commit to user
4.3 Analisa Kekuatan Material
a. Analisa kekuatan rangka tubular yang dihubungkan kerangka dalam
Gambar 4.23 Sistem koordinat x, y, z pada rangka Dalam gambar di atas telah diketahui sistem koordinat sebagai acuan dalam
analisa kekuatan material. Rangka tengah dan rangka dalam disambung menggunakan baut. Terdapat lima titik tumpuan pada setiap rangka dalam. Pada
tiap-tiap titik tumpuan terdapat empat baut sebagai pengunci sambungannya. Pada desain rangka direncanakan beban maksimal pengemudi adalah 160 kg
dengan asumsi rangka tengah menjadi rangka yang rigid. Karena menggunakan sambungan baut maka sambungan ini merupakan tumpuan jepit.
Material yang digunakan untuk rangka dalam, rangka tengah, dan lengan ayun adalah sama yaitu baja karbon untuk konstruksi mesin dengan lambang
S30c-d. Tegangan tarik ijin material ini 53kgmm
2
. Tegangan geser ijin material 39kgmm
2
. Besarnya safety faktorN adalah 2, karena material yang digunakan untuk rangka merupakan material yang biasa digunakan dilingkungan biasa,
beban dan tekanan yang dapat ditentukan. Material baut yang digunakan adalah S30C dengan tegangan tarik ijin material ini 48 kgmm
2
dan tegangan Geser ijin material 36 kgmm
2
. Deutschman.dkk., 1987 Perencanaan pembuatan rangka ini memiliki bentuk yang simetris, beban dari
pengemudi yang diterima oleh rangka tengah berada tepat di pusat gravitasi kendaraan ini sehingga dapat diasumsikan menjadi beban terpusat. Analisa gaya
commit to user
di sini dengan menyederhanakan beban langsung yang diterima oleh rangka dengan mengamati simetri pada koordinat x,z.
Gambar 4.24 Reaksi gaya Karena batang bertumpu pada dua buah tumpuan jepit dan beban dibalok
ini bekerja hanya dalam arah vertikal, maka diketahui tidak ada reaksi gaya searah horizontal pada tumpuan. Dengan demikian balok ini memiliki keempat reaksi
yang tidak diketahui, yaitu dua pada masing-masing tumpuan. Karena hanya ada dua persamaan kesetimbangan, maka balok ini adalah statis tak tentu derajat dua.
Analisa gaya yang dilihat dari koordinat x,z dengan mengamati simetri balok dan pembebanannya, sehingga dapat berlaku rumus Gere dan Timoshenko,
1997 : R
A
= R
B
dan M
A
= M
B
karena reaksi gaya arah vertikal ditumpuan sama, maka kesetimbangan gaya arah vertikal setiap gaya ditentukan menggunakan perhitungan seperti dibawah ini:
R
A
= R
B
= P2 R
A
= R
B
= R
A
= R
B
= 80 kg Jadi besaran anu yang belum diketahui yaitu reaksi momen M
A
dan M
B
Momen searah putaran jarum jam bernilai positif+ Momen berlawanan arah putaran jarum jam bernilai negatif-
z
x
commit to user
Kemudian momen dapat dihitung dengan rumus:
Gambar 2.25 Gaya yang dilihat dari koordinat x,z M =
.
M
A
= -
.
M
A
= -26000 kgmm M
B
=
.
M
B
= 26000 kg.mm Gaya geser dan Momen lentur dapat dihitung dengan rumus:
Gaya geser: v = P2
= = 80kg
Momen lentur: M =
.
-
.
=
.
-
.
= 26000kg.mm
commit to user
Sehingga gambar diagram gayanya:
Gambar 2.26 Diagram gaya geser dan diagram momen lengkung Jadi, karena pada setiap sisi kanan dan kiri rangka terdapat lima posisi tumpuan,
maka gaya geser dan momen lentur yang terjadi di bagi lima. Sehingga gaya geser dan momen lentur tiap bagian adalah:
Gaya geser tiap bagian tumpuan: v
1 =
v
2 =
v
3 =
v
4 =
v
5 =
= 16 kg Momen lentur tiap bagian tumpuan:
M
1
= M
2
= M
3
= M
4
= M
5
=
.
= 5200 kg.mm Perhitungan gaya geser maksimum material rangka pada bidang x,z pada bidang
flangedesk rangka dikatakan aman apabila : ≥
2
+ 4 .
2 12
Dimana: S
yp
berdasarkan dari spesifikasi material yang digunakan
2
+ 4 .
2 12
berdasarkan perhitungan pada desain Maka, dicari terlebih dahulu nilai tegangan tarik pada sumbu x dan tegangan geser
pada z :
commit to user
=
.
=
. .
=
. . . . .
=
. . .
. . . . .
=
. . . . . .
=
. .
= 2,02 kgmm
2
=
.
=
.
= 0,32 kgmm
2
Dengan demikian dibuktikan dengan rumus ≥
2
+ 4 .
2 12
≥ 2,02kgmm
2 2
+ 4 . 0,32kgmm
2 2
12
≥ 4,49 kgmm
2 12
23,936 kgmm
2
≥ 2,98 kgmm
2
Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena tegangan maksimum
yang terjadi pada desain = 2,98 kgmm
2
lebih kecil daripada tegangan ijin bahan 23,936 kgmm
2
Kemudian menganalisa kekuatan material baut pada landasan rangka tengahflangedesk. Telah diketahui dari perhitungan diatas bahwa momen yang
diterima tiap tumpuan adalah 5200 kgmm, dan gaya geser yang diterima sebesar 16kg.
commit to user
Menghitung tegangan tarik yang terjadi pada desain landasan yang ditumpu oleh empat buah baut:
Gambar 2.27 Gaya geser dan momen pada landasan =
.
=
. .
=
. . . . .
=
. . .
. . . . .
=
. .
= 2,07 kgmm
2
=
.
=
.
= 0,32 kgmm
2
Kemudian dihitung menggunakan analisa S
yp :
≥ + 4 .
12
≥ 2,07 kgmm
2 2
+ 4 . 0.32 kgmm
2 2
12
23,232 kgmm
2
≥ 2,17 kgmm
2
Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain sambungan baut ini aman karena
tegangan maksimum yang terjadi pada desain = 2,17 kgmm
2
lebih kecil daripada tegangan ijin bahan 23,232 kgmm
2
commit to user
4.3.2 Analisa kekuatan pada lengan ayun
Gambar 4.28 Lengan ayun Pada desain electric two wheeled vehicle enam lengan ayun yang identik
sehingga dapat diambil satu lengan ayun dengan beban terbesar untuk dijadikan reverensi perhitungan kekuatan rancangan lengan ayun. Material lengan ayun
berpenampang hollow square dengan material yang sama dengan material rangka. Adapun gaya-gaya yang bekerja pada lengan ayun telah diketahui dan
dapat digambarkan sebagai berikut: Sumber: Hidayat, M. Nur, 2012 R
ax
= 752,08 N F
bx
= 248,94 N R
cx
= 8,5 N R
cv
= 992,52 N R
ay
= 526,61 N F
by
= 648,5 N R
cy
= 121,59 N Momen lengkung maksimun adalah : M
B
= 31613,4 N Gaya geser maksimum F
y
= 526,61 N Setelah diketahui gaya-gaya yang bekerja pada lengan ayun maka
menentukan Tegangan lengkung dengan rumus Deutschman.dkk., 1987:
=
.
Gambar 4.30 Penampang lengan ayun
commit to user
Dimana: I
= =
= 207872 mm
4
=
.
=
, .
=
,
= 1,216 Nmm
2
Menghitung gaya geser searah sumbu Y,
=
, .
. .
=
,
= 2,35 Nmm
2
Kemudian agar material dikatakan aman dapat dianalisa dengan menggunakan rumus:
≥
2
+ 4 .
2 12
≥ 1,216Nmm
2 2
+ 4 . 2,35Nmm
2 2
12
≥ 1,478 Nmm
2
+ 22,1 Nmm
2 12
≥ 23,578 Nmm
2
23,936 kgmm
2
≥ 2,3578 kgmm
2
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena tegangan
maksimum yang terjadi pada
desain adalah 2,3578 kgmm
2
lebih kecil daripada tegangan ijin bahan 23,936 kgmm
2
Setelah diketahui material lengan ayun aman, maka menganalisa kemungkinan kerusakan yang terjadi pada bagian yang dibaut. Beban terbesar
berada dititil A sehingga kemungkinan kerusakan yang terjadi adalah sobek pada permukaan material lengan ayun dan geseran pada baut. Baut yang digunakan
memiliki ukuran M10 dan materialnya sama dengan baut pada rangka S30C
commit to user
dengan tegangan tarik ijin material ini 48 kgmm
2
dan tegangan Geser ijin material 36 kgmm
2
Sobek pada permukaan material lengan ayun dapat diatasi dengan membuat jarak tepi margin sebesar 1,5.d. Diameter disini menggunakan
diameter baut yang digunakan. Jarak tepi sebenarnya pada desain adalah 30mm.
Gambar 4.31Kemungkinan sobek pada plat Deutschman.dkk., 1987 Sehingga margin dapat dihitung: m = 1,5 . d
m = 1,5 . 10mm
m = 15mm
dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena margin pada
desain sebenarnya 30mm. Geseran pada baut dapat dianalisa dengan menggunakan rumus
perbandingan gaya geser maksimal dengan gaya yang terjadi pada desain. Ilustrasi pergesera pada baut sebagai berikut:
Gambar 4.32 Kemungkinan geseran pada baut Deutschman.dkk., 1987 Gaya geser maksimal
≥ gaya pada A . d
2
. ≥ 918,12 N
. 10
2
. 36 kgmm
2
≥ 91,812 kg 2827,43kg
≥ 91,812 kg
dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena tegangan
maksimal yang dapat diterima oleh baut lebih besar daripada gaya yang terjadi pada desain.
commit to user
4.3.3 Analisa kekuatan pada lengan pemegang motor
Gambar 4.33 Lengan pemegang motor Pada desain electric two wheeled vehicle motor penggerak berada di
lengan pemegang motor. Material lengan berpenampang hollow square dengan material yang sama dengan material rangka. Adapun gaya yang diterima lengan
telah diketahui dan dapat digambarkan sebagai berikut: Sumber: Hidayat, M. Nur, 2012
R
a
= 627,28 N F = 731,916 N
R
ax
= 568,5 N F
x
= 470,67 N R
bx
= 470,67 N R
ay
= 265,1N F
y
= 560,68 N R
by
= 295,58N Momen lengkung maksimun adalah : M
B
= 170544 Nmm Gaya geser maksimum F
y
= 830,37 N Setelah diketahui gaya-gaya yang bekerja pada lengan ayun maka menentukan
Tegangan lengkung dengan rumus:
=
.
commit to user
I =
= = 207872 mm
4
=
.
=
.
= 6,563 Nmm
2
Menghitung gaya geser searah sumbu Y,
=
, .
. .
=
,
3,708 Nmm
2
Kemudian S
yp
dapat dihitung ≥
2
+ 4 .
2 12
≥ 6,563 Nmm
2 2
+ 4 . 3,708 Nmm
2 2
½
≥ 43,072 Nmm
2
+ 54,99 Nmm
2 12
≥ 9,902 Nmm
2
78 kgmm
2
≥ 0,9902kgmm
2
dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena tegangan yang
terjadi pada desain = 0,9902 kgmm
2
lebih kecil daripada tegangan ijin material 78 kgmm
2
Setelah diketahui material lengan ayun aman, maka menganalisa kemungkinan kerusakan yang terjadi pada bagian yang dibaut. Beban terbesar
adalah F, sehingga kemungkinan kerusakan yang terjadi adalah sobek pada permukaan material lengan ayun dan geseran pada baut. Baut yang digunakan
memiliki ukuran M10 dan materialnya sama dengan baut pada rangka S30C dengan tegangan tarik ijin material ini 48 kgmm
2
dan tegangan Geser ijin material 36 kgmm
2
commit to user
Sobek pada permukaan material lengan ayun dapat diatasi dengan membuat jarak tepi margin sebesar 1,5.d. Diameter disini menggunakan
diameter baut yang digunakan. Jarak tepi sebenarnya pada desain adalah 30mm.
Gambar 4.35 Kemungkinan sobek pada plat Deutschman.dkk., 1987 Sehingga margin dapat dihitung: m = 1,5 . d
m = 1,5 . 10mm
m = 15 mm
dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena margin pada
desain sebenarnya 20 mm. Geseran pada baut dapat dianalisa dengan menggunakan rumus
perbandingan gaya geser maksimal dengan gaya yang terjadi pada desain. Ilustrasi pergesera pada baut sebagai berikut:
Gambar 4.36 Kemungkinan geseran pada baut Deutschman.dkk., 1987 Gaya geser maksimal
≥ gaya pada A . d
2
. ≥ 731,916 N
. 10
2
. 36 kgmm
2
≥ 73,1916 kg 2827,43kg
≥ 73,1916 kg
dengan demikian dapat disimpulkan bahwa desain ini aman karena tegangan yang
dapat diterima oleh baut lebih besar daripada tegangan yang terjadi pada desain.
commit to user
4.4 Perhitungan waktu proses produksi
a. Perhitungan waktu pembuatan flangedesk
Pengeboran lubang kecil diameter 8mm 1.
Centre drill : Tm =
, . .
=
, . , .
=
,
= 0,22 menit x 40 = 8,8 menit
2. Lubang pre-drill diameter 8mm :
Tm =
, . .
=
, . ,
.
=
, ,
= 0,3 menit x 40 = 12 menit
Pengeboran lubang flangedesk diameter 25mm : 1.
Centre drill = 0,22 menit x 10 = 2,2 menit
2. Bor Ø8
= 0,3 menit x 10 = 3 menit 3.
Bor Ø15 =
, . , .
=
,
= 0,2125 menit x 10 = 2,1 menit 4.
Bor Ø20 =
, . , .
= = 0,36 menit x 10 = 3,6 menit
commit to user
5. Bor Ø22
=
, . , .
=
,
= 0,36 menit x 10 = 3,6 menit 6.
Bor Ø25 =
, . , .
=
,
= 0,4 menit x 10 = 4 menit Waktu proses = 2,2 + 3 + 2,1 + 3,6 + 3,6 + 4 + 30 + 10 = 58,5 menit
Jadi total waktu yang dibutuhkan untuk pengeboran flank desk = 60,8 + 58,5 = 119, menit
b. Pengeboran untuk lubang keling
Diketahui : Jumlah lubang = 100 Diameter lubang = 4 mm
Diameter bor = 4 mm Kecepatan bor tangan = 300 rpm
Tm =
, . .
=
, ,
,
=
,
= 0,1 menit x 100 = 10 menit Waktu proses = 10 + 10 + 1 = 21 menit
c. Pengeboran lengan ayun
1. Pengeboran awalan dengan Centre drill :
Tm =
, . .
=
, . ,
=
,
= 0,24 menit x 8 = 1,6 menit 2.
Pengeboran diameter 8mm Tm =
, . .
=
, . ,
=
, ,
= 0,97 menit x 8 = 7,76 menit
commit to user
3. Pengeboran diameter 15mm
Tm =
, . .
=
, . ,
=
,
= 0,6 menit x 8 = 4,8 menit 4.
Pengeboran diameter 20mm Tm =
, . .
=
, . , .
= = 0,92 menit x 8 = 7,44 menit 5.
Pengeboran diameter 22mm Tm =
, . .
=
, . , .
=
,
= 0,92 menit x 8 = 7,2 menit 6.
Pengeboran diameter 25mm Tm =
, . .
=
, . , .
=
,
= 0,9 menit x 8 = 7,2 menit Waktu proses = 1,6 + 7,76 + 4,8 + 7,44 + 7,2 + 7,2 + 30 + 10 = 76 menit
Pengeboran lubang as roller pada lengan ayun 1.
Centre drill : Tm =
, . .
=
, . , .
= 0,2 menit x 6 = 1,2 menit
2. Pengeboran diameter 10mm
Tm =
, . .
=
, . , .
=
,
= 0,79 menit x 6 = 4,74 menit Waktu proses = 1,2 + 4,74 + 30 +10 = 45,94 menit
commit to user
Pengeboran lubang dudukan shock absorber pada lengan ayun 1.