desain & pembuatan prototipe light...
TRANSCRIPT
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
1
INFOMATEK
Volume 6 Nomor 1 Maret 2004
DESAIN & PEMBUATAN PROTOTIPE LIGHT BUGGY
Farid Rizayana
Design Center Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Pasundan
Abstrak: Light buggy merupakan salah satu jenis dari buggy yang dirancang sesuai kebutuhan kendaraan parawisata. Kendaraan diperuntukan anak-anak usia 8-15 tahun dengan berat badan maksimum 75 kg. Kapasitas yang dimiliki kendaraan ini adalah hanya mampu membawa satu orang penumpang (single seater) dan mampu membawa komponen tambahan seperti sistem transmisi. Jalan yang mampu dilalui oleh kendaraan ini adalah jalan beraspal dan jalan tanah, karena performance dari kendaraan ini sangat terbatas. Adapun komponen utama dari light buggy ini seperti frame, suspensi, sistem kemudi, mesin dan transmisi dan rem. Enam komponen ini sangat penting dan perlu diperhatikan dalam merancang dan membuat kendaraan light buggy. Kata kunci: Ligt Buggy, Solid Model
I. PENDAHULUAN
Istilah buggy hampir pasti mewakili kendaraan
off-road. Termasuk mobil pipa rock crawling
(rock buggy) dan kendaraan off-road buggy
yang bersifat rekreasi. Meski turunannya
berbeda-beda, namun ada kesamaan penting,
yakni buggy berakar dari kendaraan home made
atau buatan sendiri, dan dibuat khusus untuk
medan tertentu. Light buggy yang rancang dan
dibuat oleh Design Center Jurusan Teknik
Mesin FT-UNPAS dimaksudkan untuk
memenuhi kebutuhan akan kendaraan off-road
kecil permintaan PT. Pupuk Kaltim.
II. PROSEDUR DESAIN
Prosedur desain mengikuti pola sebagai berikut:
Staf Pengajar Jurusan Mesin FT-Unpas Bdg
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
2
2.1. Perencanaan ( Planning )
Pada tahap perencaan tujuannya adalah untuk
memahami permasalahan dan dasar peletakan
sebagai inti dari proyek desain. Untuk
kebanyakan proyek dalam bentuk apapun,
tahap pertama adalah membentuk tim desain.
Dalam tahap ini tim harus menyelesaikan dua
tugas inti; memahami permasalahan dalam
desain dan rencana desain. Biasanya, hasil
spesifikasi pengembangan akan menentukan
bagaimana masalah desain dapat diuraikan
menjadi bagian yang lebih kecil, sehingga sub-
problem desain lebih terkendali, tetapi masalah
tersebut kadang-kadang tidak dapat diketahui,
dan penguraian desain dapat memperlambat
proses desain.
2.2. Konsep Desain ( Conseptual Desain )
Perancang menggunakan hasil dari
perencanaan untuk menghasilkan dan
mengevaluasi konsep sebuah produk. Dalam
menghasilkan konsep, keinginan konsumen
merupakan dasar untuk mengembangkan fungsi
dari model desain, menggunakan teknik yang
dapat menggambarkan bagaimana sebuah
produk dapat berfungsi.
Tujuan mengevaluasi konsep adalah
membandingkan hasil konsep yang dibutuhkan
tehadap pengembangan yang lebih detail dan
untuk memilih konsep terbaik untuk perbaikan
sebuah produk. Teknik untuk menghasilkan dan
mengevaluasi sebuah konsep dilakukan secara
berulang-ulang. Saat konsep desain dievaluasi,
lebih banyak ide yang dihasilkan dan perlu
dievaluasi.
2.3. Desain Produk
Setelah konsep dihasilkan dan dievaluasi,
kemudian dipilih yang terbaik untuk diterapkan
pada produk sesungguhnya. Evaluasi dan
generasi produk harus sejalan, keduanya
membentuk siklus yang berulang-ulang.
III. PEMODELAN SOLID
Pemodelan solid ini dimaksudkan untuk
menuangkan konsep desain yang telah dibuat
kedalam bentuk gambar solid sehingga dari
pemodelan solid ini dapat mengetahui bentuk,
kelebihan dan kekurangan dari desain yang
dibuat. Pemodelan light buggy ini menggunakan
perangkat lunak CAD (Computer Aided Design).
Dalam pembuatan model solid light buggy,
penulis membuat beberapa model sebagai
alternatif desain dari konsep yang telah dibuat.
Model yang dibuat ada tiga buah, dimana setiap
model desain memiliki kekurangan dan
kelebihan. Antara desain alternatif 1 dan 2
bentuknya tidak jauh berbeda, tetapi
perbedaanya terdapat pada frame utama.
Dimana frame utama desain 2 lebih sederhana
dibandingkan dengan desain 2. Sedangkan
untuk desain alternatif 3 perbedaannya terletak
pada frame utama dan suspensi depan.
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
3
Untuk lebih jelas mengenai model yang dibuat
lihat Gambar 1, 2 dan 3.
Gambar 1
Alternatif desain Light buggy 1
Gambar 2
Alternatif desain Light buggy 2
Gambar 3
Alternatif desain Light buggy 3
Kelebihan Kekurangan
Desain
1
1. Frame dapat lepas pasang
2. Biaya produksi lebih murah
3.Pendaraan ini ringan
karena menggunakan pipa
ukuran diameter 0.5 inci
1.Kontruksi frame agak rumit
2.performancenya kurang baik
3.Steer yang berat pada saat
mengemudi karena menggu-
nakan bell crank
Desain
2
1. Frame dapat lepas pasang
dan kontruksinya lebih seder-
hana dibandingkan desain
2. Biaya produksi murah
3. Kendaraan ini sangat
ringan karena menggunakan
pipa ukuran diameter 0.5 inci
1. Steer yang berat pada saat
mengemudi karena menggu-
nakan bell crank
2. performancenya kurang baik
Desain
3
1. Kontruksi frame sangat
seder-hana
2. Kendaraan ini sangat licah
karena ukurannya yang kecil
3. Performancenya lebih baik
dibandingkan dengan desain
1 dan 2
1. Biaya produksi lebih mahal
2. Frame tidak dapat dilepas
pasang
3. Kendaraan ini lebih berat
karena ukuran pipa yang
digunakan diameter 0.75 inci.
IV. PEMILIHAN DESAIN
Sebagai bahan pertimbangan, berdasarkan
kekurangan dan kelebihan dari masing-masing
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
4
desain serta berdasarkan tujuan, kebutuhan dan
biaya maka desain yang dipilih adalah desain 2
(lihat Gambar 2).
4.1 Frame
Frame dibuat dari pipa dengan ukuran diameter
0.5 inci, dengan radius bending pada pipa
minimal 70 mm. Frame dibuat berdasarkan
kebutuhan untuk membawa satu orang
penumpang dan membawa komponen
tambahan seperti mesin dan transmisi. Frame
didesain dengan sistem lepas-pasang yaitu
antara frame atas dengan frame utama (bagian
bawah), desain ini dibuat atas permintaan
kostumer.
Kontruksi frame utama pada desain alternatif
yang kedua ini tidak jauh berbeda dengan
desain yang pertama, dimana kontruksi frame
merupakan penyederhanaan dari frame desain
pertama dengan cara menghilangkan bagian-
bagian yang tidak perlu sehingga frame terlihat
lebih sederhana namun tetap kokoh.
Frame utama memiliki kekuatan yang lebih
dibandingkan dengan frame atas karena pipa
yang digunakan untuk membuat frame atas dan
frame utama berbeda, hal ini disebabkan beban
yang diterima frame utama lebih besar
dibandingkan frame atas dan agar kendaraan
lebih ringan. Dimana frame bagian atas
menggunakan pipa biasa (lokal), sedangkan
untuk frame utama menggunakan pipa saimles.
Berikut ini adalah gambar desain frame light
buggy.
Gambar 4
Frame utama
Gambar 5
frame atas
Adapun untuk melindungi frame utama agar
tidak rusak parah pada saat terjadi benturan
maka dibuat frame bumper bagian samping kiri
dan kanan. Ukuran dan pipa yang digunakan
frame bumper kiri dan kanan sama dengan
frame atas. Untuk melindungi bagian depan
frame utama dibuat bumper depan yang dibuat
dari pipa.
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
5
Gambar 6
Bumper samping
4.2 Sistem Suspensi, Suspensi Depan
System suspensi depan yang dipakai adalah
tipe A-arm tunggal. Dan shock absorber yang
digunakan adalah spring style Coil. Pemilihan
suspensi ini berdasarkan kebutuhan
perancangan yaitu untuk kendaraan parawisata
dan diperuntukan anak-anak usia 8-15 tahun.
Gambar 7
A-arm suspensi depan
Gambar 8
Komponen suspensi sebelum di assembly
Gambar 9
Dimensional suspensi depan
Keuntungan dari system suspensi ini adalah:
1. Kontruksinya lebih sederhana dan lebih
mudah dalam pemasangan.
2. Biaya pembuatan lebih murah
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
6
Kerugian:
1. Kesetabilan kendaran berkuarang pada
saat melalui jalan yang tidak rata.
2. Tidak mampu menahan bobot atau
berat yang lebih besar.
3. Tidak kuat menahan kejutan yang lebih
besar sehingga cenderung cepat patah.
4. Suspensi cenderung rigid agar roda
dapat berputar stabil.
Sistem suspensi belakang yang dipilih
adalah swing arm dan shock absorber
yang digunakan adalah system spring
style.
4.3 Sistem Suspensi, Suspensi Belakang
Sistem suspensi belakang dengan
menggunakan tipe swing arm dan shock
absorber yang dipilih adalah tipe coil atau spring
style. Sistem suspensi ini dipakai karena jalan
yang dilalui tidak begitu ekstrem dan karena
pemakai kendaraan ini adalah anak-anak usia
8-15 tahun serta kendaraan ini dirancang untuk
parawisata bukan untuk off-road.
Gambar 10
Swing arm
Gambar 11
Swing arm sebelum di assembly Keterangan gambar:
1. Swing arm 2. mounting engine 3. Dudukan bearing poros roda 4. Yoke suspensi 5. Yoke bumper belakang
Gambar 12
Shock absorber
Gambar 13
Swing arm yang sudah dibuat
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
7
Keuntungan menggunakan sistem suspensi ini
adalah:
1. Kontruksinya lebih sederhana dan lebih
mudah dalam pemasangan.
2. Mampu menahan berat dan beban kejut
yang besar.
3. Biaya pembuatan lebih murah
Kerugian :
1. Kurang stabil pada kondisis jalan off-
road.
2. Pergerakan suspensi tidak bebas pada
saat salah satu ban belakang melintas
di jalan yang kondisinya tidak rata.
3. Kontak ban dengan jalan kurang baik
Gambar 14
Dimensional Swing arm
4.4 Sistem Kemudi
Bell crank (Gambar 15) masih tetap digunakan
karena pertimbangan akan kemudahan dalam
proses pembuatan dan perakitan serta biaya
pembuatan yang tidak mahal.
Gambar 15
Sistem kemudi Bell crank
Gambar 16
Assembly sistem kemudi
Keterangan Gambar 16 :
No. Keterangan 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
Roda steer (kemudi) Tie rod Poros kemudi Penyangga poros steer dengan bearing Yoke tie rod Baut (screws) Mur (nuts) Bearing Dudukan bearing Ball joint
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
8
Sudut kemudi
Ketika kendaraan bergerak pelan, kendaraan
akan bergerak membentuk sudut pada saat
garis vertikal diantara keempat roda betemu
pada satu titik atau piont yaitu pusat dari
putaran M. Jika roda belakang tidak
dikemudikan, garis vertikal pada kedua roda
depan akan bertemu dengan garis sumbu
tengah pada M. Dimana perbedaan sudut steer
yaitu iδ dan oA.δ merupakan sudut terluar
sering disebut sebagai sudut Ackerman. Sudut
ini dapat dihitung dari sudut tebesar bagian
dalam iδ . Adapun parameter
(gambar4.19.)sudut Ackerman ini adalah :
1. j yaitu Jarak antara dua steering axis
2. l yaitu wheel base
3. sr yaitu Kingpin offset
4. bf yaitu wheel track
Dengan demikian untuk mencari track circle
diameter Ds dapat diketahui dengan
menggunakan oA.δ . Putaran track pada
kendaraan di usahakan harus kecil untuk
memungkinkan kemudahan kendaraan berputar
dan parkir.
Gambar 17
Sudut steering dan Track circle diameter
Gambar 18
Axle kinematik
Gambar 18
Path designation pada front axle
Gambar 19
Sudut steer
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
9
Dari parameter sudut steering diatas maka
dapat diketahui parameter sudut steering pada
light buggy serta sudut steering dan track circle
diameter, yaitu � Data sudut kemudi
• Wheelbase : 1486.78 mm
• Jarak antara kedua steering
axis: 902.14 mm
• Kingpin offset: 76.89 mm
• Outer steer angle : 22o
• Inner steer angle : 17,89o
• Perbedaan sudut steer : 4.02o
• Diameter putaran track : 4693.4
mm ≈ 4.6 m
Keuntugan dari sistem kemudi bell crank
adalah:
1. Kontruksi dan pemasangannya lebih
mudah dan sederhana.
2. Sistem kemudi dapat dibuat sendiri.
3. Biaya pembuatan lebih murah.
Kerugian :
1. Sistem kemudi lebih berat pada saat
mengendalikan kendaraan.
2. Batang tirod akan mudah melendut
pada saat suspensi depan bergerak
keatas secara bersamaan.
4.5 Mesin
Mesin yang digunakan pada kendaraan ini
adalah mesin industrial engine dengan daya 4
Hp. Mesin ini dipilih berdasarkan data hasil
perhitungan yang dilakukan oleh tim light buggy
yang memegang bagian engine dan transmisi
dan berdasarkan kebutuhan serta ketersediaan
di pasaran.
Gambar 20
Industrial engine
Penempatan engine dan transmisi pada desain
light buggy ini berada pada bagian belakang.
Dimana engine dan transmisi diletakan diatas
swing arm.
Gambar 21
Posisi engine dan sistem transmisi pada light buggy
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
10
4.6 Rem (Brakes)
Sistem pengereman pada kendaraan ini
menggunakan sistem pengereman roda
belakang. Jenis rem yang digunakan adalah
rem cakram (disk brakes) .
Gambar 22
Rem Cakram (disk brakes)
Gambar 23
Pemasangan rem
4.7 Ban (tire)
Ban untuk kendaraan ini menggunakan ban
Suzuki Carry ST 100. Dengan ukuran ban
145x70R10. Pemilihan ini berdasarkan
permintaan dari kostumer yang menginginkan
kendaraan menggunakan ban Suzuki Carry ST.
4.8 Transmisi
Menurut survey dan studi literatur, hampir
semua kendaraan light buggy menggunakan
sistem transmisi otomatis, sistem inertia
continues variable transmission (CVT). Clutch
ini berkerja berdasarkan putaran mesin.
Karena inertia continues variable transmission
(CVT) yang berada di pasaran menggunakan
puli, maka kita harus menggunakan poros
antara agar dapat dihubungkan dengan sproket
dan rantai.
Setelah melakukan survey pasar, clutch jenis
inertia continues variable transmission yang
biasa digunakan untuk mesin stamper dengan
ukuran puli 2,6 inci (66,04 mm).
Gambar 24
Inertia continues variable transmission
Gambar 25
Sepatu kopling Inertia continuous variable transmission (CVT)
Desain & Pembuatan Prototipe Light Buggy
11
Clutch ini berkerja berdasarkan gaya
centrifugal, yang disebabkan adanya
putaran dari engine.
Spesifikasi clutch :
R = 50 mm = 0,005 m
Massa sepatu kopling = 0,5 kg
Koefisien gesek, µ = 0.5
Gaya centrifugal yang didapat dari clutch ini
dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan :
Cf = (m).(r).(ω2)
Dengan putaran 3500 rpm :
N,C
),)(,)(,(C
f
f
5335
3366005050 2
==
Gaya centrifugal yang didapat pada putaran
3500 rpm adalah : 3355 N.
Gaya gesek pada putaran 3500 rpm adalah :
Fs = Cf . µ
Fs = 3355. (0,5)
Fs = 1677,5 N
Adapun pada sistem transmisinya, akan
menggunakan sistim transmisi bertingkat.
V. SIMULASI KEKUATAN FRAME
Untuk mengetahui lebih ditail kekuatan dari
frame utama dilakukan dengan simulasi
kekuatan dengan software FEM. Dengan
demikian, faktor keamanan dari frame utama
yang didesain dapat diketahui.
Gambar 26
Diagram Simulasi 2 kekuatan Frame
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan kebutuhan dan situasi yang ada
dapat disimpulkan bahwa dari tiga alternatif
disain yang dibuat dipilih disain yang ke 2.
Dimana frame dirancang dengan sistem lepas
pasang dengan kapasitas satu orang
penumpang dan frame terbuat dari pipa dengan
diameter pipa 0,5 inci.
Gambar 27
Desain Mobil Buggy
Infomatek Volume 6 Nomor 1 Maret 2004 : 1-12
12
Suspensi depan menggunakan A-arm dengan
bentuk rancangan single arm, sedangkan untuk
suspensi depan menggunakan swing arm dan
untuk shock absorber menggunakan jenis spring
style atau coil. Sistem steering yang digunakan
pada disain ini menggunakan bell crank karena
pembuatannya mudah dan karena faktor biaya.
Gambar 27
Perbandingan dengan mobil Toyota Kijang
Komponen yang lainnya seperti engine
menggunakan industrial engine, rem
menggunakan disk brakes dengan sistem
pengereman roda belakang dan ban yang
digunakan ukuran 145x70R10.
Dimensi disain secara umum yang dimiliki
kendaraan fun mini buggy P x L x T adalah
2081 x 1498 x 1298 mm. Dengan wheel base
1498 mm dan wheel track 1050 mm.
VII. DAFTAR RUJUKAN
[1] TELIMEK – LIPI (2004), Prosiding
Konferensi Nasional Tenaga Listrik dan
Mekatronik Ke-1 Tahun 2004, LIPI.
[2] Rizayana, F., Lesmana, B., (2002),
Perancangan Awal Chassis Kendaraan
Beroda Tiga dengan Layout Satu Roda Di
Depan dan Dua Roda Di Belakang, Tugas
Akhir Sarjana Jurusan Teknik Mesin FT-
UNPAS.
[3] Rizayana, F., Rahayu, A., (2002),
Perancangan Awal Chassis Kendaraan
Beroda Tiga dengan Layout Dua Roda Di
Depan dan Satu Roda Di Belakang,
Tugas Akhir Sarjana Jurusan Teknik
Mesin FT-UNPAS,