ANALISIS TEGANGAN STATIK PADA RANGKA SEPEDA MOTOR JENIS MATIC MENGGUNAKAN SOFTWARE CATIA P3 V5R14
Dr. Sri Poernomo Sari, ST., MT *), Puguh Santoso **) *)
Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma
**)
Alumni Teknik Mesin Universitas Gunadarma
Abtraksi Rangka atau chassis adalah bagian komponen terpenting dari semua kendaraan yang berfungsi sebagai penopang berat kendaraan, mesin serta penumpang dikarenakan kegunaan Sepeda Motor yang diperuntukan sebagai alat transportasi menjadi alat pengangkut, dalam hal ini rangka motor matic. Maka untuk itu dilakukan analisis tepatnya pada bagian dudukan penumpang. Untuk analisis beban statis dan konsep analisis dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Catia P3 V5R14, dengan perbandingan pembebanan dua penumpang dan satu penumpang. Tujuannya untuk mengetahui deformasi yang terjadi serta daerah kritis dari masing-masing jenis dudukan dan vector peralihannya. Setelah proses analisis dilakukan maka didapatkan tegangan Von Mises maksimum sebesar 3,915 x 108 N/m2 untuk rangka dudukan 2 penumpang dan 3.553 x 108 N/m2 untuk rangka dudukan 2 penumpang yang telah dimodifikasi, juga didapatkan vektor peralihan sebesar 1,075 x 10-2 m untuk rangka dudukan 2 pengemudi dan 8,972 x 10-3 m untuk rangka dudukan2 pengemudi yang sudah dimodifikasi Kata Kunci: Rangka, Analisis Pembebanan, CATIA V5
I.
mengetahui
Pendahuluan Rangka
maksimum yang
beban
pembebanan tersebut. Di lakukan analisa
penumpang serta muatan yang menerima
terhadap jenis rangka tersebut dengan
gaya, Gaya yang diterima dipengaruhi juga
mengunakan program Catia V5 lisence
oleh kondisi permukaan jalan yang dilalui
Universitas
rata, dan berlubang serta pada saat
Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah
berbelok. Karena faktor kondisi jalan, maka
menganalisa
akan mengakibatkan timbulnya deformasi
pembebanan
dan tegangan terdistribusi pada rangka
membandingkannya dari aspek deformasi
dudukan
dan
sebagai
penumpang
sepedah
tegangan
motor
dirancang
pada
besarnya
penopang
tersebut.
Untuk
terjadi pada setiap
Gunadarma
tegangan
6AE2C3DA.
rancangan
2
jenis dengan
yang
terjadi
untuk
mengetahui kelebihan dari kemampuan
terbuat dari bahan fiber. Dapat dilihat
untuk menerima beban, dan lendutan
pada sepedah motor buatan jepang yang
(displasment).
terdiri dari 2 substruktur yaitu : body (fiber),chasis. Chasis berfungsi sebagai
II
penopang dari mesin, transmisi, power
Landasan Teori
2.1
Sejarah Singkat Perkembanggan
yang berhubungan dengan chasis
Chasis Pada struktur
train, suspensi, dan berbagai aksesoris
masa
kendaraan
lampau,
desain
didasarkan
pada
pengalaman, uji coba laboratorium yang
2.3 Honda
intensif, dan akhirnya pembuktian dari hasil tes
jalan
dan
perkembangan
Sejarh singkat Sepedah motor Honda So’ichiro, 17 November
yang
1906–5 Agustus 1991) adalah seorang
berkesinambungan. Metode analisis yang
industrialis jepang yang dilahirkan di
telah ada terlalu sulit untuk diterapkan
Hamamatsu, Shizuoka, Jepang. Pada
pada analisis struktur kendaran, meskipun
1948 Honda memulai produksi sepeda
dapat
motor
diterapkan
untuk
menganalisis
sebagai
presiden
Honda
sebuah struktur yang rumit sekalipun. Hal
Corporation.
pertama yang sangat diperhatikan adalah
perusahaan tersebut menjadi sebuah
dari segi faktor keamanan dan kemudian
perusahaan
dari segi pengurangan berat kendaraan
milyaran
untuk memenuhi nilai ekonomis yang lebih
motor terlaris di dunia. Honda tetap
baik. Faktor pengamanan tidak cukup
menjabat presiden perusahaan hingga
untuk
dari
dia pensiun pada 1973, kemudian tinggal
kendaraan-kendaraan
sebagai direktur dan diangkat sebagai
baru. Oleh sebab itu karena semakin
"penasehat tertinggi" pada 1983. Setelah
majunya teknologi, maka perancangan
pensiun
kendaraan
dengan
dengan pekerjaan yang berhubungan
bantuan sistem komputer. Dengan bantuan
dengan Yayasan Honda. Dia meninggal
komputer bisa didapat hasil yang cukup
pada 1991 karena gagal lever
memenuhi
perkembangan
akurat
dan
menentukn
dapat
dapat faktor
segala
kriteria
dilakukan
membantu keamanan
Honda
mengubah
multinasional
yang
Honda
memproduksi
menyibukkan
berharga sepeda
dirinya
dalam dari
kendaraan.
2.4
Tipe
Rangka
(Frame)
Kendaraan bermotor Salah satu bagian penting dari
2.2
Stuktur Motor Modern Saat ini struktur sepedah motor
terdiri dari susunan lembaran baja-baja ringan serta bagian-bagian body yang
sebuah kendaran bermotor adalah rangka (frame). Rangka dapat berfungsi statik sebagai penguat struktur dan tempat menambatkan
bermacam–macam
komponen
lain
sebuah
pembebanan yang dinyatakan oleh gaya
kendaraan bermotor dan berfungsi dinamik
dan dibagi oleh luas ditempat gaya
yang
tersebut
dapat
yang
ada
membuat
di
pengendalian
bekerja.
Tegangan
ada
kendraan bemotor menjadi stabil, handling
bermacam – macam sesuai dengan
yang baik dan kenyamanan berkendara.
pembebanan yang diberikan. Komponen
Namun begitu, umumnya rangka (frame)
tegangan pada sudut yang tegak lurus
dapat dipisahkan menjadi tiga jenis utama
pada bidang ditempat bekerjanya gaya
yaitu :
disebut
tegangan
langsung.
Pada
1. Double Cradle / Deltabox
pembebanan tarik akan terjadi tegangan
2. Backbone
tarik maka pada beban tekan akan terjadi
3. monocoque
tegangan tekan
2.2 Teori Elastisitas. Teori membantu
elastisitas kita
dalam
telah
banyak
2.6
memahami
Regangan Regangan adalah suatu bentuk
pengertian metode elemen hingga. Konsep
tanpa
elastisitas yang diterapkan menggunakan
perubahan bentuk. Biasanya dinyatakan
koordinat Cartesian.
dalam persentasi atau tidak dengan
kalau
dimensi
untuk
Setiap bahan akan berubah bentuk
persentasi.
mengalami
menunjukkan apakah
pembebanan,
dan
menyatakan
Besarnya
regangan
bahan
tersebut
regangan yang timbul dapat diukur. Bila
mampu
setelah pembebanan dihilangkan, bahan
sebelum patah. Makin besar regangan
tersebut kembali ke bentuk asalnya, maka
suatu bahan maka bahan itu makin
kejadian tersebut disebut elastik atau
mudah dibentuk.
menahan
perubahan
bentuk
kenyal. Suatu beban batas dimana beban yang menyebabkan adanya regangan sisa setelah
beban
ditentukan.
dihilangkan
Besarnya
dapat
tegangan
akibat
beban tersebut disebut batas elastik
2.7
Metode Elemen Hingga. Metode Elemen Hingga adalah
metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis dari suatu gejala
2.5
Tegangan Apabila sebuah batang atau plat
dibebani suatu gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan arah yang berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang
batang
tersebut
.
Jadi
tegangan adalah suatu ukuran intensitas
phisis
dengan
ketelitian
yang
dapat
diterima oleh rekayasawan. Tipe masalah teknis dan matematis phisis yang dapat diselesaikan
dengan
metode
elemen
hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa struktur dan kelompok masalah-masalah non struktur.
2.8
perubahan bentuk yang relatif kecil dan
Teori Elastisitas. Teori
membantu
elastisitas kita
telah
dalam
banyak
menurut teori mekanis dapat diabaikan.
memahami
Meskipun
demikian
tanpa
pengertian metode elemen hingga. Konsep
mempelajari
elastisitas yang diterapkan menggunakan
(deformasi) tersebut, akan sulit untuk
koordinat Cartesian.
menyelesaikan masalah yang penting,
perubahan
bentuk
Setiap bahan akan berubah bentuk
yaitu dalam kondisi kapan kegagalan atau
mengalami
dan
kerusakan dari susunan konstruksi akan
regangan yang timbul dapat diukur. Bila
terjadi atau dapat pula kapan kondisi
setelah pembebanan dihilangkan, bahan
yang
tersebut kembali ke bentuk asalnya, maka
dirancang. Harga batas deformasi yang
kejadian tersebut disebut elastik atau
terjadi
kenyal. Suatu beban batas dimana beban
perbandingan untuk ukuran atau dimensi
yang menyebabkan adanya regangan sisa
dari konstruksi tersebut. Kemampuan
setelah
dapat
suatu konstruksi atau elemen bangunan
akibat
untuk
kalau
beban
ditentukan.
pembebanan,
dihilangkan
Besarnya
tegangan
beban tersebut disebut batas elastik
aman
konstruksi
dapat
bertahan
dipakai
yang sebagai
terhadap
perubahan
bentuknya adalah sangat penting atau sangat
diperlukan.
Kemampuan
ini
disebut kekakuan atau stiffness.
2.9 Deformasi Semua
dari
struktur
bila
mendapat
beban luar akan berubah sedikit dari
2.10
bentuk awalnya, baik berubah bentuk
Teori Von Misses Von mises (1913) menyatakan
maupun ukurannya atau berdeformasi.
bahwa
Bertambahnya ukuran dari sebuah struktur
tegangan normal itu tidak tergantung dari
disebut
elongasi,
orientasi atau sudut θ (invarian) kedua
disebut
deviator tegangan J2 melampaui harga
perpanjangan
sedangkan
atau
sebaliknya
akan
terjadi
luluh
bilamana
kritis tertentu. Kriteria luluh von mises
pemendekan atau konstraksi. Pada struktur yang mendapatkan
mengisyaratkan
bahwa
luluh
tidak
deformasi yang normal dari masing-masing
tergantung pada tegangan normal atau
elemennya yang berada pada sifat elastis,
tegangan
maka kondisi tersebut disebut kondisi
tergantung
kekakuan (condition of rigidity).
tegangan geser utama
Perubahan
bentuk
yang
geser dari
tertentu, fungsi
melainkan
ketiga
harga
kecil
sudah tentu dihasilkan oleh beban kerja
2.11
Proses Desain Sering
yang normal (tanpa kejutan). Tapi dalam
terdengar
mengenai
keseimbangan dan gerak, struktur dari
‘mendesain suatu sistem’. Melului sistem
suatu konstruksi tidak dipengaruhi oleh
bisa
diketahui
semua
kombinasi
perangkat keras, informasi dan pihak-pihak
lunak CATIA V5. Podusen otomotif dan
yang dibutuhkan pada tugas yang spesifik.
pertambangan gas alam menggunakan
Sistem yang besar biasanya tebagi lagi
CATIA V5 tidak hanya untuk pemodelan
menjadi
dan analisa, tetapi proses simulasi dari
beberapa
sub-sistem
hingga
sampai pada komponen-komponennya.
produk maupun sistem aliran fluida yang dihasilkan
dapat
dilakukan
pada
perangkat lunak CATIA.
2.12
III. Data dan Sfesifikasi
Kemajuan Komputer Komputer merupakan barang yang
sangat
menarik
karena
kita
dapat
mempercayainya. Akan tetapi ada hal-hal yang berbahaya didalam analisis. Kita tidak dapat meyakini besaran-besaran material. Kesalahan pelaksanaan, dan kekakuan hubungan maupun pengakunya. Bebanbeban biasanya mempunyai besar dan distribusi yang tak tertentu, sedangkan dalam
analisis
melakukan
biasanya
untuk
kita
beberapa
hanya kasus
pembebanan. Bisa saja terjadi bahwa struktur
yang
ternyata
ingin
tidak
kita
sesuai
gunakan dengan
itu
yang
diharapkan. Ketidaktentuan ini membuat kita untuk memandang lebih jauh hasilhasil perhitungan dengan ada pertanyaan mengenai
haruskah
membuat
analisis
yang sangat “eksak”. Sekalipun demikian, analisisnya sehingga
tidak dapat
boleh
terlalu
menimbulkan
kasar banyak
keraguan. Kini banyak perusahaan yang bergerak
dibidang
industri,
khususnya
industri otomotif serta pertambangan Gas Alam
banyak menggunakan perangkat
3.1 Data dan Spesifikasi Pegas DATA SPESIFIKASI Panjang X 1.897 x 680 x : lebar X tinggi 1.083 mm Jarak sumbu : 1.273 mm roda Jarak terendah ke : 132.5 mm tanah Berat kosong : 99 kg (tipe CW) Tipe rangka : Tulang Punggung Tipe suspensi : Teleskopik depan Lengan ayun Tipe suspensi : dengan sokbreker belakang tunggal 80/90 - 14 M/C Ukuran ban : 40P depan 90/90 - 14 M/C Ukuran ban : 46P belakang Tipe cakram Rem depan : hidrolik dengan piston ganda Rem : Tromol belakang Kapasitas tangki bahan : 3,6 Liter bakar Tipe mesin : 4 Langkah, SOHC 50,0 mm x 55,0 Diameter x : mm langkah Volume : 108 cc langkah
Perbandingan : 10,7 : 1 kompresi 8,99 PS / 8000 Daya : rpm maksimum 0,86 kgf.m / 6.500 Torsi : RPM maksimum Kapasitas 0,7 Liter pada minyak : penggantian pelumas periodik mesin Otomatis Kopling : sentrifugal, tipe Otomatis kering Gigi transmsi : Otomatis, V-Matic 3.2
3.3 Analisis beban statis pada
Rangka motor Matic Vario tipe CW
Material Yang Digunakan
3.2.1 Material Rangka Matic
Element Weight % C
0.43-0.50
Mn
0.30-0.60
P
0.04 (max)
S
0.05 (max)
Tabel 3.4 Karakteristik material Carbon Steel AISI 1044 MATERIAL
STEEL PLATE HOT COIL
Gambar 3.3 Analisis beban statis pada rangka dudukan.
Modulus Young
2.1e+011 N_m2
Poisson Ratio
0.28
Density
7700 kg_m3
Thermal Expansion
1.17e-005_Kdeg
dudukan
Yield Strenght
6.204e+008N_m2
pembebanan 115,5 kg
3.3.1 Hasil Analisa Pada rangka penumpang
Dalam
Standart
melakukan
analisa
dengan metoda Finite Elemen Metode (FEM), terlebih dahulu ditentukan aplikasi penggunaan perangkat lunak yang akan digunakan,
perangkat
lunak
yang
digunakan Catia V5, kriteria pembebanan
struktur tersebut mampu menahan beban
dan jenis material yang akan digunakan.
yang diberikan
Analisa
¾
perbandingan
yang
dilakukan
yang
yang
pembebanan
adalah pada rangka dudukan penumpang Permasalahan
Peralihan
pada
terjadi pegas
akibat daun
ditunjukkan pada Gambar dibawah ini:
dianalisa
adalah untuk membandingkan beban yang diberikan dengan berpenumpang satu dan berpenumpang dua. ¾ Tegangan
yang
pembebanan
pada
terjadi
akibat
rangka
dudukan
penumpang bisa dilihat pada gambar dibawah ini: Gambar 3.2 Peralihan yang terjadi pada rangka standart dudukan penumpang pembebanan 115,5 kg
3.3.2 Hasil Analisa Pada rangka dudukan
penumpang
Standart
pembebanan 115,5 kg ¾
Tegangan
yang
terjadi
akibat
pembebanan pada pegas daun seperti Gambar dibawah ini: Gambar 3.1 Tegangan yang terjadi pada rangka standart dudukan penumpang dengan pembebanan 115,5 kg Hasil tegangan (von mises stress) maksimum
ditunjukkan
dengan
warna
merah sebesar 3.915 x 108 N/m2 dan tegangan (von mises stress) minimum ditunjukkan dengan warna biru sebesar 3.263 x 107 N/m2 dengan beban yang diberikan
pada
pegas
daun.
Maka
berdasarkan tegangan luluh dari material yang
digunakan
yaitu 8
Carbon
Steel
Gambar 3.3 Tegangan yang terjadi pada rangka modifikasi dudukan penumpang dengan pembebanan 115,5 kg
2
sebesar 6.204 x 10 N/m dapat dipastikan
Hasil
tegangan
(von
mises
stress)
maksimum ditunjukkan dengan warna
tegangan (von mises stress) minimum ditunjukkan dengan warna biru sebesar
Peralihan Vektor (m)
merah sebesar 3.55. x 108 N/m2 dan 0.011 0.01 0.009 0.008
0.01075 0.008972
diberikan
pada
pegas
daun.
2 Penump ang
2.961 x 107 N/m2 dengan beban yang Maka
berdasarkan tegangan luluh dari material
Jenis Dudukan rangka
yang digunakan AISI 1044 sebesar 6.204 x Peralihan Vektor Maksimum
108 N/m2 dapat dipastikan struktur tersebut mampu menahan beban yang diberikan. Peralihan pembebanan
yang pada
terjadi pegas
akibat daun
Tegangan (N/m2)
ditunjukkan pada Gambar dibawah ini:
Gambar 3.6 Grafik peralihan vektor maksimum dari chassis standart motor matic tipe CW pada dudukan dengan 2 pengemudi 3.4 3.2 3 2.8
3.263 2.961 2 penump ang
¾
Jenis Dudukan Rangka
Te gangan minimum (e +007)
Gambar 3.7
Grafik tegangan minimum
Gambar 3.4 Peralihan yang terjadi pada
von mises dari chassis motor matic tipe
rangka modifikasi dudukan penumpang
CW pada dudukan dengan 2 pengemudi
4 3.8 3.6 3.4 3.2
3.915 3.553 2 Penumpa ng
Tegangan (N/m2)
pembebanan 115,5 kg
Jenis dudukan rangka
Tegangan Maksimum (e+008)
Gambar 3.5 Grafik tegangan maksimum von mises dari chassis standart motor matic tipe CW pada dudukan dengan 2 pengemudi
Gambar
3.8
Grafik
perbandingan
tegangan maksimum von mises dengan pembebanan 2 penumpang
3.5 Menghitung Faktor Keamanan
3.5.1 Perhitungan rangka standart
haruslah lebih besar dari pada 1,0 jika
Ditinjau dari faktor keamanan pada
harus dihindari kegagalan. Bergantung
material yang digunakan struktur rangka
pada keadaan, maka faktor keamanan
haruslah lebih besar dari pada 1,0 jika
yang harganya sedikit diatas 1,0 hingga
harus dihindari kegagalan. Bergantung
10 yang dipergunakan. Faktor keamanan
pada keadaan, maka faktor keamanan
yang digunakan pada rangka dihitung
yang harganya sedikit diatas 1,0 hingga 10
berdasarkan
yang
keamanan
luluh pada material yang digunakan
yang digunakan pada rangka dihitung
dengan tegangan von mises maksimum
berdasarkan perbandingan tegangan luluh
seperti dibawah ini.
dipergunakan.
Faktor
perbandingan
tegangan
pada material yang digunakan dengan tegangan von mises maksimum seperti dibawah ini.
Factor of safety: η = Sy / σe η = 6.204 x 108 N/m2 / 3.553 x 108 N/m2.
Sy Factor of Safety ( η ) =
-------
η = 1.746
σe
V PENUTUP dimana:
Berdasarkan
Sy = Tegangan luluh material
analisis
komputer
menggunakan perangkat lunak CATIA V5
σe = Tegangan Von mises maksi mum pengujian ¾
hasil
pada setiap rangka dudukan penumpang maupun Pembawaan beban, diperoleh
faktor keamanan dari rangka motor
kesimpulan sebagai berikut:
matic, material yang digunakan adalah
Rangka dudukan 2 penumpang sepeda
Carbon Steel dengan tegangan luluh
motor jenis matic. Dari hasil analisis
6.204 x 108 N/m2
beban statis dengan perangkat lunak CATIA
V5
diperoleh
maksimum Von Mises : 3.915 x 108 N/m2
Factor of safety:
Serta
η = Sy / σe
Translasi
vektor
maksimum : 1,075 x 10 m
η = 1.585
Rangka
2
8
2
peralihan
-2
η = 6.204 x 10 N/m / 3.915 x 10 N/m .
8
Tegangan
dudukan
2
penumpang
(modifikasi) sepeda motor jenis matic. 3.5.2 Perhitungan rangka Modifikasi Ditinjau dari faktor keamanan pada material yang digunakan struktur rangka
Tegangan maksimum Von Mises : 2,5 x 108 N/m2 Dan juga Translasi vektor peralihan maksimum : 8,972 x 10-3 m
DAFTAR PUSTAKA [1]. Situs internet : [a]. http://www.efunda.co.id 15 08 2009 [b]. http://google.co.id
15 08 2009
[c]. http://en.wikipedia.org/wiki/Stressstrain_curve [2].
Foale,
15 08 2009 Tony
And
Willoughby,
Vic.,Motor Cycle Chassis Design : The Theory And Practice, Osprey Publishing Limited.,London.,1984. [3].
Sucahyo, Teknik,
Bagyo tiga
Drs,
serangkai
Mekanika pustaka
mandiri, solo, 1996 [4] Robert, D. C, Konsep Dan Aplikasi Metode Elemen Hingga, (terjemahan) Refika Aditama, Bandung, 1998 [5] Smith, M.J. Bahan Konstruksi dan truktur Teknik, Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta, 1985. [6] Jensen, A. And Chenoweth, harry H., Applied Strenghth of Material,fourth edition., McGraw-Hill inc., 1983.
