ANALISA DISTRIBUSI TEGANGAN DAN DEFLEKSI CONNECTING ROD SEPEDA MOTOR 100 CC MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DAN ANALISA TEGANGAN CONNETING ROD PADA MOTOR DIESEL 4 LANGKAH 125 HP

BAB I

PENDAHULUAN

 I.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 oleh 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 science, 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 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 didesain dengan efektif dan efisien, juga tergantung dari material dari komponen tersebut.

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 (batang penghubung) dapat mengalami kerusakan.

Untuk itu agar tidak terjadi kejadian tersebut maka kita diharuskan mengetahui kekuatan dari batang penghubung tersebut dalam meneruskan tenaga dari proses pembakaran menuju poros engkol agar diubah dari gerak tranlasi menjadi gerak putar dan dari energy panas menjadi energy mekanik. Jika kita mengetahui kekuatan batang penghubung tersebut tidak mampu menahan daya dari tenaga hasil pembakaran, maka kita perlu merubah material atau desain dari batang penghubung tersebut.

Berbagai metode analisa telah banyak tersedia, namun Metode Elemen Hingga (MEH) telah membuktikan kehandalannya dalam memecahkan persoalan-persoalan dibidang mekanika kontinyu. Bahkan dalam perkembangan yang terakhir, masalah-masalah perpindahan panas, mekanika fluida, maupun getaran dapat dengan mudah diselesaikan dengan menggunakan MEH.

Dengan perangkat komputer, khususnya perangkat lunak Solidworks ini, desain untuk pembuatan suatu produk dapat dikontrol dengan baik sehingga diharapkan kualitas hasil produk akan lebih baik. Pengujian karakteristik statik secara eksperimental di laboratorium memerlukan biaya yang tidak sedikit. Untuk itu diperlukan bantuan perangkat lunak (software) yang mampu menganalisa karakterisitik statik suatu model seperti Solidworks. Oleh karena itu peneliti memilih simulasi dengan menggunakan software yang berbasis Metode Elemen Hingga (Finite Element Analysis Program), yaitu dengan software Solidworks 2007. Pemilihan penggunaan software ini dikarenakan sudah banyak digunakan pada perusahaan-perusahaan besar seperti Astra Honda Motor, dan Toyota Astra Motor. Perusahaan-perusahaan tersebut menggunakan Solidworks karena mempunyai berbagai keunggulan yaitu dapat memprediksi sejak awal berbagai dampak dari desain yang tengah mereka kerjakan serta berbagai perubahannya, baik dari segi kekuatan, tampilan, material yang dibutuhkan, keterkaitan dengan bagian atau komponen lainnya, bahkan sampai ke implikasi biaya.

1.2 Tujuan Penelitian

       Adapun tujuan dari penelitian ini yaitu :

1.     Menghitung distribusi tegangan yang terjadi pada batang penghubung, baik   tegangan maksimal maupun daerah-daerah kritis akibat pembebanan statis dengan Metode Elemen Hingga menggunakan software Solidworks.

2.     Mengetahui yield strength maksimal dari baja yang digunakan pada batang penghubung sehingga dapat dikategorikan aman atau tidak.

3.     Mengetahui Analisa Tegang Pada Connecting Rod dan analisi model

BAB II

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam penelitian ini, peneliti melakukan analisa distribusi tegangan dari struktur batang penghubung dengan material baja AISI 1045 cold drawn pada keadaan temperatur ruangan 27 °C. Geometri batang penghubung sepeda motor yang dianalisis berdasarkan pada pengukuran secara manual/langsung. Selanjutnya geometri tersebut digambarkan di software Solidworks 2007.

Setelah proses penggambaran geometri dan perhitungan selesai, peneliti memasukkan kondisi-kondisi batas dan beban-beban yang bekerja untuk setiap analisa yang dilakukan. Kemudian proses analisa dijalankan dan software akan menghitung sendiri output yang dibutuhkan sesuai jenis analisa yang dilakukan.

Setelah output distribusi tegangan pada frame yang berupa kontur warna pada geometri frame dan/atau angka-angka yang menunjukkan besarnya tegangan pada tiap-tiap elemen didapatkan, kemudian dapat diperbandingkan apakah tegangan-tegangan yang terjadi pada tiap elemen telah melampaui tegangan maksimal yang diijinkan/yield point atau belum.

2.1 Pengenalan Program Solidworks

Solidwork adalah perangkat lunak yang menggunakan graphical user interface Microsoft Windows. Perangkat lunak ini merupakan alat bantu yang mudah dipelajari dan memungkinkan seorang dengan cepat meguraikan dengan ringkas ide-ide atau gagasannya, bereksperimen dengan fitur serta dimensi, dan membuat model dan gambar yang detail.

Solidworks adalah suatu sistem dimension-driven yang dapat menentukan hubungan dimensi dan geometris antar elemen. Dengan mengubah dimensi, ukuran dan bentuk komponen akan berubah tergantung dengan disain yang dibuat. Dengan Solidworks, pekerjaan menggambar 2D dan perakitan 3D dapat dibuat dengan menggunakan komponen-komponen 3D yang telah dibuat sebelumnya.

Cosmoswork merupakan salah satu program aplikasi dari sekian banyak piranti software yang berbasis MEH. Cosmoswork merupakan program komputer yang merupakan fitur tambahan dari program komputer Solidworks, dimana penggambaran model dilakukan dengan Solidworks dan kemudian baru dilakukan analisa dengan menggunakan Cosmosworks.

Diagram alir program merupakan langkah-langkah yang dilakukan oleh suatu program computer dalam melakukan analisa. Diagram alir yang telah dibuat kemudian diterjemahkan kedalam bahasa computer. Keberhasilan suatu program dalam menganalisa tergantung pada langkah-langkah yang dibuat dalam diagram alirnya. Adapun diagram alir tersebut adalah sebagai berikut :

Gambar 1 Diagram alir proses analisa software Solidworks

2.2 Penggambaran Geometri

Data geometri batang penghubung motor yang digunakan dalam analisa ini mengacu pada pengukuran langsung atau manual yang peneliti lakukan. Satuan yang dipakai untuk geometri ini adalah mm (milli meter).

Untuk mendesain produk yang akan kita buat, maka langkah awal yang harus dikerjakan adalah menggambar benda kerja sesuai dengan dimensi sesungguhnya. Dalam hal ini Solidwork 2007 dapat langsung menampilkan produk yang akan didesain dalam tampilan tiga dimensi.

Untuk memulai pembuatan geometri atau model ini pada awal dibuat garis-garis yang membentuk komponen frame batang penghubung sepeda motor. Atau dengan kata lain membuat model 2D yang kemudian kita ubah menjadi model 3D.

BAB III

 HASIL PENELITIAN

3.1 Hasil penelitian pada conneting rod sepeda motor 100

      Setelah proses perhitungan dengan software Solidworks 2007 telah selesai sampai akhir, maka hasil analisis dan simulasi dapat diketahui yaitu nilai-nilai maksimum dan minimum yang dapat dilihat secara langsung pada tampilan Solidworks 2007. Sedangkan untuk hasil yang lebih detail dapat dilihat dalam stress analysis report yang telah peneliti susun tersendiri dalam lampiran. Dari hasil analisa statik dengan software Solidworks 2007 dapat diketahui tegangan maksimal dan minimal yang terjadi pada struktur obyek yang dianalisa tersebut.

Gambar 2 Simulasi connecting rod menggunakan Solidworks 2007

Kondisi batang penghubung berada pada temperatur ruangan dimana motor dalam keadaan mati. Kondisi ini juga dapat digunakan untuk menguji kekuatan batang penghubung dalam keadaan normal sehingga dapat diketahui kekuatan batang penghubung tersebut menggunakan alat uji tarik.

Diasumsikan batang penghubung mendapatkan tenaga dari hasil pembakaran motor sebesar 6 HP/Horse Power sehingga di konversikan menjadi 1325 Newton dan temperatur analisa batang penghubung adalah 27 °C.

Pada Solidworks dimasukkan data-data batang penghubung sesuai dengan kondisi yang mendekati sebenarnya sehingga dapat dilakukan analisis statik pada struktur tersebut. Setelah sampai pada langkah ini, dapat diketahui apakah ada kesalahan pada langkah-langkah analisis. Jika ada kesalahan, maka perlu dilakukan editing sampai benar. Dalam analisis ini struktur batang penghubung didiskritisasi menjadi 20667 titik nodal dan 11937 elemen tetrahedron. Translation displacement (perpindahan translasi) pada struktur dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gambar3 Translation displacement

Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa besarnya perpindahan translasi maksimal pada deformasi gambar tersebut adalah 5,918-001 m. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan bentuk maksimal yang terjadi pada struktur batang penghubung baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C adalah sebesar 5,918-001 m dari bentuk awalnya yang ditunjukkan pada daerah yang berwarna merah.

Pada kondisi temperatur 27 °C dapat kita ketahui besarnya tegangan-tegangan yang terjadi pada setiap nodal (titik) seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 4 Von Mises Stress connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Dari analisis tersebut dapat diketahui bahwa batang penghubung tersebut mengalami tegangan maksimal sebesar 4,911e+008 N/m2 yang berada pada daerah yang ditunjukkan pada gambar analisis dibawah ini.

Gambar 5 Tegangan maksimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Sedangkan tegangan minimalnya adalah sebesar 7,544+002 N/m2 yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 6 Tegangan minimal connecting rod baja AISI 1045 pada temperatur 27 °C

Dari analisis yang telah dilakukan, diketahui tegangan-tegangan antara daerah yang mempunyai tegangan terendah sampai tegangan yang tertinggi.

Safety Factor = 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑𝜎𝑣𝑜𝑛 𝑚𝑖𝑠𝑒𝑠

= 5,3 𝑥 10 ⁸4,911𝑥 10⁸ = 1,0792099 ≈ 1,079

Konstruksi suatu model atau desain dikatakan gagal jika Safety Factor < 1

3.2 Hasil penelitian pada conneting rod motor diesel 4 langkah 125 hp

Analisa ini dengan memberian dua varian material pada yaitu C-70 dan AlSI 1045.dari dua material tersebut maka akan diketahui Nilai tegangan yang terjadi pada connecting Rod. Imputan beban yang terjadi pada connecting Rod 105.35 Kn. Dimana beban penahan dianggap elastik karena ikut bergarak saat diberi beban.

a. Analisa Model

Analisa model ini untuk mengetahui tegangan yang terjadi pada connecting Rod Dari nilai tegangan tersebut maka dibatasi dengan faktor safety dan di ambil nilai terrendah,sehingga piston tersebut dinyatakan dapat beroprasi pada kondisi tersebut.

Gambar 7. Teganga Total Pada Connecting Rod AlSi C-70

Gambar 8 Teganga Total Pada Connecting Rod AlSi C-70

Dari data gambar analisa diatas maka dapat diketahuai tegangan terbesar tejadi pada area lubang oil pada connecting Rod sedangkan total deformasi pada area crank bagian atas

3.3  Analisa Struktur Saat melakukan analisa struktur dua model piston yang berdeda dengan empat macam material.

Gambar 9 Grafik Tegangan yang Terjadi Pada piston

Dari grafik diatas menunjukan dua pebandingan bentuk model piston dengan empat macam varian material. Dimana medel yang mengalami penambahan lubang pada area ring oil mengalami stress maksimal lebih besar.sedangkan pada perbandingan empat macam varian material stress paling kecil dialami oleh material AlSi12 CuNiMg.

Pada analisa connecting rod menggunakan dua macam varian material yang berbeda C-70 dan AlSi 1045 dimana mendapatkan nilai stress yang hampir sama .

Gambar 10  Tegangan Yang Terjadi Pada Connecting Rod

Dari gambar grafik diatas menunjukan maksimal stress yang di alami material C-70 lebih kecil namun dengan perbedaan maksimal stress yang sangat kecil bisa.

BAB IV

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analysis yang telah di lakukan terhadap conneting rod sepeda motor 100 cc dan conneting rod motor diesel 4 langkah 125 hp menggunakan software solidwork, maka dapat di ambil kesimpulan di antaranya :

1)      Pada conneting rod sepeda motor 100 cc menggunakan baja AISI 1045 dan di beri tempratur sebesar 27^o mendapatkan translasi maksimal pada deformasi sebesar 5,918-001 m.

2)      Dari analisis yang telah di lakukan dapat diketahui bahwa batang penghubung tersebut mengalami tegangan maksimal sebesar 4,911e+008 N/m2 dan minimum sebesar 7,544+002 N/m2.

3)      Hasil dari factor keamanan yang di dapatkan sebesar 1.079 maka material AISI 1045 aman di gunakan karna masih di bawah standar keamanan yaitu >1

4)      Pada conneting rod motor diesel 4 langkah 125 hp material pada yaitu C-70 dan AlSi 1045 inputan beban yang di dapatkan 105.35 kn

5)      Dari analisis material C-70 mendapatkan 32.74 sedangkan AISI 1045 mendapatkan 32.742.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Logan, Daryl L, 1986, A First Course In The Finite Element Methode, Pws-Kent Publishing Company, Boston.

[2] Shigley Joseph E, Mitchell Larry D, Harahap Gandhi., 1984, Perencanaan Teknik Mesin, Edisi ke empat, Jilid 1, Erlangga. Jakarta.

[3] ______, Material Property Data, www.efunda.com., Accessed April 2011

[4] _____, Material Property Data, www.matweb.com., Accessed April 2011

[5] Weaver .W.Jr., Johnston, P.R., 1993, Elemen Hingga Untuk Analisis Struktur, Edisi kedua, Eresco, Bandung.

[6] Popov, E.P., 1993, Mechanics of Material, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.

[7] Uthami, A.Z., 2010, Solidworks Alat Bantu Merancang Komponen dengan Mudah, Modula, Bandung.

[8] ______,2007, Solidworks 2007, Tutorial Solidworks 2007.

[9] A. Mirehei, M. Hedayati Zadeh, A. Jafari, and M. Omid .,2008.,Fatigue analysis of connecting rod of universal tractor through finite element method (ANSYS)., Journal of Agricultural Technology,Vol.4, pp 21-27

[10] Gudimetal P., Gopinath C.V.,2009. Finite Element Analysis of Reverse Engineered Internal Combustion Engine Piston.,AIJSTPME pp:2(4): 85-92

[11] Mollenhauer K and Tschoeke.,2010. Handbook of Diesel Engines., Springer-Verlag Berlin Heidelberg PP: 978-3

[12] Surdia, Tata and Saito, Shinroku.1992. Pengetahuan Bahan Teknik.(edisi kedua).Jakarta:Pradnya Paramita

[5] Shenoy,S.P and Fatemi.A., 2005., Connecting Rod Optimization for Weight and Cost Reduction., SAE Technical Paper Series, Paper No. 01-0987