skripsi arsyad waasthia ardani 1710311016 universitas

PERANCANGAN BRAKE PEDAL ARM BERBAHAN HDPE

(HIGH DENSITY POLYETHYLENE) DENGAN TEKNIK

PEMBUATAN FDM (FUSED DEPOSITION MODELLING)

UNTUK MOBIL SOEDIRMAN II

SKRIPSI

ARSYAD WAASTHIA ARDANI

1710311016

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN

2021

i

PERANCANG BRAKE PEDAL ARM BERBAHAN HDPE (HIGH

DENSITY POLYETHYLENE) DENGAN TEKNIK PEMBUATAN

FDM (FUSED DEPOSITION MODELLING) UNTUK MOBIL

SOEDIRMAN II

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik


1710311016

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL VETERAN JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN

2021

ii

Ir. M. Galbi Bethalembah, MT

Pembimbing I

Dr. Ir. Reda Rizal, B.Sc., M.Si

Dekan Fakultas Teknik

Nur Cholis, ST., M.Eng

Ka. Progdi Teknik Mesin

Budhi Martana, ST., MM

Penguji Utama

Dr. Damora Rakhasywi, MT

Penguji Lembaga

PENGESAHAN PENGUJI

Skripsi diajukan oleh :

Nama : Arsyad Waasthia Ardani

NIM : 1710311016

Program Studi : Teknik Mesin

Judul Skripsi : Perancang Brake Pedal Arm Berbahan HDPE (High

Density Polyethylene) Dengan Teknik Pembuatan FDM

(Fused Deposition Modelling) Untuk Mobil Soedirman II

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan diterima sebagai bagian

persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program

Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pembangunan Nasional Veteran

Jakarta.

Ditetapkan di : Jakarta

Tanggal Ujian : 14 Juli 2021

iii

PENGESAHAN PEMBIMBING

PERANCANG BRAKE PEDAL ARM BERBAHAN HDPE (HIGH DENSITY

POLYETHYLENE) DENGAN TEKNIK PEMBUATAN FDM (FUSED

DEPOSITION MODELLING) UNTUK MOBIL SOEDIRMAN II

Dipersiapkan dan disusun oleh :


1710311016

Mengetahui,

Ketua Program Studi Teknik Mesin

Nur Cholis, ST. M.Eng

Pembimbing II

M. Arifudin Lukmana, MT

Pembimbing I

Ir. M. Galbi Bethalembah, MT

v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai civitas akademis Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta,

saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Arsyad Waasthia Ardani

NIM : 1710311016

Fakultas : Teknik

Program Studi : S1 Teknik Mesin

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta Hak Bebas Royalti

Noneksklusif (Non Exclusive Royalti Free Right) atas karya ilmiah saya yang

berjudul:

“PERANCANGAN BRAKE PEDAL ARM BERBAHAN HDPE (HIGH

DENSITY POLYETHYLENE) DENGAN TEKNIK PEMBUATAN FDM

(FUSED DEPOSITION MODELLING) UNTUK MOBIL SOEDIRMAN II”

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti ini,

Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta berhak menyimpan, mengalih

media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat

dan mempublikasikan skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : 22 Juli 2021

Yang menyatakan,

(Arsyad Waasthia Ardani)

vi





Arsyad Waasthia Ardani

ABSTRAK

Pedal rem pada mobil Soedirman I pedal yang digunakan untuk sistem pengereman

masih menggunakan material baja, lalu kesulitan manufaktur dalam membuat pedal

dengan menggunakan material alumunium menjadi salah satu faktor permasalahan

ini. Menggunakan metode FDM pada pedal rem mobil Soedirman II agar mengatasi

kesulitan manufaktur. Dalam tugas akhir ini akan dilakukan perancangan terkait

brake pedal arm yang akan digunakan untuk mobil Soedirman II menggunakan 3D

printing dengan bahan material HDPE. Dari hasil perhitungan didapatkan gaya

tekan kaki yang dibutuhkan untuk menghentikan mobil pada kecepatan 50 km/jam

dengan jarak pengereman 15meter pada mobil tanpa driver, dengan minimum berat

driver 70 kg, dan dengan maksimum berat driver 80 kg adalah 76,3622 N, 126,140

N, 133,260 N. Dan hasil yang didapatkan pada simulasi dengan beban yang

digunakan 133,260 N serta dilakukannya optimasi terdapat dua desain yaitu

preliminary design dan final design. Desain pedal yang digunakan pada mobil

Soedirman II adalah final design, selain beratnya yang ringan, pedal ini dapat

digunakan karena mampu menahan beban dinamis dengan nilai faktor

keamanannya yaitu 4,3.

Kata kunci : Brake pedal arm, sistem pengereman, High Density Polyethylene,

Fused Deposition Modelling, Topology Optimization.

vii





Arsyad Waasthia Ardani

ABSTRACT

The brake pedal on Sudirman I's car, the pedal used for the braking system still

uses steel material, then the difficulty of manufacturing in making pedals using

aluminum material is one of the factors of this problem. Using the FDM method on

the Sudirman II car brake pedal to overcome manufacturing difficulties. In this final

project, a design related to the brake pedal arm that will be used for Sudirman II

car will be carried out using 3D printing with HDPE material. From the calculation

results, the compressive force needed to stop the car at a speed of 50 km/hour with

a braking distance of 15 meters on a car without a driver, with a minimum driver

weight of 70 kg, and a maximum driver weight of 80 kg is 76.3622 N, 126,140 N,

133.260 N. And the results obtained in the simulation with a load used of 133,260

N and looking for optimization there are two designs, namely the initial design and

the final design. The pedal design used in Sudirman II is the final design, apart from

its light weight, this pedal can be used because it is able to withstand dynamic loads

with a safety value of 4.3.

Keywords:. brake pedal arm, braking system, High Density Polyethylene, Fused

Deposition Modeling, Topology Optimization

viii

KATA PENGANTAR

Rasa bersyukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena

kasih dan kebaikan-Nya penulis dapat mengerjakan serta menyelesaikan proposal

skripsi dengan judul “PERANCANGAN BRAKE PEDAL ARM BERBAHAN

HDPE (HIGH DENSITY POLYETHYLENE) DENGAN TEKNIK PEMBUATAN

FDM (FUSED DEPOSITION MODELLING) UNTUK MOBIL SOEDIRMAN II”.

Adapun proposal ini berisi tentang teknik pembuatan FDM, dasar terori polimer

serta teori rancang yang diterapkan sebagai pendukung penelitian ini. Tujuan

penulisan tugas akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar

sarjana teknik sesuai dengan kurikulum yang sudah penulis tempuh di Universitas

Pembangunan Nasional Veteran Jakarta.

Dalam proses penulisan tugas akhir ini, penulis telah mendapat banyak

bantuan dan pembelajaran dari berbagai pihak, sehingga tugas akhir ini dapat

terselesaikan dengan baik. Dengan rasa bersyukur, penulis mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Kepada Allah SWT berkat rahmat, nikmat dan kebaikkan-Nya kepada saya

sehingga proposal skripsi ini bisa tersusun dengan baik.

2. Kepada ibunda dan ayahanda tercinta serta keluarga yang selalu memberikan

do’a dan motivasi serta semangat materil maupun moril dalam pelaksanaan

penulisan tugas akhir ini.

3. Bapak Dr. Ir. Reda Rizal, M.Si selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas


4. Bapak Nur Cholis, ST, M.Eng selaku Kepala Prodi Teknik Mesin Universitas


5. Bapak Ir. M. Galbi B., MT dan M. Arifudin Lukmana, ST, MT selaku dosen

pembimbing yang selalu bersabar dan membantu mengarahkan dan

membimbing dalam penulisan tugas akhir.

6. Aulia Rachmatanti, Anisa Kadriah, Alifia Ainayya, Adelia Ainayya yang

selalu memberikan dukungan.

ix

7. Abdul Wasito, Erzatama, Rama Hanifah, Michael Prasetian, Agung

Setiawan, Fadillah M. dan Teman-teman Teknik Mesin

2016,2017,2018.2019 yang selalu mengingatkan untuk mengerjakan tugas

akhir, serta teman-teman lainnya yang sudah saling membantu dan

mendukung.

8. Kontrankan Lampung Broderhoods yang senantiasa saling membantu dan

mendukung baik materi maupun semangat.

9. Teman–teman Patriot Team yang sudah berjuang bersama mengharumkan

nama Teknik Mesin dan UPNVJ serta membantu penelitian tugas akhir ini.

10. Serta setiap pihak yang secara langsung maupun tidak langsung yang telah

membantu sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Penulis sadar bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih ditemukan

banyak kekuranan. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun

untuk memperbaiki tugas akhir ini. Kiranya tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak.

Jakarta, 5 Desember 2020

Penulis,

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

PENGESAHAN PENGUJI ............................................................................................. ii

PENGESAHAN PEMBIMBING .................................................................................. iii

PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................................................iv

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ........................................................ v

ABSTRAK ........................................................................................................................vi

ABSTRACT ....................................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ................................................................................................... viii

DAFTAR ISI ..................................................................................................................... x

DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 17

1.1. Latar Belakang ................................................................................................ 17

1.2. Rumusan Masalah .......................................................................................... 17

1.3. Batasan Masalah ............................................................................................. 18

1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 18

1.5. Manfaat Penelitian.......................................................................................... 19

1.6. Sistematika Penulisan .................................................................................... 19

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 20

2.1. Rapid Prototyping .......................................................................................... 20

2.2. Fused Deposition Modelling (FDM) ........................................................... 21

2.2.1 3D Printing ...................................................................................... 21

2.2.2 Prinsip Kerja Mesin 3D Printing .................................................... 21

2.3. Polimer ............................................................................................................. 28

2.3.1 High Density Polyethylene (HDPE) ............................................... 29

2.4. Perancangan .................................................................................................... 30

2.5. Rem .................................................................................................................. 30

2.5.1 Rem Cakram Berdasarkan Konstruksinya ...................................... 31

2.5.2 Rem Hidrolik Berdasarkan Pengontrolnya ..................................... 32

2.6. Analisis Perhitungan Pengereman ................................................................ 32

2.6.1 Perhitungan Perlambatan ................................................................ 32

2.6.2 Gaya Yang Dibutuhkan Untuk Menghentikan Mobil ..................... 34

2.6.3 Gaya Pengereman Pada Roda ......................................................... 39

2.6.4 Gaya pengereman Pada Disc Brake ................................................ 39

xi

2.6.5 Gaya Tekanan Pada Kampas Rem .................................................. 40

2.6.6 Perhitungan Tekanan Hidraulik Pada Brake Line ........................... 40

2.6.7 Gaya yang Dibutuhkan Pada Master Silinder ................................. 41

2.6.8 Gaya Dorong Yang Diaplikasikan Oleh Kaki Driver ..................... 41

2.6.9 Gaya Tekan Total yang Dibutuhkan ............................................... 42

2.7. Studi Analisis Kekuatan ................................................................................ 43

2.7.1 Tegangan dan Regangan ................................................................. 43

2.7.2 Diagram Tarikan dan Regangan...................................................... 44

2.7.3 Safety Factor ................................................................................... 45

2.8. Finite Elemen Analysis .................................................................................. 46

2.8.1. Meshing ........................................................................................... 46

BAB III METODE PENELITIAN .............................................................................. 48

3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................................. 48

3.2 Data Pembebanan ........................................................................................... 49

3.2.1 Beban Komponen Kendaraan ......................................................... 49

3.2.2 Spesifikasi Sistem Pengereman Cakram ......................................... 51

3.3 Finite Element Analysis dan Topology Optimization ................................ 52

3.3.1. Pre-processing ................................................................................ 52

3.3.1. Processing ....................................................................................... 55

3.3.2. Post-processing ............................................................................... 56

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 57

4.1. Perhitungan Sistem Pengereman .................................................................. 57

4.1.1. Gaya Yang Dibutuhkan Untuk Menghentikan Mobil ..................... 57

4.1.2. Gaya Pengereman Tiap Roda .......................................................... 58

4.1.3. Gaya Pengereman Pada Disc Brake ................................................ 59

4.1.4. Gaya Tekan Pada Kampas Rem ...................................................... 59

4.1.5. Tekanan Hidraulik Pada Brake Line ............................................... 59

4.1.6. Gaya Yang Dibutuhkan Pada Master Silinder ................................ 60

4.1.7. Gaya Yang Diaplikasikan Oleh Kaki Driver .................................. 60

4.1.8. Gaya Tekan Kaki Total Yang Dibutuhkan...................................... 60

4.2. Perbandingan Hasil Desain ........................................................................... 61

4.3. Analisis kekuatan Pedal ................................................................................ 62

4.3.1. Hasil Analisis kekuatan Pedal dengan material recycle HDPE ..... 62

4.3.2. Hasil Analisis dan Perbandingan Kekuatan Pedal dengan Material

HDPE ......................................................................................................... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 70

xii

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 70

5.2 Saran ................................................................................................................. 70

DAFTAR PUSTAKA

RIWAYAT HIDUP

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Material Properties Recycle HDPE dan HDPE .................................. 29

Tabel 2. 2 Faktor Keamanan ................................................................................ 46

Tabel 2. 3 Nilai Kualitas Meshing Berdasarkan Orthogonal Quality .................. 47

Tabel 3. 1 Spesifikasi Komputer ........................................................................... 49 Tabel 3. 2 Komponen Kendaraan ......................................................................... 49

Tabel 3. 3 Keterangan Komponen ........................................................................ 50

Tabel 3. 4 Variabel Penelitian .............................................................................. 50

Tabel 3. 5 Spesifikasi Sistem Pengereman Cakeram ........................................... 51

Tabel 3. 6 Pengaturan Infill Dan Shell ................................................................. 53

Tabel 3. 7 Material Properties r.HDPE dan HDPE ............................................. 53

Tabel 3. 8 Detail Properties Boundary Condition ............................................... 55

Tabel 4. 1 Center Of Gravity dan Berat Dinamis .................................................. 57 Tabel 4. 2 Hasil Gaya Untuk Menghentikan Mobil ............................................. 58

Tabel 4. 3 Hasil Gaya Pengereman Tiap Roda .................................................... 58

Tabel 4. 4 Hasil Gaya Pengereman Pada Disc Brake ........................................... 59

Tabel 4. 5 Hasil Gaya Tekan Pada Kampas Rem ................................................. 59

Tabel 4. 6 Hasil Tekanan Hidraulik Pada Brake Line .......................................... 59

Tabel 4. 7 Hasil Gaya Yang Dibutuhkan Pada Master Silinder ........................... 60

Tabel 4. 8 Hasil Gaya Yang Diaplikasikan Oleh Kaki Driver ............................. 60

Tabel 4. 9 Hasil Gaya Tekan Kaki Total Yang Dibutuhkan ................................ 61

Tabel 4. 10 Perbandingan Hasil Massa dan Volume ............................................ 62

Tabel 4. 11 Perbandingan Hasil Eelement dan Node ........................................... 62

Tabel 4. 12 Perbandingan Spesifikasi Pedal dengan material HDPE .................. 69

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Jenis-Jenis Rapid Prototyping ........................................................ 20

Gambar 2. 2 Diagram Alir 3D Printing ............................................................... 22

Gambar 2. 3 Ilustrasi Dari Teknik FDM ............................................................. 22

Gambar 2. 4 Ilustrasi Nozzle Head ...................................................................... 23

Gambar 2. 5 Ilustrasi Parameter Proses Ekstrusi FDM ....................................... 23

Gambar 2. 6 Arah Orientasi Pada 3D Printing .................................................... 24

Gambar 2. 7 Jenis Ketebalan 3D Printing ........................................................... 25

Gambar 2. 8 Triangular Infill .............................................................................. 26

Gambar 2. 9 Retangular Infill.............................................................................. 27

Gambar 2. 10 Hexagonal Infill (Honeycomb) ..................................................... 27

Gambar 2. 11 Aplikasi Sclicer Cura .................................................................... 28

Gambar 2. 12 Skema Hdpe Linier Dan Bercabang ............................................. 29

Gambar 2. 13 Rem Utama Atau Primer .............................................................. 31

Gambar 2. 14 Sistem Pengereman Hidrolik Rem Cakram .................................. 31

Gambar 2. 15 Perhitungan Center Of Gravity ..................................................... 34

Gambar 2. 16 Cara Menghitung Center Of Gravity ............................................ 35

Gambar 2. 17 Free Body Diagram Gaya Yang Bekerja ...................................... 36

Gambar 2. 18 Reaksi Tumpuan Roda Pada Saat Pengereman ............................ 38

Gambar 2. 19 Free Body Diagram Pada Roda .................................................... 40

Gambar 2. 20 Gaya Yang Bekerja Pada Sistem Pengereman ............................. 41

Gambar 2. 21 Perbandingan Panjang Pedal ........................................................ 42

Gambar 2. 22 Deformasi Material ....................................................................... 43

Gambar 2. 23 Diagram Regangan Dan Tegangan ............................................... 44

Gambar 2. 24 Persamaan (A) Force Equilibrium (B) Strain Displacement (C)

Hooke’s Law .................................................................................................. 46

Gambar 3. 1 Diagram Alir .................................................................................... 48

Gambar 3. 2 Distribusi Beban Dalam 2 Dimensi ................................................ 50

Gambar 3. 3 Jenis – Jenis Nilai Koefisien Gesek ................................................ 51

Gambar 3. 4 Model Yang Sudah Dilakukan Infill ............................................... 52

Gambar 3. 5 Input Material Pada Ansys ............................................................. 54

Gambar 3. 6 Hasil Meshing Menggunakan Tetrahedron .................................... 54

Gambar 3. 7 Boundary Condition Pada Pedal ..................................................... 55

Gambar 3. 8 Hasil Desain Yang Telah Dilakukan Topology Optimization ........ 56

Gambar 4. 1 Center Of Gravity ........................................................................... 58 Gambar 4. 2 Hasil Desain (A) Preliminary Design (B) Final Design ................ 61

Gambar 4. 3 Total Deformasi Pada Pedal Dengan Material (Recycle) HDPE .... 63

Gambar 4. 4 Deformasi Pada Arah Sumbu X ..................................................... 63

Gambar 4. 5 Equivalent Stress Pada Pedal Dengan Material (Recycle) HDPE . 64

Gambar 4. 6 Safety Factor Pada Pedal Dengan Material (Recycle) HDPE ........ 65

xv

Gambar 4. 7 Total Deformasi Pedal Dengan Material Hdpe (A) Preliminary

Design (B) Finally Design ............................................................................. 66

Gambar 4. 8 Deformasi Arah Sumbu X Dengan Material HDPE (A) Preliminary

Design (B) Final Design ................................................................................ 66

Gambar 4. 9 Grafik Stress Vs Strain (A) Preliminary Design (B) Final Design 67

Gambar 4. 10 Equivalent Stress Pedal Dengan Material HDPE (A) Preliminary


Gambar 4. 11 Safety Factor Pedal Dengan Material HDPE (A) Preliminary


xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Preliminary Design Brake Pedal Arm

Lampiran 2 Final Design Brake Pedal Arm

Lampiran 3 Script Matlab Perhitungan Sistem Pengereman

Lampiran 4 Karakteristik Preliminary Design

Lampiran 5 Final Design

skripsi arsyad waasthia ardani 1710311016 universitas

Documents