TEKNOLOGI CHASISSISTEM KEMUDI

Disusun Oleh:

Ahmad Choirul Huda (105524045)

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2012

SISTEM KEMUDI

Sistem kemudi adalah system yang berfungsi untuk mengatur arah

kendaraan dengan membelokkan roda depan.

A. Macam-macam sistem kemudi

Pada dasarnya sistem kemudi dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:

1. Sistem kemudi secara manual

Sistem kemudi secara manual jarang dipakai terutama pada mobil-

mobil modern. Pada sistem ini dibutuhkan adanya tenaga yang besar untuk

mengemudikannya. Akibatnya pengemudi akan cepat lelah apabila

mengendarai mobil terutama pada jarak jauh.

Tipe sistem kemudi secara manual yang banyak digunakan adalah :

a) Recirculating ball

Cara kerjanya :

Pada waktu pengemudi memutar roda kemudi, poros utama yang

dihubungkan dengan roda kemudi langsung membelok. Di ujung poros

utama kerja dari gigi cacing dan mur pada bak roda gigi kemudi menambah

tenaga dan memindahkan gerak putar dari roda kemudi ke gerakan mundur

maju lengan pitman (pitman arm).

Jenis recirculating ball digunakan  pada mobil penumpang ukuran

sedang sampai besar dan mobil komercial sedangkan jenis rack dan pinion

digunakan pada mobil penumpang ukuran kecil sampai sedang.

Sambungan-sambungan kemudi (steering linkage) walaupun mobil

bergerak naik-turun, gerakan roda kemudi harus dapat diteruskan ke

roda·roda dengan sangat tepat (akurat) setiap saat, untuk itu diperlukan

sambungan-sambungan kemudi (steering linkage). Beberapa model

sambungan·sambungan kemudi suspensi rigid.

Kontruksi sistem kemudi

Roda gigi kemudi (steering gear)

Roda gigi kemudi selain berfungsi mengarahkan roda depan,

juga berfungsi sebagai gigi reduksi untuk memperbesar momen agar

kemudi menjadi ringan dan gangguan-gangguan terhadap roda tidak

langsung dirasakan oleh pengemudi. Ada beberapa jenis roda gigi

kemudi, tetapi yang banyak digunakan dewasa ini adalah jenis

recirculating ball,

Roda gigi kemudi manual tipe recirculating ball.

2. Sistem kemudi yang memakai power steering

Power steering adalah sebuah sistem hidrolik (servo hidrolik) yang

berfungsi untuk memperingan tenaga yang dibutuhkan untuk memutarkan

kemudi terutama pada kecepatan rendah dan menyesuaikannya pada

kecepatan menengah serta tinggi. Dalam keadaan normal berat putaran roda

kemudi adalah 2-4 kg.

Power steering ada dua tipe, yaitu tipe integral dan tipe rack and

pinion. Tipe integral kebanyakan untuk steering gear tipe recirculating ball.

Dinamakan integral karena power piston dan gear housing jadi satu kesatuan,

sedangkan pada rack and pinion power silinder dan gear housing terpisah.

Masing-masing tipe mempunyai 3 bagian yang terdiri dari pompa, control

valve dan power cylinder. Control valve biasanya ditempatkan di dalam gear

housing.

1) Tipe Integral

Power Steering Tipe Recirculating Valve

Sesuai namanya, control valve dan power pistonnya terletak di

dalam gear box. Sedangkan gear yang dipakai adalah recirculating ball.

Mekanisme ini memiliki bagian-bagian yang terdiri dari tangki reservoir

(berisikan fluida), vane pump yang membangkitkan tenaga hidraulis, gear

box yang berisi control valve, power piston dan steering gear, pipa-pipa

yang mengalirkan fluida dan selang-selang fleksibel.

Power steering tipe recirculating ball terdapat dua tipe control

valve yaitu tipe flapper valve dan tipe rotary valve.

Control Valve Tipe Flapper Valve

2) Tipe Rack and Pinion

Power Steering Tipe Rack and Pinion

Power steering tipe ini control valvenya terletak di dalam gear

housing dan power piston terpisah di dalam power cylinder. Tipe ini

hampir sama dengan mekanisme tipe recirculating ball.Banyak tipe control

valve yang dikembangkan untuk power steering tipe rach and pinion tetapi

biasanya menggunakan control valve tipe rotary dan tipe spool valve.

Control Valve Tipe Rotary Valve dan Spool Valve

Fungsi dan Prinsip Sistem Kemudi Power Steering

Power steering memiliki fungsi utama untuk memperingan usaha

pengemudian. Usaha kemudi yang besar diperlukan pada saat kendaraan

berjalan lambat atau pada saat parkir kendaraan. Pada saat kecepatan

sedang, dibutuhkan usaha kemudi yang lebih kecil dan semakin tinggi

kecepatan kendaraan, maka usaha yang diperlukan untuk pengemudian

semakin kecil.

Power steering mempunyai dua tipe peralatan untuk memperoleh

usaha pengemudian, yaitu tipe peralatan hidraulis yang menggunakan

tenaga mesin dan yang lainnya menggunakan motor listrik. Keduanya

bertujuan untuk membangkitkan tekanan fluida dan tekanan fluida ini

bekerja menekan torak yang berada di dalam power cylinder dan

memberikan tambahan atau bantuan tenaga pada pinion dan rack.

Besarnya tenaga bantuan ini tergantung pada besarnya tekanan hidraulis

yang bekerja pada torak. Variasi tekanan fluida ini diatur oleh katup

pengontrol (control valve) yang dihubungkan dengan steering main shaft.

Prinsip Dasar

Posisi Netral

Kemudi Kondisi Netral/Lurus

Minyak dari pompa dialirkan ke katup pengontrol (control valve).

Bila katup pengontrol berada pada posisi netral, semua minyak akan

mengalir melalui katup pengontrol ke saluran pembebas (relief port)

dan kembali ke pompa. Pada saat ini tidak terbentuk tekanan dan karena

tekanan pada kedua sisi torak sama, torak tidak akan bergerak

kemanapun.

Pada Saat Membelok

Kemudi Kondisi Membelok

Pada saat poros utama kemudi (steering main shaft) diputar ke

salah satu arah, maka katup pengontrol juga akan bergerak, menutup

salah satu saluran minyak. Saluran yang lain akan terbuka dan akan

terjadi perubahan volume aliran minyak dan akhirnya akan membentuk

tekanan. Pada kedua sisi torak akan terjadi perbedaan tekanan dan torak

akan bergerak ke sisi yang bertekanan rendah sehingga minyak yang

berada dalam ruangan tersebuta akan dikembalikan ke pompa melalui

katup pengontrol.

Komponen Utama dan Cara Kerja Masing-Masing Komponen

pada Sistem Power Steering

1) Vane Pump

Pompa berfungsi untuk membangkitkan tekanan hidrolik yang

diperlukan untuk tekanan kerja. Tipe pompa banyak sekali, antara lain :

pompa torak, membran, plunger, roda gigi luar, roda gigi dalam, vane,

screw dan lain-lain. Tekanan yang diperlukan merupakan tekanan

secara menerus (continue), sehingga tipe pompa yang digunakan adalah

tipe Vane atau Roda Gigi. Pompa menghasilkan tekanan dengan

memanfaatkan putaran mesin, sehingga volume pemompaan sebanding

dengan putaran mesin.

Konstruksi Vane Pump

Pengaturan jumlah minyak yang mengalir keluar dari pompa diatur

oleh flow control valve, sehingga selalu konstant. Pada kenyataannya,

karena tahanan pengemudian pada kecepatan tinggi berkurang maka

jumlah aliran minyak juga harus dikurangi, supaya stabilitas

pengemudian tetap terjaga Pada power steering rpm sensing dan power

steering yang mempunyai flow control valve dengan built-in control

spool, jumlah aliran minyak akan diatur sesuai dengan kecepatan

kendaraan.

Komponen Utama Pada Vane Pump

Reservoir Tank

Tangki reservoir menampung persediaan minyak power

steering. Penempatannya dapat disatukan dengan pump body dan dapat

juga dipasang secara terpisah. Bila tidak dijadikan satu dengan pump

body, biasanya dihubungkan oleh dua pipa.

Tutup tangki reservoir biasanya dilengkapi juga dengan

pengukur minyak (level gauge) untuk memeriksa ketinggian permukaan

minyak dalam tangki reservoir.Apabila minyak yang berada dalam

tangki reservoir tingginya kurang dari ketentuan atau berada di bawah

batas minimal, maka pompa akan kemasukan udara dan kerja pompa

akan menjadi tidak normal.

Pump Body

Pompa digerakan oleh puli poros engkol mesin dan drive belt

atau motor listrik, dan mengalirkan minyak yang bertekanan ke gear

housing. Pengalir volume minyak yang dialirkan ke gear housing diatur

oleh flow control valve dengan kelebihan minyak dialirkan ke sisi hisap

(suction side).

Flow Control Valve

Katup pengatur aliran atau flow control valve memiliki fungsi

mengatur volume aliran minyak dari pompa ke gear housing dan

menjaga agar volumenya tetap pada rpm pompa yang berubah-ubah.

Akan tetapi, sekarang banyak pompa power steering yang

menggunakan control spool bersama dengan flow control valve untuk

menurunkan volume aliran minyak pada saat pompa mencapai

kecepatan tertentu. Jenis tersebut dikenal dengan rpm sensing type

power steering untuk memperoleh gaya kemudi yang sesuai meskipun

mobil dikemudikan dengan kecepatan tinggi.

Kedua jenis pompa mempunyai relief valve yang dipasang di

dalam flow control valve untuk mengatur atau membatasi tekanan

minyak maksimum. Tekanan maksimum tercapai pada saat roda

kemudi diputar sepenuhnya ke arah kiri atau ke kanan dan power

steering control valve menutup saluran baluk (return port).

Penampang Flow Control Valve

Peralatan Idle Up

Pompa memproduksi tekanan maksimum tekanan minyak bila

roda kemudi diputas sepenuhnya ke kiri atau ke kanan, pada saat itu

pompa memperoleh beban maksimum yang akan mengakibatkan

penurunan rpm idle mesin. Untuk mengatasi masalah ini, sebagian

besar kendaraan dilengkapi dengan peralatan idle up yang

bekerjanuntuk menaikan rpm mesin pada saat pompa memperoleh

beban maksimum. Fungsi idle up ini untuk menaikan rpm atau putaran

idle mesin bila tekanan minyak pada pompa bekerja pada ait control

valve yang dipasang pada body vane pump untuk mengatur aliran

udara.

Cara Kerja Vane Pump

Rotor berputar didalam cam ring yang diikatkan pada rumah roda

gigi pompa (pump housing). Pada rotor terdapat alur, didalam alur

dipasangkan vane plate. Keliling bagian luar rotor berbentuk lingkaran

tetapi permukaan bagian dalam cam ring berbentuk oval dan

membentuk celah antara rotor dengan cam ring. Vane plate menyekat

ruang itu dan membentuk ruang minyak.

Kontruksi Rotor

Vane plate terdorong merapat ke permukaan bagian dalam cam

ring oleh gaya centrifugal dan tekanan minyak pada bagian belakang

vane plate dan membentuk seal sehingga pada saat terjadi kenaikan

tekanan minyak, maka tekanan kebocoran antara cam ring dan vane

plate dapat dicegah.

Pada saat rotor berputar, kapasitas ruang minyak akan membesar

dan mengecil untuk melakukan pemompaan. Dengan kata lain, pada

saat hisap volume ruang minyak akan membesar sehingga minyak dari

reservoir mengalir ke ruang minyak melalui saluran hisap (suction

side).

Langkah Penghisapan

Volume ruang minyak akan mengecil pada sisi pengeluaran

(discharge side) dan bila mencapai nol, maka minyak yang tadi terhisap

masuk ke ruangan melalui saluran hisap dipaksa keluar melalui saluran

pengeluaran. Untuk setiap putaran rotor terjadi dua kali penghisapan

dan pengeluaran minyak. Kemudian cairan dihisap kedalam dan

dikeluarkan dua kali pada tiap putaran rotor.

Langkah Pengeluaran

Cara Kerja Flow Control Valve Dan Control Spool

Volume pengeluaran minyak dari vane pump akan bertambah

sebanding dengan kenaikan rpm mesin. Besarnya gaya steering assist

yang diberikan oleh power torak ke gear housing ditentukan oleh

volume minyak dari pompa. Bila rpm naik, maka volume aliranya

semakin besar dan memberikan bantuan pengemudian(steering assist)

yang lebih besar, akibatnya diperlukan usaha kemudi yang lebih kecil.

Dengan kata lain, usaha pengemudian berubah-ubah sesuai dengan

perubahan rpm ini merupakan suatu kerugian dalam aspek stabilitas

pengemudian.

Oleh karena itu, volume aliran minyak darei pompa perlu

dipertahankan konstan meskipun putaran pompa berubah, inilah fungsi

flow control valve.Pada umumnya bila kenndaraan berjalan dengan

kecepatan tinggi, tahanan ban berkurang dan akibatnya dibutuhkan

usaha pengemudian yang lebih kecil. Dengan demikian, pada beberapa

power steering diberikan power steering assist yang lebih kecil selama

kecepatan tinggi agar didapatkan pengendalian yang nyaman.

Rpm-Sensing Tipe Flow Control Valve

Singkatnya, volume aliran minyak dari pompa ke gear housing

dikurangi selama pengendaraan pada kecepatan tinggi dan tidak ada

bantuan pada power steering.Volume pengeluaran minyak dari pompa

akan bertambah bila kecepatan pompa bertambah tetapi volume aliran

minyak ke gear housing dikurangi, ini berlaku pada rpm sensing tipe

power steering dan mempunyai flow control valve dengan built-in

control spool.

Kecepatan Rendah

(Kecepatan Pompa : 650-1250 rpm)

Kerja Flow Control Valve Saat Kecepatan Rendah

Tekanan pengeluaran pompa P1 dialirkan ke sebelah kanan

flow control valve dan P2 dialirkan ke sebelah kiri setelah melewati

orifice 1 dan 2. Perbedaan tekanan P1 dan P2 akan semakin besar bila

kecepatan rpm mesin ditambah. Bila perbedaan tekanan P1 dan P2

mampu mengalahkan pegas (A) pada flow control valve, maka flow

control valve akan bergerak ke kiri. Ini akan membuka saluran pada

sisio hisap pompa (suction side), sehingga minyak akan kembali ke

sisi hisap pompa. Dengan cara ini, volume aliran ke sisi hisap pompa.

Dengan cara ini, volume aliran minyak ke gear housing diatur 6,6

liter/menit.

Kerja Control Spool Saat Kecepatan Rendah

Kecepatan Sedang

(Kecepatan Pompa : 1250-2500 rpm)

Kerja Flow Control Valve Saat Kecepatan Sedang

Tekanan pengeluaran pompa P1 dialirkan ke sebelah kiri control

spool. Bila pompa berputar diatas 1250 rpm, maka tekanan P1

mengalahkan tegangan pegas (B) dan mendorong control spool ke

kanan sehingga volume minyak yang melalui orifice 2 akan berkurang

dan menyebabkan penurunan tekanan P2. Akibatnya, perbedaan

tekanaan antara P1 dengan P2 akan bertambah. Sebagai akibatnya, flow

control valve bergerak ke kiri sehingga minyak kembali ke sisi hisap

pompa (suction side) dan menurunkan volume aliran minyak yang ke

gear housing. Dengan kata lain, bila control spool bergerak ke kanan,

ujung spool bergerak kearah orifice 2 menurunkan volume minyak yang

mengalir melalui lubang tersebut.

Kerja Control Spool Saat Kecepatan Sedang

Kecepatan Tinggi

(kecepatan Pompa: diatas 2500 rpm)

erja Flow Control Valve Saat Kecepatan Tinggi

Bila kecepatan pompa melampaui 2500 rpm, maka control spool

terdorong sepenuhnya ke kanan menutup rapat orifice2. Pada saat itu,

tekanan P2 ditentukan oleh banyaknya minyak yang mengalir melalui

orifice 1, volume aliran minyak ke gear housing diatur 3,3 liter/menit

pada saat itu.

Kerja Control Spool Saat Kecepatan Tinggi

Relief Valve (Katup Pembebas)

Katup pembebas (relief valve) ditempatkan pada flow control

valve. Bila tekanan P2 melebihi 80Kg/cm2 (bila roda kemudi diputar

sepenuhnya) maka relief valve akan terbuka dan menurunkan tekanan.

Pada saat tekanan P2 turun, control valve terdorong ke kiri dan

mengatur tekanan maksimum.

Reliev Valve

Rumah Roda Gigi (Gear Housing)

Piston didalam silinder tenaga (power cylinder) ditempatkan pada

rack, dan rack bergerak karena adanya tekanan minyak yang dihasilkan

oleh vane pump bekerja pada power piston. Kebocoran tekan minyak

dicegah oleh seal ring pada piston. Ada juga oil seal pada kedua sisi

silinder untuk mencegah piston kebocoran minyak ke bagian luar.

Control valve shaft dihubungkan dengan steering wheel. Jika pada

posisi netral (lurus), control valve juga berada pada posisi netral

sehingga minyak dari vane pump tidah bekerja di kedua ruangan tetapi

terus mengalir kembali ke reservoir tank. Jika steering wheel diputar ke

salah satu arah, control valve merubah saluran sehingga minyak pada

ruangan lainnya dikeluarkan dan mengalir kembali ke reservoir tank.

Rumah Roda Gigi

Pada saat tidak ada minyak atau tekanan minyak, dari torsion bar

berputar sampai titik tertentu, control valve shaft stopper akan langsung

memutar pinion dan menggerakan rack. Dengan kata lain, sama seperti

pada manual steering, momen roda kemudi juga diteruskan ke pinion

melalui control valve shaft.

Rack and Pinion