perencanaan dan pembuatan prototipe sistem …eprints.ums.ac.id/56730/15/halaman depan.pdf ·...

i

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE

SISTEM KEMUDI KENDARAAN EMPAT RODA

DENGAN SUDUT HINGGA 90˚

TESIS

Diajukan Kepada

Program Studi Magister Teknik Mesin

Sekolah Pasca Sarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta

Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Magister

Dalam Ilmu Teknik Mesin

Oleh :

Fani Nur Fadhila Ichsan

NIM U 100 140 014

MAGISTER TEKNIK MESIN

SEKOLAH PASCA SARJANA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2017

ii

NOTA PEMBIMBING I

Agus Dwi Anggono S.T, M.Eng, Ph.D

Dosen Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nota Dinas

Subjek : Tesis Saudara Fani Nur Fadhila Ichsan

Kepada,

Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh

Telah membaca, meneliti, mengkaji, mengoreksi dan membuat koreksi yang

diperlukan untuk tesis saudara:

Nama : Fani Nur Fadhila Ichsan

NIM : U 100 140014

Program : Magister Teknik Mesin

Judul : Perencanaan dan Pembuatan Prototipe Sistem Kemudi Kendaraan

Empat Roda Dengan Sudut Hingga 90˚.

Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Wassalamu'alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh

iii

NOTA PEMBIMBING II

Ir. Sarjito, M.T, Ph.D

Dosen Teknik Mesin

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Nota Dinas

Subjek : Tesis Saudara Fani Nur Fadhila Ichsan

Kepada,

Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh

Telah membaca, meneliti, mengkaji, mengoreksi dan membuat koreksi yang

diperlukan untuk tesis saudara:


NIM : U 100 140014

Program : Magister Teknik Mesin



Dengan ini kami menilai tesis tersebut dapat disetujui untuk diajukan dalam

sidang ujian tesis pada Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah

Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Wassalamu'alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh

iv

HALAMAN PERSETUJUAN

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE SISTEM KEMUDI

KENDARAAN EMPAT RODA DENGAN SUDUT HINGGA 90˚

TESIS

Oleh:

FANI NUR FADHILA ICHSAN

NIM : U 100 140 014

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

KATA PENGANTAR

vi

PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya:


Nim : U 100 140014

Program Studi : Magister Teknik Mesin

Konsentrasi : Manufacture



Dengan ini menyatakan bahwa dalam naskah publikasi ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar magister di Perguruan Tinggi dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan

disebutkan dalam daftar pustaka.

Apabila kelak terbukti ada ketidak benaran dalam pernyataan saya di atas, maka

akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya.

vii



Fani Nur Fadhila Ichsan1, Agus Dwi Anggono

2, dan Sarjito

3

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura. Tromol Pos I Kartasura.Indonesia.

[email protected]

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: CATIA, prototipe, simulasi, sistem kemudi, von mises.

1Mahasiswa Megister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

viii



Fani Nur Fadhila Ichsan1, Agus Dwi Anggono

2, dan Sarjito

3

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jln. A. Yani Pabelan-Kartasura. Tromol Pos I Kartasura.Indonesia.

[email protected]

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.

1Mahasiswa Megister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

x

Daftar Isi

COVER i

NOTA PEMBIMBING I ii

NOTA PEMBIMBING II iii

HALAMAN PERSETUJUAN iv

HALAMAN PENGESAHAN v

PERNYATAAN vi

ABSTRAK vii

KATA PENGANTAR ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR TABEL xiii

DAFTAR GAMBAR xiv

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

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

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ...................................................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ..................................................................................... 5

1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................... 5

1.6 Sistematika Penulisan .............................................................................. 5

xi

BAB II TINJAUAN PUSTAKAN DAN DASAR TEORI ................................ 7

2.1 Tinjauan Pustaka ..................................................................................... 7

2.2 Dasar Teori .............................................................................................. 8

2.2.1 Sistem Kemudi ................................................................................ 8

2.2.2 Sistem Kemudi Empat Roda ......................................................... 11

2.2.3 Axle Shaft dan Constant Velocity Joints (CV Joint) .................... 20

2.2.3.1 Dasar Axle Shaft dan Constant Velocity Joints ......................... 20

2.2.3.2 Sambungan Universal Tipe Hooke/CV Joint tipe Hooke .......... 22

2.2.3.3 CV Joint Tipe Double Hooke ..................................................... 25

2.2.3.4 Bifield Joint Berdasarkan Prinsip Rzeppa.................................. 27

2.2.3.5 CV Joint Tipe Pot ....................................................................... 29

2.2.3.6 CV Joint Tipe Carl Weiss .......................................................... 30

2.2.3.7 CV Joint Tipe Tracta .................................................................. 31

2.2.3.8 CV Joint Tipe Tripot .................................................................. 32

2.2.3.9 CV Joint Tipe Triponged ........................................................... 34

2.2.4 Steering knuckle ............................................................................ 36

2.2.5 Ackerman Steering Geometri ........................................................ 36

2.2.6 Mekanisme Interval Sistem Kemudi ............................................. 38

2.2.7 Metode Elemen Hingga ................................................................. 39

2.2.8 Kriteria Luluh ................................................................................ 40

2.2.8.1 Kriteria Tresca dan Kriteria Von Mises ..................................... 41

2.2.9 CATIA ........................................................................................... 42

BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 44

3.1 Rencana Penelitian ................................................................................ 44

3.2 Diagram Alir Penelitian ......................................................................... 44

3.3 Proses Desain......................................................................................... 45

3.4 Prosedur Analisa Statik ......................................................................... 47

3.4.1 Langkah Analisa Statik .................................................................. 47

3.4.2 Melakukan Meshing ....................................................................... 48

xii

3.4.3 Langkah Pemberian Restraint dan Load ........................................ 48

3.4.4 Langkah Analisa Komputer (Compute) ......................................... 50

3.4.5 Menampilkan Hasil Simulasi ......................................................... 51

3.4.5.1 Menampilkan Von Mishes Stress............................................... 51

3.4.5.2 Menampilkan Displacement....................................................... 51

3.5 Analisa Gerak ........................................................................................ 38

3.6 Pembuataun Prototipe ............................................................................ 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................ 53

4.1 Hasil Simulasi dan Analisis Statik ........................................................ 53

4.1.1 Hasil Simulasi dan Analisis Statik CV JointPart 1 .................... 53

4.1.2 Hasil Simulasi dan Analisis Statik CV Joint Part 2 ................... 74

4.1.3 Analisa Gerak ............................................................................. 94

4.1.4 Pembuatan Prototipe .................................................................. 96

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 97

5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 97

5.2 Saran ..................................................................................................... 97

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 99

xiii

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Variasi sudut shaft dengan fluktuasi kecepatan ......................................... 24

Tabel 4.1 Tegangan pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 250 Nm .................... 57

Tabel 4.2 V Tegangan pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 280 Nm ................ 63

Tabel 4.3 Tegangan pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 300Nm ..................... 67




xiv

Daftar Gambar

Gambar 1. 1 Sistem kemudi roda depan dengan sudut maksimal 45o ......................... 3

Gambar 1. 2 Sistem kemudi roda depan dan belakang ................................................. 4

Gambar 2. 1 Tipe yang digunakan pada sistem kemudi ............................................ 10

Gambar 2. 2 Skematik Sudut Belok Roda Depan dan Roda Belakang ....................... 15

Gambar 2. 3 Skema Model 4 WS................................................................................ 16

Gambar 2. 4 Kinematik gerak roda belakang pada sistem 4WS ................................. 19

Gambar 2. 5 Axle Shaft pada kendaraan .................................................................... 21

Gambar 2. 6 Bagian pada CV joint ............................................................................. 21

Gambar 2. 7 Siklus fluktuasi kecepatan joint Hooke pada sudut shaft 30º ................. 24

Gambar 2. 8 CV Joint tipe Double Hooke .................................................................. 26

Gambar 2. 9 CV Joint tipe Double Hooke pada dua posisi 90º .................................. 27

Gambar 2. 10 CV Joint tipe Rzeppa pada mulanya .................................................... 28

Gambar 2. 11 CV Joint Birfield Rzeppa tipe Pot ........................................................ 29

Gambar 2. 12 CV Joint tipe Bendix Weiss ................................................................. 31

Gambar 2. 13 CV Joint Bendix Tracta ........................................................................ 33

Gambar 2. 14 CV Joint tipe Tripot.............................................................................. 34

Gambar 2. 15 CV Joint tipe Triponged ....................................................................... 35

Gambar 2. 16 Steering knuckle ................................................................................... 36

Gambar 2. 17 Ackerman Steering Geometry .............................................................. 37

xv

Gambar 2. 18 Komponen untuk belok 90o pada kondisi terurai ................................. 37

Gambar 3. 1 Diagram Aliran Penelitian ...................................................................... 44

Gambar 3. 2 Posisi gerakan serong dengan sudut kemudi 45o ................................... 45

Gambar 3. 3 Posisi gerakan menyamping dengan sudut kemudi 90o ......................... 46

Gambar 3. 4 untuk analisa dan simulasi pada CATIA ................................................ 47

Gambar 3. 5 Tool Option New Analysis Case ............................................................ 48

Gambar 3. 6 Proses Meshing ...................................................................................... 48

Gambar 3. 7 Penentuan posisi Clamp ......................................................................... 49

Gambar 3. 8 Torsion Force pada CV Joint ................................................................. 50

Gambar 3. 9 Compute box & Computation Resources Estimation ............................ 50

Gambar 3. 10 Tampilan tegangan Von Mishes ........................................................... 51

Gambar 3. 11 Displacement yang terjadi pada CV Joint setelah diberikan beban ..... 52

Gambar 4. 1 Properties Material dari Baja/Steel ......................................................... 53

Gambar 4. 2 Tegangan Von mises pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 250 Nm

dan clamp diekor cv joint ....................................................................... 54

Gambar 4. 3 Tegangan Von mises yang terjadi pada CV Joint Part 1 dengan beban

torsi 250 Nm dan clamp dikepala cv joint ............................................. 54

Gambar 4. 4 Displacement yang terjadi pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 250

Nm dan clamp diekor cv joint ................................................................ 56

Gambar 4. 5 Displacement yang terjadi pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi 250

Nm dan clamp dikepala cv joint ............................................................ 56

xvi

Gambar 4. 6 Grafik tegangan Von mises dari setiap 20mm pada cv joint part 1

dengan beban torsi 250 Nm dan clamp diekor cv joint ......................... 57


dengan beban torsi 250 Nm dan clamp dikepala cv joint ...................... 58

Gambar 4. 8 Grafik displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada cv joint part 1


Gambar 4. 9 Grafik displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada cv joint part 1





dan clamp dikepala cv joint ................................................................... 60

Gambar 4. 12 Displacement yang terjadi pada CV Joint Part 1 dengan beban torsi

280 Nm dan clamp diekor cv joint ......................................................... 61


280 Nm dan clamp dikepala cv joint ..................................................... 62





Gambar 4. 16 Grafik displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada cv joint part

1 dengan beban torsi 280 Nm dan clamp diekor cv joint ...................... 64

xvii


1 dengan beban torsi 280 Nm dan clamp dikepala cv joint ................... 65






300 Nm dan clamp diekor cv joint ......................................................... 67


300 Nm dan clamp dikepala cv joint ..................................................... 67



Gambar 4. 23 Grafik tegangan Von mises dari setiap 20 mm pada cv joint part 1



1 dengan beban torsi 300 Nm dan clamp diekor cv joint. ..................... 70



Gambar 4. 26 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 diekor cv joint ............................................................... 71

xviii

Gambar 4. 27 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 ............................................................ 71

Gambar 4. 28 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 ........................................................................................ 72

Gambar 4. 29 Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 20mm pada


diekor cv joint ........................................................................................ 72





Gambar 4. 32 Displacement yang terjadi padapada CV Joint Part 2 dengan beban

torsi 250 Nm dan clamp diekor cv joint t .............................................. 75

Gambar 4. 33 Displacement yang terjadi pada pada CV Joint Part 2 dengan beban






Gambar 4. 36 Grafik displacement yang terjadi pada setiap 50 mm pada cv joint part


xix








torsi 280 Nm dan clamp diekor cv joint ................................................ 79















xx


torsi 300 Nm dan clamp diekor cv joint. ............................................... 86

Gambar 4. 49 T Displacement yang terjadi pada pada CV Joint Part 2 dengan beban


Gambar 4.50 Grafik tegangan Von mises dari setiap 50 mm pada cv joint part 2


Gambar 4.51 Grafik tegangan Von mises dari setiap 50 mm pada cv joint part 2






Gambar 4. 54 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 ...................................................................... 90

Gambar 4.55 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 ................................................................... 90

Gambar 4.56 Grafik perbandingan displacement yang terjadi pada setiap 50 mm pada


diekor cv joint ........................................................................................ 91

xxi

Gambar 4. 57 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 ............................................................................. 91

Gambar 4.58 Simulasi dan analisa gerak cv joint pada sudut belok 0º ....................... 92

Gambar 4.59 Simulasi dan analisa gerak cv joint belok ke kanan pada sudut belok

60º (kiri) dan 90º (kanan) ....................................................................... 91

Gambar 4.60 G Simulasi dan analisa gerak cv joint belok ke kiri pada sudut belok

60º (kiri) dan 90º (kanan). ...................................................................... 93

Gambar 4.61 Peragaan dengan prrototipe gerak cv joint belok pada sudut belok 90º

berbelok ke kiri (kiri) dan berbelok ke kanan (kanan) ........................... 94

perencanaan dan pembuatan prototipe sistem …eprints.ums.ac.id/56730/15/halaman depan.pdf ·...

Documents