## Manutech :
Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 12, No. 02, (2020) p-ISSN : 2089-5550 e-ISSN : 2621-3397
( Asep Indra Komara)
Desain dan Pengembangan Transfer Case untuk Kendaraan

## Multi Guna Kapasitas Angkut 750 Kilogram
Asep Indra Komara 1 , Panji Mufti Ali 2 , Antonius Adi Soetopo 3
1,2 Teknik Perancangan Manufaktur, Politeknik Manufaktur Bandung, Bandung
3 Teknik Manufaktur, Politeknik Manufaktur Bandung, Bandung asep.indra@polman-bandung.ac.id

## Abstract
The  Automotive  Power  Train  Development  Center  (P3TO)  POLMAN  Bandung  aims  to  develop utility vehicles for agricultural and plantation areas with a loading capacity of 750 kg. One of the studies focuses on the design and development of the transfer case transmission system, an additional unit in the transmission  system  for  distributing  power  from  the  engine  to  the  wheels  and  production  machines through  Power  Take-Off  (PTO).  The  purpose  of  this  research  is  to  produce  a  transfer  case  design  that provides large power output, reliable, safe, and cheap. The engineering process is preceded by studying on existing construction then modifying and designing it to meet demands by applying the Pahl & Beitz methodology consisting of planning and clarifying tasks, making a list of demands, making basic concepts, designing transfer cases, and validating designs. The main evaluation criteria such as vehicle operations in all-terain, engine, gearbox, and vehicle speed were observed. The results were also validated using three methods, namely theoretical, KISSsoft software, and finite element simulation in solids work. This research produced a transfer case design of 1.8 rations with a size of 461 mm x 433 mm x 223 mm and a weight of 25 kg. All gear and shaft components are able to withstand the load that occurs in the transfer case due to operational, engine, and production machine tools.
Keywords : transmission system; transfer case; utility vehicle;

## Abstrak
Pusat  Pengembangan  Power  Train  Otomotif  (P3TO)  POLMAN  Bandung  memiliki  tujuan mengembangkan utility vehicle untuk daerah pertanian dan perkebunan dengan kapasitas angkut 750 kg. Salah satu fokus kajiannya adalah pada desain dan pengembangan sistem transmisi transfer case yaitu sebuah unit tambahan pada sistem transmisi yang berfungsi untuk mendistribusikan daya dari engine ke roda dan mesin produksi  melalui Power  Take-Off (PTO). Tujuan dari enjiniring ini adalah menghasilkan rancangan transfer  case yang  memberikan  luaran  daya  yang  besar,  handal,  aman,  dan  murah.  Proses enjiniring didahului oleh studi pada konstruksi eksisting kemudian melakukan modifikasi dan merancang untuk memenuhi tuntutan dengan dengan penerapan metodologi yang kembangkan oleh Pahl & Beitz yaitu  perencanaan  dan  klarifikasi  tugas,  pembuatan  daftar  tuntutan,  pembuatan  konsep  dasar, perancangan transfer  case ,  dan  validasi  rancangan.  Kriteria  utama  yang  akan  dievaluasi  diantaranya adalah operasional kendaraan disegala medan, engine , gearbox , dan kecepatan kendaraan. Selanjutnya divalidasi  dengan  menggunakan  tiga  metode  yaitu  teoritis,  menggunakan KISSsoft ,  dan  simulasi finite element di  solidswork.  Proses  enjiniring  telah  menghasilkan  rancangan transfer  case rasio  1,8  dengan ukuran  461  mm  x  433  mm  x  223  mm  dan  berat  25  kg.  Semua  komponen  roda  gigi  dan  poros  mampu menahan  beban  yang  terjadi  pada transfer  case akibat  operasional, engine ,  dan  peralatan  mesin produksi.
Kata kunci : sistem transmisi; transfer case; utility vehicle;

## 1. PENDAHULUAN
Jawa Barat saat ini fokus pada pertumbuhan ekonomi masyarakat melalui penerapan teknologi untuk  meningkatkan  nilai  tambah  komoditas  unggulan  khususnya  bidang  pertanian,  perikanan, peternakan,  dan  perkebunan.  Kondisi  alam  dengan  struktur  geologi  yang kompleks  berupa  wilayah pegunungan  dan  kondisi  lahan  menjadi  salah  satu  alasan  dibutuhkannya  kendaraan  multi  guna  dalam mendistribusikan  komoditas  unggulan  tersebut  dari  lokasi  panen  ke  tempat-tempat  penampungan sebelum  dibawa  ke  kota.  Disisi  lain,  Polman  Bandung  mendapat  penugasan  dari  pemerintah  untuk mengembangkan  pusat  unggulan  teknologi power  train .  Melalui  Pusat  Pengembangan Power  Train Otomotif (P3TO) melakukan pengembangan Polman Utility Vehicle (PUV) untuk kapasitas angkut 750 kg dengan  kecepatan  maksimal  rencana  30  km/jam.  Kendaraan  yang  akan  dirancang  memiliki  mode berkendara empat roda ( Four Wheel Drive ) dan dapat menggerakkan mesin produksi melalui media power take-off (PTO). Diperlukan unit tambahan pada sistem transmisi untuk mendistribusikan daya dan putaran dari engine menuju  roda  penggerak  dan  PTO.  Pengembangan  PUV  dilakukan  secara  bertahap.  Saat  ini P3TO akan fokus pada proses pengembangan transfer case terlebih dahulu dimulai dengan mempelajari cara kerja dan spesifikasi transfer case eksisting, kemudian di modifikasi melalui perancangan ulang untuk memenuhi  kebutuhan  PUV  yang  akan  datang.  Tujuan  dari  rekayasa  enjiniring  ini  adalah  menghasilkan rancangan transfer case yang mampu memberikan luaran daya yang besar, handal, aman dan murah serta melakukan  validasi  sesuai  spesifikasi  yang  ditetapkan.  Prinsip  dasar  rancangan  sistem  transmisi kendaraan, konsep dasar gearbox , prosedur dan analisis perancangan gearbox dikaji secara rinci pada [1]. Kajian  terhadap  sistem  transmisi gearbox dua  step  untuk  kendaraan  disemua  medan,  karakteristik performa, perhitungan gear menurut prosedur AGMA dan metode elemen hingga menggunakan software rekayasa juga  telah  dikembangkan  [2]  dan  [3].  Perancangan  dan  analisa  karakteristik  traksi  sistem powertrain mobil produksi pedesaan dikembangkan juga oleh ITS dengan empat tingkat dan gigi mundur serta sistem transfercase tidak menggunakan syncromesh [4] dan [5], namun ketidaksesuaian spesifikasi dengan  kebutuhan  PUV  dan  perlunya  meningkatkan  kemampuan  anak  bangsa  dalam  manufaktur  dan menghasilkan  produk  berkualitas  menjadi  salah  satu  alasan  perlunya  melakukan  rekayasa  enjiniring produk transfer case ini.

## 2. METODE REKAYASA ENJINIRING
Kajian  rekayasa  enjiniring  akan  fokus  pada  desain  sistem  transmisi transfer  case sebagai  unit tambahan  pada  sistem  transmisi  tersebut.  Metodologi  rekayasa  dan  pengembangan  yang  digunakan diadaptasi dari [1] dan metodologi perancangan yang dikembangkan oleh Pahl and Beitz [6], beberapa data  dan  informasi  merujuk  pada  hasil  rekayasa  sebelumnya  [7].  Tahapan  proses  perancangan  dapat dilihat pada Gambar 1 berikut:
Gambar 1. Metodologi Desain dan Pengembangan Transfer Case
M e n y e su a ik a n d e n g a n s p e si fi k a si MULAI Perencanaan Rekayasa Transfer Case Analisis kebutuhan & formulasi usulan
Spesifikasi
Transfer Case Tidak
Mengembangkan solusi Transfer Case Identifikasi masalah Struktur fungsi
Solusi Dasar (Konsep) Tidak A C B P e n in g k a ta n d a n p e rb a ik a n d e sa in MULAI Mengembangkan struktur Transfer Case Desain awal
Parameter rancangan
Memilih Alternatif Layout Awal Skema Transfer Tidak Mendefinisikan Konstruksi Transfer Case
Memperbaiki kelemahan Final Desain Transfer Tidak A C B
Rekayasa  enjiniring  dimulai  dengan  melakukan  perencanaan transfer  case melalui  analisis kebutuhan  dari  PUV  yang  akan  dikembangkan  sehingga  menghasilkan  spesifikasi transfer  case . Selanjutnya  mengembangkan  berbagai  alternatif  solusi  dari  prinsip  kerja transfer  case yang  dapat memenuhi spesifikasi dalam bentuk konsep desain. Langkah berikutnya adalah mengembangkan struktur transfer  case dalam  bentuk  skema.  Langkah  terakhir  adalah  melakukan  finalisasi  desain  dengan memperbaiki  kelemahan  yang  ada  dan  mengkontrol  kekuatan transfer  case untuk  memastikan  telah memenuhi spesifikasi yang ditetapkan.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Perencanaan dan Klarifikasi Rekayasa Enjiniring
Untuk  menyusun  spesifikasi transfer  case maka,  harus  diketahui  kebutuhan  dan  batasan ( constraint ) dalam perancangan tersebut. Batasan tersebut adalah skema kendaraan, dan data parameter sub  sistem  kendaraan  yang  telah  ditetapkan  sebelumnya  berdasarkan  hasil  diskusi  dengan  salah  satu perusahaan bidang mekanisasi pertanian dan hasil enjiniring sistem gearbox untuk PUV Polman Bandung yang telah dihasilkan lebih dulu [7]. Skema kendaraan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema Kendaraan
Dari Gambar 2, Parameter sub sistem Polman Utility Vehicle dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Parameter Batasan Polman Utility Vehicle
No Parameter Spesifikasi 1 Beban maksimal 750 kg 2 Berat kendaraan total m = 2500 kg 3 Jarak titik berat sumbu roda depan a1 = 1512 mm 4 Jarak titik berat sumbu roda depan a2 = 788 mm 5 Jarak titik massa ke titik kontak roda dengan tanah h = 830 mm
6 Spesifikasi mesin Kubota D902 (21,59 Hp)
• Daya mesin
• Torsi mesin maksimum
• Putaran mesin maksimum
• Putaran saat torsi maksimum
P M = 16 kW T M = 56 Nm ω M = 3200 rpm ω e = 2400 rpm
7 Spesifikasi Gearbox
• Rasio gigi 1
• Rasio gigi 2
• Rasio gigi 3
• Rasio gigi 4
• Rasio gigi R
i g1 = 3,272 i g2 = 2,143 i g3 = 1,354 i g4 = 1,000 i gR = 3,264
8 Rasio Differential 5,38 9 Radius roda R W = 315 mm
Berdasarkan  data  dan  kajian  yang  dilakukan,  maka  disusunlah  daftar  spesifikasi  yang  menjadi batasan fungsi sistem transfer case pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Daftar Spesifikasi Sistem Transfer Case No. Parameter Spesifikasi 1 Kecepatan kendaraan yang harus dicapai pada kondisi optimal (torsi engine maksimum). a) Gigi 1
b) Gigi 2
c) Gigi 3
d) Gigi 4
e) Gigi R V 1 = 9 km/jam V 2 = 14 km/jam
V 3 = 22 km/jam
V 4 = 30 km/jam
V R = 9 km/jam 2 Terdapat output PTO yang dapat menyuplai mesin produksi / peralatan mekanikal pertanian dan perkebunan seperti Kebutuhan input putaran:
a) Water pump 8,5 – 15 HP
b) Table saw 7 – 12 HP
c) Power Thresher 5,5 HP
d) Roller pump 5,5 - 10 HP 540 rpm 540 rpm 650 rpm 700 rpm
Spesifikasi yang dimaksud pada Tabel 2 merupakan suatu kondisi yang harus dicapai oleh PUV yang  sangat  ditentukan  oleh  desain transfer  case. Sehingga  desain transfer  case akan  sangat mempengaruhi keberhasilan kinerja kendaraan PUV. Selain spesifikasi tersebut, beberapa kondisi yang perlu  dipertimbangkan  diantaranya  adalah  kendaraan  dapat  beroperasi  disegala  medan  seperti  jalan aspal halus, jalan beton halus, jalan beton kasar, paving batu, jalan aus/rusak, jalan tanah halus, tanah gembur, jalan tanah kasar/berbatu, pasir gembur.

## 3.2. Mengembangkan Solusi Dasar (Konsep)
Tujuan dari tahap ini adalah untuk mendapatkan solusi dasar berupa konsep rancangan transfer case . Konsep rancangan transfer case merupakan ide solusi yang digunakan untuk menjawab kebutuhan sistem transmisi PUV yang akan dibangun. Penetapan kondisi input, output, struktur fungsi, dan alternatif solusi dari transfer case adalah luaran dari tahap ini.
a) Membangun Struktur Fungsi
Struktur fungsi transfer case didefinisikan menjadi tiga fungsi bagian utama. Pembagian struktur fungsi bagian dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Struktur Bagian Transfer Case
Dari Gambar 3, pembagian struktur fungsi bagian transfer case dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Fungsi Bagian Transfer case
No Keterangan 1 Fungsi Sistem Transmisi
Yaitu sistem transmisi yang berguna untuk mentransmisikan daya untuk menggerakkan roda dan/atau mesin produksi
2 Fungsi Mekanisme Engagement
Yaitu mekanisme yang berguna untuk menyambungkan atau memutuskan daya dari sumber penggerak ke roda dan/atau mesin produksi
3 Fungsi Rumah Transfercase (Housing)
Yaitu rumah transfercase yang berperan sebagai tempat ditempatkannya semua sub fungsi
b) Membuat Alternatif Solusi
Alternatif konstruksi yang dipilih untuk rancangan transfer case ini adalah transfer case tipe rigid karena  kendaraan  yang  akan  dirancang  memiliki  mode  berkendaraa full  time 4WD.  Berdasarkan  hasil kajian dan pembahasan pada [1] maka, diputuskan untuk menentukan alternatif fungsi bagian sebagai berikut: (1). Fungsi sistem transmisi yang memiliki dua fungsi utama yaitu menggerakkan dan mengubah rasio dipilih menggunakan sistem transmisi roda gigi (RG) miring (Helix)  d ari berbagai alternatif sistem transmisi  seperti pulley  drive , friction  cluch,  torque  converter , hydrostatic  gearbox dan gear  wheel. Pemilihan dilakukan atas dasar pertimbangan convert torque , vary slip , efficiency , service life, reliability, ease  of  use,  space  demand ,  dan  harga ; (2).  Fungsi  mekanisme engagement yang  dipilih  adalah pemindahan  gigi  dengan dog  clutch dari  berbagai  jenis  seperti moving  gear,  pin  engagement, synchronizer , dan dog clutch . Pemilihan dilakukan atas dasar kesederhanaan konstruksi, pemindahan gigi, kemudahan  pemasangan,  dan  fungsi  melalui  sistem  skoring;  dan  (3).  Fungsi  rumah transfer  case yang dipilih  adalah  tipe end-loaded  housing dari  tiga  alternatif  yang  diusulkan  yaitu through  housing , end- loaded housing , dan top-loaded housing .

## 3.3. Embodiment Design
Pada  tahap  ini  aktivitas  yang  dilakukan  adalah  menyusun  struktur  konstruksi  dalam  bentuk skema rancangan untuk tiga kondisi yaitu: (1). Kendaraan bergerak dan PTO bekerja; (2). Kendaraan diam dan PTO bekerja; dan (3). Kendaraan bergerak dan PTO tidak bekerja. Alternatif skema rancangan dapat dilihat  pada  Tabel  4  berikut  yang  menunjukkan  kondisi  kelebihan  dan  kekurangan  dari  masing-masing alternatif.
Tabel 4. Alternatif Skema Rancangan Transfercase No Alternatif 1 Alternatif 2 Alternatif 3
K o n d is i 1 Kelebihan: (1) Komponen roda gigi relatif sedikit (2) Konstruksi lebih sederhana (3) PTO dapat dikontrol dari kursi pengemudi
Kekurangan:
Kelebihan:
(1) Ukuran roda gigi lebih kecil (2) Ukuran luar lebih kecil (3) PTO dapat
dikontrol dari kursi
pengemudi Kekurangan:
(1) Komponen roda gigi lebih banyak
Kelebihan:
(1) Kontruksi lebih sederhana (2) PTO
terintegrasi dengan transfercase
Kekurangan:
(1) Diperlukan unit tambahan untuk mengatur PTO K o n d is i 2
No Alternatif 1 Alternatif 2
Alternatif 3 K o n d is i 3 (1) Ukuran roda
gigi relatif besar (2) Ukuran luar relatif besar (2) Konstruksi lebih rumit - (2) PTO tidak dapat diatur dari kursi pengemudi
Rasio transfer  case ditentukan  berdasarkan  kecepatan  linier  kendaraan  yang  dikonversikan menjadi kecepatan putar roda dengan hubungan
/ dimana adalah kecepatan angular output engine saat torsi maksimum 2400 rpm, adalah kecepatan angular roda pada mode gigi ke-n dimana
76 rpm , adalah rasio transmisi differensial sebesar 5,38 dan adalah rasio transmisi gearbox pada mode gigi ke-n dimana 3,272 , maka diperoleh rasio transfer case sebesar 1,8.
Dimensi  jarak  antar  poros  ( a )  akan  mempengaruhi  dimensi  total transfercase ,  roda  gigi,  dan poros. Selain merujuk pada [1], penentuan jarak antar poros dilakukan seperti pada [8] yang menjelaskan bagaimana melakukan desain gearbox untuk kebutuhan industri. Jarak antar poros rencana ditetapkan sebesar 100 mm. Jumlah gigi dari roda gigi penggerak pada poros input ditentukan terlebih dahulu sebagai salah  satu  parameter  untuk  menentukan  modul  rencana  seperti  langkah-langkah  dan  prosesdur perancangan konstruksi RG pada [9]. Berdasarkan proses iterasi diperoleh jumlah gigi pada RG penggerak Z 1 = 30 dengan modul 2,5 mm. Selanjutnya diketahui jumlah gigi Z 2 = 48, dan Z 3 = 54.

## 3.4. Validasi Daya Engine
Karena engine yang akan digunakan pada kendaraan sudah ditentukan sebelumnya, maka engine ini harus divalidasi apakah mampu memenuhi daftar tuntutan yang diberikan atau tidak. Selain engine , sub sistem lain dari sistem transmisi yang sudah ditentukan diantaranya gearbox , differential , dan Roda yang digunakan. Data penting sistem transmisi kendaraan dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5. Data Penting Sistem Transmisi Spesifikasi Simbol Nilai Spesifikasi Simbol Nilai
D a ta E n g in e Daya engine maksimum P M 16,1 kW
D a ta G e a rb o x Rasio gigi 1 i g1 3,272 Torsi engine maksimum Te 56 Nm Rasio gigi 2 i g2 2,143 Torsi engine saat rpm maksimum T M 48 Nm Rasio gigi 3 i g3 1,364 Putaran engine saat torsi maksimum ω e 2400 rpm Rasio gigi 4 i g4 1 Putaran engine maksimum ω M 3200 rpm Rasio gigi R i gR 3,264 Faktor kerja K A 1,75 Rasio transfercase i TC 1,8 Efisiensi total η 0,8 Rasio differential i d 5,83
a) Perhitungan Traksi yang Dibutuhkan ( Required Traction ) Besarnya  traksi  yang  dibutuhkan  oleh  kendaraan  untuk  melalui  medan  tertentu  di  hitung menurut [1]. Dengan asumsi hambatan udara diabaikan ( 0 , dan kendaraan pada kondisi konstran ( 0, maka besar traksi ditentukan oleh nilai rolling resistance (F R ) dan gradient resistance (F St ) dari medan tersebut menggunakan rumus:
, !" (1)
, m # ∙ % ∙ & ∙ cos α *+ sin α *+ (2)
Data hasil perhitungan traksi maksimum yang dibutuhkan adalah 16806 N yaitu pada jalan pasir gembur dengan gradien 60%.
b) Perhitungan Traksi yang Tersedia ( Available Traction ) Traksi yang tersedia dihitung berdasarkan daya dan torsi yang dihasikan oleh engine seperti pada [10] yang menjelaskan dinamika kendaraan. Kecepatan kendaraan v / dipengaruhi oleh kecepatan sudut engine ω, radius roda R w , rasio gearbox i g , rasio transfer case i TC , dan rasio diferensial i d , yang dirumuskan
dengan persamaan v / ω  ∙ R 2 i 3/ ∙ i 45 ∙ i 6 ⁄ . Kecepatan yang ditinjau pada tahap ini adalah kecepatan maksimum  (saat  putaran engine maksimum,  3200  rpm)  dan  kecepatan  optimum  (saat  torsi engine maksimum, 2400 rpm) seperti yang disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kurva Kecepatan Kendaraan vs Putaran Engine
Berdasarkan  kurva  kecepatan  kendaraan  pada  Gambar  4,  kecepatan  maksimal  yang  dapat dicapai  kendaraan  pada  kondisi  putaran engine maksimum  dan  kondisi  putaran engine pada  torsi maksimum dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Data Kecepatan Kendaraan Mode Gigi Kecepatan maksimum (pada 3200 rpm) [km/jam] Kecepatan optimum (pada 2400 rpm) [km/jam] Gigi 1 12,000 8,99 Gigi 2 18,322 13,73 Gigi 3 28,786 21,58 Gigi 4 39,264 29,43 Gigi R 12,029 9,02
Setelah  kecepatan  kendaraan  diketahui,  maka  perhitungan  torsi  kendaraan  dapat  dilakukan. Torsi  kendaraan  yang  dihitung  adalah  torsi  pada  masing  masing  roda  penggerak.  Torsi  kendaraan  Tw dapat dihitung dengan persamaan berikut:
8 9 : 9 ;. . 9 . . => > ? . @ 9 AB .9 CD .9 E F . : 9 G   > H . @ 9 AB .9 CD .9 E F . : 9 G ? I (3)
J9 FD F
(4)
Dari persamaan 3 diperoleh kurva torsi terhadap kecepatan kendaraan seperti pada Gambar 5. Untuk mengetahui bahwa kendaraan dapat beroperasi disegala medan, selanjutnya perlu dibandingkan antara gaya traksi yang dihasilkan F ZA dengan gaya traksi yang dibutuhkan F ZB pada kondisi medan terberat yaitu pasir gembur pada gradien 60% menggunakan persamaan 4, maka diperoleh hasil bahwa traksi yang tersedia pada gigi 1 masih lebih besar dari traksi yang dibutuhkan pada kondisi medan tersebut.
Gambar 5. Kurva Torsi Terhadap Kecepatan Kendaraan
c) Perhitungan Putaran Output pada PTO
Perhitungan putaran output pada PTO dilakukan untuk memastikan kebutuhan putaran untuk menggerakkan mesin produksi/peralatan mekanik pertanian dan perkebunan. Karena poros output PTO sesumbu dengan poros input transfer case maka putaran output PTO sama dengan putaran input pada transfer case yang diperoleh dari output gearbox . Nilai putaran maksimum pada setiap mode gigi dapat dihitung dengan 9 ; ∙ K 9 ⁄ . Sehingga kondisi putaran output PTO maksimum yang diperoleh yaitu: (1) gigi 1 menghasilkan putaran n 1 = 782,396 rpm, (2) gigi 2 menghasilkan putaran n 2 = 1194,587 rpm, (3) gigi 3 menghasilkan putaran n 3 = 1876,833 rpm, (4) gigi 4 menghasilkan putaran n 4 = 2560 rpm, (5) gigi R menghasilkan putaran n R = 784,314 rpm.

## 3.5. Kontrol Kekuatan Roda Gigi dan Poros
Elemen transmisi yang kritis diantaranya roda gigi dan poros. Kemampuan roda gigi dan poros dalam menerima beban kerja ditunjukkan dengan besarnya faktor keamanan ( safety factor) dari setiap komponen,  sehingga  perlu  dilakukan  perhitungan  untuk  menentukan  faktor  keamanan  minimum  yang terjadi saat transfer case beroperasi seperti pada [9] yang menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan dan menentukan gaya-gaya yang bekerja pada roda gigi dengan menggunakan rumus berikut:
",? 2 L,M L,M (5) N,? O PL,M +QR S TUV W (6)
,? ",? ∙ tan Z (7) [ O,? @ O P \.] ^ . _ O . _ ! . _ ` . _ W G . a O b (8)
[ Oc,? [ O d9] . _ ! . _ e . _ f Nd . _ g (9)
[ h,? =i h . i j . i ` . i W . k O P \. L . lm l I . a h b (10)
[ hc,? [ hd9] . i e . i . i n . i . i o . i g (11)
Setelah  mendefinisikan  besar  torsi  dan  gaya  pada  setiap  pasangan  roda  gigi  (F),  menentukan tegangan kaki gigi dengan faktor pengali ( [ O ), tegangan kaki gigi izin ( [ Oc ), tekanan permukaan dengan faktor pengali ( [ h ), dan tekanan permukaan izin ( [ hc ), maka faktor keamanan p O dan p h dapat dihitung dengan [ Oc [ O ⁄ ≤ p O ]9 dan [ hc [ h ⁄ ≤ p h ]9 . Perhitungan secara teoritis menggunakan DIN 3990 dengan beberapa  rumus  seperti  pada  persamaan  5  hingga  11  seperti  pada  [9].  Selanjutnya  hasil  perhitungan tersebut di komparasi dengan menggunakan perangkat lunak untuk menghitung roda gigi yaitu aplikasi KISSsoft yang menggunakan ISO 6336. Selanjutnya hasil desain RG dari kedua metode ini di kontrol dan di komparasi dengan aplikasi finite element analysis (FEA) pada Solidwork. Kajian finite element Analysis dan optimasi dari pasangan roda gigi yang dengan menggunakan aplikasi solidworks juga telah dilakukan pada [11].
Tahapan  yang  dilakukan  pada  aplikasi KISSsoft diantaranya  adalah  (1).  Menentukan  metode perhitungan yang dipilih misalnya AGMA, DIN, ISO atau lainnya; (2). Menentukan toleransi pada kedua RG yang berpasangan; (3). Menentukan referensi profil gigi saat di manufaktur; (4). Jika di perlukan dapat mengisi  kondisi  data  geometri  dasar  RG;  (5).  Menentukan rough  sizing  jika diperlukan;  (6).  Membatasi batasan skenario solusi geometri RG; (7). Melakukan perhitungan sehingga software akan memberikan rekomendasi dimensi dan faktor keamanan RG yang masuk pada kriteria perancangan. Langkah-langkah penggunaan  simulasi  dengan solidworks diantaranya  adalah  (1).  Membuat  studi  analisis  statik;  (2). Menetapkan material RG; (3). Menentukan fixtures dan beban-beban pada RG; (4). Melakukan meshing pada  model  RG;  (5).  Menjalankan  analisis;  (6).  Menginterpretasikan  hasil  analisis.  Hasil  ketiga  metode dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7. Hasil Analisis Roda Gigi Metode TEORITIS (DIN 3990)  KISSSOFT (ISO 6336)  SOLIDWORK (FEA) Status Pasangan RG RG S F S H S F S H S F S H 1 – 2 1 1,52 1,07 2,05 1,12 1,93 5,63 Aman 2 1,52 1,07 2,09 1,40 1,93 5,63 Aman 2 – 3 2 1,59 1,28 2,00 1,33 1,78 5,83 Aman 3 1,59 1,28 1,99 1,33 1,78 5,83 Aman
Perhitungan  menggunakan  standar  DIN  3990  dan  ISO  6336  pada  dasarnya  memiliki  langkah perhitungan  yang  sama,  perbedaannya  hanya  pada  penentuan  nilai  faktor  umur  pakai  seperti K V, K H β , K H α , Y Fa , Y Sa , Y ε , Y NT , Y δ relT , Y RrelT , Z ε , Z β , Z V , Z R , dan Z NT . Perbedaan hasil perhitungan masih dapat diterima,  selama  tegangan  dan  tekanan  permukaan  masih  dibawah  tegangan  dan  tekanan  permukaan izin, serta faktor keamanan lebih besar dari satu.  Sementara hasil simulasi dari FEA pada Solidworks di gunakan  untuk  melakukan  kontrol  geometri  dari  RG  terhadap  tegangan  dan  tekanan  permukaan  yang terjadi.  Hasil  simulasi  dengan solidworks menunjukkan  kondisi  faktor  keamanan  yang  masih  dapat diterima.
Analisis poros dilakukan seperti pada [6], dengan fokus pada poros input , idler , output , dan poros PTO.  Langkah–langkah  yang  dilakukan  diantaranya  adalah  menentukan  gaya-gaya  yang  bekerja  pada poros,  pembebanan,  faktor  pengali,  dan  menentukan safety  factor statis  ( p O )  dan  dinamis  ( p q )  poros menggunakan rumus berikut:
p O r= st uvw stx I M m= yP uvw yPx I M ≥ 1,5 (12)
p q r= st st|} I M m= yPv yP|} I M ≥ 1,5 (13)
Safety  factor statis  dihitung  berdasarkan  tegangan  bengkok  dan  tegangan  puntir  serta mempertimbangkan  faktor  teknologi  material  dan  kemampuan  bahan.  Sedangkan  untuk  menentukan safety factor dinamis poros dihitung dengan memperhatikan faktor koefisien notch effect faktor geometri, faktor kekasaran permukaan, faktor konstruksi beban bengkok dan puntir dan faktor kemampuan bahan. Hasil perhitungan kedua jenis safety factor tersebut dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8. Hasil Analisis Safety Factor Statis dan Dinamis Poros STATIS DINAMIS Status ~  ~   ~  ~   Input 5,19 1,5 26,22 1,5 Aman Idler 3,62 1,5 16,83 1,5 Aman Output 2,76 1,5 13,64 1,5 Aman PTO 5,28 1,5 27,14 1,5 Aman
Defleksi poros akibat beban bengkok pada poros input, idler, output , dan PTO secara berurutan adalah  7,05  µm,  0  µm,  15  µm,  dan  0  µm,  kondisi  ini  masih  lebih  kecil  dari  defleksi  yang  diizinkan. Sementara  deformasi  akibat  beban  puntir  pada  poros input,  idler , output ,  dan  PTO  secara  berurutan adalah  0,009  rad;  0,009  rad;  0,007rad;  dan  0,004  rad,  kondisinya  masih  aman.  Hasil  desain  dan pengembangan transfer case dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Konstruksi Transfer Case Kendaraan Polman Utility Vehicle

## 4. KESIMPULAN
Berdasar pada hasil kajian rekayasa enjiniring melalui simulasi dan validasi konstruksi transfer case maka diperoleh hasil bahwa engine Kubota D902-E3B dapat memenuhi kebutuhan kendaraan sesuai dengan daftar tuntutan. Berdasar pada dimensi RG dan poros yang diperoleh dari kajian di atas, maka dimensi rancangan transfer case yang diperoleh adalah 461 mm x 433 mm x 223 mm dengan berat total transfer case adalah 25 kg. Selanjutnya kecepatan optimum kendaraan yang dapat dicapai telah sesuai dengan  keinginan.  Kendaraan  dipresikasi  mampu  melaju  pada  berbagai  medan  yang  telah  ditentukan karena  gaya  traksi  yang  dihasilkan  lebih  besar  dari  yang  dibutuhkan. Output putaran  pada  PTO  dapat memenuhi  kebutuhan  mesin  produksi  yang  akan  digunakan. Safety  factor minimum  dari  komponen transfer case lebih besar dari batas safety factor yang diizinkan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. H.  Naunheimer,  B.  Bertsche,  J.  Ryborz  and  W.  Novak,  Automotive  Transmissions:  Fundamentals, Selection, Design and Application, Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2011.
[2]. A.  Patankar,  R.  Kulkarni,  S.  Kothawade  and  S.  Ingale,  "DESIGN  AND  DEVELOPMENT  OF  A TRANSMISSION  SYSTEM  FOR  AN  ALL  TERRAIN  VEHICLE,"  International  Journal  of  Mechanical Engineering and Technology (IJMET), vol. 7, no. 3, pp. 351-359, 2016.
[3]. L.  Karikalan,  K.  Mathan,  D.  Devanand  and  S.  Vijay,  "Design  and  Analysis  of  Two  Stage  Reduction Gearbox  for  All  Terrain  Vehicles,"  International  Journal  of  Advance  Engineering  and  Research Development, vol. 5, no. 03, pp. 357-361, 2018.
[4]. M.  S.  W.  Sunggono  and  U.  Wasiwitono,  "Perancangan  dan  Analisa  Karakteristik  Traksi  Sistem Powertrain Mobil Produksi Pedesaan," JURNAL TEKNIK ITS, vol. 6, no. 1, pp. F170-F173, 2017.
[5]. M. Rifai and I. N. Sutantra, "Perancangan Sistem Transmisi 2WD dan 4WD serta Analisis Karakterisitik Traksi pada Mobil," JURNAL TEKNIK ITS, vol. 7, no. 2, pp. E175-E179, 2018.
[6]. G. Pahl and W. Beitz, Engineering Design: A Systematic Approach 2nd Ed., Darmstadt, Germany: Springer-Verlag London, 1996.
[7]. A.  I.  Komara,  B.  P.  Adikara,  R.  A.  Respati  and  A.  A.  Soetopo,  "DESIGN  AND  DEVELOPMENT  OF  A TRANSMISSION  SYSTEM  FOR  AN  AGRICULTURAL  TRANSPORTATION  VEHICLES,"  in SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI TERAPAN 2017 , Yogyakarta, 11 November 2017.
[8]. A. Maciejczyk and Z. Zdziennicki, Design Basic of Industrial Gear Boxes: Calculation and Design Case Example, Technical University of Lodz.
[9]. H.  Wittel,  D.  Muhs,  D.  Jannasch  and  J.  Voßiek,  Roloff  /Matek  Maschinenelemente,  21.Auflage, Deutschland: Springer Vieweg, 2013.
[10]. R. N. Jazar, Vehicle Dynamics: Theory and Application, New York: Springer Science, 2008.
[11]. J. Zhang, Q. Zhang and R. Shi, "Finite Element Analysis and Optimization of Helical Gear-pairs with Web  based  on  SolidWorks,"  in  IOP  Conf.  Series:  Materials  Science  and  Engineering,  382,  042023, 2018.