TEORI REM kESETIMBANGAN.pdf

ELEMEN MESIN II

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

ELEMEN MESIN II

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU

2014

ELEMEN MESIN II



PENGEREMAN

1. Center of Gravity

Center of gravity (CG) adalah titik pusat massa dimana bekerja gaya-gaya

yang terkait dengan massa, misalnya gaya gravitasi dan gaya sentrifugal. Posisi CG

sangat menentukan karakteristik gerak sepeda motor, pengaruh perpindahan beban,

serta kestabilan geraknya.

Gambar 1.a Perhitungan CoG

Gambar. 1.b Perhitungan tinggi CoG

ELEMEN MESIN II



Untuk mengetahui posisi titik berat sepeda motor kita melakukan suatu

pengukuran berat yang ditumpu oleh kedua roda dalam kondisi horisontal dan miring

dengan elevasi roda depan yang tertentu.

Dari perhitungan kesetimbangan gaya dan momen kita peroleh:

0M

LW

Wra

L

.2.1.a)

aLb .2.1.b)

frfL

RRL

aR

a

W

dWrh

tantansin

' .2.1.c)

L

dsin

a jarak CG terhadap poros depan (m)

b jarak CG terhadap poros belakang (m)

d elevasi roda depan terhadap lintasan (m)

L panjang wheelbase (m)

fR jari-jari roda depan (m)

rR jari-jari roda belakang (m)

', ff WW massa roda depan, pengukuran horisontal dan miring (kg)

', rr WW massa roda belakang, pengukuran horisontal dan miring (kg)

sudut elevasi (degree)

ELEMEN MESIN II



2 Kesetimbangan Rolling

Sepeda motor merupakan kendaraan yang sangat tidak stabil, dapat terguling

dengan sendirinya, jika berada dalam kondisi statis atau bergerak dengan kecepatan

rendah. Namun, pada kondisi bergerak lurus di atas batas kecepatan tertentu sepeda

motor dapat menstabilkan dirinya sendiri bahkan tanpa kontrol dari pengendara

sekalipun.

Gambar 2.2 balancing act dengan merubah posisi CG

Kesetimbangan pada sepeda motor dapat dicapai bila CG total sepeda motor

dan pengendara tepat berada di atas center line. Sehingga ada dua cara dalam menjaga

kesetimbangan, yaitu dengan cara merubah posisi CoG agar selalu berada di atas

center line. Cara ini biasanya dilakukan dengan cara merubah posisi tubuh dengan

condong ke kiri dan ke kanan secara bergantian. Ini akan mudah bila dilakukan sambil

berdiri di atas footrest, sebagaimana yang biasa dilakukan oleh orang yang sedang

belajar naik sepeda. Cara kedua adalah dengan menjaga centerline agar tetap berada di

ELEMEN MESIN II



bawah CoG total. Hal ini dilakukan dengan cara memutar batang steer ke kiri-kanan

sehingga posisi center line berubah sesuai keinginan.

Jelas, pada kecepatan rendah, kemahiran pengendara sangat dibutuhkan untuk

membuat sepeda tetap setimbang. Sedangkan parameter sepeda motor yang

mempengaruhi kesetimbangan adalah, tinggi titik berat sepeda motor, jarak trail dan

castor angle.

Pada kecepatan yang lebih tinggi sepeda motor dapat stabil secara otomatis

meski tanpa input kontrol dari pengendara, hanya saja mekanisme untuk setimbang

menjadi lebih rumit. Pada kecepatan tinggi pengaruh giroskopik sangat berperan

dalam menjaga kesetimbangan gerak sepeda motor.

Pada saat sepeda motor bergerak maju dengan kecepatan tinggi kemudian

kendaraan kita miringkan ke kiri maka pengaruh giroskopik pada roda depan akan

menyebabkan batang kemudi berputar ke kiri. Hal ini akan menyebabkan sepeda

motor bergerak melalui kurva sehingga sepeda motor mengalami gaya sentrifugal

yang akan menyebabkan sepeda motor kembali tegak dan batang steer berputar ke

arah sebaliknya. Hal inilah yang akan menyebabkan sepeda motor mempertahankan

posisi setimbangnya.

3. Kondisi Belok

Jika dalam kecepatan tinggi pengendara membelokkan sepeda motornya

dengan memutar batang kemudi ke arah belokan yang dikehendaki secara langsung

dapat dipastikan ia akan terjatuh bersama kendaraannya akibat gaya sentrifugal yang

terjadi. Untuk itu sebelumnya pengendara harus memperoleh kemiringan yang sesuai

untuk berbelok sehingga tidak terjatuh.

ELEMEN MESIN II



Gambar.3 Berbelok dengan metode counter steering

Untuk memperoleh kemiringan yang tepat saat berbelok pengendara biasanya

melakukan yang disebut counter steering atau dengan cara lain Steering with no

hand. Cara counter steering dilakukan dengan terlebih dahulu memutar batang

kemudi ke arah berlawanan dengan arah belokan yang diinginkan. Hal ini dilakukan

agar gaya sentrifugal, sebagai akibat radius yang terbentuk saat memutar batang

kemudi, mendorong sepeda motor miring ke arah belokan yang diinginkan. Akibat

pengaruh giroskopik, karena kemiringan kendaraan, batang kemudi akan berputar

mengikuti kemiringan kendaraan ke arah lintasan yang diinginkan. Sekarang sepeda

motor melintasi belokan yang dikehendaki yang juga akan mengakibatkan munculnya

gaya sentrifugal yang juga akan melempar kendaraan keluar lintasan. Namun,

kendaraan tidak akan terjatuh karena sepeda motor telah mengalami kemiringan yang

ELEMEN MESIN II



mencukupi untuk menghasilkan gaya gravitasi untuk melawan pengaruh gaya

sentrifugal.

Gambar 2.4 Berbelok dengan metode Steer with No Hands

Steering with no hands berbeda dalam hal mencapai kemiringan yang tepat.

Di sini pengendara mencapai kemiringan yang tepat dengan membanting inersia

tubuhnya ke dalam lintasan seperti yang biasa dilakukan pembalab motor GP.

Pada kondisi ini sudut steer yang terjadi kecil dan arah gerak sepeda motor

sangat ditentukan oleh kemiringan kendaraan. Merubah arah lintasan sepeda motor

dengan cara seperti ini dapat terjadi karena bentuk penampang ban sepeda motor

berbentuk kurva. Bentuk ini yang menyebabkan roda sepeda motor, ketika berbelok

dalam kondisi miring, dapat diumpamakan seperti sebuah kerucut yang sedang

menggelinding pada bidang datar dengan ujung kerucut sebagai pusat radius

lintasannya.

ELEMEN MESIN II



4 Rasio Sudut Steer

Jika sumbu steer berhimpit dengan sumbu vertikal roda kemudi, yang berarti

castor angle bernilai nol, maka roda kemudi akan berputar sebesar sudut yang

diberikan pengendara pada batang kemudi. Namun, jika keduanya tidak berhimpit,

terdapat castor angle, maka akan terjadi perbedaan antara sudut input pengendara

pada batang kemudi dengan sudut putaran roda. Besar perbedaan ini bergantung pada

besar castor angle dan roll angle sepeda motor saat berbelok atau melakukan manuver.

Gambar 5 pengaruh castor angle terhadap sudut arah gerak roda kemudi

Kita dapat menghitung rasio sudut gerak roda terhadap sudut steer pengendara

pada batang kemudi dengan melakukan analisa geometri pada sistem kemudi. Dengan

demikian diperoleh hubungan:

coscos

f .2.2.a)

sinf .2.2.b)

ELEMEN MESIN II



fb

fL

b

5 Radius Ackerman

Kita dapat menentukan radius belok ideal tanpa menyertakan pengaruh sudut

slip. Model sepeda motor belok dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.6 Model belok sepeda motor untuk menentukan Radius Ackerman

Radius belok dapat diperoleh dengan perbandingan keliling lintasan belok

dengan tali busur dari titik CoG ke titik kontak ban belakang:

fLbb

R

360

cos

2 2.3)

6 Kecepatan Aman untuk Belok

Pengendara sepeda motor harus memiringkan kendaraan dan atau tubuhnya

pada saat berbelok agar gaya gravitasi dari kendaraan dan tubuhnya mampu

mengimbangi gaya sentrifugal sehingga dapat mencapai keseimbangan dan terhindar

ELEMEN MESIN II



dari rolling. Secara sederhana kesetimbangan momen saat sepeda motor berbelok

dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar.7 Kesetimbangan momen kondisi belok

Dengan mengambil kesetimbangan di titik O, diperoleh:

0OM

0 yFxW Ct

tan2

2

Rgv

Rym

xgmv

t

t

.2.4)

Dalam kondisi steady turning hanya ada satu nilai kecepatan belok yang sesuai

untuk set kondisi tertentu, yaitu radius belok, roll angle, dan hip angle tertentu.

7. Geometri Sistem Steer

Geometri sistem kemudi menyangkut 3 hal pokok:

Wheelbase

Castor angle

Trail.

Trail adalah jarak antara titik kontak ban terhadap titik potong sumbu steer

terhadap jalan. Untuk sudut steer dan sudut roll sama dengan nol, normal trail:

dRaa fn sincos 2.5)

ELEMEN MESIN II



Gambar.8 Geometri sistem steer sepeda motor

Trail diperoleh dari castor angle dan offset poros roda depan terhadap sumbu

steer. Konstruksi sistem kemudi sepeda motor dapat seperti yang ditunjukkan pada

gambar berikut ini:

Gambar.9 Variasi konstruksi sistem steer

Dengan beragamnya desain dari sistem steer ini memungkin untuk diperoleh

banyak variasi jarak trail. Sangat mungkin untuk memperoleh jarak trail meskipun

sudut castor nol ataupun sebaliknya jarak trail nol untuk castor angle tertentu dengan

menambahkan jarak offset.

ELEMEN MESIN II



Gambar.10 macam jarak trail dengan offset

8. Kestabilan Arah Gerak Roda

Pada saat sepeda motor berbelok pada titik kontak roda depan akan bekerja

gaya normal dan gaya lateral.

Gambar.11 pengaruh gaya lateral dan gaya normal terhadap kestabilan arah

Sepeda motor yang sedang bergerak lurus mendapat gangguan luar sehingga

menimbulkan perubahan sudut steer yang kecil. Sepeda motor akan mulai berbelok ke

arah kiri sehingga bekerja gaya sentrifugal ke arah kanan. Gaya ini akan diimbangi

oleh gaya gesek yang dikerjakan jalan terhadap ban. Gaya gesek ini satu garis kerja

namun berlawanan arah dengan arah slip.

ELEMEN MESIN II



Gambar.12 prinsip stabilisasi arah oleh gaya gesek

Gaya gesek selalu melawan arah laju slip dan menimbulkan momen terhadap

sumbu steer. Momen ini akan sangat berpengaruh terhadap besar torsi kemudi yang

harus diberikan pengendara pada batang steer. Hal ini pasti akan mempengaruhi

sensasi berkendara, karakter handling serta kemampuan bermanuver dari sepeda

motor.

Dengan menguraikan gaya-gaya yang bekerja pada titik kontak ban ke dalam

komponen normal jarak trail kita akan dapat menghitung besar self aligning momen

yang bekerja pada sumbu steer.

Gambar.13 komponen gaya normal dan gaya lateral yang berpengaruh pada self aligning moment

ELEMEN MESIN II



9 Cornering Force

Karena penampang ban sepeda motor memiliki jari-jari radial yang berbeda,

maka saat berbelok dengan memiringkan bodinya, akan terdapat perbedaan kecepatan

pada tapak ban. Bagian yang memiliki radius lebih besar akan mempunyai kecepatan

yang lebih besar dan sebaliknya. Model gerak seperti ini seperti gerak sebuah kerucut

yang menggelinding dengan ujung kerucut sebagai pusat rotasinya. Hal inilah yang

mengakibatkan ban berbelok meski tanpa input sudut steer.

Gambar.14 Gaya camber akibat pengaruh model gerak kerucut

Gaya sentrifugal yang cenderung membuat sepeda motor bergerak lurus akan

mendorong ban keluar lintasan sehingga akan memperbesar radius belok. Harus ada

gaya lain yang mengimbangi gaya sentrifugal ini untuk menjaga ban agar tetap berada

pada lintasannya. Gaya ini disebut sebagai gaya belok yang mencakup gaya camber

dan gaya slip. Gaya camber timbul karena ban bergerak seperti sebuah kerucut

sedangkan gaya slip terjadi karena perbedaan arah gerak dengan arah bidang vertikal

ban.

ELEMEN MESIN II



2.10 Pengaruh Sudut Camber

Pada posisi vertikal tapak ban berbentuk ellips dan simetris dengan intensitas

sebanding dengan besar tekanan ban terhadap jalan. Saat ban dimiringkan partikel

tapak ban tidak lagi berada pada lintasan yang semestinya akibatnya karkas ban

mengalami deformasi yang selanjutnya melahirkan gaya lateral yang bertambah besar

dengan bertambahnya sudut camber. Besar gaya camber bergantung pada bentuk dan

ukuran tapak ban yang bergantung pada karakteristik geometri (rolling radius dan

cross section radius) dan kekakuan lateral/radial dari karkas.

Gambar 2.15 Sudut camber mengakibatkan gaya camber ke dalam

11 Pengaruh sudut side-slip

Bila terdapat lateral slip maka tapak ban menjadi tidak simetris. Pada ujung

tapak ban masih terlihat mengikuti arah kendaraan yang tidak berhimpit dengan

bidang roda. Namun, pada bagian tengahnya akan terdeformasi mengikuti arah karkas

sehingga memunculkan gaya lateral. Tapak ban bagian inilah yang mengalami

gesekan dengan jalan. Jika deformasi terjadi lebih besar lagi sehingga melebihi gaya

ELEMEN MESIN II



dukung jalan terhadap jalan maka pertikel ban akan sliding. Tekanan tapak ban secara

keseluruhan akan mengakibatkan gaya lateral akibat side-slip.

Gambar.16 Pengaruh sudut slip terhadap gaya lateral ban

Gaya lateral secara analitis dapat dinyatakan sebagai fungsi linier dari sudut

roll dan sudut slip dengan mengambil asumsi bahwa gaya lateral merupakan hasil

penjumlahan dari dua komponen yang tidak saling terkait, yaitu komponen akibat

sudut roll dan komponen akibat sudut slip.

F lateral = Kroll * + K side-slip *

Konstanta K memiliki arti geometris, yaitu tangensial dari kurva gaya lateral

yang dinormalisasi sebagai fungsi sudut roll dengan sudut slip sama dengan nol.

ELEMEN MESIN II



Gambar.17 Konstanta sudut camber dan sudut roll merupakan garis tangent dari kurva

Untuk variasi sudut roll yang kecil dan tidak dominan, seperti pada mobil,

gaya lateral digambarkan sebagai fungsi dari sudut slip. Namun tidak demikian halnya

dengan sepeda motor dimana sudut roll sangat besar pengaruhnya terhadap gaya

lateral dibandingkan dengan sudut slip yang sangat kecil. Sehingga akan lebih tepat

jika gaya lateral digambarkan dalam grafik hubungan fungsi sudut roll untuk berbagai

variasi sudut slip.

Gambar .18 Gaya lateral sebagai fungsi sudut camber untuk variasi side-slip angle

Ketika sepeda motor dalam kondisi steady turning dengan kecepatan konstan

dan dengan mengabaikan pengaruh giroskopik, besar gaya camber adalah:

Force lateral = load vertical * tang ()

ELEMEN MESIN II



ELEMEN MESIN II



Gambar.19 kesetimbangan gaya lateral

Gaya camber ini dapat lebih besar atau kurang dari gaya lateral yang akan

diimbanginya. Jika gaya camber lebih besar dari gaya lateral maka dibutuhkan gaya

slip negatif agar kesetimbangan dapat teracapai, berarti dibutuhkan sudut slip negatif.

Sebaliknya jika gaya camber terlalu kecil maka harus ada sudut slip positif untuk

mengimbangi gaya sentrifugal.

ELEMEN MESIN II



Gambar.20 Gaya slip untuk kesetimbangan gaya ke arah lateral

Documents

TEORI REM kESETIMBANGAN.pdf