BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sepeda motor merupakan gabungan komponen-komponen yang jumlahnya dapat mencapai

lebih dari seribu bagian. Semua bekerja saling mendukung dan terpadu, sehingga dapat berfungsi

sebagaimana mestinya. Banyak hal yang harus diperhatikan oleh seorang perancang dalam

merancang suatu komponen dari sepeda motor antara lain yaitu menyesuaikan suatu komponen

sesuai fungsi sebenarnya, faktor keamanan dari komponen yang direncanakan, efisiensi serta faktor

biaya.Sepeda motor bisa berjalan dengan sempurna apabila semua komponen-komponennya dalam

keadaan baik. Termasuk komponen-komponen yang penting pada sebuah sepeda motor adalah roda,

ban dan rantai.

Roda sepeda motor terdiri dari roda depan dan roda belakang. Roda depan berguna untuk

menahan beban kemudi, menjaga keseimbangan kendaraan saat berjalan, mencari jalan dan

mengurangi kecepatan. Roda belakang berguna untuk menahan beban, mendorong kendaraan dan

mengurangi kecepatan. Di dalam roda belakang terdapat poros atau as yang merupakan salah satu

komponen terpenting dalam sebuah sepeda motor. komponen ini termasuk dalam sistem pemindah

daya yang berfungsi untuk menopang bantalan pada roda belakang sehingga dapat berputar dengan

lancar.

Poros atau as roda belakang sepeda motor tergolong dalam poros tetap yang berfungsi untuk

menopang komponen yang berputar. Komponen ini harus memiliki dimensi yang cukup agar dapat

menopang beban-beban yang dikenakan padanya, dan seharusnya mempunyai bobot yang ringan

agar tidak menimbulkan beban tambahan bagi komponen-komponen terkait lainnya. Oleh karena itu,

1

dalam perancangan poros roda belakang diperlukan perhitungan yang teliti dan pemilihan bahan

poros yang sesuai supaya poros berfungsi dengan baik.

1.2 Tujuan

Adapun yang menjadi tujuan tugas elemen mesin 1 ini adalah:

1. Merancang ulang poros roda belakang sepeda motor yamaha vixion 2012.

2. Menentukan bahan material poros.

1.3 Pembatasan Masalah

Agar tugas elemen mesin 1 ini lebih terarah dan jelas, perlu adanya pembatasan masalah sebagai

berikut :

1. Menganalisis kekuatan material pada beban maksimal satu orang pengendara.

2. Poros yang dianalisa adalah motor yamaha vixion 2012.

1.4 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang diterapkan untuk menyajikan gambaran singkat mengenai perancangan

poros roda belakang, sehingga akan memperoleh gambaran yang jelas dari perancangan poros roda

belakang. Sistematika penulisannya sebagai berikut :

A. BAGIAN PEMBUKA

Halaman Judul

Kata Pengantar

Daftar Isi

B. BAGIAN ISI

Bab I Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

1.2 Tujuan

2

1.3 Pembatasan Masalah

1.4 Sistematika Penulisan

Bab II Tinjauan Pustaka

2.1 Poros

2.2 Macam-macam Poros

2.3 Hal-hal yang Terpenting dalam Perencanaan Poros

2.4 Poros dengan Beban Lentur Murni

2.5 Perencanan Perancangan Poros Roda Belakang

Bab III Perhitungan

3.1 Perhitungan

Bab IV Analisa

4.1 Analisa

Bab V Kesimpulan

5.1 Kesimpulan

C. BAGIAN PENUNJANG

Bab VI Daftar Pustaka

3

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Poros

Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari mesin. Hampir semua  mesin meneruskan

tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

2.2 Macam-Macam Poros

Poros untuk meneruskan daya diklasifiksikan menurut pembebananya sebagai berikut.

1.Poros transmisi

Poros ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan

kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk dan sproket rantai.

2. Spindel

Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas,

dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah

depormasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

4

3. Gandar

Gandar adalah poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang dimana, tidak mendapat

beban puntir. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak mula

dimana akan mengalami beban puntir juga.

Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai

poros utama dari mesin torak, dll., poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar terdapat kebebasan

bagi perubahan arah, dan lain-lain.

5

2.3 Hal-Hal Terpenting dalam Perencanaan Poros

Untuk merencanakan poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan.

1. Kekuatan poros

Pada poros transmisi misalnya dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara

puntir dan lentur. Juga ada poros yangmendapatkan beban tarik atau tekan, seperti poros baling-

baling kapal atau turbin.

Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros

bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Jadi, sebuah poros harus

direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban yang terjadi.

2. Kekakuan poros

Walaupun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan dan defleksi

puntirannya terlalu besar, maka hal ini akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas)

atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi).

3. Putaran kritis

Bila Putaran kritis terjadi jika putaran mesin dinaikkan pada suatu harga putaran tertentu

sehingga dapat terjadi getaran yang terlalu besar. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros

dan bagian-bagian yang lainnya. Untuk itu, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa

sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritis.

4. Korosi

Bahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi kontak

dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros yang terancam kavitas dan poros

mesin yang sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan

terhadap korosi.

5. Bahan poros

Bahan untuk poros mesin umum biasanya terbuat dari baja karbon konstruksi mesin, sedangkan

untuk pembuatan poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya

dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan. Beberapa

diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom, dan baja khrom molybdenum. Poros untuk mesin

umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi mesin

(disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di “kill” ( baja yang dioksidasikan dengan ferro

silikon dan di cor, kadar karbon terjamin). (Sularso, 1997 :2).

6

2.4 Poros dengan Beban Lentur Murni

Jika beban pada satu gandar didapatkan sebagai ½ dari berat kendaraan dengan muatan

maksimum dikurangi berat gandar dan roda, maka besarnya momen lentur M (N-m) yang terjadi

pada dudukan roda dapat dihitung. Dari bahan yang dipilih dapat ditentukan tegangan lentur

yang diizinkan a (N/m²). Momen tahanan lentur dari poros dengan diameter ds (m) diperoleh dari :

σα ≥M 1Z

= M 1

( π32 )ds

=10.2 M 1

ds3

ds=[ 10,2σa

M 1]1/3

Dimana :

σ a = tegangan lentur yang diizinkan (N/m²)

M = besarnya momen lentur (N-m)

d = diameter poros (m)

Dalam kenyataan, gandar tidak hanya mendapat beban statis saja melainkan juga beban dinamis.

Jika perhitungan ds dilakukan sekedar untuk mencakup beban dinamis secara sederhana saja,

maka dalam persamaan diatas dapat diambil faktor keamanan yang lebih besar untuk menentukan σ

a. Suatu gandar yang digerakkan oleh suatu penggerak mula juga mendapat beban

puntir. Namun demikian gandar ini dapat diperlakukan sebagai poros pengikut dengan jalan

mengalikan ketiga momen tersebut diatas (yang ditimbulkan oleh gaya-gaya statis, vertikal dan

horizontal) dengan faktor tambahan.

2.5 Perencanaan Peracangan Poros Roda Belakang

Poros yang akan di rancang adalah poros roda belakang sepeda motor yamaha vixion 2012.

Poros roda belakang pada motor yamaha vixion 2012 termasuk pada poros yang dikenai beban

momen lentur murni, dikarenakan poros tersebut hanya berfungsi sebagai penompang dan tidak ikut

berputar bersama roda belakang. Dimensi poros roda belakang sepeda motor yamaha vixion 2012

7

mempunyai diameternya 15mm, dalam perencanaan perancangan poros ini akan di sesuaikan dengan

dimensi poros roda belakang motor yamaha vixion 2012.

BAB III

PERHITUNGAN

2.1 Perhitungan

Poros yang akan dirancang adalah poros roda belakang sepeda motor yamaha vixion 2012.

Perhitungan perencanaan poros yang dikenai beban lentur murni di dapat dari rumus-rumus dari

JIS E4501, sedangkan arti lambang-lambangnya dapat dilihat di dalam diagram aliran.

M1 = ( j – g ) W/4

M2 = αv M1

P = αL W

Q0 = P(h/j)

R0 = P(h + r)/g

M3 = Pr + Q0(a + l) – R0[(a + l) – (j – g)/2]

ds ≥ [ 10,2σwb

m ( M 1+M 2+M 3 )]13

σ b = 10,2m(M 1+M 2+ M3)

ds3

n = σwb

σ b ≥ 1

8

Diagram aliran untuk merencanakan poros dengan beban lentur murni

9

START

1. Beban statis pada satu gandar W (kg)Jarak telapak roda g (mm)Tinggi titik berat H (mm)Kecepatan kerja maks. V (km/h)Jari –jari telapak roda r (mm)

2. Momen pada tumpuan roda karena beban statis M1 (kg mm)

3.

[Beban tambahan karenagetaran vertikal ]

[ Beban statis ]

= αv

4. Momen pada tumpuan roda karena gaya vertical tambahan M2 (kg mm)

5. . Jarak dari tengah bantalan ke ujung luar naf roda a (mm)Panjang naf roda l (mm)

6. Beban horizontal P (kg mm)Beban pada bantalan karena beban horizontal Q0 (kg)Beban pada tela[ak roda karena beban horizontal R0 (kg)

7. Momen lentur pada naf tumpuan roda sebelah dalam karena beban horizontal M3 (kg mm)

8. Macam, pemakaian, bahan, perlakuan panas dari roda. Tegangan lentur yang di ijinkan menurut macam roda

σ wb (kg mm), Faktor

tambahan menurut roda m

b

a

b

a

<

≥

9. Diameter tumpuan roda ds (mm)

10. Teganagan lentur pada tumpuan

roda di sebelah dalam naf roda σ b

(kg mm2)

11. Faktor keamanan kelelahan n

12. n : 1

12. Diametertumpuan roda ds (mm)Bahan porosPerlakuan panas

STOP

END

Data yang di dapat dari analisa poros roda belakang motor yamaha vixion 2012 antara lain:

W = 109.2 kg, W merupakan beban statis pada satu poros. Nilai tersebut di dapat dari

perhitungan beban motor dengan pengendara satu orang adalah 200 kg, beban yang di terima roda

depan 45,4% x 200kg = 90,80 kg dan beban yang diterima roda belakang 54,6%x 200kg = 109,2kg.

J = 230,7 mm, j merupakan jarak antara arm motor roda belakang.

g = 70 mm, g merupakan jarak antara bantalan.

v = 120 km/h, v merupakam kecepatan maksimum motor yamaha vixion

10

h = 406,74 mm, h merupakan tinggi titik berat di dapat dari perhitungan

h

X1 590,2mm 709,8mm X2

Jarak antara sumbu poros roda belakang dengan roda depan adalah 1300mm.Untuk

menghitung jarak titik berat dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut:

Titik berat = (beban roda belakang. X1 )+(beban roda depan . X2)

totalberat motor

Titik berat = (109,2 x 0 )+(90,80 x1300)

200 = 590,2 mm

Maka di dapat jarak dari roda belakang ke titik berat 590,2 mm (F) dan jarak dari roda depan ke titik

berat 1300mm – 590,2 = 709,8 mm (R) . Dalam mengitung tinggi titik berat sepeda motor roda

depan diangkat sampai posisi 15 derajat. Adapun sketsa perhitungan nya dapat dilihat di gambar

dibawah ini:

11

A B

LF’ LR’

MA = 0 ;

WR’ (LF’ + LR’ )- Wt .Lf = 0

Wt.LF’ = WR . L cos θ

LF’ = AB – CD

= F cos θ – (H-R) sin θ

Wt ( F cos θ – (H-R) sin θ) = WR’. L cos θ

WR’.L cos θ = Wt.F cos θ – Wt (H-R) sin θ

Wt (H-R) sin θ = Wt . F cos θ – WR’. L cos θ

= (Wt . F – WR’. L) cos θ

= (Wt . F−W

R' . L )cosθ

Wt sin θ

=Wt . F−W R' . L

Wt cotg θ

LF’ = 542,5 mm

WR’ = Wt . LF'

L .cos θ =

200 kg x542,5 mm1300 mm x cos15 = 86,40 kg

12

F

R

Wt

L

WR’

DC

WF’

θ

H-R = Wt . F−W R' . L

Wt cotg θ

= (200kg x590,2mm )−(86,40 kg x1300mm)

200kg x cotg 15o= 106,74 mm

Jadi tinggi titik berat = jari-jari roda + H-R

= 300 mm + 106,74mm

= 406,74 mm

Untuk perhitungan perencanaan poros dengan beban lentur murni penyelesaiannya sebagai

berikut :

1. M1 = ( j – g ) W/4

M1 = (230,7 mm – 70 mm)/4 x 109.2 kg = 4,38711 x 103 kg mm

2. αv = 0,5 , αl = 0,4. Nilai tersebut di dapat karena kecepatan kerja maksimal motor

yamaha vixion 2012 120-140 km/jam. Lihat tabel 3.1.

Tabel 3.1

3. M2 = αv x M1 = 0,5 x 4,38711 x 103 kg mm = 2.193555 x 103 kg mm.

4. a = 65,4 mm , l = 59,9 mm di dapat dari pengukuran

gambar menentukan l gambar menentukan a

13

Kecepatan Kerja maksimal (km/jam) αv αL

<120

120-160

160-190

190-210

0,4

0,5

0,6

0,7

0,3

0,4

0,4

0,5

5. P = αL W,

P = 0,4 x 109,2 kg = 43,68 kg

Q0 = P(h/j),

Q0 = 43,68 kg x 406,74 mm = 76,87 kg

230,7 mm

R0 = P(h + r)/g

R0 = 43,68 kg x (406,74 + 300 mm) = 440,2 kg

70

6. M3 = Pr + Q0(a + l) – R0[(a + l) – (j – g)/2]

M3 = (43,68 kg x 300 mm) + 76,87 x(65,4 mm + 59,9 mm) – 440,2 kg x (65,4 mm + 59,9

mm – ((230,7 mm–70 mm)/2) = 22735,811 kg mm – 19786,99 kg mm = 2,948821 x 103 kg

mm

7. Karena perencanaan poros menggunakan bahan baja karbon S45C, maka tegangan lentur

yang di ijinkan adalah 30 kg/mm2 lihat tabel 3.2. Rumus menentukan diameter poros

tumpuan :

14

ds ≥

[ 10,2σwb

m ( M 1+M 2+M 3 )]13

Tabel 3.2

15

Kelompok bahan Lambang bahan

Kekuatan tarik

σ B( Kg /mm2 )

Kekerasan

(Brinell) H B

Tegangan Lentur yang diizinkan

σ a( Kg /mm2 )

Besi Cor FC 15FC 20FC 25FC 30

15202530

140 – 160160 -180180 – 240190 - 240

791113

Baja Cor SC 42SC 46SC 49

424649

140160190

121920

Baja karbon untuk konstruksi mesin

S25CS35CS45C

455258

123 – 183149 – 207167 - 229

212630

Baja paduan dengan pengerasan

kulit

S 15 CK 50 400 (dicelip dingin dalam

minyak)

3C

SNC 21SNC 22

80100

600 (dicelup dingin dalam

air)

35 – 4040- 55

Baja Chrom nikel SNC 1SNC 2SNC 3

758595

212 – 225248 – 302269 -321

35 -4040 – 6040 – 60

Perunggu logam delta

Perunggu phosporPerunggu nikel

1835 -6019 -3064 -90

85-

70 -100180 - 260

510 -205 – 7

20 – 3-Dammar phenol 3-5

dan nilai m = 1,karena poros roda belakang termasuk poros pengikut lihat tabel 3.3

Tabel 3.3 Faktor tambahan tegangan pada gandar.

Pemakaian Gandar m

Gandar pengikut ( tidak termasuk gandar dengan rem

cakram)

Gandar yang di gerakkan; di tumpu pada ujungnya

Gandar yang di gerakkan; lenturan silang

Gandar yang di gerakkan; lenturan terbuka

1,0

1,1-1,2

1,1-1,2

1,2-1,3

Sehingga di dapat diameter poros tumpuan,

ds ≥ [10,2 x 1 x ( 4,,38711 + 2,19555 + 2,948821) x 10 3 kg mm] 1/3 = 14,79 mm → 15 mm

30

8. σ b ≥ 10,2m(M 1+M 2+ M3)

ds3

σb≥ 10,2 x 1 x ( 4,38711+ 2,19555 + 2,948821) x 10 3 kg mm = 28.80

153

9. n = 30

28.80 = 1,04 baik. Dikatakan baik karena n ≥ 1 artinya tegangan yang terjadi sebesar

28,80 kg/mm2 tidak melebihi tegangan yang di ijinkan sebesar 30 kg/mm2.

10. Jadi ditentukan ds = 15 mm, baja carbon S45C

16

BAB IV

ANALISA

4.1 Analisa

Dari hasil perhitungan di dapat ukuran diameter poros 14,79 mm. Hasil perhitungan tersebut

tidak beda jauh dari hasil pengukuran manual terhadap diameter poros roda belakang sepeda motor

yamaha vixion 2012 sebesar 15mm. Perancangan poros dari hasil perhitungan diameternya

dibulatkan menjadi 15 mm dan bahan yang di dipilih baja karbon S45C. Pemilihan bahan tersebut

dikarenakan tegangan yang di ijinkan 30 kg/mm2 menghasilkan diameter lebih efisien dibandingkan

dengan bahan baja karbon lainnya dan tegangan yang terjadi yang terjadi lebih kecil dibandingkan

dengan tegangan yang di ijinkan yaitu sebesar 28,80 kg/mm2.

17

BAB V

KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan poros roda belakang motor yamaha vixion dapat diambil kesimpulan

sebagai berikut:

1. Dari hasil perhitungan didapat nilai:

M1 = 4,38711 x 103 kg mm.

M2 = 2,193555 x 103 kg mm.

M3 = 2,948821 x 103 kg mm.

Dalam perhitungan di peroleh diameter poros 14,79 mm dibulatkan menjadi 15 mm dan

tegangan yang terjadi sebesar 28,80 kg/mm2. Bahan yang dipakai baja karbon S45C

dengan tegangan ijin sebesar 30 kg/mm2.

18

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

http://fteknikindustri.blogspot.com/2011/11/elemen-mesin-poros.html, 10 mei 2014.

Sularso dan Kiyokatsu Suga (1994). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta :

Pradnya Paramita.

19