Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 12
PERENCANAAN PEGAS PADA SHOCK ABSORBER
RODA BELAKANG MOBIL JENIS SEDAN KAPASITAS
1500 CC
Yuhani Djaja1], Djoko Santoso2]
1],2] Dosen Jurusan Teknik Mesin UPN “Veteran” Jakarta Jl. RS. Fatmawati, Pondok Labu, Jakarta Selatan 12450
ABSTRAK
Semakin meningkatnya ilmu pengetahuan dan teknologi tercipta kendaraan - kendaraan masa kini tingkat keamanan dan kenyamanan yang tinggi serta memiliki tingkat efisiensi yang tinggi serta dengan berat yang lebih ringan.
Salah satu komponen utama dari mobil tersebut adalah suspensi yang berfungsi untuk menahan kejutan – kejutan yang ditimbulkan oleh keadaan jalan, dan pegas adalah salah satu komponen dari suspensi. Oleh sebab itu perlu dilakukan perencanaan pegas untuk memperoleh pegas yang sesuai dengan tingkat kenyamanan yang diinginkan. Perencanaan yang dilakukan adalah untuk mencari jumlah lilitan, tegangan geser yang diijinkan, lendutan maksimum, konstanta pegas, indeks pegas.
Kata kunci : Pegas, lilitan, tegangan geser, lendutan I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada era transpotasi modern ini khususnya dalam dunia otomotif mengalami perkembangan yang sangat pesat. Ini terbukti dengan semakin canggihnya teknologi yang di terapkan pada kendaraan. Dengan teknologi yang makin tinggi pada kendaraan, faktor kenyaman pada kendaraanpun semakin di perhatikan para produsen kendaraan bermotor.
Guna mendukung kendaraan yang mempunyai tingkat kenyaman pada pengendara mobil, salah satu komponen yang di butuhkan adalah suspensi yang berfungsi sebagai penahan kejutan – kejutan yang timbul oleh keadaan jalan. Mengingat tidak selamanya kondisi dari permukaan jalan yang rata dan mulus, adakalanya permukaan jalan tersebut berkerikil dan bergelombang.
Pada kendaraan masa depan faktor kenyamanan yang berarti nyaman untuk di kendarai atau dijalankan merupakan faktor yang sangat di utamakan di samping faktor keamanan serta faktor penampilan luar dan interior dalam. Salah satu poin dari faktor kenyamanan adalah kendaraan harus stabil saat melaju, menikung dan
dari permukaan jalan yang tidak rata tersebut.
1.2. Tujuan
Merencanakan pegas pada shock absorber roda belakang mobil.
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Beban Dinamis
Jika kendaraan dalam keadaan bergerak, maka beban yang berkerja pada kendaraan bukan lagi beban statis melainkan beban dinamis, yang besarnya berubah–ubah, perubahan beban ini disebabkan karena adanya perubahan dari :
- Kemiringan jalan.
- Ketidak rataan jalan seperti kejutan karena adanya bump.
- Pertambahan kecepatan.
- Perlambatan karena pengereman. - Dan lain – lain.
2.2. Getaran dan kenyamanan
mengemudi
Dalam membahas tentang gentaran dan kenyamanan mengemudi, istilah sprung weight dan unsprung weight yang selalu akan timbul. Sprung weight adalah berat body mobil yang dijamin oleh pegas – pegas suspensi. Unsprung weight adalah berat poros – poros dan bagian – bagian lainnya
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 13 yang terletak diantara ban dan pegas –
pegas suspense. Pada umumnya berat body yang besar, mempunyai mutu pengendaraan yang baik.
Pada umumnya gataranan yang terjadi disebabkan adanya goncangan pada sprung weight. Getaranan – getaran ini meliputi gerakan melambung bagian depan dan belakang kendaranan disebut pitching, goncangan yang mengarah kesamping disebut rolling, dan goncangan keatas disebut ounching.
Kenyamanan mengemudi mobil, besar sekali pengaruhnya oleh getaran – getaran yang datang dari luar kendaraan sedikit banyaknya akan timbul dalam keadaan permukaan jalan yang tidak rata oleh suspensi akan dibatasi. Getaran – getaran yang timbul dari dalam antara lain dari mesin, gerakan bagian – bagian propeller shaft dari body.
2.3. Pegas
Pada bagian system suspensi, pegas – pegas berperan penting sekali dalam hubungannya antara poros – poros dan rangka dengan jalan menahan kejutan – kejutan dari jalan, mencegah kejutan – kejutan berpindah langsung ke body. Bentuk suatu body akan berubah bila di berikan beban dan akan kembali kebentuk aslinya, bila beban dipindahkan ini disebut elastic.
Pegas mempunyai sifat elastis untuk menahan kejutan – kejutan.
Penyimpangan pegas dalam perbandingan penyimpangan dengan ini disebut konstanta pegas. Bila tenaga (gaya) W berlaku pada pegas adalah “a”.
Konstanta pegas =
Dalam kenyatannya dari hubungan ini bahwa pegas akan menjadi lembut bila konstanta pegas-nya lebih kecil, dan pegas akan menjadi lebih keras bila konstantanya lebih besar.
Beberapa jenis pegas:
1. Pegas daun ( leaf spring )
Gambar 1 Pegas Daun
2. Pegas koil ( coil spring )
Gambar 2 Pegas koil
3. Pegas batang torsi ( torsion bar spring )
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 14
a. Pegas koil
Pegas koil terbuat dari sebuah gulungan batang baja dalam bentuk koil. Dibandingkan pegas daun ( leaf spring ),. Pegas koil lebih panjang dengan demikian mempunyai pengaruh tahanan yang lebih baik terhadap kejutan – kejutan dan juga tidak ter jadi gesekan - gesekan bila terjadi defleksi, pegas koil tidak memiliki sifat menyerap kejutan – kejutan yang cukup baik dengan demikian selalu diguinakan shock absorber secara bersamaan untuk menyerap kejutan – kejutan tadi.
Di masa yang lalu pegas koil hanya digunakan pada suspensi roda depan mobil – mobil penumpang tetapi pada akhir – akhir ini mulai banyak diterapkan pada suspensi roda belakang dengan maksud mendapat kenyamanan yang lebih baik pada waktu mobil dikendarai
b. Shock Absorber (peredam kejut)
Seperti di uraikan di atas bahwa pegas-pegas dengan adanya defleksi dan perpanjangan, mencegah tumbukan yang diterima roda-roda yang diteruskan kebody.
Tetapi bila tidak dipergunakan shock absorber untuk menyerap getaran-getaran kendaraan menjadi tidak nyaman. Suatu contoh bila kendaraan melalui jalan yang kondisinya berlubang atau jalan yang permukaannya tidak rata, maka pegas akan berdefleksi keatas dan kejutan diredam oleh pegas. Setelah lubang dilalui, berat kendaraanmendorong kebawah pada pegas hingga menjadi seimbang, kemudian pegas mendorong keatas body kendaraan, tetapi kemudian berat kendaraan mendorong ke bawah. Kejadian ini berlangsung terus hingga berat kendaraan mengatasi reaksi pegas dan selama waktu itu, body kendaraan berayun – ayun terus. Keadaan dimana pegas terus – menerus
berayun disebut elastis pegas ( spring elasticity ).
Karena itu, shock absorber digunakan untuk meredam elastis
pegas yang berlebihan cenderung bergerak keatas dan kebawah setelah roda – roda mendapat benturan – benturan.
2.3. Perencanaan pegas
Perencanaan pegas disini penulis memilih pegas koil, pegas koil terbuat dari sebuah gulungan batang baja dalam bentuk koil.
Direncanakan pegas :
- Panjang pegas saat awal terpasang ( Li ) = 239,6 mm - Diameter koil ( d )= 11,2 mm - Diameter rata – rata pegas ( )
= 50,4 mm
- Jumlah lilitan aktif (n) = 6 lilitan.
2.4. Perhitungan pegas
Disini di hitung :
- Gaya aksial yang terjadi - Indeks pegas ( C )
- Faktor konstanta wahl ( k )
- Tegangan geser maksimum
( )
- Tegangan geser yang diijinkan ( )
- Konstata pegas ( K )
- Besar lendutan yang terjadi
- Pajang bebas pegas ( Lo ) - Dengan pajang merapat (Hg) Batasan masalah
Perencanaan pegas untuk menghitung:
- Gaya aksial yang terjadi - Indeks pegas ( C )
- Faktor konstanta wahl ( k )
- Tegangan geser maksimum
( )
- Tegangan geser yang diijinkan ( )
- Konstata pegas ( K ) - Pajang bebas pegas ( Lo ) - Lendutan ( δ )
- Dengan pajang merapat ( Hg )
- Panjang pegas awal terpasang ( Li )
a. Bahwa berat kosong kendaraan 1035 kg
b. Diasumsikan jumlah penumpang 4 orang, diasumsikan berat perorang 60 kg dan ditambah
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 15 c. berat bagasi 50 kg
d. Baja pegas yang di pakai JIS G 4801(SUP4), dengan modulus geser (G) = 8 x 103 kg/mm2 tegangan yang Diijinkan τa = 68 kg/mm2
III. PEMBAHASAN 3.1. Data Perencanaan
Perencanaan pegas pada roda belakang mobil jenis sedan dengan kapasitas 1500 cc empat penumpang pada tugas akhir ini diperoleh data dan spesifikasi dari kendaraan tersebut :
Panjang keseluruhan : 3750 mm Lebar keseluruhan : 1695 mm Jarak sumbu roda : 2460 mm
Tinggi : 1520 mm
Berat kendaraan : 1035 kg Berat kendaraan
beban penuh : 1325 kg
3.2. Gaya aksial pada pegas
Pada keadaan kosong adalah: F = W cos ө
= 1035 cos 45
= 732 kg , untuk satu roda = 366 kg
Pada keadaan penuh adalah : F = w cos ө
= 1325 cos 45
= 937 kg, untuk satu roda adalah = 469 kg
Karakteristik pegas - mencari diameter koil
Dimana :
Mw = momen puntir (kgmm) P = beban (kg)
D = diameter lilitan kawat (mm)
Mengingat bahwa Mw = Ww . τw Sedangkan Mw = Ww . ( π
/16). d3 = 0,2.d3 Kemudian D = 8 . d
Maka besarnya diameter koil pegas spiral menjadi : Mw = Ww . τw Maka : P . 469. .74,75 0,2.d3.74,75 = d3 = d3 = d2 = d = d = d = d = 11,2 mm dimana : d = diameter koil (mm) = tegangan puntir (kg/mm2) Ww = Momen tahanan puntir (mm3)
- Diameter lilitan kawat D = 8.d
D = 8 . 11,2 D = 89,6 Dimana :
D = diameter lilitan kawat (mm)
d = diameter koil (mm) - Dimeter lilitan rata-rata
Drata-rata =
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 16 Drata-rata = 50,4 mm
Dimana :
D = Diameter lilitan kawat (mm)
d = Diameter kawat (mm) - Jumlah lilitan aktif pegas
Perhitungan jumlah lilitan untuk jenis – jenis jumlah gulungan yang tak aktif (ND) pada pegas tekan : Kedua ujung pegas polos,
putaran kekanan, ND = ½ Kedua ujung pegas persegi dan
digerinda, putaran kekanan,ND = 1
Kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekiri, ND = 2
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, ini harus dikurangi dari jumlah gulungan total untuk mendapatkan jumlah gulungan yang aktif.
Maka : N = Nr – ND N = 7 – 1 N = 6 Dimana :
N = jumlah lilitan yang aktif Nr = jumlah gulungan total ND = jumlah gulungan yang tak aktif - Indek pegas C = C = C = 4,5 - Konstanta Wahl K = K = K = 1,35
- Tegangan geser maksimum
Di mana : Wmaks = beban maksimum yang diterima pegas = 469 kg sehingga :
= 42,86 kg/mm2
Bahan untuk kawat baja dipilih baja pegas dibentuk panas JIS G 4801 (SUP4), dengan modulus geser (G) = 8 x 10 3 kg/mm2
Dan tegangan ijin = 68 kg/mm2 - Tegangan geser yang diijinkan
t
τ
= 0,8 x = 0,8 x 68 = 54,4 kg/mm2 42,86 kg/mm2 < 54,4 kg/mm2Dari hasil tersebut diatas perencanaan baik dan dapat di terima karena tegangan geser maksimum ( ) lebih kecil dari tegangan geser bahan yang diijinkan ( d )
- Konstata pegas
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 17 Gambar 4 Dimensi pegas
=
= 20,48 kg/mm2 Di mana :
K = konstanta pegas (kg/mm) n = jumlah lilitan aktih
D4= Diameter lilitan rata – rata (mm)
d3 =Diameter kawat (mm) G = Modulus geser (kg/mm2) - Lendutan yang terjadi
= = 22,86 mm Dimana : δ = Lendutan / defleksi (mm) D3 = Diameter lilitan rata –
rata (mm)
d4 = Diameter kawat (mm) n = Jumlah lilitan aktif W = Beban (kg)
G = Modulus geser (Kg/mm2)
- Panjang pegas awal terpasang Li = 8.d + N . Dp
Li = 8.11,2 + 6 . 25
Li = 239,6 mm
Dimana :
Li = Panjang pegas awal
terpasang (mm)
D = 8.d = Diameter pegas (mm) N = Jumlah lilitan aktif
Dp = jarak antar lilitan pegas
(mm)
- Panjang bebas pegas Lo = Li + δ
Lo = 239,6 + 22,86
LO = 262,46 mm
Dimana :
Lo = panjang bebas pegas
(mm)
Li = panjang pegas awal
terpasang (mm) δ = Lendutan (mm)
- Dengan panjang pegas merapat Lii = ( n + 2 ).d
= ( 6 + 2 ) .11,2 = 89,9 mm
- Mencari tegangan tekan yang diijinkan pada bahan.
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 13 Didapat dengan menggunakan
rumus :
=
= 17 kg/mm2
Gambar 5 Grafik Tegangan Maksimum
Dimana :
t
τ
= Tegangan tekan yang diijinkan pada bahan (kg/mm2) = Teganganmaksimum bahan V = Faktor keamanan - Tegangan tekan yang terjadi
pada bahan Dimana : A = A = 0,785 . 11,22 A = 98,47 mm2 Maka : = = 4,76 kg/mm2 Dimana : = Tegangan tekan yang terjadi (kg/mm2) F = Beban maksimum (kg) A = Luas penampang (mm2)
Dari perhitungan yang telah dilakukan ternyata bahwa
< atau( 4,76 kg/mm2 < 17 kg/mm2 ), maka bahan cukup kuat dan aman untuk digunakan.
IV. SIMPULAN DAN SARAN 4.1. SIMPULAN
- Dari hasil perhitungan tegangan geser yang telah di lakukan maka tegangan geser yang terjadi pada bahan kecil dari tegangan geser yang diijinkan ( ) atau ( 49 kg/mm2 < 54,4 kg/mm2 ) dan pegas dapat di gunakan
- Dari hasil perhitungan tegangan tekan yang telah dilakukan, maka tegangan tekan yang terjadi pada bahan lebih kecil dari tegangan yang diijinkan bahan ( < ) atau (4,14 kg/mm2 < 17 kg/mm2)
4.2. SARAN
Usahakan menghindari jalan-jalan berlubang. Kalaupun memang harus melewati jalur tersebut, laluilah dengan laju kendaraan yang lambat. Jangan menerjang lubang sehingga suspensi bekerja keras meredam guncangan.
Jurnal Mekanikal Teknik Mesin S-1 FTUP Vol 10 No.1 Januari 2014 13 Jangan bebani kendaraan dengan
muatan yang melebihi saran produsen mobil. Karena, dengan beban berlebihan, artinya suspensi harus kerja keras. Pengaruh berikutnya, komponen-komponen akan cepat rusak dan sulit bekerja maksimal.
Usahakan sering membersihkan shock absorber dari kotoran yang menempel. Sebab, bila ada kotoran yang menempel dan menyelinap ke sisi-sisi yang bergerak, akan mempercepat keausan seal maupun piston pada shock absorber. Karena itu, pada beberapa tipe shock absorber biasanya terdapat karet penutup yang berfungsi mencegah kotoran masuk. Periksa karet tersebut dari kemungkinan sobek.
V. DAFTAR PUSTAKA
1. Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, Gandhi Harahap, perencanaan teknik mesin 2. Ir. Hery Sonawan, perancangan
elemen mesin, Alfabeta Bandung 3. Hall, Holowenko, Laughlin,
Machine Design, Mcgraw-Hill Book Company 4. http://tazziemania.wordpress.com/ 5. http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1 /mesn/2003/jiunkpe-ns-s1-2003- 24498017-1582-hemat_energi-chapter2.pd 19
