47

BAB III

PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN DESAIN RANGKA

DAN BODY

3.1 Diagram Alir Proses Perancangan

Data proses perancangan kendaraan hemat bahan bakar seperti terlihat

pada diagram alir berikut ini :

Gambar. 3.1 Diagram Alur Perancangan dan Perhitungan

Mulai

Selesai

Menghitung Element Mesin

Baut

Menghitung Poros

Perhitungan Pegas

Menghitung Bantalan

Perhitungan Gaya Hambat

Kendaraan

Kesimpulan

Gambar Teknik

Perhitungan Kekuatan Rangka

Perhitungan Kendaraan

Berdasarkan Kapasitas Gesek

48

3.2 Data dan Spesifikasi Kendaraan

Gambar 3.2 Kendaraan Hemat Bahan Bakar

Perencanaan kendaraan ini menggunakan mesin 4 langkah yang telah

dimodifikasi. Spesifikasi rangka kendaraan yang rencana akan dibuat :

a. Panjang = 200 cm

b. Lebar = 80 cm

c. Tinggi = 110 cm

d. Jarak sumbu = 142 cm

3.3 Penghitungan Rangka

Perancangan rangka ini dirancang seringkas mungkin untuk

mengurangi beban yang berlebih pada rangka, tapi dalam perancangan tetap

memperhitungkan segala aspek yang diperlukan dalam perancangan. Selain

itu dalam pembuatan kendaraan ini juga mempertimbangkan proses perawatan

yang sangat penting untuk suatu kendaraan.

49

Dengan alternatif rangka yang ada, alternatif desain dengan model

rangka H merupakan alternatif yang terbaik untuk acuan pembuatan

kendaraan hemat bahan bakar. Karena untuk pembuatnnya lebih mudah dan

tidak terlalu banyak penyambungan. Dan satu rangka ini menjadi satu rangka

utama yang akan menompang mesin dan pengemudi.

Gambar 3.3 Rencana Rangka

Yang dimaksud rangka utama adalah bagian rangka yang memiliki

kelurusan dari depan sampai belakang atau tidak terdapat sambungan sehingga

akan didapat rangka yang lebih kuat.

Rancangan dibuat seperti gambar, dalam perkembangannya rangka

dibuat lebih rumit jika analisis kekuatan terbukti kuat maka rancangan riil bisa

lebih kuat. Tinjauan yang sesuai keadaan riil sulit dilakukan secara manual

dan perlu perangkat lunak.

50

Gambar 3.4 Diagram pembebanan

Keterangan gambar:

A, B = Titik tumpu beban kendaraan

a, b dan c = Titik tumpu penampang

Wm = Beban mesin

W1 = Beban orang di penampang 1

W2 = Beban orang di penampang 2

Pada analisis rangka kendaraan ini, data dari rangka dan beban statis utamanya

adalah:

1. mesin

2. pengemudi

3. chassis

Karena beban masing-masing diatas penempatannya simetris sama,

maka secara riil tiap-tiap roda baik samping kanan maupun kiri mendapat

pembebanan yang sama pula.

51

3.3.1. distribusi beban statis pada frame chassis kendaraan

1. Distribusi beban statis

1) Beban mesin didistribusikan ke sisi kanan dan sisi kiri rangka,

dengan data sebagai berikut:

Wm = 35 kg

1 2l l = 17 cm

Wm

A1 1l C 2l A2

ΣMA1 = 0

Wm. 1l - A2. ( 1l + 2l ) = 0

35.17 – A2.34 = 0

A2 = 34

595

A2 = 17,5 kg

ΣMB = 0

A1 = A2 = 17,5 kg

MC = 13,5.17

= 297,5 kg.cm

52

2) Beban pengemudi didistribusikan ke kanan dan ke kiri

a) Penampang 2

Beban di penampang 2 adalah beban pengemudi sebesar 56 kg,

karena beban ini diterima 2 penampang maka beban dibagi 2,

jadi beban yang digunakan untuk mengkalkulasi beban

dipenampang 2 adalah

W2 = 56 kg:2

=28 kg

1321 ll cm

W2

B1 1l C 2l B2

ΣMA = 0

W2. 1l - B2. ( 1l + 2l ) = 0

28.13 – B2.26 = 0

B2 = 26

364

B2 = 14 kg

1. B1= B2 = 14 kg

MC = 14.13 = 182 kg.cm

53

b) Penampang 1

Beban yang digunakan adalah beban dari penumpang yang

duduk telentang, jadi beban yang didapat adalah beban kaki

pengemudi.

W1 = 13 kg

5,1121 ll cm

W1

BR1 1l C 2l BR2

ΣMA = 0

W2. 1l - BR2. ( 1l + 2l ) = 0

13.11,5 – BR2.23 = 0

BR2 = 23

149

BR2 = 6,5 kg

BR1 = BR2 = 6,5 kg

MC = 6,5.11,5 = 74,75 kg.cm

3) Perhitungan reaksi tumpuan rangka utama pada sumbu roda depan dan

belakang

54

Dari beban yang dihitung diatas, maka dapat digunakan sebagai

perhitungan. Beban yang diterima pada sumbu roda depan dan

belakang digambarkan dan dapat dihitung dengan data sebagai berikut:

A1 = 17,5 kg 1l = 45 cm

B1 = 14 kg 2l = 14 cm

BR1= 6,5 kg 3l = 73 cm

4l = 10 cm

A1 B1 BR1

A 1l C 2l D 3l E 4l B

ΣMA = 0

A1. 1l + B1.( 1l + 2l ) + BR1.( 1l + 2l + 3l ) – B. ( 1l + 2l + 3l ) = 0

17,5. 45 + 14.59 + 6,5.132 – B.142 = 0

787,5 + 826+858 – B.142 = 0

B = kg405,17142

5,2471

ΣMB = 0

A – A1.( 2l + 3l + 4l ) + B1.( 3l + 4l ) + BR1. 4l = 0

A – 17,5.97 – 14.83 – 6.5.10 = 0

A.142 – 1697,5 – 1162 – 65 = 0

A = 595,20142

5,2924 kg

MC = A. 1l

= 20,595.45 = 926,775 kg.cm

55

MD = A. ( 1l + 2l ) – A1. 2l

= 20,595.59 – 17,5.14 = 970,105kg.cm

ME = A. ( 1l + 2l + 3l ) – A1. ( 2l + 3l ) – B1. 3l

= 20,595.132 – 17,5.87 – 14.73 = 174,04kg.cm

Gambar 3.5 SFD dan BMD beban rangka yang terjadi

3.3.2. Ditinjau dari tegangan geser

Bahan rangka alumunium paduan 1100 tegangan tarik 90-170MPa =

9,17kg/2mm

Angka keamanan : 8, 2/146,18

17,9mmkg

Tegangan geser ijin bahan 2/92,0146,1.8,0.8,0 mmkgijing

Moment inersia bahan alumunium rangka

56

Gambar 3.6 Bentuk bahan rangka

Luas bahan rangka :

223,131

67,68.67,2870.30

mmA

A

Moment inersia :

Gambar 3.7 Menghitung moment inersia

Maka moment inersianya adalah:

4

23

23

22

550,83844

0.67,68.67,2812

67,68.67,280.70.30

12

70.30

..

mmI

I

yAIyAII

x

x

BBBAAAx

xI A B

57

Dimana:

xI = Moment inersia

AI = Moment inersia bangun A

BI = Momnet inersia bangun B

Ay = Titik berat A

By = Titik berat B

Perhitungan tegangan yang terjadi pada rangka utama, maka yang mampu

diterima oleh rangka adalah :

ijinmmkg

A

F

2/106,0

23,131

14max

Dimana:

= Tegangan (kg/mm 2 )

Fmax = Gaya normal (kg)

A = Luas (mm 2 )

Ditinjau dari tegangan bengkok yang terjadi pada rangka utama

2

max 9701,05

83844,55

0,115 /

x

ijin

M

I

kgmm

58

3.3.3. Analisa titik berat

Gambar 3.8 Titik berat kendaraan

Data-data yang didapat:

Beban kendaraan kosong = 52 kg

Beban pengemudi = 70 kg

Beban total = 122 kg

Massa gandar depan = 16,5 kg

Massa gandar belakang = 35 kg

Gambar 3.9 Analisa titik berat dari samping

59

Dimana:

TB = Titik berat

H = Tinggi titik berat

Lf = Jarak titik berat dari poros depan

Lr = Jarak titik berat dari poros belakng

L = Jarak sumbu roda

Wr = Beban di roda belakang

Wf = Beban di roda depan

Dari data tersebut didapatkan jarak titik berat dari poros roda depan

Lf =m

Lmr .

=122

1420.35

= 407,47 mm

Jarak titik berat dari poros roda belakang

Lr = m

Lm f .

=

= 192,05 mm

Tinggi titik berat

H = r+hf

122

1420.5,16

60

Dimana,

hf = tan.

..

m

LmLm rf

sin = r/L= 0,3/1,42

=0,21,

Sehingga,

hf =tan.

..

m

LmLm rf

=21,0tan.122

19,0.12242,1.5,16

= 05,045,0

25,0 m

H = r + hf

= 0,3+0,05= 0,35 m

3.4 Penghitungan Sambungan Rangka

3.4.1 Sambungan untuk penampang mesin

Beban mesin dan chassis = 35 kg

Beban di titik A = 17,5 kg = 171,675 N

Spesifikasi baut :

Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C

Tegangan tarik ijin 2/6 mmkga

Tegangan geser ijin aa ).75,05,0(

61

22 /36.5,0/6 mmkgmmkg aa

Model penyambungan adalah baut yang dibebani sejajar dan tegak lurus

sumbu baut.

Gambar 3.10 Sambungan baut (Sitanggang, N)

Pada rangka nyatanya penyambungan akan dilakukan seperti gambar

dibawah

62

Gambar 3.11 Pembebanan sambungan

Penyambungan dengan menggunakan plat profil L ukuran 25 x 25 x 3

yang memiliki tegangan tarik (terlampir) untuk menyambungkan

penampang dengan rangka utamanya..

Gambar 3.12 Plat L penyambung

Dengan penyambungan seperti itu maka baut mengalami gaya resultan,

maka:

Gambar 3.7 Gaya resultan

63

Gambar 3.13 Gaya resultan baut

karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang

diterima tiap bagian sambungan:

N

PA 837,852

6755,171

2

Dan untuk gaya gesernya adalah

NP

PP

s

s

918,422

837,85

2

Torsi yang terjadi di tiap baut sebesar:

mmNT

PT

.944,214525.837,85

25.

Gaya ( 1F ) yang terjadi terhadap baut:

Lebar plat 25 mm, karena sumbu baut berada tepat ditengah plat

penyambung, maka 25 : 2 = 12,5 mm

NF

F

F

FT

837,85

5,312

297,26824

5,12

.5,312944,2145

)5,125,12.(5,12

1

1

1

221

sP

64

NF

F

FF

837,85

1.837,85

5,12

5,12.

2

2

12

Gaya resultan yang terjadi:

NF

F

FPF

R

R

sR

969,95

837,85918,42 22

2

1

2

Diameter baut

mmd

d

Fd

dF

R

R

38,675,40

3.14,3

4.969,95

.

4.

..4

2

2

2

Dengan demikian baut yang akan digunakan adalah M8 dengan spesifikasi

baut sebagai berikut:

d = 8 mm 1d = 6,647 mm

2d = 7,188 mm P = 1,25 mm

1H = 0,677 mm

Gaya akibat pengencangan = 10%.171,675 = 17,1675 N

65

Gaya total = 171,675 + 17,1675 = 188,325 N

Faktor keamanan = 1,2

Maka W adalah = 188,325.1,2

= 225,99 N

Jumlah baut (n) untuk mengikat di rangka utama pada penampang mesin

adalah 8 baut, maka beban yang diterima baut (Ws):

NW

n

WW

s

total

s

25,288

99,225

Maka jumlah ulir ( z ) adalah:

mmz

qHd

Wsz

a

62,03.677,0.188,7.14,3

25,28

.. 12

Tinggi mur:

H = z.p

= 0,62.1,25 = 0,775 mm

Ukuran standar

H = 0,8.p

H = 0,8.1,25 = 1 mm

66

Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84

2

1

/08,262,0.25,1.84,0.647,6.14,3

25,28

....

mmN

zpkd

Ws

b

b

Pembebanan tegangan geser aksial murni

2

2

2

1

/82,0

647,6.4

14,3

25,28

.4

mmN

d

Ws

t

t

3.4.2 Sambungan untuk penampang pengemudi

Beban pengemudi total = 70 kg

Beban diterima 2 penampang, 56:2 = 28 kg

Maka W adalah:

= m. cf

= 28.1,2 = 33,6 kg

Beban di titik A = 14 kg137,34 N

Spesifikasi baut :

Baja liat dengan kandungan karbon 0,22(%)C

Tegangan tarik ijin 2/6 mmkga

67

Tegangan geser ijin aa ).75,05,0(

22 /36.5,0/6 mmkgmmkg aa

Sambungan yang digunakan untuk menyabung bagian ini berbeda dengan

sambungan sebelumnya. Sambungan ini model sambungan baut dengan 1

irisan (tegangan geser tegak lurus dengan sumbu baut).

Gambar 3.14 Pembebanan sambungan (Sitanggang, N)

Diameter inti baut

d = .

.4 m

=3.14,3

6,33.4= 4,22 mm

Untuk keamanan dipilih baut dengan diameter lebih besar, yaitu baut M6.

d = 6 mm 1d = 4,917 mm

2d = 5,350 mm P = 1 mm

1H = 0,541 mm

68

Karena penyambungan terdapat di sisi kanan dan kiri maka beban yang

diterima tiap bagian sambungan:

NPA 67,68

2

34,137

2

Gaya akibat pengencangan

f = 10%.68,67 N

= 6,867 N

Gaya total = 68,67 + 6,867 = 75,537 N

Jumlah baut ( n ) 5, maka beban yang akan diterima baut adalah

sW = n

Wtotal

= N107,155

537,75

Maka jumlah ulir ( z ) adalah:

mmz

qHd

Wsz

a

55,03.541,0.350,5.14,3

107,15

.. 12

Tinggi mur:

H = z.p

= 0,55.1 = 0,55 mm

69

Menurut standar:

H = 0,8.p

H = 0,8.1 = 0,8

Besar tegangan geser yang terjadi, K untuk ulir metris 0,84

2

1

/12,255,0.1.84,0.917,4.14,3

107,15

....

mmN

zpkd

Ws

b

b

Pembebanan tegangan geser aksial murni

2

2

2

1

/7959,0

917,4.4

14,3

107,15

.4

mmN

d

Ws

t

t

3.5 Perencanaan dan Perhitungan Poros

Poros adalah bagian dari elemen mesin yang sangat penting. Bukan

hanya dalam permesinan produksi saja, pada kendaraan pun poros sangat

dibutuhkan untuk mendistribusikan tenaga ke roda supaya kendaraan dapat

berjalan sesuai harapan.

Dalam perancangan kendaraan ini terdapat dua poros yang perlu

direncanakan, yaitu:

70

3.5.1 Perencanaan poros utama ( poros belakang )

Gambar 3.15 Desain poros belakang

Perhitungan poros belakang jika dengan melihat dari pembebanan dan

kecepatan asumsi.

Massa yang akan diterima poros belakang 35 kg.

F = massa . grafitasi

F = 35 kg x 9,81 = 343,35 N

Maka W adalah:

cmNW

l

fW

/734,13

25

35,343

Berikut gambar dari gaya yang bekerja terhadap poros belakang kendaraan

W

A 1l C 2l D 3l B

71

ΣMA = 0

).()2.(. 32112

2 lllRBll

lW = 0

)242524.()242

25.(25.74,13 RB = 0

735,36.25.734,13 RB = 0

RB = N675,17173

275,12532

ΣMA = 0

RA = RB = 171,675 N

MA = 0

MB = 0

MC = RA.24

= 171,675.24 = 4120,2 N.cm

MD = RA.49 - W.25.12,5

=171,675.49-13,734.25.12,5

=4120,2 N.cm

Momentnya sama besar, karena beban terdistribusi secara merata

ditengah-tengah poros, besarnya moment yaitu: 4120,2N.cm

Spesifikasi bahan poros:

Bahan = ST 60

Tegangan tarik ( σ ) = 60 kg/3cm

72

Massa jenis ( ) = 7,89.33 /10 mkg

Faktor keamanan )( 1Sf = 6

Faktor keamanan )( 2Sf = 1,3

Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

τ = 3

21

/6,73,1.6

60

).(mmkg

SfSf

Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/3mm

= 18,639 N/3mm

Kecepatan (V) = 50 km/jam = 833,35 m/menit

Massa:

a) Mesin = 35 kg

b) Pengemudi = 70 kg

c) Chassis = 17 kg

Massa total = 122 kg

W = 122.9,81 = 1196,82 N

Maka daya yang dihasilkan adalah:

W.V = 1196,82.833,35

= 16622,833Nm

s

= 16,623 kw22,598 Hp

73

Maka torsi yang terjadi adalah:

T = W.r

= 1196,82 . 0,3 = 359,046 N.m

Maka putaran yang dihasilkan jika kendaraan melaju dengan kecepatan

50km/jam ( 833,35 cm/menit ) adalah:

Jika n = kecepatan putar dalam rpm, maka kecepatan sudut dari roda

adalah:

= V

r

= 833,35

0,3

= 2777,83 rad/min

Karena perbandingan roda giginya adalah 32 : 14 = 2,28 : 1, maka

kecepatan sudut roda tersebut adalah:

= 2777,83 . 2.28 = 6333,45 rad/menit

Dan putaran dalam rpm :

n = 2.

= 6333,45

2.3,14= 1008,52 rpm

74

Moment puntir ekuivalen

Te 22 TM

Perhitungan diameter poros yang diijinkan :

d = 3

.

.16

Te

= 316.361400

3,14.18,64

= 35782400

58,526

=398800,53

= 46,23 mm

3.5.2 Perencanaan poros depan ( gandar )

3.16 Perencanaan gandar

2 241,202 359,05

361,40.Nm

75

Data gandar:

Pengemudi di penampang2 = 13 kg

Pegas daun = 3,5 kg

Maka totalnya = 16,5 kg

Karena diterima 2 gandar maka

16,5 : 2 = 8,25 kg

Panjang = 160 mm

Bahan = ST 60

Tegangan tarik ( σ ) = 60 kg/3cm

Massa jenis = 7,89.33 /10 mkg

Faktor keamanan )( 1Sf = 6

Faktor keamanan )( 2Sf = 1,3

Tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

σ = 1 2

607,6

( . ) 6.1,3SfSf

kg/

3mm

Maka tegangan geser ijin ( τ ) = (0,5-0,75). σ

τ = 3,8.5,7 = 1,9 kg/3mm

= 18,639 N.3mm

Maka moment yang terjadi pada poros adalah

M = W.L

76

= 8,25.160

=1320 kg.mm

Maka diameternya adalah

M = 3..

32db

1320 = 0,098.7,6. 3d

3d = 1320:0,7448

d = 12 mm

3.6 Perencanaan dan Perhitungan Bantalan Poros

3.6.1 Perencanaan bantalan poros utama ( poros belakang )

Diameter poros = 45 mm

Nomor seri bantalan = 6009

Diameter dalam ( d ) = 45 mm

Diameter luar ( D ) = 75 mm

Lebar bantalan ( B ) = 16 mm

Radius bantalan ( r ) = 1,5 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C ) = 1640 kg

Kapasitas nominal statis spesifik ( Co ) = 1320 kg

Putaran (n) = 1008,52 rpm

Bantalan pada poros utama :

Bantalan pada titik A (RA) =

77

RA = 132,435N = 17,5 kg

01325,0

1320

5,17

Co

RA

(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan)

V = 1,2

X = 0,56

Y = 2,30

Beban ekuivalen

Pr = X.V.Fr + Y.Fa

Pr = 0,56.1,2.17,5 + 2,30.0

Pr = 11,76 kg

Perhitungan umur bantalan

Faktor keamanan:

3

1

3.33

nfn

42,0

0041625,0 1008,52

3.33 31

n

n

f

f

Faktor umur:

9,12

76,11

1640.42,0

.

h

nh

f

P

Cff

78

Umur nominal bantalan:

Ln =3

500. hf

Ln = 3500.12,9

= 1073344,5 jam

Umur bantalan

L = 610

p

a

Cx

P

L =

3

61640.10

11,76

= 2712124,23. 610

Umur bantalan menrut sularso

Lh = 60.

L

N

= 62712124,23.10

60.1008,52

= 44820202,39 jam

Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % :

Ln = a1 . a2 . a3 . Lh

= (0,21) . 1 . 1 (44820202,39)

= 9412242,5 jam

79

3.6.2 Perencanaan bantalan poros depan (gandar)

Diameter poros = 12 mm

Nomor seri bantalan = 6001

Diameter dalam ( d ) = 12 mm

Diameter luar ( D ) = 28 mm

Lebar bantalan ( B ) = 8 mm

Radius bantalan ( r ) = 0,5 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik ( C ) = 400 kg

Kapasitas nominal statis spesifik ( Co ) = 229 kg

Bantalan pada poros utama

Bantalan pada titik A (RA):

WA = 8,25kg

036,0229

25,8

Co

RA

(Lampiran 3. Tabel factor V, X, Y pada bantalan)

V = 1,2

X = 0,56

Y = 1,71

Beban ekuivalen:

Pr = X.V.Fr + Y.Fa

Pr = 0,56.1,2.8,25 + 2,30.0

Pr = 5,544 kg

80

Perhitungan umur bantalan

Faktor keamanan:

1/3

33.30,0041625

442,33

0,42

n

n

f

f

Faktor umur:

.

4000,42. 30,30

5,544

h n

h

Cf f

P

f jam

Umur nominal bantalan:

Ln =3

500. hf

Ln = 3500.30,30

= 13909063,5 jam

Umur bantalan

L = 610

p

a

Cx

P

L =

3

6400.10

5,54

= 3764000,92. 610

81

Umur bantalan menrut sularso

Lh = 60.

L

N

= 6376400,92.10

60.1008,52

= 6220351,32 jam

Keandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % :

Ln = a1 . a2 . a3 . Lh

= (0,21) . 1 . 1 (6220351,32)

= 1306273,78 jam

3.7 Perhitungan Komponen-Komponen Shock Absorber dan Pegas Daun

Kendaraan

3.7.1 Shock absorber

Besarnya diameter kawat yang dipilih harus mampu untuk

menahan beban kejut maksimum dari kendaraan serta mampu untuk

meredam getaran atau lendutan-lendutan yang terjadi pada kendaraan

tersebut sehingga pengendara dapat berkendara dengan nyaman dan

nyaman

1) Mencari luasan diameter kawat

Diketahui:

Beban pengemudi = 70 kg

Beban mesin dan chassis belakang = 35 kg

82

tarikw .65,0

5,97150.65,0 w kg.mm

2

.D

PMw kg.mm

Mengingat bahwa www WM .

Sedangkan 33 .2,0).

16( ddMw

Maka besarnya diameter kawat pegas adalah:

www WM .

Maka:

3. 0,2. .

2w

DW d

2

.1055,97..2,0

5,97..2,02

.105

3

3

Dd

dD

5,97.4,0

8.105

5,97.4,0

.8.105

5,97.4,0

.105

5,97.2,0.2

.105

2

3

3

3

d

dd

Dd

Dd

83

mmmmd

d

d

d

54,4

534,21

39

840

5,97.4,0

840

Diameter lilitan pegas

D = 8.d

D = 8.5

D = 40 mm

2) Jumlah lilitan aktif pegas

Perhitungan jumlah lilitan untuk jenis-jenis jumlah gulungan yang

tak aktif (ND) pada pegas tekan:

a) kedua ujung pegas polos, putaran kekanan, ND = 21

b) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekanan,

ND =1

c) kedua ujung pegas persegi dan digerinda, putaran kekiri,

ND =2

d) kedua ujung pegas polos dan digerinda, putaran kekiri, ND

= 1

Jenis ujung yang dipakai menghasilkan gulungan-gulungan yang

mati atau tak aktif pada setiap ujung pegas tersebut, dan ini harus

84

dikurangi dari jumlah gulungan total untuk mendapatkan jumlah

gulungan yang aktif.

Maka:

12

113

N

N

NNN DT

3) Konstanta pegas

Untuk mencari konstanta dan lendutan yang terjadi pada pegas

maka harus diketahui terlebih dahulu diameter rata-rata lilitan

pegas. Maka, mencari diameter lilitan rata-rata:

`5,22

2

540

2

mmD

D

dDD

ratarata

ratarata

ratarata

Maka untuk mencari konstanta pegas dapat dicari dengan

menggunakan rumus:

3

4

..8

.

dn

DGK rata

85

Gambar 3.17 Pegas spiral

25

3

4

/10.70859,1

12000

2050312500

5.12.8

5,22.8000

mmkgK

K

K

Defleksi/lendutan yang disebabkan oleh beban sebesar 1W (kg)

mm

Gd

ndW rata

96,22

5000000

114817500

8000.5

12.5,22.105.8

.

...8

4

3

4

3

1

86

Panjang pegas spiral sewaktu dibebani beban sebesar 105 kg

mmL

L

DNdL p

66

141240

..8

1

1

1

Dimana:

1L = Panjang pegas sewaktu dibebani (mm)

D = 8.d = Diameter pegas (mm)

Panjang pegas sebelum diberi beban

mmL

L

LL

96,88

96,2266

0

0

10

Dimana:

0L= Panjang pegas sebelum diberi beban (mm)

1L = panjang pegas sewaktu dibebani (mm)

= lendutan/defleksi (mm)

Jika diameter kawat adalah ds (mm), maka besarnya moment

tahanan puntir kawat adalah:

1

3

).2

(

).16

(

WD

T

dWw

87

Maka tegangan gesernya adalah:

2

3

2

3

1

1

3

/19,31

7.14,3

105.40.8

/.

..8

2

..

.

16

mmkg

mmkgd

WD

WD

dW

T

a

a

a

w

a

Mencari tegangan tekan yang dijinkan pada bahan, maka didapat

dengan menggunakan rumus:

)/(6,2

12

19,31

2

max

mmkg

V

tekan

tekan

tekan

Dimana:

tekan = tegangan tekan yang diizinkan pada bahan

(kg/2mm )

max =tegangan maksimal bahan

V = factor keamanan

Tegangan tekan yang terjadi pada bahan

A

Ftekan

88

Dimana:

2

2

2

625,19

5.785,0

.4

mmA

A

dA

Maka:

)/(3,5

625,19

105

2mmkm

A

F

tekan

tekan

tekan

Dimana:

tekan = tegangan tekan yagn terjadi (kg/2mm )

F = beban maksimal (kg)

A = Luas penampang (2mm )

Dari perhitungan yang telah dilakukan ternyata tekan < tekan atau

(2,6 kg/2mm ) < (5,2 kg/

2mm ), maka bahan cukup kuat dan aman

untuk digunakan.

Poros

Untuk mencari dimensi poros yang akan digunakan sebagai

peredam pada suspensi maka harus menghitun terlebih dahulu luas

89

penampang atau diameter poros yang akan digunakan dengan asumsi

bahwa poros yang akan digunakan terbuat dari bahan baja S30C, maka:

mmmmd

d

d

d

A

F

467,1

48.785,0

105

10548..785,0

.785,0

10548

2

2

Ternyata dengan beban 105 kg dengan bahan poros yang sama tidak

memerlukan diameter yang besar seperti pada poros sepeda motor yang

berdiameter 10 mm.

Mencari panjang poros

L = 10.d

L = 10.10

L = 100 mm

Dimana:

L = Panjang poros (mm)

d = Diameter poros (mm)

Mur dan baut

Perhitungan mur dan baut dilakukan untuk mengetahui diameter

minimum dari mur. Faktor yang harus diperhatikan dalam perencanaan

adalah gaya yang bekerja pada mur baut.

90

menentukan diameter mur pada batang penghubung d (mm), besarnya nilai

tegangan yang diijinkan a 6 kg/2mm atau sama dengan 58,8 N/

2mm .

4

.

4.105

3,14.6

a

Fd

d

d 4,72 mm

Perancang memilih baut M6 untuk keamanan

Keterangan:

a =Tegangan geser yang diijinkan (kg/2mm )

F = Beban (kg)

d = Diameter (mm)

Gaya yang terjadi pada suspensi

Gambar 3.18 Gaya pembebanan

91

cos .yP phiP

= cos10.105

= 103,4 kg

Dimana:

Py = Gaya yang terjadi pada sumbu y terhadap beban P

Cosphi = Besarnya susut yang terjadi terhadap sumbu y

P = Beban yang terjadi

3.7.2 Perhitungan pegas daun

Dengan inovasi perancang, penggunaan pegas daun dapat digunakan

untuk menjadi pegas yang multi fungsi. Selayaknya fungsi pegas daun,

perancang juga merancangnya untuk dapat digunakan sebagai lengan ayun

kendaraan. Berikut perhitungan untuk pegas daun.

Direncanakan:

Beban = 16,5 kg

Panjang pegas daun (L)= 70 cm

Lebar (b) = 5 cm

Tebal (t) = 0,3 cm

Spesifikasi pegas daun:

= 250 MPa

E = 210 x 310 N/

2mm

92

370.5 8750

12 12

Maksimum bebab terletak ditengah, maka:

Tegangan bengkoknya adalah:

M = W.L

= 16,5.35

= 577,5 kg.cm

Section modulus

Z = 6

. 2tb

=

25.0,3

6

= 0,45

0,0756 cm

2

Untuk tegangan bengkoknya

σ = M

Z

= 6.557,5

0,075

= 462kg/m2

Dan untuk defleksinya adalah:

Momen inersia

I =

3.

12

L b

=

93

=729,16 cm4

Defleksinya

IE

LW

..3

.. 3

=

3

3

16,5.70

3.21010.729,16x

= 3

5659500

45937010x =12,32.10

3cm

3.8 Perhitungan Kendaraan Berdasarkan Kapasitas Gesek

Dalam menentukan gaya gesek maksimum antara ban dengan jalan

dapat dtentukan dari koefisien adhesi jalan dan parameter berat kendaraan.

3.8.1 Gaya traksi kendaraan

Gambar 3.19 Titik berat kendaraan

Dimana:

TB = Titik berat

H = Tinggi titik berat

94

Lf = Jarak titik berat dari poros depan

Lr = Jarak titik berat dari poros belakng

L = Jarak sumbu roda

Wr = Beban di roda belakang

Wf = Beban di roda depan

Diketahui sebelumnya:

L = 1420 mm

Lf = 407,47 mm

Lr = 192,05 mm

H = 0,35 m

. = 0,75 (lampiran)

Fr = 0,014 (lampiran)

Untuk gaya traksinya adalah:

F X =

L

H

LHfrLfW

.1

/)..(.

=

42,1

35,0.75,01

42,1/)35,0.014,040,0.(82,1196.75,0

= 306,39 N

95

3.8.2 Analisa perancangan rem

Persamaan umum untuk sistem pengereman menurut hukum

newton II untuk sumbu x, persamaannya dapat dilihat di bawah ini:

∑F = m.a

F rem - F X = m.a

Maka

F rem = F X + m.a

V= V 0 - a.t

Dimana:

a = Perlambatan linier (m/s 2 )

V 0 = Kecepatan Awal (m/s)

V = Kecepatan akhir (m/s)

t = Waktu perlambatan (s)

F rem = Gaya pengereman (N)

F X = Gaya normal kendaraan

Sehingga jika

V 0 =50 km/jam = 13,89 m/detik

V = 0 m/s

t = 2 s (diasumsikan)

V = V 0 - a.t

96

Maka percepatan yang dialami

a = t

VV 0

= 2

089,13

= 6,95 m/s 2

Gaya pengeramannya adalah:

F rem = F X + m.a

= 3492,09+122.6,95

= 4339,99 N

3.8.3 Analisa gaya gesek ban

Gaya kendaraan yang terjadi adalah

N = m.g

= 122.9,81

= 1196,82 N

F = k .N

= 0,75.1196,82

= 897,62 N

Maka gaya yang diterima tiap ban adalah

F = N41,2244

62,897

97

Gaya yang terjadi ditiap permukaan ban jika luas permukaan ban yang

bersinggungan dengan jalan adalah

L = p.l

= 8.3 = 24 cm

Maka gayanya adalah

= 224,41.24

=5385,84 N.cm

3.9 Perhitungan Gaya Hambat yang Terjadi Pada Kendaraan

Gambar 3.20 Rencana Desain Body Kendaraan

Secara sederhana perancang memperhitungkan gaya hambat yang

terjadi pada kendaraan yang dialami kendaraan dengan kecepatan 50 km/jam.

Dengan data sebagai berikut, maka:

98

Direncanakan:

Beban:

a. Beban pengemudi = 70 kg

b. Beban mesin = 35 kg

c. Lain-lain = 17 kg

Total = 122 kg

k roda = 0,75 (lampiran)

Kecepatan (V) = 50 km/jam = 13,89 m/detik

udara = 1,18 kg/2m ( 25

C)

Maka untuk gaya kendaraan yang terjadi adalah

N = m.g

= 122.9,81

= 1196,82 N

F 1 = k .N

= 0,75.1196,82

= 897,62 N

Maka daya kendaraan tanpa hambatan adalah

= F 1 .V

= 897,62.13,89

= 122467,94 N.m/detik

99

Untuk gaya hambat angin atau tekanan yang terjadi pada permukaan datar

jika kecepatan anginnya rata-rata kecepatan angin lingkungan adalah

P =

2

. .2.

Vg

g

= 81,9.18,1.81,9.2

89,13

= 113,83 N/m2

Dimana:

P: Tekanan (N/m 2 )

V: Kecepatan (km/jam)

g : Kecepatan grafitasi (m/detik)

: Berat jenis udara (kg/ 2m )

Gaya hambat yang terjadi pada saat permukaan diam adalah

Gambar 3.21 Ukuran permukaan

Perhitungan gaya jika tekanan udara menekan pada permukaan datar

dengan kecepatan yang telah ditentukan

100

Gambar 3.22 Gaya pada permukaan datar

1) Permukaan 1

F 2 = P.A

= 113,83.(0,67.0,8)

= 61,01 N/m

2) Permukaan 2

F 2 = P.A

= 113,83.(0,36.0,8)

= 32,78 N/m

3) Permukaan 3

F 2 = P.A

101

= 113,83.(0,25.0,8)

= 22,76 N/m

Gaya kendaraan jika terjadi hambatan pada saat kendaraan melaju adalah

1) Permukaan 1

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 61,01). 13,89

= 13315,37 N/m2

2) Permukaan 2

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 32,78). 13,89

= 12923,26 N/m2

3) Permukaan 2

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 22,76). 13,89

= 12784,08 N/m2

Hambatan yang terjadi di permukaan jika permukaan tersebut dibuat sudut

sesuai dengan aergonomi kendaraan adalah

102

Gambar 3.23 Ukuran sudut permukaan

Gaya hambat pada permukaan 1

= F 2 .cos 43

= 61,01.0,73

= 44,54 N/m

Gaya hambat pada permukaan 2

= F 2 .cos 70

= 32,78.0,34

= 11,15 N/m

Gaya hambat pada permukaan 3

= F 2 .cos 20

= 22,76.0,98

= 22,3 N/m

103

Gaya kendaraan jika melaju dengan permukaan yang bersudut adalah

1) Permukaan 1

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 44,54). 13,89

= 13086,6 N/m2

2) Permukaan 2

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 11,15). 13,89

= 12622,82 N/m2

3) Permukaan 3

= (F 1 + F 2 ).V

= (897,62 + 22,3). 13,89

= 12777,75 N/m2

Maka dengan perubahan sudut yang dilakukan perancang ternyata bisa

menurunkan hambatan angin yang dapat mempengaruhi laju kendaraan.

104