REDESIGN BRACKET MOTOR BUS LISTRIK MD255 XE2 PT....

REDESIGN BRACKET MOTOR BUS LISTRIK MD255

XE2 PT. MOBIL ANAK BANGSA MENGGUNAKAN

SOFTWARE INVENTOR

Skripsi

diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Oleh

Fauzan Nasir Huda

NIM. 5212414019

TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

ii

PERSETUJUAN PEMBIMBING

Nama : Fauzan Nasir Huda

Nim : 5212414019

Program Studi : Teknik Mesin

Judul : Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE2 PT. Mobil

Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor

Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia

ujian Skripsi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang.

Semarang,

Dosen Pembimbing

Widya Aryadi, S.T., M.Eng.

NIP.197209101999031001

iii

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul “Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE2 PT. Mobil

Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor” telah dipertahankan di depan

sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik UNNES pada tanggal ... bulan ...

tahun

Oleh

Nama : Fauzan Nasir Huda

NIM : 5212414019

Program Studi : Teknik Mesin

Panitia:

Ketua Sekretaris

Rusiyanto, S.Pd., M.T. Samsudin Anis S.T., M.T. Ph.D.

NIP. 197403211999031002 NIP. 197601012003121002

Penguji 1 Penguji 2 Pembimbing

Dr. Ir. Rahmat Doni Widodo, ST, MT.IPP. Kriswanto, S.Pd., M.T. Widya Aryadi, S.T., M.Eng

NIP.197509272006041002 NIP.198609032015041001 NIP.197601012003121002

Mengetahui:

Dekan Fakultas Teknik UNNES

Dr. Nur Qudus, M.T.,IPM.

NIP.199691130199403100

iv

PERNYATAAN KEASLIAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa:

1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar

akademik (sarjana, magister, dan/atau doktor), baik di Universitas Negeri

Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain.

2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,

tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim

Penguji.

3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau

dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan

sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan

dicantumkan dalam daftar pustaka.

4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari

terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya

bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah

diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang

berlaku di perguruan tinggi ini.

Semarang, 2019

Yang membuat pernyataan

Fauzan Nasir Huda

NIM. 5212414019

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO :

Selalu mencari jalannya syukur dalam keadaan apapun.

Jangan terus mencari uang, karena bila terus di cari akan semakin kurang.

Melihatlah ke atas untuk urusan akhiratmu dan melihatlah ke bawah untuk

urusan duniamu, insyaallah hidup akan damai tentram.

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan kepada:

1. Keluarga dan saudara yang senantiasa

memberikan doa

2. Teman-teman TM 2014

3. Teman seperjuangan Proyek MAB

4. Almamater yang ku kenakan

5. Sahabat dan teman-teman yang selalu

menyemangati

vi

SARI ATAU RINGKASAN

Fauzan Nasir Huda. 2019. Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE PT.

Mobil Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor. Skripsi. Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Pembimbing (1) Widya

Aryadi, S.T., M.Eng.

Bracket motor merupakan komponen penting yang berfungsi untuk menopang

motor listik sebagai penggerak utama, maka perlu diketahui nilai tegangan dan safety factor

yang aman sebelum digunakan dalam pengaplikasiaanya. Tujuan penelitian ini adalah 1)

Menganalisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2, 2) Mendesain ulang bracket

yang aman digunakan pada bus listrik, 3) Menganalisis bracket redesign yang sesuai untuk

bus listrik MD255 XE2. Perlakuan gaya yang bekerja pada bracket motor diasumsikan

dengan spesifikasi motor listrik tipe PMSM seri HYYQ 800-1200.

Metode penelitian yang digunakan adalah metode simulasi menggunakan finite

element method dengan software Inventor Pro 2019. Simulasi dilakukan pada empat desain

model bracket bus MD 255 XE2 untuk mengetahui nilai tegangan von-mises stress terbesar

dan terendah, displacement, safety factor, strain dan weight of bracket atau berat fisik

bracket. Nilai safety factor terbesar pada ke empat desain bracket dipilih sebagai desain

yang digunakan untuk bus listrik MD 255 XE2 PT. Mobil Anak Bangsa.

Hasil penelitian uji analisis redesign menunjukkan peningkatan parameter mutu

kualitas struktur pada redesign ke-3, yaitu nilai von-mises stress awal 234,4 MPa menjadi

122,7 MPa, nilai displacement awal sebesar 11,94 mm menjadi 9,577 mm, nilai safety

factor meningkat dari 1,46 menjadi 2,79, nilai strain dari 0,9146 menjadi 0,9122 dan juga

nilai berat fisik (weight of bracket) yang semula 69,98 Kg menjadi 64,812 Kg. Hasil

perbandingan hasil analisis menunjukkan redesain ke-3 merupakan desain terbaik untuk

diterapkan pada bus listrik MD 255 XE2 PT. Mobil Anak Bangsa.

Kata Kunci: : redesign, bracket, bus, motor mounting system, safety factor dan chassis

vii

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala

limpahan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis

dalam bentuk skripsi dengan judul “Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255

XE PT. Mobil Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor” ini dengan baik.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar Sarjana

Teknik pada Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Negeri Semarang.

Perwujudan karya tulis ini tidak lain berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh

karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang tiada terkira

kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang

atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh studi di

Universitas Negeri Semarang.

2. Dr. Nur Qudus, M.T. IPM., Dekan Fakultas Teknik, Rusiyanto, S.Pd., M.T.,

Ketua Jurusan Teknik Mesin, Samsudin Anis, S.T., M.T., Ph.D., Ketua

Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Negeri Semarang atas fasilitas

yang disediakan bagi mahasiswa.

3. Widya Aryadi S.T., M.Eng., selaku pembimbing yang penuh perhatian dan

atas perkenaan memberi bimbingan dan dapat dihubungi sewaktu-waktu

disertai kemudahan menunjukkan sumber-sumber yang relevan dengan

penulisan karya ini.

4. Dr. Rahmat Doni Widodo S.T., M.T., IPP., dan Kriswanto, S.Pd., M.T.,

selaku penguji I dan II yang telah memberikan masukan yang sangat

viii

berharga berupa saran, ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan,

menambah bobot dan kualitas karya tulis ini.

5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin S1 FT. UNNES yang telah memberi

bekal pengetahuan yang berharga.

6. Kedua orang tua dan keluarga yang senantiasa selalu memberikan doa agar

penulis diberikan kemudahan dan kelancaran.

7. Teman-teman Program studi Teknik Mesin yang senantiasa memberikan

penulis semangat dan motivasi.

8. Semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

penyusunan proposal skripsi.

Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada

umumnya dan dunia pendidikan khususnya.

Semarang, 2019

Penulis

ix

DAFTAR ISI

JUDUL DALAM ..................................................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................................... ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................. iv

MOTTO .................................................................................................................. v

SARI ....................................................................................................................... vi

PRAKATA ............................................................................................................ vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi

DAFTAR SINGKATAN .................................................................................... xvii

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

PENDAHULUAN .................................................................................................. 1

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

1.2 Identifikasi Masalah ...................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah. ........................................................................................... 3

1.4 Rumusan Masalah ......................................................................................... 4

1.5 Tujuan ............................................................................................................ 4

1.6 Manfaat .......................................................................................................... 4

BAB II ..................................................................................................................... 5

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................................. 5

x

2.1 Kajian Pustaka ............................................................................................... 5

2.2 Landasan Teori .............................................................................................. 7

2.2.1 Bracket Motor Mounting ........................................................................ 7

2.2.2 Analisa Gaya ......................................................................................... 11

2.2.3 Teori Elastisitas..................................................................................... 13

2.2.4 Jenis - Jenis Tegangan .......................................................................... 15

2.2.5 Teori Kegagalan Struktur...................................................................... 19

2.2.6 Faktor – Faktor Rancangan ................................................................... 22

2.2.7 Material ................................................................................................. 24

2.2.8 Konstruksi Bracket ............................................................................... 26

2.2.9 Elemen Hingga ..................................................................................... 27

BAB III ................................................................................................................. 31

METODE PENELITIAN ...................................................................................... 31

3.1Waktu dan Tempat Pelaksanaan ................................................................... 32

3.1.1 Waktu Penelitian ................................................................................... 32

3.1.2 Tempat Penelitian ................................................................................. 32

3.2 Desain Penelitian ......................................................................................... 32

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................... 37

3.3.1 Alat Penelitian....................................................................................... 37

3.3.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 38

3.4 Parameter Penelitian .................................................................................... 39

3.5 Teknik Pengumpulan Data .......................................................................... 40

3.5.1 Persiapan awal objek penelitian ............................................................ 40

xi

3.5.2 Karakterisasi bahan baku ...................................................................... 41

3.5.3 Penggambaran 3D model Inventor ....................................................... 41

3.5.4 Meshing ................................................................................................. 42

3.5.5 Penentuan kondisi batas dan jenis pembebanan ................................... 43

3.5.6 Solving FEA (proses pengujian) ........................................................... 44

3.5.7 Pengoptimalisasian ............................................................................... 45

3.6 Kalibrasi Instrumen ..................................................................................... 46

3.7 Teknik Analisis Data ................................................................................... 47

BAB IV ................................................................................................................. 48

HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 48

4.1 Hasil Penelitian ............................................................................................ 48

4.1.1 Pengukuran Dimensi ............................................................................. 48

4.1.2 Spesifikasi Material .............................................................................. 52

4.1.3 Pemodelan Desain Bracket ................................................................... 52

4.1.4 Pembebanan Gaya................................................................................. 53

4.2 Hasil Pengujian Analisis.............................................................................. 53

4.2.1 Pra Pengujian Bracket ........................................................................... 53

4.2.2 Hasil Uji Desain Bracket Aktual .......................................................... 55

4.2.3 Redesign 3D Model Aktual.................................................................. 57

4.2.4 Hasil Uji Bracket Redesign ................................................................... 60

4.2.5 Perbandingan Hasil Pengujian Bracket................................................. 66

4.3 Pembahasan ................................................................................................. 66

4.3.1 Konstruksi Desain ................................................................................. 67

xii

4.3.2 Tinjauan Von-Mises stresses ................................................................. 68

4.3.3 Tinjauan Displacement ......................................................................... 69

4.3.4 Tinjauan Safety factor ........................................................................... 69

4.3.5 Tinjauan Strain ..................................................................................... 70

4.3.6 Tinjauan Weight of bracket ................................................................... 70

BAB V ................................................................................................................... 71

PENUTUP ............................................................................................................. 71

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 71

5.2 Saran ............................................................................................................ 72

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 73

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Bracket Motor Listrik ......................................................................... 7

Gambar 2. 2 Steering Hanging Bracket .................................................................. 9

Gambar 2. 3 Buffer Bracket Steering Gear Box ...................................................... 9

Gambar 2. 4 Fixed Bracket Air Suspension .......................................................... 10

Gambar 2. 5 Motion Bracket Towing Hook .......................................................... 11

Gambar 2. 6 Alur proses pembebanan .................................................................. 12

Gambar 2. 7 Tegangan normal .............................................................................. 16

Gambar 2. 8 Tegangan tarik .................................................................................. 16

Gambar 2. 9 Tegangan tekan ................................................................................ 17

Gambar 2. 10 Tegangan geser pada balok berpenampang persegi panjang ......... 17

Gambar 2. 11 Tegangan lentur pada spesimen ..................................................... 18

Gambar 2. 12 Tegangan puntir pada batang bundar ............................................. 18

Gambar 2. 13 Representasi teori tegangan normal maksimum ............................. 21

Gambar 2. 14 Representasi teori tegangan geser maksimum ............................... 22

Gambar 2. 15 Representasi teori tegangan distorsi energi .................................... 22

Gambar 3. 1 Diagram Alir Tahapan Penelitian ..................................................... 34

Gambar 3. 2 Tampilan awal Autodesk Inventor 2019 .......................................... 41

Gambar 3. 3 Geometri bracket motor yang dibuat pada Inventor 2019 ............... 42

Gambar 3. 4 Meshing 3D model pada Inventor 2019 ........................................... 42

Gambar 3. 5 Meshing bracket gabungan pada Inventor 2019 .............................. 43

Gambar 3. 6 Pembebanan bracket pada Inventor 2019 ........................................ 44

Gambar 3. 7 Notifikasi saat program running pada Inventor 2019 ...................... 45

Gambar 4. 1 Isometric Assembly Bracket Motor Mounting .................................. 48

Gambar 4. 2 2D Drawing Bracket Motor ............................................................. 51

Gambar 4. 3 full assembly part component ........................................................... 52

Gambar 4. 4 Meshing Bracket Assembly .............................................................. 54

Gambar 4. 5 Input Data Material Proporties ........................................................ 54

Gambar 4. 6 Von Mises Stress DesainAktual ....................................................... 55

xiv

Gambar 4. 7 Displacement Desain Aktual ............................................................ 55

Gambar 4. 8 Strain Desain Aktual ........................................................................ 56

Gambar 4. 9 Berat Fisik Aktual ............................................................................ 56

Gambar 4. 10 Modifikasi Desain 1 ....................................................................... 58



Gambar 4. 13 Von Mises Stress Redesign 1 .......................................................... 60

Gambar 4. 14 Displacement Redesign 1 ............................................................... 60

Gambar 4. 15 Maximum Strain Redesign 1 .......................................................... 61

Gambar 4. 16 Berat Fisik Redesign 1 ................................................................... 61









Gambar 4. 25 Break Down Komponen Konstruksi Bracket ................................. 68

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Modus Kegagalan Komponen .............................................................. 19

Tabel 2. 2 Data Properti Material Baja S45C ....................................................... 25

Tabel 3. 1 Spesifikasi Kelistrikan Bus Listrik MD255 XE2 PT. MAB ................ 31

Tabel 3. 2 Perbandingan Hasil Analisis ................................................................ 46

Tabel 4. 1 Spesifikasi Material Baja S45C ........................................................... 52

Tabel 4. 2 Pembebanan Gaya ................................................................................ 53

Tabel 4. 3 Perbandingan Hasil Pengujian ............................................................. 66

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 General Spesification E-Bus 12 Meters ............................................ 76

Lampiran 2 Report Design Analisis ...................................................................... 76

xvii

DAFTAR SINGKATAN

Lambang Singkatan Satuan Halaman

CAD Computer Aided

Design

2

FEA Finite

Element Analysis

2

PMSM Permanent Motor

Synchronus

Motor

11

DTC Direct Torque

Control

11

σ Teganagan

normal

N/m2 13

P Besar gaya yang

bekerja

N 13

A Luas penampang m2 13

ε Regangan 14

δ Perubahan

panjang

mm 14

L Panjang awal mm 14

E Modulus

Elastisitas

N/m2 14

⍴ Defleksi 15

M Momen lentur N/m 15

Fn Gaya normal N 15

τ Tegangan geser N/m2 16

V Taya geser N 17

Q Momen m3 17

I Momen inersia m4 17

b Lebar penampang m 17

Y Jarak terjauh dari

Sumbu

m 18

t Tegangan puntir 18

T Momen

puntir/torsi

18

r Jari – jari m 18

S Gaya luar 22

N Faktor rancangan 23

SF Faktor Keamanan 25

Fu Tegangan

Sebenarnya

Mpa 25

Fi Tegangan

Dibutuhkan

MPa 25

xviii

FEM Finite Element

Method

27

[ k ] Matrik kekakuan 27

{ u } Vektor kolom

dengan komponen

matrik berupa

nilai nodal

27

{ F } Gaya yang

bekerja pada

nodal

27

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pasar industri otomotif dunia kini mulai mengarah pada kendaraan ramah

lingkungan. Salah satunya dengan mengembangkan kendaraan listrik khususnya

bus sebagai angkutan publik yang bisa menjadi solusi dari permasalahan

pencemaran lingkungan sekaligus kemacetan di perkotaan. Namun dalam praktek

pengembangannya masih banyak menemui berbagai permasalahan baru yang

jarang ditemui pada industri bus konvensional. Khususnya pada bagian chassis

frame terdapat berbagai macam bracket yang berfungsi sebagai rangka penyangga

atau dudukan dari berbagai komponen. Perbedaan komponen sumber penggerak

kendaraan bus listrik ini tidak menggunakan engine, melainkan motor listrik.

Bracket motor juga berfungsi sebagai penguat konstruksi pemasangan

komponen motor namun rentan terhadap kegagalan karena harus menahan beban

statis dan dinamis dari berat motor saat beroperasi. Posisi Bracket motor yang

bertumpu pada rangka bracket yang terhubung ke rangka utama atau chassis bus

tersebut akan menerima banyak gaya, baik saat keadaan diam atau saat beroperasi.

Selama beroperasi, tegangan yang dihasilkan oleh motor dan kondisi jalan dapat

langsung ditransmisikan ke chassis frame melalui bracket tersebut. Hal tersebut

dapat menyebabkan ketidaknyamanan bagi penumpang atau bahkan dapat merusak

konstruksi chassis bus (Adkine dan Kathavate, 2015:1). (Adkine & Kathavate , 2015).

2

Industri mobil listrik tentunya sudah menggunakan standar bracket yang

sudah teruji dalam proses pemasangannya. Bracket yang sudah ada masih dirasa

belum begitu efektif jika dipasang pada motor listrik yang berbeda tipe spesifikasi.

Jika konstruksi bracket terlalu kuat dan dipasang pada motor listrik jenis torsi

rendah, maka penggunaan bracket tersebut kurang efektif. Begitu juga sebaliknya,

pada motor listrik spesifikasi torsi yang besar jika dipasang bracket yang kurang

kuat konstruksinya maka akan membahayakan dan memungkinkan terjadi

kerusakan serius. Maka perlu analisis perhitungan yang tepat untuk mendesain

bracket yang optimal sesuai kebutuhan. Pengoptimalan bisa dalam bentuk

modifikasi konstruksi, ketebalan dan jenis material. Dengan pengoptimalan

tersebut memungkinkan untuk mendesain kendaraan dengan berat dan kinerja yang

optimal pada tahap perencanaan dalam suatu industri.

FEA atau analisis elemen hingga dalam penelitian ini digunakan untuk

menentukan defleksi dan tegangan yang dapat ditahan oleh konstruksi bracket dan

kekuatan dari bahan yang digunakan sebelum desain difinalisasi, sehingga akan

didapatkan konstruksi bracket yang kuat dalam menahan berat dan torsi motor

listrik. Material yang digunakan untuk membuat bracket adalah baja dan karet

sebagai rubernya. Perancangan dilakukan untuk mendapatkan bracket yang aman

untuk digunakan dan sesuai dengan kebutuhan kerja pada industri. Untuk

membantu proses penyelesaian desain, simulasi dan analisis menggunakan bantuan

software Autodesk Inventor Professional 2019. Pengoptimalan desain bracket yang

sesuai, diharapkan dapat membantu meningkatkan kualitas dan produksi bus listrik

pada industri (Dhillon, et al., 2014).

3

1.2 Identifikasi Masalah

Dari latar belakang masalah dapat di identifikasi permasalahan yang terjadi

ialah:

1. Analisis desain aktual yang kurang standart akan membahayakan perancangan

bracket motor.

2. Optimasi bracket bisa menjadi alternatif untuk pengembangan desain yang

berdampak pada kualitas dan biaya produksi.

3. Kurang optimalnya desain bracket terhadap industri otomotif bus listrik

berakibat pada tingginya nilai displacement bahkan dapat menimbulkan

tegangan berlebih dan mengakibatkan kerusakan.

4. Pengabaian perancangan desain aktual dalam pemasangan bracket beresiko

menimbulkan perpatahan dan fatik maupun keselamatan terhadap penumpang.

1.3 Batasan Masalah.

Karena luasnya permasalahan pada analisis desain, maka dibatasi pada:

1. Optimasi desain bukan dalam bentuk alat jadi, melainkan berupa desain 3D.

2. Data spesifikasi diperoleh dari studi literatur dan studi kasus.

3. Analisis pembebanan diasumsikan menurut spesifikasi motor dan bus listrik.

4. Struktur komponen yang dianalisis adalah bracket terhadap gaya motor listrik.

5. Pemodelan 3D dan analisis yang dilakukan berupa analisis statis dengan bantuan

software INVENTOR.

6. Proses analisis mengabaikan pengaruh rubber dumping dalam bracket.

7. Tidak menghitung biaya produksi.

8. Gaya dari luar seperti kondisi jalanan dan energi baterai diabaikan.

4

1.4 Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah, didapatkan rumusan masalah sebagai

berikut:

1. Bagaimana analisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2.

2. Bagaimana desain ulang bracket yang aman digunakan pada bus listrik.

3. Bagaimana analisis desain bracket yang sesuai untuk bus listrik MD255 XE2.

1.5 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini ialah:

1. Menganalisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2.

2. Mendesain ulang bracket yang aman digunakan pada bus listrik.

3. Menganalisis bracket redesign yang sesuai untuk bus listrik MD255 XE2.

1.5 Manfaat

Manfaat dari penelitian ini ialah untuk:

1. Mengetahui desain bracket yang sesuai standart bracket untuk pemasangan

motor listrik.

2. Desain bracket dapat digunakan untuk referensi para mekanik industri bus listrik

sebagai acuan dasar pembuatan bracket motor.

3. Menciptakan desain bracket baru untuk instansi terkait dengan ketahanan yang

lebih baik berdasarkan evaluasi desain sebelumnya.

1

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Kajian Pustaka

Jadhaf (2014) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui

analisa permasalahan yang terjadi dalam bracket engine mounting dan transmisi

spesifikasi daya torsi besar. Dengan analisis statis hasilnya struktur analisis bracket

setelah menerima barbagai gaya, komponen tersebut mengalami tegangan,

frekuensi getaran dan deformasi. Dengan ketiga hasil analisis tersebut bisa sebagai

modal referensi untuk mendesain ulang bracket yang lebih baik.

Raoofy, et al. (2013) juga melakukan penelitian yang bertujuan untuk

merancang bracket motor sebagai alternatif pemecahan masalah industri otomotif

supaya bisa mengontrol getan dengan menggunakan kombinasi 4 dan 3 mounting,

diantaranya 2 active mount bracket sederhana (tipe L). Metode yang digunakan

ialah dengan menggambar 3D model bracket, melakukan perhitungan mekanis,

perhitungan getaran dan perkiraan tegangan maksimum. Hasil yang didapatkan

ialah bracket desain yang hampir mirip namun dengan perbedaan dimensi tebal

ukuran. Analisinya menunjukkan penurunan tingkat frekuensi getaran yang tersalur

ke chassis mobil.

Ghafil (2016) menganalisis bracket motor generator dengan paduan rubber

untuk meredam getaran gerak motor sebagai upaya untuk mengatasi permasalahan

yang sering terjadi ketika sedang pengoperasian software ansys. Pengujian analisis

bracket dilakukan melalui tahapan perancangan/pembuatan gambar 3D modeling,

5

6

perhitungan kekuatan, pembuatan komponen, perakitan, dan uji coba penggunaan

bracket. Dampak dari optimasi komponen ini menjadikan akselerasi motor lebih

terasa halus dan mengurangi getaran, waktu produksi lebih singkat dan biaya

produksi lebih rendah, sehingga dengan produksi yang sama saat menggunakan

bracket logam sederhana akan didapat peningkatan kualitas yang lebih besar ketika

menggunakan bracket optimasi dengan rubber.

Menurut Monali dan Sontakke (2014) optimalisasi dengan cara

memodifikasi permukaan bracket dengan cara mengurangi luas penampang dapat

mempengaruhi hasil uji yang lebih baik, yaitu dapat mengurangi berat hingga

12,5% lebih ringan dari berat awal sehingga bisa menghemat material bahan dan

biaya produksi. Masih menjadi masalah yang serius kelebihan berat dalam

kendaraan listrik karena berat komponen-komponen kendaraan listrik terutama

pada baterainya. Pemodifikasian bentuk bracket juga bisa dengan memberi lubang

dan fillet pada permukaan penampang bracket. Dengan tanpa mengurangi nilai

safety factor namun dapat mengurangi berat benda dan juga memperlancar sirkulasi

aliran udara untuk menurunkan panas mesin hingga 5,5% (Dhillon, et al., 2014).

Adkine dan Kathavate (2015) mengungkapkan bagian terpenting dalam

merancang bracket ialah desain dan analisis. Ia telah melakukan analisis tegangan

struktural dan perbandingan material magnesium penyusun pada bracket dengan

bantuan software FEA ANSYS TOOL. Hasilnya dapat menginduksi tegangan

maksimum 128,47 MPa menjadi 64,07 MPa dengan material sejenis magnesium.

Sehingga nilai faktor keamanan lebih meningkat, maka desain sudah bisa dikatakan

aman.

7

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Bracket Motor Mounting

Bracket motor merupakan komponen sub frame sangat penting yaitu

komponen struktural kendaraan yang mempunyai fungsi tersendiri yang nantinya

disambungkan ke rangka utama chassis. Sub frame bracket biasanya digunakan

untuk menopang mesin, suspensi maupun motor listrik. Penyambungan sub frame

bracket dengan rangka chassis utama dilengkapi dengan bushing karet atau rubber

khusus untuk meredam getaran dan menyeimbangkan motor pada chassis untuk

kontrol keseimbangan yang baik saat kendaraan bergerak (Dhamoji R. B., 2016).

Gambar 2. 1 Bracket Motor Listrik

(buku design report PT.MAB)

Melalui gambar di atas dapat diketahui bahwa bracket memiliki beberapa

komponen dalam konstruksinya. Berikut merupakan bagian-bagian bracket :

C

B

A

8

A. Fasteners

Fasteners atau pengencang, komponen ini berfungsi sebagai

pengikat antara komponen satu dengan komponen lainnya. Biasanya terdiri

dari baut, mur dan spring washer.

B. Lempeng Logam

Komponen utama yang memiliki tugas untuk menyangga dan

menahan beban gaya dari motor. Logam tersebut memiliki tebal tertentu

supaya tetap kuat menahan beban berat dan gaya dari motor tersebut.

C. Rubber

Karet bushing yaitu komponen penambah untuk meredam getaran

atau dumping saat motor beroperasi. Karet yang dipilih terbuat dari

butadiene (BR) atau tergantung penerapan beban dengan

mempertimbangkan bobot motor (Bharat, 2014).

Bracket terdiri dari beberapa tipe dengan manfaat dan kegunaan masing-

masing berdasarkan klasifikasinya. Klasifikasi bracket diantaranya:

1. Konstruksi

1) Hanging bracket

Bracket steering merupakan salah satu bracket dengan konstruksi

hanging. Karakteristik bracket hanging ini adalah sub komponen yang

berada diatas dari rangka utama chassis, posisi komponen seperti digantung

pada bracket tersebut.

9

Gambar 2. 2 Steering Hanging Bracket


2) Buffer bracket

Buffer bracket yaitu bracket yang posisi konstruksinya menopang

komponen yang akan terpasang pada rangka utama chassis. Biasanya sub

frame ini berada dibawah komponen itu sendiri. Bracket jenis ini merupakan

bracket yang sering digunakan pada industri otomotif. Selain mudah dalam

konstruksinya juga memiliki kekuatan yang lebih dibanding bracket jenis

tipe lainnya.

Gambar 2. 3 Buffer Bracket Steering Gear Box


10

3) Free side

Free side bracket digunakan pada saat pemasangan komponen yang

sulit terjangkau posisinya. Biasanya kurangnya space untuk memasang

komponen tersebut lalu konstruksinya didesain sebisa mungkin komponen

tersebut terpasang. Penyangganyapun bebas bisa didesain dari berbagai sisi

sudut.

2. Penggunaan

1) Fixed Bracket

Jenis bracket yang digunakan untuk menopang komponen untuk

tetap dalam kondisi diam ditempat. Biasanya ditandai dengan pengencang

mur, baut dan spring washer, bahkan pada chassis dan bracket dipasang

dengan sambungan las sehingga memiliki daya ikat yang sangat kuat.

Gambar 2. 4 Fixed Bracket Air Suspension

2) Motion Bracket

Hampir sama dengan fixed bracket yaitu berfungsi menopang

komponen untuk tetap dalam kondisi diam ditempat, namun juga bisa

bergerak searah bolak-balik pada porosnya. Contohnya pada towing hook

bracket.

11

Gambar 2. 5 Motion Bracket Towing Hook

Jenis bracket yang sesuai untuk digunakan pada sub frame motor listrik

tersebut adalah bracket dengan konstruksi buffer bracket, karena menyesuaikan

fungsi dan kebutuhan dari bracket dan komponen motor listrik itu sendiri.

2.2.2 Analisa Gaya

Motor PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) seri HYYQ 800-

1200 merupakan jenis motor yang digunakan sebagai penggerak utamanya.

Beberapa keuntungan jenis motor tersebut yaitu memiliki efisiensi serta daya listrik

yang tinggi. Untuk pengaturan kecepatan diperlukan metode Direct Torque Control

(DTC) dengan cara kerja mengontrol torsi dan fluk secara langsung dan mengontrol

besar arus stator yang diberikan, karena besar fluk dan torsi yang timbul sebanding

dengan arus stator yang masuk ke motor yang dihubungkan dengan inverter. Di

mana Inverter merupakan peralatan yang berfungsi menghasilkan arus stator sesuai

dengan yang diinginkan (Amelia, 2011).

Setiap material pasti memiliki beban, dimana beban merupakan salah satu

sifat fisik dari material. Sifat fisik dari motor ini akan menimbulkan suatu gaya atau

berat dari motor tersebut. Beban dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu

beban operasional, beban dari alam atau lingkungan dan beban sustain (berat

motor). Beban operasional adalah beban yang timbul akibat adanya gerakan dan

12

operasi dari motor tersebut, seperti beban yang timbul akibat putaran motor yang

akan menghasilkan torsi dan lain-lain. Beban dari alam/lingkungan adalah beban

yang diterima oleh motor listrik akibat kondisi alam/lingkungan sekitar, seperti

beban yang diberikan akibat kondisi jalan berlubang, tanjakan dan lainnya.

Sedangkan beban sustain adalah beban yang timbul dari berat motor itu sendiri.

Proses analisa pembebanan gaya dimulai saat pemasangan motor pada sub

frame bracket yang sudah terpasng pada rangka utama chassis. Kemudian

dilakukan pemasangan komponen propeller shaft penghubung dari main shaft

motor ke gardan axle belakang. Dalam keadaan diam, konstruksi ini sudah bisa

untuk di analisis statis. Namun untuk hasil analisis yang aman, perlu di simulasikan

pada tegangan torsi maksimal pada motor listrik.

Gambar 2. 6 Alur proses pembebanan

Pemasangan Motor PMSM

Pemasangan Sistem Gardan

Setting Sistem Controller

Suplay Daya Listrik

Input Data Pembebanan

Analisis

Pemasangan Bracket

Pengoperasian

13

Posisi alat yang akan dirancang dimanfaatkan untuk sumber penggerak utama pada

kendaraan listrik. Dalam pemasangannya poros motor langsung disambungkan ke

propeller shaft dan menghubungkan gaya ke gardan untuk menggerakkan roda

belakang mobil.

2.2.3 Teori Elastisitas

Elastisitas adalah sifat suatu benda untuk kembali ke bentuk awal setelah

mendapatkan gaya dan mengalami perubahan bentuk. Sebuah benda yang kembali

sepenuhnya kepada bentuk semula dinamakan elastis sempurna, apabila tidak

sepenuhnya kembali kepada bentuk semula di namakan elastis sebagian. (Souisa,

2011)

Elastisitas bahan sangat ditentukan oleh modulus elastisitas, modulus

elastisitas suatu bahan didapat dari hasil bagi antara tegangan dan regangan.

Besaran-besaran yang berhubungan dengan sifat elastisitas benda antara lain

sebagai berikut :

1. Tegangan

Tegangan dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang bekerja pada

satuan luas benda. (Arif, 2014) rumus tegangan dapat dituliskan:

𝜎 = 𝑃

𝐴 ...........................................................................................2.1

Dalam menentukan bahan untuk perancangan suatu struktur atau komponen, maka

hal yang paling utama yang harus ditentukan adalah tegangan yang mampu

diberikan pada struktur tersebut.

14

Tegangan yang harus ditentukan pada bahan sebelum proses perancangan

adalah :

1) Tegangan batas didefinisikan sebagai tegangan satuan terbesar suatu bahan

yang dapat ditahan tanpa menimbulkan kerusakan.

2) Tegangan ijin yaitu bagian kekuatan batas yang bisa aman digunakan pada

analisis perancangan.

Secara umum tegangan dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :

1) Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja normal (tegak lurus)

terhadap permukaan yang mengalami tegangan. Tegangan ini dapat berupa

tegangan tarik maupun tekan.

2) Tegangan geser adalah tegangan yang bekerja sejajar terhadap permukaan

yang mengalami tegangan.

2. Regangan

Regangan ialah deformasi per satuan panjang. Karena merupakan rasio

antara dua panjang, maka regangan ini merupakan besaran tak berdimensi, artinya

regangan tidak mempunyai satuan. Rumus regangan dapat ditulis:

ε = δ

L ............................................................................................2.2

3. Hukum Hooke’s

Hukum Hooke’s atau hubungan linier antara tegangan dan regangan, yaitu

kesebandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan. Rumus matematis dapat

ditulis:

𝐸 =𝜎

𝜀 ............................................................................................2.3

15

4. Defleksi

Sumbu material konstruksi akan berdefleksi atau melentur dari

kedudukannya semula apabila berada di bawah pengaruh gaya. Defleksi tersebut

adalah lendutan material konstruksi dari posisi awal tanpa pembebanan, diukur dari

permukaan netral awal ke permukaan netral setelah material konstruksi mengalami

deformasi meskipun nilainya kecil. (Fauzi, 2013)

Ketika material konstruksi diberi beban, semua titik dari kurva elastis

kecuali yang menopang batang tersebut terjadi defleksi dari posisi aslinya. Jari-jari

kelenkungan kurva elastis di bagian manapun dinyatakan sebagai:

⍴ =𝐸σ

𝑀 ...........................................................................................2.4

2.2.4 Jenis - Jenis Tegangan

Tegangan pada umumnya terbagi menjadi dua kelompok yaitu :

1. Tegangan Normal

Tegangan yang arah kerjanya dalam arah tegak lurus permukaan

terpotong batang. Tegangan normal dapat disebabkan oleh beberapa

faktor yaitu :

1) Gaya Normal

Tegangan normal terjadi akibat adanya reaksi yang diberikan pada benda.

Jika gaya dalam diukur dalam N, sedangkan luas penampang dalam m2, maka

satuan tegangan adalah N/m2.

σn = 𝐹𝑛

𝐴 = (𝑁

𝑚2⁄ )...............................................................2.5

16

Gambar 2. 7 Tegangan normal

2) Beban Tarik dan Tekan

Apabila batang ditarik oleh gaya F seperti pada Gambar 2.10 maka tegangan

yang terjadi adalah tegangan tarik. Tegangan tarik dapat ditulis dengan

persamaan :

σt = 𝐹𝑡

𝐴 = (𝑁 𝑚2⁄ ) ..............................................................2.6

Gambar 2. 8 Tegangan tarik

Sedangkan tegangan tekan terjadi bila suatu batang diberi gaya F yang saling

berlawanan dan terletak dalam satu garis gaya. Tegangan tekan dapat ditulis

dengan rumus:

σD = 𝐹𝑡

𝐴 = (𝑁

𝑚2⁄ ) ............................................................2.7

17

Gambar 2. 9 Tegangan tekan

2. Tegangan Geser

Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang

berlawanan arah, sejajar sumbu batang. Tegangan geser dapat disebabkan

karena adanya beberapa pembebanan seperti :

1) Gaya Geser

Gambar 2. 10 Tegangan geser pada balok berpenampang persegi panjang

Untuk menentukan tegangan geser τ pada sebarang titik dalam penampang

dapat menggunakan persamaan berikut :

τ= VQ

𝐼𝑏 .................................................................2.8

18

2) Momen Lentur

Gambar 2. 11 Tegangan lentur pada spesimen

Gaya geser dan momen lentur tersebut akan menyebabkan tegangan

geser dan tegangan lentur. Besaran tegangan akibat lenturan pada balok dapat

ditulis dengan formula sebagai berikut.

σ = M . 𝑦 𝐼⁄ ..........................................................2.9

3) Beban Puntir/Torsi

Gambar 2. 12 Tegangan puntir pada batang bundar

Torsi yang bekerja pada poros akan menghasilkan tegangan geser.

Untuk mendapatkan tegangan puntir dapat menggunakan persamaan berikut :

t = Tr

J .................................................................2.10

19

2.2.5 Teori Kegagalan Struktur

Analisa kegagalan adalah suatu kegiatan yang bertujuan untuk mengetahui

penyebab terjadinya kerusakan. Secara keseluruhan jenis kegagalan pada material

dapat terbentuk seperti fatigue, wear (keausan), korosi, fracture, impact dan

lainnya. Dan kegagalan dapat terjadi karena beberapa faktor yaitu beban statik dan

beban mekanis, sehingga sering timbulnya tegangan akibat beban yang melebihi

yield strength. Pada dasarnya kegagalan dapat terjadi dikarenakan besaran akibat

kondisi operasi ≥ sifat kritis material.

Tabel 2. 1 Modus Kegagalan Komponen

Besaran Akibat Kondisi

Operasi

Sifat Kritis Material Peristiwa Yang Akan

Terjadi

Tegangan kerja

σw

Kekuatan luluh

σy Deformasi plastis

Tegangan kerja

σw

Kekuatan tarik

σu Patah statik

Tegangan amplitudo

σa

Batas lelah

(fatigue limit) σf Patah lelah

Tegangan dinamik lokal

σ' = Kt. σnom

Kekuatan luluh

σy Awal retak fatigue

Intensitas tegangan

K = β . σ √(𝜋 a)

Fracture toughness

Kc atau KIc

Komponen yang retak lelah

akan patah

Tegangan kerja

σw

Batas mulur

(Creep limit)

Deformasi plastis akibat

creep (pada temp. tinggi)

Tegangan kerja

σw Rupture strength

Patah akibat creep (pada

temp. tinggi)

Temperatur lingkungan

terlau rendah

Temperatur transisi

material

Patah getas/Penggetasan

(Embrittlement)

Lingkungan terlalu korosif Batas korosivitas Serangan korosi

Tegangan kerja

σw

Kekuatan thd korosi

tegangan σscc

Retak akibat korosi

tegangan

20

Pada umumnya teori kegagalan terbagi menjadi tiga yaitu :

1. Kegagalan statik / static failure

Kegagalan statik adalah kegagalan yang disebabkan adanya beban dari luar

secara statik seperti adanya pengaruh tekanan, beban, momen dan statik lainnya.

2. Kegagalan fatigue / fatigue failure

Kegagalan fatigue adalah kegagalan yang terjadi karena dipengaruhi oleh waktu

dan juga akibat adanya pembebanan secara dinamik yang menyebabkan suatu

struktur menjadi lelah.

3. Kegagalan retak / fracture failure

Kegagalan yang terjadi dikarenakan pengaruh lingkungan.

Pada kegagalan secara statik dapat terbagi menjadi tiga teori, yaitu :

1. Teori tegangan normal maksimum

Kegagalan akan terjadi apabila tegangan utama maksimum sama atau lebih

besar dibandingkan tegangan normal maksimum. Untuk tegangan normal positif,

keadaan suatu material dikatakan luluh jika misal ada suatu pembebanan dengan

σmax ≥ σyp .

σmax ≥ σyp

Secara umum teori tegangan normal maksimum adalah sebagai berikut :

𝜎max = 𝜎𝑥+ 𝜎𝑦

2 + √(

𝜎𝑥+ 𝜎𝑦

2)2 + τxy

2

Fs = 𝜎𝑦𝑝

𝜏𝑚𝑎𝑥 ....................................................2.11

Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan normal

maksimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan

21

berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan normal

maksimum :

Gambar 2. 13 Representasi teori tegangan normal maksimum

2. Teori tegangan geser maksimum

Teori tegangan geser maksimum sering digunakan pada material yang

bersifat ulet. Besarnya nilai tegangan geser maksimum adalah setengah dari nilai

tegangan normal maksimum. Keadaan suatu material luluh jika misal ada suatu

pembebanan dengan σmax.

σmax ≥ 0.5 σyp

Secara umum teori tegangan geser maksimum adalah sebagai berikut:

𝜎max = √(𝜎𝑥+ 𝜎𝑦

2)2 + τxy

2

Fs = 0.5 𝑥 𝜎𝑦𝑝

𝜏𝑚𝑎𝑥 ................................................2.12

Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan geser masimum.

Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan berada diluar

batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan geser maksimum :

22

Gambar 2. 14 Representasi teori tegangan geser maksimum

3. Distorsi energi

Aplikasi dari teori tegangan geser maksimum sering digunakan untuk kasus

pada material ulet. Keadaan suatu material akan luluh jika adanya suatu

pembebanan dengan S.

S ≥ σyp

Berikut grafik tegangan distorsi energi dalam 2D:

Gambar 2. 15 Representasi teori tegangan distorsi energi

2.2.6 Faktor – Faktor Rancangan

Faktor –faktor yang mempengaruhi dalam proses analisis rancangan dapat

disebut dengan, N, merupakan ukuran keamanan relatif komponen pembawa beban.

23

Dalam kebanyakan kasus, kekuatan bahan komponen dibagi menurut faktor

rancangan untuk menentukan tegangan regangan, kadang disebut tegangan yang

diizinkan.

Perancang harus menentukan berapa nilai faktor rancangan yang wajar

untuk situasi tertentu. Sering kali nilai faktor rancangan atau tegangan rancangan

ditetapkan dalam aturan-aturan yang dibuat oleh organisasi yang menetapkan

standar, seperti American Society of Mechanical Engineers, American Gear

Manufacturers Association, U.S. Department of Defense. Adapun beberapa

perusahaan-perusahaan yang menerapkan kebijakan mereka sendiri dalam

menentukan faktor-faktor rancangan berdasarkan pengalaman masa lalu dengan

kondisi yang sama.

Untuk bahan ulet, faktor rancangan harus memiliki kriteria nilai sebagai

berikut :

1. N = 1,25 hingga 2,00. Perancangan struktur yang menerima beban statis

dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data perancangan.

2. N = 2,00 hingga 2,50. Perancangan elemen mesin yang menerima

pembebanan dinamis dengan tingkat kepercayaan rata-rata untuk semua

data perancangan.

3. N = 2,50 hingga 4,00. Perancangan pada struktur statis atau pada elemen-

elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian

mengenai beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan atau lingkungan.

4. N = 4,00 atau lebih. Perancangan pada struktur statis atau pada elemen

mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian

24

mengenai beberapa kombinasi beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan

atau lingkungan. Keinginan untuk memberikan keamanan ekstra untuk

komponen yang kritis dapat juga memilih nilai-nilai ini.

Sedangkan untuk bahan getas, faktor rancangan harus memiliki kriteria

sebagai berikut ini :

1. N = 3,00 hingga 4,00. Perancangan struktur yang menerima beban secara

statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data

perancangan.

2. N = 4,00 hingga 8,00. Pada perancangan struktur statis atau pada elemen-

elemen mesin yang akan menerima pembebanan secara dinamis dengan

ketidakpastian mengenai beban, sifat pada bahan, analisis tegangan atau

lingkungan.

2.2.7 Material

Pemilihan material menjadi salah satu hal yang penting untuk sebuah

rancangan. Pemilihan material yang tepat guna juga akan berimbas pada kualitas

konstruksi yang baik pula. Dalam produksi komponen pada industri manufaktur

tentunya sangat di perhatikan komposisi, kualitas dan efisiensi materialnya. Maka

untuk membuat komponen bracket pada produksi harus memperhatikan standar

material grade manufacturing yaitu tidak boleh menggunakan bahan yang mudah

korosi dan kuat, namun juga memiliki nilai kelenturan tertentu dan harus memiliki

ketahanan terhadap karat dan korosi. Bahan baja tahan karat dipertimbangkan

sebagai pilihan untuk membuat bracket dikarenakan memiliki spesifikasi yang

25

sesuai. Material baja yang digunakan pada bracket aktual bertipe S45C dengan

komposisi kimia yang disajikan dalam Tabel 2.2.

Tabel 2. 2 Komposisi Kimia Baja S45C

Unsur Jumlah Kandungan

Carbon (C) 0,42 – 0,50%

Iron (Fe) 97,74%

Mangan (Mn) 0,50 – 0,80%

Fosfor (P) 0,035%

Sulfur (S) 0,035%

Baja S45C merupakan produk standarisasi dari Jepang yang biasa disingkat

JIS (Japan Industrial Standart). Baja S45C memiliki kandungan unsur utama

berupa karbon (C) sebesar 0,50%, sulfur (S) sebesar 0,035%, mangan (Mn) sebesar

0,80%. Baja ini mempunyai sifat mampu untuk dilakukan proses perlakuan panas

untuk dapat memperoleh sifat mekanis yang lebih baik. Jenis baja ini sering

digunakan sebagai poros roda gigi, mata gergaji, mata silet dan bantalan mesin

(Taufik Hidayat, 2012). Berikut spesifikasi baja S45C dalam tabel dibawah ini:

Tabel 2. 3 Spesifikasi Material S45C

Sifat material nilai satuan

Modulus of elasticity 190-210 (GPa)

Poisson ratio 0,27-0.30 -

Density 7700-8030 (kg/m3)

Thermal expantion 1,7 × 10-5 (K)

Yield strength 343 (MPa)

Tensile Strength 569 (MPa)

Keamanan desain bisa didasarkan pada kekuatan dari material atau

struktural. keamanan desain atau konstruksi dievaluasi menggunakan faktor

keamanan. Menurut (Arif, 2014) faktor keamanan dapat dituliskan dengan rumus :

26

SF =𝐹𝑢

𝐹𝑖...........................................................................2.13

Apabila faktor keamanan kecil, maka akan memungkinkan terjadinya

kegagalan. Sebaliknya jika faktor keamanan sangat besar, maka material yang

digunakan akan sangat boros.

2.2.8 Konstruksi Bracket

Konstruksi bracket juga harus diperhatikan tentang spesifikasi material

yang akan kita gunakan, karena dapat mempengaruhi tekanan yang bekerja serta

efisiensi sambungan pada bracket motor mounting system. Ada banyak faktor yang

mempengaruhi konstruksi bracket diantaranya tebal, dimensi dan perhitungan

mekanika konstruksi penyusun itu sendiri.

Secara garis besar konstruksi penyusun struktur bracket yaitu badan

bracket lempengan logam, baut mur pengikat, karet rubber.

1. Lempengan logam Bracket

Lempengan logam ini termasuk komponen utama dari bracket motor listrik.

Sedikit berbeda dengan komponen utama chassis yang berbahan material logam

STKM 16A, pada komponen logam bracket motor ini disusun dengan material

logam S45C yang lebih sesuai untuk konstruksi bracket penyangga.

2. Mur baut pengikat (fasteners)

Baut atau sekrup adalah suatu batang atau tabung dengan alur heliks pada

permukaannya, cara kerjanya dengan mengubah gerak putar menjadi gerak

translasi. Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat (fastener) untuk menahan

dua objek bersama, dan sebagai pesawat sederhana untuk mengubah torsi (torque)

27

menjadi gaya linier (Khurmi, 2005). Baut dapat juga didefinisikan sebagai bidang

miring yang membungkus suatu batang.

Konstruksi baut terdiri atas batang berbentuk silinder yang memiliki kepala

pada salah satu ujungnya, dan terdapat alur di sepanjang (ataupun hanya di bagian

ujung) batang silinder tersebut. Baut terbuat dari bahan baja lunak, baja paduan,

baja tahan karat ataupun kuningan. Dapat pula baut dibuat dari bahan logam atau

paduan logam lainnya untuk keperluan-keperluan khusus.

3. Rubber dumping

Rubber dumping atau karet penahan getaran ini juga memiliki peranan yang

sangat penting, selain untuk menahan getaran dan tegangan secara langsung dari

motor saat beroperasi rubber ini juga bisa mencegah terjadinya kerusakan pada

bracket motor system. Sehingga pengendara pun merasakan kenyamanan saat

kendaraan beroperasi.

Rubber bracket motor ini berbahan dasar karet alam butadine atau lebih

dikenal rubber elastomer. Posisi rubber ini ditempatkan diantara dua lempengan

logam yang menyambungkan bracket motor langsung dengan rangka utama

chassis.

2.2.9 Elemen Hingga

Metode elemen hingga dapat disebut Finite Element Method (FEM). Saat

ini metode elemen hingga sering digunakan untuk menguji suatu kekuatan maupun

keamanan desain. Metode ini dilakukan dengan menganalisa suatu benda kerja

28

yang dibagi dalam bagian-bagian kecil untuk di analisis. pembagian dimaksudkan

agar dapat membuat rekaan dari keseluruhan bagian (Hutton, 2004).

Persamaan FEM dalam matrik biasanya berbentuk:

{ 𝐹 } = [ 𝑘 ] { 𝑢 } .....................................................2.14

Perkembangan dalam pengujian metode elemen hingga begitu terasa saat

ini, terbukti tanpa harus menghitung secara manual kita bisa mendapatkan hasilnya

langsung dengan bantuan software secara akurat.

Autodesk Inventor adalah salah satu dari produk Autodesk Corporation

yang diperuntukkan untuk engineering design dan drawing. Autodesk Inventor

merupakan pengembangan dari produk CAD setelah Autocad dan Mechanical

Desktoop. Kelebihan Inventor dari software lain yaitu desain serta tampilan yang

lebih menarik dan rill, karena fasilitas material yang disediakan, juga merupakan

salah satu software yang mumpuni dalam menganalisis berbagai persoalan rekayasa

diantaranya analisa struktural material, thermal dan aliran. Inventor mampu

menyatu dengan aplikasi CAD, sehingga dalam pembuatan model desain kita bisa

menggunakan aplikasi CAD antara lain Auto CAD, Solidwork atau Catia. Hasil

analisis berupa pendekatan dengan mengggunakan analisis numerik dan

ketelitiannya bergantung pada cara memecah model (Asroni, 2015).

Beberapa kelebihan Autodesk Inventor diantaranya:

1. Memiliki kemampuan parametrik solid modeling, yaitu kemampuan untuk

melakukan desain serta pengeditan dalam bentuk solid model dengan data

yang telah tersimpan dalam database. Dengan kemampuan tersebut

29

designer/enginer dapat direvisi atau memodifikasi desain yang ada tanpa

harus mendesain ulang sebagian atau secara keseluruan.

2. Memiliki kemampuan animation, yaitu kemampuan untuk menganimasikan

suatu file assembly mengenai jalannya suatu alat yang telah di assembly

dan dapat disimpan dalam file avi.

3. Memiliki kemampuan automatic create technical 2D drawing serta bill of

material dan tampilan shanding serta rendening pada layout.

4. Di lengkapi dengan perhitungan analisa tegangan (stress analysis) yang

modul perhitungannya didukung dengan teknologi dari software terbaru.

5. Adaptive yaitu kemampuan untuk menganalisis gesekan dari animasi suatu

alat serta dapat menyesuaikan dengan sendirinya.

FEM merupakan suatu metode analis yang terpercaya untuk desain teknik.

Metode ini menggantikan masalah yang komplek dengan beberapa masalah yang

sederhana. Metode ini membagi model menjadi beberapa bagian kecil dengan

bentuk sederhana yang disebut elemen. Setiap elemen dibagi lagi menjadi poin-

poin yang disebut nodes. Metode analisis menggunakan FEM disebut Finite

Element Analysis (FEA). Pada design objective kita bisa memilih single point jika

kita ingin menganalisis desain yang sudah fix kita buat. Static analysis digunakan

untuk mengetahui regangan yang pada akhirnya bisa didapatkan nilai safety factor

dari desain yang kita buat. Safety factor haruslah lebih dari satu. Desain gagal

apabila safety factor lebih kecil atau sama dengan satu. Rumus safety factor

berdasarkan:

30

Sf = Kekuatan Luluh (𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ)

𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 Maksimum ......................2.15

Secara umum, tahapan analisis elemen hingga menggunakan 5 tahapan

berikut:

1) Pemodelan

a) Penyederhanaan / idealisasi.

b) Menentukan bahan / sifat material.

c) Menghasilkan model elemen hingga.

2) Pendefinisian Material

3) Pembagian menjadi beberapa elemen (meshing)

4) Memilih Boundary Condition

a) Tentukan kondisi batas.

(gaya, tekanan, panas, percepatan, rotasi, gravitasi dan putaran)

b) Menjalankan analisis untuk mendapatkan solusi atau hasil.

5) Post Processing atau Hasil

(tegangan, regangan, kecepatan fluida, laju aliran fluida, displacement)

71

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dalam hasil uji analisa bracket motor listrik assy pada bus listrik MD 255

XE2 menggunakan software Inventor 2019 dapat disimpulkan bahwa;

1. Analisa struktur desain aktual dengan software Inventor 2019 memiliki

tahapan yang diawali dengan pembuatan 3d modeling, dilanjutkan dengan

setting meshing, input pembebanan asumsi gaya dan Run simulate, dan

mendapatkan hasil tegangan maksimal sebesar 234,4 MPa, 11,94 mm

displacement, 1,46 safety factor, 0,9146 strain dan berat fisik 69,98 Kg.

2. Desain ulang dengan cara memodifikasi perubahan ukuran dimensi,

penambahan fillet radius dan pelubangan pada area biru hasil uji atau

tegangan terendah menunjukkan metode yang paling tepat dan ditemukan

hasil uji terbaik pada redesign ke-3.

3. Parameter pembanding hasil pengujian menunjukkan peningkatan mutu

kualitas struktur redesign ke-3, yaitu nilai Von-Mises Stress awal 234,4 MPa

menjadi 122,7 MPa, nilai Displacement awal sebesar 11,94 mm menjadi

9,577 mm, nilai Safety factor meningkat dari 1,46 menjadi 2,79, nilai Strain

dari 0,9146 ul menjadi 0,9122 ul dan juga nilai berat fisik (Weight of bracket)

yang semula 69,98 Kg menjadi 64,812 Kg,

72

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan setelah penyusunan tugas akhir adalah sebagai

berikut;

1. Melakukan pengecekan terhadap assembly yang dibuat untuk memastikan

tidak terdapat part yang tumpang tindih, karena dapat mempengaruhi hasil

analisis,

2. Memperhatikan notification disetiap proses supaya tidak terjadi error atau

kegagalan saat proses analisa struktur menggunakan Inventor 2019,

3. Untuk memudahkan menganalisa struktur menggunakan software Inventor

2019 sebaiknya menguasai teori analisa struktur, finite element analysis dan

ilmu material,

4. Pada perkuliahan praktikum CAD, mahasiswa perlu diberi pengetahuan

tentang finite element analysis menggunakan software analisis sejenis

lainnya. Hal ini cukup penting untuk perancangan sebuah alat atau

komponen, dan

5. Gunakan software Inventor 2019 atau software FEM sejenis yang berlisensi

resmi.

73

DAFTAR PUSTAKA

Adkine , A., dan Kathavate , V. 2015. DESIGN AND ANALYSIS OF ENGINE

MOUNTING BRACKET USING ANSYS TOOL . International Journal

of Innovation in Engineering, Research and Technology [IJIERT]. 5 (2394)

:1-6.

Amelia, S. D. 2011. PERANCANGAN DAN SIMULASI DTFC UNTUK MOTOR

PMSM PENGGERAK MOTOR LISTRIK.

Arif, Z. 2014. MEKANIKA KEKUATAN MATERIAL. Fakultas Teknik Jurusan

Teknik Mesin Universitas Samudra Langsa.

Asroni. 2015. Stress Analysis pada Stand Shock Absorbers Sepeda Motor dengan

Menggunakan Software Inventor 2015. Turbo 4 (1):23-27.

Bharat, P. S., Barve, S., Thorat, S., & Mujumdar, S. 2014. Design and Analysis of

Anti-vibration mount for G+3 Elevator. International Journal of Current

Engineering and Technology. ISSN (2277) 103:108.

Dhamoji, dan Angadi. 2016. STRENGTH AND STIFFNESS ANALYSIS OF AN

ENGINE BRACKET. International Journal For Technological Research

In Engineering. ISSN 3 (2347):2637-2641.

Dhillon Javir, et. all. 2014. Design of Engine Mount Bracket for a FSAE Car Using

Finite Element Analysis. International Journal of Engineering Research

and Applications, 4 (9):74-81.

74

Dr.Yadavalli Basavaraj, M. 2013. Design Optimization of Automotive Engine

Mount System . International Journal of Engineering Science Invention,

48-53.

Fauzi, H. 2013. ANALISIS TEGANGAN PADA FRAME MOBIL LISTRIK SINOSI

MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA . Jember: FAKULTAS

TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER .

Sato. Takeshi, dan Hartanto. 1986. MENGGAMBAR MESIN MENURUT

STANDAR ISO. Jakarta: PT. PRADNYA PARAMITA.

Ghafil, H. N. 2016. Vibration Analysis of a Generator Anti-Vibration Rubber

Mounts . Journal of Computer Science & Computational Mathematics, Vol

6.

Hutton, D. V. 2004. Fundamentals of Finite Element Analysis. New York:

McGraw-Hill.

Kulkarni S S, J. T. 2017. Design and Optimization of the Mounting System for a

Low Horse Power (20 kVA) Genset . International Engineering Research

Journal , 1150-1153.

Monali dan Sontake. 2014. Analysis and Optimization of Engine Mounting Bracket

. International Journal of Scientific Engineering and Research (IJSER) , vol

3 (2347-3878).

Jadhav dan Ramakrisna. 2014. Finite Element Analysis of Engine Mount Bracket .

International Journal of Advancement in Engineering Technology,

Management & Applied Science.

75

Patel Sanket Bharat, S. B. 2014. Design and Analysis of Anti-vibration mount for

G+3 Elevator. International Journal of Current Engineering and

Technology.

Khurmi, dan Gupta. 2005. Machine Design. New Delhi: Eurasia Publishing House

(PVT.) LTD.

Raoofy., et. all. 2018. Vibration Control of an automotive engine using active

mounts. Iranian Society of Engine (ISE) Vol 30:03-14

Sahil Naghate, S. P. 2012. Modal Analysis of Engine Mounting Bracket Using FEA

. International Journal of Engineering Research and Applications, 1973-

1979.

Sanket Vinchurkar, P. P. 2016. A Review on Optimization of Engine Mounting

Bracket . International Journal of Engineering Trends and Technology

(IJETT).

Sholikin, & Carolus Bintoro. 2015. Penerapan Reverse Engineering pada Analisa

Tegangan Bracket Engine Mounting.

Souisa, M. 2011. Analisa Modulus Elastisitas dan Angka Poisson Bahan dengan

Uji Tarik. Jurnal Barekeng, Vol. 5, 9-14.

Sugiyono. 2012. Metode Penelitian Kuantitatif dan R&D. Bandung: Alfabeta.

Taufik Hidayat, P. H. 2012. ANALISA PENGARUH SUHU PADA MEDIA

PENDINGIN TERHADAP SIFAT MEKANIS (KEKERASAN) BAJA

S45C PADA PROSES HARDENING . Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Islam Malang .

REDESIGN BRACKET MOTOR BUS LISTRIK MD255 XE2 PT....

Documents

Transcript of REDESIGN BRACKET MOTOR BUS LISTRIK MD255 XE2 PT....