## Analisis desain frame sepeda listrik roda tiga sebagai alat bantu transportasi bagi penyandang disabilitas menggunakan software Autodesk
Inventor
Alviani Hesthi Permata Ningtyas 1 , Hidayat 1 , Priyo Nugroho Rofiyanto 1
1 Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Gresik
Jl. Sumatera No. 101 GKB Gresik 61121 Email korespondensi: alvianihesthi@umg.ac.id

## Abstrak
Alat transportasi pada dewasa ini merupakan kebutuhan yang primer bagi masyarakat khususnya penyandang disabilitas. Salah satunya yaitu sepeda. Pada komponen sepeda, Frame merupakan salah satu komponen yang paling  penting  yang  berfungsi  sebagai  penopang  beban  dan  tempat  melekatkan  berbagai  komponen  sepeda. Tujuan  kajian ini yaitu untuk mengetahui apakah desain frame  sepeda ini aman bagi penyandang disabilitas. Desain  frame sepeda roda tiga  menggunakan material steel dan dianalisis  dengan menggunakan fiture  Finite Elemen Analysis pada software autodesk inventor. Variasi beban yang diterima frame yaitu 60 kg, 75 kg dan 90 kg, diasumsikan sebagai massa dari pengemudi. Hasil yang diperoleh dari simulasi yaitu tegangan, displacement dan safety factor pada frame sepeda listrik. Pada kajian ini didapatkan tegangan maksimum sebesar 20,026 MPa dan displacement yang paling besar yaitu 0,045773 mm pada beban tertinggi, tetapi masih aman untuk digunakan karena menghasilkan safety factor sebesar 10,3366.
Kata kunci : sepeda listrik, disabilitas, frame, autodesk inventor.

## Abstract
Transportation  is  a  primary  need  for  the  community,  especially  people  with  disabilities.  One  of  them  is  a bicycle. In bicycle components, the frame is one of the most important components that functions as a support for the load and a place to attach various bicycle components. The purpose of this study was to determine whether the bicycle frame design is safe for persons with disabilities. The tricycle frame design uses steel material and is analyzed using the Finite Element Analysis feature in the Autodesk Inventor software. The variations in the load received by the frame are 60 kg, 75 kg, and 90 kg which are assumed to be the mass of the driver. The results obtained from the simulation are the voltage, displacement and safety factor on the electric bicycle frame. In this study, the maximum stress is 20,026 MPa and the largest displacement is 0.045773 mm at the highest load, but it is still safe to use because it produces a safety factor of 10.3366.
Keywords: electric bicycles, disabilities, frames, autodesk inventor.

## 1. Pendahuluan
Perkembangan  teknologi  yang  semakin  pesat membuat kemajuan yang bermanfaat dan memudahkan  bagi  para  konsumen.  Salah  satu perkembangan  teknologi  yang  sedang  marak  pada masa pandemi COVID-19 di dunia transportasi yaitu keberadaan sepeda yang menjadi idola di masyarakat. Kendaraan roda dua menggunakan sistem penggerak manual yang dihasilkan dari gerak mekanis kaki yang mengayuh pedal dan sistem penggerak listrik [1].
Dalam  proses  produksi  alat  transportasi,  diperlukan proses  pra-produksi  seperti  menentukan  dimensi, menentukan  desain,  menentukan  titik-titik  tegangan dan  material  yang  digunakan.  Proses  gambar  dari gambar  desain  menjadi  gambar  yang  siap  untuk difabrikasi juga menjadi tahapan yang penting dalam proses  pra-produksi.  Proses  desain  bisa  dilakukan dengan  bantuan  software  agar  hasil  yang  diperoleh mempunyai akurasi yang baik. Banyak software yang bisa digunakan untuk menganalisis desain yang telah
dibuat, salah satunya yaitu Autodesk Inventor 2018. Autodesk Inventor menawarkan stress analysis pada benda  padat  [1]–[4].  Analisis  tegangan  digunakan untuk  mengetahui  apakah  rangka  atau frame yang didesain mampu menerima beban yang diberikan.
Stress Analysis adalah salah satu dari alat pengujian struktur  pada  Autodesk  Inventor  yang  menerapkan konsep Finite  Element  Analysis (FEA).  Sistem kerjanya yaitu dengan memecah sebuah objek struktur yang  akan  diuji  menjadi  banyak  elemen-elemen berhingga yang saling terhubung satu sama lain yang akan  diolah  menggunakan  perhitungan  khusus  oleh software,  sehingga  mendapatkan  hasil  yang  lebih akurat.
Sebuah objek/struktur mendapat tiga buah gaya, sebut saja gaya P 1 , P 2 , dan P 3 . Pada arah dan lokasi yang sama  dengan  tiga  gaya P 1 , P 2 ,  dan P 3 ,  terjadilah
displacement atau  perpindahan  pada  komponen tersbut sebesar nilai q 1 , q 2 , dan q 3 .
Gambar 1 . Displacement pada prinsip superposisi.
Menurut  prinsip  superposisi,  besarnya displacement yang  terjadi  bisa  dijabarkan  pada  Persamaan  1-3 berikut.
𝑞 = 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃
(1) 𝑞 = 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃 (2)
𝑞 = 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃 + 𝑓 𝑃
(3)
secara  ringkas  dapat  ditulis  seperti  Persamaan  4 berikut.
{ q } = [ f ] . { P } (4)
dimana:
{𝑞} = 𝑞 𝑞 𝑞 ; [𝑓] = 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 ; {𝑃} = 𝑃 𝑃 𝑃 (5)
Matrik [ f ] disebut sebagai matrik fleksibilitas. Dimana f ij merupakan  sebuah  koefisien  fleksibilitas  yang mendefinisikan displacement di  titik i yang dikarenakan  satu  unit  beban  yang  bekerja  di j ,  dan Persamaan  5  dapat  pula  seperti  Persamaan  6  dan  7 berikut.
{ P } = [ k ] . { q }
(6)
dimana:
[ k ] = [ f ] -1 (7)

## 2. Metode
Metode yang digunakan pada kajian ini yaitu sebagai berikut.

## Kajian Pustaka
Kajian  pustaka  dilakukan  dengan  cara  mencari  dan mempelajari  referensi  jurnal,  teks  dan paper ,  serta literatur lain yang terkait dengan kajian.

## Pengumpulan Data
Pada pengumpulan data dilakukan dengan melakukan perhitungan  dan  memperkirakan  dimensi  dengan referensi jurnal-jurnal terdahulu.

## Pemodelan Desain Frame Sepeda Roda Tiga
Pada proses pemodelan desain frame sepeda roda tiga dengan  memasukan  data  dimensi,  menggambar  dan mendesain frame ke  dalam  software  Autodesk Inventor 2018.

## Simulasi dan Analisis Desain Chassis
Simulasi dan analisis desain rangka atau frame sepeda roda tiga menggunakan stress analysis pada software Autodesk Inventor Professional dengan metode Finite Element Analysis (FEA). Penerapan metode jenis ini adalah  dengan  membagi  elemen  kontinu  menjadi elemen berhingga dan analisis dilakukan pada setiap elemen  yang  telah  dibagi  menjadi  beberapa  bagian tersebut  dengan  perhitungan  secara  komputasi numerik.  Variasi  dilakukan  dengan  memberikan beban  pengendara  yang  berbeda  yaitu  60  kg,  75  kg dan 90 kg. Berbeda 5 kg lebih rendah dengan variasi pada chassis mobil listrik[5].

## Analisis Hasil Simulasi
Hasil  dari  simulasi  berupa  distribusi  tegangan, displacement dan safety  factor di  setiap frame . Kondisi  luaran  ini  menjadi  acuan  analisis  kekuatan dan keamanan dari frame sepeda roda tiga.

## Kesimpulan
Setelah  proses  analisis  dilakukan,  ditarik  sebuah kesimpulan dan saran untuk kajian selanjutnya.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pemodelan desain frame ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
Gambar 2. Desain dan dimensi frame sepeda roda tiga dalam satuan mm.
Gambar 2 merupakan desain dan dimensi dari sepeda listrik untuk kalangan disabilitas. Sebelum dilakukan analisis  diperlukan  proses  verifikasi  material  yang digunakan pada setiap rangka sepeda listrik yang telah dibuat.  Material  rangka  yang  digunakan  yaitu steel . Material steel memiliki kelebihan yang stabil apabila digunakan,  mudah  dioperasikan,  tahan  lama  dan
perawatan  yang  mudah  [6]. Steel memiliki  kriteria umum  yaitu  densitas  7,85  g/cm 3 , yield  strength sebesar  207  MPa,  dan ultimate  tensile  strength 345 MPa,  sedangkan  untuk  tegangan  yang  dimiliki  oleh material steel yaitu  modulus  elastisitas  sebesar  210 GPa, Poisson’s ratio sebesar 0,3 ul dan modulus geser sebesar  80,7692  GPa.  Peneliti  lain  menggunakan material Aluminium 6061 [7],[8], AISI 1018 HR [9], dan mild  steel [3],[10].  Rangka  sepeda  berbentuk hollow  circle dengan  ukuran  penampang  diameter luar sebesar 35 mm, diameter dalam yakni 30 mm dan ketebalan  sebesar  2.5  mm,  berwarna  abu-abu. Berbeda  dengan  [3],[9]  yang  menggunakan hollow yang berdiameter lebih besar yaitu 4 mm dan 3 mm.
Langkah  selanjutnya  yaitu  menentukan constraint (tumpuan) sesuai dengan beban yang diterima rangka sepeda listrik seperti pada Gambar 3, sambungan pada rangka  menggunakan  sambungan  las.  Berbeda dengan  kajian  sebelumnya  yang  menggunakan sambungan bolt dan nut [11].
Gambar 3 . Titik constraints
Hasil  yang  diperoleh  dari  analisis frame dengan menggunakan  software  Autodesk  Inventor  yaitu displacement , von mises stress dan safety factor .

## Von Misses Stress
Tegangan salah satu post-proccessor adalah nilai hasil perhitungan hubungan tegangan-regangan pada benda uji. Regangan diperoleh dari deformasi yang dialami oleh  benda  uji  sedangkan  tegangan  bernilai  sama dengan von mises stress .
Pada  Gambar  4  menunjukan  bahwa  tegangan maksimum  pada frame sepeda  listrik  dengan  diberi beban  sebesar  588,6  N  berada  pada  rangka penghubung  dengan  roda  belakang  dengan  besar tegangan  yang  terjadi  yaitu 14,08  MPa,  sedangkan tegangan minimum berada pada rangka penghubung dengan roda depan dan kemudi dengan nilai tegangan sebesar  0  MPa.  Pada  Tabel  1  berisi  tentang  nilai tegangan  yang  dihasilkan  pada  beban  882,9  N  dan 735,75 N dimana semakin besar beban yang diterima frame maka  semakin  besar  juga  tegangan  yang dihasilkan [12].
Gambar 4. Von mises stress pada beban 588,6 N.
Tabel 1. Nilai tegangan minimum dan maksimum.
Beban ( N ) Tegangan maksimum ( MPa ) Tegangan minimum ( MPa ) 882,9 20,026 0,0000359936 735,75 17,0551 0,0000285162 588,6 14,0829 0,0000179604

## Displacement
Pada beban 588,6 N terdapat displacement maksimum pada  rangka  roda  belakang  yang  ditunjukan  pada Gambar  5  dengan  nilai displacement yaitu  0,04426 mm dan displacement minimum berada pada rangka bagian  rangka  penghubung  roda  belakang  dengan nilai minimum displacement sebesar 0 mm.
Pada  Tabel  2  berisi  tentang  nilai  tegangan displacement yang dihasilkan pada beban 882,9 N dan 735,75 N, di mana semakin besar beban yang diterima frame ,  maka  semakin  besar  juga displacement yang terjadi.
Gambar 5. Displacement pada beban 588,6 N.
Tabel 2. Nilai displacement.
Beban ( N ) Nilai Displacement maksimum ( mm ) Nilai Displacement minimum ( mm ) 882,9 0,05773 0 735,75 0,05105 0 588,6 0,04426 0

## Safety Factor
Safety factor dinyatakan aman apabila nilai nya lebih dari  1.  Pada  beban  588,6  N,  terdapat safety  factor maksimum 15 ul seperti yang terlihat pada Gambar 6, sedangkan safety factor minimum sebesar 14,6986 ul .
Gambar 6. Safety factor pada beban 588,6 N.
Pada Tabel 3 berisi nilai safety factor yang dihasilkan pada beban 882,9 N dan 735,75 N, di mana semakin besar beban yang diterima frame maka semakin kecil juga safety factor yang dihasilkan.
Tabel 3. Nilai safety factor.
Beban ( N ) Safety factor maksimum ( ul ) Safety factor minimum ( ul ) 882,9 15 10,3366 735,75 15 12,1372 588,6 15 14,6986

## 4. Kesimpulan
Kesimpulan  yang  didapatkan  pada  kajian  ini  yaitu beban tertinggi memiliki tegangan maksimum sebesar 20,026 MPa dan displacement yang paling besar yaitu 0,045773  mm,  tetapi frame tetap  aman  untuk digunakan karena safety factor melebihi dari 1 yaitu sebesar  10,3366.  Untuk  kajian  selanjutnya  dapat menggunakan material yang lebih ringan.

## Ucapan Terima Kasih
Terimakasih kami tujukan kepada LPPM Universitas Muhammadiyah Gresik telah memberikan pendanan internal pada kajian ini.

## Daftar Pustaka
[1] B.  Setyono  and  A.  Hamid,  “PERANCANGAN
DAN  ANALISIS  KEKUATAN  FRAME SEPEDA HIBRID ‘ TRISONA ’ MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTODESK INVENTOR,” vol. 20, no. 2, pp. 37–46, 2016. [2] B. Setyono and S. Gunawan, “PERANCANGAN DAN ANALISIS CHASSIS
MOBIL  LISTRIK  ‘  SEMUT  ABANG  ’ MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTODESK INVENTOR PRO 2013,” pp. 69–78, 2015.
[3] Sunardi,  “Optimalisasi  Desain  Frame  Sepeda Menggunakan  Software  Autodesk  Inventor 2015,” vol. 20, no. 2, pp. 187–192, 2017.
[4] L.  H.  Al  Ichlas  Imran,  Samhuddin,  Salimin, “Perancangan,  analisa  dan  simulasi  rangka sepeda listrik untuk masyarakat perkotaan,” vol. 9, no. 2, pp. 0–6, 2018.
[5] H.  Isworo,  A.  Ghofur,  and  G.  Rudi,  “Analisis dissplacement pada chassis mobil listrik wasaka 1),” vol. 6, no. 2, pp. 94–104, 2019.
[6] R.  Ariyansah  and  A.  Gamayel,  “LISTRIK SEPEDA STATIS MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK,” vol. 11, no. 1, pp. 20– 25, 2021. [7] F.  Toteles,  Aris;  Alhaffis,  “ANALISIS MATERIAL  KONTRUKSI  CHASIS  MOBIL LISTRIK LAKSAMANA V2 MENGGUNAKAN SOFTWARE AUTODESK INVENTOR  Program  Studi  Sarjana  Terapan Teknik Mesin Produksi dan Perawatan , Jurusan Teknik  Mesin  ,  Politeknik  Negeri  Bengkalis Email : arishtoteles99@gmail.com 30,” Mach. J. Tek. Mesin , vol. 7, no. 1, pp. 30–37, 2021.
[8] M. S. D. Ellianto and Y. E. Nurcahyo, “Rancang Bangun  dan  Simulasi  Pembebanan  Statik  pada Sasis Mobil Hemat Energi Kategori Prototype,” J. Engine Energi, Manufaktur, dan Mater. , vol. 4, no. 2, pp. 53–58, 2020.
[9] F. A. Budiman, A. Septiyanto, S. Sudiyono, A. D.  N.  I.  Musyono,  and  R.  Setiadi,  “Analisis Tegangan  von  Mises  dan  Safety  Factor  pada Chassis  Kendaraan  Listrik  Tipe  In-Wheel,” J. Rekayasa Mesin , vol. 16, no. 1, p. 100, 2021, doi: 10.32497/jrm.v16i1.1997.
[10] Andriyanto,  G.  T.  Setiadanu,  Slamet,  Y. Gunawan,  G.  T.  A.  Pratama,  and  N.  Qolbi,
“Pemodelan  Rangka  Prototipe  Sepeda  Listrik Kargo Roda
Tiga Multiguna,” J. Ketenagalistrikan  dan  Energi  Terbarukan ,  vol. 19, no. 1, pp. 41–50, 2020.
[11] M.  R.  Rinaldy,  H.  Poernomo,  and  T.  A. Setiawan,  “Desain  Kendaraan  Bermotor  Roda Tiga  Sebagai  Alat  Bantu  Transportasi  Bagi Penyandang  Disabilitas,” Proc.  Conf.  Des. Manuf. Eng. its Appl. , vol. 1, no. 1, pp. 55–59, 2018.
[12] A.  Saifullah  and  M.  I.  Mamungkas,  “Analisis pembebanan  vertikal  pada  frame  sepeda
menggunakan  metode  elemen  hingga  dengan bantuan ansys,” pp. 145–150, 2020.