## ANALISA TEGANGAN PADA CRANKSHAFT SEPEDA MOTOR SUZUKI SMASH MENGGUNAKAN SOFTWARE SOLIDWORKS

## Helmiyansah
Program Studi Teknik Industri, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta E-mail: yansahhelmi@gmail.com
Abstrak -- Pentingnya untuk mengetahui besar tegangan maksimum dan faktor keamanan maksimum pada  material  crankshaft  sepeda  motor  Suzuki  Smash  dengan  bantuan  Software  Solidworks  2012. Bahan  material  yang dipilih untuk  crankshaft  adalah Alloy Steel.  Melalui penggunaan software  maka akan lebih mudah menampilkan gaya aksi dan reaksi pada crankshaft akibat pembebanan gaya radial yang diterima oleh crankshaft sebesar 1,4 N. Prosedur penelitian di mulai dengan mengukur dimensi crankshaft dari motor Suzuki Smash kemudian dibuatkan model 3D untuk menganalisis. Hasil analisa ditampilkan berupa gambar yang menunjukan distribusi tegangan pada Crankshaft. Dari hasil analisa software disimpulkan bahwa tegangan maksimum pada Crankshaft sebesar 8,74 x10 -3 N/mm² dengan faktor keamanan terendah sebesar 8,09 x 10 12 .
Kata kunci: crankshaft, Solidworks, tegangan maksimum, faktor keamanan

## 1.  PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kendaraan darat merupakan jenis alat transportasi  yang paling banyak digunakan oleh manusia,  karena  memiliki  kontruksi  yang  lebih sederhana,  sehingga berharga murah dan tentu saja dapat dimiliki setiap individu. Sepeda motor merupakan  bentuk  kendaraan  darat  bermesin yang paling sederhana dan saat ini paling banyak penggemarnya di tanah air.
Crankshaft/poros  engkol  merupakan  salah satu komponen utama yang mengkonversi energi potensial bahan bakar menjadi tenaga putar pada mesin  piston.  Karena  dalam  proses  kerjanya poros  engkol  mengubah  gerakan  mundur  maju piston  menjadi  gerakan  putar  pada  poros. Adapun  efek  goncangan  dalam  bentuk  vibrasi akibat gerakan bolak balik piston akan di ballance oleh fly wheel.
Sebuah  kendaraan  bermotor  pada  kondisi kecepatan  tinggi  tentunya  harus  memenuhi persyaratan  yang  ketat  agar  layak  digunakan, salah  satunya  adalah  kendaraan  harus  stabil pada  putaran  tinggi,  artinya  getaran  yang  di timbulkan oleh putaran mesin harus dalam batas yang di tentukan.
Gambar 1. Chamshaft, Rocket Arm, Katup dan Crankshaft
Agar mekanisme yang terdapat pada sistem poros engkol  memiliki  umur  yang  panjang,  maka tentunya  komponen  tersebut  harus  di  desain dengan efektif dan  efisien, baik dari segi analisa pembebanan maupun pemilihan material komponen  tersebut.  Untuk  meminimalisir  efek kerusakan  yang  terjadi  akibat  berbagai  jenis beban  dinamis  yang  bekerja  pada  komponen crankshaft  maka  pada  proses  perancangannya hedaknya  terlebih  dahulu  mengetahui  distribusi tegangan  yang bekerja.  Sedangkan  sebagai  alat bantu dalam menganalisanya maka dipergunakan perangkat lunak Solidworks. Dari hasil analisa ini lokasi kerusakan akibat pembebanan yang terlalu tinggi dapat diketahui letak/posisinya secara dini.

## 1.2 Rumusan Masalah
Berdasar latar belakang diatas maka di rumuskan masalah sebagai berikut:
1)  Bagaimana  analisa  tegangan  dan  faktor keamanan secara teoritis pada Pen.
2)  Berapa  besar  tegangan  maksimum  dan minimum analisa menggunakan solidwork.
3)  Berapa  besar  faktor  keamanan  ( Factory  Of Safety ) analisa menggunakan solidworks.

## 1.3  Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian adalah:
1)  Menghitung  gaya  yang  terjadi  pada  pen akibat ledakan didalam ruang bakar.
2)  Menghitung  distribusi  tegangan  maksimum pada  pen  akibat  ledakan  didalam  ruang bakar.
3)  Melakukan  analisa  tegangan  maksimum, minimum  dan  faktor  keamanan  pada Crankshaft  menggunakan simulasi Software Solidworks 2012.
2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Definisi Poros
Poros  merupakan  suatu  bagian  stasioner  yang beputar,  biasanya  berpenampang  bulat,  dimana terpasang  elemen-elemen  seperti  roda  gigi ( gear ), pulley,  flywheel ,  engkol, sprocket dan elemen pemindah tenaga lainnya. Sebagai akibat kerjanya  poros  bisa  menerima  beban  lenturan, beban  tarikan,  beban  tekan  atau  beban  puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya [1].
2.2 Jenis Poros Engkol pada Sepeda Motor
a)  Jenis Built Up
Dipergunakan  pada  motor  jenis  kecil  yang mempunyai jumlah silinder satu atau dua.
Gambar 2. Poros Engkol Jenis Built Up

## b)  Jenis On Piece
Dipergunakan  pada  motor  jenis  besar  yang mempunyai  jumlah  silinder  banyak  [2].  Untuk motor  satu  silinder  pada  poros  engkolnya (biasanya  dihadapan  pena  engkol)  ditempatkan bobot  kontra  sebagai  pengimbangan  putaran engkol  sewaktu  piston  mendapat  tekanan  kerja. Tetapi  motor  yang  bersilinder  banyak,  pena engkolnya  dipasang  saling  mengimbangi.  Berat bobot kontra kira-kira sama dengan berat batang piston ditambah dengan berat engkol seluruhnya. Dengan  demikian  poros  engkol  itu  dapat diseimbangkan,  sehingga  dapat  berputar  lebih rata  dan  getaran-getaran  engkol  menjadi  hilang. Dengan  adanya  bobot  kontra  ini  menyebabkan tekanan  pada  bantalan  menjadi  berkurang  dan merata.

## 2.3 Bahan Poros Engkol
Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja  paduan (Alloy  Steel) dengan  proses pengerasan  kulit (Case  Hardening) sehingga tahan  terhadap  keausan.  Beberapa  diantaranya adalah  baja  khrom  nikel,  baja  khrom  nikel molebdenum,  baja  khrom,  baja  khrom  molibden dan  lain-lain.  Sekalipun  demikian,  baja  paduan
khusus  tidak  selalu  dianjurkan  jika  alasannya hanya  karena  putaran  tinggi  dan  pembebanan yang  berat  saja.  Dengan  demikian  perlu dipertimbangkan  dalam  pemilihan  jenis  proses heat  treatment  yang  tepat  sehingga  akan diperoleh kekuatan yang sesuai [3], Lihat Tabel 3 spesifikasi material di bawah ini.
Tabel 3. Tabel Spesifikasi Matrial Alloy Steel (Sumber: Software Solidworks)

## 2.4 Gaya yang Bekerja pada Piston
Kerja  yang  dilakukan  motor  bakar  dalam  hal  ini adalah  akibat  proses  konversi  energi  potensial yang  di  kandung  bahan  bakar  menjadi  energi mekanik.  Konversi  energi  terbentuk  pada  saat bahan  bakar  meledak  dalam  ruang  bakar sehingga menghasilkan gaya dorong yang sangat besar.  Proses  penekanan  piston  terhadap campuran  bahan  bakar-udara  agar  terjadi pemadatan  volume  serta  agar  campuran  bahan bakar - udara dapat bercampur secara homogen sehingga ketika busi memercikan bunga api akan di  dapat  kualitas  pembakaran  yang  bagus sehingga di dapat ledakan yang besar.
Tekanan  efektif  rata-rata  pada  mesin  4 langkah yang terjadi di ruang bakar tepat di atas piston  kisaran  900  kPa  hingga  1400  kPa  untuk motor  standar,  atau  9  -  13  psi.  Tekanan  ini  di simbolkan  dan F yang  berarti  gaya.[4]  Lihat Gambar 3.
Gambar 3. Gaya Massa Pada Piston ( F )

## 2.5 Tegangan
Gaya  luar  komponen  akibat  beban  kerja  akan ditahan oleh gaya dari dalam komponen  dengan
besarnya sama dengan besaran yang sama tetapi arahnya berlawanan. Gaya dalam pada penampang komponen setiap satuan luas disebut tagangan disimbolkan dengan huruf Yunani sigma
( ) [5].

## 2.6 Momen Lentur
Gaya  yang  berkerja  bahkan  tegak  lurus  dengan sumbu  adalah  gaya  radial.[6]  Gaya  radial  yang bekerja pada poros diperlihatkan dalam Gambar 4 dibawah ini.
Gambar 4. Poros yang Menerima Gaya Radial
Momen Lentur = Gaya Radial x Jarak = x L (1)
Setelah  distribusi  momen  lentur  diketahui  maka berapakah  besaran  tegangan  normal  akibat momen  lentur?  Maka  gunakanlah  dengan persamaan  besaran  tegangan  normal  akibat momen lentur sebagai berikut:
= (2)

## 2.7 Gaya Geser
Selama  poros  menerima  gaya  radial  yang menyebabkan  momen  lentur  maka  selama  itu pula  poros  mendapatkan  beban  berupa  gaya geser  atau  gaya  lintang  [7].  Tegangan  geser dihitung dengan persamaan berikut ini :
= (3)

## 2.8 Tegangan Gabungan
Tegangan  normal  dapat  merupakan  akibat langsung  dari  gaya  tarik  atau  momen  lentur. Tegangan  geser  dapat  merupakan  akibat langsung dari gaya tarik, tegangan geser puntiran atau tegangan geser vertical [8].
a)  Tegangan Utama Maksimum
(4)

## b)  Tegangan Utama Minimum
(5)
2.9 Safety Factor
Safety  factor adalah  sebagai  pengaman  pada sistem  jika  pada  suatu  keadaan  sistem  tersebut menerima beban diluar dari perhitungan.
Tujuannya  agar  design  kita  tidak  failed  (gagal) pada keadaan tersebut [9].
= (6)

## 2.10 Solidworks Simulation
Solidworks adalah salah satu CAD software yang dibuat  oleh  Dassault  Systemes  digunakan  untuk merancang  part  permesinan  atau  susunan  part permesinan  yang  berupa  assembling  dengan tampilan  3D  untuk  merepresentasikan  part sebelum  real  partnya  dibuat  atau  tampilan  2D (drawing) untuk gambar proses permesinan [10].
Solidworks Simulation merupakan bagian dari perangkat  lunak  solidwork  yang  berguna  untuk menganalisa  tegangan (Stress  Analysis) dari desain  yang  sudah  dibuat.  Dengan  adanya simulation  express  ini  sangat  membantu  untuk mengurangi  kesalahan  dalam  membuat  desain. Akurat  tidaknya  suatu  desain  yang  dibuat dipengaruhi juga dengan beberapa faktor lainnya seperti matrial benda, restraint (bagian diam dari part),  dan  load  (beban)  yang  di  berikan. Simulation express akan menunjukan tahap demi tahap  bagaimana  desain  kita  akan  bekerja dibawah kondisi tertentu.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Hasil Analisa Secara Teori
Dari hasil analisa secara teori tegangan maksimal yang  diterima  oleh  pen  dengan  panjang  42mm dan berdiameter 27,39mm akibat gaya gaya radial yang diakibatkan oleh ledakan dalam ruang bakar sebesar σ =  33,60  N/mm ² .  Untuk  lebih lengkapnya  dapat  dilihat  pada  Tabel  6  sebagai berikut:
Tabel 6. Data Hasil Analisa Pen Secara Teori
Berikut  adalah  grafik  analisa  pada  pen  secara teori:

## Grafik 5. Analisa Pen secara Teori

## 3.2 Hasil Analisa Secara Software
Sedangkan analisa menggunakan software akan menghasilkan tegangan maksimal sebesar 8,74 x 10 -3 N/mm, lihat Gambar 6.
Gambar 6. Hasil Stress 1
Sedangkan  untuk  faktor  keamanan  ( FOS) maksimum  sebesar  8,09  x  10 12 dan  minimum sebesar 70,9, lihat Gambar 7.
Gambar 7. Factor of Safety
Analisa software difokuskan pada pen dan poros engkol (Crankshaft) yang sudah diassembly dan  akan  menghasilkan  gaya  reaksi  pada  poros engkol akibat gaya aksi yang diberikan pada pen sebesar    1,4  N.  Untuk  lebih  lengkapnya  dapat dilihat pada tabel 7 dan grafik 8 sebagai berikut:
Tabel 7. Data Hasil Analisa Pen dan Poros Engkol (Crankshaft) dengan Software
Berikut  adalah  grafik  analisa  pada  pen  secara teori:
Grafik 8 Analisa Simulasi Crankshaft menggunakan Software

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  perhitungan  teoritis  dan simulasi  yang  dilakukan,  maka  dapat  ditarik kesimpulan  akibat  pembebanan  gaya  radial sebesar  1,4  N  yang  terjadi  pada  pen  dan crankshaft sebagai berikut:
1)  Berikut  tabel  hasil  perhitungan  dari  analisa tegangan-tegangan yang terjadi pada Pen.
2)  Berdasarkan  hasil  simulasi  dengan  software SolidWorks  diperoleh  tegangan  maksimum sebesar  8,74  x  10 -3 N/mm²  dan  tegangan minimum sebesar 7.66 x 10 -11 N/mm².
3)  FOS (Factor  Of  Safety) berdasarkan  analisa menggunakan  software  diperoleh  sebesar 8,09 x 10 12 .

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Sighley  E.  Josep.,  (1984). Perancangan Teknik Mesin. Jakarta [2]. Poros Engkol (Crankshaft). (2015). Retrieved from website:http://otoengine.com/poros- engkol-crankshaft/
[3].  Novyanto  O.,  (2007). Element  Mesin  Poros (Shaft). Retrieved from website:
http://okasatria.blogspot.co.id/2007/10/engin eering-knowledge.html
[4]. Memahami  Kompresi,  Rasio  Kompresi  dan Tekanan  Kompresi. (2013) Retrieved  from website: http://dnsrust.blogspot.co.id/2013/12/memha mi-kompresi-rasio-kompresi-dan.html
[5].  Dahlan  D.  (Ed). Elemen  Mesin. (2012).
Jakarta
[6].  Sonawan  H.  (2010). Perancangan  Elemen
Mesin . Bandung
[7].  Mott L.  (2009). Elemen-Elemen Mesin dalam Perancangan Mekanis
[8]. Safety FaCtor . (n.d). Retrieved from website: https://www.scribd.com/doc/232253472/Safet y-Factor
[9]. Solidworks  2012 .  (2011)  Retrieved  from website:https://youzoef.wordpress.com/2011/ 12/02/solidworks-2012