BUKU AJAR 2008
LOGO UNNES
CHASIS DAN PEMINDAH DAYA JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNNES 2008
BUKU AJAR 2008
LOGO UNNES
CHASIS DAN PEMINDAH DAYA Penulis SUPRAPTONO SUWAHYO
Penyunting …………………
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNNES 2008
KATA PENGANTAR Alhamdulillahirobbil’alamin, penyusunan buku ajar dengan topik Chasis dan Pemindah daya ini telah selesai. Penulisan buku ajar ini diharapkan dapat membantu pembelajaran otomotive tentang chasis dan pemindah daya.
Chasis yang dalam hal ini, adalah merupakan bgian dari suatu mobil yang tertinggal apabila body mobil tersebut diangkat. Dengan demikian, yang dimaksud dengan chasis merupakan bangun peralatan yang berupa kelengkapan sebagai kenyamanan berkendara, dan juga merupakan unsurunsur yang memberikan tempat kedudukan pengendara, pengarah lajunya kendaraan, penahan kejut dari berbagai arah, pengendali kecepatan, dan memperlambat laju jalannya berkendara, maupun pemberhenti saat diperlukan.
Buku ini berisikan petunjuk praktis sebagai pengantar teori dasar menuju pengungkapan kemampuan praktek. Teori praktis yang berisikan dasardasar pengertian definisi suatu perlengkapan mobil beserta fungsi dan kegunaannya. Buku ini juga memuat teknik analisa daya dan uraian gaya yang yang terjadi saat mobil dalam suatu posisi tertentu.
Namun demikian, untuk pengembangan pengetahuan otomotive perlu didukung dengan kajian berdasar literature lain dan pengalaman bidang praktek untuk menuju tingkat mahir.
Semarang,
Juli 2008
Penyusun
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL HALAMAN FRANCIS KATA PENGANTAR DAFTAR ISI PETA KOMPETENSI
BAB I
PENDAHULUAN A. Deskripsi B. Prasyarat C. Petunjuk Belajar D. Kompetensi dan Indikator
BAB II
KEGIATAN BELAJAR 1 A. Kompetensi dan Indikator B. Uraian Materi C. Latihan D. Lembar kegiatan Mahasiswa E. Rangkuman F. Tes Formatif
BAB III
Kegiatan Belajar 2 A. Kompetensi dan Indikator B. Uraian Materi C. Latihan D. Lembar Kegiatan Mahasiswa E. Rangkuman F. Tes Formatif
DAFTAR PUSTAKA KUNCI JAWABAN TES FORMATIF
PETA KOMPETENSI
(disusun oleh panitya)
BAB I PENDAHULUAN
A. Deskripsi Mata Kuliah Chasis dan pemindah daya diberikan kepada mahasiswa agar peserta kuliah dapat menguasai tentang dasar-dasar pengertian yang berkaitan dengan chasis, body, dan sistem pemindah daya beserta fungsi dan kegunaannya pada bidang otomotive, yang meliputi kopling (clutch), transmisi, propeller dan garden beserta poros roda belakang, steering system sebagai pengarah jalannya kendaraan, system rem sebagai memperlambat dan memberhentikan lajunya kendaraan, dan sistem pemegasan sebagai penahan kejut goncangan, yang menyebabkan kenyamanan berkendara, beserta analisis uraian gaya yang terjadi pada chasis dan pemindah daya.
B. Prasyarat Untuk mendukung pembelajaran yang berkaitan dengan uraian gaya dan daya disarankan mahasiswa telah mempelajri ilmu pengetahuan yang mempelajari ilmu mekanika, kinematika, dan dinamika. Hal ini untuk mempermudah dalam penghayatan dan pengembangan kajian teoritis chasis dan pemindah daya. Adapun dalam kemampuan praktis hendaknya didukung dengan kegiatan praktek dan workshop dalam bidang chasis dan pemindah daya.
C. Petunjuk Belajar Untuk mempelajari chasis dan pemindah daya disarankan membaca dan mempelajari literature lain yang berkompeten dengan ilmu pengetahuan ini. Buku Toyota Astra Step I dapat digunakan sebagai acuan dalam pengayaan materi.
D. Kompetensi dan Indikator
Indikator/Bab/Topik/Pertemuan. No.
Indikator
1
Dapat mengetahui prinsip dasar cara kerja kopling sebagai pemindah daya
2
Dapat membedakan prinsip kerja dari berbagai macam bentuk dan jenis transmisi beserta anlisa daya/gaya yang ada
3
Analisis komponen perpindahan putaran dan daya dari mesin ke rodaroda
4
Dapat menyebutkan system pengarah jalannya kendaraan
5
Dapat menyebutkan kegunaan system pengereman
Bab/Topik
Materi
Kopling/clutch 1. Pengertian kopling 2. Fungsi dan guna kopling 3. Bagian-bagian kopling dan macamnya 4. Cara kerja kopling Transmisi 1. Desain tarnsmisi 2. Macam transmisi yang ada 3. Bagian-bagian utama transmisi 4. Fungsi dan guna transmisi 5. Analisagaya/daya Propeller dan 1. Pengenalan gardan propeller dan gardan 2. Fungsi dan guna propeller dan gardan 3. Prinsip kerja defferensial carier berserta komponen roda giginya 4. Analisa daya dan gaya yang ada Sistem 1. Fungsi dan guna steering system steering 2. Desain dan komponennya 3. Prinsip kerja dan analisa gaya Sistem rem 1. Komponen rem 2. Macam jenis rem 3. Analisa gaya
Jml Pertemuan 2 X 50 menit X 2
2 X 50 menit X 2
2 X 50 menit X 2
2 X 50 menit X 2
2 X 50 menit X 2
6
Dapat mengetahui macam komponen system pemegasan dengan teknik peredam kejut
12
Dapat menyebutkan macam-macam teknik analisa daya dan gaya
Pemegasan
1. Macam goncangan yang terjadi 2. Komponen system pemegasan pada mobil 3. Sockabsorber 4. Macam-macam pegas 5. Analisa gaya Uraian analisis 1. Daya dan gaya daya dan gaya 2. Macam gaya yang ada pa 3. Perhitungan dan da komponen uraian gaya chasis dan pe 4. Keselamatan mindah daya kerja
2 X 50 menit X 2
2 X 50 menit X 2
BAB II KEGIATAN BELAJAR 1
A. Kompetensi dan Indikator Setelah mempelajari materi ini mahasiswa dapat mengetahui prinsip dasar cara kerja tentang dasar-dasar pengertian yang berkaitan dengan chasis, body, dan system pemindah daya beserta fungsi dan kegunaannya pada bidang otomotive, yang meliputi kopling (clutch), transmisi, propeller dan garden beserta poros roda belakang, steering system sebagai pengarah jalannya kendaraan, system rem sebagai memperlambat dan memberhentikan lajunya kendaraan, dan system pemegasan sebagai penahan kejut goncangan, yang menyebabkan kenyamanan berkendara, beserta analisa uraian gayanya.
B. Uraian Materi
1. KOPLING Kopling adalah bagian dari transmisi, dengan kopling motor dapat dihubungkan kepada poros roda yang digerakkan atau hubungan motor dapat dilepaskan dari poros roda yang digerakkan. Dengan demikian kopling atau biasa disebut juga dengan clutch adalah berfungsi untuk melepas dan menghubungkan putaran dan daya motor dari fly wheel/roda gaya/roda gila/roda gendeng ke bak transmisi. Saat kopling bekerja berarti melepas/membebaskan putaran dan daya motor ke bak transmisi. Artinya, dengan menekan injakan kopling maka antara putaran dan daya motor pada fly wheel tidak berhubungan/terlepas dengan bak transmisi (gearbox), demikian sebaliknya. Kopling terletak antara motor sebagai pembangkit tenaga dan bak gigi transmisi. Kopling dilayani dengan injakan kopling atau pedal kopling yang berada dalam kabin. Secara garis besar, kopling terdiri dari dua bagian dengan salh satu bagian dipasangkan pada poros engkol (fly wheel) dan bagian lain di pasangkan pada poros utama dari bak transmisi. (input shaft). Kopling itu dipasang pada
Gambar 1 Kopling
mobil untuk membuat hubungan atau untuk melepas hubungan antara motor dan poros roda yang digerakkan. Fungsi kopling untuk menghaluskan adanya pemindahan daya dan gaya motor melalui fly wheel menuju input shaft melalui plat penekan, dengan cara menghilangkan hentakan yang terjadi pada dua benda yang bergesekan pada suatu kecepatan tertentu. Kopling digunakan untuk tiga kemungkinan, yaitu: (1) untuk saat mengganti gigi, (2) un tuk memungkinkan berjalan tenang waktu jalan menurun, dan (3) untuk membiarkan motor berjalan/mesin tetap hidup, saat kendaraan sedang berhenti. Bagian kopling yang dipasang pada poros engkol motor dinamakan bagian yang menggerakkan, bagian ini terdiri roda gaya dan plat penekan. Bagian yang ke dua yang dipasang pada poros utama dari bak gigi transmisi dinamakan plat kopling (disck clutch). Pelat kopling dipasang sedemikian rupa sehingga pelat tersebut dapat berputar bersama poros utama, akan tetapi dapat pula bergesar bebas sepanjang poros utama tersebut sepanjang rusuk-alurnya. Posisi pelat kopling, berada antara pelat penekan dengan permukaan roda gaya. Pelat penekan dipasang pada roda gaya dalam tutup kopling, dengan dilengkapi beberapa pegas penjepit pelat kopling, yang dapat dikendalikan dengan menggunakan tuas pelepas, yang terhubung dengan pedal kopling. Komponen kopling dapat dilihat pada gambar (1).
2. TRANSMISI Bak gigi transmisi adalah bagian dari perlengkapan pemindah daya, yang berisikan rangkaian gigi transmisi dengan ikatan beberapa tingkatan. Biasanya terdiri atas 4 tingkat gigi posisi maju dan satu tingkat posisi gigi mundur. Komposisi rangkaian gigi transmisi memberi kemungkinan untuk menyesuaikan jumlah putaran motor dengan laju kendaraan. Rangkaian ikatan gigi dapat diatur dengan menggunakan tuas gigi (shift fork) yang terpasang pada floor (lantai) atau batang kemudi. Apabila dua buah roda gigi transmisi berhubungan, kecepatan putar dari pasangan roda gigi sebagai jumlah putaran berbanding terbalik dengan ukuran garis tengahnya. Jadi perbandingan putaran dan daya yang ada merupakan
perbandingan gigi kecepatan dari roda gigi yang menggerakkan terhadap jumlah dan kecepatan dari roda gigi yang digerakkan. Macam hubungan rangakaian gigi dapat dilihat pada gambar (2).
Gambar 2. Bak Transmisi Keterangan: 1. Bak transmisi 2. Input shaft (dari motor) 3. Output shaft (ke propeller)
Macam-macam transmisi yang pernah dan digunakan adalah sliding mesh, constand mesh, syinchromesh, dan transmisi otomatis/planetary gear. Fungsi bak gigi transmisi sebagai pengatur tingkat laju kendaraan, dengan cara mengkaitkan susunan rangkaian gigi sesuai dengan tingkat kecepatannya. Gunanya untuk mengatur rangkaian gigi yang terkait dan mengatur posisi netral saat mobil berhenti dalam kondisi mesin hidup.
3. PROPELLER DAN GARDAN Berbagai macam posisi system penggerak terhadap mesin dan roda, yaitu (1) mesin di depan penggerak roda belakang yang disebut front engine rear drive, (2) mesin di depan penggerak roda depan yang disebut front engine front drive, dan (3) system penggerak empat roda yang disebut four wheeldrive. Tenaga yang dibangkitkan oleh motor harus dapat dipindahkan ke roda jalan. Propeller digunakan sebagai penghubung putaran dan daya dari transmisi ke roda-roda dengan posisi mesin di depan penggerak roda belakang. Untuk dapat mengatasi dinamika kondisi jalan, maka pada propeller dilengkapi dengan satu atau dua sambungan yang bersifat fleksibel yang di kenal cross joint dan kopling geser (gambar 3). Poros gardan atau disebut juga propeller, dihubungkan ke kopling universal yang dikenal sebagai cross joint dengan menggunakan kopling geser, karena jarak antara bak gigi transmisi dengan poros roda belakang, dapat berubah sedikit dalam perjalanan yang disebabkan adanya kondisi jalan. Kopling geser berfungsi untuk mengatasi dan menerima gerakan aksial, dan kopling universal berguna untuk menerima fleksibilitas goncangan naik-turun dan geser kanan-kiri. Ujung propeller menyiku terhadap poros gardan roda belakang, sehingga diperlukan suatu alat untuk memindahkan tenaga dan putaran dari poros garden ke poros roda belakang, dan alat tersebut merupakan suatu rangkaian roda gigi yang berada dalam rumah diferensial (defferential carrier), yang disebut roda gigi diferensial. Rangkaian yang demikian berada dalam housing (gardan). Roda gigi pinion yang terdapat pada ujung propeller shaft menagkap sebuah roda gigi cerona yang lebih besar dari pada roda gigi pinion tersebut, hal ini dapat memungkinkan: (1) penggerakan menyiku yang dibutuhkan antara propeller dan poros roda belakang, dan (2) pengurangan kecepatan (4 : 1), artinya bahwa motor berputar empat kali lebih cepat dari pada roda jalan.
Gambar 3. Propeller shaft dengan kopling geser dan cross joint Keterangan: 1. Universal joint 2. Yoke 3. Cross joint 4. Propeller shaft 5. Slip joint 6. Poros 7. Bagan komponen
Gambar 4. Berbagai posisi defferensial gear Keterangan: 1. Posisi berjalan lurus 2. Posisi berbelok kekanan 3. Posisi berbelok kekiri 4. Roda kanan selip dan roda kiri tak bergerak
5. Motor tidak bekerja, roda diangkat dari permukaan jalan, satu roda diputar dengan satu tangan. Hubungan roda gigi pinion terhadap roda gigi cerona dapat tepat pada sumbunya, ataupun dengan posisi menggunakan roda gigi khusus yang dinamakan roda gigi hipoid, diperoleh kemungkinan untuk menurunkan posisi propeller, sehingga ruang mobil menjadi lebih lebar, dengan lengkungan dalam kompartimen mobil sebelah belakang dapat dibuat lebih rendah. Diferensial merupakan suatu alat khusus yang diperlukan untuk mengimbangi perbedaan kecepatan yang terjadi pada roda belakang apabila kendaraan melalui suatu tikungan jalan. Fungsinye untuk membagi besaran gaya dan daya antara roda kanan dan roda kiri, dan gunanya memberi fleksibilitas gerakan poros belakang dalam membentuk putaran yang berbeda dari ke duanya. Posisi hubungan roda gigi dalam diferensial dapat dilihat pada gambar (4).
4. SISTEM STEERING Sistem kemudi berguna untuk mengarahkan jalannya kendaraan, dengan sistem kemudi mobil bisa berbelok kekanan-kekiri. Saat berjalan lurus, semua poros dari roda belakng dan roda depan sejajar satu sama lain. Namun saat kendaraan berbelok, maka seluruh poros depan berputar pada bagian tengah poros. Posisi kemudi tergantung dengan tata aturan berkendara pada suatu Negara, posisi kanan maupun posisi kiri dengan senter pada poros belakang. Sudut-sudut antara ke dua roda depan harus diatur sedemikian rupa, agar titik pusat dari semua busur yang dibuat oleh ke empat roda terletak disuatu titik pada perpanjangan poros belakang. Makin tajam belokan dibuat, makin dekat titik putar tersebut pada kendaraan. Roda sebelah dalam membuat sudut yang lebih besar dari pada roda sebelah luar, dan saat mobil berbelok roda depan tidak tinggal sejajar (gambar 6). Komponen kemudi merupakan bagian integral yang terdiri dari rumah kemudi, yang terdapat transmisi gigi reduksi, dengan roda kemudi dalam satu putaran akan membuat kuadran roda ulir bergerak satu gigi. Untuk transmisi gigi reduksi terdapat bermacam konstruksi yang disesuaikan dengan kebutuhannya.
Gambar 6. Sistem kemudi dengan posisi roda Komponen yang lain berupa roda kemudi, poros kemudi, batang kisar, knukle arm, sumbu kisar roda, sambungan peluru, dan sumbu kingpin.
Inklinasi sumbu kisar roda atau disebut juga pena kisar, ialah miring ke dalam dari sumbu kisar roda. Inklinasi berusaha untuk menahan roda lurus ke depan atau stabilitas kemudi, dan membantu pengembalian roda pada posisi lurus ke depan setelah posisi belok. Hal ini didukung oleh tata aturan sistem yang dikenal dengan FWA (front wheel alighment), yang terdiri toe in-toe out, caster, cember, dan kingpin inclination. Pemahaman, inklinasi sumbu kisar roda atau inklinasi pena-pokok adalah miring ke dalam dari sumbu kisar roda terhadap garis vertical. Sudut camber adalah sudut kemiringan keluar (positif) atau miring ke dalam (negative) dari roda depan terhadap garis vertical. Posisi serong ke dalam roda depan (toe in), ialah inklinasi dari roda depan satu sama lain dipandang di sebelah muka. Serong ke luar (toe out) ialah inklinasi dari roda depan satu sama lain di sebelah belakang waktu sedang berbelok. Caster merupakan kemiringan roda depan posisi ke belakang (positif) dari sumbu kisar roda sehingga sumbu itu memotong permukaan jalur di muka bagian tengah roda.
5. SISTEM REM Rem gunanya untuk mengurangi kecepatan mobil atu untuk menghentikan mobil yang sedang meluncur. Penggunaan rem harus nampak dari belakang yang ditandai dengan adanya nyala lampu rem.Sistem rem terdiri atas (1) injakan rem, (2) silinder rem utama yang disebut master cylinder, (3) pipa-pipa, (4) silinder rem roda yang disebut slave cylinder, (5) teromol rem, (6) minyak rem sebagai media, dan (7) kelengkapan lain berupa rem tangan. Macam rem yang biasa digunakan adalah rem teromol, rem cakram, dan system hidroulis yang berasaskan hokum pascal. Sistem rem yang dilayani secara mekanis, meliputi hubungan antara pedal rem, tuas tangan, dan teromol. Mobil yang dilengkapi dengan system rem hidrolik, rem tangan selalu dibuat menurut system mekanis. Rem tangan dapat bekerja sekaligus pada ke dua roda belakang dan tidak bergantung dari system hidrolik, akan tetapi menggunakan sepatu rem yang sama.
Gambar 7. Sistem Rem beserta komponennya
Keterangan gambar: 1. Sistem rem hidrolik
2. Injakan rem
3. Engsel titik putar
4. Batang penghubung
5. Master silinder
6. Torak pendorong
7. Pipa jalur fluida/oli rem
8. Silinder rem roda 9. Aliran oli rem
10 Teromol rem/drum
11 Saat teromol bekerja
12 Minyak rem di bawah tekanan
13 Mekanik rem teromol
14. Silinder rem pada roda
15 Sepatu rem
16 Pipi sepatu rem
17 Engsel sepatu rem
18 Kanvas rem gesek
19 Pegas pembalik
20 Pelat belakang/backing plate Dasar cara kerja dari rem teromol adalah dengan ke dua sepatunya dilapis kanvas rem yang menekan teromol yang berputar sebagai tempat kedudukan roda dan ban dipasang, sehingga menimbulkan friksi. Penekanan sepatu rem akan kembali pada posisi semula dengan ditarik oleh adanya pegas penarik. Konstruksi rem dapat dilihat pada gambar (7).
6. SISTEM PEMEGASAN Kendaraan memerlukan rangka untuk menunjang motor, berguna menempatkan penumpang yang terdiri bodi mobil, roda dan ban, dan berbagai komponen lain. Rangka ini disebut chasis sebagai tempat dipasang system transmisi, system steer, system roda ban dan rem. Bodi dipasang di atas rangka dengan dibaud. Chasis dibuat dengan konstruksi yang kuat, berguna harus mampu untuk mengangkut muatan, dan berfungsi untuk menempatkan instrumen dengan posisi yang menunjang komponen lain, serta harus mampu menahan kejutan dan getaran bila mobil sedang berjalan. Konstruksi bodi ada bermacam-macam, bangun H, bentuk X, chasis floor, dan konstruksi monocoque body yang disebut bodi integral. Kelembutan berkendara diperlukan rasa nyaman maka sistem pemegasan berguna untuk mengatasi hal ini (getaran dan permukaan jalan). Sistem pemegasan terdiri atas: (1) pegas daun, (2) pegas coil, (3) pegas torsi, (4) hollow spring, dan (5) shock absorber sebagai peredam kejut.
Konstruksi system pemegasan roda belakang berbeda dengan yang dipasang pada roda depan, hal ini tergantung pada fungsi dan keperluannya. Penggunaan pegaspun dengan mempertimbangkan berbagai segi yang menguntungkan serta menguta-makan kesehatan, kenyamanan, dan keselamatan kerja (gambar 5).
Gambar 5. Sistem pemegasan.
Keterangan gambar: 1. Poros belakang
2. Pegas daun
3. Penyangga kejut
4. Chasis mobil
5. Hanger spring/klem
6. Rear axle
7. Nabe/splined hub
8. Poros belakang jenis banjo
9. Shock absorber
10 Chasis
11 Poros belakang
12 Pegas dan peredam kejut
C. Latihan 1. Adakan pengamatan pada penyetelan system rem posisi antara akampas rem terhadap drum/teromol roda. 2. Adakan pengamatan dalam penyetelan posisi roda depan agar senantiasa menghadap lurus ke depan setelah posisi berbelok. 3. Gambarkan posisi hubungan roda gigi transmisi pada kecepatan I, II, III, dan versnelling posisi tertinggi, serta posisi gigi mundur pada rangkaian bak transmisi synchromesh. 4. Berilah gambaran adanya perbedaan dalam pemakaian antara pegas daun dan pegas torsi, serta konstruksi dari peredam kejut.
D. Lembar kegiatan Mahasiswa Berilah rangkuman dari definisi front wheel alighment yang terdiri atas caster, cember, toe in-toe out, turning radius, dan kingpin inclination pada system pengaturan roda depan dalam suatu system kemudi ! Berilah gambaran tentang adanya kelebihan dan kekurangan penggunaan kopeling gesek terhadap kopeling fluida pada pemakaian ! Berilah alternatif untuk dapat mengatasi kesulitan (slip) saat roda sebelah kiri terperosok dalam lumpur pada suatu mobil !
E. Rangkuman Chasis adalah bagian dari mobil yang tertinggal mana kala bodi mobil dilepas/ diangkat. Kopeling merupakan komponen yang berfungsi untuk melepas dan menghubungkan putaran dan daya mesin dari fly wheel ke bak transmisi.
Transmisi sebagai pengaruran kecepatan jalannya mobil dengan cara mereduksi putaran dan daya motor untuk yang disampaikan ke roda-roda. Propeller dan garden berfungsi untuk membagi momen dan daya pada system roda belakang, dan berguna untuk membedakan putaran roda kiri maupun kanan saat berbelok, serta meringankan momen yang diberikan pada roda saat hentakan awal. Steering system adalah berfungsi untuk mengarahkan jalannya kendaraan agar berjalan lurus maupun saat berbelok. Sistem pemegasan berguna untuk peredam kejud dan penahan goncangan yang disebabkan oleh kondisi permukaan jalan dan menjaga kenyamanan penumpang. Sistem rem berguna untuk memperlambat dan memberhentikan laju jalannya kendaraan. Roda dan ban berguna untuk mendukung kendaraan sehingga tingkat kenyamanan dapat tercapai dengan keselamatan kerja yang tinggi.
F. Tes Formatif Soal power trains dan chassis Soal pilihan ganda 1. Kampas kopling terkait pada poros yang berhubungan dengan : a. Transmisi b. Poros penggerak c. Diferensial d. Engine/mesin 2. Posisi kampas kopling terletak di antara flywheel dan : a. Engine b. Poros engkol c. Plat penekan d. Diferensial 3. Tutup kopling dibaut pada : a. Kampas b. Flywheel c. Rangka kendaraan d. Blok engine
4. Gigi-gigi pada transmisi sukar dipindahkan, mungkin disebabkan oleh : a. Penyetelan batang pemindah gigi kurang pas b. Kopling tidak bebas c. Jarak bebas pedal kopling berlebihan d. Semua jawaban di atas benar 5. Transmisi terjadi slip gigi-gigi, mungkin disebabkan oleh : a. Penyetelan batang pemindah gigi kurang pas b. Rumah kopling tidak terpasang baik c. Pegas kopling tidak bekerja atau lemah d. Semua jawaban di atas benar 6. Gigi-gigi berbunyi saat perpindahan, disebabkan oleh beberapa hal di bawah ini, kecuali: a. Sinkronmesh rusak b. Kecepatan idle terlalu rendah c. Kopling tidak bebas d. Penyetelan batang pemindah tidak tepat 7. Selama pengereman, sepatu rem bergerak ke luar menekan : a. Silinder roda b. Pena jangkar c. Drum/Tromol rem d. Roda atau aksel 8. Booster rem bekerja menggunakan beda tekanan antara intake manifold dan a. Vakum venturi b. Udara tekan c. Tekanan atmosfer d. Tidak satupun jawaban di atas benar 9. Sebuah batang stabiliser depan berguna untuk : a. Meningkatkan kapasitas beban kendaraan b. Memberikan suatu kelembutan berkendaraan c. Kontrol gerakan suspensi dan rolling body d. Semua jawaban di atas benar
10. Tujuan sudut caster pada automobile adalah untuk : a. Mencegah keausan roda b. Memungkinkan kontak ban dan permukaan jalan pada titik beban c. Kompensasi keausan pada hubungan batang-batang kemudi d. Memelihara control arah kendaran Soal uraian : 1. Kasus kopling slip selagi bertautan, apa kemungkinan penyebabnya dan tindakan apa yang harus dilakukan 2. Kasus gigi-gigi transmisi sukar dipindahkan, apa kemungkinan penyebabnya dan Tindakan apa yang harus dilakukan
BAB III KEGIATAN BELAJAR 2 A. Kompetensi dan indikator Mampu melakukan rancang bangun komponen-komponen casis dan pemindah daya. Indikatornya ialah dapat menyelesaikan perhitungan dimensi dan kekuatan beberapa komponen, seperti kopling, roda gigi, poros, rem, dan pegas dengan pendekatan mekanika teknik dan matematik.
B. Materi Analisis Komponen Casis dan Pemindah Daya 1. Kopling Kopling-kopling yang terdapat pada system pemindah daya dapat digolongkan dalam dua jenis, yaitu kopling tetap (misal: kopling universal/ universal coupling) dan kopling tidak tetap (kopling cakram/disc clutches). Yang pertama terdapat pada poros propeler, sedangkan yang kedua dipasang di antara mesin (engine) dan transmisi. a. Kopling Universal Salah satu kopling tetap yang digunakan pada system pemindah daya adalah kopling universal. Kopling ini menghubungkjan dua poros yang membetuk suatu sudut. Inklinasi kedua poros mungkin konstan, namun dalam praktiknya sering bervariasi ketika suatu gerakan putar dipindahkan dari satu poros ke poros lainnya. Dimensi kopling universal ditentukan oleh diameter poros dan diameter pena, ukuran keduanya ini dihitung dengan rumus sebagai berikut (lihat gambar 8).
Gambar 8. Dimensi kopling universal
Pada dasarnya torsi yang dipindahkan adalah : T = л/16 . fs . d3 Jadi diameter poros : d = 3√ (16.T / л.fs ) Selanjutnya karena pena mendapat dua tegangan geser maka : T = 2. л/4. dp2. fs1. d Jadi diameter pena : dp = √ 2T / л. Fs1. d
b. Kopling Cakram (Disc Clutch) Clutch berfungsi menghubung dan melepaskan putaran mesin ke transmisi dengan tanpa mematikan mesin. Ini diperlukan pada saat mobil berhenti namun mesin tetap hidup, begitu pula saat bekerjanya perpindahan roda gigi transmisi. Menghubung dan melepasnya pertautan antara putaran mesin dan transmisi ini dilakukan dengan menginjak pedal. Untuk menentukan dimensi kopling cakram maka perlu analisis sebagai berikut (lihat gambar 9 dan 10).
Gambar 9. Kopling gesek
Gambar 10. Analisis gaya pada kopling
Pada jenis tunggal mempunyai dua kontak permukaan, sehingga : Luas permukaannya adalah : 2 лx. dx Gaya normal atau aksial pada lingjkaran : δw = p.2 лx. dx gaya gesek di atas lingkaran yang bekerja secara tangensial pada radius x, adalah : Fx = µ . δW = µ. p. 2лx. dx Jadi torsi yang bekerja pada lingkaran : Tx = Fx. x = µ. 2лx. dx. x = 2лµ.p. x2 dx. Dalam hal ini dipertimbangkan dua keadaan, yaitu : 1) Bila tekanan serba sama, dan 2) Bila telah terpakai. Kondisi yang pertama, bila tekanan serba sama, terjadi intensitas tekanan ; p = W / л(r12 – r22),
dimana W = tekanan aksial yang mana permukaan kontak bertautan.
Di atas telah diketahui bahwa Tx = 2лµ.p. x2 dx. Dengan mengintegrasikan persamaan ini dalam batas r2 ke r1, maka torsi gesek total, adalah : r1
T = ∫ 2лµ.p. x2 dx. r2
r1
= 2лµ.p [ x3/ 3 ] r2
= 2лµ.p ( r13 – r23 / 3 )
bila p = W / л(r12 – r22) maka
= 2лµ. W / л(r12 – r22) . ( r13 – r23 / 3 )
= 2/3 (µ. W) ( r13 – r23 / r12 – r22 )
bila 2/3( r13 – r23 / r12 – r22 ) = r
maka T = µ. W. r
Kondisi yang kedua, bila kondisi telah terpakai maka intensitas tekanannya : p = C/x
dimana C = constanta
dan gaya normal pada lingkaran : δw = p.2 лx. dx = C/x (2 лx. dx) = 2 лC dx Gaya total di atas permukaan gesek r1
W = ∫ 2л.C.dx. r2
r1
= 2л.C [ x ] r2
= 2л.C (r1 – r2), sehingga C = W / 2л (r1 – r2) Torsi gesek pada lingkaran adalah: Tx = 2лµ.p. x2 dx
karena p = C/x maka
= 2лµ . C/x . x2 dx = 2лµ. Cx dx Jadi total torsi di atas permukaan gesek adalah : r1
T = ∫ 2лµ. C.dx. r2
r1
= 2лµ. C [ x2 / 2 ] r2
= 2лµ. C ( r12 – r22 / 2 ) = лµ. C ( r12 – r22 )
karena C = W / 2л (r1 – r2), maka
= лµ. [ W / 2л (r1 – r2)] ( r12 – r22) = ½. µ. W . (r1 – r2) atau T = µ. W . r
dimana r = (r1 – r2)/2
Catatan : Untuk kopling ganda (multiple clutch) rumusnya menjadi T = n. µ. W . rdimana n jumlah pasangan permukaan kontak : n = n1 + n2 – 1
2. Roda Gigi Dalam merancang sebuah roda gigi, beberapa hal yang perlu diketahui adalah: tenaga yang ditransmisikan, kecepatan gigi penggerak, kecepatan gigi yang digerakkan, dan jarak pusat. Gigi-gigi seharusnya cukup kuat atau tidak patah baik pada beban statis maupun dinamis selama berputar dalam kondisi normal.
Penjajaran
(alignment)
gigi-gigi
dan
defleksi
poros
harus
dipertimbangkan karena berpengaruh pada performa roda gigi. Memperhatikan bahwa tiap-tiap gigi sebagai sebuah balok (beam) penopang yang dibebani oleh beban normal (WN) lihat gambar 11. Beban ini
Gambar 11. Uraian gaya pada gigi roda gigi dipecahkan dalam dua komponen, yaitu komponen tangensial (WT) dan radial (WR) yang bekerja tegak lurus dan paralel pada pada garis pusat gigi. WT menyebabkan tegangan bengkok yang cenderung menjadikan gigi patah, sedangkan WR menyebabkan tegangan tekan yang relatif kecil biasanya diabaikan. Tegangan bengkok maksimun (kritis) terjadi pada bidang dasar gigi. Nilai tegangan maksimum ini adalah :
f w = My / I dimana :
M = momen bengkok maksimum = WT . h h = panjang gigi y = setengah ketebalan gigi = t / 2 I = momen inersia pada garis pusat gigi = bt3 / 12 b = lebar permukaan gigi
Dengan demikian : fw = [( WT - h ) t/2] / (bt3 /12) = [ ( WT . h ). 6 ] / bt2 , dan komponen tangensialnya adalah :
W T = f w . b . ( t2 / 6 h )
Nilai t dan h bervariasi tergantung ukuran gigi dan profilnya, sehingga : besarnya t = x . pc dan h = k . pc, dimana x dan k adalah konstan, sehingga WT = fw . b . (x2.pc) / (6k.pc) = fw . b . pc . (x2/6k), maka WT = fw . b . pc . y
jika (x2/6k) = y
dimana pc = л.m
Jadi rumus komponen tangensial menjadi WT = fw . b . лm . y , nilai y adalah faktor bentuk gigi dan WT disebut kekuatan balok gigi. Nilai y tergantung dari sistem roda gigi dan jumlah giginya, untuk sistem infolut komposit dan kedalaman penuh 14½o, y = 0,124 – (0,684/T) ; untuk sistem infolut kedalaman penuh 20o, y = 0,154 – (0,912/T); dan untuk sistem stub pada 20o, y = 0,175 – (0,841/T) Besar tegangan yang diijinkan adalah fw = fo . Cv ,
dimana :
fw = tegangan statis yang diijinkan dalam kg/cm2 (tergantung bahan roda gigi) Cv = faktor velositas = 3 / (3+v) untuk roda gigi yang beroperasi hingga 12,5 m/det; Cv = 6 / (6+v) untuk operasi hingga 20 m/det.
a. Beban Dinamik Gigi Beban dinamik gigi dihitung dengan rumus sebagai berikut : WD = WT + WI dimana WT = beban tetap torsi yang ditransmisikan dalam kg WI = beban tambahan akibat aksi dinamik dalam kg = 0,11 (b.C + WT) / [0,11V + √(b.C + WT)] Jadi WD = WT + { 0,11 (b.C + WT) / [0,11V + √(b.C + WT)] } dimana V = kecepatan lintasan pitch dalam m/menit C = suatu deformasi atau faktor dinamik dalam cm Nilai C ditentukan dengan rumus : C=
K . e / ( 1/Ep + 1/EG ) dimana : K = faktor yang tergantung pada bentuk gigi = 0,107 & 0,111 untuk sistem infolut 14,5o & 20o = 0,115 untuk sistem stub 20o Ep = modulus Young’s untuk material pinion EG = modulus Young’s untuk material roda gigi e = error aksi gigi dalam cm
b. Beban Statis Gigi Beban statis atau ketahanan gigi atau dihitung dengan rumus : Ws = fe . b . pc . y = fe . b . лm . y
dimana fe = ketahanan fleksural : kg/cm2 pc= лm
Catatan : untuk beban tetap Ws ≥ 1,25 WD
untuk beban berdenyut Ws ≥ 1,35 WD untuk beban kejut Ws ≥ 1,5 WD
3. Poros Poros propeler mendapat momen puntir atau torsi (lihat gambar 12), sehingga dihitung dengan menggunakan persamaan torsi, yaitu : T / J = fs / r dimana : T= momen puntir atau torsi yang bekerja pada poros, dalam kgcm J= Momen inersia polar dari area penampang melintang, dalam cm4 fs= tegangan torsi geser dalam kg/cm2 r = jarak sumbu netral ke serat terluar = d/2, dalam cm.
Gambar 12. Poros dan momen puntir
Untuk poros pejal, momen inersia polar : J = л/32 d4 Dengan demikian rumus di muka dapat ditulis :
T / л/32 d4 = fs / d/2
T = л/16 fs d3 , melalui rumus ini
atau
diameter poros pejal dapat ditemukan. Selanjutnya untuk poros berlobang, momen inersia polar : J = л/32 (do4 – di4) do dan di = diameter luar dan dalam poros berlubang, dan r = do/2 Dengan demikain rumus di muka dapat ditulis : T / [л/32 (do4 – di4)] = fs / (do/2) 16 T do = л fs (do4 – di4) = л fs do4 [ 1 - (d1 / do) ]4 = л fs do4 (1 - k4)
maka Jadi
bila d1 / do = k
T = л fs do3 ( 1 – k4 )
Momen puntir T juga dapat dihitung dengan persamaan tenaga kuda (horse power/HP) berikut ini P = (2 л N T) / 4500
atau
T = P 4500 / (2 л N )
dimana T = momen puntir, dalam kgm, dan N = puratan, dalam rpm
4. REM Sebuah rem tromol (lihat gambar 13) terdapat dua buah sepatu yang masing-masing ujungnya terletak pada fulkrum O1 dan O2. Ketika kam berputar, sepatu-sepatu menekan ke luar menahan tromol. Gesekan antara sepatu dan tromol menghasilkan torsi pengereman dan karena itu mengurangi putaran tromol.
Gambar 13. Konstruksi rem teromol
Gaya-gaya yang bekerja pada rem saat tromol berputar ke kiri (gambar 14), sepatu sebelah kiri disebut sepatu primer (S1) sedangkan yang kanan disebut sepatu sekunder (S2). Dalam gambar tampak bahwa : r = jari-jari dalam dari tromol b = lebar kampas p1= intensitas tekanan normal maksimum pN= tekanan normal F1 = gaya yang dikeluarkan kam pada sepatu primer F2 = gaya yang dikeluarkan kam pada sepatu sekunder
Gambar 14. Gaya yang bekerja pada rem Secara geometri dalam gambar tampak bahwa O1B = OO1 sin Θ, dan tekanan normal pada A, adalah : pN ∞ sin Θ, dan diasumsikan pN ∞ p1 sin Θ Gaya normal yang bekerja pada bagian kecil AC, adalah : δRN = tekanan normal . luasan bagian kecil = pN ( b. r. δΘ ) = p1 sin Θ ( b. r. δΘ ) Gaya gesek pada bagian kecil tersebut, adalah δF = µ δRN = µ p1 sin Θ ( b. r. δΘ ) Jadi torsi pengereman pada bagian kecil dari titik O, adalah δTB = δF . r
= µ p1 sin Θ ( b. r. δΘ ) r = µ p1 b. r 2. (sin Θ. δΘ ) dan total torsi pengereman pada O untuk sebuah sepatu, adalah Θ2 TB = µ p1 b. r 2 ∫ sin Θ. δΘ Θ1
2
= µ p1 b. r [ - cos Θ ]
Θ2 Θ1
= µ p1 b. r 2 (cos Θ1 - cos Θ2 ) Momen gaya normal δRN dari bagian kecil ke fulkrum O1 : δMN = δRN . O1 B = δRN (OO1 sin Θ) = p1 sin Θ (b . r . δΘ) (OO1 sin Θ) = p1 sin2 Θ (b . r . δΘ) OO1 Jadi total momen gaya normal pada fulkrum O1 Θ2 p1 sin2 Θ (b . r . δΘ) OO1 MN = ∫ Θ1 Θ2 = p1 . b . r . OO1 ∫ sin2 Θ.δΘ Θ1
dimana : sin2 Θ.δΘ = ½ (1 – cos 2 Θ) .δΘ
Θ2 = p1 . b . r . OO1 ∫ ½ (1 – cos 2 Θ) .δΘ Θ1 = ½ p1 . b . r . OO1 [Θ – (sin 2Θ2 /2) ]
Θ2 Θ1
= ½ p1 . b . r . OO1 [Θ2 – (sin 2Θ2 /2) – Θ1 + (sin 2Θ1 /2) ]
= ½ p1 . b . r . OO1 (Θ2 - Θ1) + ½ (sin 2Θ1 - sin 2Θ2) Momen gaya gesek δF pada fulkrum O1 , δMF = δF . AB = δF ( r – OO1 cos Θ )
dimana AB = r – OO1 cos Θ
= µ p1 sin Θ ( b. r. δΘ ) ( r – OO1 cos Θ ) = µ p1 b. r ( r sin Θ – OO1 sin Θ cos Θ ) δΘ
dimana : 2sin Θ cos Θ= sin 2Θ
= µ p1 b. r ( r sin Θ – (OO1/2) sin 2Θ ) δΘ Jadi total momen gaya gesek pada fulkrum O1 MF = µ p1 b. r [ r sin Θ – (OO1/2) sin 2Θ ] δΘ
= µ p1 b. r [ -r cos Θ + (OO1/2 cos 2Θ ]
Θ2 Θ1
= µ p1 b.r [-r cos Θ2 + (OO1/4)cos 2Θ2 + r cos Θ1 - (OO1/4) cos 2Θ1] = µ p1 b. r [ r (cos Θ1 - cos Θ2) + OO1/4 (cos 2Θ2 - cos 2Θ1) Sepatu primer mengambil momen pada fulkrum O1 : F1 . l = MN - MF Sepatu sekunder mengambil momen pada fulkrum O2 : F1 . l = MN + MF
5. PEGAS Pegas adalah suatu komponen elastis yang berfungsi untuk menahan ketika ada beban dan memulihkan lagi ke bentuk semula ketika beban dilepas. Berbagai macam penggunaan pegas diantaranya adalah untuk aplikasi gaya
(misal pada rem, kopling, katup), mengukur gaya, menyimpan enerji, menyerap kejutan dan getaran. Secara umum dikenal dua macam pegas yaitu pegas koil dan daun. a. Pegas koil Sebuah pegas koil pada sistem suspensi kendaraan berguna untuk menahan beban aksial (gambar 15).
Gambar 15. Beban pada pegas coil Keterangan : D = diameter rata-rata pegas koil d = diameter kawat n = jumlah koil aktif G = modulus kekakuan bahan pegas W = beban aksial pegas fs = tegangan geser
C = indek pegas = D/d p = pitch koil δ = defleksi pegas akibat beban aksial Momen puntir T = W . D/2 = л/16 fs d3 fs = 8 W D/ л d3 Dalam pegas koil terdapat dua tegangan, yaitu tegangan geser langsung dan tegangan terhadap lingkar kawat pegas. Tagangan geser langsung akibat beban W : = Beban / luasan penampang melintang = W / (л/4) d2
= 4 W / лd2
Jadi tegangan geser maksimum = 8 W D/ л d3 + 4 W / лd2 = 8 W D/ л d3 ( 1 + d / 2D )
dimana D/d = C
= 8 WD/ л d3 ( 1 + 1 / 2C ) Tegangan geser maksimum terjadi pada sisi dalam lingkar kawat pegas. Efek geser langsung sebesar 8 WD/ л d3 ( 1 + 1 / 2C ) adalah cocok untuk pegas dengan indek pegas (C) kecil, dan ini mengabaikan efek lingkar kawat pegas. Selanjutnya bila keduanya (efek geser langsung dan efek lingkar kawat diperhitungkan) maka sebuah faktor tegangan geser (K) dimasukkan. Oleh karena itu tegangan geser maksimum dalam kawat : fs = K. 8 WD / л d3 = K. 8 WC / л d2 dimana : K = (4C-1) / (4C-4) + 0,615/C Jadi bila indek pegas menurun maka faktor tegangan mengingkat.
1) Defleksi Pegas Koil Total panjang aktif pegas koil adalah : l = panjang satu koil x jumlah koil aktif = л d . n Θ = sudut defleksi kawat pegas ketika dibebani oleh torsi T Selanjutnya defleksi aksial pegas : δ = Θ . D/2 Persamaan torsi : T / J = fs / (D/2) = (G Θ) / l Θ = T. l / J . G = [(W . D/2) л D n ] / (л/32) d4 G = 16 W D2 n / d4. G Jika persamaan ini dimasukkan maka diperoleh : δ = (16 W D2 n / d4. G) . D/2 = 8 W D3 n / d4. G
bila C = D/d, maka
= 8 W C3 n / d . G dan konstanta pegas : W / δ = (G d4 ) / 8 D3 n = G . d / 8 C3 n = konstan 2) Enerji yang disimpan pegas Enerji yang disimpan pegas dihitung dengan rumus : U = ½ W. δ Tegangan geser maksimum : fs = K. 8 WD / л d3 W = л fs d3 / 8 KD δ = ( 8 WD3. n ) / d4 G = ( 8 л fs d3 ) / 8 KD . (D3 n) / d4 G
= (л fs D2 n ) / K . d . G Subtitusi nilai W dan δ dalam persamaan defleksi : U = ½ . [ ( л fs d2 ) / 8 KD ] . [ (л fs D2 n ) / K. d. G ] = fs2 / (4 K2 G) . [ (л D n) . л/4 d2 ] = fs2 / (4 K2 G) . V
dimana : V = volume kawat pegas = (л D n) . л/4 d2
b. Pegas Daun Pegas daun tunggal seperti pada gambar 16, tampak bahwa salah satu ujungnya tetap sedangkan beban terletak pada ujung yang lain. Pegas ini disebut sebagai sebuah pegas datar.
Gambar 16. Arah gaya pada pegas daun tunggal Keterangan : t = tebal plat b = lebar plat L = panjang plat (jarak beban W dari titik jepit) Momen bengkok pada ujung A : M = W.L
Modulus penampang : Z = I / y = ( 1/12 bt3 ) / (t/2) = 1/6 bt2 Tegangan bengkok pegas : f = M / Z = ( W L ) / 1/6 bt2 = (6 WL) / (bt2) Defleksi maksimum dengan beban terkonsentrasi pada ujung bebas, adalah : δ = (W.L3) / (3 E I) = (W.L3 ) / [(3 E).(b t3 /12)] = (4 W.L3 ) / E b t3 = (2 f L3) / (3 E t)
fs maks Gambar 17. Uraian gaya pada pegas daun Jika pegas daun didukung pada kedua ujungnya, dengan panjang 2L dan beban 2W terletak di tengah ( gambar 17).
Gambar 18. Gaya yang bekerja pada pegas. Momen bengkon maksimum di tengah : M = WL Modulus penampang : Z = 1/6 bt2 Jadi tegangan bengkok : f = M/Z = (6 WL) / (bt2) Defleksi maksimum : δ = (W1 L13 ) / (48 E I ) = [ (2W)(2L)3 ] / 48 EI = WL3 / 3 EI (dalam kasus ini W1 = 2W, dan L1 = 2L) Bila pegas daun terdiri atas n daun sama panjang maka : Tegangan geser : f = (6 WL) / (n bt2) Defleksi pegas : δ = (4W L3 ) / (n E b t3) = (2 f L3) / (3 E t) Bila pegas terdiri atas n daun yang panjangnya bertingkat, maka : f = (6 WL) / (n bt2) δ = (6W L3) / (n E b t3) = (f L2 ) / (E t)
C. Latihan 1. Sebuah kopling universal digunakan untuk menghubungkan dua poros, dimana poros itu memindahkan torsi sebesar 3000kgm. Temukan diameter poros dan penanya, bila masing-masing terbuat dari bahan Bj 50 dan Bj 30. 2. Sebuah kopling cakram tunggal memindahkan 70 hp pada 3000 rpm. Diketahui tekanan aksial tidak lebih dari 0,9 kg/cm2. Jika diameter luar permukaan gesek 1,4 kali diameter dalam, dan koefisien gesek µ= 0,3, temukan ukuran-ukuran permukaan gesek tersebut. 3. Sebuah rem tromol (lihat gambar) lebar kampas 3,4 cm, intensitas tekan di titik A 4 sin Θ kg/cm2 , koef gesek 0,4. Tentukan torsi pengereman dan besarnya gaya F1 dan F2. 4. Sebuah poros berputar 200 rpm memindahkan 25 HP. Poros dibuat dari baja dengan tegangan geser yang diijinkan 420 kg/cm2. Tentukan diameter poros.
D. Kegiatan mahasiswa Observasi di bengkel otomotif untuk mendapatkan data sebagai bahan melakukan perhitungan dimensi kekuatan komponen, dilanjutkan membuat laporan dan didiskusikan
DAFTAR PUSTAKA Anonime, 1995, Teknik mobil bergambar, Jakarta: Rineka Karya. Anonime, 2001, Toyota step I, II, (Buku manual), Jakarta: Toyota Astra. Khurmi Ghupta, 1995, Machine design, New Delhi: Mc Graw Hill.Co.
KUNCI JAWABAN TES FORMATIF Kunci jawaban soal pilihan ganda 1. a 2. c 3. d 4. d 5. d 6. c 7. c 8. c 9. c 10. d
Kunci jawaban soal uraian 1. Kemungkinan penyebab tindakan yang harus dilakukan : a. Penyetelan hubungan pedal kopling tidak benar, maka perlu distel kembali b. Tekanan pegas lemah atau pegas rusak, maka harus dilepas/ganti c. Rangkaian pembebas kopling macet, maka harus di bersihkan, stel, dan lumasi d. Kampas kopling aus, maka harus dilepas dan diganti 2. Kemungkinan penyebab dan tindakan yang harus dilakukan : a. Penyetelan batang penghubung pemindah gigi sudah berubah, maka harus distel b. Batang-batang penghubung pemindah gigi kering, maka harus dilumasi c. Kopling tidak bebas, maka kopling harus distel lagi d. Gigi-gigi sliding pada sinkronmesh rusak atau seret pada porosnya, maka harus dilepas atau dibersihkan dan diganti jika telah rusak.
