Analisa Kinematika dan Dinamika Pena Piston Motor Bakar Satu Silinder Honda Revo

ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA

PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU

SILINDER HONDA REVO

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

NIM : 050401034

ANDRE WISUDHA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2012

i

ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA

PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU

SILINDER HONDA REVO

Oleh :

NIM : 050401034 ANDRE WISUDHA

Diketahui/ Disyahkan : Disetujui Oleh :

Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing

Fakultas Teknik USU Ketua,

Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP : 19641224 1992111 001 NIP : 19570412 198503 004 Ir. Tugiman MT.

i

ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA

PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU

SILINDER HONDA REVO

Oleh :

NIM : 050401034 ANDRE WISUDHA

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode ke-626 tanggal 17-03-2012

Disetujui oleh : Disetujui Oleh :

Dosen Pembanding I Dosen Pembanding II

Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP : 19641224 1992111 001 NIP : 19540320 198101 1 001 Ir. A. Halim Nasution, M.sc

ANALISA KINEMATIKA DAN DINAMIKA

PENA PISTON MOTOR BAKAR SATU SILINDER

HONDA REVO

NIM. 050401034 ANDRE WISUDHA

Telah disetujui oleh :

Pembimbing/ Penguji

NIP : 19570412 198503 004 Ir. Tugiman K. MT.

Penguji I, Penguji II,

Ir. Mulfi Hazwi M.sc

NIP : 19491012 1981031 002 NIP : 19540320 1981011 001 Ir. A. Halim Nasution, M.sc.

Diketahui oleh,

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Ketua,

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : /TS/2011 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /20

MEDAN PARAF :

TUGAS SKRIPSI

NAMA : Andre Wisudha

NIM : 05 0401 034

MATA KULIAH : Kinematika dan Dinamika

SPESIFIKASI TUGAS : Lakukanlah simulasi untuk mengamati perubahan nilai-nilai kinematika dan dinamika pada pena piston motor bakar satu silinder sepeda motor HONDA REVO.

Pembahasan meliputi :

1. Menentukan kecepatan dan percepatan pada piston. 2. Menentukan gaya yang bekerja pada pena piston. Diberikan tanggal : 28/10/2011

Selesai tanggal : 27/02/2012

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DOSEN PEMBIMBING

Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri

NIP : 19642241992111001 NIP : 19570412198503004

Ir. Tugiman MT.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU

MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SKRIPSI MAHASISWA

No. : /TS/2011

Sub. Program Studi : Teknik Produksi

Bidang Tugas : Kinematika dan Dinamika

Judul Tugas : Analisa Kinematika dan Dinamika Pena Piston Pada Honda Revo 4 Tak.

Diberikan Tanggal : 28/10/2012 Selesai Tanggal : 27/2/2012 Dosen Pembimbing : Ir. Tugiman MT. Nama Mhs. : Andre Wisudha

NIM : 050401034

No. Tanggal Kegiatan Asistensi Paraf Dosen 1. 28/10/2011 Pemberian spesifikasi tugas

2. 2/11/2011 Asistensi BAB I

3. 17/11/2011 Asistensi BAB II dan perbaikan BAB I 4. 28/11/2011 Perbaikan BAB II

5. 6/12/2011 Asistensi BAB III 6. 13/12/2011 Perbaikan BAB III 7. 4/01/2012 Asistensi BAB IV

8. 12/01/2012 Diskusi Hasil dan Simulasi 9 25/01/2012 Asistensi BAB V

10. 9/02/2012 Perbaikan Hasil dan Simulasi 11. 27/02/2012 Siap diseminarkan

Catatan :

1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing

2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapih 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen

Bila kegiatan asistensi telah selesai

Diketahui,

Ketua Departemen Teknik Mesin FT-USU

Dr. –Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP : 19641224 1992111 001

DAFTAR GAMBAR

Hal Gambar 2.1 Diagram reciprocating engine 6

Gambar 2.2 Diagram benda bebas mekanisme engkol luncur 7 Gambar 2.3 Geometri mekanisme engkol luncur 8

Gambar 2.4 Geometri engkol luncur 9

Gambar 2.5 Diagram benda bebas piston 12

Gambar 2.6 Diagram benda bebas connecting rod 13

Gambar 2.7 Diagram benda bebas poros engkol 15 Gambar 2.8 Diagram benda bebas crankshaft 16

Gambar 2.9 Siklus Otto 17

Gambar 2.10 Adams View 20

Gambar 2.11 Proses pemodelan 21

Gambar 2.12 Window pada adams view 22

Gambar 3.1 Kerangka konsep 25

Gambar 3.2 Honda revo 26

Gambar 3.3 Diagram alir pemodelan Adams 29 Gambar 3.4 Tampilan pembukan adams view 30 Gambar 3.5 Link poros engkol pada adams view 31 Gambar 3.6 Link connecting rod pada adams view 31 Gambar 3.7 Link poros engkol dan connecting rod 32 Gambar 3.8 Toolbox silinder pada adams view 32

Gambar 3.10 Peluncur dan link 33

Gambar 3.11 Sambungan pada mekanisme 34

Gambar 3.12 Motion pada mekanisme 35

Gambar 3.13 Toolbox simulasi 35

Gambar 4.1 Skema kinematis 37

Gambar 4.2 Grafik perpindahan piston vs sudut poros engkol 39 Gambar 4.3 Grafik kecepatan piston vs sudut poros engkol 40 Gambar 4.4 Grafik percepatan piston vs sudut poros engkol 41 Gambar 4.5 Grafik gaya komponen horisontal pada pena piston 42 Gambar 4.6 Grafik gaya komponen vertikal pada pena piston 43 Gambar 4.7 Grafik mekanisme engkol luncur 44

Gambar 4.8 Mekanisme engkol luncur 48

Gambar 4.9 Grafik kecepatan 48

Gambar 4.10 Grafik percepatan 50

Gambar 4.11 Diagram benda bebas piston 52 Gambar 4.12 Diagram benda bebas connecting rod 52 Gambar 4.13 Diagram benda bebas poros engkol 54 Gambar 4.14 Diagram benda bebas crankshaft

Gambar 4.15 Grafik gaya-gaya resultan pada tiap pena 56 55

DAFTAR TABEL

Hal Tabel 2.1 Tampilan pembuka pada window adams/ view 20

Tabel 2.2 Deskripsi tool 22

Tabel 3.1 Hasil pengukuran komponen engkol luncur 27

Tabel 4.1 Tabel perpindahan 39

Tabel 4.2 Hasil perhitungan kinematis 31 Tabel 4.3 Hasil perhitungan kinematika secara analitik 57 Tabel 4.4 Hasil perhitungan pada pena piston secara analitik 59

Daftar Notasi

Simbol Arti Satuan

A Luas Permukaan Piston cm

a

2 Percepatan Piston

p m/s

a

2 Percepatan titik berat connecting rod

komponen horisontal

gcx m/s

a

2 Percepatan titik berat connecting rod

komponen vertikal

gcy m/s

a

2 Percepatan titik berat poros engkol komponen

horisontal

gpx m/s

a

2 Percepatan titik berat poros engkol komponen

vertikal

gpy m/s

C

2 Perbandingan panjang poros engkol dan

connecting rod

m

D Diameter Piston cm

Fcx Gaya pada pena engkol komponen horisontal N

Fcy Gaya pada pena engkol komponen vertikal N

Fpx Gaya pada pena piston komponen horisontal N

Fpy Gaya pada pena piston komponen vertikal N

Frx Gaya pada main bearing komponen horisontal N

Fry Gaya pada main bearing komponen vertikal N

G Gaya gravitasi bumi m/s

I

2 Momen putar pada connecting rod

zz kg.m

L

2

Panjang connecting rod m

mc Berat connecting rod kg

mp Berat piston kg

mpe Berat poros engkol kg

n Putaran poros engkol rad/s

nr Ketetapan (2 untuk motor 4 tak) -

N Putaran mesin RPM

P Daya efektif kW

Peff Tekanan efektif rata-rata kPa

R Panjang poros engkol m

S Panjang antar titik berat connecting rod dan pena piston

m

T Torsi N.m

U Panjang antara titik berat connecting rod dan pena engkol

m

Vd Volume silinder dm

v

3 Kecepatan piston

p m/s

x Perpindahan piston m

α2 Percepatan sudut poros engkol rad/s η

2

Sudut putar connecting rod Deg

θ Sudut putar poros engkol deg

ω1 Kecepatan sudut poros engkol rad/s ω2 Kecepatan sudut connecting rod rad/s

ABSTRAK

Honda REVO merupakan salah satu motor roda dua yang banyak digunakan di Indonesia. Produk keluaran pabrikan terkenal di Indonesia ini mencapai daya maksimumnya pada putaran 7500 RPM sebesar 8.46 PS, dan mencapai torsi maksimumnya pada putaran 5500 RPM 0.86 kg.f/m pada putaran 5500 RPM. Disebabkan intensitas pemakaian penggunaan sepeda motor sekarang ini yang butuh kecepatan tinggi yang memaksa mesin hingga pada putaran maksimumnya, sehingga dilakukan penelitian pada mekanisme engkol luncur untuk mengamati nilai-nilai kinematika dan dinamika pada motor tersebut, karena perbaikan dan pergantian pada bagian-bagian mekanisme engkol luncur tersebut yang sangat mahal. Hasil dari penelitian ini menunjukkan pada poros engkol mengalami torsi maksimum sebesar 106.8939 N.m. Metode yang digunakan untuk menganalisa mekanisme engkol luncur adalah metode analitik/ Hukum Newton dan MSC. MD ADAMS software.

Kata kunci : Mekanisme engkol luncur, Daya Maksimum, Kinematika, Putaran Mesin

KATA PENGANTAR

Puji syukur hanya bagi ALLAH SWT,, karena atas karunia dan ridho-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat dan salam selalu tercurah kepada Baginda Rasul Muhammad SAW., beserta keluarga, sahabat, serta orang-orang yang mengikutinya hingga akhir zaman.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “Analisa Kinematika dan Dinamika Pena Piston Motor Bakar Satu Silinder Honda Revo”. Penyelesaian skripsi ini tidak lepas dari dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan kali ini penulis ingin menyampaikan penghormatan serta ucapan terima kasih yang sebesarnya kepada :

1. Ayahanda dan Ibunda tercinta atas cinta kasih, dukungan moril, keuangan, serta seluruh keluarga yang memberikan motivasi kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Ir. Tugiman MT., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah banyak memberikan arahan, diskusi, bimbingan, nasihat, serta kesempatan yang sangat memicu motivasi sehingga menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri., selaku ketua Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Mulfi Hazwi MT. selaku Penasehat Akademik penulis dari tahun 2005-sekarang, yang telah banyak memberikan nasihat dan motivasi.

5. Seluruh Staff Pengajar Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis sehingga dapat dapat menyelesaikan skripsi ini dan Pegawai Departemen Teknik Mesin terima kasih atas kelancaran urusan birokrasi selama ini.

6. Anonymous, yang telah berbagi file khususnya ADAMS.

7. De’Brastagi.Com atas premium account FILESONIC.com.

8. Dan seluruh pihat terkait sehingga skripsi ini dapat rampung.

Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan dapat dilanjutkan oleh rekan-rekan mahasiswa.

Medan, 28 Mei 2012

NIM : 050401034 Andre Wisudha

Daftar Isi

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING i

LEMBAR PERSETUJUAN PEMBANDING ii

LEMBAR PERSETUJUAN PENGUJI iii

SPESIFIKASI TUGAS iv

KARTU BIMBINGAN v

LEMBAR EVALUASI SEMINAR SKRIPSI vi

ABSENSI PEMBANDING BEBAS MAHASISWA viii

ABSTRAK ix

KATA PENGANTAR x

DAFTAR ISI xii

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xiv

DAFTAR NOTASI xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Maksud dan Tujuan 3

1.3 Batasan Masalah 4

1.4 Metode Penulisan 4

1.5 Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

2.1 Pendahuluan 6

2.3 Persamaan kecepatan dan percepatan torak 9 2.4 Analisa gaya pada bearing pen 12

2.5 Analisa torsi 16

2.6 Gaya tekan pada permukaan piston 17

2.7 Md ADAM 18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 25

3.1 Pendahuluan 25

3.2 Studi kasus 24

3.2.1 Spesifikasi motor 24

3.2.2 Dimensi motor bakar satu silinder 25

3.3 Gaya akibat pembakaran 28

3.4 Diagram alir simulasi 29

3.5 Prosedur simulasi 30

3.5.1 Proses pemodelan 30

3.5.2 Menentukan sambungan 33

3.5.3 Menentukan putaran 34

3.5.4 Proses Simulasi 35

3.6 Menampilkan hasil simulasi 36

BAB IV HASIL SIMULASI DAN DISKUSI 37

4.1 Pendahuluan 37

4.2 Posisi, kecepatan dan percepatan piston 39

4.3 Gaya pada bearing pen 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 62

5.2 Saran 62

ABSTRAK

Honda REVO merupakan salah satu motor roda dua yang banyak digunakan di Indonesia. Produk keluaran pabrikan terkenal di Indonesia ini mencapai daya maksimumnya pada putaran 7500 RPM sebesar 8.46 PS, dan mencapai torsi maksimumnya pada putaran 5500 RPM 0.86 kg.f/m pada putaran 5500 RPM. Disebabkan intensitas pemakaian penggunaan sepeda motor sekarang ini yang butuh kecepatan tinggi yang memaksa mesin hingga pada putaran maksimumnya, sehingga dilakukan penelitian pada mekanisme engkol luncur untuk mengamati nilai-nilai kinematika dan dinamika pada motor tersebut, karena perbaikan dan pergantian pada bagian-bagian mekanisme engkol luncur tersebut yang sangat mahal. Hasil dari penelitian ini menunjukkan pada poros engkol mengalami torsi maksimum sebesar 106.8939 N.m. Metode yang digunakan untuk menganalisa mekanisme engkol luncur adalah metode analitik/ Hukum Newton dan MSC. MD ADAMS software.

Kata kunci : Mekanisme engkol luncur, Daya Maksimum, Kinematika, Putaran Mesin

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang sangat cepat memberi dampak yang baik serta manfaat yang besar bagi manusia dalam berbagai bidang kehidupan. Hal ini dapat dilihat dengan semakin banyaknya peralatan yang telah diciptakan manusia dengan berbagai model, bentuk serta kemampuan dari segi pemakaian yang relatif lebih unggul dibandingkan dengan peralatan-peralatan konvensional. Keunggulan tersebut tidak lepas dari hasil penelitian dan percobaan oleh para ahli, yang selalu mencari terobosan dan temuan baru untuk menciptakan sesuatu yang baru bermanfaat dan berguna bagi kehidupan manusia.

Salah satu tujuan diciptakannya teknologi adalah untuk mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan hidup. Hal ini dapat dirasakan dan dibuktikan dengan semakin mudahnya manusia melakukan sesuatu untuk memenuhi kebutuhan hidup. Terlepas dari dampak negatif yang timbul akibat penemuan dan penciptaan teknologi yang baru, science dan teknologi sangat dibutuhkan oleh manusia. Sebagai contoh suatu perusahaan atau lembaga akan sangat kesulitan jika dalam ruang kerja tidak terdapat perangkat komputer untuk menyelesaikan tugas dan pekerjaan kantor maupun perusahaan.

Kemajuan teknologi sekarang ini telah menghasilkan berbagai kreasi dalam segala hal yang bertujuan memudahkan segala aktifitas manusia. Ada berbagai

2

sarana transportasi tersedia, mulai dari darat, udara, dan laut. Kendaraan yang diproduksi massal di negara kita umumnya kendaraan darat, salah satunya sepeda motor. Agar sepeda motor kita memiliki umur yang lebih panjang maka selain komponen sepeda motor dirancang dengan efektif dan efisien, juga tergantung dari material dari komponen tersebut.

Seperti yang dilakukan Mohammad Ranjbarkohan dalam jurnalnya “kinematic and kinetic analysis of the slider-crank mechanism in otto linear four cylinder z24 engine” yang terdapat pada “journal mechanical engineering research, Vol. 3(3), pp. 85-95, March 2011. Jurnal tersebut mendeskripsikan sebuah laporan dari laboratorium MegaMotor bahwa motor Nissan Z24 mengalami kerusakan pada bagian-bagian vital seperti pada poros engkol dan

connecting rod. Metode yang dilakukan adalah dengan menggunakan hokum newton atau metode analitik dan dengan bantuan adams. Seperti pada lampiran 1.

Pada saat proses pembakaran terjadi di dalam silinder, tenaga yang dihasilkan oleh gas pembakaran sangatlah tinggi. Jika piston dan kelengkapannya tidak mampu menahan daya ledak dari proses pembakaran tersebut, dapat dipastikan kalau piston dan connecting rod dapat pecah.

Untuk itu agar tidak terjadi kejadian tersebut maka kita diharuskan mengetahui kekuatan dari piston, connecting rod dan poros engkol tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran sehingga dapat mengubah gerak tranlasi menjadi gerak berputar. Jika kita mengetahui kekuatan bahan dari piston,

connecting rod, dan poros engkol tersebut tidak mampu menahan daya dari tenaga hasil pembakaran, maka kita perlu merubah material atau desain dari piston,

connecting rod, dan poros engkol.

Berbagai metode analisa telah banyak tersedia untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada piston connecting rod, poros engkol atau lebih umumnya mekanisme engkol luncur. Pada mekanisme engkol luncur terdapat analisa kinematis dan dinamis yang bekerja pada mekanisme tersebut.

Pemakaian metode ini juga diterapkan dalam bidang komputer sehingga mempermudah analisa sebagai sebagai alat bantu perhitungannya. Dengan perangkat komputer, khususnya software ADAMS untuk analisa kinematis dan dinamis, desain pendekatan untuk pembuatan suatu produk dapat dikontrol dengan baik sehingga diharapkan kualitas hasil produk akan lebih baik. Pengujian karakteristik secara eksperimental di laboratorium memerlukan biaya yang tidak sedikit. Untuk itu diperlukan bantuan software yang mampu menganalisa karakteristik suatu model. Oleh karena itu peneliti memilih simulasi dengan menggunakan software yang berbasis analisa seperti ADAMS.

1.2. Maksud dan Tujuan

Maksud dari penelitian pada kali ini adalah untuk mengetahui nilai-nilai kinematika dan kinetik pada piston.

Tujuan penelitian kaliini adalah ;

1. Menentukan besarnya perpindahan, kecepatan, dan percepatan pada slider

(peluncur)

4

1.3. Batasan Masalah

Dalam penelitian atau proses analisa secara kinematis dan dinamis pada mekanisme engkol luncur ini penulis membatasi permasalahan meliputi yaitu gaya gas akibat pembakar dianggap konstan dengan mengambil nilai tekanan efektif rata-rata saat mesin mengalami daya maksimum. Tidak melakukan perhitungan dengan metode elemen hingga, suhu, serta gesekan diabaikan.

1.4. Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas sarjana ini adalah : 1. Studi Literatur

Berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku yang mendukung dan membantu menyelesaikan tugas sarjana ini.

2. Diskusi

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa yang lain mengenai simulasi yang dibahas.

1.5. Sistematika Penulisan

Dalam penulisan tugas sarjana ini sistematika penulisannya meliputi, Bab I pendahuluan, berisikan latar belakang, maksud dan tujuan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan. Diteruskan dengan Bab 2 yakni tinjauan pustaka meliputi teori-teori perhitungan dinamika. Kemudian masuk ke Bab 3 metode penelitian yang berisikan tentang pengambilan data, perhitungan, diagram alir menggunakan software ADAMS dan prosedur simulasi. Setelah data yang diperoleh diperhitungkan, maka pada Bab 4 hasil disimulasikan diantaranya

analisis simulasi kinematis dan dinamis pada mekanisme engkol luncur. Dan pada Bab 5 berisikan kesimpulan secara garis besar dari hasil simulasi dan perhitungan secara analitikserta saran untuk kesempurnaan tugas sarjana ini.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pendahuluan

Bab ini memberikan gambaran umum tentang latar belakang pengertian pembangkitan gaya pada mekanisme sebuah mesin bolak-balik (reciprocating engine).

Gambar 2.1 Reciprocating Engine

Dari gambar :

1. Piston 3. Poros engkol 2. Connecting rod

1

2

1

Gambar 2.2 Diagram benda bebas mekanisme engkol luncur

Dari gambar 2.2 menunjukkan diagram benda bebas sebuah mekanisme engkol luncur. Torak P yang mengalami percepatan akan menghasilkan gaya inersia (Fi), Fi merupakan gaya inersia yang bekerja pada pusat torak P, yang besarnya adalah Fi = mp . ap, dimana mp massa keseluruhan piston dan ap adalah

percepatan piston. Sehingga gaya yang menekan piston Fpx jumlah gaya inersia yang bekerja pada piston dan tekanan gas yang dihasilkan pada pembakaran pada permukaan piston. Gaya ini mengakibatkan poros engkol bergerak dengan

kecepatan konstan ω1. Dan juga mengakibatkan batang penghubung (connecting

rod) bergerak dengan kecepatan angular ω2 dan mengalami percepatan angular α2

Motor bakar satu silinder menggunakan mekanisme engkol luncur dalam .

8

hasil pembakaran bahan bakar dan oksigen berekspansi akan mendorong torak yang dilanjutkan ke batang penghubung yang akan memutar poros engkol, yang kemudian diidealisasikan akan menghasilkan putaran konstan dengan bantuan sebuah roda gila (fly wheel).

Gambar 2.3 memperlihatkan skema dari mekanisme engkol peluncur horizontal. O adalah kerangka tetap, R adalah radius poros engkol yang bergerak rotasi yang terpusat di O dan L adalah batang penghubung dan P adalah peluncur, yang mana pada kasus ini torak meluncur sepanjang silinder atau bergerak

translasi. θ adalah sudut gerak poros engkol. η adalah sudut perubahan batang hubung terhadap torak. Dan G adalah titik berat batang hubung.

Gambar 2.3 Geometri mekanisme engkol luncur

2.3. Persamaan Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Torak

Gambar 2.4 Geometri engkol peluncur

Seperti yang terlihat pada gambar 2.4 Torak P bergerak sepanjang silinder, dengan posisi X. Perpindahan X dimulai dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB).

x = (R+L)-(R Cos θ + L Cos η)

= R(1-Cos θ) + L(1-Cos η) (2.1) Dengan menggunakan aturan Sinus pada  OCP,

L Sin η = R Sin θ

Sin η = Sin θ (2.2) Dengan menggunakan rumus identitas trigonometri dari

dan mensubsitusikan persamaan (2.2),

Cos η = (2.3)

X

TMA

L

R

-L

Sin β = R Sin θ

10

Persamaan (2.3) dapat disederhanakan untuk memudahkan perhitungan selanjutnya dengan menggunakan deret binomial,

=

Dimana B =

Pada penggunaan secara umum, ketelitian yang cukup dapat diperoleh dengan menggunakan dua orde pertama dari deret binomial tersebut dan menghilangkan factor-faktor yang mendekati nol. Dengan menerapkan deret ini ke persamaan (2.3) menghasilkan :

Cos η = (2.4)

Dengan mensubsitusikan persamaan (2.4) ke persamaan (2.1) didapat,

(2.5)

Sehingga perpindahan posisi torak x adalah,

Turunan pertama dari x terhadap waktu adalah kecepatan maka,

(2.6)

Berdasarkan identitas trigonometri,

(2.7) Dengan mensubsitusikan persamaan (2.7) ke persamaan (2.6),

(2.8)

(2.9)

Sehingga kecepatan piston,

Turunan pertama dari kecepatan piston vp atau turunan kedua dari posisi piston x

adalah percepatan piston ap

(2.10)

Sehingga percepatan piston adalah, .

12

2.4. Analisa Gaya Bearing Pen

Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada peluncur dapat dilihat pada gambar 2.5. Metode yang digunakan seperti bahan rujukan, jurnal analisa kinematika dan kinetic motor Nissan oleh Rajkorbahan, dengan menggunakan metoda newton.

Gambar 2.5 Diagram benda bebas piston

Pada gambar 2.5 dapat dilihat bahwa FPY merupakan gaya yang terjadi pada titik

P untuk komponen vertikal dan FPX merupakan gaya yang terjadi pada titik P

untuk komponen horizontal. Karena HONDA REVO menggunakan mesin untuk tipe horizontal, sehingga gaya yang ditimbulkan akibat pembakaran gas Fg dan

gaya inersia yang ditimbulkan mpap

dikategorikan menjadi komponen horisontal. Sehingga,

(2.11)

P Fg mpap

Fpy

Fpx

Wp N

Sedangkan pada komponen vertikal terdapat berat piston wp dan N gaya yang

bekerja pada dinding silinder.

Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung atau

connecting rod dapat dilihat pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Diagram benda bebas connecting rod

Dari gambar 2.6 dapat dilihat connecting rod CP, yang mengalami percepatan angular yang arahnya searah sumbur-z menimbulkan momen inersia Izz. Pada connecting rod CP juga terdapat gaya yang terbagi menjadi komponen vertikal dan horizontal. FCX merupakan gaya pada titik C untuk komponen horizontal,

sedangkan pada komponen horizontal terdapat FPX dan mc.acgx yang merupakan

gaya inersia untuk komponen horizontal pada connecting rod. Sedangkan FCY

yang merupakan gaya pada titik C untuk komponen vertikal. Komponen vertikal pada batang hubung ini adalah WC berat batang hubung dan mc.acgy

gaya inersia untuk komponen vertikal.

Fpx

Fcx

mc.acgx

mc.acgy

Fpy Wc Fcy

η

C G P -Izz.α2

14

(2.12)

(2.13)

Karena FCY dan FPY

belum diketahui, dengan menggunakan momen pada titik G.

Karena U + S = L, maka

Sehingga dapat diketahui FCY

(2.15)

I

,

zz didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan software SOLIDWORKS.

Gambar 2.7 Diagaram benda bebas poros engkol

Gambar diatas merupakan diagram benda bebas untuk poros engkol, analisa yang dilakukan pada poros engkol dengan mengganggap titik berat poros engkol R/2, dan poros engkol tanpa beban imbang counter weight. Karena poros engkol dianggap berputar pada kecepatan konstan, sehingga percepatan sudut poros engkol dianggap nol.

(2.14)

Fcx

Frx

Fry

Fcy

mpe.agpy

mpe.agpx

16

2.5. Analisa Torsi

Analisa torsi kali ini berdasarkan referensi dari jurnal seperti yang terdapat pada lampiran. Dimana torsi yang terjadi pada mekanisme engkol luncur kali ini adalah gaya-gaya komponen horizontal FCX dan vertikal FCY pada titik C

dikalikan panjang dari poros engkol itu sendiri.

Gambar 2.8 Diagram benda bebas crankshaft

Sedangkan untuk memperoleh gaya yang ditimbulkan oleh gas dengan menggunakan tekanan efektif rata-rata pada siklus otto.

T FCX

FCY

θ

C

O

R

2.6. Gaya Tekan Pada Permukaan Piston

Pada siklus Otto gambar 2.9, energi yang dihasilkan berasal dari pembakaran antara campuran bahan bakar. Hasil pembakaran akan menghasilkan tekanan gas yang menekan piston, kemudian diteruskan sampai poros engkol untuk menghasilkan tenaga. Gaya tekan pada siklus Otto bergantung pada tekanan gas yang terjadi akibat ledakan dari pembakaran bahan bakar. Karena selama siklus Otto tekanan dan temperatur selalu berubah-ubah tiap perubahan sudut gerak poros engkol maka sebaiknya dicari harga tekanan konstan yaitu tekanan efektif rata-rata.

18

Untuk menghitung tekanan gas rata-rata yang terjadi pada siklus Otto dapat dihitung dengan menggunakan rumus (Internal Combustion Engine Fundamentals, Heywood John-B)

Dimana,

P = Daya efektif (kW)

Peff = mean efektif pressure (kPa)

Vd = Volume silinder (dm3)

N = Putaran poros engkol (R.P.S)

nR

(2.17)

Dimana,

A = Luas permukaan kepala piston

= (π/4).D

= 2 (Motor 4 tak)

Dan secara matematis gaya yang ditimbulkan hasil pembakaran pada permukaan torak adalah,

Berdasarkan Md Adams Help, Md adams adalah software MSC berbasis

Computer Aided Engineering (CAE) yang fungsi utamanya multi disiplin ilmu yang mengintegrasikan sistem-sistem seperti komponen-komponen mekanik, pneumatik, hidrolik, elektronik dan sistem kontrol teknologi yang memungkinkan

2

D = Diameter piston (cm)

2.7 Md ADAM

(2.16)

para insinyur untuk membangun dan menguji prototipe secara virtual menjelaskan interaksi antara subsistem.

Md adams software yang dapat meningkatkan efisiensi teknik dan dapat mengurangi biaya pengembangan produk dengan melakukan validasi lebih awal. Insinyur dapat mengevaluasi dan mengelola interaksi tiap disiplin ilmu seperti gerakan, aktuasi, dan pengendalian agar produk bekerja lebih optimal seperti kinerja, keamanan, dan kenyamanan. Seiring dengan kemampuan analisis yang luas

Produk-produk yang terdapat pada MD Adams 2010 diantaranya :

• Adams/ Car

• Adams/ Chassis

• Adams/ Driveline

• Adams/ Flex

• Adams/ Insight

• Adams/ PostProcessor

• Adams/ View

Pada analisa kinematika dan dinamika mekanisme engkol luncur akan menggunakan salah satu produk adams yaitu Adams/ View. Adams/ View adalah produk Adams yang sangat powerful dalam bentuk pemodelan dan simulasi. Pengguna Adams dapat membangun dan mensimulasikan sebuah model yang memiliki part yang bergerak.

20 Berikut penggunaan Adams/ View :

Start menu, Programs, MSC.Software, MD Adams 2010, AView,

1. Memilih salah satu pilihan yang terdapat pada window seperti pada tabel berikut :

Adams - View

Gambar 2.10 Membuka ADAMS/ View

Membuat Model

Saat memulai adams/ View, adams/ View akan menampilkan window berupa

welcome dialogue box yang memberi pilihan pada pengguna apakah membuat sebuah model yang baru atau membuka model yang telah ada.

Tabel 2.1 : Tampilan pilihan pada window ADAMS/ VIEW

Pilihan Pada Tabel Fungsi

Create a New Model Membuat sebuah model yang baru

Open an Existing Database Membuka model yang telah ada

Import File Membuka model dari database adams yang telah ada.

Exit Keluar dari adams/ View

2. Jika memilih membuat model yang baru, terdapat pilihan penggunaan gravitasi pada model,

• Earth Normal : Gravitasi normal sebesar 1 G

• No Gravity : Tidak menggunakan gravitasi

• Other

3. Menyeleksi satuan yang akan digunakan.

• MMKS : millimeter, kilogram, secon

• MKS : meter, kilogram, second

• CGS : centimeter, gram, dyne

• IGS : inci, slug, pound gaya 4. Pilih OK

Proses Pemodelan

Tahap-tahap pada pengerjan adams/ View adalah :

Gambar 2.11 Proses pemodelan

Tahap pertama yang dilakukan adalah membangun model, melakukan percobaan pada model, peninjauan pada model, dan dilakukan pengembangan terhadap model jika diperlukan.

22 Adams/ View

Berikut tampilan adams/ View pada jendela utama.

Gambar 2.12 Window pada ADAM/ View

Tool Box Adams/ View

Tabel 2.2 : Deskripsi Tool

Ikon Deskripsi

Tool seleksi

Pemodelan bentuk-bentuk geometri

pengukuran

Undo dan Redo

Tool sambungan

simulasi

Tool pewarna

motor penggerak

animasi

Tool Forces

Menampilkan model dalam satu window

Menampilkan model saat diseleksi

Menampilkan model pada titik pusat model

Merotasi model

Se

Increment Entering a value lets you more precisely control the view display changes, such as zooming and rotations.

Se

24

Grid Se

Depth Se

Render Se

Icons Toggles the display of icons.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Pendahuluan

Bab ini berisikan metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan skripsi ini. Secara umum metodologi yang digunakan dalam skripsi adalah pemodelan dengan menggunakan MSC ADAMS dan melakukan perbandingan analisa secara manual dan simulasi yang dihasilkan oleh MSC ADAMS.

Gambar 3.1 Kerangka konsep

Dalam skripsi ini dilakukan studi kasus mekanisme motor bakar yang diaplikasikan pada sepeda motor merk Honda Revo, dimana data dapat dilihat

26

pada tabel 3.1. Kemudian dilakukan perbandingan hasil secara manual dan simulasi dengan MSC ADAMS.

3.2 Studi Kasus

3.2.1 Spesifikasi Motor

Sebagai studi kasus dalam skripsi ini dipilih motor bakar jenis bensin yang biasa diaplikasikan pada sepeda motor. Adapun spesifikasi mesin yang digunakan dalam skripsi ini merupakan mesin dari sepeda motor Honda Revo yang merupakan keluaran pabrikan terkemuka di Indonesia.

Spesifikasi mesin Honda Revo dapat dilihat pada sebagai berikut :

Gambar 3.2 HONDA REVO

• Panjang X lebar X tinggi : 1.919 x 709 x 1.080 mm • Jarak Sumbu Roda : 1.227 mm

• Jarak terendah ke tanah : 135 mm • Berat kosong : 97 kg

• Tipe rangka : Tulang punggung • Tipe suspensi depan : Teleskopik

• Tipe suspensi belakang : Lengan ayun dengan peredam kejut ganda • Ukuran ban depan : 70/90 - 17 M/C 38P

• Ukuran ban belakang : 80/90 - 17 M/C 44P

• Rem depan : Cakram hidrolik, dengan piston tunggal • Rem belakang : Tromol

• Kapasitas tangki bahan bakar : 3,7 lt

• Tipe mesin : 4 langkah, SOHC, pendinginan udara • Diameter x langkah : 50 x 55,6 mm

• Volume langkah : 109,1 cc • Perbandingan Kompresi : 9,0 :1 • Daya Maksimum : 8,46 PS/7.500 rpm • Torsi Maksimum : 0,86 kgf.m/5.500 rpm

• Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodik • Kopling Otomatis : Ganda, otomatis, sentrifugal, tipe basah

• Gigi Transmsi : 4 kecepatan bertautan tetap • Pola Pengoperan Gigi : N - 1 - 2 - 3 - 4 - N • Starter : Pedal dan Elektrik

• Aki : MF 12 V - 3 Ah

• Busi : ND U20EPR9S, NGK CPR6EA-9S • Sistem Pengapian : DC-CDI, Battery HARGA : Rp 11,400,000

Sumber : CV. Indako Trading Co.

3.2.2 Dimensi Motor Bakar Satu Silinder

Data dimensi ini akan digunakan untuk proses pemodelan dengan menggunakan ADAMS. Hasil pengukuran ditabulasikan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Hasil Pengukuran

Piston • Diameter : 40.95 mm

• Berat : 86.50 gr

Connecting rod • Panjang : 94.53 mm

• Berat : 144.17 gr Poros engkol • Panjang : 26.50 mm

28

3.3 Gaya akibat pembakaran

Pembebanan diawali dengan mencari nilai gaya tekan yang terkonsentrasi di piston. Besarnya gaya F dapat dihitung dengan menggunakan rumus tekanan efektif rata-rata seperti pada bab 2 sebelumnya.

Dimana,

P = 8.46 PS = 6.22 (kW)

Vd = 109.1 cm3 =109.1 x 10-3 (dm3

N = 7500 R.P.M = 450000 (R.P.S) )

nR

Mep = 0.25338 (kPa) = 2 (Motor 4 tak)

Dan secara matematis gaya yang ditimbulkan hasil pembakaran pada permukaan torak adalah,

(2.25)

Dimana,

D = Diameter piston (cm)

A = Luas permukaan kepala piston

= (π/4).D =(π/4).(4.095)

2

=13.17 cm 2

2

F = 0.25338 (kPa) . 13.17 cm

= 33.38 kN

2

= 3338 N

3.4 Diagram Alir Simulasi

Dalam skiripsi ini, aliran proses simulasi menggunakan proses komputer meliputi, yaitu proses pemodelan untuk membuat suatu pendekatan sistem motor bakar satu silinder akan dilakukan dengan menggunakan bantuan software MSC MD Adams.

30

3.5 Prosedur Simulasi

3.5.1 Proses Pemodelan

MSC MD ADAMS merupakan salah satu software keluaran MSC seperti

NASTRAN, MD NASTRAN, PATRAN, dll. Hanya saja software MSC MD ADAMS ini dikhususkan untuk mensimulasikan perhitungan kinematis dan dinamis pada suatu sistem.

Pada pemodelan sistem motor bakar menggunakan ADAMS ini menggunakan pendekatan. Yaitu bentuk komponen hanya berupa link-link dan silinder. Berikut tahap-tahap pemodelan, pemberian hubungan atau joint, dan motion pada poros engkol

Memulai MSC MD ADAMS ,

Start\Program Files\MSC.Software\MD_Adams\2010\View

Gambar 3.4 Tampilan pembuka ADAMS VIEW

1. Pemodelan poros engkol dan batang hubung

Pemodelan dilakukan dengan fitur toolbox dari ADAMS, yaitu link seperti pada gambar 3.5. Pada link yang pertama kali dibuat adalah poros engkol. Panjang poros engkol sepanjang 2.54 cm yang disesuaikan dengan panjang poros engkol HONDA SUPRA. Sedangkan tebal dan lebarnya dibuat sesebasa 1 cm.

Gambar 3.5 Link poros engkol pada ADAMS VIEW

Proses pemodelan connecting rod (batang hubung) juga dilakukan seperti halnya poros engkol. Dimana panjang connecting rod sebesar 9.45 cm yang panjangnya disesuaikan panjang sebenarnya, sedangkan lebar dan tebalnya dibuat 1 cm.

32

Gambar 3.7 Connecting rod dan poros engkol

2. Proses pemodelan peluncur

Pemodelan dilakukan dengan toolbox yaitu cylinder. Toolbox cylinder dapat dilihat seperti pada gambar 3.8. Pada silinder ini ditentukan diameter silinder sebesar 4.9 cm, dan tinggi silinder sebesar 4 cm. Gambarnya seperti gambar 3.9.

Gambar 3.8 Toolbox Cylinder pada ADAMS VIEW

Gambar 3.9 Peluncur

Gambar 3.10 Peluncur dan link

3.5.2 Menentukan sambungan

Pada ADAMS VIEW jenis sambungan yang berputar atau yang bergerak rotasi seperti sambungan poros engkol adalah revolute joint. Jenis-jenis sambungan pada mekanisme :

34 1. Revolute Joint

a. Ground dan poros engkol b. Poros engkol dan connecting rod

c. Connecting rod dan Peluncur 2. Translational Join

a. Peluncur dan ground

Keseluruhannya seperti pada gambar 3.11.

Gambar 3.11 Sambungan pada mekanisme

3.5.3 Menentukan putaran

Pada ADAMS VIEW menentukan besarnya putaran menggunakan tool Rotational Joint Motion. Putaran ini diletakkan pada sambungan antara ground

dan poros engkol. Besarnya putaran yaitu 45040.95 deg/s atau setara 7500 rpm seperti yang terlihat pada gambar 3.12.

Revolute Joint

Translasi Joint

Gambar 3.12 Motion pada mekanisme 3.5.4 Proses simulasi

Proses simulasi dilakukan dengan toolbox interactive simulation control. Gambarnya seperti pada gambar 3.13.

Gambar 3.13 Toolbox simulasi

Tombol untuk menjalankan simulasi, tombol agar simulasi berhenti, dan tombol untuk mereset simulasi

36

3.6 Menampilkan Hasil Simulasi

Untuk menampilkan hasil simulasi, menggunakan tool Postprocessing, tool

ini menampilkan nilai-nilai kinematika, seperti perpindahan, kecepatan, dan percepatan peluncur.

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN DISKUSI

4.1. Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas hasil simulasi pada mekanisme motor bakar satu silinder dengan menggunakan software MSC MD ADAMS dan hasil analisa secara analitik seperti yang dihasilkan pada bab 2 dengan menggunakan metode

spreadsheet. Hasil simulasi ini, baik secara manual dan animasi menggunakan putaran yang konstan.

Gambar 4.1 Skema kinematis

X

TMA

L

R

-L

Sin β = R Sin θ

38

Analisa kinematis pada simulasi ini mencakup perhitungan posisi, kecepatan, dan percepatan peluncur maupun batang hubung, dan analisa dinamis berupa gaya-gaya yang bereaksi pada sambungan big end dan small end.

Hasil perhitungan pada gaya-gaya yang bereaksi pada sambungan akan ditampilkan dalam bentuk spreadsheet sehingga dapat dilihat perbedaan hasil simulasi dan perhitungan secara manual.

Pada perhitungan secara manual dilakukan secara spreadsheet dengan menggunakan Microsoft Excel. Sehingga hasil perhitungan secara manual dapat dilihat dalam bentuk tabel dan grafik.

4.2. Posisi, Kecepatan, dan Percepatan Piston

Analisa kinematis menghasilkan nilai perpindahan, kecepatan, dan percepatan piston, selanjutnya hasil dari gaya kinematis akan digunakan untuk menganalisis gaya dinamis yang terjadi. Berikut hasil perpindahan, kecepatan, dan percepatan piston.

Pada tabel 4.1 dapat dilihat perpindahan slider, atau piston. Dengan nilai sudut gerak poros engkol 0, 10, 20, . . . ., 360.

Tabel 4.1 Tabel perpindahan

θ

x(m); Posisi Piston

0 0

15 0.000905 30 0.003559 45 0.007778 60 0.013275 75 0.019672 90 0.026533 105 0.03339 120 0.039775 135 0.045255 150 0.049458 165 0.052099 180 0.053 195 0.052099 210 0.049458 225 0.045255 240 0.039775 255 0.03339 270 0.026533 285 0.019672 300 0.013275 315 0.007778 330 0.003559 345 0.000905

360 0

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

θ 45 105 165 225 285 345

D is p lac em en t, m

Sudut Gerak Poros Engkol, deg

40

Pada gambar 4.3 merupakan gambar grafik kecepatan piston atau peluncur simulasi hasil ADAMS dan secara analitik. Grafik kecepatan piston saat poros engkol berputar 7500 RPM. Grafik dibawah grafik kecepatan piston versus sudut putar poros engkol 0, 15, 30, 45, . . . ., 720, atau setara dengan waktu yang dibutuhkan motor menyelesaikan siklusnya.

Gambar 4.3 Grafik kecepatan piston vs sudut putar engkol pada putaran 7500 RPM

Pada gambar 4.4 merupakan gambar grafik percepatan piston atau peluncur simulasi hasil ADAMS dan perhitungan secara analitik. Grafik percepatan piston saat poros engkol berputar 7500 RPM. Grafik dibawah grafik percepatan piston

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

0 90 180 270 360 450 540 630 720

K ec ep a ta n P is to n , m /s

Sudut Putar Poros Engkol, Deg

ADAMS Analitik

versus sudut putar poros engkol 0, 15, 30, 45, . . . ., 720, atau setara dengan waktu yang dibutuhkan motor menyelesaikan siklusnya.

Gambar 4.4 Grafik percepatan piston vs waktu

-25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

0 90 180 270 360 450 540 630 720

P er cep a ta n P is to n , m /s 2

Sudut Putar Poros Engkol, Deg

ADAMS Analitik

42

4.3 Gaya-gaya pada bearing pen

Pada gambar dibawah merupakan grafik gaya yang bekerja pada small end, atau pin piston, atau small bearing (Fpx) dan (Fpy) hasil simulasi MSC ADAMS

dan perhitungan secara analitik. Pada grafik menggunakan gaya gas ruang bakar konstan sebesar 3300 N yang dihasilkan pada putaran poros engkol 7500 RPM.

Gambar 4.5 Grafik gaya komponen horisontal pada small end pada putaran 7500 rpm dengan tekanan gas bakar konstan.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0 90 180 270 360 450 540 630 720

G a y a P a d a P in P is to n S u mb u -X, N ew to n

Sudut Putar Poros Engkol, Deg

ADAMS Analitik

Pada gambar dibawah merupakan grafik gaya yang bekerja pada small end, atau pin piston, atau small bearing (Fpy) hasil simulasi MSC ADAMS. Pada grafik

menggunakan gaya gas ruang bakar konstan sebesar 3300 N yang dihasilkan pada putaran poros engkol 7500 RPM.

Gambar 4.6 Grafik gaya komponen vertikal pada small end pada putaran 7500 rpm dengan tekanan gas bakar konstan.

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

0 90 180 270 360 450 540 630 720

G a y a P a d a P in P is to n S u mb u -Y , N ew to n

Sudut Putar Poros Engkol, Deg

ADAMS Analitik

44

Dengan membandingkan hasil perhitungan kinematika secara analitik, grafik dan simulasi software dengan menggunakan putaran yang sama 7500 RPM, hanya saja dipilih sudut gerak poros engkol saat poros engkol membentuk sudut 1200 dari sumbu-x.

Gambar 4.7 Mekanisme Engkol luncur

Perhitungan secara analitik ini diambil pada satu titik pada saat poros engkol membentuk sudut 1200

Dimana R merupakan panjang poros engkol dan L adalah panjang connecting rod

maka perpindahan piston seperti yang sebelumnya dibahas pada bab II persamaan (2-5).

.

R = 0.0265 m L = 0.09453 m

Kecepatan piston

Pada kecepatan putaran poros engkol 7500 RPM atau setara 785.7143 rad/s

Percepatan piston

Sedangkan kecepatan angular connecting rod seperti yang dikemukakan pada bab 2 sebelumnya.

46

Percepatan angular connecting rod yang merupakan turunan kecepatan angular terhadap waktu.

Percepatan titik berat connecting rod untuk komponen horizontal adalah

Percepatan titik berat connecting rod untuk komponen vertikal adalah

Sehingga percepatan pada titik berat connecting rod adalah resultan dari komponen horizontal dan vertikal

Kecepatan poros engkol

Percepatan poros engkol

Percepatan titik berat poros engkol

Karena letak titik berat poros engkol R/2 maka percepatan titik berat poros engkol,

48

Gambar 4.8 Mekanisme engkol luncur

Berikut perhitungan secara grafik saat poros engkol membentuk sudut 1200 Analisa Kecepatan

.

Gambar 4.9 Grafik kecepatan

OV

VC VP VP/C 1200

C

O

P

ω

L

R

g

3

g

2

Analisa Percepatan

Karena kecepatan poros engkol atau link O2

Arahnya berhimpit dengan link O

C konstan maka percepatan = 0, sehingga percepatan tangensial pada A = 0. Sehingga,

2C dan mengarah pada O2

Percepatan pada P,

50 Dengan 1 cm = 1880 m/s2

Gambar 4.10 Grafik percepatan

Percepatan titik berat di poros engkol, karena letak titik berat G2 = R/L atau

O2C/2, maka aG2

Percepatan titik berat di connecting rod, ,

Oa Ap

anP/C

atP/C

aC

aP/C

aG3

aCG3

Sehingga percepatan titik berat (aG3), pada grafik jarak aG3

Sedangkan percepatan pada titik berat piston sama dengan percepatan piston itu sendiri.

adalah, 6.8 cm.

Berikut perbandingan hasil dari perhitungan secara analitik, grafik, dan simulasi.

Tabel 4.2 Hasil perhitungan kinematis

Analitik Grafik Simulasi Kecepatan Piston

(m/s) -15.504 -15.45 -15.4203

Percepatan Piston

52

Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada peluncur dapat dilihat pada gambar 4.19. Metode yang digunakan untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada tiap bantalan menggunakan metode analitik.

Gambar 4.11 Diagram benda bebas piston

Pada gambar 4.11 dapat dilihat bahwa, untuk komponen horisontal

Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung atau connecting rod dapat dilihat pada gambar 4.12.

Gambar 4.12 Diagram benda bebas connecting rod

P Fg

mpap

Fpy Fpx Wp N Fpx Fcx

mc.acgx

mc.acgy

Fpy Wc Fcy

η

C G P

-Izz.α2

Dari gambar dapat dilihat connecting rod CP, yang mengalami percepatan angular yang arahnya searah sumbur-z menimbulkan momen inersia Izz

.

Karena FCY dan FPY

belum diketahui, dengan menggunakan momen pada titik G.

54

Sehingga dapat diketahui FCY

,

Izz didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan software SOLIDWORKS.

Gambar 4.13 Diagram benda bebas poros engkol

(2.23)

Fcx

Frx

Fry

Fcy

mpe.agpy

mpe.agpx

Wpe

Analisa Torsi

Gambar 4.14 Diagram benda bebas crankshaft

T FCX

FCY

θ

C

O

61

Gaya Terkonsentrasi Pada Pena

Gambar 4.15 Grafik gaya-gaya resultan pada pena vs sudut engkol 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720

G ay a p ad a ti ap b an tal an , N e w to n

Sudut Putar Poros Engkol, Deg

Fp Fc Fpe

Fp = Gaya Pena Piston Fc = Gaya Pena Engkol Fpe = Gaya main bearing

56

Berikut merupakan tabulasi kinematika secara analitik untuk kecepatan piston dan percepatan piston seperti yang dijelaskan pada bab 2. Dimana interval perubahan sudut putar poros engkol 150

Tabel 4.3 Hasil perhitungan kinematika secara analitik

.

Θ Kecepatan Piston

VP

Percepatan Piston

(m/s) AP (m/s2)

0 0 -20945.87697

15 -6.848222335 -19774.00189 30 -12.93819224 -16461.00204 45 -17.64145349 -11568.05048 60 -20.55936404 -5886.755392 75 -21.57119567 -262.4492829 90 -20.82142857 4586.183093 105 -18.65271552 8205.951412 120 -15.50440814 10472.93849 135 -11.80449319 11568.05048 150 -7.883236335 11874.81895 165 -3.929742186 11830.49976 180 -1.83582E-15 11773.51078 195 3.929742186 11830.49976 210 7.883236335 11874.81895 225 11.80449319 11568.05048 240 15.50440814 10472.93849 255 18.65271552 8205.951412

58

270 20.82142857 4586.183093 285 21.57119567 -262.4492829 300 20.55936404 -5886.755392 315 17.64145349 -11568.05048 330 12.93819224 -16461.00204 345 6.848222335 -19774.00189 360 6.5321E-15 -20945.87697 375 -6.848222335 -19774.00189 390 -12.93819224 -16461.00204 405 -17.64145349 -11568.05048 420 -20.55936404 -5886.755392 435 -21.57119567 -262.4492829 450 -20.82142857 4586.183093 465 -18.65271552 8205.951412 480 -15.50440814 10472.93849 495 -11.80449319 11568.05048 510 -7.883236335 11874.81895 525 -3.929742186 11830.49976 540 -5.50746E-15 11773.51078 555 3.929742186 11830.49976 570 7.883236335 11874.81895 585 11.80449319 11568.05048 600 15.50440814 10472.93849

615 18.65271552 8205.951412 630 20.82142857 4586.183093 645 21.57119567 -262.4492829 660 20.55936404 -5886.755392 675 17.64145349 -11568.05048 690 12.93819224 -16461.00204 705 6.848222335 -19774.00189 720 1.30642E-14 -20945.87697

Berikut merupakan gaya pada bantalan perhitungan secara analitik, khususnya pada sambungan connecting rod dan piston. Tabulasi di bawah merupakan gaya yang terkonsentrai pada pena untuk komponen horizontal dan vertikal.

Tabel 4.4 Gaya pada bantalan perhitungan secara analitik

θ Fpx F

(Newton)

py

(Newton)

Fp

(Newton)

0 1073.751 -0.30416 1073.751 15 1200.43 -16.9766 1200.55 30 1558.566 -96.6248 1561.558 45 2087.494 -273.29 2105.307 60 2701.642 -533.69 2753.851 75 3309.629 -818.539 3409.348 90 3833.766 -1046.41 3974.008 105 4225.063 -1149.97 4378.767 120 4470.125 -1103.35 4604.279

60

135 4588.506 -924.313 4680.678 150 4621.668 -654.749 4667.817 165 4616.877 -336.872 4629.151 180 4610.717 -0.30416 4610.717 195 4616.877 336.2637 4629.106 210 4621.668 654.1411 4667.731 225 4588.506 923.7048 4680.558 240 4470.125 1102.739 4604.134 255 4225.063 1149.365 4378.607 270 3833.766 1045.801 3973.848 285 3309.629 817.9303 3409.202 300 2701.642 533.0814 2753.733 315 2087.494 272.6816 2105.228 330 1558.566 96.01648 1561.52 345 1200.43 16.36832 1200.542 360 1073.751 -0.30416 1073.751 375 1200.43 -16.9766 1200.55 390 1558.566 -96.6248 1561.558 405 2087.494 -273.29 2105.307 420 2701.642 -533.69 2753.851 435 3309.629 -818.539 3409.348 450 3833.766 -1046.41 3974.008 465 4225.063 -1149.97 4378.767

480 4470.125 -1103.35 4604.279 495 4588.506 -924.313 4680.678 510 4621.668 -654.749 4667.817 525 4616.877 -336.872 4629.151 540 4610.717 -0.30416 4610.717 555 4616.877 336.2637 4629.106 570 4621.668 654.1411 4667.731 585 4588.506 923.7048 4680.558 600 4470.125 1102.739 4604.134 615 4225.063 1149.365 4378.607 630 3833.766 1045.801 3973.848 645 3309.629 817.9303 3409.202 660 2701.642 533.0814 2753.733 675 2087.494 272.6816 2105.228 690 1558.566 96.01648 1561.52 705 1200.43 16.36832 1200.542 720 1073.751 -0.30416 1073.751

62

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Pada analisa kinematika dengan perhitungan analitika kecepatan maximum piston 21.571 m/s saat engkol membentuk sudut 750, 2850, 4350, 6450, sedangkan percepatan piston maximum adalah 20945.87 m/s2, saat engkol membentuk sudut 00, 3600, 720

2. Pada analisa gaya-gaya pada bantalan mekanisme engkol luncur, didapat nilai maximum, F

0

PX 4621.67 Newton, FPY 1149.36 Newton, FP(Resultan) 4680.68 Newton (gaya pada pena piston)

5.2 Saran

1. Pengujian laboratorium merupakan syarat mutlak untuk mengetahui kondisi real dilapangan. Seperti kondisi tekanan ruang bakar dalam silinder yang membutuhkan uji laboratorium.

2. Disarankan simulasi komputer dengan menggunakan ADAMS dapat dikembangkan lebih lanjut pada Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

3. Hasil skripsi ini dapat dijadikan bahan rujukan dalam penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Beer-Johnston-Cornwell (2009). Vector Dynamic for Engineers : Dynamics, Ninth Edition. McGraw-Hill.

2. Heywood, John. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering.

3. Khurmi, R. S. and Ghupta, J. K. (2004). Theory of Machines. S. Chand.

4. Navarro, M (2009). Analisa Pengaruh Kekuatan Pegas Terhadap Displacement Poros Engkol Menggunakan Simulasi Elemen Hingga.: Tugas Akhir Mahasiswa Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara.

5. Ranjbarkohan, M. (2010). Kinematics and Kinetics Analysis of The Slider Crank Mechanism in Otto Linear Four Cylinder Z24 Engine. Journal of Mechanical Engineering Research.

270 20.82142857 4586.183093 285 21.57119567 -262.4492829 300 20.55936404 -5886.755392 315 17.64145349 -11568.05048 330 12.93819224 -16461.00204 345 6.848222335 -19774.00189 360 6.5321E-15 -20945.87697 375 -6.848222335 -19774.00189 390 -12.93819224 -16461.00204 405 -17.64145349 -11568.05048 420 -20.55936404 -5886.755392 435 -21.57119567 -262.4492829 450 -20.82142857 4586.183093 465 -18.65271552 8205.951412 480 -15.50440814 10472.93849 495 -11.80449319 11568.05048 510 -7.883236335 11874.81895 525 -3.929742186 11830.49976 540 -5.50746E-15 11773.51078 555 3.929742186 11830.49976 570 7.883236335 11874.81895 585 11.80449319 11568.05048 600 15.50440814 10472.93849

615 18.65271552 8205.951412 630 20.82142857 4586.183093 645 21.57119567 -262.4492829 660 20.55936404 -5886.755392 675 17.64145349 -11568.05048 690 12.93819224 -16461.00204 705 6.848222335 -19774.00189 720 1.30642E-14 -20945.87697

Berikut merupakan gaya pada bantalan perhitungan secara analitik, khususnya pada sambungan connecting rod dan piston. Tabulasi di bawah merupakan gaya

yang terkonsentrai pada pena untuk komponen horizontal dan vertikal.

Tabel 4.4 Gaya pada bantalan perhitungan secara analitik

θ Fpx F

(Newton)

py

(Newton)

Fp

(Newton) 0 1073.751 -0.30416 1073.751 15 1200.43 -16.9766 1200.55 30 1558.566 -96.6248 1561.558 45 2087.494 -273.29 2105.307 60 2701.642 -533.69 2753.851 75 3309.629 -818.539 3409.348 90 3833.766 -1046.41 3974.008 105 4225.063 -1149.97 4378.767 120 4470.125 -1103.35 4604.279

135 4588.506 -924.313 4680.678 150 4621.668 -654.749 4667.817 165 4616.877 -336.872 4629.151 180 4610.717 -0.30416 4610.717 195 4616.877 336.2637 4629.106 210 4621.668 654.1411 4667.731 225 4588.506 923.7048 4680.558 240 4470.125 1102.739 4604.134 255 4225.063 1149.365 4378.607 270 3833.766 1045.801 3973.848 285 3309.629 817.9303 3409.202 300 2701.642 533.0814 2753.733 315 2087.494 272.6816 2105.228 330 1558.566 96.01648 1561.52 345 1200.43 16.36832 1200.542 360 1073.751 -0.30416 1073.751 375 1200.43 -16.9766 1200.55 390 1558.566 -96.6248 1561.558 405 2087.494 -273.29 2105.307 420 2701.642 -533.69 2753.851 435 3309.629 -818.539 3409.348 450 3833.766 -1046.41 3974.008 465 4225.063 -1149.97 4378.767

480 4470.125 -1103.35 4604.279 495 4588.506 -924.313 4680.678 510 4621.668 -654.749 4667.817 525 4616.877 -336.872 4629.151 540 4610.717 -0.30416 4610.717 555 4616.877 336.2637 4629.106 570 4621.668 654.1411 4667.731 585 4588.506 923.7048 4680.558 600 4470.125 1102.739 4604.134 615 4225.063 1149.365 4378.607 630 3833.766 1045.801 3973.848 645 3309.629 817.9303 3409.202 660 2701.642 533.0814 2753.733 675 2087.494 272.6816 2105.228 690 1558.566 96.01648 1561.52 705 1200.43 16.36832 1200.542 720 1073.751 -0.30416 1073.751

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Pada analisa kinematika dengan perhitungan analitika kecepatan maximum piston 21.571 m/s saat engkol membentuk sudut 750, 2850, 4350, 6450, sedangkan percepatan piston maximum adalah 20945.87 m/s2, saat engkol membentuk sudut 00, 3600, 720

2. Pada analisa gaya-gaya pada bantalan mekanisme engkol luncur, didapat nilai maximum, F

0

PX 4621.67 Newton, FPY 1149.36 Newton, FP(Resultan)

4680.68 Newton (gaya pada pena piston)

5.2 Saran

1. Pengujian laboratorium merupakan syarat mutlak untuk mengetahui kondisi real dilapangan. Seperti kondisi tekanan ruang bakar dalam silinder yang membutuhkan uji laboratorium.

2. Disarankan simulasi komputer dengan menggunakan ADAMS dapat

dikembangkan lebih lanjut pada Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

3. Hasil skripsi ini dapat dijadikan bahan rujukan dalam penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Beer-Johnston-Cornwell (2009). Vector Dynamic for Engineers : Dynamics, Ninth Edition. McGraw-Hill.

2. Heywood, John. B. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals. McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering.

3. Khurmi, R. S. and Ghupta, J. K. (2004). Theory of Machines. S. Chand.

4. Navarro, M (2009). Analisa Pengaruh Kekuatan Pegas Terhadap Displacement Poros Engkol Menggunakan Simulasi Elemen Hingga.: Tugas Akhir Mahasiswa Departemen Teknik Mesin Sumatera Utara.

5. Ranjbarkohan, M. (2010). Kinematics and Kinetics Analysis of The Slider Crank Mechanism in Otto Linear Four Cylinder Z24 Engine. Journal of Mechanical Engineering Research.