PERANCANGAN SISTEM KEMUDI TIPE RACK AND PINION

PADA MOBIL HEMAT ENERGI “HAIZUM”

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Strata Satu (S-1)

Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Islam Malang

Disusun Oleh:

BAYU AZIS FIRMANSYAH

NPM: 21501052049

PROGRAM STUDI S – 1 TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ISLAM MALANG

2020

ABSTRAK

Bayu Azis Firmansyah 2020. Perancangan Sistem Kemudi Tipe Rack And

Pinion Pada Mobil Hemat Energi “Haizum”. Skripsi, Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Malang. Dosen

Pembimbing: Dr. Ir. Priyagung hartono, M. T. dan M.basjir, S. T., M.

T.

Mobil yang merupakan transportasi di era globalisasi terdiri dari berbagai macam

sistem dan komponen yang membantu mempermudah pengoperasiannya, salah satu

sistem yang terdapat pada mobil yaitu sistem kemudi, pada tiap kendaraan memiliki

sistem kemudi yang beragam oleh karena itu pada perancangan kali ini akan

merancang kontruksi sistem kemudi tipe rack and pinion pada mobil hemat energi

“HAIZUM’” dengan spesifikasi mobil yang memiliki jarak antar sumbu roda depan

dan belakang dengan panjang 130 cm, berat keseluruhan mobil 164 kg, panjang

sumbu roda depan 100 cm, dan tinggi dari tanah 10 cm, mobil KMHE “HAIZUM’’

menggunakan mesin motor honda grand 100 cc dan sistem transmisi menggunakan

sprocket chain. Dari hasil perancangan sistem kemudi dengan perhitungan

distribusi beban yang dialami rangka sebesar 164 kg yang dibagi 4 roda

menghasilkan beban merata pada rack sebesar 0,08 kg/mm dan juga defleksi yang

dialami pegas akibat pembebanan sebesar 1,4 cm. Pada hasil perencanaan poros

gandar dengan panjang poros 15 cm , beban roda 706 N dan menggunakan bahan

baja ST 60 menghasilkan perencanaan diameter 11,87 mm maka di dapatkan

spesifikasi bantalan roda dengan No.6001 yang miliki keandalan umur bantalan

29.404 jam. Hasil perancangan perhitungan beban steering wheel dengan sudut

kemiringan batang kemudi 54° panjang batang kemudi 52 cm menghasilkan beban

sebesar 2,39 N. Hasil yang dihitung dari perhitungan diatas mendapatkan sudut

belok sebesar 23,41° dan pergeseran roda sebesar 14,82 mm. Berdasarkan regulasi

teknik KMHE radius belok yang ditentukan adalah 6 m sedangkan pada mobil

KMHE “HAIZUM” dengan sudut putar minimal sebesar 13,29° menghasilkan

radius belok maksimal 5,190 m dan sudut putar maksimum 47,73° menghasilkan

radius belok minimal 1,280 m.

Kata Kunci : Sistem kemudi, rack and pinion , sudut belok, radius belok.

ABSTRACT

Bayu Azis Firmansyah 2020. Perancangan Sistem Kemudi Tipe Rack And

Pinion Pada Mobil Hemat Energi “Haizum”. Skripsi, Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Islam Malang. Dosen

Pembimbing: Dr. Ir. Priyagung hartono, M. T. dan M.basjir, S. T., M.

T.

The car which is a transportation in the era of globalization consists of various

systems and components that help facilitate its operation, one of the systems

contained in the car is the steering system, each vehicle has a diverse steering

system, therefore this design will design the construction of the steering system rack

and pinion type in the energy-saving car "HAIZUM" with specifications of the car

that has a distance between the axes of the front and rear wheels with a length of

130 cm, overall weight of the car 164 kg, front wheel axle length 100 cm, and height

from the ground 10 cm, car KMHE "HAIZUM '' uses a 100 cc Honda motorbike

and the transmission system uses a sprocket chain. From the results of the design

of the steering system with the calculation of the load distribution experienced by

the framework of 164 kg divided by 4 wheels produces an even load on the rack of

0.08 kg / mm and also the deflection experienced by the spring due to loading of

1.4 cm. In the results of axle shaft planning with a shaft length of 15 cm, 706 N

wheel loads and using ST 60 steel material produces a diameter of 11.87 mm

planning, then the specifications of the wheel bearing with No.6001 have a bearing

life reliability of 29,404 hours. The results of the design of the calculation of the

steering wheel load with the inclination angle of the steering rod 54 ° the length of

the steering rod 52 cm produces a load of 2.39 N. The results calculated from the

calculations above get a turning angle of 23.41 ° and a wheel shift of 14.82 mm.

Based on the KMHE technical regulation the determined turning radius is 6 m while

the KMHE "HAIZUM" car with a minimum turning angle of 13.29 ° produces a

maximum turning radius of 5.190 m and a maximum turning angle of 47.73 °

produces a turning radius of at least 1,280 m.

Keywords: Steering system, rack and pinion, turning angle, turning radius.

1

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Mobil Hemat Energi atau (KMHE) merupakan sebuah ‘’Lomba mobil irit

hemat energi’’ tingkat nasional yang diselenggarakan oleh Direktorat Jendral

Pendidikan Tinggi Kegiatan yang awalnya bernama Indonesia Energy Marathon

Challenge (IEMC) adalah kontes mobil hemat energi yang diselenggarakan setiap

tahun yang dimulai pada tahun 2012 yang dilaksanakan oleh Intitut Teknologi

Sepuluh November di Sirkuit Kenjeran Surabaya.

Mobil merupakan alat transportasi modern yang di era globalisasi ini

merupakan salah satu kendaraan yang sangat di butuhkan oleh masyarakat umum,

mobil disusun oleh beberapa komponen diantara lain, komponen rangka, komponen

mesin, komponen roda, komponen sistem penerus tenaga, komponen kelistrikan,

pendingin, komponen cover body dan komponen sistem kemudi.

Sistem kemudi terdiri dari beberapa komponen yang saling berhubungan antara

satu dengan yang lain sehingga disebut sistem, sistem tersebut terdiri dari steering

whell (roda kemudi), steering main shaf (oporos utama kemudi), steering column

(tempat poros utama kemudi), dan steering gear pada sistem kemudi memiliki

fungsi untuk mengarahkan roda depan dengan cara merubah putaran menjadi

gerakan kekiri atau kekanan.

Terdapat dua jenis sistem kemudi pada kendaran yaitu Rack and Pinion, tipe ini

bekerja dengan mengubah putaran kemudi yang disalurkan ke roda gigi pinion,

menjadi gerakan searah dengan menggunakan sebuah rack. Rack ini adalah sebuah

poros yang memiliki roda gigi, artinya roda gigi ini menempel pada sepanjang poros

sehingga ketika gigi pinion berputar, rack gear akan terdorong sesuai arah putaran

pinion gear dan recirculating ball, tipe kedua bisa dibilang lebih rumit karena

pinion gear akan dihubungkan dengan poros yang berbentuk ulir. Saat poros ini

berputar maka ulir ini akan menggerakan roda gigi sektor yang terhubung dengan

tie rod.

2

Mengacu pada penelitian terdahulu oleh Judhistira Freily Mamahit dkk

(2016) tentang ‘’Perancangan Sistem Kemudi Pada Mobil Listrik’’. Berdasarkan

hasil penelitian di dapatkan hasil Dari perhitungan tegangan geser akibat beban

puntir tersebut telah didapat hasil 4,11 Pa, kemudian dari perhitungan tegangan

normal akibat beban aksial didapat hasil 0,206 Pa. Selain itu telah dianalisa sudut

kemudi rata-rata pada sistem kemudi.

Sedangkan pada penelitian oleh Ellyana Utami Puspita Dewi dkk (2018)

tentang ‘’Aplikasi Sistem Kemudi Tipe Rack and Pinion Pada Gokart’’.

Berdasarkan hasil penelitian dalam pembuatan system kemudi gokart

menggunakan tipe rack and pinion dengan diameter steering wheel 31cm, panjang

steering coloumn 66cm, panjang tie rod 70cm, dan jumlah gigi rack13. Hasil akhir

yang di capai dalam proyek akhir ini yaitu system kemudi tipe rack and pinion pada

gokart dapat berfungsi dengan baik.

Maka dari itu pada penelitian ini, saya mencoba mengaplikasikan dimana sistem

kemudi menggunakan sistem rack pinion seperti mobil pada umumnya yang

nantinya hasil dari penelitian ini akan diaplikasikan pada Mobil Hemat Energi

Urban Concept dengan sistem kemudi rack and pinion dan mendapatkan radius

belok maksimal 6 m sesuai regulasi KMHE 2019 pada Mobil Hemat Energi

‘’Haizum’’ Universitas Islam Malang.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun dari latar belakang diatas didapatkan beberapa rumusan masalah

diantaranya :

1) Bagaimana perancangan sistem kemudi pada kendaraan mobil KMHE

Haizum?

2) Menganalisa perhitungan komponen sistem kemudi dan radius belok mobil

pada saat melakukan manuver.

3

1.3 Batasan Masalah

Mengingat luasnya permasalahan yang dihadapi sebelum perencanaan

dilakukan, maka perlu adanya batasan masalah agar langkah-langkah dalam

pemecahan masalah sehingga nantinya tidak akan menyimpang dari tujuan

perencangan yang hendak dicapai. Maka masalah yang akan dibahas pada proses

perencanaan sistem kemudi pada mobil KMHE yaitu sebagai berikut.

1) Merancang kemudi dengan sistem rack and pinion

2) Perhitungan analisis komponen sistem kemudi : bearing, poros gandar,

pegas

3) Pengaruh terhadap beban dari sudut chamber dan caster di roda diabaikan

4) Perhitungan analisa lengan ayun diabaikan.

1.4 Tujuan

Tujuan penulis pada tugas akhir ini adalah :

1) Mengetahui komponen yang ada dalam sistem kemudi.

2) Mahasiswa dapat mengaplikasikan seluruh teori-teori keilmuan yang

mendukung dalam proses perancangan.

3) Mahasiswa dapat mengetahui dimensi komponen-komponen dan elemen-

elemen mesin yang dibutuhkan dalam proses perancangan.

4) Mengetahui keamanan sistem kemudi pada mobil KMHE Haizum

1.5 Manfaat

Manfaat dari perancangan transmisi kendaraan mobil KMHE Haizum :

1) Dapat mengetahui berbagai macam sistem kemudi yang dapat diaplikasikan

pada mobil KMHE Haizum.

2) Perancangan sistem kemudi sederhana pada mobil KMHE Haizum dalam

penelitian ini, dapat dijadikan sebagai acuan pembuatan dan pengembangan

4

mobil KMHE yang akan dibuat oleh adik tingkat jurusan Teknik Mesin

Universitas Islam Malang.

3) Memperkaya ilmu pengetahuan dan pengembangan komponen kendaraan.

1.6 Sistematika Penulisan

Secara umum sistematika penulisan skripsi ini dapat diuraikan secara

ringkas yaitu sebagai berikut.

BAB 1 PENDAHULUAN

Bab 1 berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan

dan manfaat perancangan serta sistematika penulisan laporannya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisikan tinjauan pustaka dan penelitian-peneliatan terdahulu, perkembangan

terkini terkait topik perencanaan dan landasan teori yang dipakai dalam

perencanaan ini.

BAB III METODE PERENCANAAN

Menjelaskan tentang konsep perencaan yang akan digunakan untuk

menghasilkan data-data yang diperlukan.

BAB IV PERHITUNGAN

Membahas hasil data yang telah direncanakan.

BAB V PENUTUP

Keputusan dari hasil data yang ada dan saran untuk menunjang kesempurnaan

dari skripsi ini.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN – LAMPIRAN

55

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari hasil perhitungan perencanaan dapat kita tarik kesimpulan sebagai

berikut :

1. Beban reaksi yang diterima 1 roda depan adalah 706 Newton

2. Menentukan shock absorber pada sistem kemudi bertujuan untuk

mengurangi getaran dan berat yang dialami roda, selain itu dengan adanya

shock absorber kenyamanan kendaraan ketika mengemudi akan didapatkan.

3. Berdasarkan moment yang sudah diketahui, maka langkah selanjutnya

adalah merencanakan poros gandar yang akan digunakan, didapat hasil

diameter 11.87 mm.

4. Sedangkan jenis bantalan yang digunakan sesuai poros gandar diameter

dalam 12mm dengan nomor seri 6001.

5. Beban pada system steering sebesar 2,39 N ini dianggap ringan sehingga

kendaraan ini dapat di gerakkan dengan mudah karena beban masih dalam

standart yang di persyaratkan yaitu 2 sampai 7 N.

6. Dengan dimensi yang sudah direncanakan besar sudut belok minimal yaitu

13,29° radius belok 5,180 m dan dengan sudut belok maksimal 47,73°

didapatkan radius belok 1,281 m

Dengan spesifikasi hasil hitung perencanaan sistem kemudi rack and pinion

hasil rancangan, maka dapat ditarik garis besar bahwa perencanaan tersebut sesuai

dengan regulasi KMHE 2019

5.2 Saran

1. Diharapkan penelitian/perancangan ini dapat dijadikan referensi bagi

mahasiswa teknik mesin unisma dalam pengembangan proyek KMHE

Haizum Universitas Islam Malang agar dapat dikembangkan lagi.

2. Untuk penelitian selanjutnya tentang sistem kemudi diharapkan untuk

menganalisa lagi sudut slip ban

3. Diharapkan pada penelitian selanjutnya untuk menganalisa perancangan

pitman arm dan komponen sistem kemudi lainnya

DAFTAR PUSTAKA

Khurmi RS Gupta, JK., 2005, Text Book of Machine Design Eurasia, Publishing

House, ltd Ram Nagar, New Delhi.

Sularso, Ir, MSME dan Suga Kiyokatsu, 1997. Dasar Perencanaan dan

Pemilihan.

Pahlevi, M.R.Khan, Wasiwitono, Perancangan mekanisme uji karasteristik sistem

kemudi, Surabaya.

Timoshenko,Stephen P, dan James M.Gere,”Mekanika Bahan Jilid 1“, Penerbit

PT. Erlangga, Jakarta,1972.

Gillispie. Thomas D, “ Fundamentals of Vehicle Dynamics”, Penerbit Society of

Automotive Engineers Inc, Warranddale, 1994.

Sutantra, I nyoman Sutantra, “Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya” Penerbit

Guna Widya, Bandung, 2001.

Heriana Erik,Ruslan Wegie, dan Ismail Asrul, “ Modifikasi Kemudi Manual Menjadi

Tipe Rack and Pinion Pada Angkutan Pedesaan” Jakarta, 2017.

Toyota Astra Motor, 1994, Training Manual Wheel Steering System Step 2, Jakarta,

PT.Toyota Astra Motor.

Kurniawan Hendra,Fuazen,Suwarno Eko, dan Julianto Eko, “Perencanaan Sistem

Kemudi “Rack And Pinion”, Mobil Hemat Energi Shell Eco Marathon Asia

2018 Emisia Borneo 01” Jurnal Ilmiah. Pontianak, 2018.