![Modul Mekanika Gerak Kendaraan OTO226-01 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/modul-mekanika-gerak-kendaraan-oto226-01.jpg)
4 0 656 KB
Kode Modul MGK. OTO 226 - 01
Fakultas Teknik UNY Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif
STEERING GEOMETRI KENDARAAN depan a
I
b θ
B
ro
ri θ
c
T
d
I
O
X
Penyusun : Martubi, M.Pd., M.T.
Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2004
KATA PENGANTAR
Modul dengan judul Steering Geometri Kendaraan ini digunakan sebagai panduan dalam kegiatan kuliah untuk membentuk salah satu kompetensi, yaitu: “ Memahami dan dapat menggunakan konsep steering geometri
dalam
menghitung sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat “. Modul ini dapat digunakan untuk semua peserta kuliah Mekanika Gerak Kendaraan di semester IV pada Program Studi Teknik Otomotif Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta. Pada modul ini disajikan konsep-konsep dasar tentang steering geometri yang meliputi: perhitungan sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat pada umumnya
serta
mekanisme
steering
tipe
Ackerman
dan
beberapa
permasalahannya yang dewasa ini banyak digunakan di industri otomotif. Modul ini terdiri atas dua kegiatan belajar. Kegiatan belajar 1 membahas tentang: Sudut Belok dan Radius Belok Kendaraan Roda Empat, dan Kegiatan belajar 2 membahas tentang: Mekanisme Steering tipe Ackerman. Untuk dapat mempelajari modul ini dengan mudah mahasiswa diharapkan telah mempunyai pengetahuan dasar pendukungnya, terutama tentang Matematika dan juga Sistem Pengendali Kendaraan yang mestinya telah dipelajari pada semester sebelumnya. . Yogyakarta, Juli 2004 Penyusun
Martubi, M.Pd., M.T.
2
DAFTAR ISI MODUL
Halaman HALAMAN SAMPUL .................................................................................. 1 KATA PENGANTAR .................................................................................... 2 DAFTAR ISI .................................................................................................. 3 PERISTILAHAN / GLOSSARY ................................................................... 5 I . PENDAHULUAN........................................................................................ 6 A. Deskripsi Judul .......................................................................................... 6 B. Prasyarat .................................................................................................... 6 C. Petunjuk Penggunaan Modul ..................................................................... 7 1. Petunjuk bagi mahasiswa ...................................................................... 7 2. Petunjuk bagi dosen ............ ................................................................. 7 D. Tujuan Akhir ............................................................................................ 8 E. Kompetensi ............................................................................................... 8 F. Cek Kemampuan ........................................................................................ 9 II. PEMBELAJARAN ..................................................................................... 11 A. Rencana Belajar Mahasiswa ..................................................................... 11 B. Kegiatan Belajar ........................................................................................ 11 1. Kegiatan Belajar 1 : Sudut dan Radius Belok Kendaraan ..................... 11 a. Tujuan kegiatan belajar 1 ................................................................ 11 b. Uraian materi 1 .................................................................................. 12 c. Rangkuman 1 .................................................................................... 15 d. Tugas 1 .............................................................................................. 16 e. Tes formatif 1 .................................................................................... 16 f. Kunci jawab tes formatif 1 ... ............................................................ 16 3
Halaman
2. Kegiatan Belajar 2 : Mekanisme Steering Tipe Ackerman .................... 17 a. Tujuan kegiatan belajar 2 ................................................................ 17 b. Uraian materi 2 ................................................................................. 17 c. Rangkuman 2 ................................................................................... 28 d. Tugas 2 ............................................................................................. 29 e. Tes formatif 2 ................................................................................... 29 f. Kunci jawab tes formatif 2 ... .......................................................... 29
III. EVALUASI ............................................................................................. 30 A. Pertanyaan ............................................................................................. 30 B. Kunci Jawaban ....................................................................................... 30 C. Kriteria Kelulusan ................................................................................... 31 IV. PENUTUP ................................................................................................ 32 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 33
4
PERISTILAHAN / GLOSSARY
Beam : adalah batang/poros tumpu yang menghubungkan roda kiri dengan roda kanan sebuah mobil. Gear box: adalah sebuah kotak yang berisi mekanisme perubah dan penerus gerak potar roda kemudi menjadi gerak geser pitman arm . Handling : adalah sistem pengendalian kendaraan. Knuckle arm : adalah sebuah batang/lengan penerus tarikan/dorongan tie rod menjadi gerak putar roda depan sebuah mobil. Pitman arm : adalah lengan perubah gerak putar roda kemudi menjadi gerak belok roda depan mobil. Steering : adalah sistem pengemudian kendaraan. Sudut belok: adalah sudut yang dibentuk antara sumbu roda depan mobil pada posisi belok dengan sumbu roda tersebut pada posisi lurus. Tie rod : adalah batang penerus gerak putar pitman arm mendorong/ menarik roda depan mobil sehingga menjadi belok. Track : adalah jarak antara sumbu ke depan roda mobil sebelah kanan dengan sumbu ke depan roda mobil sebelah kiri. Wheel base: adalah jarak antara sumbu roda depan dengan sumbu roda belakang sebuah mobil pada posisi lurus.
5
BAB I PENDAHULUAN A. Deskripsi Modul MGK.OTO 226 – 01
ini membahas beberapa konsep dasar
Steering geometri (handling) pada kendaraan roda empat (mobil),
yang
merupakan penunjang/pengayaan dari materi pada matakuliah-matakuliah bidang otomotif lainnya, terutama yaitu matakuliah Sistem Pengendali Kendaraan. Adapun cakupan materi yang dipelajari dalam modul ini meliputi : (1) Sudut belok dan radius belok kendaraan, dan (2). Mekanisme steering tipe Ackerman. Modul ini terdiri atas dua kegiatan belajar : Kegiatan belajar 1 membahas tentang: Sudut belok dan radius belok kendaraan,
Kegiatan belajar 2
membahas tentang : Mekanisme steering tipe Ackerman. Pada setiap kegiatan belajar selalu dilengkapi dengan contoh soal dan pembahasannya beserta tugas/latihan-latihan dan tes formatif serta evaluasi seperlunya untuk membantu mahasiswa dalam mencapai kompetensi yang diharapkan. Setelah selesai mempelajari modul ini secara keseluruhan mahasiswa diharapkan “ Memahami dan dapat menggunakan konsep steering geometri dalam menghitung sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat “. B. Prasyarat Modul ini merupakan modul awal bagi mahasiswa Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif Jenjang S1 maupun D3, yang berisi materi-materi penunjang/pengayaan dari matakuliah-matakuliah keahlian di bidang otomotif yang seharusnya dipelajari, terutama adalah Sistem Pengendali.
Dengan
demikian materi-materi dalam matakuliah-matakuliah tersebut yang terkait dengan isi modul ini akan merupakan materi pendukung yang sangat penting dalam rangka mencapai kompetensi yang diharapkan dalam modul ini, meskipun statusnya tidak secara resmi sebagai prasyaratnya. 6
C. Petunjuk Penggunaan Modul 1. Petunjuk bagi Mahasiswa Agar diperoleh hasil belajar yang maksimal, maka dalam menggunakan modul ini ada beberapa prosedur yang perlu diperhatikan, dan dilaksanakan antara lain : a. Bacalah dan fahami dengan seksama uraian konsep-konsep teoritis yang disajikan pada modul ini, kemudian fahami pula penerapan konsepkonsep tersebut dalam contoh-contoh soal beserta cara penyelesaiannya. Bila terpaksa masih ada materi yang
kurang jelas dan belum bisa
difahami dengan baik para mahasiswa dapat menanyakan kepada dosen yang mengampu kegiatan perkuliahan. b. Coba kerjakan setiap tugas (soal latihan) secara mandiri, hal ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar pemahaman yang telah dimiliki setiap mahasiswa terhadap materi-materi yang dibahas pada setiap kegiatan belajar. c. Apabila dalam kenyataannya mahasiswa belum menguasai materi pada level yang diharapkan, coba ulangi lagi membaca dan mengerjakan lagi latihan-latihannya dan kalau perlu bertanyalah kepada dosen yang mengampu kegiatan perkuliahan yang bersangkutan. Kalau materi yang bersangkutan memerlukan pemahaman awal (prasyarat) maka yakinkan bahwa prasyarat yang dimaksud benar-benar sudah dipenuhi. 2. Petunjuk bagi Dosen Dalam setiap perkuliahan, dosen mempunyai tugas dan peran untuk : a. Membantu mahasiswa dalam merencanakan proses belajar. b. Membimbing mahasiswa melalui tugas-tugas atau latihan-latihan yang dijelaskan dalam tahab belajar. c. Membantu mahasiswa dalam memahami konsep baru dan menjawab pertanyaan mahasiswa apabila diperlukan.
7
d. Membantu mahasiswa untuk mengakses sumber belajar lain yang diperlukan. e. Mengorganisir kegiatan belajar kelompok jika diperlukan. f. Merencanakan seorang ahli/dosen pendamping jika diperlukan. g. Mengadakan evaluasi terhadap pencapaian kompetensi mahasiswa yang telah ditentukan. D. Tujuan Akhir Setelah mempelajari seluruh materi kegiatan belajar dalam modul ini mahasiswa diharapkan : 1. Memahami
konsep dan aturan
steering
geometri
dalam
pemecahan masalah handling kendaraan. 2. Dapat menentukan besarnya sudut belok kendaraan roda empat agar diperoleh efek steering yang sempurna. 3. Dapat menentukan besarnya radius belok kendaraan roda empat agar diperoleh efek steering yang sempurna. 4. Memahami mekanisme steering tipe Ackerman. 5. Dapat menentukan besarnya sudut belok roda bagian dalam pada kendaraan roda empat yang menggunakan mekanisme steering tipe Ackerman. 6. Dapat menentukan besarnya sudut belok roda bagian luar pada kendaraan roda empat yang menggunakan mekanisme steering tipe Ackerman.
E. Kompetensi Modul MGK.OTO 226 – 01 ini disusun dalam rangka membentuk kompetensi “ Memahami dan dapat menggunakan konsep steering geometri dalam menghitung sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat “. Untuk mencapai kompetensi tersebut, terlebih dahulu harus dapat dicapai subsub kompetensi beserta kriteria unjuk kerjanya melalui lingkup belajar dengan materi pokok pembelajaran sebagai berikut : 8
Sub
Kompetensi
Memahami dan dapat menggunakan konsep steering geometri dalam menghitung sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat.
Kriteria Unjuk Kerja
Lingkup Belajar
1. Konsep steering geometri difahami dengan benar sesuai teori.
1. Konsep steering geometri kendaraan roda empat
Materi Pokok Pembelajaran Sikap
2. Besarnya sudut 2. Sudut belok kendaraan belok dihitung roda empat. dengan benar sesuai teori. 3. Besarnya radius belok dihitung dengan benar sesuai teori. 4. Mekanisme steering tipe Ackerman difahami dengan benar sesuai teori. 5. Besar sudut belok dalam dan luar pada mekanisme steering type Ackerman dihitung dengan benar sesuai teori.
3. Radius belok kendaraan roda empat.
4. Mekanisme steering tipe Ackerman.
5. Perhitungan sudut belok dalam dan luar pada mekanisme steering tipe Ackerman.
Kritis, teliti dan cermat dalam menulis lambang dan melakukan perhitungan.
Pengetahuan
1. Konsep steering geometri kendaraan roda empat
Ketrampilan
Menghitung dengan prosedur dan hasil yang benar
2. Sudut belok kendaraan roda empat. 3. Radius belok kendaraan roda empat.
4. Mekanisme steering tipe Ackerman.
5. Perhitungan sudut belok dalam dan luar pada mekanisme steering tipe Ackerman.
F. Cek Kemampuan Sebelum mempelajari Modul MGK.OTO 226 – 01 ini, isilah dengan tanda cek ( ) pertanyaan yang menunjukkan kompetensi yang telah dimiliki oleh setiap mahasiswa dengan jujur dan dapat dipertanggungjawabkan :
9
Sub Kompetensi
Jawaban
Pertanyaan
Ya
Tidak
Memahami 1. Saya memahami konsep steering dan dapat geometri pada kendaraan roda empat . menggunakan konsep 2. Saya dapat menghitung besarnya steering sudut belok kendaraan roda empat . geometri dalam menghi-tung 3. Saya dapat menghitung besarnya sudut belok radius belok kendaraan roda empat . dan radius belok kendaraan 4. Saya memahami Mekanisme steering roda empat type Ackerman
Bila Jawaban “Ya“ Kerjakan
Tes Formatif 1
Tes Formatif 1
Tes Formatif 1 Tes Formatif 2
5. Saya dapat menghitung besarnya sudut belok pada mekanisme steering type Ackerman.
Tes Formatif 2
6. Saya memahami hubungan sudut belok dalam dan luar pada mekanisme steering Ackerman
Tes Formatif 2
Apabila mahasiswa menjawab Tidak maka pelajari modul ini sesuai materi yang dijawab Tidak tersebut.
10
BAB II PEMBELAJARAN A. Rencana Belajar Mahasiswa Buatlah rencana kegiatan belajar dengan mengisi tabel di bawah ini dan mintalah bukti kepada dosen setelah kegiatan belajar selesai. Jenis Kegiatan
Tanggal
Waktu
Tempat Belajar
Alasan Perubahan
1. Pengertian sudut belok dan radius belok kendaraan roda empat. 2. Sudut belok bagian dalam kendaraan roda empat.. 3. Sudut belok bagian luar kendaraan roda empat. 4. Radius belok kendaraan roda empat. 5. Konsep mekanisme steering tipe Ackerman. 6. Sudut belok bagian dalam kendaraan dengan steering tipe Ackerman. 7. Sudut belok bagian luar kendaraan dengan steering tipe Ackerman.
B. Kegiatan Belajar. 1. Kegiatan Belajar 1 : Sudut Belok dan Radius Belok Kendaraan a. Tujuan Kegiatan Belajar 1 : 1). Menjelaskan pengertian sudut belok dan radius belok kendaraan. 2). Menentukan sudut belok bagian dalam kendaraan roda empat. 3). Menentukan sudut belok bagian luar kendaraan roda empat. 4). Menentukan radius belok kendaraan. 11
Paraf Dosen
b. Uraian Materi 1 : Sudut Belok dan Radius Belok Roda Depan Kendaraan Roda Empat. Salah satu spesifikasi suatu kendaraan roda empat (mobil) adalah sudut belok roda depan. Sudut belok roda depan mempunyai peranan
yang
cukup
penting
dalam
rangka membangun
kesempurnaan sistem kemudi kendaraan yang bersangkutan . Hal ini mengingat bahwa gerakan roda kemudi di pengaruhi oleh poros roda depan yang padanya melekat ( terletak ) roda-roda depan. Agar sistem steering ( kemudi ) dapat lebih sempurna, maka poros roda sisi dalam apabila mobil itu membelok harus mempunyai sudut belok yang lebih besar daripada
sudut belok roda bagian luar.
depan I
θ
ro
ri T
Gambar 1
I
O
Dari Gambar 1 tampak bahwa pasangan roda belakang terpasang tetap sehingga selalu membentuk radius belok yang sama terhadap titik pusat O, tetapi untuk roda
depan masing-masing membentuk radius
putar yang berbeda agar dapat bertemu pada satu pusat yaitu titik O. Hal ini berarti bahwa pada waktu mobil berbelok, sudut belok yang dibentuk oleh kedua roda depan itu berbeda. Roda sebelah luar harus melintasi jalan dengan radius dengan radius yang lebih besar dan sudut belok lebih kecil (I) sedang roda depan sebelah dalam
membentuk lintasan jalan dengan radius lebih kecil
dengan sudut belok yang lebih besar ( θ ). 12
Jadi θ ! I .
1). Perhitungan Sudut Belok Roda Depan : Perhatikan Gambar 2 berikut ini : depan a
b
I
θ
B
ro
ri θ
c
O
I
d T
Gambar 2
X
Dari gambar 2 tampak bahwa : ab = cd
ac = B (wheel base)
ab = (cO – dO)
cO = X + T
ac B tg I = ---- = ------------cO X+T 1 X+T ---- = ------- tg I B
1 ----- = tg I
X T --- + ---B B
.....…….. (1)
Selanjutnya perhatikan ' bdO : bd tg θ = -----dO jadi
dimana bd =B dan dO = X
B 1 X tg T = ---- atau ---- = ---XtgTB
13
...............(2)
Rumus (1) dan (2) tersebut masing – masing adalah rumus untuk menentukan sudut belok roda depan sisi luar dan dalam. Sekarang jika persamaan (2) dimasukkan ke persamaan (1) maka akan diperoleh : 1 1 T T 1 1 ----- = ----- + ---- atau --- = ---- – ---tg Itg TB%tg I tgT
Tg θ = Dalam hal ini T = track
B = wheel base
2). Menghitung Jari – jari Belok Maksimum : Ukuran lain dalam sistim kemudi yang juga biasa dicantumkan sebagai spesifikasi kendaraan adalah: jari – jari belok maksimum. Kendaraan yang baik (praktis) adalah kendaraan yang mempunyai jari – jari belok maksimum yang kecil. Adapun jari – jari belok maksimum dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : gambar 2).
(lihat
Jari – jari belok yang maksimum pada keadaan di atas
ditunjukan oleh panjang ro ( jari-jari belok roda sisi luar ) Pada ' acO:
B sin I= -----ro
Jadi jari-jari belok maksimumnya :
B ro= ------sin I
Contoh soal : Sebuah mobil diketahui mempunnyai track = 175 cm dan wheel base =320 cm. jika mobil itu roda depan bagian dalamnya diputar dengan sudut 20q, maka hitunglah sudut belok roda depan bagian luar dan juga radius belok maksimumnya agar diperoleh efek steering yang benar ! 14
Penyelesaian : Lihat Gambar 3 depan a
I
b
θ = 200 ro
320 cm
ri
Gambar 3
θ c
I
d 175 cm
O
X
B 320 tgT = ----- = -----X X
320 320 X = ------- = -------- = 879,19 tg T tg 200
B 320 tg I = ------ = -----------------X+T 879,19 + 175
= 0,3035
I = 16q53’ Jadi diperoleh sudut belok roda depan bagian luar = 16q53’ Jari-jari belok maksimum = ro B 320 320 ro = ------- = ------- = -------sinI sin 16q53 0,2904 Jadi ro = 1101,84 cm
c. Rangkuman 1 : 1). Sudut belok adalah : sudut yang dibentuk oleh sumbu roda depan kendaraan roda empat pada posisi lurus dengan posisi membelok. 2). Radius belok adalah: radius dari lingkaran belok roda depan diukur dari perpotongannya terhadap perpanjangan sumbu roda belakang. 15
3). Sudut belok roda bagian dalam ( T ) kendaraan roda empat dapat ditentukan dengan persamaan : B tg T = ---X 4). Sudut belok roda bagian luar (I) dapat ditentukan dengan persamaan
Tg θ =
1 1 T T 1 ----- = ----- + ---- atau --- = ---- – tg Itg TB%tg I
1 ---tgT
5). Radius belok ( ro ) kendaraan roda empat dapat dihitung dengan menggunakan rumus : B ro = -------sin I d. Tugas 1 : Sebuah mobil diketahui mempunnyai track = 1,4 m. Jika roda depan mobil itu dibelokkan ke kanan sehingga sudut belok bagian kanannya sebesar 30q sedangkan bagian yang kiri membentuk sudut sebesar 220. Hitunglah wheel base dan
radius belok maksimum mobil itu agar
diperoleh efek steering yang benar !
e. Tes formatif 1 : Sebuah mobil diketahui mempunyai track 180 cm dan wheel base 340 cm. Jika roda depan mobil itu dibelokkan ke kiri dengan sudut 22q, maka hitunglah : 1). sudut belok roda depan bagian kanan. 2). radius belok maksimumnya agar efek steering yang benar ! f. Kunci Jawab Tes Formatif 1 : 1). I = 19,11q 2). ro = 1039 mm
16
2. Kegiatan Belajar 2 : Mekanisme Steering Tipe Ackerman a. Tujuan Kegiatan Belajar 2 : 1). Menjelaskan mekanisme steering tipe Ackerman. 2). Menentukan sudut belok bagian dalam kendaraan dengan steering tipe Ackerman. 3). Menentukan sudut belok bagian luar kendaraan dengan steering tipe Ackerman. b. Uraian Materi 2 : Mekanisme Steering Tipe Ackerman Mekanisme steering
banyak digunakan oleh industri otomotif
dewasa ini adalah mekanisme steering Tipe Ackerman. Secara skematis komponen utama yang digunakan pada mekanisme steering type ini dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini. Q
Kanan
P
A
C D
E
B
Kiri
F
Depan Gambar 4
Keterangan Gambar : AB = beam
AE = knuckle roda kanan
ED = tie-rod roda kanan
BF = knuckle roda kiri
DF = tie-rod roda kiri
P
CD = pitman arm
Q = roda kemudi
= gear box
Secara singkat cara kerja mekanisme steering type Ackerman dapat dijelaskan sebagai berikut : 17
Apabila roda kemudi diputar maka dengan perantaraan gear box P, pitman arm CD akan bergerak searah dengan putaran roda kemudi, selanjutnya pitman arm akan mendorong tie-rod sehingga knuckle bergeser dan menggeser kedua roda kendaraan sehingga roda tersebut berbelok. 1). Perhitungan Sudut Belok Roda Depan Bagian Dalam : Kalau diperhatikan mekanisme sistem kemudi type Ackerman tersebut tampak bahwa knuckle-nya dibuat menyudut sehingga membentuk bangun trapesium yang terdiri dari titik-titik putar (engsel) knuckle arm dan titik-titk ujung tie-rod. Hal ini sengaja dibuat agar pada saat kendaraan membelok dapat terjadi sudut belok yang berbeda antara roda kiri dan kanan. Jika sistem kemudi di atas disederhanakan maka akan tampak seperti Gambar 5 berikut ini : L1
L2 O B DE R p R A
L3
D
P
L4
C
depan Gambar 5 Keterangan : L1 = OA = jarak king pin kanan terhadap pitman arm L2 = OB = jarak king pin kiri terhadap pitman arm L3 = panjang tie-rod roda kanan L4 = panjang tie-rod roda kiri p = panjang pitman arm R = panjang knuckle arm D dan E = sudut knuckle arm 18
Pada keadaan normal ( posisi lurus ) sudut v = sudut E yang dapat (L1 + L2) – (L3 + L4) dihitung dengan rumus : cos D cosE= --------------------------2R Selanjutnya jika kendaraan dibelokkan ke salah satu arah, misalnya ke kanan maka pitman arm akan bergeser ke kanan dengan sudut G, dan tie-rod juga tergeser ke kanan dan mendorong knuckle arm sehingga roda kanan membentuk sudut belok Tdan roda kiri membentuk sudut I . Pada kejadian ini sudut belok roda kanan disebut sudut belok bagian dalam yang besarnya dapat T = Do – D
dihitung dengan rumus :
A
DEo Do E R TGφ
D’
D X
X
X
Gambar 6 Besarnya
sudut
belok
bagian
dalam
(T)
tergantung
besarnya sudut knuckle arm ketika posisi belok (Do). Kalau diperhatikan sudut knuckle ( Do) besarnya ada tiga kemungkinan tergantung besar kecilnya pemutaran roda kemudi, yaitu : a). Do < 900 ( lancip ) b)
Do = 900
c)
Do > 900 ( tumpul )
19
( siku-siku )
a). Kemungkinan I : Do < 900 ( lancip )
c
a
A N M L1 O D Do TGp L3 D’ D P X X Gambar 7 Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa : X = p sin G c =a –X (L1 + L2) – (L3 + L4) a = --------------------------2 (L1 + L2) – (L3 + L4) Maka c = --------------------------- – p sin G 2 (L1 + L2) – (L3 + L4) – 2 p sin G c = ----------------------------------------2 Sekarang perhatikan ' ADM : AM a cos D = ------ = ----AD R (L1 + L2) – (L3 + L4) cos D = --------------------------2R 20
Selanjutnya perhatikan ' AD’N AN c cos Do = ------ = ----AD’ R
cos Do
(L1 + L2) – (L3 + L4) – 2 p sin G = ----------------------------------------2R
Dari rumus ini di peroleh harga Do, selanjutnya harga ini disubstitusikan ke rumusT = Do – Dmaka diperolehlah harga T . b). Kemungkinan II : D o = 900 ( siku-siku )
a A L1 O D Do TGp L3 D’ D P X X Gambar 8 Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa : C = a – X karena a = X berarti c = 0 T = Do – D Karena sudah diketahui bahwa Do = 900 maka langsung bisa dihitung besarnya sudut T , yaitu : T = 900 – D
21
c). Kemungkinan III : Do ! 90q ( tumpul ) c
a
A L1 O D Do p RG T2 T1 p L3P’ D P D’ X X Gambar 9 Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa : X = p sin G c =X –a (L1 + L2) – (L3 + L4) Maka c = p sin G–--------------------------2 c=
2 p sin G – (L1 + L2) + (L3 + L4) ----------------------------------------2
Untuk mempermudah dalam menentukan besar sudu
pada
kejadian ini maka T dibagi menjadi dua bagian, yaitu T1 dan T2 yang masing-masing dapat dihitung dengan persamaan : a (L1 + L2) – (L3 + L4) tg T1 = ------ = -------------------------p 2p c 2 p sin G (L1 + L2) + (L3 + L4) tg T2 = ------ = --------------------------------------p 2p Jika T1dan T2 telah diperoleh berarti T juga terhitung, karena dari gambar tampak bahwa
22
T = T1 + T2
Dari ketiga kemungkinan harga Do tersebut masing-masing akan menghasilkan harga T yang berbeda. Selanjutnya untuk menentukan mana yang benar (memenuhi syarat) masih tergantung harag sudut belok baguian luarnya (I). 2). Perhitungan Sudut Belok Roda Depan Bagian Luar Pada pemutaran roda kemudi kekanan sebagai mana yang terjadi pada peristiwa terdahulu (pada roda kanan) maka pada roda sebelah kiripun juga akan terjadi efek yang sama, yaitu belok kekanan. Perbedaannya, untuk roda sebelah kiri perubahan sudut Eo hanya ada satu kemung kinan yaitu Ec 90q ( selalu lancip ). Perhatikan Gambar 10 berikut ini: c
a
O L2 B E o E GpC’IR L4 P’ P C X X Gambar 10 Sudut belok bagian luar ditunjukkan oleh sudut geser knuckle roda kiri, yaitu sebesar I yang dapat dihitung sebagai berikut : I = E – E o c+a Adapun sudut Eo ditentukan dengan rumus: cosEo = ---------R Karena c = X ; X = p sin G dan a sudah tahu sebelumnya, maka: (L 1 + L 2 ) – (L 3 + L 4 ) + 2p sin G cosE o = ------------------------------------------2R
23
3). Hubungan Sudut Luar (I) dengan Sudut Dalam (T) : Untuk mendapatkan efek steering yang benar, maka seharusnya besar sudut belok dalam dengan besar sudut belok luar berbeda, untuk itu hubungan keduanya perlu dicari. A
O
D=E
R1 T
G
X
I 180O- E
E C’
E
B
C
P’
X
P D’
X
D
Gambar 11 Agar perhitungan menjadi mudah maka dianggap pergeseran tie-rod merupakan satu garis horisontal. Dari Gambar 11 di atas tampak bahwa : X = CC’ = DD’ dan AC = BD = R Pada posisi normal D = E Lihat ' ACC’ : R12 = R2 + X2 – 2 R X cos E R1 = R2 + X2 – 2 R X cos E Lihat ' BDD’ : R22 = R2 + X2 – 2 R X cos (180O – E) karena cos (180O – E) = – cos E
maka :
R22 = R2 + X2 + 2 R X cos E R2 = R2 +X2 + 2 R X cos E R2 R1
=
R2 + X2 + 2 R X cos E 2
2
R + X – 2 R X c os E
( perhatikan bentuk pembilang dan penyebutnya ) 24
lebih dari 1
karena
R2 ---- ! 1 R1
maka
R2 ! R1
Menurut rumus sinus , maka berlaku : Pada ' ACC ‘ :
X R1 ----- = -----si n T sin E
X sin T = ----- sin E R1
X R2 pada ' BDD ‘ : --------- = -----------------si n I sin ( 180 o - E ) Karena sin ( 180o- E ) = sin E
X maka sin I = ---- sin E R2
Sekarang jika sin T dan sin I dibandingkan : si n T (X/R1 ). sin E ------- = ------------------si n I (X/R2 ). sin E R2 Karena ------ ! 1 R1
sin T R2 -------- = ---sin I R1
sin T maka ------sin I
jadi sin T ! sin I
a ta u
! 1
T ! I
Akhirnya dapat disimpulkan bahwa besarnya sudut belok roda depan bagian dalam lebih besar dari pada sudut belok roda depan bagian luar. Hal ini berarti bahwa mekanisme steering type Ackerman
akan dapat menjamin efek steering
yang sempurna ( benar. ). 4). Menghitung putaran roda kemudi Apabila diketahui pitman arm bergeser dengan sudut G o , Maka berarti pitman arm tersebut berputar sebanyak : Go = -------- putaran 360o
( satu putaran = 360o )
25
Selanjutnya jika diketahui perbandingan roda gigi = ng : 1 yang berarti : 1 putaran pitman arm = ng putaran roda kemudi Jadi banyaknya putaran roda kemudi ( nrk ) jika pitman arm bergeser dengan sudut Go adalah : Go = -------- . ng 360o
nrk
putaran
Contoh Soal : Sebuah mobil menggunakan mekanisme steering type Ackerman mepunyai ukuran-ukuran : panjang pitman arm : 22 cm, jari-jari knuckle : 25 cm, panjang beam kanan : 75 cm, panjang beam kiri : 55 cm, panjang tie rod kanan : 71 cm, panjang tie rod kiri : 51 cm, dan perbandingan gigi pada gear box = 24 : 1 . Jika roda kemudi mobil tersebut diputar kekanan maka pitman arm tergeser dengan sudut = 200 . Tentukanlah : (1). Sudut knuckle pada posisi lurus. (2). Sudut belok roda bagian kiri. (3). Sudut belok roda bagian kanan. (4). Banyaknya pemutaran roda kemudi. Penyelesaian : Diketahui: Sebuah mobil dengan mekanisme steering type Ackerman P = 22 cm ; R = 25 cm ; L1 = 75 cm ; L2 = 55 cm ; L3 = 71 cm ; L4 = 51 cm; Roda kemudi diputar kekanan , G = 200 ; Ditanyakan : (1). D atau E (2). I (3). T (4). nrk. 26
ng : 1 = 24 : 1
Jawab : (L1 + L2) – (L3 + L4) (75 + 55) – (71 + 51) (1). cos D = cos E = -------------------------- = -------------------------2R 2 .25 0 = 0,1600 diperoleh D = E = 80,79 (2). I = E – Eo ( L1 + L2 ) – ( L3 + L4 ) + 2p sin G cos Eo = ----------------------------------------2R ( 75 + 55 ) – ( 71 + 51 ) + 2.22 sin 200 = ----------------------------------------------2.25 = 0,4610 Eo = 62,55 0 Sehingga diperoleh I = 80,79 – 62,55 0 = 18,24 0 (3). Sudut belok roda kanan: θ = Do – D
ada 3 kemungkinan
besarnya Do * kemungkinan I : Do 90 0 (L1 + L2) – (L3 + L4) – 2p sin G cos Do = ---------------------------------------2R ( 75 + 55 ) – ( 71 + 51 ) – 2.22 sin 200 = ----------------------------------------------2.25 = – 0, 1410
tidak mungkin (karena Cosinus sudut lancip selalu positif)
* kemungkinan II : Do = 90 o
θ = 90 o – 80, 79 o = 9,21 o
( tidak memenuhi syarat, seharusnya θ > I ) * kemungkinan III : Do > 90 o
θ = θ1 + θ2
(L1 + L2) – (L3 – L4) (75 + 55) – ( 71 + 51) tg θ1 = ------------------------- = -------------------------2p 2.22 diperoleh θ1 = 10,300
tg θ1 = 0,1818 27
2p sin G – (L1 + L2) + (L3 + L4) tg θ2 = --------------------------------------2p 2.22 sin 200 – ( 75 + 55 ) + ( 71 + 51 ) = -----------------------------------------------2.22 diperoleh θ2 = 9,10 o
tg θ2 = 0,1602
Jadi θ = 10,30 o + 9,10 o = 19,40 o ( memenuhi, karena θ > I ) (4). nrk
Go 20 = -------- . ng = ------ . 24 = 1,33 putaran 360o 360o
c. Rangkuman 2 : 1). Mekanisme steering type Ackerman adalah mekanisme steering yang banyak dikembangkan di industri otomotif dewasa ini. Komponen utama mekanisme ini terdiri atas : Roda kemudi, poros kemudi, gear box, tie-rod, pitman arm dan knuckle arm. 2). Sudut knuckle mekanisme steering type Ackerman pada posisi lurus dapat dihitung dengan rumus : (L1 + L2) – (L3 + L4) cos D = cos E = --------------------------2R 3). Sudut belok roda bagian dalam ( θ ) pada mekanisme steering type Ackerman dapat ditentukan dengan rumus : θ = Do – D 4). Sudut belok roda bagian dalam ( I ) pada mekanisme steering type Ackerman dapat ditentukan dengan rumus : I = E – E o 5). Banyaknya putaran roda kemudi (nrk) dihitung dengan rumus : nrk
Go = -------- . ng 360o 28
putaran
d. Tugas 2 : Sebuah mobil menggunakan mekanisme steering type Ackerman mempunyai ukuran – ukuran : panjang pitman arm : 20 cm, jari-jari knukle : 24 cm, panjang beam kanan : 64 cm, panjang beam kiri : 44 cm, panjang tie rod kanan : 59 cm, panjang tie rod kiri : 39 cm dan perbandingan gigi pada gear box = 36 : 1. Jika roda kemudi mobil itu diputar ke kiri maka pitman arm tergeser dengan sudut = 15 o . Tentukanlah : 1). Sudut knuckle pada posisi lurus. 2). Sudut belok roda bagian kanan. 3). Sudut belok roda bagian kiri. 4). Banyaknya pemutaran roda kemudi. e. Tes formatif 2 : Sebuah mobil menggunakan mekanisme steering type Ackerman mempunyai ukuran – ukuran : panjang pitman arm : 19 cm, jari-jari knukle : 20 cm, panjang beam kanan : 70 cm, panjang beam kiri : 40 cm, panjang tie rod kanan : 67 cm, panjang tie rod kiri : 37 cm dan perbandingan gigi pada gear box = 48 : 1. Jika roda kemudi mobil itu diputar ke kiri maka pitman arm tergeser dengan sudut = 12 o . Tentukanlah :
1). Sudut knuckle pada posisi lurus. 2). Sudut belok roda bagian kanan. 3). Sudut belok roda bagian kiri. 4). Banyaknya pemutaran roda kemudi.
f. Kunci Jawab Tes Formatif 2 : 1). Sudut knuckle pada posisi lurus :
D = E = 81,37 0
2). Sudut belok roda bagian kanan :
I
3). Sudut belok roda bagian kiri :
θ = 11,84 o
= 11,71
4). Banyaknya pemutaran roda kemudi : nrk = 1,6 putaran
29
BAB III EVALUASI
A. Pertanyaan 1. Sebuah mobil mempunyai wheel base : 270 cm dan track : 160 cm. Jika roda depan mobil itu dibelokkan ke kanan dengan sudut 15q, maka hitunglah : a. sudut belok roda depan bagian kiri. b. radius belok maksimumnya agar efek steering- nya benar ! 2. Sebuah mobil menggunakan mekanisme steering type Ackerman mempunyai ukuran – ukuran : panjang beam kanan : 77 cm, panjang beam kiri : 57 cm, panjang tie rod kanan : 72 cm, panjang tie rod kiri : 52 cm panjang pitman arm : 20 cm, jari-jari knukle : 24 cm, dan perbandingan gigi pada gear box = 32 : 1. Jika roda kemudi mobil itu diputar ke kanan sehingga pitman arm tergeser dengan sudut = 18 o , hitunglah ! a. Sudut knuckle pada posisi lurus. b. Sudut belok roda bagian kiri. c. Sudut belok roda bagian kanan agar diperoleh efek steering yang sempurna. d. Banyaknya pemutaran roda kemudi. B. Kunci Jawaban 1.
a. I = 13,02q b. ro = 1198,46 mm
2.
a. Sudut knuckle pada posisi lurus :
D = E = 77,98 0
b. Sudut belok roda bagian kiri :
I
c. Sudut belok roda bagian kanan :
θ = 17,41 o
= 15,74 o
d. Banyaknya pemutaran roda kemudi : nrk = 1,6 putaran 30
C. Kriteria Kelulusan Kriteria Kognitif ( soal nomor 1 dan 2 )
Skor (1 – 10)
Bobot 1
Ketepatan prosedur
2
Ketepatan formula jawaban
1
Ketepatan waktu
1
31
Keterangan
5
Ketelitian menulis notasi
NILAI AKHIR
Nilai
Syarat lulus nilai minimal 56
BAB IV PENUTUP
Demikianlah mudul MGK.OTO 226 – 01 dengan judul Steering Geometri Kendaraan ini telah selesai disusun dengan dilengkapi beberapa latihan/tugas, tes formatif maupun evaluasi akhir beserta kunci jawabannya. Dengan bantuan modul ini diharapkan para mahasiswa dapat memantau sendiri perkembangan kompetensinya,
apakah
mereka
telah
benar-benar
memiliki
kompetensi
sebagaimana tercermin pada tujuan yang diharapkan pada setiap kegiatan belajar atau belum. Bagi para mahasiswa yang telah mencapai syarat kelulusan minimal maka mereka sudah dapat menghentikan kegiatan belajarnya pada matakuliah ini. Sebaliknya jika belum dapat memenuhi kelulusan minimal, maka mereka harus mengulang kembali belajarnya terutama pada bagian materi-materi yang belum dikuasainya (belum lulus) dan sebaiknya mereka harus lebih sungguh-sungguh dalam belajar dengan memanfaatkan fasilitas yang ada termasuk bantuan dari dosen sebagai fasilitator matakuliah ini.
32
DAFTAR PUSTAKA
Arnold & Champion. 1970. Motor Vehicle Calculation and Science. Norwich: Great Britain by Fletcher and Sons, Ltd. Cole, D.E.. 1971. Elementary Vehicle Dynamics. Departement of Mechanical Engineering University of Michigan Ann Arbor, M.I. Martin. 1977. Science and Calculation for Motor Vehicles Technicions. London : The English University Press Ltd Sutantra, Njoman. 2001. Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya. Surabaya : Penerbit Guna Widya. Wong, J.Y. 1978. Theory of Ground Vehicles. New York: John Wiley & Sons.
33
