redesign bracket motor bus listrik md255 xe2 pt....
TRANSCRIPT
REDESIGN BRACKET MOTOR BUS LISTRIK MD255
XE2 PT. MOBIL ANAK BANGSA MENGGUNAKAN
SOFTWARE INVENTOR
Skripsi
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Oleh
Fauzan Nasir Huda
NIM. 5212414019
TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING
Nama : Fauzan Nasir Huda
Nim : 5212414019
Program Studi : Teknik Mesin
Judul : Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE2 PT. Mobil
Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor
Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia
ujian Skripsi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang.
Semarang,
Dosen Pembimbing
Widya Aryadi, S.T., M.Eng.
NIP.197209101999031001
iii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul “Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE2 PT. Mobil
Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor” telah dipertahankan di depan
sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik UNNES pada tanggal ... bulan ...
tahun
Oleh
Nama : Fauzan Nasir Huda
NIM : 5212414019
Program Studi : Teknik Mesin
Panitia:
Ketua Sekretaris
Rusiyanto, S.Pd., M.T. Samsudin Anis S.T., M.T. Ph.D.
NIP. 197403211999031002 NIP. 197601012003121002
Penguji 1 Penguji 2 Pembimbing
Dr. Ir. Rahmat Doni Widodo, ST, MT.IPP. Kriswanto, S.Pd., M.T. Widya Aryadi, S.T., M.Eng
NIP.197509272006041002 NIP.198609032015041001 NIP.197601012003121002
Mengetahui:
Dekan Fakultas Teknik UNNES
Dr. Nur Qudus, M.T.,IPM.
NIP.199691130199403100
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar
akademik (sarjana, magister, dan/atau doktor), baik di Universitas Negeri
Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain.
2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,
tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim
Penguji.
3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau
dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan
sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan
dicantumkan dalam daftar pustaka.
4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari
terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah
diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang
berlaku di perguruan tinggi ini.
Semarang, 2019
Yang membuat pernyataan
Fauzan Nasir Huda
NIM. 5212414019
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO :
Selalu mencari jalannya syukur dalam keadaan apapun.
Jangan terus mencari uang, karena bila terus di cari akan semakin kurang.
Melihatlah ke atas untuk urusan akhiratmu dan melihatlah ke bawah untuk
urusan duniamu, insyaallah hidup akan damai tentram.
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan kepada:
1. Keluarga dan saudara yang senantiasa
memberikan doa
2. Teman-teman TM 2014
3. Teman seperjuangan Proyek MAB
4. Almamater yang ku kenakan
5. Sahabat dan teman-teman yang selalu
menyemangati
vi
SARI ATAU RINGKASAN
Fauzan Nasir Huda. 2019. Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255 XE PT.
Mobil Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor. Skripsi. Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang. Pembimbing (1) Widya
Aryadi, S.T., M.Eng.
Bracket motor merupakan komponen penting yang berfungsi untuk menopang
motor listik sebagai penggerak utama, maka perlu diketahui nilai tegangan dan safety factor
yang aman sebelum digunakan dalam pengaplikasiaanya. Tujuan penelitian ini adalah 1)
Menganalisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2, 2) Mendesain ulang bracket
yang aman digunakan pada bus listrik, 3) Menganalisis bracket redesign yang sesuai untuk
bus listrik MD255 XE2. Perlakuan gaya yang bekerja pada bracket motor diasumsikan
dengan spesifikasi motor listrik tipe PMSM seri HYYQ 800-1200.
Metode penelitian yang digunakan adalah metode simulasi menggunakan finite
element method dengan software Inventor Pro 2019. Simulasi dilakukan pada empat desain
model bracket bus MD 255 XE2 untuk mengetahui nilai tegangan von-mises stress terbesar
dan terendah, displacement, safety factor, strain dan weight of bracket atau berat fisik
bracket. Nilai safety factor terbesar pada ke empat desain bracket dipilih sebagai desain
yang digunakan untuk bus listrik MD 255 XE2 PT. Mobil Anak Bangsa.
Hasil penelitian uji analisis redesign menunjukkan peningkatan parameter mutu
kualitas struktur pada redesign ke-3, yaitu nilai von-mises stress awal 234,4 MPa menjadi
122,7 MPa, nilai displacement awal sebesar 11,94 mm menjadi 9,577 mm, nilai safety
factor meningkat dari 1,46 menjadi 2,79, nilai strain dari 0,9146 menjadi 0,9122 dan juga
nilai berat fisik (weight of bracket) yang semula 69,98 Kg menjadi 64,812 Kg. Hasil
perbandingan hasil analisis menunjukkan redesain ke-3 merupakan desain terbaik untuk
diterapkan pada bus listrik MD 255 XE2 PT. Mobil Anak Bangsa.
Kata Kunci: : redesign, bracket, bus, motor mounting system, safety factor dan chassis
vii
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala
limpahan berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis
dalam bentuk skripsi dengan judul “Redesign Bracket Motor Bus Listrik MD255
XE PT. Mobil Anak Bangsa Menggunakan Software Inventor” ini dengan baik.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar Sarjana
Teknik pada Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Negeri Semarang.
Perwujudan karya tulis ini tidak lain berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh
karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang tiada terkira
kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang
atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh studi di
Universitas Negeri Semarang.
2. Dr. Nur Qudus, M.T. IPM., Dekan Fakultas Teknik, Rusiyanto, S.Pd., M.T.,
Ketua Jurusan Teknik Mesin, Samsudin Anis, S.T., M.T., Ph.D., Ketua
Program Studi Teknik Mesin S1 Universitas Negeri Semarang atas fasilitas
yang disediakan bagi mahasiswa.
3. Widya Aryadi S.T., M.Eng., selaku pembimbing yang penuh perhatian dan
atas perkenaan memberi bimbingan dan dapat dihubungi sewaktu-waktu
disertai kemudahan menunjukkan sumber-sumber yang relevan dengan
penulisan karya ini.
4. Dr. Rahmat Doni Widodo S.T., M.T., IPP., dan Kriswanto, S.Pd., M.T.,
selaku penguji I dan II yang telah memberikan masukan yang sangat
viii
berharga berupa saran, ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan,
menambah bobot dan kualitas karya tulis ini.
5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin S1 FT. UNNES yang telah memberi
bekal pengetahuan yang berharga.
6. Kedua orang tua dan keluarga yang senantiasa selalu memberikan doa agar
penulis diberikan kemudahan dan kelancaran.
7. Teman-teman Program studi Teknik Mesin yang senantiasa memberikan
penulis semangat dan motivasi.
8. Semua pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan
penyusunan proposal skripsi.
Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca pada
umumnya dan dunia pendidikan khususnya.
Semarang, 2019
Penulis
ix
DAFTAR ISI
JUDUL DALAM ..................................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................. iv
MOTTO .................................................................................................................. v
SARI ....................................................................................................................... vi
PRAKATA ............................................................................................................ vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvi
DAFTAR SINGKATAN .................................................................................... xvii
BAB I ...................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................................ 1
1.2 Identifikasi Masalah ...................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah. ........................................................................................... 3
1.4 Rumusan Masalah ......................................................................................... 4
1.5 Tujuan ............................................................................................................ 4
1.6 Manfaat .......................................................................................................... 4
BAB II ..................................................................................................................... 5
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................................. 5
x
2.1 Kajian Pustaka ............................................................................................... 5
2.2 Landasan Teori .............................................................................................. 7
2.2.1 Bracket Motor Mounting ........................................................................ 7
2.2.2 Analisa Gaya ......................................................................................... 11
2.2.3 Teori Elastisitas..................................................................................... 13
2.2.4 Jenis - Jenis Tegangan .......................................................................... 15
2.2.5 Teori Kegagalan Struktur...................................................................... 19
2.2.6 Faktor – Faktor Rancangan ................................................................... 22
2.2.7 Material ................................................................................................. 24
2.2.8 Konstruksi Bracket ............................................................................... 26
2.2.9 Elemen Hingga ..................................................................................... 27
BAB III ................................................................................................................. 31
METODE PENELITIAN ...................................................................................... 31
3.1Waktu dan Tempat Pelaksanaan ................................................................... 32
3.1.1 Waktu Penelitian ................................................................................... 32
3.1.2 Tempat Penelitian ................................................................................. 32
3.2 Desain Penelitian ......................................................................................... 32
3.3 Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................... 37
3.3.1 Alat Penelitian....................................................................................... 37
3.3.2 Bahan Penelitian ................................................................................... 38
3.4 Parameter Penelitian .................................................................................... 39
3.5 Teknik Pengumpulan Data .......................................................................... 40
3.5.1 Persiapan awal objek penelitian ............................................................ 40
xi
3.5.2 Karakterisasi bahan baku ...................................................................... 41
3.5.3 Penggambaran 3D model Inventor ....................................................... 41
3.5.4 Meshing ................................................................................................. 42
3.5.5 Penentuan kondisi batas dan jenis pembebanan ................................... 43
3.5.6 Solving FEA (proses pengujian) ........................................................... 44
3.5.7 Pengoptimalisasian ............................................................................... 45
3.6 Kalibrasi Instrumen ..................................................................................... 46
3.7 Teknik Analisis Data ................................................................................... 47
BAB IV ................................................................................................................. 48
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 48
4.1 Hasil Penelitian ............................................................................................ 48
4.1.1 Pengukuran Dimensi ............................................................................. 48
4.1.2 Spesifikasi Material .............................................................................. 52
4.1.3 Pemodelan Desain Bracket ................................................................... 52
4.1.4 Pembebanan Gaya................................................................................. 53
4.2 Hasil Pengujian Analisis.............................................................................. 53
4.2.1 Pra Pengujian Bracket ........................................................................... 53
4.2.2 Hasil Uji Desain Bracket Aktual .......................................................... 55
4.2.3 Redesign 3D Model Aktual.................................................................. 57
4.2.4 Hasil Uji Bracket Redesign ................................................................... 60
4.2.5 Perbandingan Hasil Pengujian Bracket................................................. 66
4.3 Pembahasan ................................................................................................. 66
4.3.1 Konstruksi Desain ................................................................................. 67
xii
4.3.2 Tinjauan Von-Mises stresses ................................................................. 68
4.3.3 Tinjauan Displacement ......................................................................... 69
4.3.4 Tinjauan Safety factor ........................................................................... 69
4.3.5 Tinjauan Strain ..................................................................................... 70
4.3.6 Tinjauan Weight of bracket ................................................................... 70
BAB V ................................................................................................................... 71
PENUTUP ............................................................................................................. 71
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 71
5.2 Saran ............................................................................................................ 72
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 73
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Bracket Motor Listrik ......................................................................... 7
Gambar 2. 2 Steering Hanging Bracket .................................................................. 9
Gambar 2. 3 Buffer Bracket Steering Gear Box ...................................................... 9
Gambar 2. 4 Fixed Bracket Air Suspension .......................................................... 10
Gambar 2. 5 Motion Bracket Towing Hook .......................................................... 11
Gambar 2. 6 Alur proses pembebanan .................................................................. 12
Gambar 2. 7 Tegangan normal .............................................................................. 16
Gambar 2. 8 Tegangan tarik .................................................................................. 16
Gambar 2. 9 Tegangan tekan ................................................................................ 17
Gambar 2. 10 Tegangan geser pada balok berpenampang persegi panjang ......... 17
Gambar 2. 11 Tegangan lentur pada spesimen ..................................................... 18
Gambar 2. 12 Tegangan puntir pada batang bundar ............................................. 18
Gambar 2. 13 Representasi teori tegangan normal maksimum ............................. 21
Gambar 2. 14 Representasi teori tegangan geser maksimum ............................... 22
Gambar 2. 15 Representasi teori tegangan distorsi energi .................................... 22
Gambar 3. 1 Diagram Alir Tahapan Penelitian ..................................................... 34
Gambar 3. 2 Tampilan awal Autodesk Inventor 2019 .......................................... 41
Gambar 3. 3 Geometri bracket motor yang dibuat pada Inventor 2019 ............... 42
Gambar 3. 4 Meshing 3D model pada Inventor 2019 ........................................... 42
Gambar 3. 5 Meshing bracket gabungan pada Inventor 2019 .............................. 43
Gambar 3. 6 Pembebanan bracket pada Inventor 2019 ........................................ 44
Gambar 3. 7 Notifikasi saat program running pada Inventor 2019 ...................... 45
Gambar 4. 1 Isometric Assembly Bracket Motor Mounting .................................. 48
Gambar 4. 2 2D Drawing Bracket Motor ............................................................. 51
Gambar 4. 3 full assembly part component ........................................................... 52
Gambar 4. 4 Meshing Bracket Assembly .............................................................. 54
Gambar 4. 5 Input Data Material Proporties ........................................................ 54
Gambar 4. 6 Von Mises Stress DesainAktual ....................................................... 55
xiv
Gambar 4. 7 Displacement Desain Aktual ............................................................ 55
Gambar 4. 8 Strain Desain Aktual ........................................................................ 56
Gambar 4. 9 Berat Fisik Aktual ............................................................................ 56
Gambar 4. 10 Modifikasi Desain 1 ....................................................................... 58
Gambar 4. 11 Modifikasi Desain 2 ....................................................................... 58
Gambar 4. 12 Modifikasi Desain 3 ....................................................................... 59
Gambar 4. 13 Von Mises Stress Redesign 1 .......................................................... 60
Gambar 4. 14 Displacement Redesign 1 ............................................................... 60
Gambar 4. 15 Maximum Strain Redesign 1 .......................................................... 61
Gambar 4. 16 Berat Fisik Redesign 1 ................................................................... 61
Gambar 4. 17 Von Mises Stress Redesign 2 .......................................................... 62
Gambar 4. 18 Displacement Redesign 2 ............................................................... 62
Gambar 4. 19 Maximum Strain Redesign 2 .......................................................... 63
Gambar 4. 20 Berat Fisik Redesign 2 ................................................................... 63
Gambar 4. 21 Von Mises Stress Redesign 3 .......................................................... 64
Gambar 4. 22 Displacement Redesign 3 ............................................................... 64
Gambar 4. 23 Maximum Strain Redesign 3 .......................................................... 65
Gambar 4. 24 Berat Fisik Redesign 3 ................................................................... 65
Gambar 4. 25 Break Down Komponen Konstruksi Bracket ................................. 68
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Modus Kegagalan Komponen .............................................................. 19
Tabel 2. 2 Data Properti Material Baja S45C ....................................................... 25
Tabel 3. 1 Spesifikasi Kelistrikan Bus Listrik MD255 XE2 PT. MAB ................ 31
Tabel 3. 2 Perbandingan Hasil Analisis ................................................................ 46
Tabel 4. 1 Spesifikasi Material Baja S45C ........................................................... 52
Tabel 4. 2 Pembebanan Gaya ................................................................................ 53
Tabel 4. 3 Perbandingan Hasil Pengujian ............................................................. 66
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 General Spesification E-Bus 12 Meters ............................................ 76
Lampiran 2 Report Design Analisis ...................................................................... 76
xvii
DAFTAR SINGKATAN
Lambang Singkatan Satuan Halaman
CAD Computer Aided
Design
2
FEA Finite
Element Analysis
2
PMSM Permanent Motor
Synchronus
Motor
11
DTC Direct Torque
Control
11
σ Teganagan
normal
N/m2 13
P Besar gaya yang
bekerja
N 13
A Luas penampang m2 13
ε Regangan 14
δ Perubahan
panjang
mm 14
L Panjang awal mm 14
E Modulus
Elastisitas
N/m2 14
⍴ Defleksi 15
M Momen lentur N/m 15
Fn Gaya normal N 15
τ Tegangan geser N/m2 16
V Taya geser N 17
Q Momen m3 17
I Momen inersia m4 17
b Lebar penampang m 17
Y Jarak terjauh dari
Sumbu
m 18
t Tegangan puntir 18
T Momen
puntir/torsi
18
r Jari – jari m 18
S Gaya luar 22
N Faktor rancangan 23
SF Faktor Keamanan 25
Fu Tegangan
Sebenarnya
Mpa 25
Fi Tegangan
Dibutuhkan
MPa 25
xviii
FEM Finite Element
Method
27
[ k ] Matrik kekakuan 27
{ u } Vektor kolom
dengan komponen
matrik berupa
nilai nodal
27
{ F } Gaya yang
bekerja pada
nodal
27
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pasar industri otomotif dunia kini mulai mengarah pada kendaraan ramah
lingkungan. Salah satunya dengan mengembangkan kendaraan listrik khususnya
bus sebagai angkutan publik yang bisa menjadi solusi dari permasalahan
pencemaran lingkungan sekaligus kemacetan di perkotaan. Namun dalam praktek
pengembangannya masih banyak menemui berbagai permasalahan baru yang
jarang ditemui pada industri bus konvensional. Khususnya pada bagian chassis
frame terdapat berbagai macam bracket yang berfungsi sebagai rangka penyangga
atau dudukan dari berbagai komponen. Perbedaan komponen sumber penggerak
kendaraan bus listrik ini tidak menggunakan engine, melainkan motor listrik.
Bracket motor juga berfungsi sebagai penguat konstruksi pemasangan
komponen motor namun rentan terhadap kegagalan karena harus menahan beban
statis dan dinamis dari berat motor saat beroperasi. Posisi Bracket motor yang
bertumpu pada rangka bracket yang terhubung ke rangka utama atau chassis bus
tersebut akan menerima banyak gaya, baik saat keadaan diam atau saat beroperasi.
Selama beroperasi, tegangan yang dihasilkan oleh motor dan kondisi jalan dapat
langsung ditransmisikan ke chassis frame melalui bracket tersebut. Hal tersebut
dapat menyebabkan ketidaknyamanan bagi penumpang atau bahkan dapat merusak
konstruksi chassis bus (Adkine dan Kathavate, 2015:1). (Adkine & Kathavate , 2015).
2
Industri mobil listrik tentunya sudah menggunakan standar bracket yang
sudah teruji dalam proses pemasangannya. Bracket yang sudah ada masih dirasa
belum begitu efektif jika dipasang pada motor listrik yang berbeda tipe spesifikasi.
Jika konstruksi bracket terlalu kuat dan dipasang pada motor listrik jenis torsi
rendah, maka penggunaan bracket tersebut kurang efektif. Begitu juga sebaliknya,
pada motor listrik spesifikasi torsi yang besar jika dipasang bracket yang kurang
kuat konstruksinya maka akan membahayakan dan memungkinkan terjadi
kerusakan serius. Maka perlu analisis perhitungan yang tepat untuk mendesain
bracket yang optimal sesuai kebutuhan. Pengoptimalan bisa dalam bentuk
modifikasi konstruksi, ketebalan dan jenis material. Dengan pengoptimalan
tersebut memungkinkan untuk mendesain kendaraan dengan berat dan kinerja yang
optimal pada tahap perencanaan dalam suatu industri.
FEA atau analisis elemen hingga dalam penelitian ini digunakan untuk
menentukan defleksi dan tegangan yang dapat ditahan oleh konstruksi bracket dan
kekuatan dari bahan yang digunakan sebelum desain difinalisasi, sehingga akan
didapatkan konstruksi bracket yang kuat dalam menahan berat dan torsi motor
listrik. Material yang digunakan untuk membuat bracket adalah baja dan karet
sebagai rubernya. Perancangan dilakukan untuk mendapatkan bracket yang aman
untuk digunakan dan sesuai dengan kebutuhan kerja pada industri. Untuk
membantu proses penyelesaian desain, simulasi dan analisis menggunakan bantuan
software Autodesk Inventor Professional 2019. Pengoptimalan desain bracket yang
sesuai, diharapkan dapat membantu meningkatkan kualitas dan produksi bus listrik
pada industri (Dhillon, et al., 2014).
3
1.2 Identifikasi Masalah
Dari latar belakang masalah dapat di identifikasi permasalahan yang terjadi
ialah:
1. Analisis desain aktual yang kurang standart akan membahayakan perancangan
bracket motor.
2. Optimasi bracket bisa menjadi alternatif untuk pengembangan desain yang
berdampak pada kualitas dan biaya produksi.
3. Kurang optimalnya desain bracket terhadap industri otomotif bus listrik
berakibat pada tingginya nilai displacement bahkan dapat menimbulkan
tegangan berlebih dan mengakibatkan kerusakan.
4. Pengabaian perancangan desain aktual dalam pemasangan bracket beresiko
menimbulkan perpatahan dan fatik maupun keselamatan terhadap penumpang.
1.3 Batasan Masalah.
Karena luasnya permasalahan pada analisis desain, maka dibatasi pada:
1. Optimasi desain bukan dalam bentuk alat jadi, melainkan berupa desain 3D.
2. Data spesifikasi diperoleh dari studi literatur dan studi kasus.
3. Analisis pembebanan diasumsikan menurut spesifikasi motor dan bus listrik.
4. Struktur komponen yang dianalisis adalah bracket terhadap gaya motor listrik.
5. Pemodelan 3D dan analisis yang dilakukan berupa analisis statis dengan bantuan
software INVENTOR.
6. Proses analisis mengabaikan pengaruh rubber dumping dalam bracket.
7. Tidak menghitung biaya produksi.
8. Gaya dari luar seperti kondisi jalanan dan energi baterai diabaikan.
4
1.4 Rumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah, didapatkan rumusan masalah sebagai
berikut:
1. Bagaimana analisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2.
2. Bagaimana desain ulang bracket yang aman digunakan pada bus listrik.
3. Bagaimana analisis desain bracket yang sesuai untuk bus listrik MD255 XE2.
1.5 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini ialah:
1. Menganalisis desain bracket aktual bus listrik MD255 XE2.
2. Mendesain ulang bracket yang aman digunakan pada bus listrik.
3. Menganalisis bracket redesign yang sesuai untuk bus listrik MD255 XE2.
1.5 Manfaat
Manfaat dari penelitian ini ialah untuk:
1. Mengetahui desain bracket yang sesuai standart bracket untuk pemasangan
motor listrik.
2. Desain bracket dapat digunakan untuk referensi para mekanik industri bus listrik
sebagai acuan dasar pembuatan bracket motor.
3. Menciptakan desain bracket baru untuk instansi terkait dengan ketahanan yang
lebih baik berdasarkan evaluasi desain sebelumnya.
1
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Kajian Pustaka
Jadhaf (2014) melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengetahui
analisa permasalahan yang terjadi dalam bracket engine mounting dan transmisi
spesifikasi daya torsi besar. Dengan analisis statis hasilnya struktur analisis bracket
setelah menerima barbagai gaya, komponen tersebut mengalami tegangan,
frekuensi getaran dan deformasi. Dengan ketiga hasil analisis tersebut bisa sebagai
modal referensi untuk mendesain ulang bracket yang lebih baik.
Raoofy, et al. (2013) juga melakukan penelitian yang bertujuan untuk
merancang bracket motor sebagai alternatif pemecahan masalah industri otomotif
supaya bisa mengontrol getan dengan menggunakan kombinasi 4 dan 3 mounting,
diantaranya 2 active mount bracket sederhana (tipe L). Metode yang digunakan
ialah dengan menggambar 3D model bracket, melakukan perhitungan mekanis,
perhitungan getaran dan perkiraan tegangan maksimum. Hasil yang didapatkan
ialah bracket desain yang hampir mirip namun dengan perbedaan dimensi tebal
ukuran. Analisinya menunjukkan penurunan tingkat frekuensi getaran yang tersalur
ke chassis mobil.
Ghafil (2016) menganalisis bracket motor generator dengan paduan rubber
untuk meredam getaran gerak motor sebagai upaya untuk mengatasi permasalahan
yang sering terjadi ketika sedang pengoperasian software ansys. Pengujian analisis
bracket dilakukan melalui tahapan perancangan/pembuatan gambar 3D modeling,
5
6
perhitungan kekuatan, pembuatan komponen, perakitan, dan uji coba penggunaan
bracket. Dampak dari optimasi komponen ini menjadikan akselerasi motor lebih
terasa halus dan mengurangi getaran, waktu produksi lebih singkat dan biaya
produksi lebih rendah, sehingga dengan produksi yang sama saat menggunakan
bracket logam sederhana akan didapat peningkatan kualitas yang lebih besar ketika
menggunakan bracket optimasi dengan rubber.
Menurut Monali dan Sontakke (2014) optimalisasi dengan cara
memodifikasi permukaan bracket dengan cara mengurangi luas penampang dapat
mempengaruhi hasil uji yang lebih baik, yaitu dapat mengurangi berat hingga
12,5% lebih ringan dari berat awal sehingga bisa menghemat material bahan dan
biaya produksi. Masih menjadi masalah yang serius kelebihan berat dalam
kendaraan listrik karena berat komponen-komponen kendaraan listrik terutama
pada baterainya. Pemodifikasian bentuk bracket juga bisa dengan memberi lubang
dan fillet pada permukaan penampang bracket. Dengan tanpa mengurangi nilai
safety factor namun dapat mengurangi berat benda dan juga memperlancar sirkulasi
aliran udara untuk menurunkan panas mesin hingga 5,5% (Dhillon, et al., 2014).
Adkine dan Kathavate (2015) mengungkapkan bagian terpenting dalam
merancang bracket ialah desain dan analisis. Ia telah melakukan analisis tegangan
struktural dan perbandingan material magnesium penyusun pada bracket dengan
bantuan software FEA ANSYS TOOL. Hasilnya dapat menginduksi tegangan
maksimum 128,47 MPa menjadi 64,07 MPa dengan material sejenis magnesium.
Sehingga nilai faktor keamanan lebih meningkat, maka desain sudah bisa dikatakan
aman.
7
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Bracket Motor Mounting
Bracket motor merupakan komponen sub frame sangat penting yaitu
komponen struktural kendaraan yang mempunyai fungsi tersendiri yang nantinya
disambungkan ke rangka utama chassis. Sub frame bracket biasanya digunakan
untuk menopang mesin, suspensi maupun motor listrik. Penyambungan sub frame
bracket dengan rangka chassis utama dilengkapi dengan bushing karet atau rubber
khusus untuk meredam getaran dan menyeimbangkan motor pada chassis untuk
kontrol keseimbangan yang baik saat kendaraan bergerak (Dhamoji R. B., 2016).
Gambar 2. 1 Bracket Motor Listrik
(buku design report PT.MAB)
Melalui gambar di atas dapat diketahui bahwa bracket memiliki beberapa
komponen dalam konstruksinya. Berikut merupakan bagian-bagian bracket :
C
B
A
8
A. Fasteners
Fasteners atau pengencang, komponen ini berfungsi sebagai
pengikat antara komponen satu dengan komponen lainnya. Biasanya terdiri
dari baut, mur dan spring washer.
B. Lempeng Logam
Komponen utama yang memiliki tugas untuk menyangga dan
menahan beban gaya dari motor. Logam tersebut memiliki tebal tertentu
supaya tetap kuat menahan beban berat dan gaya dari motor tersebut.
C. Rubber
Karet bushing yaitu komponen penambah untuk meredam getaran
atau dumping saat motor beroperasi. Karet yang dipilih terbuat dari
butadiene (BR) atau tergantung penerapan beban dengan
mempertimbangkan bobot motor (Bharat, 2014).
Bracket terdiri dari beberapa tipe dengan manfaat dan kegunaan masing-
masing berdasarkan klasifikasinya. Klasifikasi bracket diantaranya:
1. Konstruksi
1) Hanging bracket
Bracket steering merupakan salah satu bracket dengan konstruksi
hanging. Karakteristik bracket hanging ini adalah sub komponen yang
berada diatas dari rangka utama chassis, posisi komponen seperti digantung
pada bracket tersebut.
9
Gambar 2. 2 Steering Hanging Bracket
(buku design report PT.MAB)
2) Buffer bracket
Buffer bracket yaitu bracket yang posisi konstruksinya menopang
komponen yang akan terpasang pada rangka utama chassis. Biasanya sub
frame ini berada dibawah komponen itu sendiri. Bracket jenis ini merupakan
bracket yang sering digunakan pada industri otomotif. Selain mudah dalam
konstruksinya juga memiliki kekuatan yang lebih dibanding bracket jenis
tipe lainnya.
Gambar 2. 3 Buffer Bracket Steering Gear Box
(buku design report PT.MAB)
10
3) Free side
Free side bracket digunakan pada saat pemasangan komponen yang
sulit terjangkau posisinya. Biasanya kurangnya space untuk memasang
komponen tersebut lalu konstruksinya didesain sebisa mungkin komponen
tersebut terpasang. Penyangganyapun bebas bisa didesain dari berbagai sisi
sudut.
2. Penggunaan
1) Fixed Bracket
Jenis bracket yang digunakan untuk menopang komponen untuk
tetap dalam kondisi diam ditempat. Biasanya ditandai dengan pengencang
mur, baut dan spring washer, bahkan pada chassis dan bracket dipasang
dengan sambungan las sehingga memiliki daya ikat yang sangat kuat.
Gambar 2. 4 Fixed Bracket Air Suspension
2) Motion Bracket
Hampir sama dengan fixed bracket yaitu berfungsi menopang
komponen untuk tetap dalam kondisi diam ditempat, namun juga bisa
bergerak searah bolak-balik pada porosnya. Contohnya pada towing hook
bracket.
11
Gambar 2. 5 Motion Bracket Towing Hook
Jenis bracket yang sesuai untuk digunakan pada sub frame motor listrik
tersebut adalah bracket dengan konstruksi buffer bracket, karena menyesuaikan
fungsi dan kebutuhan dari bracket dan komponen motor listrik itu sendiri.
2.2.2 Analisa Gaya
Motor PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) seri HYYQ 800-
1200 merupakan jenis motor yang digunakan sebagai penggerak utamanya.
Beberapa keuntungan jenis motor tersebut yaitu memiliki efisiensi serta daya listrik
yang tinggi. Untuk pengaturan kecepatan diperlukan metode Direct Torque Control
(DTC) dengan cara kerja mengontrol torsi dan fluk secara langsung dan mengontrol
besar arus stator yang diberikan, karena besar fluk dan torsi yang timbul sebanding
dengan arus stator yang masuk ke motor yang dihubungkan dengan inverter. Di
mana Inverter merupakan peralatan yang berfungsi menghasilkan arus stator sesuai
dengan yang diinginkan (Amelia, 2011).
Setiap material pasti memiliki beban, dimana beban merupakan salah satu
sifat fisik dari material. Sifat fisik dari motor ini akan menimbulkan suatu gaya atau
berat dari motor tersebut. Beban dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis yaitu
beban operasional, beban dari alam atau lingkungan dan beban sustain (berat
motor). Beban operasional adalah beban yang timbul akibat adanya gerakan dan
12
operasi dari motor tersebut, seperti beban yang timbul akibat putaran motor yang
akan menghasilkan torsi dan lain-lain. Beban dari alam/lingkungan adalah beban
yang diterima oleh motor listrik akibat kondisi alam/lingkungan sekitar, seperti
beban yang diberikan akibat kondisi jalan berlubang, tanjakan dan lainnya.
Sedangkan beban sustain adalah beban yang timbul dari berat motor itu sendiri.
Proses analisa pembebanan gaya dimulai saat pemasangan motor pada sub
frame bracket yang sudah terpasng pada rangka utama chassis. Kemudian
dilakukan pemasangan komponen propeller shaft penghubung dari main shaft
motor ke gardan axle belakang. Dalam keadaan diam, konstruksi ini sudah bisa
untuk di analisis statis. Namun untuk hasil analisis yang aman, perlu di simulasikan
pada tegangan torsi maksimal pada motor listrik.
Gambar 2. 6 Alur proses pembebanan
Pemasangan Motor PMSM
Pemasangan Sistem Gardan
Setting Sistem Controller
Suplay Daya Listrik
Input Data Pembebanan
Analisis
Pemasangan Bracket
Pengoperasian
13
Posisi alat yang akan dirancang dimanfaatkan untuk sumber penggerak utama pada
kendaraan listrik. Dalam pemasangannya poros motor langsung disambungkan ke
propeller shaft dan menghubungkan gaya ke gardan untuk menggerakkan roda
belakang mobil.
2.2.3 Teori Elastisitas
Elastisitas adalah sifat suatu benda untuk kembali ke bentuk awal setelah
mendapatkan gaya dan mengalami perubahan bentuk. Sebuah benda yang kembali
sepenuhnya kepada bentuk semula dinamakan elastis sempurna, apabila tidak
sepenuhnya kembali kepada bentuk semula di namakan elastis sebagian. (Souisa,
2011)
Elastisitas bahan sangat ditentukan oleh modulus elastisitas, modulus
elastisitas suatu bahan didapat dari hasil bagi antara tegangan dan regangan.
Besaran-besaran yang berhubungan dengan sifat elastisitas benda antara lain
sebagai berikut :
1. Tegangan
Tegangan dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang bekerja pada
satuan luas benda. (Arif, 2014) rumus tegangan dapat dituliskan:
𝜎 = 𝑃
𝐴 ...........................................................................................2.1
Dalam menentukan bahan untuk perancangan suatu struktur atau komponen, maka
hal yang paling utama yang harus ditentukan adalah tegangan yang mampu
diberikan pada struktur tersebut.
14
Tegangan yang harus ditentukan pada bahan sebelum proses perancangan
adalah :
1) Tegangan batas didefinisikan sebagai tegangan satuan terbesar suatu bahan
yang dapat ditahan tanpa menimbulkan kerusakan.
2) Tegangan ijin yaitu bagian kekuatan batas yang bisa aman digunakan pada
analisis perancangan.
Secara umum tegangan dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :
1) Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja normal (tegak lurus)
terhadap permukaan yang mengalami tegangan. Tegangan ini dapat berupa
tegangan tarik maupun tekan.
2) Tegangan geser adalah tegangan yang bekerja sejajar terhadap permukaan
yang mengalami tegangan.
2. Regangan
Regangan ialah deformasi per satuan panjang. Karena merupakan rasio
antara dua panjang, maka regangan ini merupakan besaran tak berdimensi, artinya
regangan tidak mempunyai satuan. Rumus regangan dapat ditulis:
ε = δ
L ............................................................................................2.2
3. Hukum Hooke’s
Hukum Hooke’s atau hubungan linier antara tegangan dan regangan, yaitu
kesebandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan. Rumus matematis dapat
ditulis:
𝐸 =𝜎
𝜀 ............................................................................................2.3
15
4. Defleksi
Sumbu material konstruksi akan berdefleksi atau melentur dari
kedudukannya semula apabila berada di bawah pengaruh gaya. Defleksi tersebut
adalah lendutan material konstruksi dari posisi awal tanpa pembebanan, diukur dari
permukaan netral awal ke permukaan netral setelah material konstruksi mengalami
deformasi meskipun nilainya kecil. (Fauzi, 2013)
Ketika material konstruksi diberi beban, semua titik dari kurva elastis
kecuali yang menopang batang tersebut terjadi defleksi dari posisi aslinya. Jari-jari
kelenkungan kurva elastis di bagian manapun dinyatakan sebagai:
⍴ =𝐸σ
𝑀 ...........................................................................................2.4
2.2.4 Jenis - Jenis Tegangan
Tegangan pada umumnya terbagi menjadi dua kelompok yaitu :
1. Tegangan Normal
Tegangan yang arah kerjanya dalam arah tegak lurus permukaan
terpotong batang. Tegangan normal dapat disebabkan oleh beberapa
faktor yaitu :
1) Gaya Normal
Tegangan normal terjadi akibat adanya reaksi yang diberikan pada benda.
Jika gaya dalam diukur dalam N, sedangkan luas penampang dalam m2, maka
satuan tegangan adalah N/m2.
σn = 𝐹𝑛
𝐴 = (𝑁
𝑚2⁄ )...............................................................2.5
16
Gambar 2. 7 Tegangan normal
2) Beban Tarik dan Tekan
Apabila batang ditarik oleh gaya F seperti pada Gambar 2.10 maka tegangan
yang terjadi adalah tegangan tarik. Tegangan tarik dapat ditulis dengan
persamaan :
σt = 𝐹𝑡
𝐴 = (𝑁 𝑚2⁄ ) ..............................................................2.6
Gambar 2. 8 Tegangan tarik
Sedangkan tegangan tekan terjadi bila suatu batang diberi gaya F yang saling
berlawanan dan terletak dalam satu garis gaya. Tegangan tekan dapat ditulis
dengan rumus:
σD = 𝐹𝑡
𝐴 = (𝑁
𝑚2⁄ ) ............................................................2.7
17
Gambar 2. 9 Tegangan tekan
2. Tegangan Geser
Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang
berlawanan arah, sejajar sumbu batang. Tegangan geser dapat disebabkan
karena adanya beberapa pembebanan seperti :
1) Gaya Geser
Gambar 2. 10 Tegangan geser pada balok berpenampang persegi panjang
Untuk menentukan tegangan geser τ pada sebarang titik dalam penampang
dapat menggunakan persamaan berikut :
τ= VQ
𝐼𝑏 .................................................................2.8
18
2) Momen Lentur
Gambar 2. 11 Tegangan lentur pada spesimen
Gaya geser dan momen lentur tersebut akan menyebabkan tegangan
geser dan tegangan lentur. Besaran tegangan akibat lenturan pada balok dapat
ditulis dengan formula sebagai berikut.
σ = M . 𝑦 𝐼⁄ ..........................................................2.9
3) Beban Puntir/Torsi
Gambar 2. 12 Tegangan puntir pada batang bundar
Torsi yang bekerja pada poros akan menghasilkan tegangan geser.
Untuk mendapatkan tegangan puntir dapat menggunakan persamaan berikut :
t = Tr
J .................................................................2.10
19
2.2.5 Teori Kegagalan Struktur
Analisa kegagalan adalah suatu kegiatan yang bertujuan untuk mengetahui
penyebab terjadinya kerusakan. Secara keseluruhan jenis kegagalan pada material
dapat terbentuk seperti fatigue, wear (keausan), korosi, fracture, impact dan
lainnya. Dan kegagalan dapat terjadi karena beberapa faktor yaitu beban statik dan
beban mekanis, sehingga sering timbulnya tegangan akibat beban yang melebihi
yield strength. Pada dasarnya kegagalan dapat terjadi dikarenakan besaran akibat
kondisi operasi ≥ sifat kritis material.
Tabel 2. 1 Modus Kegagalan Komponen
Besaran Akibat Kondisi
Operasi
Sifat Kritis Material Peristiwa Yang Akan
Terjadi
Tegangan kerja
σw
Kekuatan luluh
σy Deformasi plastis
Tegangan kerja
σw
Kekuatan tarik
σu Patah statik
Tegangan amplitudo
σa
Batas lelah
(fatigue limit) σf Patah lelah
Tegangan dinamik lokal
σ' = Kt. σnom
Kekuatan luluh
σy Awal retak fatigue
Intensitas tegangan
K = β . σ √(𝜋 a)
Fracture toughness
Kc atau KIc
Komponen yang retak lelah
akan patah
Tegangan kerja
σw
Batas mulur
(Creep limit)
Deformasi plastis akibat
creep (pada temp. tinggi)
Tegangan kerja
σw Rupture strength
Patah akibat creep (pada
temp. tinggi)
Temperatur lingkungan
terlau rendah
Temperatur transisi
material
Patah getas/Penggetasan
(Embrittlement)
Lingkungan terlalu korosif Batas korosivitas Serangan korosi
Tegangan kerja
σw
Kekuatan thd korosi
tegangan σscc
Retak akibat korosi
tegangan
20
Pada umumnya teori kegagalan terbagi menjadi tiga yaitu :
1. Kegagalan statik / static failure
Kegagalan statik adalah kegagalan yang disebabkan adanya beban dari luar
secara statik seperti adanya pengaruh tekanan, beban, momen dan statik lainnya.
2. Kegagalan fatigue / fatigue failure
Kegagalan fatigue adalah kegagalan yang terjadi karena dipengaruhi oleh waktu
dan juga akibat adanya pembebanan secara dinamik yang menyebabkan suatu
struktur menjadi lelah.
3. Kegagalan retak / fracture failure
Kegagalan yang terjadi dikarenakan pengaruh lingkungan.
Pada kegagalan secara statik dapat terbagi menjadi tiga teori, yaitu :
1. Teori tegangan normal maksimum
Kegagalan akan terjadi apabila tegangan utama maksimum sama atau lebih
besar dibandingkan tegangan normal maksimum. Untuk tegangan normal positif,
keadaan suatu material dikatakan luluh jika misal ada suatu pembebanan dengan
σmax ≥ σyp .
σmax ≥ σyp
Secara umum teori tegangan normal maksimum adalah sebagai berikut :
𝜎max = 𝜎𝑥+ 𝜎𝑦
2 + √(
𝜎𝑥+ 𝜎𝑦
2)2 + τxy
2
Fs = 𝜎𝑦𝑝
𝜏𝑚𝑎𝑥 ....................................................2.11
Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan normal
maksimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan
21
berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan normal
maksimum :
Gambar 2. 13 Representasi teori tegangan normal maksimum
2. Teori tegangan geser maksimum
Teori tegangan geser maksimum sering digunakan pada material yang
bersifat ulet. Besarnya nilai tegangan geser maksimum adalah setengah dari nilai
tegangan normal maksimum. Keadaan suatu material luluh jika misal ada suatu
pembebanan dengan σmax.
σmax ≥ 0.5 σyp
Secara umum teori tegangan geser maksimum adalah sebagai berikut:
𝜎max = √(𝜎𝑥+ 𝜎𝑦
2)2 + τxy
2
Fs = 0.5 𝑥 𝜎𝑦𝑝
𝜏𝑚𝑎𝑥 ................................................2.12
Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan geser masimum.
Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat pembebanan berada diluar
batas. Berikut gambar penjelasan teori tegangan geser maksimum :
22
Gambar 2. 14 Representasi teori tegangan geser maksimum
3. Distorsi energi
Aplikasi dari teori tegangan geser maksimum sering digunakan untuk kasus
pada material ulet. Keadaan suatu material akan luluh jika adanya suatu
pembebanan dengan S.
S ≥ σyp
Berikut grafik tegangan distorsi energi dalam 2D:
Gambar 2. 15 Representasi teori tegangan distorsi energi
2.2.6 Faktor – Faktor Rancangan
Faktor –faktor yang mempengaruhi dalam proses analisis rancangan dapat
disebut dengan, N, merupakan ukuran keamanan relatif komponen pembawa beban.
23
Dalam kebanyakan kasus, kekuatan bahan komponen dibagi menurut faktor
rancangan untuk menentukan tegangan regangan, kadang disebut tegangan yang
diizinkan.
Perancang harus menentukan berapa nilai faktor rancangan yang wajar
untuk situasi tertentu. Sering kali nilai faktor rancangan atau tegangan rancangan
ditetapkan dalam aturan-aturan yang dibuat oleh organisasi yang menetapkan
standar, seperti American Society of Mechanical Engineers, American Gear
Manufacturers Association, U.S. Department of Defense. Adapun beberapa
perusahaan-perusahaan yang menerapkan kebijakan mereka sendiri dalam
menentukan faktor-faktor rancangan berdasarkan pengalaman masa lalu dengan
kondisi yang sama.
Untuk bahan ulet, faktor rancangan harus memiliki kriteria nilai sebagai
berikut :
1. N = 1,25 hingga 2,00. Perancangan struktur yang menerima beban statis
dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data perancangan.
2. N = 2,00 hingga 2,50. Perancangan elemen mesin yang menerima
pembebanan dinamis dengan tingkat kepercayaan rata-rata untuk semua
data perancangan.
3. N = 2,50 hingga 4,00. Perancangan pada struktur statis atau pada elemen-
elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian
mengenai beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan atau lingkungan.
4. N = 4,00 atau lebih. Perancangan pada struktur statis atau pada elemen
mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan ketidakpastian
24
mengenai beberapa kombinasi beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan
atau lingkungan. Keinginan untuk memberikan keamanan ekstra untuk
komponen yang kritis dapat juga memilih nilai-nilai ini.
Sedangkan untuk bahan getas, faktor rancangan harus memiliki kriteria
sebagai berikut ini :
1. N = 3,00 hingga 4,00. Perancangan struktur yang menerima beban secara
statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data
perancangan.
2. N = 4,00 hingga 8,00. Pada perancangan struktur statis atau pada elemen-
elemen mesin yang akan menerima pembebanan secara dinamis dengan
ketidakpastian mengenai beban, sifat pada bahan, analisis tegangan atau
lingkungan.
2.2.7 Material
Pemilihan material menjadi salah satu hal yang penting untuk sebuah
rancangan. Pemilihan material yang tepat guna juga akan berimbas pada kualitas
konstruksi yang baik pula. Dalam produksi komponen pada industri manufaktur
tentunya sangat di perhatikan komposisi, kualitas dan efisiensi materialnya. Maka
untuk membuat komponen bracket pada produksi harus memperhatikan standar
material grade manufacturing yaitu tidak boleh menggunakan bahan yang mudah
korosi dan kuat, namun juga memiliki nilai kelenturan tertentu dan harus memiliki
ketahanan terhadap karat dan korosi. Bahan baja tahan karat dipertimbangkan
sebagai pilihan untuk membuat bracket dikarenakan memiliki spesifikasi yang
25
sesuai. Material baja yang digunakan pada bracket aktual bertipe S45C dengan
komposisi kimia yang disajikan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2. 2 Komposisi Kimia Baja S45C
Unsur Jumlah Kandungan
Carbon (C) 0,42 – 0,50%
Iron (Fe) 97,74%
Mangan (Mn) 0,50 – 0,80%
Fosfor (P) 0,035%
Sulfur (S) 0,035%
Baja S45C merupakan produk standarisasi dari Jepang yang biasa disingkat
JIS (Japan Industrial Standart). Baja S45C memiliki kandungan unsur utama
berupa karbon (C) sebesar 0,50%, sulfur (S) sebesar 0,035%, mangan (Mn) sebesar
0,80%. Baja ini mempunyai sifat mampu untuk dilakukan proses perlakuan panas
untuk dapat memperoleh sifat mekanis yang lebih baik. Jenis baja ini sering
digunakan sebagai poros roda gigi, mata gergaji, mata silet dan bantalan mesin
(Taufik Hidayat, 2012). Berikut spesifikasi baja S45C dalam tabel dibawah ini:
Tabel 2. 3 Spesifikasi Material S45C
Sifat material nilai satuan
Modulus of elasticity 190-210 (GPa)
Poisson ratio 0,27-0.30 -
Density 7700-8030 (kg/m3)
Thermal expantion 1,7 × 10-5 (K)
Yield strength 343 (MPa)
Tensile Strength 569 (MPa)
Keamanan desain bisa didasarkan pada kekuatan dari material atau
struktural. keamanan desain atau konstruksi dievaluasi menggunakan faktor
keamanan. Menurut (Arif, 2014) faktor keamanan dapat dituliskan dengan rumus :
26
SF =𝐹𝑢
𝐹𝑖...........................................................................2.13
Apabila faktor keamanan kecil, maka akan memungkinkan terjadinya
kegagalan. Sebaliknya jika faktor keamanan sangat besar, maka material yang
digunakan akan sangat boros.
2.2.8 Konstruksi Bracket
Konstruksi bracket juga harus diperhatikan tentang spesifikasi material
yang akan kita gunakan, karena dapat mempengaruhi tekanan yang bekerja serta
efisiensi sambungan pada bracket motor mounting system. Ada banyak faktor yang
mempengaruhi konstruksi bracket diantaranya tebal, dimensi dan perhitungan
mekanika konstruksi penyusun itu sendiri.
Secara garis besar konstruksi penyusun struktur bracket yaitu badan
bracket lempengan logam, baut mur pengikat, karet rubber.
1. Lempengan logam Bracket
Lempengan logam ini termasuk komponen utama dari bracket motor listrik.
Sedikit berbeda dengan komponen utama chassis yang berbahan material logam
STKM 16A, pada komponen logam bracket motor ini disusun dengan material
logam S45C yang lebih sesuai untuk konstruksi bracket penyangga.
2. Mur baut pengikat (fasteners)
Baut atau sekrup adalah suatu batang atau tabung dengan alur heliks pada
permukaannya, cara kerjanya dengan mengubah gerak putar menjadi gerak
translasi. Penggunaan utamanya adalah sebagai pengikat (fastener) untuk menahan
dua objek bersama, dan sebagai pesawat sederhana untuk mengubah torsi (torque)
27
menjadi gaya linier (Khurmi, 2005). Baut dapat juga didefinisikan sebagai bidang
miring yang membungkus suatu batang.
Konstruksi baut terdiri atas batang berbentuk silinder yang memiliki kepala
pada salah satu ujungnya, dan terdapat alur di sepanjang (ataupun hanya di bagian
ujung) batang silinder tersebut. Baut terbuat dari bahan baja lunak, baja paduan,
baja tahan karat ataupun kuningan. Dapat pula baut dibuat dari bahan logam atau
paduan logam lainnya untuk keperluan-keperluan khusus.
3. Rubber dumping
Rubber dumping atau karet penahan getaran ini juga memiliki peranan yang
sangat penting, selain untuk menahan getaran dan tegangan secara langsung dari
motor saat beroperasi rubber ini juga bisa mencegah terjadinya kerusakan pada
bracket motor system. Sehingga pengendara pun merasakan kenyamanan saat
kendaraan beroperasi.
Rubber bracket motor ini berbahan dasar karet alam butadine atau lebih
dikenal rubber elastomer. Posisi rubber ini ditempatkan diantara dua lempengan
logam yang menyambungkan bracket motor langsung dengan rangka utama
chassis.
2.2.9 Elemen Hingga
Metode elemen hingga dapat disebut Finite Element Method (FEM). Saat
ini metode elemen hingga sering digunakan untuk menguji suatu kekuatan maupun
keamanan desain. Metode ini dilakukan dengan menganalisa suatu benda kerja
28
yang dibagi dalam bagian-bagian kecil untuk di analisis. pembagian dimaksudkan
agar dapat membuat rekaan dari keseluruhan bagian (Hutton, 2004).
Persamaan FEM dalam matrik biasanya berbentuk:
{ 𝐹 } = [ 𝑘 ] { 𝑢 } .....................................................2.14
Perkembangan dalam pengujian metode elemen hingga begitu terasa saat
ini, terbukti tanpa harus menghitung secara manual kita bisa mendapatkan hasilnya
langsung dengan bantuan software secara akurat.
Autodesk Inventor adalah salah satu dari produk Autodesk Corporation
yang diperuntukkan untuk engineering design dan drawing. Autodesk Inventor
merupakan pengembangan dari produk CAD setelah Autocad dan Mechanical
Desktoop. Kelebihan Inventor dari software lain yaitu desain serta tampilan yang
lebih menarik dan rill, karena fasilitas material yang disediakan, juga merupakan
salah satu software yang mumpuni dalam menganalisis berbagai persoalan rekayasa
diantaranya analisa struktural material, thermal dan aliran. Inventor mampu
menyatu dengan aplikasi CAD, sehingga dalam pembuatan model desain kita bisa
menggunakan aplikasi CAD antara lain Auto CAD, Solidwork atau Catia. Hasil
analisis berupa pendekatan dengan mengggunakan analisis numerik dan
ketelitiannya bergantung pada cara memecah model (Asroni, 2015).
Beberapa kelebihan Autodesk Inventor diantaranya:
1. Memiliki kemampuan parametrik solid modeling, yaitu kemampuan untuk
melakukan desain serta pengeditan dalam bentuk solid model dengan data
yang telah tersimpan dalam database. Dengan kemampuan tersebut
29
designer/enginer dapat direvisi atau memodifikasi desain yang ada tanpa
harus mendesain ulang sebagian atau secara keseluruan.
2. Memiliki kemampuan animation, yaitu kemampuan untuk menganimasikan
suatu file assembly mengenai jalannya suatu alat yang telah di assembly
dan dapat disimpan dalam file avi.
3. Memiliki kemampuan automatic create technical 2D drawing serta bill of
material dan tampilan shanding serta rendening pada layout.
4. Di lengkapi dengan perhitungan analisa tegangan (stress analysis) yang
modul perhitungannya didukung dengan teknologi dari software terbaru.
5. Adaptive yaitu kemampuan untuk menganalisis gesekan dari animasi suatu
alat serta dapat menyesuaikan dengan sendirinya.
FEM merupakan suatu metode analis yang terpercaya untuk desain teknik.
Metode ini menggantikan masalah yang komplek dengan beberapa masalah yang
sederhana. Metode ini membagi model menjadi beberapa bagian kecil dengan
bentuk sederhana yang disebut elemen. Setiap elemen dibagi lagi menjadi poin-
poin yang disebut nodes. Metode analisis menggunakan FEM disebut Finite
Element Analysis (FEA). Pada design objective kita bisa memilih single point jika
kita ingin menganalisis desain yang sudah fix kita buat. Static analysis digunakan
untuk mengetahui regangan yang pada akhirnya bisa didapatkan nilai safety factor
dari desain yang kita buat. Safety factor haruslah lebih dari satu. Desain gagal
apabila safety factor lebih kecil atau sama dengan satu. Rumus safety factor
berdasarkan:
30
Sf = Kekuatan Luluh (𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ)
𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 Maksimum ......................2.15
Secara umum, tahapan analisis elemen hingga menggunakan 5 tahapan
berikut:
1) Pemodelan
a) Penyederhanaan / idealisasi.
b) Menentukan bahan / sifat material.
c) Menghasilkan model elemen hingga.
2) Pendefinisian Material
3) Pembagian menjadi beberapa elemen (meshing)
4) Memilih Boundary Condition
a) Tentukan kondisi batas.
(gaya, tekanan, panas, percepatan, rotasi, gravitasi dan putaran)
b) Menjalankan analisis untuk mendapatkan solusi atau hasil.
5) Post Processing atau Hasil
(tegangan, regangan, kecepatan fluida, laju aliran fluida, displacement)
71
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dalam hasil uji analisa bracket motor listrik assy pada bus listrik MD 255
XE2 menggunakan software Inventor 2019 dapat disimpulkan bahwa;
1. Analisa struktur desain aktual dengan software Inventor 2019 memiliki
tahapan yang diawali dengan pembuatan 3d modeling, dilanjutkan dengan
setting meshing, input pembebanan asumsi gaya dan Run simulate, dan
mendapatkan hasil tegangan maksimal sebesar 234,4 MPa, 11,94 mm
displacement, 1,46 safety factor, 0,9146 strain dan berat fisik 69,98 Kg.
2. Desain ulang dengan cara memodifikasi perubahan ukuran dimensi,
penambahan fillet radius dan pelubangan pada area biru hasil uji atau
tegangan terendah menunjukkan metode yang paling tepat dan ditemukan
hasil uji terbaik pada redesign ke-3.
3. Parameter pembanding hasil pengujian menunjukkan peningkatan mutu
kualitas struktur redesign ke-3, yaitu nilai Von-Mises Stress awal 234,4 MPa
menjadi 122,7 MPa, nilai Displacement awal sebesar 11,94 mm menjadi
9,577 mm, nilai Safety factor meningkat dari 1,46 menjadi 2,79, nilai Strain
dari 0,9146 ul menjadi 0,9122 ul dan juga nilai berat fisik (Weight of bracket)
yang semula 69,98 Kg menjadi 64,812 Kg,
72
5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan setelah penyusunan tugas akhir adalah sebagai
berikut;
1. Melakukan pengecekan terhadap assembly yang dibuat untuk memastikan
tidak terdapat part yang tumpang tindih, karena dapat mempengaruhi hasil
analisis,
2. Memperhatikan notification disetiap proses supaya tidak terjadi error atau
kegagalan saat proses analisa struktur menggunakan Inventor 2019,
3. Untuk memudahkan menganalisa struktur menggunakan software Inventor
2019 sebaiknya menguasai teori analisa struktur, finite element analysis dan
ilmu material,
4. Pada perkuliahan praktikum CAD, mahasiswa perlu diberi pengetahuan
tentang finite element analysis menggunakan software analisis sejenis
lainnya. Hal ini cukup penting untuk perancangan sebuah alat atau
komponen, dan
5. Gunakan software Inventor 2019 atau software FEM sejenis yang berlisensi
resmi.
73
DAFTAR PUSTAKA
Adkine , A., dan Kathavate , V. 2015. DESIGN AND ANALYSIS OF ENGINE
MOUNTING BRACKET USING ANSYS TOOL . International Journal
of Innovation in Engineering, Research and Technology [IJIERT]. 5 (2394)
:1-6.
Amelia, S. D. 2011. PERANCANGAN DAN SIMULASI DTFC UNTUK MOTOR
PMSM PENGGERAK MOTOR LISTRIK.
Arif, Z. 2014. MEKANIKA KEKUATAN MATERIAL. Fakultas Teknik Jurusan
Teknik Mesin Universitas Samudra Langsa.
Asroni. 2015. Stress Analysis pada Stand Shock Absorbers Sepeda Motor dengan
Menggunakan Software Inventor 2015. Turbo 4 (1):23-27.
Bharat, P. S., Barve, S., Thorat, S., & Mujumdar, S. 2014. Design and Analysis of
Anti-vibration mount for G+3 Elevator. International Journal of Current
Engineering and Technology. ISSN (2277) 103:108.
Dhamoji, dan Angadi. 2016. STRENGTH AND STIFFNESS ANALYSIS OF AN
ENGINE BRACKET. International Journal For Technological Research
In Engineering. ISSN 3 (2347):2637-2641.
Dhillon Javir, et. all. 2014. Design of Engine Mount Bracket for a FSAE Car Using
Finite Element Analysis. International Journal of Engineering Research
and Applications, 4 (9):74-81.
74
Dr.Yadavalli Basavaraj, M. 2013. Design Optimization of Automotive Engine
Mount System . International Journal of Engineering Science Invention,
48-53.
Fauzi, H. 2013. ANALISIS TEGANGAN PADA FRAME MOBIL LISTRIK SINOSI
MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA . Jember: FAKULTAS
TEKNIK UNIVERSITAS JEMBER .
Sato. Takeshi, dan Hartanto. 1986. MENGGAMBAR MESIN MENURUT
STANDAR ISO. Jakarta: PT. PRADNYA PARAMITA.
Ghafil, H. N. 2016. Vibration Analysis of a Generator Anti-Vibration Rubber
Mounts . Journal of Computer Science & Computational Mathematics, Vol
6.
Hutton, D. V. 2004. Fundamentals of Finite Element Analysis. New York:
McGraw-Hill.
Kulkarni S S, J. T. 2017. Design and Optimization of the Mounting System for a
Low Horse Power (20 kVA) Genset . International Engineering Research
Journal , 1150-1153.
Monali dan Sontake. 2014. Analysis and Optimization of Engine Mounting Bracket
. International Journal of Scientific Engineering and Research (IJSER) , vol
3 (2347-3878).
Jadhav dan Ramakrisna. 2014. Finite Element Analysis of Engine Mount Bracket .
International Journal of Advancement in Engineering Technology,
Management & Applied Science.
75
Patel Sanket Bharat, S. B. 2014. Design and Analysis of Anti-vibration mount for
G+3 Elevator. International Journal of Current Engineering and
Technology.
Khurmi, dan Gupta. 2005. Machine Design. New Delhi: Eurasia Publishing House
(PVT.) LTD.
Raoofy., et. all. 2018. Vibration Control of an automotive engine using active
mounts. Iranian Society of Engine (ISE) Vol 30:03-14
Sahil Naghate, S. P. 2012. Modal Analysis of Engine Mounting Bracket Using FEA
. International Journal of Engineering Research and Applications, 1973-
1979.
Sanket Vinchurkar, P. P. 2016. A Review on Optimization of Engine Mounting
Bracket . International Journal of Engineering Trends and Technology
(IJETT).
Sholikin, & Carolus Bintoro. 2015. Penerapan Reverse Engineering pada Analisa
Tegangan Bracket Engine Mounting.
Souisa, M. 2011. Analisa Modulus Elastisitas dan Angka Poisson Bahan dengan
Uji Tarik. Jurnal Barekeng, Vol. 5, 9-14.
Sugiyono. 2012. Metode Penelitian Kuantitatif dan R&D. Bandung: Alfabeta.
Taufik Hidayat, P. H. 2012. ANALISA PENGARUH SUHU PADA MEDIA
PENDINGIN TERHADAP SIFAT MEKANIS (KEKERASAN) BAJA
S45C PADA PROSES HARDENING . Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Islam Malang .