perencanaan dan pembuatan prototipe …eprints.ums.ac.id/56730/17/naskah publikasi.pdf1 mendesain...

24
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE SISTEM KEMUDI KENDARAAN EMPAT RODA DENGAN SUDUT HINGGA 90˚ Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata II pada Jurusan Magister Teknik Mesin Oleh : Fani Nur Fadhila Ichsan NIM U 100 140 014 PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2017

Upload: lydan

Post on 20-Apr-2019

229 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE

SISTEM KEMUDI KENDARAAN EMPAT RODA

DENGAN SUDUT HINGGA 90˚

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata II pada Jurusan

Magister Teknik Mesin

Oleh :

Fani Nur Fadhila Ichsan

NIM U 100 140 014

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

SEKOLAH PASCA SARJANA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

i

ii

iii

1

MENDESAIN PROTOTIPE SISTEM KEMUDI EMPAT RODA DENGAN SUDUT

HINGGA 90˚ PADA KENDARAAN YANG BERPENGGERAK PADA SEMUA RODA

Abstrak

Zaman sekarang kemajuan dan perkembangan teknologi sangat pesat, terutama pada industri

otomotif. Banyak teknologi baru yang diterapkan pada kendaraan dengan fungsi bermacam-

macam seperti peningkatan keamanan sampai teknologi yang mempermudah pengemudinya untuk

mengoperasikan dan mengendalikan kendaraan. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa

mekanisme sistem kemudi dengan sudut belok 90˚ yang bisa digunakan pada kendaraan segala

medan dan kendaraan yang berpenggerak pada semua roda. Metode penelitian diawali dengan

mempersiapkan semua alat dan komponen yang diperlukan lalu dibuat perencanaan perakitan.

Dilanjutkan dengan pemodelan atau desain menggunakan software CATIA V5 dan diassembly

setelah desain seluruh komponen selesai. Dari assembly komponen pada CATIA V5 tersebut

dilakukan analisa tegangan Von Mises dan displacement yang terjadi pada komponen dengan

variasi torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm dan dilanjutkan dengan simulasi gerak menggunakan

CATIA V5 hingga hasil menunjukkan tidak adanya tumbukan antar komponen lalu dibuatlah

prototipe-nya di bengkel tehnik. Hasil dari analisa struktur material menunjukan bahwa tegangan

von mises yang terjadi tidak melebihi yield strength material baja yaitu 2,5+008 N/m2 dan

displacement yang terjadi sangat kecil dibawah 1 mm, dalam kategori aman untuk selanjutnya

dilakukan simulasi gerak. Pada simulasi gerak tidak memperlihatkan adanya tumbukan yang

signifikan antar komponen, hanya terdapat gesekan kecil karena seluruh bagian komponen

berputar. Dalam akhir penelitian prototipe berhasil dibuat sesuai dengan desain awal.

Kata kunci: Sistem kemudi, CATIA, simulasi, von mises, prototipe.

Abstract

Today's technological advances and developments are very rapid, especially in the automotive

industry. Many new technologies applied to vehicles with various functions such as security

upgrades and technologies that make it easier for drivers to operate and control vehicles. The

purpose of this study is to analyze the mechanism of the steering system with 90˚ turn angle that

can be use on all-terrain vehicles and all-wheeled vehicles. Research method begins by preparing

all the necessary tools and components then made assembly planning. Followed by modeling or

design using CATIA V5 software and assembled after all component design is complete. From the

assembled component in CATIA V5, Von Misses stress and displacement analysis performed on

components with torque variation of 250 Nm, 280 Nm, and 300 Nm and continues with motion

simulation using CATIA V5 until the result showed no collision between components and then

made the prototype at the technical workshop. The result of the material structure analysis shows

that the von Misses stress does not exceed the yield strength of steel material properties that is

2.5+008 N/m 2 and the displacement is very small below 1 mm which is in the safe category for

next motion simulation. Motion simulation does not show any significant collisions between

components, there is only a small friction because all parts of the component rotate. In the end, the

prototype successfully made according to the initial design.

Keywords: CATIA, prototipe, simulation, steering system, von mises.

2

1. PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi yang semakin cepat mendorong manusia untuk mengembangkan

produk teknologi yang lebih baik dari sebelumnya. Dalam dunia otomotif khususnya mobil

terdapat banyak sistem yang bekerja. Sistem-sistem tersebut bekerja saling berkaitan antara satu

dengan yang lain, dan salah satunya adalah sistem kemudi. Tipe dari sistem kemudi mobil ini

bermacam-macam tergantung dari jenis kendaraan serta desain dari produsen mobil. Desain dari

sistem kemudi ini menentukan tingkat keamanan dan kenyamanan saat berkendara. Karena pada

sekarang ini banyak mobil-mobil modern yang mempunyai ban lebar dengan tekanan yang rendah,

sehingga mengakibatkan bidang singgung ban dengan permukaan jalan semakin besar, hal ini juga

mempengaruhi tenaga yang akan dibutuhkan saat memutar sistem kemudi menjadi bertambah.

Pada system kemudi tipe rack dan pinion, usaha memutar kemudi dapat dikurangi dengan

memperbesar perbandingan gigi (gear ratio) pada sistem kemudi, tetapi ini akan mengakibatkan

usaha untuk memutar roda kemudi semakin besar pada saat kendaraan berbelok, terutama pada

belokan tajam. Oleh karena itu, analisa gerak kinematik pada steering diperlukan agar diperoleh

desain yang sesuai dengan yang dibutuhkan.Untuk mengembangkan sistem kemudi yang sesuai

dengan permintaan perlu dilakukan pengujian baik secara langsung pada kendaraan maupun

melalui pengujian laboratorium.

Pada mobil bersistem 2 Wheel Steering, kendali arah tertumpu pada sudut belok roda

depan (δf). Karena sifat ban dan pengaruh parameter dinamis kendaraan, timbul sudut slip saat

mobil bergerak belok. Bila mobil tersebut bergerak belok pada kecepatan tinggi, sudut slip dapat

mengakibatkan gerakan kendaraan tidak stabil (oversteer, understeer). Cara untuk mengatasi

keadaan ini adalah membatasi kecepatan kendaraan. Dari dua macam keadaan tidak stabil di atas,

oversteeringlah yang harus dihindari pengendara saat kecepatan mobil tinggi. Oversteer lebih

berbahaya dibandingkan understeer, karena menyebabkan arah belok kendaraan tidak menentu.

Cara lain untuk mengatasi oversteer ini adalah menggunakan sistem 4 wheel steering (4WS).

Dengan mengontrol sudut belok roda belakang (δr), oversteer dapat dihindari. Keuntungan 4WS

lainnya adalah dapat menghasilkan manuver kendaraan yang baik pada kecepatan rendah. Analisa

yang dibuat ini diharapkan dapat menghasilkan perumusan δr sebagai fungsi dari δf dan juga V,

yang membuat kendaraan berputar stabil pada kecepatan tinggi dan memiliki radius putar yang

kecil pada kecepatan rendah. Dengan kombinasi metoda Tanpa Side Slip dan skid kritis,

dihasilkan sudut belok roda belakang yang tidak menghasilkan skid saat kendaraan berbelok serta

radiusputar kendaraan yang kecil, baik pada kecepatan rendah maupun kecepatan tinggi. Akhirnya

dapat diperoleh konstruksi dari kendaraan yang lebih stabil. Maka dari itu dapat dijabarkan

rencana strategis untuk menyelesaikan masalah tersebut. Diantaranya adalah pengembangan

sistem dan teknologi transportasi yang berkaitan dengan proposal riset ini. Berdasarkan rencana

3

strategis tersebut maka muncul tema-tema penelitian, salah satunya adalah pengembangan

teknologi transportasi yang berkelanjutan.

Gambar 1. Sistem kemudi roda depan dengan sudut maksimal 45o.

Mobil dengan berbagai jenisnya adalah salah satu moda transportasi paling dominan di

Indonesia. Setiap mobil memiliki sistem kemudi untuk mengendalikan gerak kendaraan. Sistem

kemudi empat roda menjadi salah satu fitur yang modern dan canggih pada kendaraan penumpang

sekarang ini dan masa depan. Sistem tersebut dibuat untuk memberikan kestabilan kendaraan pada

saat melaju ditikungan, gerakan lebih halus, dan memberikan radius putar yang lebih kecil pada

saat kecepatan rendah atau pada saat parkir. Sudut putar roda belakang pada sistem tersebut

terbatas pada sudut yang kecil, maksimal sebesar 30o pada saat melakukan parkir dengan

kecepatan sangat rendah.Sudut kemudi yang kecil pada kendaraan mengakibatkan gerakan

kendaraan menjadi sangat terbatas seperti diilustrasikan pada Gambar 1. Keterbatasan gerak

kendaraan juga disebabkan oleh sistem kemudi hanya pada roda depan saja. Padahal kendaraan

dituntut untuk dapat bergerak dengan lebih leluasa dan mampu menjelajahi berbagai macam

medan dan kondisi alam Indonesia, terutama untuk kepentingan pada kendaraan penjelajah off-

road dan kendaraan militer. Penerapan sistem kemudi empat roda dengan sudut 90odiharapkan

bisa memberikan kemampuan gerak kendaraan yang sangat variatif. Kendaran bisa bergerak

kesegala sudut dan arah seperti diilustrasikan pada Gambar 2.

4

(a) (b)

Gambar 2. Sistem kemudi roda depan dan belakang dengan sudut maksimal 90o.

(a) Belok kiri 45o pada sambungan titik ke-1. (b) Belok kiri 45

o pada sambungan titik ke- 2.

Diakhir penelitian ini, ditargetkan memperoleh bentuk prototipe sistem kemudi empat roda

dengan sudut 90o. Selain model prototipe, juga dapat diperoleh beberapa hasil analisis dengan

simulasi dari sistem kemudi tersebut.

Fungsi sistem kemudi adalah untuk mengatur arah kendaraan dengan cara membelokkan

roda depan. Cara kerjanya bila steering wheel (roda kemudi) diputar, steering coulomn (batang

kemudi) akan meneruskan tenaga putarnya ke steering gear (roda gigi kemudi). Steering gear

memperbesar tenaga putar ini sehingga dihasilkan momen puntir yang lebih besaruntuk diteruskan

ke steering lingkage. Steering lingkage akan meneruskan gerakan steering gear ke roda-roda

depan.Sistem kemudi pada kendaraan pada umumnya menggunakan tipe Ackermann. Pada

penelitiannya tipe kemudi tersebut memiliki kelemahan, yaitu terjadinya penyimpangan kemudi

seiring dengan penambahan sudut gerak kendaraan (Gang et al, 2012).

Dengan alasan tersebut, banyak peneliti melakukan desain sistem kemudi, menganalisis

dan menyimulasikannya untuk mendapatkan hasil yang akurat. Dooner, 2001, dalam penelitiannya

memperkenalkan mekanisme kemudi dengan delapan titik penghubung dan hasilnya menunjukkan

bahwa mekanisme tersebut mengoptimalkan kemampuan dan akurasi beloknya. Wang et al, 2015,

meneliti sistem kemudi yang menggunakan dua roda atau 2WS (2 wheels steering) memiliki

radius putar yang lebih kecil dibandingkan dengan sistem 4WS (4 wheels steering).Hasil

penelitian membuktikan bahwa pengontrolan secara elektrik pada sistem 4WS juga telah

dilakukan untuk meningkatkan akurasi gerak putar pada semua roda. Sedangkan Pramanik, 2002,

melakukan penelitian mekanisme enam titik penghubung yang memiliki lima titik akurasi dan

memberikan hasil yang lebih akurat dibandingkan sistem kemudi Ackermann dengan empat

batang.

1 2 2

45o 45o

Arah gerakan

Arah gerakan

5

Tujuan sistem kemudi 4WS adalah stabilitas yang lebih baik saat menyalip atau manuver,

pengurangan osilasi kendaraan di sekitar sumbu vertikal, mengurangi kepekaan terhadap angin

lateral, perilaku netral saat menikung seperti peningkatan keamanan yang aktif. (P Brabec, 2004),

juga meneliti mengenai sistem kontrol kemudi 4WSdengan model 1:5 dari ukuran kendaraan

aslinya. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa dengan menggunakan control komputer

dalam model, kita akan bisa menilai beberapa jenis algoritma untuk kemudi roda belakang.

Algoritma ini akan dioptimalkan sesuai dengan ukuran dan arah percepatan lateral. Sampai

sekarang ini, penelitian sistem kemudi 4WS masih terbatas untuk sudut putar 45o pada roda depan

dan 30o pada roda belakang. Penelitian ini akan terfokus pada sistem kemudi 4WS dengan sudut

90o baik pada roda depan maupun belakang. Studi pendahuluan tentang sistem 4WS telah

dilakukan sampai dengan tahap desain dan assembly atau simulasi perakitan. Gambar 2

menunjukkan ilustrasi bentuk gabungan dari sistem kemudi 4WS pada saat posisi sudut kemudi 0o

untuk gerakan lurus.

Sistem kemudi atau Steering system berfungsi untuk mengatur arah kendaraan dengan cara

membelokkan roda sesuai kehendak pengemudi. Sistem pengendalian empat roda saat ini telah

dikembangkan, dimana pada umumnya roda yang dikendalikan adalah kedua roda depan.

Perubahan atau perkembangan sistem kemudi harus tetap dikendalikan dengan mudah agar roda

tidak terseret saat kendaraan sedang berbelok. Dalam sistem kemudi terdapat banyak komponen,

namun yang sangat menentukan batas atau jangkauan sudut belok adalah CJ joint.

Fungsi axle shaft adalah sebagai penumpu beban roda atau dudukan roda dan penerus

putaran mesin ke roda. Axle shaft dibagi menjadi axle shaft rigid dan independent axle shaft. Tipe

rigid banyak digunakan pada kendaraan berskala menengah keatas dengan muatan yang besar,

juga pada kendaraan yang dirancang untuk medan - medan berat karena mampu menahan beban

yang berat. Tipe ini sering digunakan pada kendaraan kecil dan umumnya jenis sedan, karena tipe

ini disamping kontruksinya ringan juga mampu membuat sudut belok lebih besar.

Gambar 3. Axle Shaft pada kendaraan

Dengan dilengkapi CV joint maka pada saat kendaraan melaju di jalan yang bergelombang

maka posisi bodi kendaraan seakan-akan tidak terpengaruhi oleh keadaan jalan, karena dengan

dilengkapi CV joint pada setiap gerakan, disamping dapat bergerak putar juga dapat bergerak

6

memanjang, memendek dan membuat sudut. CV joint berfungsi sebagai penyetabil posisi

kendaraan terutama dijalan dengan permukaan bergelombang.

Gambar 4. Bagian pada CV joint

CV Joint mengimplikasikan ketika dua poros berbelok pada sudut tertentu satu sama lain

dan mereka digabungkan bersama-sama oleh semacam sambungan, maka kecepatan input yang

seragam ditransmisikan ke poros output dan menghasilkan kecepatan anguler output yang sama

sepanjang satu revolusi. Tidak ada percepatan dan perlambatan kecepatan sudut saat poros

berputar.Sambungan universaldiperlukan untuk mengirimkan torsi dan gerak rotasi dari satu poros

ke poros yang lain ketika sumbu mereka tidak selaras tetapi berpotongan di beberapa titik. Ini

berarti bahwa kedua poros bersinggungan satu dengan yang lain pada beberapa sudut yang di

bawah kondisi kerja yang terus-menerus bervariasi.

CATIA merupakan salah satu program software untuk engineering yang banyak dipakai

dalam industri pesawat terbang, otomotif, serta industri-industri lainnya. Hal ini ditunjang dengan

kehandalan CATIA dalam disain produk assembling yang mempunyai jumlah komponen

banyak juga kemampuan lainya dalam shape design, styling, serta kemudahan (user friendly)

dalam mengoperasikan softwerenya. Keunggulan-keunggulan ini menjadikan CATIA sebagai

software yang menarik untuk dipelajari membuka wawasan seluas-luasnya untuk bereksplorasi

dalam mengembangkan kemampuan disain danmanufakturnya secara terintegrasi.Selain fasilitas

yang sudah cukup banyak disediakan oleh CATIA, juga disediakan analisa dan simulasi produk

yang akan diddsain. hal ini memungkinkan engineer mengetahui kelemahan dan kelebihan produk

sehingga proses modifikasinya akan lebih mudah. Software ini juga dapat di koneksikan langsung

dengan beberapa alat industri yang berhubungan dengan pencetakan masal benda kerja

(manufaktur). Dengan fasilitas material benda yang beragam sesuai standar internasional Software

ini juga dapat menjadi jembatan penghubung antara dunia desain dan industri dimana prodak

yang dibuat secara manual melalui desain CATIA dapat dikonfersikan langsung menjadi benda

kerja yang lebih memuaskan konsumen (pasar).

Von mises (1913) menyatakan bahwa akan terjadi luluh bilamana invarian kedua deviator

tegangan J2 melampaui harga kritis tertentu. Dengan kata lain luluh akan terjadi pada saat energi

7

distorsi atau energi regangan geser dari material mencapai suatu nilai kritis tertentu. Secara

sederhana dapat dikatakan bahwa energi distorsi adalah bagian dari energi regangan total per unit

volume yang terlibat di dalam perubahan bentuk. Dalam kasus ini, material dikatakan mulai luluh

ketika tegangan von Mises mencapai nilai kritis yang diketahui sebagai yield strength. Tegangan

von Mises digunakan untuk meprediksi tingkat keluluhan material terhadap kondisi pembebanan

Perhatian terhadap kualitas yang terbaik adalah bukan pada produk akhir. Hal ini penting

agar produk akhir yang dihasilkan adalah produk yang bebas cacat dan tidak ada lagi pemborosan

karena produk tersebut dibuang atau dikerjakan ulang. Maka sebaiknya perhatian terhadap kualitas

harus dimulai pada saat awal pembangunan produk. Tahapan yang sangat penting dalam

perencanaan awal pembuatan produk adalah pembuatan prototipe produk. Prototipe produk

(purwa–rupaproduk) adalah bentuk dasar dari sebuah produk merupakan tahapan yang sangat

penting dalam rencana pembuatan produk karena menyangkut keunggulan produk yang akan

menentukan kemajuan suatu usaha di masa mendatang. Sebagai bentuk dasar produk, prototipe

memiliki bagian yang ukuran dan bahan sama seperti jenis produk yang akan dibuat tetapi tidak

harus difabrikasi dengan proses sebenarnya ditujukan untuk pengetesan untuk menentukan apakah

produk bekerja sesuai desain yang diinginkan dan apakah produk memuaskan

2. METODE

Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Mesin UMS, diantaranya yaitu lab. Produksi

dan lab CAD/CAM/CATIA dan bengkel tehnik diluar kampus.Indikator keberhasilan dari

penelitian:

1. Terbentuknya produk gabungan atau assembly dari sistem kemudi 4WS, termasuk

analisis gerak kinematika dan analisis kekuatan materialnya.

2. Terbentuknya prototipe sistem kemudi dengan sudut 90o.

Berikut alur penelitian ini dilakukan:

8

Gambar 5. Diagram Aliran Penelitian

2.1 Prosedur Analisa Statik

Setelah proses pemodelan CV Joint pada CATIA telah selesai, langkah selanjutnya adalah

analisis. Modul yang digunakan untuk proses analisis adalah analysis dan simulation, setelah itu

pilih Generative Structural Analysis karena analisis yang akan dihitung adalah struktur dari

komponen.

Gambar 6. Tool Option untuk masuk ke modul Generative Structural Analysis.

Pemodelan 3D, simulasi assembly,Stress analysis

Produksi (RP)

Prototipe

Simulasi gerak kinematika

Desain diterima?

Tidak

Ya

Survey alat dan bahan

Pengerjaan di bengkel tehnik

Perencanaan perakitan

Analisis kebutuhan dari peralatan hingga part yang dibutuhkan, seperti CV Join, tie rod, steering

knuckle, dsb

9

Setalah masuk ke modul Generative Structural Analysis, maka akan muncul pilihan untuk

jenis pengujian analisis yang akan digunakan, kemudian dipilih Static Analysis. Langkah-

langkah dalam melakukan Static Analysis adalah:

a. Langkah Static Analysis.

b. Langkah Meshing.

c. Langkah pemberian Restraint dan Load.

d. Langkah analisa computer (Compute).

2.2 Langkah Analisa Statik

Dengan langkah Start Analysis & Simulation Generative Structural Analysis. Maka

akan muncul New Case Analysis.

Gambar 7. Tool Option New Analysis Case.

Pilih Static Analysis dan klik ok, kemudian dilanjutkan ke langkah selanjutnya.

2.3 Melakukan Meshing

Proses mesh ini sebagai proses diskritisasi gambar model CV Joint sehingga model

tersebut akan dibagi-bagi menjadi beberapa elemen.

Gambar 8. Proses Meshing

2.4 Langkah Pemberian Restraint dan Load

Suatu analisis statis selalu terdapat bagian yang dianggap kaku (fix), bagian tersebut

menjadi pemegang (clamp) dari struktur rangka. Bagian yang dianggap fix dapat berupa

permukaan yang rata atau terikat dengan komponen lain. Penempatan posisi clamp sangat

menentukan hasil analisa. Apabila salah dalam menentukan posisi clamp, dapat berakibat fatal

bagi keamanan dari komponen yang digunakan setelah proses analisa. Untuk itu penentuan

10

posisi clamp perlu diperhatikan lebih baik. Posisi clamp pada CV Joint seperti terlihat pada

gambar berikut.

Gambar 9. Penentuan posisi Clamp.

Pemberian beban (load) yang dikenai terhadap CV Joint dengan beban berputar (torsional).

Karena komponen pada penelitian ini merupakan komponen yang seluruh bagiannya terkena

beban torsional yang menyebabkan seluruh permukaan komponen bergerak maka dilakukan dua

kali simulasi dengan letak clamp yang berbeda yaitu diekor cv joint dan dikepala cv joint untuk

mendapatkan hasil simulasi yang merata pada semua bagian komponen. Beban yang diberikan

adalah menggunakan beban torsi mobil-mobil 4x4 yang rata-rata mempunyai torsi sebesar

280Nm, dan dalam penelitian ini akan dilakukan analisis dari variasi torsi 250Nm, 280Nm, dan

300Nm.

Gambar 10. Torsion Force pada CV Joint.

Pada pemberian force, karena CV Joint merupakan torsional Force, maka pilih permuakaan

atau bagian komponen yang diberi Force dan masukkan besar Force sesuai dengan axis dimana

komponen tersebut berputar. Dalam kasus ini X menjadi pusat axis putaran komponen,

kemudian akan muncul arah putaran seperti pada gambar diatas.

11

2.5 Langkah Analisa Komputer (Compute)

Pada langkah-langkah yang telah dilakukan sebelumnya, maka selanjutnya dilakukan

langkah analisa computer (compute).

(a) (b)

Gambar 11. (a) Compute box. (b) Computation Resources Estimation.

a. Setelah proses pemberian beban, langkah selanjutnya perhitungan melalui compute box.

Kemudian pilih OK, maka computer akan melakukan analisa perhitungan secara otomatis.

b. Dan apabila tidak ada problem maka akan muncul Computation Resources Estimation, pilih

yes, maka computer akan melanjutkan analisa perhitungannya kembali.

2.6 Menampilkan Hasil Simulasi

Proses simulasi terdiri dari deformation, Von Mishes Stress, dan displacement. Proses

tersebut dapat ditampilan setelah langkah-langkah sebelumnya selesai.

2.7 Menampilkan Von Mishes Stress

Tegangan Von Mishes yang terjadi akibat beban yang terdapat pada CV Joint, seperti

terlihat pada gambar 12 yang berupa warna biru dari tegangan minimum sampai tegangan

maksimum sesuai warna yang diberikan.

Gambar 12. Tampilan tegangan Von Mishes.

2.8 Menampilkan Displacement

Peralihan atau displacement akibat pembebanan yang diberikan, dari nilai minimum

sampai maksimum dan ditandai dengan warna pada nilai peralihan tersebut.

12

Gambar 13. Displacement yang terjadi pada CV Joint setelah diberikan beban.

2.9 Pembuataun Prototipe

Setelah semua langkah diatas selesai dilakukan dan hasil simulasi beserta analisis tidak

menunjukkan adanya cacat atau kegagalan, maka selanjutnya dapat dilakukan perakitan

prototype di bengkel yang sebelumnya sudah dipersiapkan komponen-komponennya.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Keluaran yang diambil dari simulasi adalah sebaran dan besar tegangan yang dihasilkan,

dari sebaran dan besar tegangan tersebut, struktur dianalisis kekuatannya dari segi material,

apakah masih dalam batas aman kriteria yield atau tidak. Material cv joint akan dianalisa

menggunakan kriteria kegagalan yang sesuai dengan jenis materialnya yang ulet, yaitu Teori

Kegagalan Von Mises. Dalam penelitian ini dilakukan analisis dari variasi torsi kendaraan 4WS

yaitu 250Nm, 280Nm, dan 300Nm. Bagian-bagian cv joint yang disimulasikan mendapatkan

hasil yang berbeda, berikut adalah keluaran dari simulasi tersebut.

Sifat mekanik yang dimiliki oleh suatu material antara lain: kekuatan, keuletan, kekerasan

dan kekuatan lelah. Sifat mekanik dapat didefinisikan sebagai kemampuan material dalam

mendistribusikan dan menahan gaya serta tegangan yang terjadi. Berikut data properties material

dari bahan material cv joint yang digunakan yaitu baja (steel).

Gambar 14. Properties Material dari Baja/Steel.

3.1 Hasil Simulasi CV joint part 1

Setelah semua grafik dari hasil simulasi setiap varian beban torsional didapat, maka seluruh

hasil dibandingkan mulai dari tegangan von mises dan displacement yang terjadi pada cv joint

13

part 1 dengan beban torsional 250 Nm, 280 Nm, hingga 300 Nm. Kemudian didapatkanlah grafik

perbandingan dibawah ini.

Gambar 15. Grafik perbandingan tegangan von mises yang terjadi pada setiap 20 mm pada cv

joint part 1 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp diekor cv joint.

Gambar 16. Grafik perbandingan tegangan von mises yang terjadi pada setiap 20mm pada cv

joint part 1 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp dikepala cv joint.

Gambar 17. Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada cv joint part

1 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp diekor cv joint.

2,22E+08

2,57E+08

3,77E+08

0,00E+005,00E+071,00E+081,50E+082,00E+082,50E+083,00E+083,50E+084,00E+08

0 50 100 150 200 250

Vo

n m

ise

s (N

/m2)

jarak (mm)

Torsi :250 Nm

280 Nm

300 Nm

-1E+08

0

10000000

20000000

30000000

40000000

50000000

60000000

0 50 100 150 200 250

Vo

n m

ise

s (N

/m2)

jarak (mm)

Torsi:250 Nm

280 Nm

300 Nm

0,334

0,3450,389

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 50 100 150 200 250

Dis

pla

cem

en

t (m

m)

jarak (mm)

Torsi :

250 Nm

280 Nm

300 Nm

14

Gambar 18. Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada cv joint part

1 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp dikepala cv joint.

Perbandingan grafik hasil simulasi menunjukkan von mises dan displacement yang terjadi

semakin besar seiring dengan semakin besar beban yang diberikan. Seperti contohnya pada

gambar 15 dan gambar 16 sangat jelas terlihat perbedaan besar tegangan von mises yang terjadi

antara beban 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm dimana garis silver yaitu von mises dari beban 300

Nm jauh lebih tinggi dari garis lainnya. Adapun perbedaan displacement juga menunjukkan

bahwa beban 300 Nm menyebabkan displacement yang lebih tinggi dari beban 250 Nm dan 280

Nm.Terdapattegangan von mises yang terjadi lebih tinggi dari yield strength yaitu pada titik

dimana sumber beban berasal. Jadi hasil tersebut bias diabaikan dan dapat dikatakan bahwa

berdasarkan analisis von mises dengan beban 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm aman untuk

menggunakan cv joint part 1 dengan material baja (steel).

3.2 Hasil Simulasi dan Analisis Statik CV Joint Part 2

Setelah semua grafik dari hasil simulasi setiap varian beban torsional didapat, maka seluruh

hasil dibandingkan mulai dari tegangan von mises dan displacement yang terjadi pada cv joint

part 2 dengan beban torsional 250Nm, 280Nm, hingga 300Nm. Kemudian didapatkanlah grafik

perbandingan dibawah ini.

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0 50 100 150 200 250

Dis

pla

cem

ent

(mm

)

jarak (mm)

Torsi:250 Nm

280 Nm

300 Nm

15

Gambar 19.Grafik perbandingan tegangan von mises yang terjadi pada setiap 50 mm pada cv

joint part 2 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp diekor cv joint.

Gambar 20.Grafik perbandingan tegangan von mises yang terjadi pada setiap 50 mm pada cv

joint part 2 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp dikepala cv joint.

Gambar 21.Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 50 mm pada cv joint part

2 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp diekor cv joint.

1,03E+08

1,32E+081,41E+08

0,00E+00

2,00E+07

4,00E+07

6,00E+07

8,00E+07

1,00E+08

1,20E+08

1,40E+08

1,60E+08

0 100 200 300 400 500 600

Vo

n m

ise

s (N

/m2

)jarak (mm)

Torsi:

250 Nm

280 Nm

300 Nm

9,69E+06

1,11E+07

1,28E+07

0,00E+00

2,00E+06

4,00E+06

6,00E+06

8,00E+06

1,00E+07

1,20E+07

1,40E+07

0 100 200 300 400 500 600

Vo

n m

ise

s (N

/m2)

jarak (mm)

Torsi:

250 Nm

280 Nm

300 Nm

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 100 200 300 400 500 600

Dis

pla

cem

ent

(mm

)

jarak (mm)

Torsi:250 Nm

280 Nm

300 Nm

16

Gambar 22.Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 50 mm pada cv joint part

2 dengan beban torsi 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm clamp diekor cv joint.

Perbandingan grafik hasil simulasi menunjukkan von mises dan displacement yang terjadi

semakin besar seiring dengan semakin besar beban yang diberikan. Seperti contohnya pada

gambar 19 dan gambar 20 sangat jelas terlihat perbedaan besar tegangan von mises yang terjadi

antara beban 250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm dimana garis silver yaitu von mises dari beban 300

Nm jauh lebih tinggi dari garis lainnya. Adapun perbedaan displacement juga menunjukkan

bahwa beban 300 Nm menyebabkan displacement yang lebih tinggi dari beban 250 Nm dan 280

Nm. Terdapat tegangan von mises yang terjadi lebih tinggi dari yield strength yaitu pada titik

dimana sumber beban berasal. Jadi hasil tersebut bias diabaikan dan dapat dikatakan bahwa

berdasarkan analisis von mises dengan beban250 Nm, 280 Nm, dan 300 Nm aman untuk

menggunakan cv joint part 2 dengan material baja (steel).

3.3 Analisa Gerak

Setelah analisis selesai dan hasil tidak menunjukkan adanya kekurangan atau kegagalan,

selanjutnya dilakukan analisa gerak kinematika dari model dengan CATIA V5. Dalam Analisa

gerak dilakukan dengan mensimulasikan gerakan belok cv joint mulai dari sudut belok 0º, 60º,

dan 90º. Dari simulasi gerak akan terlihat apakah terjadi tumbukan fatal dengan part lain atau

tidak. Hasil dari simulasi dapat dilihat dari gambar berikut.

Gambar 23.Simulasi dan analisa gerak cv joint pada sudut belok 0º.

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 100 200 300 400 500 600D

isp

lace

men

t (m

m)

jarak (mm)

Torsi:

250 Nm

280 Nm

300 Nm

17

Gambar 24.Simulasi dan analisa gerak cv joint belok ke kanan pada sudut belok 60º (kiri) dan

90º (kanan).

Saat dilakukan simulasi gerak berbelok ke kanan dari sudut belok 0º, 60º, hingga 90º, tidak

terlihat atau tidak muncul adanya tumbukan cv joint dengan part lain. Hanya terdapat sedikit

gesekan yang tidak signifikan pada cv joint yang disebabkan oleh adanya beban torsional dari

kendaraan. Begitu juga dengan hasil simulasi gerak untuk gerakan belok ke kiri dengan sudut

belok 0º, 60º, hingga 90º juga.

Gambar 25.Simulasi dan analisa gerak cv joint belok ke kiri pada sudut belok 60º (kiri) dan 90º

(kanan).

3.4 Pembuatan Prototipe

Pembuatan prototipe merupakan hasil akhir dari penelitian dan dilakukan setelah Analisa

konstruksi/material yang digunakan dan simulasi dari assembly memenuhi syarat serta tidak

menunjukkan kegagalan. Prototipe ini dibuat sebagai tanda keberhasilan dari penelitian sekaligus

dapat digunakan untuk penelitian selanjutnya. Selain itu prototipe juga digunakan atau

difungsikan untuk alat peraga. Berikut beberapa gambar prototipe yang telah dibuat dan

diperagakan sudut beloknya.

18

Gambar 24. Peragaan dengan prrototipe gerak cv joint belok pada sudut belok 90º berbelok ke

kiri (kiri) dan berbelok ke kanan (kanan).

4. PENUTUP

Dari penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan dan saran hasil analisa material yang

digunakan untuk cv joint kendaraan 4WS yang rata-rata mempunyai torsi sekitar 250 Nm, 280

Nm, dan 300 Nm menunjukkan bahwa semakin besar torsi yang dipakai pada kendaraan maka

tegangan von mises dan displacement yang terjadi pada cv jointnya juga akan semakin besar.

Namun selama tegangan von mises yang terjadi tidak melebihi yield stress material baja yaitu

2,5e+008 N/m2

maka cv joint berbahan material baja masih aman untuk digunakan. Saran untuk

penelitian kedepan adalah dapat dilakukan penelitian dengan cv joint yang berbahan material

selain baja serta dengan variasi torsi yang lebih besar.

Hasil simulasi dan analisa gerak pada CATIA V5 memperlihatkan tidak adanya tumbukan

yang signifikan terhadap komponen selain cv joint, hanya terjadi gesekan pada bearing cv joint

yang berputar karena adanya beban berputar atau bebam torsional yang berasal dari kendaraan.

Untuk saran penelitian kedepan pada simulasi gerak lebih mendetail seperti adanya pengaruh

gerakan dari komponen lain atau beban yang disebabkan dari komponen lain.

Prototipe juga sudah berhasil dibuat sesuai hasil simulasi dan analisis. Saran untuk

penelitian selanjutnya agar supaya bisa dibuat prototipe lebih lengkap dengan komponen lain.

DAFTAR PUSTAKA

Bodson, M. (2002). “Evaluation Of Optimization Methods For Control Allocation”. Journal of

Guidance, Control, and Dynamics, 25 (4), 703–711

Durham, W. C. (1993). “Constrained control allocation”. Journal of Guidance, Control, and

Dynamics, 16 (4), 717–725

Fredriksson, J., Andreasson, J., & Laine, L. (2004). “Wheel force distribution for improved

handling in a hybrid electric vehicle using nonlinear control”. In Proceedings of the 43rd

IEEE conference on decision and control (pp. 4081–4086). Atlantis, USA, December.

Hendratno, Bayu. (1996). “Analisa Kestabilan Mobil Tenaga Surya Widya Wahana III ITS

Dengan Menggunakan Tiga Roda”, Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

19

Hori, Y. (2004). “Future vehicle driven by electricity and control research on four wheel

motored „UOT MarchII‟”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 51 (5), 954–962.

I.N.Sutantra, & Yusuf Kaelani. (2000). “Dinamic Characteristics of Multi Function Four Wheel

Steering System”, FISITA World Automotive Congress, Seoul, Korea, June, 2000,

F2000G344.

Jonoadji, Ninuk and et. Al. (2008). ”Analisa Kinematika Gerakan Belok Akibat Pengaruh

dynamic Center of Gravity (CoG) dan Panjang Wheelbase (L) Menentukan Sudut Side Slip

dan Hubungannya terhadap Stabilitas Kendaraan”, Prosiding SNTMI 4, Universitas

Tarumanagara Jakarta.

Krisnawan, I Gede Ngurah. (1988). “Korelasi Sudut Streer Depan dan Belakang dengan Control

Side Slip Angle Guna Meningkatkan Stabilitas Arah Kendaraan”, Jurusan Teknik Mesin

FTI-ITS.

Lakad, Sailesh. (2004). “Modelling and Simulation of Steering System for Autonomous Vehicle”,

Florida State College.

Lazic, Nenand. (2002). “Optimal Vehicle Dinamics-Yaw Rate and Side Slip Angle Control Using

4 Wheel Steering”, Dep. Of Automatic Control, Lund Institute of Technology.

Lee A.Y. (1995). “Perfomance of Four Wheel SteeringVehicle In Line Change Maneuver”, SAE

950316.

Li, G., Hong, W., &Liang, H. (2012). “Four-wheel independently driven in-wheel motors

electric vehicle AFS and DYC integrated control”. In SAE paper 2012-01-0258.

Mokhiamar, O., & Abe, M. (2005). “Experimental verification using a driving simulator of the

effect of simultaneous optimal distribution of tyre forces for active vehicle handling

control”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of

Automobile Engineering, 219(2), 135–149.

Nagai, M., Shino, M., & Gao, F. (2002). “Study on integrated control of active front steer angle

and direct yaw moment”. JSAE Review, 23(3), 309–315.

Nurdhiyanto, Irvan. (1992), “Perencanaan Sistem Elektronika Sebagai Pengatur Gerakan

System Kemudi Empat Roda”. Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

P Brabec, M Maly, &R Vozenilek,. (2004).”Controls System of Vehicle model with 4WS”.

International Scientific Meeting Motor Vehicles and Engine, Kragujevac.

P. Raksincharoensak, Hiroshi Mouri, MasaoNagai. (2002).“Vehicle Lane Keeping Control by

Four Wheel Steering System”. Proceeding, 6th Int.Symp. on Advanced Vehicle Control

(AVEC –2002), Hirosima, Japan, Sept. 9–13, 2002.

P. Raksincharoensak, Hiroshi Mouri, Masao Nagai. (2004). “Evaluation of Four Wheel steering

system from The viewpoint of lane-Keeping control”. International-Journal of Automotive

Technology Vol 5 No 2.

Prucker, Alfred, Fischer, Sven. (2000).“Vehicle Dynamics Control for a 4WS Prototipe Car”.

15th

ADAM user Conference 2000.

Rajamani, R. (2006). “Vehicle dynamics and control”. NewYork: Springer-Verlag.

20

Sadewa, Arya Tjandra. (1999). “Perancangan Sistem Elektronik Sebagai Unit kontrol stabilitas

kendaraan dengan system kemudi empat roda (4WS)”. Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

Setiawan Ananto (1990).“Modifikasi Sistem Kemudi 4 Roda Dahiatsu Charade CX-88”. Tugas

Akhir S-1, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya.

Shinya Nohtomi, Yoshihiro Shimada, Shinichiro Horiuchi and Naohiro Yuhara. (1997).“Multi

Criteria Design of Adaptive Front and Rear Wheel Steering Control System with Special

Emphasison Yaw Rate Response”. Int. Pasific Conferenceon Automotive Engineering (IPC

– 9), Bali, Indonesia, Nov. 16 – 21, 1997.

Siahaan, Ian Hardianto. ”Penentuan Region Skid-Non Skid (2WS) Type Model Kendaraan Rear

Wheel Drive (RWD)”. Prosiding SNTMI 4, Universitas Tarumanagara Jakarta.

Sjahmanto, Mohammad. (1999). “Pengaruh Parameter Operasi Terhadap Sudut Ster Belakang

System Kemudi Empat Roda (4WS) Pada Kecepatan Rendah”. Jurusan Teknik Mesin FTI

ITS.

Sjahmanto, M. (2001). “Pengaruh Parameter Deasin dan Parameter Operasi terhadap δr sistem

4-WS pada Kecepatan Rendah”. Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

Tahzir, Ahmad. (1999). “Perangkat Lunak Analisa Stabilitas Kendaraan System Kemudi 4

Roda”. Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS.

Tjønnås, J., & Johansen, T. A. (2010). “Stabilization of automotive vehicles using active steering

and adaptive brake control allocation”. IEEE Transactions on Control Systems

Technology, 18 (3), 545–558.

T. Kohata, M. Abe, & N. Ukai. (1992).“Electronic Control Four Wheel Steering System”.

Proceeding of AVEC-Yokohama, Japan, pp.264-269.

Wang, J. (2007). “Coordinated and reconfigurable vehicle dynamics control”. Ph. D.

dissertation. Austin, TX, USA: Department of Mechanical Engineering. The University of

Texas at Austin.

W. Diyono, & Sutantra (1994). “Rancang Bangun Sistem Kemudi 4 Roda Electric–Mekanis (M-

ITS-4WSII)”. Laporan Proyek Penelitian, Jurusan Teknik Mesin ITS, Surabaya.

Yunarko. T. (1999). “Pengaruh Parameter Disain Terhadap Kebutuhan Sudut Belok Roda

Belakang pada Sistim Kemudi Empat Roda untuk Kecepatan Tinggi”. Thesis S-2, Prog.

Studi Teknik Mesin, ITS – Surabaya.