contoh kw

LOMBA NASIONAL RANCANG BANGUN MESIN IV – 2014

BADAN KERJA SAMA TEKNIK MESIN

KAKI PROSTETIK

Sebagai Alat Bantu Untuk Penyandang Tuna Daksa

Diusulkan oleh

Abdullah Hawari 1106052505

Anggita Dwi Liestyosiwi 1106019804

Muhammad Ridho 1106067904

Reza Dianofitra 1106067854

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK2014

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan anugerahnya telah

memberikan kami kesempatan untuk menyelesaikan karya tulis ini dengan baik. Melalui

kegiatan Lomba Nasional Rancang Bangun Mesin IV - 2014 yang diselenggarakan oleh

Badan Kerja Sama Teknik Mesin (BKSTM) ini, banyak sekali ilmu dan pengalaman yang

didapat mengenai inovasi tentang alat bantu untuk penyandang cacat fisik khususnya tuna

daksa. Kami berharap, ilmu dan pengalaman yang kami peroleh dapat menjadi bekal untuk

kami di masa depan.

Karya tulis kami berjudul “Kaki Prostetik” ini berisikan hasil rancangan Prototype yang kami

buat untuk membantu orang-orang yang menyandang tuna daksa atau cacat fisik.

Harapan kami kedepannya, selain untuk memenangkan Lomba Nasional Rancang Bangun

Mesin IV – 2014, rancangan dan karya tulis ini akan siap diaplikasikan untuk kegiatan sosial.

Pada kesempatan ini, kami juga hendak mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak

yang memiliki peran besar dalam keberlangsungan kegiatan dan penulisan laporan ini.

1. Allah SWT atas berkatnya yang melimpah telah mengijinkan kami untuk menyelesaikan

hasil rancangan dan karya tulis ini2. Kepada Pihak Penyelenggara Lomba Nasional Rancang bangun Mesin IV – 2014, yaitu

Badan Kerja Sama Teknik Mesin (BKSTM) beserta pihak sponsor sehingga acara ini

terselenggara dan kami mendapatkan kesempatan untuk ikut serta pada lomba ini serta

mendapatkan ilmu dan pengalaman yang sangat bernilai

3. Kepada Dr, Ario Sunar Baskoro S.T, M.T., M.Eng selaku dosen pembimbing atas

dukungan dan bimbingannya dalam proses pengerjaan sehingga kami dapat menyelesaikan

rancangan Kaki Prostetik dengan baik

4. Kepada selurh jajaran dosen Departemen Teknik Mesin FTUI atas ilmu yang kami dapat

selama ini untuk aplikasi dalam pengerjaan karya ini

5. Kepada seluruh teman-teman yang tentunya tidak dapat disebutkan satu per satu yang

telah memberikan dukungan moril kepada kami

DAFTAR ISI

BAB 1 – PENDAHULUAN ........................................................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang.................................................................................................................................. 1

1.2 Tujuan Penulisan .............................................................................................................................. 2

1.3 Kegunaan Tulisan ............................................................................................................................. 2

1.4 Metode................................................................................................................................................ 2

1.5 Batasan Masalah ............................................................................................................................... 3

BAB II - LANDASAN TEORI ................................................................................................................... 4

2.1. Disabilitas..................................................................................................................................... 4

2.2. Gaya Pegas................................................................................................................................... 4

2.3. Torsi ............................................................................................................................................. 5

2.4. Dinamika...................................................................................................................................... 5

2.5. Ergonomi ..................................................................................................................................... 5

2.6. Proses Perancangan .................................................................................................................... 6

.................................................................................................................................................................. 6

BAB III - DESKRIPSI ALAT.................................................................................................................... 7

3.1 Deskripsi Alat .................................................................................................................................... 7

3.2 Deskripsi komponen ................................................................................................................... 10

BAB IV - DESIGN FOR MANUFACTURE AND ASSEMBLY.......................................................... 15

BAB V – PENUTUP.................................................................................................................................. 17

1.1. Kesimpulan ................................................................................................................................ 17

1.2. Saran .......................................................................................................................................... 17

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................ 18

BAB 1 – PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangManusia adalah makhluk ciptaan Tuhan yang paling sempurna, baik jasmani maupun rohani. Oleh karena itu tiap manusia harus bersyukur atas keadaan yang diberikan langsung oleh tuhan. Namun, tidak jarang ditemui manusia yang memiliki kelainan, seperti cacat fisik atau pun mental. Kelainan tersebut dapat terjadi sejak lahir maupun tidak. Menurut data Kementrian Sosial Republik Indonesia 2012, dapat dilihat pada tabel dibawah ini, tentang jumlah penyandang cacat yang ada di Indonesia. Namun, tidak semua penyandang cacat mendapatkan treatment yang baik dikarenakan keadaan ekonomi yang kurang memadai. Situasi ini diperburuk oleh rendahnya keselamatan lalulintas dan keselamatan kerja. Indonesia memang telah mempunyai UU RI No. 4 tahun1977 tentang Penyandang Cacat. Selain implementasinya yang lemah, UU ini dipandang kurang memberdayakan subyek hukumnya. Istilah “penyandang cacat” yang digunakan dianggap menstigmatisasi karena kata “penyandang” menggambarkan seseorang yang memakai “label atau tanda-tanda negatif” kecacatan itu pada keseluruhan pribadinya (whole person).

Sekarang ini, manusia yang cacat fisiknya juga dapat melakukan aktivitas seperti manusia

dengan kondisi fisik yang sempurna. Hal ini disebabkan oleh berkembangnya teknologi,

sehingga dapat menyokong mereka yang cacat fisiknya dapat beraktivitas layaknya manusia

pada umumnya.

Apa yang paling didamba bagi penderita cacat fisik di bagian kaki? Jawabannya sudah pasti

mereka membutuhkan kaki palsu, meski ada juga tongkat atau kursi roda sebagai alat bantu

berjalan. Kaki palsu lebih memudahkan bagi penyandang disabilitas untuk beraktivitas.

Memang harganya mahal dan hanya sebagian saja yang mampu membeli alat bantu tersebut.

Karena itu, semua pihak baik pemerintah, swasta, maupun kalangan masyarakat sewajarnya

membantu para penyandang disabilitas.

Umumnya mereka tidak mampu membeli kaki palsu dari rumah sakit yang harganya bisa

mencapai Rp15 juta-an untuk sebelah kaki. Ketua Forum Perjuangan Difabel Jabar Jumono

menuturkan terkadang para penyandang cacat fisik itu tidak leluasa hanya menggunakan

tongkat atau kursi roda. Menggunakan kaki palsu lebih cocok sebagai alat bantu untuk

memperlancar aktivitas mereka. Namun, harga kaki palsu bagi kebanyakan penyandang cacat

fisik masih terlalu berat. Baik di rumah sakit atau di beberapa tempat yang menyediakan alat

bantu tersebut, harga sebelah kaki palsu di bawah lutut dengan bahan dasar fiberglass berkisar

Rp4-10 juta.

Dalam paper ini akan dibahas mengenai perancangan alat yang dapat membantu orang yang

mengalami cacat fisik di bagian kaki (kaki buntung) dapat berjalan layaknya orang normal.

Karena mereka yang kurang beruntung tersebut tidak mau didiskriminasi akan keadaan fisik

yang dimilikinya.

1.2 Tujuan PenulisanTerdapat beberapa tujuan penulis dalam menyelesaikan karya tulis ini. Berikut merupakan

tujuan dari dibuatnya karya tulis ini:

1. Sebagai bahan materi untuk mengikuti Lomba Nasional Tahunan Rancang Bangun Mesin

IV 2014 yang diadakan oleh BKSTM

2. Memberi rancangan kaki buatan dengan sistem torsional spring

3. Agar kaki buatan yang telah dirancang dapat diproduksi dan dipakai secara luas

oleh penderita yang bersangkutan

1.3 Kegunaan TulisanPenulis melakukan percangan terhadap kaki buatan dengan sistem torsional spring agar

rancangan dapat diproduksi dan dipakai secara luas oleh penderita yang bersangkutan. Hal ini

untuk menjadikan orang yang memiliki cacat fisik dapat juga melakukan aktivitas seperti

orang yang sehat jasmani dan rohani.

1.4 Metode

Terdapat beberapa metode yang digunakan oleh para penulis dalam menyelesaikan

perancangan kaki buatan dengan sistem torsional spring, yaitu:

1.4.1 Metode Studi Pustaka

Metode ini digunakan guna memperoleh landasan teoritis dengan membaca dan mempelajari

buku–buku literatur, buku manual, dan juga melalui internet yang berhubungan dengan objek

yang diteliti.

1.4.2 Metode Analitis

Metode ini dilakukan dengan menganalisa melalui pemanfaatan dasar teori dan rumus yang

ada dalam melakukan perancangan. Hasil yang didapatkan melalui metode ini akan dipaparkan

pada bab III. Proses analisa melalui dasar teori dan rumus ilmiah akan dipaparkan pada

lampiran

1.4.3 Metode Pemanfaatan Perangkat Lunak

Metode ini dilakukan dengan cara melakukan perhitungan, penggambaran, dll dengan

memanfaatkan perangkat lunak. Beberapa perangkat lunak yang digunakan penulis dalam

melakukan penggambaran dan perhitungan adalah Autodesk Inventor, Autodesk Force Effect,

dan Microsoft Excel.

1.5 Batasan Masalah

Dalam melakukan perancangan, terdapat beberapa batasan masalah yang tidak dibahas pada

karya tulis ini. Pembatasan masalah yang dimaksud adalah:

- Kaki buatan dirancang dengan sistem torsional spring

- Kaki buatan dirancang mampu menahan orang dengan beban maksimum 100 kg

- Kaki buatan dapat bergerak pada 3 lokasi, yaitu lutut, engkel, dan jari kaki

BAB II - LANDASAN TEORI

2.1.Disabilitas

Di sebagian masyarakat Indonesia, istilah “Disabilitas” mungkin kurang akrab karena berbeda

dengan “Penyandang Cacat. Istilah Disabilitas merupakan kata bahasa Indonesia berasal

dari serapan kata bahasa Inggris disability (jamak: disabilities) yang berarti cacat atau

ketidakmampuan. Penyandang Disabilitas dapat diartikan individu yang mempunyai

keterbatasan fisik atau mental/intelektual. Segala jenis gangguan baik fisik, mental

maupun psikis dapat diartikan sebagai suatu disabilitas. Kondisi seseorang yang dijelaskan

sebagai suatu disabilitas merupakan kondisi yang kompleks, yang mencerminkan interaksi

antara ciri dari tubuh seseorang dan ciri dari masyarakat tempat dia tinggal.

Istilah “Cacat” sendiri berkonotasi sesuatu yang negatif. Kata “penyandang” memberikan

predikat kepada seseorang dengan tanda atau label negatif yaitu cacat pada keseluruhan

pribadinya. Kenyataannya bisa saja seseorang penyandang disabilitas hanya mempunyai

kekurangan fisik tertentu, bukan disabilitas secara keseluruhan. Untuk itu, melalui UU

RI No. 4, istilah “cacat” dirubah menjadi “disabilitas” yang lebih berarti ketidakmampuan

secara penuh.

Para penyandang disabilitas fisik layak mendapat bantuan agar dapat menjalankan aktifitas

sebagaimana mestinya. Kaki palsu/ Kaki Prostetik adalah bantuan bagi penyandang disabilitas

alat gerak bawah, hingga dapat melakukan aktifitas sebagaimana mestinya.

2.2.Gaya Pegas

Bila sebuah benda pada salah satu ujungnya dipegang tetap, dan sebuah gaya F dikerjakan pada ujung yang lainnya, maka pada umumnya benda itu akan mengalami perubahan panjang Dx. Untuk bahan-bahan atau benda-benda tertentu, dan dalam batas tertentu perubahan panjang tersebut besarnya berbanding lurus dengan besar gaya yang menyebabkannya. Secara skalar dinyatakan oleh persamaan

F = k. Dx (2.1)

dengan k adalah sebuah konstanta dan gambaran inilah yang dinyatakan dengan hukum Hooke. Harus diperhatikan bahwa hukum Hooke ini tidak berlaku pada semua benda atau bahan dan untuk semua gaya yang bekerja padanya.

2.3.Torsi

Torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog rotational dari ga ya, masa, dan per cep atan adalah torsi, mom en inersia dan per cepatan angula r . Ga ya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik tengah lever, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sud ut yang tepat kepada lever lurus. Lebih umumnya, seseorang dapat

mendefinisikan torsi sebagaiperkali an silang:

di mana

r adalah v ektor dari axis putaran ke titik di mana gaya bekerja

F adalah vektor ga ya .

(2.2)

2.4.Dinamika

Dinamika adalah cabang dari ilmu fis ika (terutama meka nika klasik ) yang mempelajari ga ya dan torsi dan efeknya pada gerak. Dinamika merupakan kebalikan dari kinemati ka, yang mempelajari gerak suatu objek tanpa memperhatikan apa penyebabnya.

Secara umum, para peneliti yang menekuni dinamika akan mendalami bagaimana sistem fisika mengalami perubahan dan penyebab mereka berubah. Isaa c N ewton menciptakanhukum-hukum fisika yang menjadi panduan dalam fisika dinamika. Secara umum, dinamika sangat berkaitan erat dengan Hukum kedua ne wton tentang gerak . Namun, ketiga hukumnya tetap saling berkaitan satu sama lain

2.5.Ergonomi

Ergonomika adalah ilmu yang mempelajari interaksi antara manusia dengan elemen-elemen lain dalam suatu sis tem, serta prof esi yang mempraktekkan teo ri, prinsip, dat a, dan metode dalam perancangan untuk mengoptimalkan sistem agar sesuai dengan kebutuhan, kelemahan, dan keterampilan manusia. ergonomi adalah ilmu atau kaidah yang mempelajari manusia sebagai komponen dari suatu sistem kerja mencakup karakteristik fisik maupun nonfisik, keterbatasan

manusia, dan kemampuannya dalam rangka merancang suatu sistem yang efektif, aman, sehat, nyaman, dan efisien.

2.6.Proses Perancangan

BAB III - DESKRIPSI ALAT

3.1 Deskripsi AlatHasil rancangan produk dapat berfungsi sebagai ganti alat gerak pada tubuh manusia bagian kaki, dengan memanfaatkan gaya berat dari tubuh sebagai gaya aksi dan gaya gesek dengan permukaan yang diinjak dan juga gaya pegas per sebagai gaya reaksi. Pada rancangan per berfungsi sebagai pengganti sendi pada tubuh manusia.

Tabel 3.1

s

7

12

12

3

4

1011

Gambar 3.1

6

5

Gambar 3.2

Komponen- komponen terdiri dari :

1. Betis atas2. Betis bawah3. Paha atas4. Paha bawah5. Per torsi6. Per Tarik7. Baut ( DIN ISO 4016 M6, DIN 7969 M10, ISO 4016 M6)8. Bearing (JIS B 1521 SKF)9. Pin (ISO 2341-B-, GB_T_882-1986 B)10. Telapak Kaki11. Jari Kaki12. Holder Kaki

Panjang disesuaikan berdasarkan data dari Antopometri Indonesia, bahwa panjang dari paha hingga ujung kaki rata – rata usia produktif (20-50 tahun) di Indonesia adalah 72 cm. Panjang yang diperuntukan untuk kaki palsu sesuai dimensi antopometri adalah 67 – 77 cm, pengaturan dapat dilakukan pada bagian betis dan paha dengan sekala berpindah sebanyak 1 cm, caranya hanya dengan menggeser dan memindahkan baut

Gambar 3.3

Gambar 3.4

Keunggulan dari alat ini dibandingkan kaki palsu pada umumnya :

1. Harga produksi murah maka harga jual juga akan murah2. Desain yang sederhana dan hanya memanfaatkan per dan gaya berat sehingga

mudah diperbaiki3. Bentuk yang menyerupai kaki manusia (protestik), sehingga bila diselimuti tidak

akanterlihat sebagai kaki buatan namun seperti kaki normal

3.2 Deskripsi komponen

𝐹 =𝐹 =

𝑑𝑐 4𝑑 𝜏4

𝐹 = 𝑑4

Shear 𝐹 = (𝑑2 − 1) 𝑡

𝜏 72.03 kN

Fork End

Tensile 𝐹 = (𝑑2 − 1) 1 93.14 kN

Shear 𝐹 = (𝑑2 − 1) 1𝜏 54.02 kN

𝐹 = 𝑑4

3.2.1 Paha

Berdiameter 50mm dengan panjang 220 mm, dimensi mengacu pada data antopometri dari Antopometri Indonesia. Terpisah menjadi 2 bagian yang dimana memungkinkan perpanjangan dimensi untuk menyesuaikan dengan tinggi pengguna, dapat memanjang hingga 2 cm. Dibuat dengan material almunium pejal dengan yield strength 310 MPa. Terdapat lubang untuk pemasangan per tarik.

3.2.2 Betis

Betis memiliki diameter 50 mm dan panjang 400 mm, mengambil dari acuan Antopometri Indonesia. Terbuat darimaterial yang sama yaitu Almunium pejal dengan yield streght 310 MPa mempunyai lubang untuk pengaturan tinggi seperti pada bagian paha, namun pada bagian betis pengaturan bisa mencapai 8 cm. pada bagian bawah (diberi tanda panah pada gambar) terdapat per torsional. Bagian betis dihubungkan dengan baut DIN 7969 M10 dengan bagian paha.

3.2.3. KakiBagian kaki terbuat dari almunium dengan proses casting, mempunyai dimensi panjang total22 cm dengan standar acuan dari dimensi antopometri. Didesain dengan bentuk layaknya kaki manusia

3.2.4. Jari

Jari pada desain ini berfungsi sebagai penumpu awal saat bergerak.

Posisi jari akan maju dikarenakan berat dari jari tersebut, dan menjadi permukaan pertama yang mengalami kontak.

3.2.5. Coila. Coil Tarik

Per terik berfungsi sebaga pengganti sendi lutut yang menjadi tumpuan saat bergerak.

Per Menekuk Per Terentang

Sambungan ditahan oleh pin berdiameter

6mm. b. Per TorsionalDiletakkan pada bagian mata kaki sebagai peredam sekaligus sendi

Pemasangan pegas torsi sebagaimana yang tertera di gambar.

Panah menggambarkan aliran gaya yang terjadi, gaya berat yang diterima ada yang teredam dan juga ada yang tersalurkan melalui bergeserya per torsi, disinilah per torsi berfungsi sebagai peredam karena bila setelah menerima gaya maka reaksi per tidak akan langsung seketika sehingga menyentak pemakai namun akan lebih perlahan.

BAB IV - DESIGN FOR MANUFACTURE AND ASSEMBLY

Proses manufaktur dan perakitan produk merupakan tahapan yang paling penting dalam menciptakan suatu produk. Proses ini juga merupakan salah satu penentu cost product dari produk tersebut. Untuk itu, dibutuhkan suatu kajian dalam tahap perancangan untuk menentukan proses yang tepat pada saat proses manufaktur dan perakitannya agar cost product produk tersebut dapat dioptimalkan. Secara ekonomi, produk yang didesain sedapat mungkin memiliki biaya produksi yang serendah mungkin namun dengan nilai jual yang setinggi mungkin. DFMA atau Design for Manufacture and Assembly memiliki fungsi untuk sebagai guidance untuk desain dalam simplifikasi struktur produk untuk mengurangi biaya manufaktur dan perakitan, untuk mengukur peningkatan, untuk mempelajari produk saingan, dan mengukur kesulitan dalam assembly, serta sebagai alat pengukur biaya paling efektif untuk membantu mengontrol biaya dan membantu negosiasi dengan kontrak supplier

Berikut merupakan detil dari komponen – komponen, status, dan juga prediksi harga tiap jenis komponen yang diperlukan untuk mempuat 1 (satu) unit Kaki Prostetik. Pada kolom status, penulis menentukan apakah komponen tersebut akan diproduksi sendiri (insource), ataupun membeli (outsource) dari produsen yang memproduksi komponen tersebut sehingga proses produksi dari Kaki Prostetik akan lebih mudah. Detil dari DFMA akan dijelaskan lebih lanjut pada bagian lampiran

Berikut ini adalah tabel proses produksi yang dilakukan untuk membuat part Kaki Prostetik yang bersifat insource

No. Part

Depress

UniWall

UniSect

AxisRot

RegXSec

CaptCav

Enclosed

NoDraft

Primary

Secondary Tertiary

1 Foot -1 Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die

Casting Triming Coloring2 Foot -2 Y N N Y Y N Y N Injection Molding Triming Coloring

3 Paha Atas Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die

Casting Triming Coloring

4 Paha Bawah Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die


5 Betis Atas Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die


6 Betis Bawah Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die

Casting Triming Coloring7 Holder Kaki Y N N Y Y N Y N Injection Molding Triming Coloring

Berikut ini adalah tabel production cost dari part Kaki Prostetik

No Bagian Jumlah Status Material Harga Per Satuan Harga Total

1 Foot -1 1 Insource Alumunium 6061 Rp 32.766 Rp 32.766

2 Foot -2 1 Insource ABS Plastic Rp 527.078 Rp 527.078

3 Paha atas 1 Insource Aluminium 6061 Rp 29.202 Rp 29.202

4 Paha Bawah 1 Insource Aluminium 6061 Rp 26.831 Rp 26.831

5 Betis Atas 1 Insource Aluminium 6061 Rp 26.111 Rp 26.111

6 Betis Bawah 1 Insource Aluminium 6061 Rp 26.078 Rp 26.078

7 Holder Kaki 1 Insource ABS Plastic Rp 527.386 Rp 527.386

8 Coil 1 Outcource Steel Rp 1.200Rp1.200

9 Torsional Coil 2 Outsource Steel Rp 1.200Rp2.400

10 Bearing SKF 1 Outsource Steel Rp 1.200Rp1.200

11 Bolt M6 2 Outsource SteelRp117

Rp234

12 Bolt M10 2 Outsource SteelRp117

Rp234

13 Pin 1 Outsource SteelRp117

Rp117

Jumlah Rp 1.200.836

Biaya PerakitanRp3.000

Total Keseluruhan Rp 1.203.836

Dibulatkan Rp 1.204.000

Biaya yang dibutuhkan untuk membuat satu Kaki Prostetik adalah Rp.1.204.000,00

16

BAB V – PENUTUP

1.1.Kesimpulan

Dari perhitungan DFMA diketahui biaya produksi adalah Rp.1.204.000,00, maka harga alat akan jauh lebih murah dibandingkan harga yang beredar di pasaran. Karena harga yang beredar kini yang terendah adalah Rp.4.000.000.

Kaki prostetik memiliki massa 3kg, lebih ringan daripada kaki manusia umumnya Pegas tarik bekerja menggantikan sendi lutut Pegas torsi bekerja mengantikan sendi mata kaki merangkap menjadi damper Jari adalah permukaan yang pertama kali kontak dengan tanah bila bergerak, dengan

adanya pin pada jari dapat menyesuaikan hentakan pada saat berjalan

1.2.Saran Agar dilakukan kajian lebih lanjut untuk mekanisme pendaratan jari dan pemasangan pada

pangkal paha Agar dapat direalisasikan karena sangat mudah terjangkau untuk rumah sakit / puskesmas

dan biaya perawatan yang murah

DAFTAR PUSTAKA

Callistee, William D. Material Science and Engineering an Introduction. 2007

Khurmi, R.S,. Gupta, J.K. Text Book of Machine Design. 1999

Boothroyd, Product Design for Manufacture and Assembly

LAMPIRAN 1PERHITUNGAN

1. Perhitungan Baut

Sambungan Baut Paha Atas-Paha Bawah dan Betis Atas-Betis Bawah

TensileBeban maksimal yang mampu diterima oleh sambungan baut yang disebabkan oleh Tensile stress

Dengan d = 0.006 m

dc = 0.00535 m

𝐹 =

𝜋 𝑑𝑐 2 4 = 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild Steel)

ShearBeban maksimal yang mampu diterima oleh sambungan baut yang disebabkan oleh shear stress :

𝐹 =

𝜋 2 𝜏4Dengan, d = 0.006 m

𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear Yield Strength

Mild Steel)

Sehingga didapat bahwa beban F maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 4.65 kN dan didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 5.85 kN. Sementara beban yang didapat dari berat tubuh manusia dewasa dengan tinggi 162 cm (data antopometri) adalah berkisar 60 – 100 kg hanya 1000 Newton atau 1kN jadi desain baut aman.

2. Perhitungan Lutut

2.1.Knuckle Pina. Tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh knuckle pin yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 =

𝜋 2 4

Dengan d = 0.02 m

= 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength

Mild Steel)

b. Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh knuckle pin yang disebabkan oleh shear stress :

�

� 2𝐹 = 2

4 𝑑 𝜏Dengan, d = 0.02 m𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear

Yield Strength Mild Steel)

Sehingga didapat bahwa beban F maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 65,02

kN dan, didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 75,46 kN.

2.2.Rod Enda. Tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh rod end yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 𝑡

Dengan d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t =

0,02 m = 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild Steel)

b. Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh rod end yang disebabkan oleh shear stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 𝑡 𝜏

Dengan, d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t =

0,02 m

𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear


Sehingga didapat bahwa beban F maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 124.19 kN

dan, didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 72.03 kN.

2.3.Fork Enda. Tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh fork end yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1

) 1 Dengan d1 = 0,02 m

d2 = 0,05 m

t1

= 0,015

= 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild Steel)

b. Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh fork end yang disebabkan oleh shear stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 1𝜏

Dengan, d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t1 =

0,015𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear


Sehingga didapat bahwa beban F maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 93.14

kN dan, didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 54.02 kN. Dengan beban yang diterima hanya 1000 newton (1kN) maka desain aman

3. Perhitungan Engkel3.1.Tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh knuckle pin yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 =

𝜋 2 4

Dengan d = 0.02 m

= 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild

Steel)

3.2.Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh knuckle pin yang disebabkan oleh shear stress :

𝜋 2𝐹 = 2 4

𝑑 𝜏Dengan, d = 0.02 m

𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear Yield Strength Mild Steel)

Sehingga didapat bahwa beban F maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 65,02 kN dan, didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh knuckle pin adalah 75,46 kN.

3.3.Rod End

a. tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh rod end yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 𝑡

Dengan d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t =

0,02 m

= 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild Steel)

b. Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh rod end yang disebabkan oleh shear stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 𝑡 𝜏

Dengan, d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t =

0,02 m𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear



dan,

Sehingga didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 72.03 kN.

3.4.Fork End

a. Tensile stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh fork end yang disebabkan oleh tensile stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1

) 1 Dengan d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t1 =

0,016 = 206,98 x 106 Pa (Tensile Yield Strength Mild Steel)

b. Shear stress

Beban maksimal yang mampu diterima oleh fork end yang disebabkan oleh shear stress :

𝐹 = (𝑑2 − 1) 1𝜏

Dengan, d1 = 0,02 m

d2 = 0,05

m t1 =

0,016𝜏 = 0,58 x 206,98 x 106 Pa (Shear Yield Strength Mild

Steel)


dan,didapat bahwa beban Fs maksimal yang bisa diterima oleh rod end adalah 57.62 kN.

LAMPIRAN 2DF

MA

Pada lampiran ini dijelaskan proses produksi dari masing-masiing part yang bersifat insource. Penjelasan ini akan dirangkum menjadi bentuk tabel. Terdapat dua proses produksi, yaitu proses die casting dan injection molding.

Manufacturing

No. Part

Depress

UniWall

UniSect

AxisRot

RegXSec

CaptCav

Enclosed

NoDraft

Primary

Secondary Tertiary

1 Foot -1 Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die

Casting Triming Coloring2 Foot -2 Y N N Y Y N Y N Injection Molding Triming Coloring

3 Paha Atas Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die


4 Paha Bawah Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die


5 Betis Atas Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die


6 Betis Bawah Y N N Y Y N Y NCold Chamber Die

Casting Triming Coloring7 Holder Kaki Y N N Y Y N Y N Injection Molding Triming Coloring

Design For Die Casting

No Nama Part Material ProsesVolume(cm^3)

Massa(kg)

Harga perkg ($)

Nt

1 Betis Atas Alummunium 6061Cold Chamber DieCasting 1,74092 0,472 1,4 100000

2 Betis Bawah Alummunium 6061Cold Chamber DieCasting 1,73416 0,47 1,4 100000

3 Paha Atas Alummunium 6061Cold Chamber DieCasting 2,43966 0,661 1,4 100000

4 Paha Bawah Alummunium 6061Cold Chamber DieCasting 2 0,516 1,4 100000

5 Foot-1 Alummunium 6061Cold Chamber DieCasting 6,66259 0,879 1,4 100000

No Nama PartTd

(jam) F k1 M1 Crt Tp Cd1 M Ct1 Ca

Jumlah Cavities

Optimum (n)

Biaya totalBiaya pPart

1 Betis Atas 0,5 10 62 0,005 3 0,4 8000 0,7 2000 0,6608 37 223553,855 2,235538

2 Betis Bawah 0,5 10 62 0,005 3 0,4 8000 0,7 2000 0,658 37 223273,855 2,232738

3 Paha Atas 0,5 10 62 0,005 3 0,4 8000 0,7 2000 0,9254 37 250013,855 2,500138

4 Paha Bawah 0,5 10 62 0,005 3 0,4 8000 0,7 2000 0,7224 37 229713,855 2,297138

5 Foot-1 0,5 10 62 0,005 3 0,4 8000 0,7 2000 1,2306 37 280533,855 2,805338

Jumlah biaya per part dari proses die casting adalah $12,1

Design For Injection Molding

NoNamaPart

Material ProsesVolume(cm^3)

Massa(kg)

Harga perkg ($)

Nt k1 t

1 Foot-2ABS

Plastic Injection Molding 0,118182 0,0176 1,5 500 25 1

2Holderkaki

ABSPlastic Injection Molding

0,10689 0,03521,5 500 25 1

NoNamaPart m C1

CavitiesOptimumNumber

BiayaTotal

Biaya PerPart ($)

1 Foot-2 0,01 10000 1 22563,25 45,1265

2Holderkaki 0,01 10000 1 22576,45 45,1529

Jumlah biaya per part dari proses injection molding adalah $90,28

Design For Assembly

Part I.D. N

Name of Parts

Number Of Times The Operation is Carried out consecutively

Two-Digit

Manua

l H

andling

Manual Handling Time Per Part

Two-Digit

Manua

l In

sertion

Manual Insertion Time Per Part

Operation Time (second)

Operation Cost (Rp) 40 / s

Name of Assembly

1 Foot -1 1 30 1,95 00 1,5 3,45 138 place in fixtu

2 Foot -2 1 30 1,95 00 1,5 3,45 138 add

11 Srew tightning 1 10 1,5 92 5 6,5 260 add and srew tig

6 Betis Bawah 1 30 1,95 00 1,5 3,45 138 add

4 Torsional Coil 1 30 1,95 12 5 6,95 278 add

11 Srew tightning 1 10 1,5 92 5 6,5 260 add and srew tigh

5 Betis Atas 2 10 1,5 00 1,5 6 240 add


4 Paha Bawah 1 30 1,95 00 1,5 3,45 138 add

3 Paha Atas 1 30 1,95 00 1,5 3,45 138 add

10 Bearing SKF 1 0 1,13 10 4 5,13 205,2 add


8 Coil 1 0 1,13 20 5,5 6,63 265,2 add


7 Holder Kaki 1 10 1,5 00 1,5 3 120 add

Waktu yang dibutuhkan untuk merakit satu alat Kaki Prostetik adalah 3098,4 detik atau 51,6 menit

Analisis Ekonomi

Dengan estimasi 8 jam bekerja,

𝑘 𝑖 =

8 𝑥 60 𝑖 51,6 �

�

= 9,23

maka dalam waktu satu hari, satu pekerja dapat merakit 9 Kaki Prostetik

LAMPIRAN 3Image Width (pixels):

Stress Analysis Report

Analyzed File: Assembly1.iam

Autodesk Inventor Version: 2013 (Build 170138000, 138)Creation Date: 9/1/2014, 6:03 PM

Simulation Author: ari

Summary:

Project Info (iProperties)

Summary

Author Ridho Hassan

Project

Part Number Assembly1Designer Ridho HassanCost $0.00

Date Created 8/23/2014

Status

Design Status WorkInProgress

Physical

Mass 3.92997 kgArea 392881 mm^2Volume 1770810 mm^3

Center of Gravity

x=-61.7443 mm y=265.261 mm z=-190.991 mm

Note: Physical values could be different from Physical values used by FEA reported below.

Simulation:1

General objective and settings:

Design Objective Single Point

Simulation Type Static Analysis

Last Modification Date 9/1/2014, 6:01 PM

Detect and Eliminate Rigid Body Modes

No

Separate Stresses Across Contact Surfaces

No

Motion Loads Analysis No

Mesh settings:

Avg. Element Size (fraction of model diameter)

0.1

Min. Element Size (fraction of avg. size)

0.2

Grading Factor 1.5

Max. Turn Angle 60 deg

Create Curved Mesh Elements No

Use part based measure for Assembly mesh

Yes

Material(s)

Name PAEK Plastic

General

Mass Density 1.32 g/cm^3

Yield Strength 99.97 MPa

Ultimate Tensile Strength

210 MPa

Stress

Young's Modulus 1.1 GPa

Poisson's Ratio 0.42 ul

Shear Modulus 0.387324 GPa

Stress Thermal

Expansion Coefficient

0.0000468 ul/c

Thermal Conductivity

0.25 W/( m K )

Specific Heat 1339.84 J/( kg c )

Part Name(s)

Foot-1Foot-2 holder kaki

Name Aluminum 6061

General


Yield Strength 275 MPa


310 MPa

Stress




Stress Thermal


0.0000236 ul/c


167 W/( m K )


Part Name(s)

Betis Atas Paha Bawah Paha Atas Betis Bawah

Name Steel

General




345 MPa

Stress

Young's Modulus 210 GPa



Stress Thermal


0.000012 ul/c


56 W/( m K )

Specific Heat 460 J/( kg c )

Part Name(s)

CoilTorsional CoilTorsional Coil-2DIN EN ISO 4016 M6x30DIN EN ISO 4016 M6x30DIN EN 24033 M6DIN EN 24033 M6ISO 2341 - B - 20 x 95ISO ISO 4016 - M6 x 55ISO 4016 - M6 x 55

Name Steel, Mild

General




345 MPa

Stress

Young's Modulus 220 GPa



Stress Thermal


0.000012 ul/c


56 W/( m K )

Specific Heat 460 J/( kg c )

Part

JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z DIN 7969 -

Name(s) M10 x 60Rivet GB 868 6 x 24 x 19.365PIN GB_T 882-1986 B 10 x 120

Name Stainless Steel, 440C

General




861.25 MPa

Stress




Stress Thermal


0.0000104 ul/c


24.23 W/( m K )


Part Name(s)

ISO 4036 - M10(2) ISO 4035 - M6ISO ISO 4035 - M6ISO

Operating conditions

Force:1

Load Type

Force

Magnitude

1000.000 N

Vector X 0.000 N

Vector Y -999.891 N

Vector Z -14.732 N

Selected Face(s)

Fixed Constraint:1

Constraint Type Fixed Constraint

Selected Face(s)

Fixed Constraint:2

Constraint Type Fixed Constraint

Selected Face(s)

Contacts (Bonded)

Name Part Name(s)

Bonded:1

Foot-1:1Foot-2:1

Bonded:2

Foot-1:1Foot-2:1

Bonded:3

Foot-1:1Foot-2:1

Bonded:4

Foot-1:1Foot-2:1

Bonded:5

Foot-1:1Foot-2:1

Bonded:6

Foot-1:1Betis Bawah:1

Bonded:7


Bonded:8


Bonded:9


Bonded:10

Foot-1:1Torsional Coil:1

Bonded:11

Foot-1:1ISO 2341 - B - 20 x 95ISO:1

Bonded:12

Foot-1:1ISO 2341 - B - 20 x 95ISO:1

Bonded:13

Foot-1:1ISO 2341 - B - 20 x 95ISO:1

Bonded:14

Foot-1:1PIN GB_T 882-1986 B 10 x 120:1

Bonded:15

Foot-1:1PIN GB_T 882-1986 B 10 x 120:1

Bonded:16

Foot-1:1PIN GB_T 882-1986 B 10 x 120:1

Bonded:17

Foot-2:1PIN GB_T 882-1986 B 10 x 120:1

Bonded:18

Betis Atas:2Paha Bawah:1

Bonded:19

Betis Atas:2Paha Bawah:1

Bonded:20

Betis Atas:2Betis Bawah:1

BBetis Atas:2Betis Bawah:1

onded:21

Bonded:22

Betis Atas:2Betis Bawah:1

Bonded:23

Betis Atas:2Coil:1

Bonded:24

Betis Atas:2Coil:1

Bonded:25

Betis Atas:2JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z:1

Bonded:26


Bonded:27


Bonded:28


Bonded:29


Bonded:30


Bonded:31

Betis Atas:2DIN EN ISO 4016 M6x30:1

Bonded:32


Bonded:33


BBetis Atas:2

onded:34

DIN EN 24033 M6:2

Bonded:35

Betis Atas:2ISO 4016 - M6 x 55:1

Bonded:36

Betis Atas:2ISO 4035 - M6ISO:2

Bonded:37

Paha Bawah:1Paha Atas:1

Bonded:38


Bonded:39


Bonded:40


Bonded:41

Paha Bawah:1Coil:1

Bonded:42

Paha Bawah:1JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z:2

Bonded:43


Bonded:44


Bonded:45


Bonded:46

Paha Bawah:1DIN 7969 - M10 x 60:1

Bonded:4


7

Bonded:48


Bonded:49

Paha Bawah:1ISO 4036 - M10(2):1

Bonded:50

Paha Bawah:1DIN EN ISO 4016 M6x30:2

Bonded:51


Bonded:52


Bonded:53


Bonded:54

Paha Bawah:1DIN EN 24033 M6:1

Bonded:55

Paha Bawah:1ISO 4016 - M6 x 55:2

Bonded:56

Paha Bawah:1ISO 4035 - M6ISO:1

Bonded:57

Paha Atas:1ISO 4016 - M6 x 55:2

Bonded:58


Bonded:59


Bonded:6

holder kaki:1

0 holder kaki:1

Bonded:61

holder kaki:1 holder kaki:1

Bonded:62


Bonded:63


Bonded:64

Betis Bawah:1Torsional Coil:1

Bonded:65

Betis Bawah:1Torsional Coil:1

Bonded:66

Betis Bawah:1ISO 2341 - B - 20 x 95ISO:1

Bonded:67

Betis Bawah:1ISO 4016 - M6 x 55:1

Bonded:68


Bonded:69


Bonded:70

Coil:1DIN EN 24033 M6:1

Bonded:71

JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z:1JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z:2

Bonded:72


Bonded:73


Bonded:74


Bonded:75

JIS B 1521 SKF (D) - SKF 6200-Z:1DIN 7969 - M10 x 60:1

Bonded:76


Bonded:77


Bonded:78


Bonded:79


Bonded:80


Bonded:81

DIN 7969 - M10 x 60:1ISO 4036 - M10(2):1

Bonded:82

DIN EN ISO 4016 M6x30:1DIN EN 24033 M6:2

Bonded:83

DIN EN ISO 4016 M6x30:2DIN EN 24033 M6:1

Bonded:84

ISO 2341 - B - 20 x 95ISO:1Rivet GB 868 6 x 24 x 19.365:1

Bonded:8

ISO 4016 - M6 x 55:1ISO 4035 - M6ISO:2

5

Bonded:86

ISO 4016 - M6 x 55:2ISO 4035 - M6ISO:1

Results

Reaction Force and Moment on Constraints

Constraint Name

Reaction Force Reaction Moment

Magnitude

Component (X,Y,Z)

Magnitude

Component (X,Y,Z)

Fixed Constraint:1

499.995 N

0 N

25.8615 N m

25.8346 N m

499.94 N -0.0947893 N m

7.36353 N -1.17448 N m

Fixed Constraint:2

499.995 N

0 N

25.8615 N m

25.8346 N m

499.94 N -0.0947893 N m

7.36353 N -1.17448 N m

Result Summary

Name Minimum Maximum

Volume 1771790 mm^3

Mass 3.93138 kg

Von Mises Stress

0 MPa 26.1191 MPa

1st Principal Stress

-4.4901 MPa 22.2724 MPa

3rd Principal Stress

-29.688 MPa 4.49614 MPa

Displacement 0 mm 0.0385276 mm

Safety Factor 7.92524 ul 15 ul

Stress XX -9.01183 MPa 11.5492 MPa

Stress XY -9.58379 MPa 9.28173 MPa

Stress XZ -3.99757 MPa 4.62554 MPa

Stress YY -24.2875 MPa 18.4696 MPa

Stress YZ -11.7352 MPa 12.643 MPa

Stress ZZ -14.0397 MPa 11.1136 MPa

X Displacement

-0.00305767 mm

0.00300766 mm

Y Displacement -0.0265237 mm

0.000842336 mm

Z Displacement

-0.0277854 mm

0.000162958 mm

Equivalent Strain

0 ul 0.000767728 ul

1st Principal Strain

-0.00000249565 ul

0.000809934 ul

3rd Principal Strain

-0.000678308 ul

0.000002254 ul

Strain XX -0.000130019 ul

0.000237072 ul

Strain XY -0.000572617 ul

0.000331404 ul

Strain XZ -0.000215295 ul

0.000176384 ul

Strain YY -0.000549944 ul

0.000254473 ul

Strain YZ -0.000310426 ul

0.000377623 ul

Strain ZZ -0.000147371 ul

0.000380209 ul

Contact Pressure

0 MPa 12.5897 MPa

Contact Pressure X

-3.86101 MPa 2.70229 MPa

Contact Pressure Y

-11.7893 MPa 9.40906 MPa

Contact Pressure Z

-11.1128 MPa 6.85736 MPa

Figures

Von Mises Stress

1st Principal Stress

3rd Principal Stress

Displacement

Safety Factor

Stress XX

Stress XY

Stress XZ

Stress YY

Stress YZ

Stress ZZ

X Displacement

Y Displacement

Z Displacement

Equivalent Strain

1st Principal Strain

3rd Principal Strain

Strain XX

Strain XY

Strain XZ

Strain YY

Strain YZ

Strain ZZ

Contact Pressure

Contact Pressure X

Contact Pressure Y

Contact Pressure Z

E:\Kuliah\BKSTM\BKSTM fix\BKSTM-FIX\Assembly1.iam

Image Width (pixels):

LAMPIRAN 4

Step 0, kaki dalam kondisi steady per tarik panjang maksimum, load dari berat tubuh

Step 1 : kaki diangkat, per tarik bekerja, dikarenakan beban hilang/berkurang per tarik memendekkan diri sehingga terbentuk posisi berikut. Jari terjatuh seperti pada gambar karena beratnya

Step 2 : Jari menginjak tanah sebagai penerima gaya pertama, per torsi bekerja mengatur alur kembalinya kaki ke posisi semula.

Step 3 : posisi setelah melangkah dan siap untuk langkah selanjutnya

contoh kw

Documents