PERANCANGAN DESAIN RANGKA DAN ANALISIS PEMBEBANAN

STATIK SEPEDA LISTRIK RODA 3

Agung Dwi Sapto(1)

, Irvan Septyan Mulyana (2)

1,2

Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri

Universitas Gunadarma, Depok

Email : agungds@staff.gunadarma.ac.id

ABSTRAK

Rangka (frame) menjadi bagian yang paling penting dari sepeda karena semua komponen

sepeda yang lain dipasang pada rangka. Rangka haruslah menjadi fokus utama dalam

pertimbangan untuk merancang sebuah sepeda, karena rangka sepeda harus mampu

menopang berat pengendara, mentranslasikan usaha pedal menjadi gerakan maju,

mengarahkan roda sesuai arah yang dituju dan mengabsorbsi getaran jalan. Maka pada

penilitian ini dipilih rangka sepeda listrik roda 3. Dengan merancang rangka sepeda listrik

roda 3, dapat diketahui kekuatan rangka pada seat tube dengan menggunakan material

titanium dengan perhitungan von mises stress, strain, dan factor of safety pada asumsi

pembebanan statik sebesar 130 kg. Setelah dilakukan perancangan pada rangka sepeda listrik

roda 3 ukuran 510 mm pada seat tube center, 545 mm pada stack dan 545 mm pada effective

top tube dengan asumsi pengguna sepeda memiliki tinggi badan 160-170 cm. Hasil

perhitungan yang dilakukan pada seat tube rangka sepeda listrik roda 3 terhadap beban

sebesar 130 kg, didapatkan nilai teori von mises stress sebesar 118,3969413 MPa, nilai teori

strain sebesar 1,127 x 10 -3, nilai teori factor of safety sebesar 4,22.

Kata Kunci : Analisis Pembebanan, Rangka, Seat Tube

ABSTRACT

The frame is the most important part of a bicycle because all other bicycle components are

attached to the frame. The frame must be the main focus in the consideration of designing a

bicycle, because the bicycle frame must be able to support the rider's weight, translate pedal

effort into forward movement, direct the wheels in the intended direction and absorb road

vibrations. So in this study a 3-wheeled electric bicycle frame was selected.By designing a 3-

wheeled electric bicycle frame, it can be seen the strength of the frame on the seat tube using

titanium material with the calculation of von mises stress, strain, and the factor of safety on

the assumption of a static loading of 130 kg. After designing the 3-wheeled electric bicycle

frame, measuring 510 mm at the seat tube center, 545 mm on the stack and 545 mm on the

effective top tube, assuming the bicycle user has a height of 160-170 cm. The results of

calculations carried out on a seat tube for a 3-wheeled electric bicycle frame with a load of

130 kg, obtained the theory value of von mises stress of 118.3969413 MPa, the theoretical

value of strain is 1.127 x 10 -3, the theoretical value of the factor of safety is 4.22.

Keyword : Load Analysis, Frame, Seat Tube

PENDAHULUAN

Teknologi transportasi mengalami

perkembangan yang sangat pesat, baik

transportasi darat, laut, maupun udara.

Banyak orang yang memilih transportasi

darat, dikarenakan biaya yang relatif lebih

murah. Jenis alat transportasi yang ada

seperti : sepeda, motor, mobil, kereta. Pada

dasarnya semua itu mempunyai fungsi dan

kegunaan yang sama dan sebagian besar

membutuhkan bahan bakar minyak

(BBM).

Kebutuhan sarana transportasi yang

menggunakan bahan bakar minyak terus

meningkat, hal ini akan mengakibatkan

menipisnya persediaan bahan bakar

minyak. Dampak lain seperti polusi udara

dapat mengakibatkan terjadinya

pemanasan global. Maka dibutuhkan alat

bantu transportasi alternatif yang hemat

bahan bakar minyak (BBM) dan ramah

lingkungan. Dalam hal ini salah satu

contoh kendaraan alternatif yaitu sepeda

listrik yang menggunakan energi alternatif

baterai yang menghasilkan energi listrik.

Sepeda listrik merupakan salah satu

sarana transportasi alternatif yang

memanfaatkan tenaga listrik sebagai

sumber tenaganya. Energi listrik

digunakan untuk diubah menjadi energi

gerak. Untuk mengubah energi listrik

menjadi energi gerak, dibutuhkan motor

listrik atau biasa disebut dinamo listrik. Di

Indonesia sudah banyak terdapat sepeda

listrik dengan daya motor listrik yang

berbeda-beda dan variasi kecepatan sesuai

dengan daya motor listrik tersebut. Sepeda

listrik menggunakan arus DC (direct

current) dengan menggunakan energi

baterai dan menggunakan rangkaian sistem

kontrol sebagai pengendali kecepatan pada

sepeda tersebut. Selain beroda 2, adapun

sepeda listrik beroda 3 yang sama halnya

digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Salah satu yang perlu diperhatikan dalam

perancangan sepeda listrik roda 3 adalah

konstruksi rangka (frame). Rangka (frame)

menjadi bagian yang paling penting dari

sepeda karena semua komponen sepeda

yang lain dipasang pada rangka (frame)

(Barnett, 2003).

Rangka (frame) harus mampu

menopang berat pengendara,

mentranslasikan usaha pedal menjadi

gerakan maju, mengarahkan roda sesuai

arah yang dituju dan mengabsorbsi getaran

jalan. Rangka (frame) haruslah menjadi

fokus utama dalam pertimbangan untuk

merancang sebuah sepeda listrik. Aspek

utama dalam perancangan rangka (frame)

adalah geometri. Geometri adalah istilah

keseluruhan yang mengacu pada semua

sudut dan dimensi yang membuat sepeda

cocok dan berfungsi sebagaimana

mestinya. Geometri yang sama juga

menentukan penanganan atau perilaku dari

sepeda. Seberapa stabil sepeda itu ketika

bergerak di jalan, kemampuan untuk

melewati tikungan dan kemampuan untuk

membawa beban, semua ditentukan oleh

hubungan tertentu antara setiap dimensi

geometri rangka (frame) (Downs, 2005).

Tujuan penelitian ini adalah untuk

merancang sebuah desain rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 dan menentukan jenis

material yang kemudian diberikan

pembebanan komponen menggunakan

simulasi pada software Solidworks untuk

mengetahui tegangan yang terjadi pada

desain rangka (frame) sepeda listrik roda 3

tersebut.

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dapat

dirumuskan permasalahan dalam

penelitian ini yaitu rancang bangun rangka

(frame) sepeda listrik roda 3 yang kuat,

kokoh dalam menahan beban kerja.

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian dan

perancangan ini adalah :

1. Merancang rangka (frame) sepeda

listrik roda 3.

2. Menganalisis kekuatan rangka pada

seat tube dengan menggunakan

material titanium.

3. Menghitung von mises stress, strain,

dan factor of safety pada pembebanan

statik sebesar 130 kg.

KAJIAN PUSTAKA

Sepeda Listrik

Sepeda listrik adalah sepeda yang

mempunyai motor listrik atau dinamo

sebagai alat bantu geraknya. Perbedaan

sepeda listrik dengan sepeda motor listrik

adalah, sepeda listrik mempunyai pedal

seperti sepeda pada umumnya, yang bisa

juga digunakan untuk menggerakkan

sepeda listrik tersebut, sedangkan sepeda

motor listrik hanya mengandalkan motor

listrik sebagai penggeraknya. Sepeda

listrik menggunakan baterai isi ulang

sebagai sumber tenaga motor listrik.

Sepeda listrik menggunakan baterai

isi ulang dan sepeda yang lebih ringan

dapat melaju dengan kecepatan 25 hingga

32 km/h (16 hingga 20 mph), bergantung

pada undang-undang setempat, sedangkan

varietas yang lebih bertenaga sering kali

dapat melaju lebih dari 45 km/h (28 mph)

(Goodman, 2010).

Rangka Sepeda

Rangka sepeda berguna sebagai

penyangga utama menjadi tempa

berpusatnya semua resultasi gaya dari

komponen. Pada kondisi jalan yang rata

gaya aksi reaksi didefinisikan sebagai

beban minimum. Sedangkan pada kondisi

jalan yang bergelombang atau sedang

terjadi benturan kondisi beban

didefinisikan sebagai beban maksimum.

Kondisi pembabanan seperti ini

berlangsung secra berulang, hingga

material rangka sepeda mengalami

kelelahan (fatique) kemudian terjadi

kegagaln (failure). Kegagalan yang

disebabkan kelelahan material sangat

membahayakan, karena kelelahan

mengakibatkan patah yang terjadi tanpa

diawali deformasi pada material tersebut.

Beberapa hal yang menyebabkan kelelahan

terjadi lebih cepat, yaitu beban maksimum

yang lebih tinggi, variasi atau fluktuasi

tegangan yang cukup besar. Selain itu

variabel lain yang menyebabkan terlalu

cepat terjadi kelelahan seperti konsentrasi

tegangan, korosi, suhu, tegangan sisa dan

geometri dari rangka itu sendiri. Namun

pada kondisi sebenarnya bentuk geometri

dari rangka sepeda sangatlah penting,

karena geometri sepeda menentukan

kenyamanan dari sepeda itu sendiri.

Sehingga untuk melakukan optimasi

fatigue dari rangka sepeda tidak bisa

dilakukan dengan mengubah geometri.

Optimasi hanyak dapat dilakukan dengan

optimasi pada daerrah tengangan kritis

pada rangka sepeda.

Geometri Sepeda

Geometri adalah cabang ilmu

matematika yang mempelajari tentang

hubungan antara titik-titik, garis-garis,

bidang-bidang serta bangun datar dan

bangun ruang solid. Jadi geometri rangka

sepeda adalah suatu titik-titik, garis-garis

dalam bangun ruang bidang solid yang

menentukan ukuran pada rangka sepeda

yang berfungsi sebagai gambar rangka

dalam sebuah perancangan untuk

menentukan ukuran gaya penggunaan jenis

rangka sepeda, dan mengetahui ukuran

yang akan digunakan oleh si pengendara

sepeda. Ukuran sepeda yang tepat akan

menentukan kenyamanan pengendara.

Setiap jenis sepeda memiliki

geometri sepeda yang berbeda dari ukuran,

dan proporsi tinggi tubuh pengandara yang

berbeda-beda juga. Geometri pada rangka

sepeda diantaranya yaitu :

1. Head tube angle (sudut epala tabung)

2. Fork Rake and Trail

3. Chainstay Length

4. Wheelbase

5. Bottom Bracket Drop

6. Seat Tube Angle

7. Effective Top Tube Length

8. Seat Tube Length

Teori Kegagalan Statis dan Tegangan

Von Mises

Kegagalan pada suatu elemen

mesin dapat terjadi dalam berbagai wujud

seperti misalnya yielding, retak, patah,

korosi, aus, dan lain-lain. Penyebab

kegagalan juga bermacam-macam seperti

misalnya salah desain, beban operasional,

kesalahan maintenance, cacat material,

temperatur, lingkungan, waktu, dan lain-

lain. Dalam beberapa kasus kegagalan juga

dapat diakibatkan oleh beban mekanis

yaitu yang berhubungan dengan jenis

tegangan yang terjadi pada komponen

mesin. Dengan pengetahuan yang lengkap

tentang kegagalan, maka para insinyur

dapat mempertimbangkan berbagai aspek

penyebab kegagalan dalam perancangan

sehingga diharapkan kegagalan tidak akan

terjadi selama umur teknisnya.

Teori kegagalan statik dalam

perkembangannya dibedakan menjadi dua

kategori, yaitu teori kegagalan untuk

material ulet (ductile) dan teori kegagakan

statik untuk material getas (brittle).

Mengingat jenis material dalam penelitian

ini adalah material ulet, maka akan dibahas

jenis teori kegagalan untuk material ulet.

Pada material ulet akan terjadi patah jika

tegangan akibat beban statik di atas

kekuatan tarik ultimatnya, sementara

kegagalan pada komponen mesin terjadi

bila tegangan akibat beban statis di atas

kekuatan luluhnya.

Teori Energi Distorsi (Von Mises-

Henky)

Teori kegagalan ini diperkenalkan

oleh Huber (1904) dan kemudian

disempurnakan melalui kontribusi von

Mises dan Henky. Teori ini menyatakan

bahwa kegagalan diprediksi terjadi pada

keadaan tegangan multiaksial bilamana

energi distorsi per unit volume sama atau

lebih besar dari energi distorsi per unit

volume pada saat terjadinya kegagalan

dalam pengujian tegangan uniaksial

sederhana terhadap spesimen dari material

yang sama.

Faktor Keamanan

Faktor keamanan adalah faktor

yang digunakan untuk mengevaluasi

kemanan dari suatu bagian mesin, (Shigley

dan Mitchell, 1984 : 11). Untuk

menghindari terjadinya keruntuhan

struktur (structure-failure) maka kekuatan

sebenarnya dari suatu bahan haruslah

melebihi kekuatan yang dibutuhkan.

Perbandingan dari kekuatan sebenarnya

terhadap kekuatan yang dibutuhkan

disebut faktor keamanan (safety factor) η

yang dirumuskan :

Faktor keamanan harus lebih besar dari 1,0

untuk menghindari terjadinya kegagalan

atau keruntuhan struktur. Nilai kisaran

faktor keamanan berkisar antara 1,0 hingga

10.

Menurut Mott (2009 : 164) untuk

menentukan faktor keamanan suatu

struktur yang akan dirancang dapat

menggunakan aturan berikut :

1) Bahan-bahan ulet

a) 𝜂 = 1,25 hingga 2,0 untuk

perancangan struktur yang

menerima beban statis dengan

tingkat kepercayaan yang tinggi

untuk semua data perancangan.

b) 𝜂 = 2,0 hingga 2,5 untuk

perancangan elemen-elemen mesin

yang menerima pembebanan

dinamis dengan tingkat

kepercayaan rata-rata untuk semua

data perancangan.

c) 𝜂 = 2,5 hingga 4,0 untuk

perancangan struktur statis atau

elemen-elemen mesin yang

menerima pembebanan dinamis

dengan ketidakpastian mengenai

beban, sifat-sifat bahan, analisis

tegangan, atau lingkungan.

d) 𝜂 = 4,0 atau lebih untuk

perancangan struktur statis atau

elemen-elemen mesin yang

menerima pembebanan dinamis

dengan ketidakpastian mengenai

beberapa kombinasi bahan, sifat-

sifat bahan, analisis tegangan, atau

lingkungan.

2) Bahan-bahan getas

a) 𝜂 = 3,0 hingga 4,0 untuk

perancangan struktur yang

menerima beban statis dengan

tingkat kepercayaan yang tinggi

untuk semua data perancangan.

b) 𝜂 = 4,0 hingga 8,0 untuk

perancangan struktur statis atau

elemen-elemen mesin yang

menerima pembebanan dinamis

dengan ketidakpastian mengenai

beban sifat-sifat bahan, analisis

tegangan, atau lingkungan.

Tegangan Statis dan Dinamis

Tegangan statis yaitu suatu

komponen menerima beban yang diterima

secara lambat, tanpa kejutan dan ditahan

pada nilai yang konstan, maka tegangan

yang dihasilkan pada komponen tersebut

disebut tegangan statis (static stress).

Contohnya adalah beban pada sebuah

struktur karena bobot mati pada sebuah

bangunan, (Mott, 2009 : 148). Tegangan

dinamis adalah tegangan akibat gaya-gaya

yang berubah besarnya, arahnya ataupun

kedua-duannya, misalnya tegangan pada

roda gigi, tegangan pada poros engkol dan

sebagainya. Dikarenakan berubah-ubah

maka tegangan dinamis yang diijinkan

lebih kecil dari pada tegangan statis yang

diijinkan.

Software Solidworks 2018

Software Solidworks merupakan

sebuah program CAD (Computer Aided

Design) dengan kemampuan pemodelan

tiga dimensi solid untuk proses pembuatan

objek prototipe 3D secara visual, simulasi

dan drafting beserta dokumentasi data-

datanya. Solidwork dapat berfungsi untuk

melakukan analisa kekuatan dan dapat

membantu kita untuk mengurangi

kesalahan dalam membuat desain,

(Prabowo, 2009).

METODOLOGI DESAIN DAN

PERANCANGAN

Diagram Alir (Flowchart) Penelitian

Adapun gambaran diagram alir

(Flowchart) yang ingin dibahas mengenai

perancangan rangka (frame) sepeda listrik

roda 3, sebagai berikut :

Gambar 1. Diagram Alir (Flowchart)

Penelitian

Alur penelitian perancangan rangka

sepeda listrik roda 3 menggunakan

software Solidworks 2018 ini dari mulai

hingga selesai adalah sebagai berikut :

1. Persiapan alat dan bahan yang

digunakan dalam penelitian ini

meliputi :

a) Laptop ASUS ROG GL503VD

core i7 yang telah dilengkapi

aplikasi SolidWorks 2018 sebagai

media analisis dan menghitung

data.

b) Desain rangka (frame) sepeda

listrik roda 3.

2. Melakukan permodelan atau desain

rangka (frame) sepeda roda 3.

3. Melakukan penginputan material

properties, fixture pada rangka dan

menentukan bagian yang diberi beban.

4. Langkah selanjutanya yaitu running

program untuk memulai proses

meshing dan dilanjutkan proses

analisa.

5. Hasilnya diketahui distribusi tegangan

utama pada rangka (frame) sepeda

listrik roda 3 didapatkan von mises

stress, strain dan safety factor.

6. Selanjutnya diketahui kontruksi aman

atau tidak, jika tidak maka kembali ke

langkah dua yaitu melakukan

permodelan ulang dan jika aman maka

dilanjutkan.

7. Setelah didapatkan data hasil analisis

von mises stress, strain dan safety

factor pada desain rangka (frame)

sepeda roda 3, kemudian dilakukan

pengambilan kesimpulan dari hasil

simulasi tersebut.

Spesifikasi Geometris

Data spesifikasi geometri rangka

(frame) sepeda listrik roda 3 dalam

penelitian ini menggunakan ukuran 510

mm pada seat tube center, 545 mm pada

stack dan 545 mm pada effective top tube

dengan asumsi pengguna sepeda memiliki

tinggi badan 160-170 cm.

Gambar 2. Spesifikasi Geometri Rangka

(Frame) Sepeda Listrik Roda 3

Desain dan Perancangan

Pada penelitian ini, pengujian

analisis beban statis pada rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 dengan permodelan

yang telah dibuat menjadi tiga dimensi,

kemudian siap untuk dianalisis. Proses

analisis dijalankan dengan bantuan

software Solidworks 2018. Setelah output

diketahui, kemudian dapat diketahui

bagaimana dan seberapa besar tegangan

yang terjadi pada rangka (frame) sepeda

listrik roda 3.

Prosedur Penelitian

1. Permodelan

Pada tahap permodelan 3D

yaitu, medesain rangka (frame) sepeda

roda 3 secara utuh.

Gambar 3. Desain Keseluruhan Rangka

(Frame) Sepeda Listrik Roda 3

Dari desain diatas, didapatkan

total massa sebesar 1,27 kg dengan

total volume rangka keseluruhan

sebesar 0,127 m3.

2. Pemasukan Data Variabel

Pemasukan data material di

Solidworks dapat diakses melalui

menu Configurate Material. Material

yang dipilih adalah Titanium Alloys

dengan jenis Commercially Pure Ti

UNS R50700 Grade 4 (SS), Material

ini memiliki ketahanan korosi yang

sangat baik dengan kemampuan

bentuk dan kemampuan las yang baik.

Berikut tabel properties CP-Ti UNS

R50700 Grade 4 (SS):

Tabel 1. Physical Properties CP-Ti UNS

R50700 Grade 4 (SS)

(Sumber : Solidworks 2018)

3. Asumsi Pembebanan

Asumsi digunakan untuk

memudahkan dalam melakukan

analisis. Adapun asumsi yang

diperlukan dalam penelitian ini yaitu

beban maksimum yang diterima

rangka (frame) sepeda listrik roda 3.

Asumsi yang digunakan untuk

pembebanan simulasi statik yaitu

sebesar 130 kg sebagai beban

pengendara pada seat tube.

4. Pengujian

Pengujian rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 dilakukan dengan

software Solidworks 2018 dengan

simulasi statik.

5. Interprestasi Hasil

Hasil (output) analisis berupa

data distribusi tegangan von mises,

regangan (strain) yang ditampilkan

dalam kontur warna pada rangka

(frame) sepeda listrik roda 3 serta

angka-angka dan grafik yang

menunjukkan besarnya tegangan dan

factor of safety yang terjadi.

Variabel Penelitian Data

Variabel yang digunakan dalam

analisis tegangan von mises rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 menggunakan metode

elemen hingga dengan simulasi program

Solidworks adalah penggunaan material.

Teknik Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang

dilakukan dalam penelitian ini adalah

metode tes pegujian dan simulasi

mengunakan software Solidworks 2018.

Pengambilan data didasarkan pada hasil

analisis von mises stress, strain dan safety

factor. Parameter yang dimasukan dalam

program Solidworks ini adalah berupa

desain rangka (frame) sepeda listrik roda

3, data material properties, dan asumsi

pembebanan yang terjadi pada rangka

(frame) sepeda listrik roda 3.

Teknik Analisis Data

Teknik analisis data yang

digunakan pada penelitian ini

menggunakan teknik analisis deskriptif.

Angka-angka yang ditampilkan dari hasil

pengujian simulasi desain rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 kemudian dipaparkan

dan dideskripsikan. Data-data yang

dianalisis adalah angka dan tabel yang

diperoleh dari hasil pengujian von mises

stress, strain dan angka safety factor

menggunakan software Solidworks 2018.

PEMBAHASAN

Penentuan Tumpuan Mati dan Gaya

Pembebanan

Sebelum melakukan simulasi

pembebanan statik, penentuan titik

tumpuan dan gaya pembebanan pada

rangka (frame) sepeda listrik roda 3 dapat

5dilihat pada gambar 4 dan gambar 4,

berikut :

Gambar 4. Letak Fixture Pada Rangka

(Frame) Sepeda Listrik Roda 3

Letak fixture pada rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 ini terdapat pada 4

bagian utama yang ditandai oleh kumpulan

panah berwarna hijau yaitu head tube

bawah, bottom bracket, dan kedua poros

roda belakang. Dikarenakan 4 bagian ini

adalah titik tumpuan rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 ketika mendapatkan

beban si pengendara.

Gambar 5. Titik Beban Pada Seat Tube

Sebagai Beban Pengendara

Pada gambar 5, rangka (frame)

sepeda listrik roda 3 yang ditandai oleh

kumpulan panah berwarna ungu adalah

seat tube. Dimana bagian tersebut

mendapatkan asumsi pembebanan yang

digunakan untuk pembebanan simulasi

statik yaitu 130 kg sebagai beban

pengendara.

Proses Meshing

Setelah penginputan batasan

kondisi pada model rangka (frame) selesai,

maka dilakukan meshing seperti gambar 6

berikut :

Gambar 6. Rangka (Frame) Sepeda

Listrik Roda 3 Yang Sudah Dilakukan

Proses Meshing

Analisis Secara Teori dan Materi

Setelah hasil simulasi software

didapat maka untuk mengetahui apakah

hasil software ada kesalahan dalam

perhitungan, maka dilakukan perhitungan

manual berdasarkan rumus-rumus

perhitungan yang ada. Hasil perhitungan

teori tidak harus tepat dengan hasil

simulasi software, setidaknya hanya

mendekati dengan hasil simulasi software.

Berdasarkan asumsi beban yang diberikan,

total beban yang diterima seat tube pada

rangka (frame) sepeda listrik roda 3

sebesar 130 kg, sehingga :

Massa (m) : 130 kg

Gaya gravitasi (g) : 9,81 m/s

Maka gaya pembebanan dapat dihitung

menggunakan persamaan :

Perhitungan Von Mises Stress secara

Teori

Tegangan von mises stress yaitu

permukaan benda yang terkena tegangan

akibat pemberian beban. Pada rangka

(frame) sepeda listrik roda 3, terjadi

tegangan yang diakibatkan oleh beban

yang diterima oleh seat tube adalah

1275,82 N.

1) Langkah perhitungan awal adalah

mencari luas penampang, sehingga:

Luas penampang

2) Setelah ditemukan nilai luas

penampang pada rangka, maka

perhitungan selanjutnya adalah

mencari nilai tegangan tekan pada

rangka tersebut. Untuk menghitung

tegangan tekan maka dilakukan

menggunakan rumus :

Tegangan Tekan

3) Untuk menghitung tegangan geser

maka dilakukan menggunakan rumus :

Tegangan Geser

4) Hasil dari tegangan tekan dan

tegangan geser akan digunakan dalam

persamaan von mises maksimum,

adapun persamaan yang digunakan

sebagai berikut :

Tegangan maksimum

Dari hasil perhitungan von mises

teori, didapatkan hasil tegangan von mises

maksimum sebesar 118,3969413 MPa atau

118396941,3 Pa.

Von Mises Stress pada Software

Tegangan von mises stress yang

terjadi pada rangka sepeda listrik roda 3

yang diberi beban 130 kg pada seat tube

dapat dilihat pada gambar 7, berikut :

Gambar 7. Stress Pembebanan 130 Kg

Pada Seat Tube Rangka Sepeda Roda 3

Pembebanan pada seat tube rangka

(frame) sepeda sebesar 130 kg sebagai

beban pengendara, mampu menghasilkan

tegangan von mises minimum sebesar

1,253 N/m2 atau 1,253 x 10-6 Mpa dan

tegangan von mises maksimum sebesar

119.6395.760 N/m2 atau 119,639576 Mpa.

Dari perhitungan von mises secara teori

dengan simulasi menggunakan software

maka persentase galat hasil perhitungan

manual dengan hasil perhitungan software

adalah sebagai berikut :

Persentasi Galat

Perhitungan Rengangan (Strain) Secara

Teori

Regangan adalah bagian dari

deformasi, yang dideskripsikan sebagai

perubahan relatif dari partikel-partikel di

dalam benda yang bukan merupakan benda

kaku. Langkah pertama yang dilakukan

untuk mendapatkan nilai regangan (strain)

dengan persamaan sebagai berikut :

Dimana :

Ԑ = regangan (strain)

𝜎 = von mises stress maksimum

E = modulus elastisitas

Rengangan (Strain) pada Software

Regangan (strain) yang terjadi

pada rangka (frame) sepeda listrik roda 3

yang diberi beban 130 kg pada seat tube

dapat dilihat pada gambar 8., berikut :

Gambar 8. Regangan (Strain)

Pembebanan 130 Kg Pada Seat Tube

Rangka Sepeda Roda 3

Dari perhitungan regangan (strain)

secara teori dengan simulasi menggunakan

software maka persentase galat hasil

perhitungan manual dengan hasil analisa

software adalah sebagai berikut :

Perhitungan Factor of Safety Secara

Teori

Faktor Keamanan (factor of safety)

adalah faktor yang digunakan untuk

mengevaluasi agar perencanaan elemen

mesin terjamin keamanannya dengan

dimensi yang minimum. Dari perhitungan

faktor keamanan yang didapatkan adalah

sebagai berikut :

Factor of Safety pada Software

Nilai factor of safety pada rangka

(frame) sepeda listrik roda 3 yang diberi

beban 130 kg pada seat tube dapat dilihat

pada gambar 9, berikut :

Gambar 9. Factor Of Safety Pembebanan

130 Kg Pada Seat Tube Rangka Sepeda

Roda 3

Dari hasil simulasi statik dengan

pembebanan sebesar 130 kg sebagai beban

pengendara pada seat tube, didapatkan

nilai factor of safety sebesar 4,18 pada

rangka (frame) sepeda listrik roda 3 yang

menggunakan material CP-Ti UNS

R50700 Grade 4 (SS). Dari perhitungan

factor of safety secara teori dengan

simulasi menggunakan software maka

persentase galat hasil perhitungan manual

dengan hasil analisa software adalah

sebagai berikut :

Hasil Analisa

Dari hasil simulasi pembebanan

statik dengan asumsi sebesar130 kg

sebagai beban pengendara pada seat tube,

didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel 2. Hasil Simulasi Statik Pada Seat

Tube Rangka Sepeda Listrik Roda 3

Hasil Analisa Factor of Safety Rangka

Sepeda

Dari hasil simulasi pembebanan

statik dengan asumsi pembebanan sebesar

130 kg sebagai beban pengendara pada

bagian atas seat tube, maka didapatkan

nilai factor of safety sebagai berikut :

Tabel 3. Factor Of Safety Rangka Sepeda

Listrik Roda 3

KESIMPULAN

Berdasarkan perancangan rangka

sepeda listrik roda 3, dapat memberikan

kesimpulan guna menjawab tujuan

penulisan, diantaranya :

1. Data spesifikasi geometri rangka

(frame) sepeda listrik roda 3 dalam

penelitian ini menggunakan ukuran

510 mm pada seat tube center, 545

mm pada stack dan 545 mm pada

effective top tube dengan asumsi

pengguna sepeda memiliki tinggi

badan 160-170 cm.

2. Perhitungan pada von mises stress,

strain dan safety factor dilakukan

hanyalah sebagai acuan pendukung

dari perhitungan software, hal ini

bertujuan untuk memastikan

persentase kesalahan yang dilakukan

pada kedua metode ini.

3. Hasil dari perhitungan yang dilakukan

pada seat tube rangka sepeda listrik

roda 3 terhadap beban sebesar 130 kg,

didapatkan nilai teori von mises stress

sebesar 118,3969413 MPa, nilai teori

strain sebesar 1,127 x 10-3, nilai teori

factor of safety sebesar 4,22.\

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, Geometri Sepeda

https://www.cyclingabout.com/und

erstanding-bicycle-frame-

geometry/. Diakses 12

September 2020

Anonim, Geometri Sepeda

https://www.texascyclesport.com/F

ridley-helium-sl-frameset/. Diakses

13 September 2020

Anonim, Grafik Energi Distorsi

https://www.docplayer.info/grafik-

representasi-teori-energi-distorsi-

dalam-tegangan-2-dimensi/.

Diakses 12 September 2020

Anonim, Sepeda Listrik Roda 3

https://www.riauexpose.com/wp-

content/uploads/sepeda-listrik.jpg.

Diakses 13 September 2020

Anonim, Ukuran Rangka Sepeda

https://hobigowes.com/panduan-

memilih-ukuran-sepeda-yang-

benar/. Diakses 13 September 2020

Barnett, J., 2003, Barnett's Manual:

Analysis and Procedures for

Bicycle Mechanics, Velo Press.

Bhandari, V. B. 2010. Design of Machine

Elements. Tata McGraw-Hill

Education. New Delhi.

Downs, Todd, 2005, Illustrated to Bicyle

Maintenance, Rodale Books.

Goodman, David, 2010, "An Electric

Boost for Bicyclists". The New

York Times.

Hafidz Ammar Haryono Putro dkk. 2015.

“Perancangan Rangka Gokar

Listrik” Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sam Ratulangi.

Hendra Saputra dan Riza Ahmad

Zulkarnain. 2015. “Simulasi

Tegangan dan Perubahan Bentuk

Pada Rangka Sepeda Air Hamors

Menggunakan Software Solidwork

2013”. Jurnal Batam Polytechnics.

1-6.

Mott, Robert L, 2009. Elemen-Elemen

Mesin dalam Perancangan

Mekanis (Buku 1). Translated by

Rines. Yogyakarta: ANDI

Prabowo, S. Agung. 2009. Easy to Use :

SolidWorks 2009. Yogyakarta:

Andi.

Rahadian Chandra Lukman. 2017.

“Perancangan Rangka Sepeda

Pasca Stroke Dengan Konsep

Delta (1 Roda Depan dan 2 Roda

Belakang” Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh

Nopember Surabaya.

Shigley, Joseph E. dan Larry D. Mitchell.

1991. Perencanaan Teknik Mesin.

Jakarta: Erlangga.

Suraj Nurholi dan Djauhar Manfaat, 2013,

“Pemodelan 3D Kontruksi Kapal

Menggunakan Perangkat Lunak

Studi Kasus – Grand Block09 M.T.

Kamojang”. Institut Teknologi

Sepuluh Nopember (ITS),

Surabaya.

Perpustakaan Universitas Gunadarma BARCODE

BUKTI UNGGAH DOKUMEN PENELITIANPERPUSTAKAAN UNIVERSITAS GUNADARMA

Nomor Pengunggahan

SURAT KETERANGANNomor: 59/PERPUS/UG/2021

Surat ini menerangkan bahwa:

dengan penulis lainnya sebagai berikut:

Telah menyerahkan hasil penelitian/ penulisan untuk disimpan dan dimanfaatkan di Perpustakaan Universitas Gunadarma,dengan rincian sebagai berikut : Nomor Induk : FTI/IC/PENELITIAN/59/2021Judul Penelitian : PERANCANGAN DESAIN RANGKA DAN ANALISIS PEMBEBANAN STATIK SEPEDA

LISTRIK RODA 3Tanggal Penyerahan : 18 / 05 / 2021

Demikian surat ini dibuat untuk dipergunakan seperlunya dilingkungan Universitas Gunadarma dan Kopertis Wilayah III.

Dicetak pada: 20/05/2021 16:51:53 PM, IP:180.252.123.95 Halaman 1/1

Nama Penulis : Agung Dwi SaptoNomor Penulis : 120901Email Penulis : agungds@staff.gunadarma.ac.idAlamat Penulis : Univ. Gunadarma Kampus E Gedung 428 Kelapa Dua, Depok

Penulis ke-2/Nomor/Email : IRVAN SEPTYAN MULYANA / 140453 / irvansepty@staff.gunadarma.ac.id