BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 ATV (All Terrain Vehicle)
ATV (All Terrain Vehicle) adalah sebuah kendaraan dengan penggerak
mesin menggunakan motor bakar sehingga menghasilkan tenaga kemudian
diteruskan melalui Transmisi penerus untuk meneruskan tenaga mesin ke
roda . ATV (All Terrain Vehicle) merupakan perpaduan antara motor roda
dua dan mobil yang keduanya memiliki kelebihan masing-masing pada saat
melintas di medan sulit.
Manusia selalu merancang sesuatu untuk
mempermudah dalam mencapai tujuan yang mereka inginkan. Karakteristik
yang paling mendasar pada manusia adalah membuat fungsi perlatan yang
telah ada menjadi lebih luas lagi untuk mencapai hal yang diinginkan. Dan
pada saat tujuan itu terhambat akibat peralatan yang ada kurang mendukung,
maka perbaikan fungsi peralatan dibuat menjadi lebih baik atau dibuat
peralatan yang baru. Atas dasar kompleknya tujuan yang ingin dicapai maka
manusia dituntut untuk selalu berkreasi dan terus merancang sesuatu yang
baru atau merobah sesuatu yang lama menjadi lebih berfungsi lagi.
Laporan Tugas Akhir
6
2.2 Merancang
Merancang adalah serangkaian proses yang dilakukan untuk memecahkan
masalah yang dihadapi dengan mengubah suatu yang lama menjadi lebih baik
atau membuat sesuatu yang baru. Dalam proses merancang ini tidak ada
sesuatu ketentuan yang baku yang harus diikuti oleh setiap perancang. Setiap
perancang akan memiliki prosesnya sendiri untuk mencapai tujuan. Namun
secara umum proses perancangan dapat dilihat pada diagram alir dibawah ini.
Gambar 2.1: Diagram alir perancangan secara umum
(Sumber: http://yefrichan.wordpress.com)
Dari banyak metode perancangan yang dikeluarkan oleh para perancang,
maka proses yang selalu ada pada setiap metode perancangan dan bisa
dikatakan proses yang umum yang dilakukan yaitu :
1.
Menyelidiki alternatif sistem yang bisa memenuhi spesifikasi yang
diinginkan
2.
Menformulasikan model matematika dari konsep sistem yang terbaik
Laporan Tugas Akhir
7
3.
Menjelaskan spesifikasi komponen untuk membuat komponen subsistem
4.
Memilih material yang akan digunakan dalam pembuatan komponen.
Tahap-tahap proses perancangan
Untuk menerangkan proses perancangan lebih lanjut, maka diperlukan
beberapa proses untuk mencapai tujuan dengan mengikuti langkah-langkah
berikut ini :
1.
Mengetahui kebutuhan
2.
Mendefenisikan masalah
3.
Mengumpulkan informasi
4.
Membuat konsep
5.
Evaluasi
6.
Menyampaikan hasil rancangan
2.3 Metode perancangan model Pahl dan Beitz
Dalam proses perancangan banyak sekali model perancangan yang
diajukan oleh para perancang, tetapi kebanyakan model yang lebih rumit
sering mengaburkan tujuan utama dari perancangan dengan mencampurkan
antara ditail dari berbagai masalah dan aktivitas dalam melakukan pekerjaan
rancangan. Salah satu model yang telah disempurnakan dikemukakan oleh
Pahl dan Beitz.
Laporan Tugas Akhir
8
Model Pahl dan Beitz bedasarkan pada tahap-tahap perhitungan sebagai
berikut :
1.
Klarifikasi dari masalah, mengumpulkan informasi tentang kebutuhan
untuk diwujudkan dalam produk akhir dan juga mengumpulkan informasi
tentang batasan masalah.
2.
Membuat konsep perancangan, menetapkan fungsi struktur, penelitian
untuk pemecahan masalah yang sesuai, penggabungan kedalam beberapa
konsep..
3.
Pengujutan rancangan, dimulai dari konsep, para perancang membuat
keluaran dan bentuk serta membuat produk atau sistem dengan
pertimbangan teknik dan ekonomi
5.
Rincian rancangan, penyusunan bentuk, dimensi dan sifat-sifat umum dari
setiap komponen akhir yang berisi spesifikasi material, kelayakan teknik
dan ekonomi. Pemeriksaan kembali semua gambar dan dokumen produksi
yang telah dihasilkan.
Laporan Tugas Akhir
9
Berikut ini adalah diagram alir dari model proses perancangan menurut
pahl dan beitz.
Gambar 2.2: Diagram: Proses perancangan menurut Phal dan Beitz
(Sumber : Engineering Desaign : A Systematic Approach.)
Laporan Tugas Akhir
10
2.4 Transmisi
Transmisi
merupakan
komponen
mesin
yang
penting
untuk
menghubungkan antara mesin penggerak dengan yang digerakan. Sebagai contoh
pada kendaraan bermotor, antara mesin dengan poros penerus dipasang transmisi.
Fungsi pemasangan transmisi tersebut adalah untuk meneruskan putaran dan daya
mesin. Disamping fungsi tersebut, transmisi sebagai pengontrol putaran sehingga
kendaran bermotor dapat dijalankan dengan mudah pada variasi kecepatan.
Contoh lain pada instalasi pompa dengan penggerak motor bakar (diesel atau
bensin) atau yang digerakan dengan motor listrik, pemasangan transmisi sangat
penting disamping sebagai penerus daya, dengan pemasangan transmisi, putaran
pompa dapat divariasi untuk pengaturan kapasitas aliran. Contohnya adalah pada
instalasi kompresor dengan penggerak motor listrik dengan atau tanpa
pemasangan transmisi. Dengan pemasangan transmisi sebagai pengatur putaran,
nilai ekonomis konstruksinya jika dibandingkan dengan pengatur putaran
menggunakan pengubah frekuensi adalah lebih besar. Dengan kata lain untuk
tujuan yang sama harga kontruksi transmisi lebih murah. Dari contoh-contoh
tersebut secara umum transmisi berfungsi mengubah jumlah putaran dan momen
putaran mesin daya dan mengatur keduanya untuk kebutuhan kerja mesin.
Laporan Tugas Akhir
11
2.5 Jenis- Jenis Transmisi Penerus Daya ke Roda
2.5.1 Poros Propeller
Propeller Shaft yaitu salah satu bagian dari sistem pemindah tenaga yang
berfungsi untuk meneruskan putaran dan daya mesin dari transmisi ke differensial
dengan variasi perubahan sudut yang selalu terjadi pada poros tersebut
saat
memindahkan putaran dan daya. Pada kendaraan tipe FR (front engine rear drive)
dan FWD/AWD (four wheel drive), untuk memindahkan tenaga mesin dari
transmisi ke differential, diperlukan propeller shaft atau sering juga disebut
sebagai drive shaft. Panjang pendeknya propeller shaft tergantung dari panjang
kendaraan. Pada kendaraan yang panjang, propeller dibagi menjadi beberapa
bagian
untuk
menjamin
supaya
tetap
dapat
bekerja
dengan
baik.
Suspensi kendaraan mengakibatkan posisi differential selalu berubah-ubah
terhadap transmisi, sehingga propeller harus dapat menyesuaikan perubahan sudut
dan perubahan jarak, agar tetap mampu meneruskan putaran dengan lancar.
Mekanisme atau komponen tersebut adalah universal joint atau sering disebut Ujoint.
Laporan Tugas Akhir
12
Gambar 2.3 : Propeller shaft
(Sumber 1: djblackersz.blogspot.com/.../transmisi-padamesin )
2.5.2
Rantai & Sprocket
Rantai berfungsi sebagai alat untuk menghubungkan 2 buah gear agar
dapat menyalurkan daya putar dari gear yang satu ke gear yang lain. Jenisjenis dari rantai ada yang berbentuk rantai rol tunggal, rantai rol ganda, dan
rantai gigi. Jenis rantai yang digunakan pada perancangan ini adalah rantai rol
dimana rantai ini terdiri dari pena, bus, rol, dan plat mata rantai. Transmisi
jenis ini sangat cocok dipakai untuk menghubungkan dua poros mesin yang
sejajar, mudah dipasang dan dibongkar. Tetapi dibandingkan dengan
transmisi roda gigi, transmisi rantai memiliki elemen kontruksinya banyak.
Laporan Tugas Akhir
13
Gambar 2.4 : Rantai & Sprocket
(Sumber2: djblackersz.blogspot.com/.../transmisi-padamesin )
2.5.3
Sabuk V- Belt
Sabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampung trapesium.
Tenunan, teteron dan semacamnya digunakan sebagai inti sabuk untuk
membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan pada alur puli yang
berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan mengalami lengkungan
sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga
akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan
transmisi daya yang besar pada tegangan yang
relative rendah. Hal ini
merupakan salah satu keunggulan dari sabuk-V jika dibandingkan dengan
sabuk rata.
Gambar 2.5 : Transmisi Sabuk
(Sumber 3: djblackersz.blogspot.com/.../transmisi-padamesin )
Laporan Tugas Akhir
14
2.6 Komponen Pendukung Transmisi Penerus Daya ke Roda
2.6.1 Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin.
Hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Fungsi
utama dalam tranmisi seperti itu dipegang oleh poros
1. Macam-macam poros
Poros
untuk
meneruskam
daya
diklasifikasikan
menurut
pembebanannya sebagai berikut:
1. Poros transmisi
Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau puntir
dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda
gigi puli sabuk atau sprocket rantai, dan lain-lain.
2. Spindel
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin
perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut sepindel.
Syarat yang harus di penuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil
dan bentuk serta ukuranya harus teliti.
3. Gandar
Poros seperti yang di pasng di antara roda – roda kereta barang,
dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang – kadang tidak
boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban
Laporan Tugas Akhir
15
lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula dimana akan
mengalami beban puntir juga.
Menurut bentuk poros dapat digolongkan atas poros lurus
umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lainlain. Poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar terdapat kebebasan
bagi perubahan arah, dan lain-lain. Contoh gambar poros adalah
gambar 2.6
Gambar 2.6: Poros.
2. Hal-hal penting dalam Perencanaan poros
Hal-hal penting dalam merencanakan sebuah poros sebagai berikut
ini perlu diperhatikan : (Sularso, 1994)
1. Kekuatan poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu beban puntir atau
lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti telah diutarakan
di atas. Juga ada poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti
poros baling- baling kapal atau turbin.
Laporan Tugas Akhir
16
Kelelahan, tumbukan atau pengaruh kosentrasi tegangan bila
diameter poros diperkecil (poros bertangga ) atau bila poros
mempunyai alur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus di
rencanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban- benam di atas.
2. Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup
tetapi jika lenturan atau defleksi puntiran terlalu besar akan
mengakibatkan ketidak telitian atau getaran dan suara. Disamping
kekuatan poros, kekakuanya juga harus diperhatikan dan disesuaikan
dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut.
3. Putaran kritis
Bila putaran suatu mesin dinaikan maka suatu harga putaran
tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini
disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak,
motor listrik , dan lain-lain. Juga dapat mengakibatkan kerusakan pada
poros dan bagian bagian lainya. Jika mungkin, poros harus
direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah
dari putaran kritisnya.
4. Korosi
Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih
untuk poros propeller dan pompa bila terjadi dengan kontak dengan
fluida yang korosif. Demikian juga yang terancam kavitasi, dan poros-
Laporan Tugas Akhir
17
poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai dengan batas-batas
tertentu dapat pula dilakukan perlidungan terhadap korosi.
2.6.2 Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga
putaran atau geraan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan
panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta
elemen mesin lainya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan
baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tidak dapat bekerja secara
semestinya. Jadi bantalan dalam permesinan dapat disamakan perannya dengan
pondasi pada gedung.
Dalam memilih bantalan yang digunakan, perlu diperhatikan hal-hal
sebagai berikut:
1. Tinggi rendahnya putaran poros
2. Jenis bahan yang digunakan
3. Besar kecilnya beban yang dikenakan
4. Kemudahan perawatan
2.6.3 Mur dan Baut
Mur dan baut merupakan alat pengikat yang sangat penting dalam suatu
rangkaian mesin. Untuk mencegah kecelakaan dan kerusakan pada mesin,
Laporan Tugas Akhir
18
pemilihan mur dan baut sebagai pengikat harus dilakukan dengan teliti untuk
mendapatkan ukuran yang sesuai dengan beban yang diterimanya. Pada mesin,
mur dan baut digunakan untuk mengikat beberapa komponen, antara lain :
1. Pengikat pada bantalan
2. Pengikat pada dudukan motor listrik
3. Pengikat pada puli
Gambar 2.7: Macam-macam Mur dan Baut.
(Sumber 4: Sularso, 1994 : 293-295)
Untuk menentukan jenis dan ukuran mur dan baut, harus memperhatikan
berbagai faktor seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, cara kerja mesin,
kekuatan bahan, dan lain sebagainya. Adapun gaya-gaya yang bekerja pada baut
dapat berupa :
Laporan Tugas Akhir
19
1. Beban statis aksial murn
2. Beban aksial bersama beban punter
3. Beban geser
2.7 Torsi
kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energi.
Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung
energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun
perumusan dari torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar
dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada
porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengan data tersebut torsinya
adalah:
T = F x b (N.m)
dimana:
T = Torsi benda berputar (N.m)
F = adalah gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N)
b= adalah jarak benda ke pusat rotasi (m)
(Sumber 5: taufiqurrokhman.wordpress.com)
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap
porosnya, dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan
besar sama dengan arah yang berlawanan.
Laporan Tugas Akhir
20
Gambar 2.8: Arah Torsi
(Sumber 6: taufiqurrokhman.wordpress.com)
Pada motor bakar untuk mengetahui daya poros harus diketahui dulu
torsinya. Pengukuran torsi pada poros motor bakar menggunakan alat yang
dinamakan Dinamometer. Prinsip kerja dari alat ini adalah dengan memberi
beban yang berlawanan terhadap arah putaran sampai putaran mendekati 0
rpm, Beban ini nilainya adalah sama dengan torsi poros. Dapat dilihat dari
gambar diatas adalah prinsip dasar dari dinamometer. Dari gambar diatas
dapat dilihat pengukuran torsi pada poros ( rotor) dengan prinsip pengereman
dengan stator yang dikenai beban sebesar w. Mesin dinyalakan kemudian
pada poros disambungkan dengan dinamometer. Untuk megukur torsi mesin
pada poros
mesin diberi rem yang disambungkan dengan w pengereman atau
pembebanan. Pembebanan diteruskan sampai poros mesin hampir berhenti
berputar. Beban maksimum yang terbaca adalah gaya pengereman yang
besarnya sama dengan gaya putar poros mesin F. Dari definisi disebutkan
Laporan Tugas Akhir
21
bahwa perkalian antara gaya dengan jaraknnya adalah sebuah torsi, dengan
difinisi tersebut Tosi pada poros dapat diketahui dengan rumus:
T = w x b (Nm)
dengan
T = adalah torsi mesin (Nm)
w = adalah beban (N)
b= adalah jarak pembebanan dengan pusat perputaran (m)
(Sumber 7: taufiqurrokhman.wordpress.com)
Ingat w (beban/berat) disini kita bedakan dengan massa (m), kalau massa
satuan kg, adapun beban disini adalah gaya berat dengan satuan N yang
diturunkan dari W=mg
Pada mesin sebenarnya pembebanan adalah komponen-komponen mesin
sendiri yaitu asesoris mesin ( pompa air, pompa pelumas, kipas radiator),
generator listrik (pengisian aki, listrik penerangan, penyalan busi), gesekan
mesin dan komponen lainnya.
Dari perhitungan torsi diatas dapat diketahui jumlah energi yang dihasikan
mesin pada poros. Jumlah energi yang dihasikan mesin setiap waktunya
adalah yang disebut dengan daya mesin. Kalau energi yang diukur pada poros
mesin dayanya disebut daya poros.
Laporan Tugas Akhir
22
2.8. Daya Mesin (Power)
Sedangkan power yang dihitung dengan satuan kW (kilo Watts) atau
Horse Power (HP) mempunyai hubungan erat dengan torque. Power
dirumuskan sbb :
Power = torque x angular speed.
Rumus diatas adalah rumus dasarnya, pada engine maka rumusnya
menjadi :
Power = torque x 2 phi x rotational speed (RPM).
Untuk mengukur Power (kW) adalah sbb :
Power (kW) = torque (Nm) x 2 phi x rotational speed (RPM) / 6000
6000 dapat diartikan adalah 1 menit = 60 detik, dan untuk mendapatkan
kw = 1000 watt.
sedangkan untuk mengukur Power (HP) adalah sbb :
Power (HP) = torque (lbs. ft) x rotational speed (RPM) / 5252
Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran didalam
silinder dan biasanya disebut dengan daya indiaktor. Daya tersebut dikenakan
pada torak yang bekerja bolak balik didalam silinder mesin. Jadi didalam
silinder mesin, terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar dengan
proses pembakaran menjadi energi mekanik pada torak. Daya indikator
adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin untuk
Laporan Tugas Akhir
23
mengatasi semua beban mesin. Mesin selama bekerja mempunyai komponenkomponen yang saling berkaitan satu dengan lainnya membentuk kesatuan
yang kompak. Komponen-komponen mesin juga merupakan beban yang
harus diatasi daya indikator. Sebagai contoh pompa air untuk sistim
pendingin, pompa pelumas untuk sistem pelumasan, kipas radiator, dan lain
lain, komponen ini biasa disebut asesoris mesin. Asesoris ini dianggap parasit
bagi mesin karena mengambil daya dari daya indikator. Disamping
komponen-komponen mesin yang menjadi beban, kerugian karena gesekan
antar komponen pada mesin juga merupakan parasit bagi mesin, dengan
alasan yang sama dengan asesoris mesin yaitu mengambil daya indikator.
Seperti pada gambar diatas terlihat bahwa daya untuk meggerakan asesoris
dan untuk mengatsi gesekan adalah 5% bagian. Untuk lebih mudah
pemahaman dibawah ini dalah perumusan dari masing masing daya. Satuan
daya menggunakan HP( hourse power )
N = N − N + N ( HP)
dengan
Ne = adalah daya efektif atau daya poros ( HP)
Ni = adalah daya indikator ( HP)
Ng = adalah kerugian daya gesek ( HP)
Na = adalah kerugian daya asesoris ( HP)
Laporan Tugas Akhir
24
2.9. GAYA
Gaya adalah sesuatu yang dapat menyebabkan terjadinya perubahan
percepatan dan perubahan bentuk suatu benda.
•
Gaya dilambangkan dengan F.
•
Satuan gaya adalah Newton atau dyne.
•
1 Newton = 1 kg m/s2
•
1 dyne = 1 gr cm/s2
•
1 Newton = 105 dyne.
Rumus:
F=mxa
Keterangan:
•
F = gaya (Newton atau dyne)
•
m = massa (dalam kilogram atau gram)
•
a = percepatan (m/s2 atau cm/s2)
(Sumber : http://id.wikibooks.org/wiki/Subjek:Fisika
/Materi:Gaya_dan_tekanan)
Contoh:
•
Berat pada sebuah benda adalah 8 kg. Jika percepatan yang diberikan oleh
benda tersebut adalah 5 m/s2, berapakah gaya yang diberikan?
Penyelesaian :
Fxa
=8x5
= 40 Newton.
Laporan Tugas Akhir
25
2.9.1 Perpaduan gaya yang segaris
Gaya searah
Gaya merupakan besaran vektor, yaitu besaran yang mempunyai nilai dan
mempunyai arah. Apabila pada sebuah benda bekerja 2 buah gaya atau lebih yang
segaris kerja maka rumusnya adalah:
Rumus:
=
+
Tekanan adalah gaya per satuan luas.
•
Tekanan dilambangkan dengan P (Pressure).
•
Satuan dari tekanan bermacam-macam,
diantaranya Pascal, Bar, Torr, atm, N/m 2, dan cmHg.
•
1 atm = 76 cmHg = 101.000 Pa
•
1 N/m 2 = 1 Pa
(Sumber : http://id.wikibooks.org/wiki/Subjek:Fisika
/Materi:Gaya_dan_tekanan)
Gaya atau kekuatan mempunyai besar dan arah. Untuk mempelajarinya
kita lukiskan gaya itu sebagai sepotong garis lurus yang berujung tanda panah dan
kita sebut vektor. Panjangnya melukiskan besar gaya, sedang tanda panah
menunjukan arah kerja gaya.
Jika gaya bekerja pada suatu benda, tempat berpegangnya disebut titik
pegang. Garis yang ditarik melalui titik pegang ini arahnya sama dengan arah
kerja gaya dan disebut garis kerja gaya itu. Dengan demikian, vektor itu digambar
sejajar dengan garis kerja ini. Semua gaya yang garis kerjanya terletak pada suatu
bidang datar dinamai gaya koplanar. Semua gaya yang garis kerjanya berpotong
pada suatu titik disebut gaya kongkuren (bertitik pegang tunggal). Jika garis lurus
berbagi gaya itu terletak pada suatu garis lurus, gaya disebut gaya kolinear.
Laporan Tugas Akhir
26