TUGAS DINAMIKA RODA GILA
OLEH : Made Evan Pramantara Wijaya (1204305058)
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
2014
I.
Roda Gila Roda gila adalah sebuah roda yang dipergunakan untuk meredam perubahan kecepatan
putaran dengan cara memanfaatkan kelembaman putaran (moment inersia). Karena sifat kelembamannya ini roda gila dapat menyimpan energi mekanik untuk waktu singkat
II.
Fungsi Roda Gila
Roda gila sering disebut juga roda gaya, roda penerus, adalah sebuah komponen berupa sebuah piringan yang dipasangkan pada flensa di ujung roda poros engkol. Bagian tepi roda gila biasanya memiliki cincin bergerigi untuk pertautan dengan roda gigi motor starter pada saat motor dihidupkan. Karena itu tanpa roda gila hampir tidak mungkin menghidupkan mesin. Kalaupun hidup, putaran mesin menjadi tidak teratur. Bobot yang dimiliki roda gila inilah yang menyebabkan putaran poros engkol mantap dan halus. Bobot roda gila pada mesin mobil penumpang berkisar 7.5-50 KG. Sirip pengimbang pada poros engkol sering dimanfaatkan untuk membuat putaran mesin menjado lebih merata. Beberapa merek mobil juga memakai mesin yang dilengkapi alat peredam getaran sehingga putaran mesin menjadi sangat halus. Bentuk peranti ini mirip roda gila, tetapi ukurannya lebih kecil dan dipasang diujung poros engkol bagian depan. Roda gila dipasang kokoh pada ujung poros engkol sehingga tidak mudah bergeser dari dudukannya. Ini untuk menjamin agar roda gila, mesin , dan kode penyalaan tetap pada posisi yang benar. Selain itu, tepat ditengah roda gila ada lubang kecil. Bantalan peluru ini bertugas menahan ujung bagian depan poros kopling. Fungsi lain dari roda gila adalah sebagai tempat pemasangan kopling. Kopling terpasang pada roda gila berikut tempurung yang seputar sisi sekrupnya pada roda gila. Permukaan salah satu
roda gila dibubut sangat halus. Jadi disamping sebagai alat untuk meneruskan atau menyalurkan tenaga dari mesin ke poros gardan melalui kopling
III.
Pengendalian Torsi Input Dan Analisa Roda Gila Pada umumnya, dalam suatu mekanisme terdapat variasi percepatan yang besar. Hal ini akan menyebabkan osilasi torsi yang diperlukan untuk menggerakkan mekanisme dengan kecepatan konstan. Torsi puncak yang diperlukan dapat sangat tinggi sehingga diperlukan daya motor yang sangat besar untuk mengimbanginya. Torsi rata-rata dalam siklus (akibat rugi daya atau kerja luar yang dilakukan mekanisme pada umumnya) jauh lebih kecil disbanding torsi puncak. Sama halnya sistem elektrik, kapasitor dapat digunakan untuk menyimpan dan mengeluarkan energy untuk mengurangi amplitude osilasi tegangan. Dalam sistem mekanik, kita juga menggunakan roda gila untuk mengurangi osilasi torsi. Dengan menggunaka roda gila,kita dapat menggunakan motor yang lebih kecil yang dapat menghasilkan torsi untuk mengimbangi torsi puncak. Pada gambar 3.1 ditunjukkan variasi torsi input yang diberikan pada batang penggerak untuk sistem mekanisme 4 batang dalam satu siklus dengan kecepatan sudut konstan. Variasi torsi input pada sistem tersebut besar, mulai dari puncak torsi positif hingga puncak negative. Angka rata-rata torsi dalam satu siklus hanya 18 Nm. Puncak torsi positif adalah 80 Nm.
Gambar 3.1 Variasi Torsi input yang diberikan pada batang penggerak Untuk sistem mekanisme 4 batang dalam siklus kecepatan sudut konstan
Untuk menggerakkan mekanisme ini, sangat tidak efisien jika kita menggunakan motor berdasarkan torsi puncak 80 Nm, yang dalam siklus ini juga terdapat torsi input minimum -23 Nm. Kita membutuhkan sesuatu dalam sistem mekanisme ini untuk menyimpan nergi kenetik, yaitu suatu roda gila. Pada gambar 3.2 ditunjukan roda gila yang dirancang dari suatu piringan plat, yang dihubungkan pada prors motor dan dapat dihubungkan ke sistem mekanisme 4 batang. Motor akan menghaasilkan torsi TM yang akan kita usahakan agar berputar dengan kecepatan sekonstan mungkin, yang beasarnya sama dengan torsi rata-rata T r . Torsi beban T L besarnya bervariasi.
Gambar 3.2 Roda gila yang dirancang dari suatu piringan plat, yang Dihubungkan pada poros motor dan dapat dihubungkan ke sistem mekanisme 4 batang
Energi Kinetik suatu sistem yang berputar:
E = Iɷ2
(1)
I adalah momen inersia seluruh massa berputar, termasuk momen inersia massa motor dan roda gila. Kita mencari berapa besar I yang di butuhkan untuk mengurangi variasi kecepatan pada batas yang dapat diterima. Dari diagram benda bebas pada gambar 3.2, diperoleh : ∑T = Iα
(2)
TL – TM = I α
(3)
Dimana kita inginkan : TM = Tr Sehingga : TL – Tr = I α
(4)
Dengan mensubtitusikan : α=
( ) ( ) = = =
menghasilkan :
(T – T ) d = I
TL – Tr = I L
r
(5) (6)
Dengan mengintegrasikan persamaan tersebut, akan diperoleh :
(7) Menunjukkan persamaan energy E pada saat kecepatan maksimum dan minimum yang merupakan luas daerah dibawah kurva torsi-waktu. Sisi kanan persamaan (7) menunjukkan perubahan energy yang disimpan pada roda gila. Satu-satunya cara untuk mengambil energy dari roda gila adalah dengan memperlambat kecepatan sudutnya, sedangkan penambahan energy akan mempercepat kecepatan sudut roda gila. Tidak mungkin mempertahankan kecepatan poros untuk mengubah energy yang dibutuhkan dengan menggunakan beban. Cara yang paling mungkin untuk meminimalkan variasi ke cepatan
adalah menggunakan roda gila dengan momen inersia I yang cukup besar.
(
Sebagai ilustrasi, kita gambarkan kembali kurva torsi input. Saat melakukan analisis, kita melakukan langkah-langkah berikut :
Gambar 3.3 Kurva Torsi Input
1. Hitung nilai rata-rata fungsi torsi-waktu dalam siklus. Dalam hal ini, 18 Nm 2. Integrasikan sisi kiri persamaan (7) terhadap garis torsi rata-rata, bukan terhadap sumbu (jumlah luas area positif diatas garis rata-rata adalah sama dengan jumlah luas negative dibawah garis rata-rata).
Dengan menyamaka persamaan tersebut dengan sisi kanan persamaan (7), diperoleh : E=
(8)
Dengan memfaktorkan persamaan (8), diperoleh : E=
(9)
Jika fungsi torsi kita anggap harmonik maka kecepatan sudut rata-rata :
(10)
Dengan mensubtitusikan persamaan 7 dan 10 ke persamaan 9, diperoleh persamaan untuk mendapatkan momen inersia massa roda gila :
Is =
E=
(11) (12)
Persamaan 12 dapat digunakan untuk menentukan atau merancang roda gila dengan memilih koefisien fluktuasi k. sebagai ilustrasi, jika kecepatan sudut rata-rata sistem seperti terlihat pada gambar 3.3 adalah 60 rad/s maka jika kita inginkan koefisien fluktuasi k = 0,05 maka ukuran roda gila tersebut sebagai berikut : Kita tentukan dahulu perubahan energy maksimum. Dari tabel berikut, kita peroleh :
E=E
Ukuran roda gila yang dibutuhkan : IS =
