“PERANCANGAN MEKANISME VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM (VERS) DENGAN METODE INDUKSI

MAGNETIK PADA SISTEM SUSPENSI ISUZU PANTHER BAK TERBUKA”

Indra Rizky Panigoro

2106100008

Pembimbing : Dr.Eng. Harus Laksana Guntur .ST. M.eng

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Skema losses energi dari engine sampai roda.

(Takashi Suzuki, Ph.D.,"The Romance of Engines", SAE, 1997)

Rumusan masalahBatasan masalah

1.Kelangkaan Bahan Bakar Minyak (BBM) dan kenaikan harga BBM yangterjadi di Indonesia akibat melonjaknya harga minyak dunia, memicupemerintah untuk mulai menggali sumber-sumber energi alternative. Sampaisaat ini, kebutuhan BBM di Indonesia sangat tergantung pada sumber energifosil. Cadangan energi fosil semakin menipis sedangkan kebutuhan BBMsemakin meningkat.2. Sebagian besar industri otomotif roda empat yang ada di Indonesia, masihmenggunakan mesin konvensional dengan prinsip motor pembakaran dalamyang memakai bahan bakar fosil pada produknya

1.Bagaimana merancang alat yang dapat memanfaatkan gerak naik-turunpada sistem suspensi kendaraan untuk menghasilkan listrik

2.Bagaimana pengaruh beban maksimum terhadap kekuatan material dariVERS pada sistem suspensi kendaraan roda 4.

3.Bagaimana menentukan material yang tepat pada VERS agar alat ini dapatberfungsi dengan baik.

1.Kendaraan yang diuji hanya mobil Isuzu Panther bak terbuka.2.Analisa kekuatan hanya pada roda gigi dan poros penggerak pada VERS

ini.3.Untuk analisa kekuatan dilakukan pada beban maksimum

Latar belakang

Tahun 2009 lalu tim dari Massacusetts Institute of Technology telah menemukan sebuah peredamkejut (shock absorber) yang dapat menghasilkanenergi listrik. prototipe peredam kejut inimenggunakan sistem hidrolik yang memaksa cairan mengalir melalui turbin yang terhubung pada generator. Sistem ini dikontrol oleh sistem elektronik aktif yang dapat mengoptimalkanredaman, sehingga relatif lebih nyaman dariperedam konvensional sekaligus menghasilkan listrik untuk mengisi ulang baterai atau mengoperasikan peralatan listrik.

KAJIAN TERDAHULU

Chassis mobil

Pegas daun

Sistem suspensi pada kendaraan roda empat

Vibration Energy Recovery System(VERS) I

Roda gigiRoda gigi jaw

Slider house

Tuas penggerak

Pegangan poros mobil

Poros mobil

Slider house

Tuas penggerak

Casing VERS

Generator

Casing VERS

generator

Ban mobil

Poros mobil

Pemasangan VERS pada sistem suspensi mobil isuzu panther bak terbuka

Kinematika VERSMekanisme kerja portable VERS berawal dari gerakvibrasi relative antarachassis mobil dengan roda. Gerak translasi tersebutakan memicu gerakanrotasi pada tuas VERS yang terhubung denganporos roda. Tuas VERS yang tersambung rigid dengan jaw mengakibatkan jaw akanberputar dengan kecepatanputar yang sama

Check it!

Perancangan mekanisme roda gigi VERS ini menggunakan ratio 1.86, 1.81 dan 1,35 sesuai yang ada di pasaran dan menggunakan one way bearing agar tidak terjadi losses energi pada saat turunnya suspensi.

1

2

1

2

2

1

2

1

d

d

N

N

n

ni

t

t

12.. nd

Vp

63000pnT

N

600)6000( tp FV

Fd

Velocity ratio

Kecepatan keliling roda gigi

Daya yang dibutuhkan

Gaya dinamik

RODA GIGI

Roda gigi lurus merupakan jenis roda gigi yang paling banyakdigunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untukmentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yangsejajar. Bagian dari pasangan roda gigi yang berfungsi untukmenggerakkan roda gigi pasangannya disebut pinion.Sedangkan pasangan roda gigi yang digerakkan disebut gear.

Pemeriksaan kekuatan roda gigi lurus terhadap bending

metode

jbKv

KmKsPKoFttσ

RT

L

K x KKSat x Sad

Syarat aman : σt < Sad

AGMA Lewis

Syarat aman : Fb Fd

PK

YbSpybSF

foob

.....

tp

d FV

F600

600

t

p

d FV

F1200

1200

t

p

d FV

F78

78

untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit

untuk 2000 < Vp < 4000 ft/menit

untuk Vp > 4000 ft/menit

Tidak

start

Kajian Pustaka

Desain kinematika mekanisme Vibration

energy recovery sistem (VERS)

Perancangan eleme-elemen VERS yang dibutuhkan seperti

roda gigi dan poros

Perhitungan kekuatan dan pemilihan material

pada roda gigi dan poros

Pengujian VERS pada mobil isuzu panther bak

terbuka di VEDC Malang

Aman dan bisa berjalan dengan

baik.

END

metodologi

Spesifikasi Data 4.1.1. Grafik Simulink matlab daya yangditerima VERS pada kecepatan mobil 36km/jam dengan Constanta redaman Vers10% pada roda belakang

4.1.2.Grafik kecepatan naik turun suspensi mobil pada roda belakang

Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jawDengan rumus : V suspensi = π.d. n / 60Dimana d adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw.

0,44 m/s = 3,14 . 8,75 cm. n / 60n = 96 rpm

Perhitungan

96 RPM 178 RPM 300 RPM 405 RPM

I = 1,86 I = 1,35I = 1,81

Speed chart

• Perancangan roda gigi jaw dan roda gigi 1

• c = inchi• Torsi masing – masing roda gigi

• T1 = =

• T2=

• Gaya – gaya pada masing – masing roda gigi jaw dan 1

• Ft = lb.f

• Fr = Ft. tan = 9.722 lb.f tan 20 = 3.54 lb.f

• Fn = lb.f

Kecepatan pitch line (Vp)

Vp = = = 101,7356 ft/min

11.32

17.205.42

dgdp

9663000.03.0

163000.n

Hp inlb768.19

inlbhp

n

Hp 24.10178

63000.03.02

63000.

722.905.4768.192

11.2 x

d

T

35.1020

768.19. Cos

lb

Cos

Ft

12n . d . π

12rpm .96 4.05.inchi . π

• Lewis Equation untuk mencari bahan roda gigi• Assumsi b : 1.5 inchi• : 20• Ntp : 16 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y = 0.295 )• Fd = Ft = 9.722 lb.f= 11,37 lb.f

• Fb =

• So =

• So = 1027 Psi• Jadi karena nilai Safe static stress(so) = 1027 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 alloy steels,jadi sudah sangat kuat dan tahan terhadap keausan dan tegangan bending.

600

V 600 p

60020.95 600

P

bYSo.

295.0.6.016.37.11.

nchi

inchilb

bY

PFd

Check roda gigi berdasarkan Wear Load (Buckingham)

Fw = dp . b . Q . K

dimana : dp = Diameter pitch pinion b = Lebar roda gigiK = Wear load factor

dan harga Q diperoleh dari persamaanQ = =

Dari tabel 10-11 (Deutschman) untuk gear dan pinion dengan average BHN = 174,didapat K dari ekstra polasi :

K = 57 psi Jadi Fw = 4.05 x 1.5 x 0.698 x 57 = 241.89 lb.f

Karena Fw Fd 241,89 11,37 lb.f

Maka Fw Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )

gp

g

d dd . 2 698.0

05.417.217.22

inchi

inchix

Pengecekan dengan Metode AGMA BendingTegangan ijin untuk perencanaan

Sad = dimana : Sad = Tegangan ijin maksimum

Untuk bahan ASTM 25 (174 BHN)Sad =

σt = =

= 26315,56 >354.76karena Sad > σt , maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMAterpenuhi .

RT

Lat

KKKS

78947,2631533.1.1

1.000.35x

psi

JbKKKPKF

V

mSOt 76.35438,0.5,1.1

3,1.1.16.1.722,9 lb

• Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation• Bahan Pinion : ASTM 50 (223 BHN)• Gear : ASTM 50 (223 BHN)

• σc =

• σc = 1800 • = 15308,468• check keausan• σc <•• Jadi, σc < •• 15308,468 95000 • 15308,468 < 142500Psi ( memenuhi untuk keausan AGMA )

RT

HLac

v

fmsotP CC

CCS

IbdCCCCCF

C

07,0.5,1.1.2.125,1.08,1.25,1.1.722.9 lb

RT

HLac CC

CCS

RT

HLac CC

CCS

1.11.5,1

• Poros adalah merupakan bagian/elemendari mesin yang dalam penggunaanyadapat berfungsi sebagai poros yangmeneruskan tenaga, poros penggerakklep (camshaft), poros penghubung danlain sebagainya.

• Rumus-rumus yang digunakan dalamperhitungan poros :

2/1223 )(16TmMr

Syp

NDo

Poros

silakan

Perancangan poros

• Dari perhitungan momen terbesar di poros 1 didapatkan horizontal = -6,977 Lbf-in

• Vertikal = -5,29 Lbf-in• MC = = = 8,75 Lbf.in• torsi di titik C = 10,61 lbf.in• Bahan poros malleable cast iron ASTM A47, Annealed; Su = 50 ksi =

50000 psi ; Syp = 32,5 ksi = 32500 psi

=

D ≥ 0,3 inch• Diameter poros yang digunakan adalah 0,4 in

2CV2CH M M 22 (-5,29) (-6,977)

31

2216TM

N

SsypD

31

22 61,1075,8

2325005,0

16D

Hasil Perancangan mekanisme Vibration

Energy recovery system.

Roda gigi 1 dan one

way bearing

Roda gigi 2

Roda gigi 3

Roda gigi 4

Poros output

Roda gigi 5

4. Dari Vers yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.4 inch, poros 2 = 0.4inch, dan poros 3 = 0.8 inch.

3. Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi yang didapat dari pasaran dan dibuat sendiri telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain

2. Dari VERS yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 4.05 inch, roda gigi1: = 2.17 inch, roda gigi 2 = 3.93 inch, roda gigi 3 = 2.16 inch, roda gigi4 = 4.6 inch dan roda gigi 5 =1,38 inch.

1. Dari Perancangan VERS (Vibration energy recovery system) pada mobil isuzu panther bak terbuka yang sudah dilakukan,VERS sudah berjalan dengan baik dengan cara mengubah gerak translasi pada naik turunnya suspensi kendaraan menjadi gerak rotasi pada sistem transmisi roda gigi yang sudah dibuat

Kesimpulan

Sekian dan Terima kasih

XAx Dx

Z

z1 z3

1

1

2

3

3

Ft4

Ft1

z2

2

Fr2

Σ MD = 0[- Ax (1,96 + 0,39 + 1,77)] – [ Ft1 . (0,39+1,77)] + [Fr2 (1,77)] = 0Ax = -3.57 lbf.in

Σ MA = 0[-Dx (4,13)] – [Fr2.(2,35)] – [Ft1 (1,96)] = 0Dx = - 2,58 lbf.in

Mencari GAYA horizontal bidang (X-Z)

Mencari gaya bidang (x-y)

• Σ MD = 0• [-Ay (4,13)] + [(W1 + Fr1) (2,16)]-[(W2-Ft2)(1,77)] =0• Ay = - 1,54 Lbf.in • Σ MA = 0• [-Dy (4,13)] + [(W1 + Fr1) (1,96)]+[(W2-Ft2)(2.35)] =0• Dy = -2,994 Lbf.in

YAy Dy

Z

z1

z3

1

1

23

3

Fr1 + W1

z2 2

q

W2 - Ft2

Mencari tegangan terbesar pada bidang x-z

• Bidang Horisontal (Bidang X – Z)• Potongan 1 – 1 (0 ≤ z1 ≤ 1,96 in)• Mz1 = Ax . z1

• = -3,57 z1

• z1 = 0 in Mz1 = 0 lbf.in• z1 = 1,96 in Mz1 = - 6.997 lbf.in•• Potongan 2 – 2 (0 ≤ z2 ≤ 0,39 in)• Mz2 = Ax (z2 + 0,1,96) + (Ft1) . z2

• = -3,57 ( z2+1,96) +(9,72) z2• z2 = 0 in Mz2 = -6.997 Lbf.in• z2 = 0,39in Mz2 = -4.58 Lbf.in•• Potongan 3 – 3 (0 ≤ z3 ≤ 1,771 in)• Mz3 = Dx . -z3

• = -2,58 z3

• z3 = 0 m Mz3 = 0 lbf.in• z3 = 1,77 m Mz3 = -4.57 lbf.in

A

-6,99Lbf.in

-4,57 Lbf.in

Mencari tegangan terbesar bidang x-y

• Potongan 1 – 1 (0 ≤ z1 ≤ 1,96 m)

• Mz1 = Ay . z1

• z1 = 0 Mz1 = 0 Lbf.in

• z1 = 1,96 Mz1 = -3,01 Lbf.in

• Potongan 2 – 2 (0 ≤ z2 ≤ 0,39 m)

• Mz2 = Ay (z2 + 1,96) - (Fr1+w1) . z2

• = - 1,54 ( z2+1,96) -(4,11) z2

• z2 = 0 in Mz2 = -3,01 Lbf.in

• z2 = 0,39in Mz2 = -5,29 Lbf.in

••• Potongan 3 – 3 (0 ≤ z3 ≤ 1,77m)

• Mz3 = Dy . -z3

• = -2,993 .- z3

• z3 = 0 in Mz3 = 0 lbf.in

• z3 = 1,77 in Mz3 = -5.29 lbf.in

A B C D

3,01 Lbf.in

5,29 Lbf.in

silakan