BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2...

26
31 BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK CONNECTING ROD Dalam tugas akhir ini, peneliti melakukan analisa dinamik connecting rod. Geometri connecting rod sepeda motor yang dianalisis berdasarkan parameter. Selanjutnya geometri tersebut digambarkan di software solidworks. Peneliti mendapatkan referensi dari buku, jurnal, dan internet. Menggunakan referensi - referensi sebagai dasar yang dapat menunjang penelitian dan mengikuti bimbingan dan arahan dari dosen pembimbing. Setelah proses penggambaran geometri dan perhitungan selesai, peneliti memasukkan kondisi-kondisi batas dan beban-beban dinamis yang bekerja untuk analisa yang dilakukan. Kemudian proses analisa (dalam hal ini analisa dinamik connecting rod) dijalankan dan software akan memperlihatkan hasil analisa yang sedang berlangsung. Hasil analisa dengan software yang sudah selesai kemudian di bandingkan dengan perhitungan manual dan hasil matlab. Setelah itu kita bisa membandingkan hasilnya. Sebelum kita memulai suatu perancangan, akan lebih baik apabila kita membuat langkah pengerjaan yang akan kita lakukan terlebih dahulu. Hal ini akan mempermudah dalam melakukan suatu perancangan. 3.1 Diagram Alir Penelitian Pada bab ini akan dibahas mengenai tahap-tahap analisa dinamik kinematika dan kinetika pada connecting rod. Adapun langkah – langkah diagram alir penelitian analisa dinamik connecting rod, untuk lebih jelasnya lihat gambar 3.1 :

Transcript of BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2...

Page 1: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

31

BAB III

ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK CONNECTING ROD

Dalam tugas akhir ini, peneliti melakukan analisa dinamik connecting rod.

Geometri connecting rod sepeda motor yang dianalisis berdasarkan parameter. Selanjutnya

geometri tersebut digambarkan di software solidworks. Peneliti mendapatkan referensi dari

buku, jurnal, dan internet. Menggunakan referensi - referensi sebagai dasar yang dapat

menunjang penelitian dan mengikuti bimbingan dan arahan dari dosen pembimbing.

Setelah proses penggambaran geometri dan perhitungan selesai, peneliti

memasukkan kondisi-kondisi batas dan beban-beban dinamis yang bekerja untuk analisa

yang dilakukan. Kemudian proses analisa (dalam hal ini analisa dinamik connecting rod)

dijalankan dan software akan memperlihatkan hasil analisa yang sedang berlangsung. Hasil

analisa dengan software yang sudah selesai kemudian di bandingkan dengan perhitungan

manual dan hasil matlab. Setelah itu kita bisa membandingkan hasilnya.

Sebelum kita memulai suatu perancangan, akan lebih baik apabila kita membuat

langkah pengerjaan yang akan kita lakukan terlebih dahulu. Hal ini akan mempermudah

dalam melakukan suatu perancangan.

3.1 Diagram Alir Penelitian

Pada bab ini akan dibahas mengenai tahap-tahap analisa dinamik kinematika dan

kinetika pada connecting rod. Adapun langkah – langkah diagram alir penelitian

analisa dinamik connecting rod, untuk lebih jelasnya lihat gambar 3.1 :

Page 2: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

32

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian.

Mulai

Mengkonversi file3D solidwork ke dalam file xml

Mengimport file xml ke dalam simmechanic

Membuat interkoneksi blok simmechanic dan parameternya

Simulasi dengan simmechanic Simulasi dengan simmechanic

Plot hasil simulasi

Analisa grafik plot hasil simulasi dan validasi jurnal

Mengambil data geometri, massa, dan inersia

Kesimpulan dan saran

Selesai

Ya

Tidak

Pemodelan 3D mekanisme slider-crank dengan menggunakan solidwork

Pengambilan data hasil analisa

Apakah hasil simulasi bisa diterima?

Page 3: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

33

3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod

Saat mekanisme slider crank bekerja dengan kecepatan tinggi, komponen

didalamnya akan mengalami deformasi. Deformasi plastis pada komponen-komponen

tersebut dapat mengakibatkan kegagalan atau kerusakan saat mekanisme slider crank

bekerja. Maka pada penelitian ini, analisa dilakukan dengan mengasumsikan crankshaft,

connecting rod, dan piston sebagai benda tegar. Benda tegar (rigid body) adalah kondisi

dimana deformasi yang terjadi pada komponen-komponen mekanisme slider crank

diabaikan.

Rigid body atau benda tegar adalah kondisi dimana deformasi yang terjadi pada

komponen-komponen mekanisme slider crank diabaikan. Analisa connecting rod pada

mekanisme single-cylinder secara analitik, di analisa dengan Gambar 3.2 merupakan

gambar sederhana dari sebuah mekanisme slider crank.

Gambar 3.2 Mekanisme slider crank.

Kecepatan dan percepatan angular berdasarkan sudut 휃 dan 훽 dapat ditulis

menjadi :

휔 = ;훼 = = (3.1)

휔 = ; 훼 = = (3.2)

Sudut 훼 dan 훽 menjadi :

sinβ = (3.3)

Page 4: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

34

3.2.1 Kinematika Connecting Rod

Kinematika connecting rod dipengaruhi oleh gerak rotasi crankshaft pada bagian

big end connecting rod dan gerak translasi yang dihasilkan piston pada bagian small end.

Gambar 3.4, menunjukkan hubungan antara 3 komponen slider crank tersebut. Dimana L1

dan L2 adalah panjang crankshaft dan connecting rod, Lg merupakan jarak pusat massa

connecting rod (Gr) dari big end. Kemudian 푚 , 푚 , dan 푚 secara berturut-turut adalah

massa crankshaft, massa connecting rod, dan massa piston.

Saat piston bergerak membentuk jarak 푟 terhadap pusat crankshaft, maka akan

terbentuk sudut θ, yaitu sudut antara crankshaft dan bidang horizontalnya di titik A dan

sudut β, yaitu sudut antara connecting rod dan bidang horizontalnya di titik C.

Sudut connecting rod, 훽 dihubungkan ke 휃 adalah :

sinβ = (3.4)

푐표푠훽 = (3.5)

Kecepatan angular dan percepatan angular di turunkan terhadap waktu :

휔 푐표푠훽 = 휔 (3.6)

휔 푐표푠훽 = 휔 (3.7)

푠푖푛 훽 + 푐표푠 훽 = 1 (3.8)

푐표푠 훽 = 1 − 푠푖푛 훽 (3.9)

푐표푠훽 = 1 − 푠푖푛 훽 (3.10)

푐표푠훽 = 1− (3.11)

휔 1− = 휔 (3.12)

Page 5: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

35

휔 = (3.13)

( ) = ⎝

⎜⎛

⎟⎞

= ⎝

⎜⎛

⎟⎞

(3.14)

훼 =

⎜⎜⎜⎛

⎜⎛

⎟⎞

( )

⎟⎟⎟⎞

(3.15)

훼 =

⎜⎛

+

⎟⎞

(3.16)

Percepatan connecting rod, 훼 dihitung dari deferensial persamaan 3.13 bergerak terhadap

waktu untuk dan dari persamaan 3.1 dan 3.2.

훼 = + (3.17)

Pusat massa connecting rod 푟 di A, arah X dan Y kemudian terbentuk persamaan :

푟 = 퐿 푐표푠휃 + 퐿 푐표푠훽 (3.18)

푟 = 퐿 푠푖푛휃 − 퐿 푠푖푛훽 (3.19)

Substitusi untuk persamaan Sin(훽) dan Cos (훽) dari persamaan (3.3) dan (3.11) ke

persamaan (3.18) dan (3.19) :

푟 = 퐿 푐표푠휃 + 퐿 1− (3.20)

푟 = 퐿 푠푖푛휃 − 퐿 (3.21)

Page 6: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

36

Kecepatan linier pusat massa connecting rod 푉 , arah X dan Y dideferensialkan ke

persamaan (3.20) dan (3.21) terhadap waktu :

푉 = differensial persamaan 8 (3.22)

푉 = −퐿 휔 푠푖푛휃 − (3.23)

푉 = differensial persamaan 9 (3.24)

푉 = 퐿 휔 푐표푠휃 − (3.25)

Deferensial persamaan (3.23) terhadap waktu akan didapat dalam percepatan linier pada

pusat massa connecting rod pada arah X adalah 훼 :

푎 = (3.26)

훼 =

−퐿 훼 푠푖푛휃 − 퐿 휔 푐표푠휃 −

⎜⎜⎜⎛

⎜⎛

⎟⎞

( )

⎟⎟⎟⎞

(3.27)

훼 = −퐿 훼 푠푖푛휃 − 퐿 휔 푐표푠휃 −

⎜⎜⎛

⎜⎛

⎟⎞− +

⎟⎟⎞

(3.28)

Page 7: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

37

푟 =lokasi piston

푟 (3.29)

푟 = 퐿 푐표푠휃 + 퐿 1− (3.30)

푉 = kecepatan linier piston arah x (adalah defferensial dari) 푟

= (3.31)

( ) = −퐿 휔 푠푖푛휃 (3.32)

푉 = −퐿 휔 푠푖푛휃 − (3.33)

푎 = percepatan linier piston arah x (adalah deffrensial dari) 푉

= − ⎝

⎜⎛

⎟⎞

(3.34)

( ) = −(퐿 훼 푠푖푛휃 + 퐿 휔 푐표푠휃) (3.35)

푎 = −퐿 훼 푠푖푛휃 − 퐿 휔 푐표푠휃 − − − (3.36)

Page 8: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

38

푎 =

−퐿 훼 푠푖푛휃 − 퐿 휔 푐표푠휃 − −

⎜⎛퐿 2휔 푐표푠2휃 1− +

⎟⎞

(3.37)

푎 =

−퐿 훼 푠푖푛휃 − 퐿 휔 푐표푠휃 − −

⎜⎛

2휔 푐표푠휃2휃 1 +

⎟⎞

(3.38)

3.2.2 Kinetika Connecting Rod

Analisa kinetika connecting rod dimulai dari memperhitungkan gaya yang

bekerja pada piston. Hal ini dikarenakan mekanisme slider-crank dimulai dengan

bertranslasinya piston. Selain itu, dipengaruhi pula oleh tekanan yang terjadi pada ruang

bakar. Untuk gaya gesek piston terhadap silinder dapat diabaikan.

Pada gambar 3.3 adalah gambar dimana piston bergerak searah dengan sumbu x,

maka dapat di gambarkan kedalam diagram benda bebas seperti gambar dibawah ini

gambar 3.3.

Page 9: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

39

Gambar 3.3 Diagram benda bebas piston.

Gambar 3.3 piston bergerak searah dengan sumbu x, sehingga gaya yang bekerja

pada piston adalah

퐹 = 푚 푎 + 퐹 (3.39)

Jika 푃 (tekanan pada ruang bakar) = , maka

퐹 = 퐴 푃

= 휋 푅 푃 (3.40)

Jadi gaya piston arah x (퐹 ) adalah,

퐹 = 푚 푎 + 휋 푅 푃 (3.41)

Dimana 푚 adalah massa gabungan antara piston, pin piston, dan piston ring dan 푅 adalah

jari-jari piston.

Kemudian subtitusi persamaan 3.38 (푎 ) ke dalam persamaan 3.39 (퐹 ), didapatkan gaya

piston arah x, yaitu

퐹 = −푚 퐿 푆푖푛(휃) −푚 퐿 휔 퐶표푠(휃) − ( )

( )+ 휋푅 푃 −

( )

⎜⎜⎛휔 퐿

⎜⎛

2퐶표푠(2휃) 1− ( ) + ( )

( )

⎟⎞

⎟⎟⎞

(3.42)

Page 10: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

40

퐹 =

−푚 퐿 푆푖푛(휃) − 푚 퐿 휔 퐶표푠(휃) − ( )

( )+ 휋푅 푃 −

( )

⎜⎜⎛휔 퐿

⎜⎛

2퐶표푠(2휃) 1 +

⎟⎞

⎟⎟⎞

(3.43)

Secara keseluruhan gaya yang bekerja pada connecting rod dapat digambarkan

sebagai berikut liat gambar 3.4 di bawah ini.

Gambar 3.4 Diagram benda bebas gaya connecting rod.

Dimana 퐹 dan 퐹 adalah gaya yang terjadi pada small end connecting rod pada sumbu x.

퐼 merupakan momen inersia pada pusat massa, 퐹 dan 퐹 merupakan gaya yang bekerja

pada sambungan antara connecting rod dan crankshaft. Sehingga 퐹 dan 퐹 dapat ditulis

menjadi :

퐹 = 푚 푎 + 퐹 (3.44)

퐹 = ( ) ( )

( )+ 푚 푎 (퐿 − 퐿 ) (3.45)

Page 11: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

41

퐹 dan 퐹 merupakan gaya yang digambarkan pada system koordinat secara umum, dimana

system koordinat ini tidak berputar dengan crankshaft. Sedangkan gaya yang system

koordinatnya terletak pada crankshaft dapat ditulis menjadi :

퐹 = 퐹 cos휃 − 퐹 sin휃 (3.46)

퐹 = 퐹 cos휃 + 퐹 sin휃 (3.47)

3.2.3 Torsi Saat Mekanisme Bekerja

Torsi dihasilkan dari hasil langkah kerja ruang bakar. Oleh karena itu untuk

mengetahui torsi dari hasil kerja mekanisme slider crank, diperlukan perhitungan

kinematika dan kinetika pada sebuah komponen mekanisme slider crank. Torsi mekanisme

slider crank dapat diketahui dengan menentukan gaya yang bekerja pada sambungan

crankshaft dan connecting rod, seperti pada persamaan (3.48).

Dimana 퐹 dan 퐹 merupakan gaya hasil kerja dari piston yang dihubungkan

oleh connecting rod. Gaya 퐹 dan 퐹 akan memutar balik crankshaft dengan kecepatan

tertentu, tergantung jarak gaya tersebut dengan pusat rotasinya. Gambar 3.5 adalah arah

torsi yang dihasilkan dari gaya 퐹 dan 퐹 .

Gamba 3.5 Diagram benda bebas torsi crankshaft.

Page 12: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

42

Maka torsi saat mekanisme slider crank bekerja adalah :

푇 = 퐹 푙 (3.48)

Torsi yang dimaksud disini adalah torsi keseluruan dari hasil kerja makanisme

slider crank. Persamaan (3.48) merupakan persamaan untuk menghitung torsi pada slider

crank single cylinder.

3.3 Pemodelan Geometri Connecting Rod dengan Solidwork

Pemodelan geometri connecting rod dilakukan dengan memodelkan mekanisme

slider crank single-cylinder in-line menjadi model 3D berdasarkan data geometri aslinya.

Dari gambar 3D tersebut akan dikonversikan kedalam file simmechanic. Kemudian

melakukan pemodelan simulasi pada simmechanic 3.0. Untuk pemodelan geometri

connecting rod dengan solidwork dapat dilihat pada gambar 3.6 di bawah ini. Data

geometri komponen-komponen tersebut dapat dilihat pada lampiran B.

Gambar 3.6 Model 3D solidwork mechanism slider crank.

Page 13: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

43

Gambar 3.7 Model 3D solidwork connecting rod dan piston.

Gambar 3.8 Model 3D crankshaft.

Page 14: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

44

Gambar 3.9 Solidwork assembly crankshaft, connecting cod, dan piston.

Assembly crankshaft, connecting rod, dan piston pada gambar 3.9

menunjukkan connecting rod yang terhubung dengan pin dan piston jika bergerak

akan menghasilkan gerak translasi, sedangkan pada connecting rod yang terhubung

dengan crankshaft akan menghasilkan gerak rotasi. Pada gambar 3.9 tiap

komponen-komponen dibuat dari berbagai material dengan sifatnya masing-masing.

Tabel 3.1 merupakan table data sifat dari material baja AISI 4340 yang digunakan

pada connecting rod untuk penelitian ini. Material dan sifat dari komponen-

komponen lain dapat dilihat pada lampiran C.

Page 15: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

45

Table 3.1 Properti Baja AISI 4340

No Sifat Material Nilai Satuan

1 Modulus Elastisitas 1.32258e+008 N/m^2

2 Rasio Poisson 0.32

3 Shear Modulus 5.16128e+007 N/m^2

4 Koefisien Thermal Expansion 1.23e-005

5 Massa Jenis 0.283599 lb/in^3

6 Konduktivitas Termal 44.5 W/m.K

7 Kalor Jenis 475 J/kg.K

8 Tensile Strength 716128 N/in^2

9 Yield Strength 458064 N/in^2

3.4 Pemodelan dengan Simmechanic

Setelah mengambar connecting rod dengan bantuan software solidwork

kemudian diimport ke dalam file iges setelah itu di konversi kedalam simmechanic dalam

bentuk file xml. Penelitian ini seluruh system connecting rod dimodelkan menggunakan

Matlab/ Simulink. Seluruh pemodelan dibangun dari interkoneksi blok yang mewakili

perhitungan matematis dari system connecting rod.

3.4.1 Import Model 3D ke dalam Simmechanic

Model 3D Solidwork connecting rod, crankshaft, dan piston disimulasikan

kedalam Simmechanic 3.0, setelah itu dikonversikan kedalam file .xml. Setelah terkonversi

kedalam file .xml, kemudian di-import kedalam Simmechanic 3.0 dengan cara mengetik

“mech_import” pada command view matlab, kemudian pilih direktori file .xml tersebut

disimpan.

Page 16: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

46

Model 3D connecting rod, crankshaft, dan piston tidak dapat dikonversikan

kedalam file .xml secara keseluruan. Oleh karena itu model 3D komponen-komponen

penelitian ini, dikonversikan secara terpisah. Dikelompokkan menjadi beberapa bagian dan

disimulasikan kedalam Simmechanic dengan penyerdahaan simulasi. Penyederhanaan

simulasi dilakukan dengan hanya mengambil data-data yang penting yang ada pada

komponen-komponen tersebut yang nantinya diperlukan untuk simulasi.

Gambar 3.10 memperlihatkan model dinamika connecting rod, crankshaft, dan

piston secara keseluruan. Dinamika ini merepresentasikan kondisi fisis pada connecting

rod, crankshaft, dan piston yang menghasilkan state berupa sudut, kecepatan angular,

percepatan angular, torsi, dan gaya. Dinamika actuator dimodelkan dengan

direpresentasikan dengan blok scope. Representasi dari kestabilan connecting rod,

crankshaft, dan piston pada posisi variasi kecepatan 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, dan

5700 rpm.

Gambar 3.10 Rangkaian blok-blok hasil konversi solidwork kedalam simmechanic variasi

kecepatan 2000 rpm.

Page 17: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

47

Gambar 3.11 Rangkaian blok-blok hasil konversi solidwork kedalam simmechanic variasi

kecepatan 3000 rpm.

Gambar 3.12 Rangkaian blok-blok hasil konversi solidwork kedalam simmechanic variasi

kecepatan 4000 rpm.

Page 18: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

48

Gambar 3.13 Rangkaian blok-blok hasil konversi solidwork kedalam simmechanic variasi

kecepatan 5700 rpm.

3.4.2 Parameter-parameter blok dalam Simmechanic

Blok pada Simulink merupakan elemen yang digunakan untuk memodelkan

secara virtual hampir semua sistem dinamis dengan menghubungkannya secara tepat. Pada

Simmechanic, pemodelan blok mewakili parameter body, joint, contrains, dan elemen gaya.

Simmechanic memformulasikan dan menyelesaikan persamaan geraknya sesuai model blok

yang dibuat. Gambar 3.14 menunjukkan blok body, joint, dan sensor.

Gambar 3.14 Blok-blok pada simmechanic.

Page 19: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

49

Pada penelitian tugas akhir ini, blok Simmechanic yang digunakan terdiri dari 3

kelompok yaitu :

1. Machine, body, dan ground

Body adalah blok yang mewakili model benda tegar dimana parameter dapat diatur

dan disesuaikan. Komponen-komponen pada penelitian ini, yang dimodelkan menjadi blok

body adalah crankshaft, connecting rod, dan piston. Gambar 3.22 adalah salah satu contoh

parameter yang ada didalam blok body yang mewakili connecting rod.

Gambar 3.15 Parameter blok connecting Rod.

Parameter yang digunakan pada blok ini adalah geometri, massa, dan inersia dari

connecting rod. Geometri digunakan untuk mengisi kolom position pada bagian origin

position vector [x, y, z]. Port side, adalah letak titik penghubung antar blok. CG (Center of

Gravity) adalah parameter yang mewakili letak pusat massa dari connecting rod. CS1 dan

CS2 adalah parameter letak posisi awal (pangkal) dan letak ujung model. Parameter massa

dan inersia didapat dari konversi file 3D Solidwork menjadi Simmechanic.

Page 20: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

50

Pada penelitian ini, model Simmechanic dibuat disepanjang sumbu y. titik awal

dari model blok ini adalah (0,0,0). CG dari connecting rod diasumsikan berada ditengah.

Sedangkan CS 2, 3, 4, dan 5 merupakan ujung dari connecting rod single-cylinder.

Blok machine yang digunakan pada penelitian ini adalah machine environment,

seperti gambar 3.17. Blok ini digunakan untuk mengatur lingkungan mekanis pada

mechanism slider crank. Parameter didalamnya tidak diubah. Blok ground, seperti gambar

3.16, digunakan sebagai titik referensi tetap pada mesin. Dikarenakan titik awalnya adalah

(0,0,0) maka parameter blok ini diisi sesuai CS1.

Gambar 3.16 Parameter blok ground.

Page 21: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

51

Gambar 3.17 Parameter blok mechine environment.

2. Joint ( Sambungan )

Joint adalah blok yang memodelkan pergerakan benda dan derajat kebebasannya.

Pada penelitian tugas akhir ini menggunakan 2 jenis blok joint yaitu Revolute Joint dan

Prismatic Joint, dengan masing-masing 1 derajat kebebasan. Gambar 3.18 dan 3.19

menunjukkan parameter kedua joint tersebut.

Revolute joint adalah parameter yang mewakilkan gerak rotasi. Parameter yang

penting adalah axis of action [x y z]. Blok body crankshaft akan berotasi pada sumbu y

arah z, maka pada axis of action, nilai z adalah 1.ditunjukkan pada gambar 3.18.

Prismatic joint adalah blok parameter yang mewakilkan gerak translasi.

Parameter yang penting adalah axis of action [x y z]. Blok body crankchaft akan

Page 22: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

52

bertranslasi pada arah x, maka pada axis of action, nilai x adalah 1. Ditunjukkan pada

gambar 3.19.

Gambar 3.18 Parameter blok revolute.

Page 23: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

53

Gambar 3.19 Parameter blok prismatic.

3. Sensor

Sensor adalah alat penunjang untuk mengukur sinyal hasil simulasi. Pada

penelitian ini, menggunakan 3 jenis alat penunjang, yaitu joint initial condition, sensor joint

dan scope. Parameter ditunjukkan pada gambar 3.20, 3.21, dan 3.22.

Join initial condition (IC) adalah alat penunjang yang merupakan bagian dari

Sensor and Actuator untuk memberikan posisi dan kecepatan mesin pada penelitian tugas

akhir ini. Ditunjukkan pada gambar 3.20.

Scope adalah alat penunjang untuk memvisualisasikan sinyal hasil simulasi.

Ordinat hasil plot dari scope tergantung pada pemilihan sinyal pada joint sensor. Axis dari

scope adalah parameter waktu yang dapat disesuaikan kebutuhan, ditunjukkan pada gambar

3.21 dan 3.22.

Page 24: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

54

Gambar 3.20 Parameter blok joint initial condition.

Gambar 3.21 Parameter blok joint sensor.

Page 25: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

55

Gambar 3.22 Scope.

3.4.3 Parameter Simulasi Simmechanic

Penelitian tugas akhir ini menggunakan satu buah silinder atau single-cylinder.

Berikut ini adalah parameter batas yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil sinyal

simulasi.

1. Variasi kecepatan putaran mesin adalah 2000 rpm (kecepatan putaran rendah), 3000

rpm dan 4000 rpm (kecepatan putaran menengah), 5700 rpm (kecepatan putaran

tinggi).

2. Sudut yang ditempuh dalam dua putaran penuh tiap variasi kecepatan putaran mesin

adalah 720 . Yaitu satu siklus kerja 4 langkah, jadi ada perubahan lamanya waktu

simulasi.

3. Parameter joint sensor yang digunakan adalah kecepatan angular, percepatan

angular, gaya (reaction force), torsi (reaction torque), dan sudut.

4. Untuk memudahkan penyederhanaan simulasi, visualisasi 3D pada Simmechanic

hanya pada piston.

Page 26: BAB III ANALISA DINAMIK DAN PEMODELAN SIMULINK …eprints.undip.ac.id/41549/5/BAB_III.pdf · 33 3.2 Analisa Kinematika dan Kinetika Connecting Rod Saat mekanisme slider crank bekerja

56

5. Pengukuran sinyal hasil diasumsikan saat mesin bekerja, bukan saat mesin awal

dinyalakan.

Gambar 3.23 menunjukkan simulasi dengan menggunakan Simmechanic dimana

visualisasi 3D hanya tampak pada piston.

Gambar 3.23 Simulasi simmechanic.