Analisis Kekuatan Stabilizer Bar ( Anti-Roll Bar ) Pada Kendaraan Roda Empat Menggunakan Bantuan Software Solidworks
Iwan Agustiawan dan Ardi Adhiguna Riyadhi Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Jl. PKH. Mustapha No. 23, Bandung 40124
e-mail : gusti@itenas.ac.id

## Abstrak
Stabilizer bar berfungsi mengurangi besarnya sudut rolling, sehingga diharapkan kendaraan lebih stabil. Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengetahui kekuatan stabilizer bar akibat body roll kendaraan  dengan  pemodelan  dan  simulasi  serta  analisis  menggunakan  bantuan  software  solidworks. Metode yang digunakan adalah mengidentifikasi karakteristik fisik, beban, tumpuan dan material yang digunakan untuk proses pemodelan serta simulasi sederhana menggunakan software solidworks sehingga dapat  memperoleh  tegangan  geser  dan  faktor  keamanan.  Sebagai  pembanding  terhadap  model  dan simulasi solidwork, tegangan geser maksimum yang terjadi dihitung secara manual berdasarkan momen puntir  dan  momen  lentur  yang  bekerja  secara  simultan  dalam  stabilizer  bar.  Hasil  penelitian  ini menunjukkan bahwa ketika kendaraan mengalami body roll sebesar 3,51° dimana stabilizer bar terpuntir 2,62° dan mengalami tegangan geser dan faktor keamanan dari perhitungan manual, yaitu 52,47 MPa dan 9,39 untuk beban statis, 104,94 MPa dan 4,69 untuk beban dinamis. Berdasarkan analisis menggunakan software solidwork tegangan geser dan faktor keamanan, yaitu 50,05 MPa dan 8,96 untuk kondisi statis, 100,1 MPa dan 4,48 untuk kondisi dinamis. Berdasarkan prediksi menggunakan persamaan regresi linier, maka sudut body roll kritis yang dapat dicapai adalah sebesar 45,99° ketika stabilizer bar mulai mengalami deformasi plastis.
Kata kunci : Stabilizer Bar, Anti-Roll Bar, Solidworks

## Abstract
The stabilizer bar functions to reduce the amount of rolling angle, so that the vehicle is expected to be more stable. The purpose of this research is to determine the strength of the stabilizer bar due to vehicle body roll by modeling and simulation and analysis using Solidworks software. The method used is to identify the physical  characteristics,  loads,  supports  and  materials  used  for  the  modeling  process  and  simple simulations using solidworks software so as to obtain shear stress and safety factors. As a comparison to the solidwork model and simulation, the maximum shear stress that occurs is calculated manually based on the torsional moment and the bending moment that work simultaneously in the stabilizer bar. The results of this study indicate that when the vehicle experiences a body roll of 3.51 ° where the stabilizer bar is twisted 2.62 ° and experiences shear stress and safety factors from manual calculations, namely 52.47 MPa and 9.39 for static loads, 104.94 MPa and 4.69 for dynamic loads. Based on the analysis using solidwork shear stress software and safety factors, namely 50.05 MPa and 8.96 for static conditions, 100.1 MPa and 4.48 for dynamic conditions. Based on predictions using linear regression equations, the critical body roll angle that can be achieved is 45.99 ° when the stabilizer bar begins to undergo plastic deformation.
Keywords : Stabilizer Bar, Anti-Roll Bar, Solidworks
1. Pendahuluan
Salah  satu  parameter  yang  harus  diperhatikan  untuk  meningkatkan handling  performance kendaraan yaitu sudut rolling yang terjadi ketika kendaraan berbelok. Dengan memperkecil sudut rolling tersebut, maka handling performance kendaraan akan meningkat [1] Body roll merupakan fenomena yang terjadi pada sebuah mobil yang bermanuver [2]. Saat paling rawan adalah waktu mobil  berbelok  dengan  kecepatan  tinggi  dimana  kendaraan  akan  mengalami  gejala  guling ( rolling ) yang disebabkan gaya sentrifugal pada kendaraan. Gaya sentrifugal pada kendaraan akan memberi gaya keluar dari pusat titik belok [3]. Hal ini menyebabkan body kendaraan mengalami rolling ( body roll ). Salah satu faktor yang dikembangkan dalam peningkatan stabilitas kendaraan adalah dengan modifikasi pada sistem suspensi seperti penambahan stabilizer bar [4]. Stabilizer bar berfungsi mengurangi besarnya sudut rolling , sehingga diharapkan kendaraan lebih stabil. Sudut rolling pada  kendaraan  akan  membuat  roda  memiliki  ketinggian  yang  tidak  sama  dan menyebabkan stabilizer bar menerima beban puntir. Oleh karena itu dibutuhkan analisis untuk mengetahui kekuatan stabilizer bar akibat body roll kendaraan dengan pemodelan dan simulasi serta analisis menggunakan bantuan software solidworks .
Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui kekuatan stabilizer bar akibat body roll kendaraan dengan pemodelan dan simulasi menggunakan bantuan software solidworks . Perlu dipastikan apa pengaruh body roll terhadap stabalizer bar . Untuk memastikan hal tersebut maka perlu dipahami terlebih dahulu prinsip kerja serta konstruksi stabilizer bar ketika terpasang pada kendaraan, dan perlu dicek tegangan dan deformasi yang terjadi pada stabilizer bar.
Penelitian  ini  difokuskan  untuk  mengetahui  kekuatan stabilizer  bar. Pemodelan  berdasarkan kendaraan  tertentu  yang  menerapkan stabilizer  bar pada  roda  bagian  depan  atau  belakang. Mengukur variabel-varibel stabilizer bar meliputi konstruksi dan kekuatan momen puntir. Body roll kendaraan disebabkan oleh kondisi kendaraan yang sedang diganjal salah satu sisi roda oleh beberapa papan kayu.

## 2. Metodologi Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  adalah  metode  experimental,  dengan  melakukan pengujian  sederhana  pada  kendaraan  yang  menggunakan stabilizer  bar pada  roda  depan  atau belakang, dimana salah satu sisi roda diganjal oleh beberapa papan kayu sehingga roda memiliki ketinggian yang berbeda dan kendaraan mengalami fenomena body roll statis. Secara garis besar dilakukan  tahapan  penelitian  mengikuti  diagram  alir  yang  ditunjukan  pada  Gambar  1  sebagai berikut:

## Gambar 1. Tahapan Penelitian
Langkah pertama adalah mengukur geometri stabilizer bar , material yang digunakan, beban yang diterima stabilizer  bar ,  dan  konstruksi stabilizer  bar saat  terpasang,  lalu  akan  dilakukan rekonstruksi stabilizer  bar menggunakan software  solidworks. Langkah  selanjutnya  dilakukan pengujian sederhana untuk mengetahui beban input berupa defleksi pada ujung stabilizer bar dan sudut body roll pada stabilizer bar yang akan digunakan untuk pembuatan diagram benda bebas stabilizer bar berdasarkan kondisi pembebanan nyata seperti yang telah dijelaksan. Pada langkah berikutnya melakukan perhitungan manual momen puntir, tegangan geser, dan gaya yang terjadi pada ujung stabilizer bar, dimana parameter tersebut akan diaplikasikan untuk metode numerik fenite element analysis (FEA) menggunakan software solidwork simulation.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Sebelum  melakukan  perhitungan  secara  manual  serta  pemodelan  tegangan  geser  dan  faktor keamanan  menggunakan software  solidworks ,  terlebih  dahulu  dilakukan  proses  rekonstruksi stabilizer bar berkaitan dengan sudut body roll kendaraan dan sudut puntir stabilizer bar . Gambar 2 memperlihatkan konstruksi stabilizer bar yang terpasang pada kendaraan. Berdasarkan gambar 2, kemudian dilakukan pengukuran posisi titik-titik yang ditentukan pada stabilizer bar (terdapat 18 titik pengukuran posisi) yang hasilnya ditunjukkan pada Gambar 3 dan Tabel 1.
Mulai
- Geometri Stabilizer Bar.
- Properti Material.
- Beban Input.
- Konstruksi Pemasangan
Rekonstruksi Ulang
Stabilizer Bar
Mencari Defleksi
Stabilizer Bar dan Sudut
Body Roll
Diagram Benda Bebas
Tidak
Perhitungan Momen Puntir, Tegangan Geser
Perhitungan Gaya Beban pada Ujung Stabilizer Bar
Pemodelan dan Simulasi menggunakan
Software Solidwork Tegangan Geser, Faktor Keamanan Harga Kesalahan <6% ? Hasil Pemodelan dan Analisis Struktur Selesai A A B B Ya
Gambar 2. Konstruksi Stabilizer Bar Yang Terpasang Pada Kendaraan
Gambar 3. Titik-titik Pengukuran Posisi Pada Stabilizer Bar Tabel 1. Data Posisi Titik-titik Pada Stabilizer Bar x (mm) y (mm) z (mm) r (mm) x (mm) y (mm) z (mm) r (mm) 1 0 0 0 0 10 680 -200 300 35 2 0 -200 30 15 11 760 0 240 15 3 40 -350 62 15 12 840 0 240 20 4 60 -1100 90 35 13 845 -240 190 30 5 130 -780 160 50 14 870 -780 160 50 6 155 -240 190 30 15 940 -1100 90 35 7 160 0 240 20 16 960 -350 62 15 8 240 0 240 15 17 1000 -200 30 15 9 320 -200 300 35 18 1000 0 0 0
Catatan: r = radius lekukan
Berdasarkan data yang ditunjukan pada tabel 1 kemudian dilakukan proses pemodelan 3 (tiga) dimensi stabilizer bar menggunakan software solidworks. Langkah pertama dalam pemodelan stabilizer  bar adalah  membuat  sketsa  tiga  dimensi  dengan  cara  menggambar  titik  koordinat terlebih  dahulu  berdasarkan  data  yang  ditunjukkan  pada  tabel  1.  Gambar  titik  yang  sudah digambar dihubungkan satu-persatu dengan garis menggunakan fitur “ polyline ” dan setiap ujung garis  yang  tehubung  dibuat  lekukan  dengan  radius  berdasarkan  data  pada  tabel  1.  Langkah selanjutnya  membuat  lingkaran  pada  salah  satu  ujung  garis  dengan  diameter  sebesar  23  mm (berdasarkan pengukuran), lingkaran harus digambar tegak lurus terhadap ujung garis. Langkah terakhir gunakan fitur “ sweep ” untuk mengubah garis sketsa dan lingkaran menjadi bentuk tiga dimensi dengan hasil akhir sperti ditunjukkan pada Gambar 4.

## Gambar 4. Hasil Rekonstruksi Ulang Model Stabilizer Bar
Untuk  memudahkan  perhitungan  secara  manual  mencari  tegangan  geser  yang  terjadi  pada stabilizer bar , maka dibuat penyederhanaan model stabilizer bar yang kemudian digambarkan sebagai diagram benda bebas. Gambar 5 memperlihatkan penyederhanaan model stabilizer bar yang mengalami defleksi dan pembebanan, dan Tabel 3 menunjukan data defleksi stabilizer bar dan  sudut body roll. Untuk  memperoleh  pemodelan safety  of  factor berdasarkan  pembebanan pada stabilizer  bar menggunakan software  solidworks ,  diperlukan  data  material  seperti  yang ditunjukan pada Tabel 2.
Gambar 5. Gaya Pada Stabilzier Bar Ketika Terdefleksi
dimana,
F gaya pada ujung stabilizer bar [N] z 1 besar defleksi ujung stabilizer bar sisi kiri
[m]
z 2 besar defleksi unjung stabilizer bar sisi kanan [m] Δz   selisih defleksi kedua ujung stabilizer bar [m] φ 1 besar defleksi sudut puntir stabilizer bar sisi kiri [° atau radian]
φ 2 besar defleksi sudut puntir stabilizer bar sisi kanan [° atau radian] Δφ   selisih defleksi sudut puntir [° atau radian] a panjang lengan stabilizer bar [m] b panjang bentang stabilizer bar [m] Tabel 2. Material SAE 5160 σ yield (MPa) τ yield (MPa) Modulus Elastisitas, E (GPa) Modulus Geser, G (GPa) 985 492,5 185 80
Tabel 3. Data Defleksi Stabilizer Bar dan Sudut Body Roll Jumlah kayu s Δz Δϕ Δφ = Δz/a Δφ 0 0 mm 0 mm 0° 0 rad. 0° 2 34 mm 4 mm 0.46° 0,017 rad. 0.95° 3 51 mm 5.5 mm 1.12° 0,023 rad. 1.31° 4 68 mm 7 mm 1.70° 0,029 rad. 1.67° 5 85 mm 8 mm 2.29° 0,033 rad. 1.91° 6 102 mm 9 mm 2.80° 0,037 rad. 2.14° 7 119 mm 10 mm 3.19° 0,041 rad. 2.39° 8 136 mm 11 mm 3.51° 0,046 rad. 2.62° Catatan: a = 240 mm dimana, s perpindahan vertikal suspensi [mm] Δz   defleksi stabilizer bar [mm] Δϕ   sudut body roll [° atau radian] Δφ   sudut puntir [° atau radian]

## 3.1. Analisis perhitungan manual
Gambar  6  menunjukkan stabilizer  bar sebagai  diagram  benda  bebas  dengan  kondisi pembebanan  pada  ujung stabilizer  bar dengan  arah  yang  berlawanan.  Sebuah  segmen diambil sebagai sebuah benda bebas dari potongan bidang a-a, seperti yang terlihat dalam Gambar 7. Kemudian dari masing-masing elemen dari sistem gaya tersebut dapat ditinjau secara terpisah.
Gambar 6. Diagram Benda Bebas Stabilizer Bar
Gambar 7. Segmen Potongan Bidang a-a
3.2. Gaya beban pada ujung stabilizer bar ( F )
SAE  menyajikan  informasi  umum  tentang  batang  torsi  dan  proses  pembuatannya  dalam “ Spring  Design  Manual ”  [5]. Stabilizer  bar dibahas  sebagai  sub-kelompok  batang  torsi. Beberapa rumus yang berguna untuk menghitung kekakuan pada stabilizer bar dan defleksi pada titik akhir batang di bawah beban yang diberikan disediakan dalam manual. Geometri yang berlaku ditunjukkan pada Gambar 8 yang telah dilakukan modifikasi notasi.
Gambar 8. Geometri Stabilizer Bar yang Digunakan di SAE Spring
Design Manual (Sumber: SAE, 1996)
𝐿 = 𝑏 2 = 𝑐 + 𝑒 + f (1) 𝐹 = 𝛥𝑧 . 3𝐸𝐼
a − f + 𝐿 2 ( f + 𝑒) + 4 a ′ (𝑒 + 𝑐) (2)

## 𝐹 = 474,77 𝑁

## 3.3. Tegangan geser dan lentur
Dari  diagram  benda bebas  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  7  dilakukan pemisahan  setiap batang untuk mengidentifikasi gaya, momen lentur, dan momen puntir yang terjadi seperti pada Gambar 9.
Gambar 9. Diagram Benda Bebas yang Telah Dipisah

## 3.4. Tegangan geser (τ)

## Gambar 10. Elemen Pada Titik D
Gambar 10 menunjukkan tegangan elemen pada titik D, tegangan lentur yang terjadi adalah tarik dengan besar,
𝜎 = . (3)
𝜎 ≈ 83,47 𝑀𝑃𝑎
Momen puntir pada elemen D adalah,
𝜏 = 𝑇 . 𝑐 𝐼 (4)

## 𝜏 ≈ 31,80 𝑀𝑃𝑎
Tegangan geser maksimum secara numerik adalah sama dengan radius lingkaran [6] yang ditunjukkan pada Gambar 11, dengan besar
𝜏 = 𝜎 − 𝜎 2 + 𝜏 (5)
𝜏 = 52,47 𝑀𝑃𝑎
Gambar 31. Diagram Lingkaran Tegangan Mohr

## 3.5. Tegangan geser beban dinamis
ASME menganjurkan faktor koreksi untuk beban dinamis untuk beban yang terjadi sedikit kejutan atau tumbukan sebesar 1,5 – 3,0 [7]. Faktor koreksi ini dilambangkan 𝑓 . Dipilih faktor koreksi 2,0.
𝐹 =  474,77 𝑁 𝑥 𝑓 (6) 𝐹 =  474,77 𝑁 𝑥 2 𝜏 = 104,94 𝑀𝑃𝑎
3.6. Safety Factor ( SF )
Sebelum mencari safety factor , perlu diketahui terlebih dahulu tegangan geser yang diizinkan dari data material yang ditunjukkan pada Tabel 2, Diperoleh besar τ yield = 492,5 MPa 𝑆𝐹 = 9,39
Untuk faktor kemanan ketika stabilizer bar mengalami beban dinamis,
𝑆𝐹 = 4,69
3.7. Hasil Simulasi Menggunakan Solidworks
Simulasi  dilakukan  menggunakan software  solidworks  simulation dengan  pengaturan  sebagai berikut: (1) Mesh Density fine , (2) Mesh Parameter = Standard mesh , (3) Fixtures = Fixed hinge , (4) External loads = Force 474.77 N, (5) Result = Shear stress, dan factor of safety. Pada Gambar 12 dan Gambar 13 merupakan hasil analisis pada stabilizer bar dalam kondisi statis menghasilkan data sebagai berikut:
 Tegangan geser maksimum = 50,05 Mpa
 Safety of Factor = 8,96
Gambar 12. Tegangan Geser (τ xz ) Statis
Gambar 13. Safety of Factor Statis
Pada  Gambar  14  dan  Gambar  15  merupakan  hasil  analisis  pada stabilizer  bar dalam  kondisi dinamis menghasilkan data sebagai berikut:
 Tegangan geser maksimum = 100,1 Mpa  Safety of Factor = 4,48
Gambar 44. Tegangan Geser (τ xz ) Dinamis
Gambar 15. Safety of Factor Dinamis
3.8. Korelasi Tegangan Geser dengan Sudut Body Roll
Untuk mengetahui korelasi tegangan geser dengan sudut body roll , dapat dilakukan dengan fasilitas regresi linier di Microsoft Excel [8]. Cara nya dengan mengaktifkan terlebih dahulu plugin addins analysis data . Setelah ditambahkan, plugins tersebut, dapat dilakukan analisis regresi linier pada masing-masing sampel berdasarkan data pada Tabel 3.

## Gambar 56. Grafik Regresi Linier
Berdasarkan data yang ditampilkan pada Gambar 16 terdapat persamaan fungsi regresi linier y  =  0,0962x  –  1,3901,  dimana  y  =  Δϕ  dan  x  =  τ  .  Maka  dari  persamaan  tersebut  dapat diprediksi  berapa  besar  sudut body  roll kritis  ketika stabilizer  bar mulai  mengalami deformasi plastis.
∆𝜙 = 0,0962𝜏 − 1,3901 (6) ∆𝜙 = 45,99°

## 4. Kesimpulan
Dari hasil analisis kekuatan stabilizer bar ( anti-roll bar ) pada kendaraan roda empat dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain ketika kendaraan dalam kondisi statis dimana mengalami body roll sebesar 3,51°, Stabilizer bar mengalami tegangan geser dari hasil perhitungan manual sebesar 52,47  MPa  dan  faktor  keamanan  sebesar  9,39.  Pada ujung stabilizer  bar diketahui  gaya  yang
y = 0,0962x - 1,3901 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0 10 20 30 40 50 60 Δ ϕ (° ) τ (MPa) Δϕ vs τ
diterima oleh stabilizer bar sebesar 474,77 N dalam kondisi statis. Tegangan geser yang terjadi dan  faktor  keamanan  dari hasil  analisa menggunakan software  solidwork dalam  kondisi  statis sebesar 50,05 MPa dan 8,96. Tegangan geser dan faktor keamanan stabilizer bar dalam kondisi dinamis dengan memberikan faktor koreksi sebesar 2,0 adalah 104,94 MPa dan 4,69. Tegangan geser yang terjadi dan faktor keamanan dari hasil analisa menggunakan software solidwork dalam kondisi dinamis sebesar 100,1 MPa dan 4,48. Besarnya sudut body roll ketika stabilizer bar mulai mengalami  deformasi  plastis  dapat  diprediksi  menggunakan  persamaan  regresi  linier  yang dihasilkan dari korelasi antara sudut body roll dan tegangan geser, yaitu sudut body roll yang dapat dicapai sebesar 45,99°.
5. Daftar Pustaka
[1] Uys, P., Els, P., & Thoresson, M. (2006). Criteria for Handling Measurement. Journal of Terramechanics , 43:43-67.
[2] Parczewski,  K., &  Wnek, H.  (2017).  The  Influence of  Vehicle  Body  Roll  Angle  on  The Motion Stability and Maneuverability of The Vehicle. Diambil kembali dari Combustion Engines.
[3] Hari Setiawan, Arif. (2013). Analisa Kesetabilan Guling Kendaraan Jalan 4 Roda Dengan Pendekatan Chasis Elastis , Tesis, Institut Teknologi Sepeluh Nopember Surabaya.
[4] Abunaim,  Teguh  Budi  S.  (2009). Kaji  Pengaruh  Anti-Roll  Bar  Pada  Suspensi Independen  depan  Kendaraan  ATV  Z200  Terhadap  Perilaku  Body  Roll .  Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 9 no.1. 12-17.
[5] Spring Design Manual. (1996). SAE Spring Committee , 215-267.
[6] Popov, E. P. (1984). Mekanika Teknik (Vol. 2). (Z. Astamar, Penerj.) Jakarta: Erlangga.
[7] Sularso, &  Suga,  K. (2004). Dasar  Perancangan  Dan  Pemilihan  Elemen  Mesin. Jakarta: Pradnya Paramita.
[8] Carlberg  Conrad,  (2018), Predictive  Analytics:  Microsoft  Excel ,  -,  edisi  2,  Pearson, Indianapolis USA.