = 0,47 inch, poros 5 = 0,47 inch.

• Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain