37
RANCANG BANGUN ELEKTOMAGNETIK VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM (VERS) GENERASI 2 PADA SUSPENSI ISUZU PANTHER WAHYU HENDRAWAN 2106100066 Dosen Pembimbing : Dr. Harus Laksana Guntur, ST. MEng JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya SIDANG TUGAS AKHIR BIDANG STUDI DeSAIN

JURUSAN TEKNIK MESIN - digilib.its.ac.id · • Analisa kekuatan material hanya pada roda ... Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untuk mentransmisikan ... masing roda gigi •

  • Upload
    phamtu

  • View
    247

  • Download
    8

Embed Size (px)

Citation preview

RANCANG BANGUN ELEKTOMAGNETIK VIBRATION ENERGY RECOVERY SYSTEM

(VERS) GENERASI 2 PADA SUSPENSI ISUZU PANTHER

WAHYU HENDRAWAN2106100066

Dosen Pembimbing :

Dr. Harus Laksana Guntur, ST. MEng

JURUSAN TEKNIK MESINFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya

SIDANG TUGAS AKHIRBIDANG STUDI DeSAIN

Latar belakang

LATAR BELAKANG

Pemanfaatan Energi Losses

TERSKERS

VERS

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana merancang alat yang dapatmemanfaatkan gerak naik-turun pada sistemsuspensi kendaraan untuk menghasilkan listrik

Bagaimana susunan dan besarnya ukurandiameter roda gigi (gear) dan poros yang efektifuntuk menghasilkan putaran.

Bagaimana menentukan material yang tepatpada VERS agar alat ini dapat berfungsi denganbaik.

BATASAN MASALAH

• Kecepatan dan percepataan kendaraan bernilai konstan.

• Kendaraan yang diuji hanya mobil Isuzu Panther bak terbuka.

• Analisa kekuatan material hanya pada roda gigi dan poros penggerak pada VERS

TUJUAN

Merancang dan membangun alat pemanenenergi pada sistem suspensi kendaraan rodaempat (isuzu panther).

Menentukan dimensi dari roda gigi,poros rodagigi agar alat pemanen energy (P-VERS) dapatberfungsi dengan baik dan benar.

Memilih material yang tepat pada VERS agar alat ini berfungsi dengan baik dan biayapembuatannya dapat terjangkau.

TINJAUAN PUSTAKA

Di dalam electromagnetic regenerative shock absorber ini terdapat duakomponen utama, yaitu kumparan yang sangat sensitif dan magnet

permanen berbentuk cincin bersusun yang dikemas secara khusus untukmeningkatkan daya kemagnetannya. Kumparan tembaganya sendiri

dililitkan pada tabung delrin yang disusun sejajar dengan susunan lingkarcincin magnet kemudian ujung-ujung kumparannya dihubungkan pada alat

penyearah arus atau rectifier.

DASAR TEORI

SISTEM SUSPENSI KENDARAAN RODA

EMPATSPUR GEARPOROS

TEORI KEGAGALAN METODE PERHITUNGAN

Sistem suspensiSistim suspensi adalah komponen kendaraan yang

fungsi utamanya untuk menjamin kenyamanan penumpang jika kendaraan berjalan pada jalan

bergelombang dan juga jika kendaraan berjalan pada berbagai jenis permukaan jalan serta berbagai model

gerak dari kendaraan.

Spur gearRoda gigi lurus ( spur gear ) merupakan jenis roda gigi yang paling banyak digunakan. Fungsi dari roda gigi lurus ini adalah untuk mentransmisikan daya dan gerak pada dua poros yang sejajar. Bagian dari pasangan roda gigi yang berfungsi untuk menggerakkan roda gigi pasangannya disebut

pinion. Sedangkan pasangan roda gigi yang digerakkan disebut gear ( driven ).

porosPoros adalah merupakan bagian atau elemen dari mesin yang dalam penggunaanya dapat berfungsi sebagai poros

yang meneruskan tenaga, poros penggerak klep (camshaft), poros penghubung dan lain sebagainya. Jenis –jenis Poros ,

diantaranya adalah :

1. Shaft2. Axle3. Spindle

4. Line Shaft 5. Jack Shaft 6. Flexible Shaft

TEORI KEGAGALAN1. Maximum Normal Stress Theory

2. Maximum Shear Stress Theory

3. Distortion Energy Theory

NSyp c

c)(

max)( ≤σ

max2τ=

NSyp

3132212

32

22

1

2

σσσσσσσσσ −−−++=

NSyp

METODE PERHITUNGANMetode dalam penelitian ini, menggunakan 2

metode yaitu :1. AGMA

2. LEWIS

IdbCvCfCmCsCoFt

.......σc = Cp x

PKYbSpybSFf

oob.

.... ==

CTxCRCLxCR

Sad = Sac x

tp

d FV

F600

600 +=

tp

d FV

F1200

1200 +=

tp

d FV

F78

78 +=

untuk 0 < Vp < 2000 ft/menit

untuk 2000 < Vp < 4000 ft/menit

untuk Vp > 4000 ft/menit

METODoLOGIDiagram Alir

Penelitian Pecara Global

START

Kajian Pustaka

Kinematika

Perencanaan Daya

Pengujian

Berhasil?

Y

Kesimpulan

END

N

Y

N

GAMBAR PROTOTYPe

GAMBAR MOBIL

Grafik Simulink matlab daya yangditerima VERS pada kecepatan mobil36 km/jam dengan Constanta redamanVers 10% pada roda belakang.Didapatkan daya dari root meansquare (RMS) grafik sebesar 27,1 wattatau 0,003 Hp.

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Grafik kecepatan naik turun suspensimobil pada roda belakang, didapatkankecepatan rata – rata naik turun suspensemobil pada roda belakang sebesar 0,36m/s.

Dari grafik diatas didapat putaran awal untuk menggerakkan roda gigi jawDengan rumus : V suspensi = 2.π .r. n / 60Dimana r adalah jarak antara tuas penggerak dengan pusat roda gigi jaw.

0,36 m/s = 2 . 3,14 . 4 cm. n / 60n = 85 rpm

Analisa roda gigiGear Jaw dan roda gigi 1

Data Gear jaw :

Daya :0.03 HPJenis Gear : spur gearSudut tekan : 20 derajat coarse pitchAngka transmisi : 2.7Putaran : 85 rpmDiameter : 3.14 inLebar roda gigi : 0.9 inchJumlah gigi: 31Diametral pitch : 10Lewis from factor : 0.361

roda gigi 1Data Gear 1

Jenis Gear : Spur gearSudut tekan : 20 derajatDaya : 0.03 HPAngka transmisi : 2.7Putaran : 229 rpmDiameter : 1.61 inLebar roda gigi : 0.9 inJumlah gigi: 16Diametral pitch : 10Lewis from factor : 0.295

Perancangan roda gigi jaw dan roda gigi 1

• Jarak roda gigi

• Torsi masing – masing roda gigi

• Gaya – gaya pada masing – masing roda gigi jaw danroda gigi 1

• Kecepatan pitch line (Vp)

• Beban dinamik (Fd)

• Lewis Equation (mencari bahan roda gigi)b : 0.9 inchiφ : 20Ntp : 31 (Dari tabel 10-2,deutchman didapat Y =

0.361 )

Jadi karena nilai Safe static stress(so) = 486.61 Psi maka bahan materialroda gigi 1 dan jaw yang digunakan cukup Gray cast iron ASTM 25 denganBHN 174. Sedangkan alat yang kita pakai memakai bahan gray cast ironASTM 37(So = 1200Psi ;BHN 212),jadi sudah sangat kuat dan tahanterhadap keausan dan tegangan bending.

Check roda gigi berdasarkan Wear Load (Buckingham)

Fw = dp . b . Q . Kdp = Diameter pitch pinion b = Lebar roda gigiK = Wear load factor (tabel 10.11)Q=

Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.f

Jadi Fw = 1,61 x 0,9 x 0.6778 x 264 = 259,28 lb.fKarena Fw ≥ Fd259,28 lb.f ≥ 15,81 lb.fMaka Fw ≥ Fd ( maka bahan memenuhi syarat keausan Buckingham )

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending

Sad =

Sad = Tegangan ijin maksimum.Untuk bahan ASTM 37 (212 BHN) diperoleh data sebagai berikut : Sat = 8500 Psi Tegangan ijin material (tabel 10-7 atau gambar 10-24,

Deutschman)KL = 1.4 take as unity Life factor (tabel 10-8, Deutschman)KT = 1 Faktor temperaturKR=1.33 normal design Faktor keamanan (tabel 10-9, Deutschman)

Sad =

= 8947,37 lb

RT

Lat

KKKS⋅⋅

33.1.14.1.8500

xpsi

Pengecekan dengan Metode AGMA Bending

σt = σt = Tegangan di kaki roda gigiFt = Gaya tangensial roda gigi Ko = Faktor koreksi beban lebihJ = Faktor geometri P = Diametral pitch

JbKKKPKF

V

mSOt

⋅⋅⋅⋅⋅⋅

Ks = Faktor koreksi ukuran Km = Faktor distribusi beban Kv = Faktor dinamik b = Lebar roda gigi Ft = 14.16 lb.f ( dari data awal perhitungan gaya )

Ko = 1 ( uniform,table 10-4 )P = 10 ( diametral pitch )

Ks = 1 ( for spur gear take as unity )Km = 1,6 ( table 10-5 , spur gear )Kv = 0,86 ( dengan Vp= 69.83 ft /min ,fig 10-21 )b = 0.9 (dari data awal perencanaan )J = 0,35 ( 20 FD, Ntp = 31, Ntg = 16, fig 10-22 )

σt = Psilb 61,83935,0.9.0.86,0

6,1.1.10.1.16.14=

karena Sad > σt8947,37 Psi > 839,61Psimaka Sad > σt maka check roda gigi terhadap ketahanan bending AGMA aman

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation

σc = σc = Tegangan kompresiCp = Faktor ketahanan dalam elastisitas properties material Co = Faktor koreksi beban Cs = Faktor koreksi umum Cm = Faktor koreksi beban untuk pengurangan dengan sistem roda gigi yang pertama Cf = 1, jika roda gigi difinished bagusCv = Faktor dinamik

⋅⋅

⋅≤⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅RT

HLac

v

fmsotP CC

CCSIbdC

CCCCFC

d= Diameter b= Lebar roda gigi I = Faktor geometri Sac= Tegangan maksimum bahanCL = Faktor umur CH= Faktor kekerasan CT = Faktor temperaturCR = Faktor keamanan = 1, dari tabel 10-16 jika 1 dari 100 yang rusak

Cp= 1800 psi gear and pinion steel (tabel 10-12, Deutschman),Ft = 14.16(dari data awal perencanaan )Co= 1 (sama dengan Ko )Cv= 0.86 (dengan Vp=69.83 curve 2, fig 11-27 )Cs= 1 ( take a minimum value )Cm= 1.1 ( spur gear b= 0.9 inchi, fig 10-31 )Cf= 1,25 (finising halus)I= 0.115 ( Ntp=31, fig 10-32 )

Pengecekan Keausan dengan AGMA Wear Equation

σc = 1800

= 15052,96 Psi

• Cek keausanσc <

19234.33Psi < 75000Psi( memenuhi untuk keausan AGMA )

Sac= 75.000 ( dari ekstrapolasi table 10-14 )CL = 1 (fig 10-33, assumsi umur 10 )CH = 1 ( K < 1.2 fig 10-34 )CT = 1 (take as unity )CR = 1 ( table 10-16,fewer than 1 in 100 )

15052,96 < 75000

115,0.9.0.14.3.86.025,1.1,1.1.1.16.14 lb

⋅⋅

⋅RT

HLac CC

CCS

1.11.1

Analisa porosPOROS 1

• Data poros 1.

Diameter roda gigi jaw (djaw) : 3,14 inLebar roda gigi 1 (bjaw) : 0,9 inGaya tangensial roda gigi 1 (Ftjaw) : 14,15 lbf.inGaya radial roda gigi 1 (Frjaw) : 15,5 lbf.inBerat roda gigi 1 (Wjaw) : 1 lbBahan poros malleable cast iron ASTM A47Su = 50000 psiSyp = 32500 psi

Analisa Bidang Horisontal (Bidang X – Z)

Σ MB = 0

-[Az x 4,82 in] + [FTjaw x 3,93in] = 0

AZ =

= 11,78 lbf

(4,82)3,93) x (Ftjaw

Σ MA = 0

-[Bz x 4,82 in] + [FTjaw x 0,79in] = 0-BZ =

= 2,36 lbf

(4,82)0,79) x (Ftjaw

Analisa Bidang Vertikal (Bidang X – Y)

Σ MB = 0

-[Ay x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 3,93in] = 0

AZ =

= 13,73 lbf(4,82)

3,93) x W)+ ((FRjaw

Σ MA = 0

-[By x 4,82 in] + [(FRjaw +W) x 0,79in] = 0

By =

= 2,76 lbf

(4,82)0,79) x W)+ ((FRjaw

Y

Ay By

x

Fr jaw + W

ANALISA TEGANGAN BIDANG HORIZONTAL ( X – Z )

Potongan 1 – 1 (0 ≤ x ≤ 079 in)

ΣM1-1 = 0M1 -1 - Az (x1) = 0M1 -1 = Az (x1)x1 = 0 in Mx1 = 0 lbf.inx2 = 0,79 Mx2 = 9,30 lbf.in

Potongan 2 – 2 (0 ≤ x ≤ 3,93in)

ΣM2-2 = 0M2 -2 - Bz (x2) = 0M2 -2 = Bz (x2)x1 = 0 in Mx1 = 0 lbf.inx2 = 3,93 Mx2 = 9,30lbf.in

ANALISA TEGANGAN BIDANG VERTIKAL ( X – Y )

Potongan 1 – 1 (0 ≤ z ≤ 0,79 in)

ΣM1-1 = 0M1 -1 – AY (z1) = 0M1-1 = Ay (z1)z1 = 0 in Mz1 = 0 lbf.inz2 = 0,79 Mz2 = 10,85 lbf.in

Potongan 2 – 2 (0 ≤ z ≤ 3,93 in)

ΣMy = 0M2 -2 – By (z2) = 0M2 -2 = By (z2)z1 = 0 in Mz1 = 0 lbf.inz2 = 3,93 Mz2 = 10,85 lbf.in

• Momen bending terbesar

MC =

• Momen torsi di titik CTI =22,23 lbf.in

• Bahan poros malleable cast iron ASTM A47 : Su = 50000 psi ; Syp = 32500 psi

• Diameter poros yang digunakan adalah 0,57 in.

HASIL PERANCANGAN

KESIMPULAN• Dari Perancangan VERS (Vibration energy recovery system) pada mobil isuzu panther bak

terbuka yang sudah dilakukan,VERS sudah berjalan dengan baik dan mampu menyerap energi dari naik turunnya suspensi kendaraan.

• Dari VERS yang dibuat didapat diameter roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 3,14inch ; roda gigi 1: = 1,61 inch ; roda gigi 2 = 2,36 inch ; roda gigi 3 = 0,94 inch ; roda gigi 4 = 2,36 inch ; roda gigi 5 = 0,94 inch ; roda gigi 6 = 2,36 inch dan roda gigi 7 = 0,94 inch.

• Dari VERS yang dibuat didapat jumlah gigi roda gigi masing-masing adalah roda gigi jaw 31 buah ; roda gigi 1: = 16 buah ; roda gigi 2 = 23 buah ; roda gigi 3 = 10 buah ; roda gigi 4 = 23 buah ; roda gigi 5 = 10 buah ; roda gigi 6 = 23 buah dan roda gigi 7 = 10 buah.

• Dari Vers yang dibuat didapat diameter poros yang aman adalah poros 1 = 0.57 inch, poros 2 = 0.59 inch, poros 3 = 0,47 inch, poros 4 = 0,47 inch, poros 5 = 0,47 inch.

• Dari pengecekan kekuatan dan keausan,roda gigi telah memenuhi untuk uji keandalan dan sangat kuat terhadap gesekan terhadap roda gigi yang lain

TERIMA KASIH