pemodelan dan analisa getaran mesin bensin 650 cc 2...
TRANSCRIPT
Pemodelan dan Analisa Getaran MesinBensin 650 cc 2 Silinder Segaris denganSudut Engkol 180˚ untuk Rubber Mount
Disusun Oleh:
Mela Agus Christianti
NRP. 2109 100 036
Dosen Pembimbing:
Dr.Eng. Harus Laksana Guntur, ST, M.Eng. JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2010
Sidang Tugas Akhir Bidang Studi : Desain
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian
PENDAHULUAN
Kendaran Bergetar
Ketidaknyaman Penumpang
Mesin Bentuk Baru
Bagaimana respon getaran (bouncing dan pithcing)pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengansudut engkol 180° untuk rubber mount yangdisebabkan oleh perubahan panjang connecting rod ?
Bagaimana respon getaran (bouncing dan pithcing)pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengansudut engkol 180° untuk rubber mount yangdisebabkan oleh perubahan putaran mesin?
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian
PENDAHULUAN
Panjang Ll tidak sama dengan panjang Lr
Mesin yang digunakan menggunakan 2 silinder dengankapasitas 650 cc.
System dalam kondisi balance.
Analisa hanya dilakukan terhadap connecting
rod dan crankshaft.
Eksitasi hanya diakibatkan oleh tekanan ruang bakar.
Respon getaran (rolling) diabaikan.
Luasan efektif cylinder head sama dengan luasanpermukaan piston.
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian
PENDAHULUAN
Untuk mengetahui respon getaran (bouncing dan pithcing) pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan sudut engkol 180° untuk rubber mount yang disebabkan oleh perubahan panjang connecting rod.
Untuk mengetahui respon getaran (bouncing dan pithcing) pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segaris dengan sudut engkol 180° untuk rubber mount yang disebabkan oleh perubahan putaran mesin.
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian
PENDAHULUAN
Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penelitian
PENDAHULUAN
Memberikan informasi mengenai respon gataran yangterjadi pada mesin bensin 2 silinder 650 cc segarisdengan sudut engkol 180° saat mesin dinyalakan.
Memberikan informasi pada pembuat mesin bensin 2silinder 650 cc segaris untuk lebih meminimalisasigetaran yang terjadi.
Mesin 4 Langkah Getaran 2 dof Mesin 2 Silinder
Kajian Pustaka
0ZY
XVdet
K2K1-M1 ωV 2
K1X
K2Y
K2K1-M2 ωZ 2
Berdasarkan Tesis RuipingWang, nilai pegas padarubber mount adalah sebesar160 Nmm
Tampak Samping Tampak Depan
Crankshaft
Connectingrod
Piston
Tumpuan
Mesin 4 Langkah Getaran 2 dof Mesin 2 Silinder
Kajian Pustaka
sin θ Fcos θ FF yaxax
sin θ F-cos θ FF xayay
Mesin 4 Langkah Getaran 2 dof Mesin 2 Silinder
Kajian Pustaka
START
Study Literatur
Study Lapangan Pengumpulan Data Teknis, Dimensi, Berat dan Properties
Pemodelan Matematis Mesin Bensin 2 Silinder 650 cc Segaris
Persamaan Getaran dan Dinamika dari Sistem Mesin Bensin 2 Silinder 6500 cc Segaris
Membangun Blok Diagram Persamaan dengan Software Matlab
A END
Kesimpulan dan Saran
Analisa Hasil
Simulasi Respon Getaran BerupaAcceleracy, Velocity dan Displacement
PitchingBouncing
A
METODOLOGI
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
Massa = 91 kgInersia ke arah z dengan L1 = 0.054504859 kgm²Inersia ke arah z dengan L1 = 0.057727413 kgm²Inersia ke arah z dengan L1 = 0.061191241 kgm²
Luas permukaanefektif = 4345.2576 mm²
Lg 1 = 0.02403 mLg 2 = 0.02707 mLg 3 = 0.03021 m
Inersia ke arah x = 0.007951007 kgm²
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
0
1
2
3
4
5
6
7
0 200 400 600 800
Pre
ssu
re (
Mp
a)
Crank Angle (º)
P1
P2
Beda Phase untuk SudutEngkol 180˚ = 540˚
Dengan persamaan F=P.Amaka didapatkan besar gayapada tiap sudut
L1 (Panjang Crankshaft) 0.0355 (m)
L2 1 0.1156 (m) Lg 1 0.02403 (m) Inertia Mesin 1 (J1) 0.054504859
L2 2 0.1256 (m) Lg 2 0.02707 (m) Inersia mesin 2 (J2) 0.057727413
L2 3 0.1356 (m) Lg 3 0.03021 (m) Inersia mesin 3 (J3) 0.061191241
ω1 1000 (rpm)
ω2 3000 (rpm)
ω3 5000 (rpm)
Massa mesin 91 (kg)
Massa conectingrod 0.48582 (kg)
Inertia crankshaft 0.007951007 (kgm²)
Luas Penampang Silinder 4345.2576 mm²
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
a b
Ll Lr
F1(t)
F2(t)
Kml Cml Kmr Cmr
y
Joθ
CGe
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
Me (Massa Engine)
Fy1 Fy2
Kml.yMe.y
Cml.ỳ¨
Cmr.ỳKmr.y
y
0F
1rlrl Fyy Kmy Km y Cmy Cm y Me
21rlrl FyFy Km Kmy CmCm y y Me
vy
Km Kmy CmCm y FyFyMe
1v rlrl21
0Fy 2
Fy1 Fy2
Kml.yCml.ỳ
Cmr.ỳKmr.y
a b
Ll LrJoθ
CGe
0CGe M(cw) 0b Fya Fyθ L Kmθ L Kmθ L Cmθ L Cmθ Jo 21rrllrrll
b Fya Fy L KmL Km θ L CmL Cmθ θ Jo 21rrllrrll
ωθ
rrllrrll21 L KmL Km θ L CmL Cmθ -b Fy-a FyJo
1ω
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
2
1
rrllrrll
rlrl
Fy
Fy
Jo
b0
Me
10
Jo
a0
Me
10
ω
θ
v
y
Jo
LCmLCm1
0
0
Jo
LKmLKm0
0
0
0
0Me
CmCm1
0
0Me
KmKm0
ω
θ
v
y
UBXA X
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
0K.LK.Lω . JoK.LK.L
K.LK.L2KMe ω-det
r2
l2
rl
rl2
Ccc
MCc ..2
5,0
Mc .
Propertis Mesin Perhitungan Gaya Persamaan Gerak Redaman Simulasi
Pemodelan Matematis
%Parameter
Km=160000; %Kekakuan mounting (N/m)
Cm=183.4368; %Damping mounting (Ns/m)
ll=0.091349; %jarak antara mounting kiri ke pusat
berat (m)
lr=0.087046; %jarak antara mounting kanan ke pusat
berat (m)
Me=91; %massa engine (kg)
Jo=0.054504849; %Inersia engine (kg.m^2)
a=0.070074; %jarak piston satu dengan pusat berat (m)
b=0.066746; %jarak piston dua dengan pusat berat (m)
%Matrik state spaces
A=[0 1 0 0;
-2*Km/Me -2*Cm/Me 0 0;
0 0 0 1;
0 0 –Km*(ll-lr)/Jo –Cm*(ll-lr)/Jo];
B=[0 0;
1/Me 1/Me;
0 0;
a/Jo –b/Jo];
m - File
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Displacement
-5
0
5
10
15
20x 10
-4
Lin
ear
Dis
pla
cem
ent
(m)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)
-2
0
2
4
6x 10
-6
An
gu
lar
Dis
pla
cem
en
t (r
ad
)
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Velocity
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
Lin
ear
Vel
oci
ty (
m)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)
0 0.2 0.4 0.6 0.8Time (s)
-5
0
5x 10
-4
Angula
r V
elo
cit
y (
rad/s
2)
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Acceleration
-15
-10
-5
0
5
10
15
Lin
ear
Acc
eler
atio
n (
m/s
2)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)
-6
-4
-2
0
2
4
6x 10
-3
Angula
r V
elo
cit
y (
rad/s
2)
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Dis
plac
emen
t
-20
-15
-10
-5
0
5x 10
-5
Line
ar D
ispl
acem
ent (
m)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm3000 rpm5000 rpm
-15
-10
-5
0
5x 10
-5
Lin
ear
Dis
plac
emen
t (m
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1x 10
-4
Line
ar D
isplac
emen
t (m
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2x 10
-6
Angula
r D
ispla
cem
ent
(rad
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3x 10
-6
An
gu
lar
Dis
pla
cem
ent
(rad
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-6
-4
-2
0
2
4x 10
-6
An
gu
lar
Dis
pla
cem
ent
(rad
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Velo
city
-15
-10
-5
0
5x 10
-3
Line
ar V
eloc
ity (m
/s)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm3000 rpm5000 rpm
-15
-10
-5
0
5x 10
-3
Line
ar V
elocit
y (m
/s)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-15
-10
-5
0
5x 10
-3
Lin
ear
Vel
oci
ty (
m/s
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-6
-4
-2
0
2
4x 10
-5
Angula
r V
eloci
ty (
rad/s
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-3
-2
-1
0
1
2
3x 10
-5
Angula
r V
eloci
ty (
rad/s
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-3
-2
-1
0
1
2x 10
-5
Angula
r V
eloci
ty (
rad/s
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Acc
eler
atio
n
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Lin
ear
Acc
eler
atio
n (
m/s
2)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-3
-2
-1
0
1
2
3
Line
ar A
ccel
erat
ion
(m/s2 )
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-2
-1
0
1
2
3
Lin
ear
Acc
eler
atio
n (
m/s
2)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
An
gu
lar
Acc
eler
atio
n (
rad
/s2)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6x 10
-3
Angula
r A
ccel
erat
ion (
rad/s2
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
-6
-4
-2
0
2
4x 10
-3
Angula
r A
ccel
erat
ion (
rad/s2
)
0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)
1000 rpm
3000 rpm
5000 rpm
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
RMS Engine Velocity L1 L2 L3
Linear Displacement
1000 2.6513E-05 2.65E-05 2.6513E-05
3000 1.7675E-05 1.77E-05 1.7675E-05
5000 0.00000707 7.07E-06 0.00000707
Linear Velocity1000 0.0031815 0.003182 0.00318153000 0.0031815 0.003182 0.00318155000 0.004242 0.004242 0.004242
Linear Acceleration
1000 0.9898 0.9898 0.98983000 1.23725 1.23725 1.237255000 1.52005 1.52005 1.52005
Angular Displacement
1000 1.0605E-06 1.06E-06 1.0605E-06
3000 5.3025E-07 5.3E-07 6.0095E-07
5000 1.1312E-06 1.13E-06 8.8375E-07
Angular Velocity
1000 1.0959E-05 1.24E-05 9.5445E-06
3000 1.0605E-05 1.06E-05 8.8375E-06
5000 1.5908E-05 1.59E-05 1.2373E-05
Angular Acceleration
1000 0.0038885 0.003535 0.00318153000 0.0024745 0.002475 0.00247455000 0.004949 0.004596 0.003535
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Displacement
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Velocity
Eksitasi Impuls Eksitasi Periodik Perbandingan Perubahan Panjang Connectingrod
Analisa Hasil
Acceleration
KesimpulanPada eksitasi impuls, grafik perpindahan, kecepatan danpercepatan baik karena efek bouncing maupun pithcingmengalami kestabilan pada 0,2 s.
Pada eksitasi impuls, respon perpindahan linier sebesar 0,002m, kecepatan linier sebesar 0,055 m/s, dan percepatan liniersebesar 12 m/s2. Respon perpindahan anguler sebesar0,0003º, kecepatan anguler sebesar 0,0004 rad/s, dan percepatananguler sebesar 0,005 rad/s2
Pada eksitasi periodik besar putaran mesin mempengaruhirespon getaran yang terjadi pada mesin. Semakin besar putaranmesin maka semakin kecil perpindahan baik secara liniermaupun angular
Pada eksitasi periodik semakin besar putaran mesin maka semakinbesar juga kecepatan dan percepatan respon
Pada eksitasi periodik semakin panjang connectingrod maka besarperpindahan, kecepatan, dan percepatan getaran baik secarabouncing maupun pitching tidak terlalu terlihat perbedaannya.Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengaruh perubahan panjangconnectingrod dapat diabaikan