## RANCANG BANGUN RANGKA MOBIL LISTRIK IBN KHALDUN SAKTI (IKSA)
Gusti Chandra Agung Nugraha 1 , Budi Hartono 2 , Dwi Yuliaji 3
123 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik dan Sains, Universitas Ibn Khaldun Bogor
1 e-mail: gustichandra@gmail.com

## ABSTRAK
Rangka adalah bagian terpenting dari sebuah mobil listrik karena pada bagian ini semua komponen dan penumpang  diletakkan.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan  perhitungan  tegangan  normal,  defleksi,  dan  factor keamanan sebagai tolak ukur kekuatan sebuah rangka mobil. Perhitungan tegangan pada bagian depan rangka adalah 2,32x10 7 N/m 2 , bagian tengah adalah 2,22x10 7 N/m 2 , dan bagian belakang adalah 3,69x10 7 N/m 2 . Nilai defleksi yang terjadi di bagian depan dari rangka adalah 1,67 mm, di bagian tengah adalah 2,21 mm, dan di bagian belakang adalah 1,80 mm. Faktor keamanan pada bagian depan rangka adalah 10,7, bagian tengah adalah 11,2, dan bagian belakang adalah 6,77. Hasil perhitungan serta pengujian rangka mobil listrik ini menunjukkan capaian sesuai standar.

## Kata kunci : defleksi, faktor keamanan , rangka, tegangan normal

## ABSTRACT
Chassis is the most important part of an electric car because in this part all components and passengers are placed. In this study of the calculation of normal stress, deflection, and safety factors is done as a measure of the strength of a car chassis. Calculation of the stress on the front of the chassis is 2.32x10 7 N / m 2 , the middle part is 2.22x10 7 N / m 2 , and the back is 3.69x10 7 N / m 2 . The deflection value that occurs at the front of the frame is 1.67 mm, at the center is 2.21 mm, and at the rear is 1.80 mm. The safety factor on the front part of the frame is 10.7, the middle part is 11.2, and the back part is 6.77. The results of the calculation and testing of the electric car  chassis shows the achievements according to the standard.
Keywords : Chassis, Normal Stress, Deflection and Safety Factor

## 1. PENDAHULUAN
Mobil listrik merupakan salah satu mobil masa depan  yang  tidak  menggunakan  bahan  bakar  fosil secara  langsung.  Salah  satu  penelitian  yang menggabungkan  penggunaan  energi  sinar  matahari dan mobil listrik (Arsie, Marotta, Pianese, Rizzo, & Sorrentino, 2005) menunjukkan semangat pembuatan mobil listrik dalam kalangan universitas.
Beban  kendaraan  mobil  listrik  berupa  berat penumpang,  berat  mesin,  dan  berat  komponen lainnya  diletakkan  di  atas  rangka.  Kontruksi  yang kuat  untuk  menahan  beban  kendaraan  mobil  listrik adalah  karakter  utama  sebuah  rangka  (Wahyudi  & Fahrudi,  2017).  Pemilihan  bahan,  nilai  defleksi, tegangan,  serta  safety  factor adalah  parameter  yang utama  untuk  menentukan  kekuatan  sebuah  rangka mobil listrik (Setyono, 2016).
Berat  dan  kekuatan  rangka  seringkali  menjadi pertimbangan  dalam  pemilihan  material  sebuah rangka.  Pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh
(Tsirogiannis, Stavroulakis, & Makridis, 2017) yang mempertimbangkan  keringanan  namun  keamanan dan  kenyamanan  sebuah  mobil.  Pemilihan  material rangka  yang  ringan  akan  mempengaruhi  terhadap konsumsi energi yang rendah. Namun pada penelitian kali ini konsumsi energi mobil listrik tidak dijadikan pertimbangan dalam pemilihan material.
Maka  tujuan  penelitian  ini  untuk  merancang sebuah  rangka  mobil  listrik  IKSA  yang  memenuhi standar.  Pada  perancangan  kerangka  mobil  listrik IKSA ini penulis menggunakan batang penampaang hollow ASTM A36 dengan ukuran 50 mm x 100 mm. Perhitungan teoritis yang difokuskan pada penelitian ini  adalah  mencari  nilai  tegangan  normal,  defleksi, dan safety  factor .  Penulis  melakukan  pengujian kekuatan  kerangka  serta  dilakukan  pengukuran defleksi  dengan  menggunakan  alat  ukur dial indicator.

## 2. METODE PENELITIAN
Tahapan  kegiatan  dalam  proses  penelitian  ini dalam  bentuk  diagram  alir  yang  ditunjukan  dalam Gambar 1. Pada penelitian ini dimulai dengan studi literatur  mencari  refrensi  jurnal-jurnal  yang  telah melakukan  penelitian  perakitan  kerangka  mobil listrik. Setelah mencari refrensi langkah selanjutnya adalah  mengidentifikasi  beban  yang  akan  diterima oleh  kerangka.  Dari  hasil  identifikasi  beban  mulai perhitungan,  perhitungan  yang  dilakukan  pada penelitian ini adalah perhitungan tegangan, defleksi, dan safety factor . Setelah perhitungan secara numerik dan  teoritis  dilakukan  validasi  apakah  memenuhi standar  keamanan  atau  tidak,  jika  tidak  maka  perlu dilakukan desain ulang. Ketika proses validasi sesuai standar  maka  dilakukan  proses  produksi.  Setelah rangka  selesai  dibuat  dilakukan  pengujian  rangka dengan  menggunakan  dial  indicator.  Dilakukan pembahasan  dan  penarikan  kesimpulan  dan penelitian dianggap selesai.

## 2.1 Desain Kerangka
Pada desain kerangka mobil listrik ada 3 bagian utama  yang  akan  menerima  beban.  Adapun penjelasannya terdapat pada Tabel 1.
Tabel 1 Bagian titik tumpuan beban kerangka No Bagian Keterangan 1 WA Pada  bagian  A  terletak  pada bagian depan kendaraan, beban yang ada pada bagian ini adalah beban front part. 2 WB Pada  bagian  B  terletak  pada bagian tengah kendaraan, beban yang ada pada bagian ini adalah beban penumpang 2 . 3 WC Pada  bagian  C  terletak  pada bagian  belakang  kendaraan, beban yang ada pada bagian ini adalah beban mesin kendaraan .
Adapun spesifikasi dari kerangka dan material mobil listrik IKSA yaitu lebar total sebesar 1.300 mm dan panjang total kerangka mobil adalah 3.512 mm. Material yang dipakai adalah ASTM A36.

## Gambar 1 Diagram Alir Penelitian

## 2.2 Bahan dan Alat
Bahan  dan  alat  yang  akan  digunakan  pada perakitan  kerangka  mobil  listrik  IKSA  dapat dilihat pada Tabel 2 & 49.
Tabel 2. Bahan Untuk Proses Produksi
No  Nama Bahan  Tipe Bahan Ukuran 1 Besi hollow ASTM A36 50x100 mm 2 2 Plat ASTM A36 5 mm
Tabel 3. Alat Untuk Proses Produksi No Nama Alat Jumlah Satuan 1 Mesin Las 1 unit 2 Gerinda 1 unit 3 Mesin Potong 1 unit 4 Consumable 1 lot

## 2.3 Pengujian
Parameter  yang  ditekan  pada  pengujian  ini adalah obyek displacment pada kontruksi rancangan kerangka  mobil  listrik  IKSA.Pada  pengujian displacment akan digunakan menggunakan alat ukur dial indicator .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Adapun  hasil  proses  produksi  kerangka  mobil listrik IKSA beserta dudukan komponen dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Hasil proses produksi kerangka

## 3.1 Pembebanan Rangka IKSA
Kerangka  merupakan  bagian  dari  kendaraan yang mempunyai banyak fungsi sehingga beban yang diterima tiap bagiannya tidak sama. Distribusi beban yang terjadi pada kerangka mobil listrik IKSA terbagi menjadi  tiga  yaitu  bagian  WA,  bagian  WB,  dan bagian WC.  Gambar  3  menunjukkan  pembagian distribusi beban pada rangka IKSA.
Gambar 3. Distribusi beban kontruksi kerangka
Keterangan pada pembagian beban diatas adalah sebagai berikut :
WA = 102 kg x 9,81 m/s 2 = 6116 N WB = 320 kg x 9,81 m/s 2 = 3139,2 N W C = 153 kg x 9,81 m/s 2 = 971,4 N Kerangka bagian R A – R B ( Front part ) dengan beban  6116  N,  diagram  benda  bebas  dapat  dilihat pada Gambar 4 & Gambar 5.
Gambar 4. Pembebanan pada section WA
Gambar 5. Diagram benda bebas bagian R A -R B
Hasil beban pada titik R A dan R B adalah R A = 3059 N dan R B = 3059 N. Kerangka  bagian  R C –  R D (penumpang) dengan beban 3139,2 N, diagram benda bebas dapat dilihat pada Gambar 6 & Gambar 7.
Gambar 6. Pembebanan pada section WB
Hasil beban pada titik R D dan R C adalah R D 1569,6 N dan R C 1569,6 N. Kerangka  bagian  R E –  R F (motor  listrik  + komponen  (rear  part)  dengan  beban  971,4  N  , diagram benda bebas dapat dilihat pada Gambar 8 & Gambar 9.
Gambar 8. Pembebanan pada section WC
Gambar 9. Diagram benda bebas bagian R E –R F
Hasil beban pada titik R E dan R F adalah R E = 485,7 N dan R F = 485,7 N.

## 3.2 Tegangan Normal
Menentukan  tegangan  normal  akibat  momen membutuhkan nilai momen pada rangka IKSA. Nilai momen  kerangka  dibagi  menjadi  tiga  yaitu  bagian WA, WB dan WC. Persamaan (1) digunakan untuk menentukan nilai momen.
𝑀 𝐿 = 𝐹 𝑅 × 𝐿 (1)
Dimana : ML = Moment Lentur ( Nm ) FR = Beban Radial ( N ) L = Jarak ( m )
Setelah  mendapatkan  nilai  momen  lentur selanjutnya  mencari  momen  inersia  pada  kerangka. Kerangka  mobil  listrik  IKSA  ini  menggunakan batang penampang hollow ASTM A36 seperti pada Gambar 10.
Gambar 10. Penampang ASTM A36
Persamaan (2) yang digunakan untuk menemukan moment inersia adalah sebagai berikut.
𝐼 = 4𝑊 3 ( ℎ 2 − 𝑡) 3 + 2𝑏 3 [( ℎ 2 ) 3 − ( ℎ 2 − 𝑡) 3 ] (2)
Dengan parameter: b = 50 mm
h = 100 mm
w = 2 mm t = 2 mm
Nilai  momen  inersia  pada  material  yang digunakan  pada  kerangka  mobil  listrik  adalah 7,75x10 5 mm 4 .  Setelah  mendapatkan  nilai  momen inersia profil terhadap kerangka selanjutnya mencari nilai  tegangan  normal  akibat  momen.  Menentukan tegangan  normal  akibat  momen  pada  bagian  WA, WB, dan WC, yaitu menggunakan persamaan (3).
𝜎 = 𝑀 𝐿 ×𝑐 𝐼 (3)
Dimana : σ = Tegangan ( N/m )
C  =  Jarak  vertikal  dari  titik  berat  penampang kesebuah  titik  yang  kita  amati.  Tegangan  normal akibat  moment  pada  bagian  WA  adalah  2,32x10 7 N/m 2 ,  WB  adalah  2,22x10 7 N/m 2 dan  pada  WC adalah 3,69x10 7 N/m 2 .

## 3.3 Defleksi
Tinggi rendahnya nilai defleksi tergantung pada tinggi  rendahnya  beban  yang  diberlakukan  pada setiap  bagian  dari  rangka  mobil  tersebut.  Dalam menentukan  nilai  defleksi  ini  dibagi  menjadi  tiga
bagian  yaitu  WA,  WB,  dan  WC.  Persamaan  (4) digunakan untuk menentukan nilai defleksi.
𝛿 = 𝑤 ×𝐿 4
48 ×𝐸 ×𝐼
(4)
Dimana: W = Beban (N) L = Panjang batang (m) E = Modulus elatisitas (N/mm 2 ) I = Momen inersia (mm 4 )
Dengan  hasil  tersebut  maka  ditemukan  nilai defleksi  pada  bagian  WA  sebesar  1,67  mm,  pada bagian WB sebesar 2,21 mm dan pada bagian WC sebesar 1,80 mm.

## 3.4 Safety factor
Safety factor atau faktor keamanan merupakan suatu  batas  aman  dari  suatu  alat  dalam  menerima pembebanan.  Dalam  menentukan safety  factor ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu WA, WB, dan WC Safety factor didapatkan dari persamaan (5).
𝑆𝐹 = 𝑌𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 (5)
Dengan Yield Strength ASTM A36 adalah 250 MPa maka dapat hitung safety factor pada bagian WA adalah 10,7, bagian WB adalah 11,2, dan bagian WC =  6,77.  Pada  umumnya  nilai safety  factor yang digunakan  dalam  keadaan  dinamis,  pembebanan yang tidak tentu dalam perjalanan, seperti kerangka pada mobil adalah 4 (Childs, 2014). Rangka chassis IKSA  memiliki  nilai safety  factor yang  lebih  baik dibandingkan  penelitian  yang  dilakukan  oleh (Wahyudi & Fahrudi, 2017).

## 3.5 Hasil Uji Coba Kerangka Pada Keadaan Statis
Hasil  uji  coba  kerangka  dengan  menggunakan dial indicator dapar dilihat pada Gambar 11 & Tabel 4. Menurut standar ISO 2768, standar perpindahan  yang  terjadi  harus  1  mm  /  10.000 mm.  Hasil  uji  coba  kerangka  mobil  listrik  IKSA lendutan  yang  terbesar  pada  kerangka  terjadi  pada section  WB  yaitu  11  mm,  hasil  ini  terjadi  karena kerangka  belum  mendapat  redaman  dari  suspensi mobil dan nam mobil.
Gambar 11. Pengukuran langsung defleksi rangka IKSA
Tabel 4 Hasil pengukuran langsung defleksi rangka IKSA No Titik Beban Beban Hasil 1 WA 102 kg 0.5 mm 2 WB 320 kg 11 mm 3 WC 153 kg 0.89 mm

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dengan menggunakan  tahap  perhitungan  rancang  bangun kerangka  mobil  listrik  IKSA  dapat  disimpulkan bahwa kekuatan kerangka mobil cukup kuat, karena spesifikasi yang telah didapatkan memenuhi standar minimal  dari  tegangan  maksimum  bahan  yaitu  250 Mpa.  Analisis  menunjukan  bahwa  pada  keadaan statis dengan beban yang diterima kerangka mencapai 600  kg.  Tegangan  maksimum  yang  diterima  oleh kerangka  adalah  22,2  N/mm 2 dari  tegangan maksimum  material  ASTM  A36  yaitu  sebesar  250 N/mm 2 sehingga  produk  yang  dihasilkan  telah memenuhi standar keamanan.
Hasil  rancang  bangun  yang  dilakukan penelitian  ini  menunjukkan  hasil  yang  sesuai standar kekuatan rangka.

## REFERENSI
Arsie,  I.,  Marotta,  M.,  Pianese,  C.,  Rizzo,  G.,  & Sorrentino,  M.  (2005).  Optimal  design  of  a hybrid electric car with solar cells. Proc. of 1st AUTOCOM Workshop on Preventive and Active Safety Systems for Road Vehicles, Istanbul .
Childs,  P.  R.  N.  (2014). Mechanical  Design Engineering Handbook . Butterworth- Heinemann.
Setyono,  B.  (2016).  Perancangan  Dan  Analisis
Kekuatan  Frame  Sepeda  Hibrid  “Trisona” Menggunakan  Software  Autodesk  Inventor. Jurnal IPTEK , 20 (2), 37. https://doi.org/10.31284/j.iptek.2016.v20i2.43
Tsirogiannis,  E.  C.,  Stavroulakis,  G.  E.,  &  Makridis,
S. S. (2017). Design and Modelling Methodologies of an Efficient and Lightweight
Carbon-fiber  Reinforced  Epoxy  Monocoque Chassis,  Suitable  for  an  Electric  Car. Material
Science  and  Engineering  with  Advanced
Research , 2 (1), 5–12.
https://doi.org/10.24218/msear.2017.21 Wahyudi,  N.,  &  Fahrudi,  Y.  A.  (2017).  Studi Eksperimen  Rancang  Bangun  Rangka  Jenis Ladder Frame pada Kendaraan Sport. JEECAE (Journal of Electrical, Electronics, Control, and
Automotive Engineering) , 1 (1), 71–75. https://doi.org/10.32486/jeecae.v1i1.15