KONSTRUKSI MESIN (3 SKS)

KONSTRUKSI MESIN (3 SKS)

MODUL 3CONTOH APLIKASI: PERANCANGAN SEBUAH KURSI RODA ELEKTRIKDOSEN: JAMIATUL AKMAL, S.T., M.T.

PROGRAM KELAS KARYAWANJURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA

2006PERANCANGAN KURSI RODA ELEKTRIK

Kursi roda elektrik adalah sebuah kursi dilengkapi dengan roda untuk bergerak maju dan belok dengan tenaga motor dan batere.

Daftar Tuntutan merupakan daftar yang harus dipenuhi dalam pembuatan atau pengembangan produk baru tersebut, yang menjadi gambaran keinginan dari konsumen:

Spesifikasi kursi roda

Jenis kursi roda

: Kursi roda mekanik

Kapasitas beban max : 80 kg

Dimensi kursi roda

: 1150 x 660 x 960 (mm)

(panjang x lebar x tinggi)

Penggerak

: Motor DC 12 Volt

Sumber tenaga

: Baterei

Penggunaan

: Tempat datar s/d kemiringan 20o Pengoperasian

: menggunakan tangan kanan/kiri

Nyaman dan aman ketika duduk

Mudah dioperasikan, tidak perlu prosedur atau persiapan yang rumit untuk mengoperasikannya

Mudah menjalankan dan mengendarainya

Bentuk kursi roda yang menarik

konstruksi rangka yang sederhana tapi kokoh

Mempunyai sistem pengereman

Dapat dilipat dengan mudah, untuk mempermudah pembawaan dan penyimpanan

Pergerakkan atau kecepatan kursi roda tidak terlalu lambat, minimal lebih dari kecepatan orang berjalan ( > 5 km/jam )

Bisa dibelokkan dengan radius kecil ( 760 mm )

Dapat melewati pintu-pintu rumah dan lift

Harga penjualan bersaing, sekitar 5 juta-an.

Abstraksi fungsi benda keseluruhan adalah gambaran umum dari fungsi keseluruhan alat atau mesin yang kita disain. Fungsi kursi roda mekanik secara umum adalah membantu pemakai untuk bergerak dalam posisi duduk dari satu tempat ke tempat yang lain secara mandiri. Kursi roda ini dapat bergerak atau berjalan karena adanya empat roda yang berputar pada porosnya, yang digerakan oleh motor listrik.

Pemilahan fungsi keseluruhan menjadi fungsi bagian adalah dari fungsi keseluruhan alat atau mesin yang kita disain diuraikan menjadi fungsi dari setiap bagian yang ada pada alat atau mesin yang kita disain tersebut. Kursi roda mekanik merupakan alat atau mesin yang terdiri dari beberapa bagian utama yang mempunyai fungsi yang berbeda-beda, yaitu: Menyokong sebagian besar komponen kursi roda mekanik

Memposisikan penggerak

Mengontrol gerakan kursi roda mekanik (maju, mundur, belok)

Menempatkan orang dalam posisi duduk

Melakukan gerakan manual

Menyeimbangkan kedudukan kursi roda

Menggerakkan kursi roda

Mengatur panel gerakan motor

Morfologi pemilihan alternatif disain

Fungsi bagianAlternatif fungsi bagian

Menyokong sebagian besar komponen kursi roda mekanik

Rangka tetapRangka lipat

Penggerak belakangRangka berbentuk kursiRangka lipat (bagian atas)

Penggerak depan

Memposisikan penggerak

Motor AC ke roda depanMotor AC ke roda belakangMotor DC ke roda depanMotor DC ke roda belakang

Mengontrol putaran motor dan gerakkan kursi roda mekanikPWM (pulse wide modulation)Inverter AC

Menempatkan orang dalam posisi duduk dan bersandarpapan atau plat dilapis busa tetap

jok busa yang dapat dilipatkain nilon atau kulit.

Melakukan gerakan manualtuas penggerak satu arahmengkopel pemutar manual dengan roda besar

Menyeimbangkan kedudukan kursi roda1 roda kecil pada bagian depan (diameter 20 cm)1 roda kecil pada bagian belakang (diameter 20 cm)2 roda kecil pada bagian depan (diameter 20 cm)2 roda kecil pada bagian belakang (diameter 20 cm)

Menggerakkan kursi rodabaterei chargerableakki (sel volta)listrik 1 fasatenaga manusia

Mengatur panel gerakan motor joystick di tanganpanel datar di tanganpanel datar di kaki

Penilaian atas variasi konsep adalah penilaian terhadap setiap kombinasi alternatif fungsi bagian yang disusun pada tahap sebelumnya, sesuai dengan standar nilai disainer.

Variasi 1 (biru): Rangka kursi Motor DC ke roda belakang PWM (pulse wide modulation) papan atau plat dilapis busa tetap- tuas penggerak satu arah 2 roda kecil pada bagian depan (diameter 20 cm) akki (sel volta) bola berputar (lihat gambar 3.14)

Kursi roda variasi 1

Variasi 2 (hijau): Rangka lipat penggerak belakang Motor DC ke roda belakang PWM (pulse widht modulation) jok busa yang dapat dilipat mengkopel pemutar manual dengan roda besar 2 roda kecil pada bagian depan (diameter 20 cm) baterei chargerable joystick di tangan (lihat gambar 3.15)

Kursi roda variasi 2

Variasi 3 (merah): Rangka lipat penggerak depan Motor DC ke roda depan PWM (pulse wide modulation) kain nilon atau kulit mengkopel pemutar manual dengan roda besar 2 roda kecil pada bagian belakang (diameter 20 cm) baterei chargerable panel datar di tangan (lihat gambar 3.16)

Kursi roda variasi 3

Kriteria penilaian alternatif tersebut adalah:

Konstruksi kokoh tapi sederhana, yaitu: kursi roda yang didisain diharapkan mampu menahan beban pamakainya tanpa menimbulkan perubahan atau kerusakan yang cepat pada kursi roda, dengan bentuk yang sederhana yang enak dilihat, menarik, sehingga tidak terjadi pemborosan material.

Mudah untuk dibawa-bawa, yaitu: mendisain kursi roda yang mudah jika akan dibawa-bawa, terutama menggunakan mobil pribadi (mobil kebanyakan; kijang, sedan, carry, bukan hanya mobil pick up saja).

Mudah dioperasikan, yaitu mencakup keseluruhan pengoperasian kursi roda, mulai dari persiapan awal akan dipakai, pengoperasian waktu digunakan (maju, mundur, belok, berhenti).

Mudah disimpan, yaitu kemudahan ketika tidak dipakai, bisa dikatakan penyimpanan yang tidak memakan begitu banyak ruang, dengan tanpa ruang penyimpanan khusus.

Nyaman dipakai, yaitu dengan tolok ukur dapat duduk berlama-lama di kursi roda tanpa ada keluhan, menyandar dengan nyaman, mudah meraih benda-benda yang ada di sekitar dan ketika jalan tetap nyaman digunakan.

Dapat dioperasikan manual, yaitu: selain menggunakan motor, diharapkan disain dapat dioperasikan dengan manual secara mudah, tanpa proses yang rumit, untuk berjaga-jaga jika terjadi gangguan pada sistem penggerak mekaniknya (motor, kontroler, dan kontrol).

Tabel penilaian terhadap variasi konsep

Konsep

Variasi 1Variasi 2Variasi 3

Kriteria seleksibebanratingNilai bebanratingNilai bebanratingNilai beban

Konstruksi kokoh tapi sederhana

Mudah dibawa-bawa

Mudah dioperasikan

Mudah disimpan

Nyaman dipakai

Dapat dioperasikan manual 20 %

20 %

30 %

5 %

15 %

10 %3

2

3

2

4

20.6

0.4

0.9

0.1

0.6

0.2

4

4

3

4

3

30.8

0.8

0.9

0.2

0.45

0.3

3

4

3

4

2

30.6

0.8

0.9

0.2

0.3

0.3

Total nilai

peringkat2.8

33.45

13.1

2

lanjutkan?TidakkembangkanTidak

Keterangan: Range untuk rating/penilaian adalah 2 sampai 4

2 nilai dibawah rata-rata

3 nilai rata-rata

4 nilai diatas rata-rata

Dari penilaian terhadap beberapa kombinasi alternatif fungsi bagian diatas, maka diambil keputusan untuk dilakukan disain pada kombinasi variasi nomor 2, yaitu: Rangka lipat penggerak belakang Motor DC ke roda belakang PWM (pulse wide modulation) jok busa yang dapat dilipat mengkopel pemutar manual dengan roda besar 2 roda kecil pada bagian depan (diameter 20 cm) baterei chargerable joystick di tangan.

Konsep kursi roda mekanik yang dipilih

Perhitungan Daya Motor

Untuk perhitungan daya motor (P) menggunakan rumus:

EMBED Equation.3 Data-data yang diperlukan :

Gaya normal kursi roda dari berat orang dan kursi roda (N) : 100 Kg

Koefisien gesek (() : 0.01 (Westermann Tables, 1961 : 67)

Untuk kecepatan kursi roda mekanik ditentukan sesuai keperluan:

Kecepatan kursi roda di bidang datar (V) ditentukan berdasarkan pertimbangan disainer, yaitu : 20 km/jam = 5.56 m/s

Keterangan :

P : daya motor ( KW )

F : gaya kerja ( Kg )

V : kecepatan ( m/s )

( : koefisien gesek

N : gaya normal (Kg)

W : berat (Kg)

( : sudut bidang (o)

Konversi :

1 Hp = 0,746 KW

1 KW = 102 Kg.m/s

1 km/jam = 1/3,6 m/s

Perhitungan daya motor di bidang datar :

F = (.N

F = 0,01.100

= 1 Kg

Perhitungan kecepatan kursi roda ketika menanjak (20o) :

Fee body diagram kursi roda ketika menanjak sampai kemiringan 20o N

f y

W.sin(

F ( W.cos(

W x

( Fy = 0

N = W.cos( = 50 . cos 20o

= 46.984 Kg

( Fx = 0

F = f + W.sin(= 0.01 x 46.984 + 50 . sin 20o= 17.57 Kg

Untuk penentuan daya motor, daya motor yang didapatkan diatas dibagi banyaknya jumlah motor, yaitu = 2, sehingga daya motor minimal untuk satu motor adalah 0,027 KW.

Pemilihan motor pada kursi roda mekanik ini, berdasarkan empiris, yaitu percobaan PT Giomatic, yang menggunakan motor power window mobil.

Keuntungan penggunaan motor power window mobil:

Biaya pembelian motor dc jadi lebih murah

Dimensi motor kecil

Kerugian penggunaan motor power window mobil:

Tidak tahu daya dan putaran motor yang sebenarnya, karena tidak ada keterangan tentang daya dan putaran di name plat nya (hanya Voltase dan keterangan lainnya), dan tidak ada keterangan dari penjualnya.

Perhitungan Poros Roda

Untuk perhitungan poros roda menggunakan perhitungan poros dengan beban puntir dan lentur.

Data-data yang diperlukan :

Beban (F) : 50 Kg (100 Kg didistribusikan ke 2 poros)

Daya motor (P) : 0,027 KW

Putaran Motor (n) : 100 RPM (diperkirakan)

Faktor koreksi (fc) : 1,2

Panjang poros (L) : 120 mm

Faktor pengaruh bahan dan massa (Sf1) : 6

Faktor pengaruh konsentrasi tegangan (Sf2) : 1,5

Faktor koreksi momen puntir (Kt) : 1,5 (beban dengan sedikit tumbukan)

Faktor koreksi momen lentur (Km) : 1,5 (beban tumbukan ringan)

Material : ST 37 ( (ul: 37 Kg/mm2

Diagram benda bebas poros roda :

F

x1= 90 mm

Ax1 x2C

x2= 30 mm

B

R1 R2Mencari Tegangan Geser ((a) :

Mencari momen lentur maksimum (M) :

Mb = R1.90

= 12,5 x 90

= 1125 Kg

Mencari momen puntir (T) :

Diameter poros pejal (ds) :

Diameter poros yang aman untuk poros roda dengan beban seperti diatas adalah harus lebih dari 12,95 mm. Karena poros bawaan dari roda besar yang dibeli adalah diameter 17 mm, maka agar lebih efektif, digunakan poros tersebut, dengan diameter 17 mm.

Perhitungan bantalan

Perhitungan bantalan yang menahan poros roda besar dengan poros motor. Bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding radial, dengan langkah-langkah perhitungan sebagai berikut:

Mencari beban ekivalen dinamis (Pr) :

Mencari faktor kecepatan (fn) :

Mencari faktor umur (fh) :

Mencari beban nominal dinamis spesifik (C) :

Jadi bantalan yang digunakan adalah nomor 6003ZZ,

Dengan diameter dalam = 17 mm

Diameter luar = 35 mm

Lebar bantalan = 10 mm

Radius pinggir bantalan = 0,5 mm

Perhitungan pengelasan

Perhitungan pengelasan diambil pada bagian yang dianggap paling kritis, yaitu bagian yang menghubungkan rangka dengan penyangga rangka bagian atas, dengan asumsi pengelasan sebagai berikut:

Fr

l

d

Data-data yang diperlukan :

Panjang total pengelasan (L) : 30 mm

Panjang pengelasan efektif (l) : 30 10 = 20 mm

Tebal plat (t) = 3 mm

Jarak titik tengah pengelasan dengan pusat beban (r) : 24 mm

Tegangan geser ijin ((a) : 0.5 (ul = 135 Mpa = 13.76 Kg/mm2Mencari besarnya gaya (F) :

Beban maksimum atau berat untuk kursi roda ini (W) : 80 Kg

Penumpu penyangga rangka ini berjumlah (n) : 6

Sehingga besarnya gaya yang terjadi,

Gaya geser per milimeter las (qr) :

Gaya lentur per milimeter las (qb) :

Gaya ekivalen ketahanan bending (qeq) :

Gaya gesar ijin ((a):

Fa = (a . A

= (a . 0.707 . h . l

Gaya ijin per milimeter las (qa):

Syarat kuat:

Dari hasil perhitungan didapatkan tebal pengelasan yang diperlukan sebenarnya sangat kecil, yaitu 0.14 mm dengan panjang pengelasan efektif 20 mm dan double pengelasan (untuk menahan beban kejut), tetapi karena tidak mungkin menhhasilkan pengelasan dengan tebal las 0.14 mm, maka penentuan tebal pengelasan ditentukan dari tebal plat yang digunakan (3 mm), maka tebal pengelasan yang diambil yaitu 2.5 - 3 mm.

Untuk elektroda digunakan elektroda tipe E70

Fungsi alat tetap terjaga

Kokoh dgn palang silang dan besi pendukung

Aman dgn radius dan dudukan busa

Menarik dgn liuk artistik, adjustable setting, dan manual kontrol

Sederhana dgn bentuk yang optimal sesuai fungsi

_1152970552.unknown

_1152974465.unknown

_1154497081.unknown

_1154497405.unknown

_1154498603.unknown

_1154498693.unknown

_1154497585.unknown

_1154497200.unknown

_1154433805.unknown

_1152970593.unknown

_1152971961.unknown

_1152973043.unknown

_1152970568.unknown

_1152941550.unknown

_1152970527.unknown

_1152970537.unknown

_1152970494.unknown

_1152970515.unknown

_1152970469.unknown

_1152539400.unknown

_1152539438.unknown

_1140945433.vsd

Produk baru

Analisa pasar

Permintaan pemesan

Kecenderungan keinginan konsumen

Hasil riset

Ekologi

Hak paten

Permasalahan yang ada

Penjabaran masalah

Daftar tuntutan

Abstraksi fungsi benda keseluruhan

Pemilahan fungsi keseluruhan menjadi fungsi bagian

Alternatif solusi setiap fungsi bagian

Penyusunan kombinasi solusi beberapa fungsi bagian menjadi variasi konsep

Penilaian atas variasi konsep

Konsep pemecahan yang dipilih

Elemen mesin standar

Perancangan standar

Standardisasi

Bahan

Ergonomi

Bentuk

Perawatan

Pembuatan

Penilaian ekonomi

Pembuatan gambar susunan

Pembuatan gambar bagian

Pembuatan daftar nama bagian dan bahan

Pembuatan Petunjuk perakitan

Pembuatan petunjuk perawatan

Penilaian ulang fungsi keseluruhan sistim

Merencana

mengkonsep

Merancang

Menggambar

Membuat