## KELAYAKAN PEGAS DAUN DALAM PENERIMAAN BEBAN OPTIMAL

## DARYONO
Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang
E-mail: daryono�umm@yahoo.com daryono�umm@yahoo.com

## AbSTrAK
Sampai saat ini banyak kendaraan darat yang menggunakan suspensi model pegas daun. Jenis suspensi ini terdiri dari beberapa susunan lempeng. Penelitian ini difokuskan sebatas test laboratorium saja dan tidak menggunakan pengujian lapangan atau ekperimen karenanya hasil atau kesimpulan yang diperoleh bersifat teoritis. Besarnya harga frekuensi natural dari semua mode getaran berdasarkan hasil modal analisis diperoleh harga diatas 100 Hz yang melampaui batas aman baik dari segi kemanan desain konstruksi suspensi itu sendiri maupun bagi keamanan penumpangnya. Tetapi dengan menggunakan simulasi harmonik dengan input frekuensi sebesar 1 Hz samapi dengan 10 Hz dihasilkan besarnya simpangan atau ampltudo getar tidak lebih dari 20 mm yang masih masuk batas aman untuk kenyamanan penumpang atau manusia berdasarkan diagram kenyamanan menurut Jane Way. Hal inilah yang menyebabkan masih terpakainya suspensi jenis pegas daun untuk kendaraan darat oleh masyarakat pengguna otomotif.
Kata kunci: pegas daun, suspensi, keamanan, kenyamanan

## AbSTrACT
Nowdays a lot of vehicle still used suspension Leaf spring either in front or in rear suspension. Commonly, his suspension consist of several peace of springs that called leaf spring. This research is focus on laboratory work without experimental test. As a result only theoretical conclusion. Natural frequency by modal analysis show that all mode are more than 100 Hz. It is very dangerous value of safety passengers and the suspension its self. But with harmonik simulation between 1 until 10 Hz input frequency will be resulted no more than 20 mm amplitude. This is the range where passenger still get comfortability according to Jane way diagram of comfort ability. Consequently a lot of people or automotive engineer still use this kind of suspension.
Key words: leaf spring, suspension, safety, comfort

## PENDAHULUAN
Penggunaan  pegas  daun  sebagai  suspensi kendaraan untuk transfortasi darat masih relevan eksistensinya yang mana hampir 85% suspensi untuk kendaraan  truck  menggunakan  model  suspensi pegas daun (Fu, 2002). Jika dilihat dari konstruksi dan kondisi pemasangan suspensi pegas daun ini menunjukan  adanya  suatu  keunikan  yaitu  pada susunan  pegas  yang  melengkung  dengan  radius kelengkungan tertentu sampai lapisan yang paling akhir (Norman, 2002). Demikian pula jika ditinjau Norman, 2002). Demikian pula jika ditinjau . Demikian pula jika ditinjau dari  segi  jumlah  pemakain  yang  begitu  relevan jumlahnya menunjukan bahwa memang ada suatu keistimewahan yang tersembunyi pada konstruksi pegas  daun  atau  "Leaf  Spring"  sebagai  suspensi kendaraan darat ini. Namun belum ada suatu desain yang paling bagus mengenai berapa jumlah susunan lempeng  pegas  yang  akan  memberikan  kualitas
kenyamanan maupun keamanan yang paling baik (Shankar, 2006). Shankar, 2006).
Beberapa peneitian yang berkaitan dengan hal ini antara lain optimasi gelagar tumpuan sederhana dengan menggunakan ANSYS' 5.4 mengungkapkan bahwa hasil optimasi menunjukan bahwa dengan model lengkung dari geometri awal beberbentuk segi empat memberikan kekuatan yang sama dengan contour  penuh.  (Wijayanto  dan  Daryono,  2002). Dilanjutkan  dengan  studi  karakteristik  variasi gelagar  dengan  profil  segi  empat"  menyatakan bahwa dengan radius kelengkungan tertentu ternya memberikan kekuatan gelagar yang lebih tinggi dibanding model gelagar tanpa kelengkungan atau gelagar lurus untuk profil dan volume material yang sama (Miftahurrozi dan Daryono, 2005). Demikian juga penelitian tentang Studi Penggunaan Pegas daun sebagai suspensi mobil Kijang menyimpulkan
bahwa dengan model susunan seperti pada susunan kendaraan  roda  empat  lainnya  diperoleh  harga tegangan maksimum yang terjadi masih di bawah batas harga kekuatan ijin bahan (Tomy dan Daryono, 2005).
Pada kesempatan ini akan dikaji karakteristik pegas daun akibat pembebanan dinamis dengan tujuan untuk mempelajari karakteristik dinamik yang berupa besar frekuensi dan amplitudo getaran pada kendaraan roda empat sehingga menghasilkan kenyamanan  yang  bisa  diterima  oleh  manusia/ penumpang  sesuai  dengan  kekuatan  atau  batas keamanan bahan pegas yang dimodelkan.

## METODE
Pegas daun yang umumnya digunakan pada mobil adalah bentuk semi-elliptikal seperti ditunjukkan pada  Gambar  1.  Pegas daun ini terbentuk dari Pegas  daun  ini  terbentuk  dari sejumlah pelat-pelat (berbentuk seperti daun). Daun- daun ini biasanya mempunyai ciri dilengkungkan sehingga  daun-daun  itu  akan  melayani  untuk melentur menjadi lurus oleh karena kerja beban.
Gambar  1. Pegas Daun Semieliptikal
Daun-daun itu disatukan bersama oleh sabuk seperti gelang yang disusutkan melingkarinya pada posisi tengah atau dengan baut yang menembusnya di tengah. Sabuk tersebut menggunakan efek kuat dan kokoh, oleh karena itu panjang efektif pegas untuk melentur akan menjadi panjang keseluruhan pada pegas dikurangi lebar dari sabuk. Dalam hal sabuk  tengah  (centre  bolt),  dua  per  tiga  jarak  di antara pertengahan sabuk-U (U-bolt) akan dikurangi dari panjang keseluruhan pegas agar mendapatkan panjang efektif. Pegas ditumpukkan pada rumah poros dengan menggunakan sabuk-U.
Daun yang lebih panjang dikenal sebagai daun utama (main leaf atau master leaf) dengan ujung dibentuk menyerupai lubang mata yang mana di
pasang dengan baut untuk mengikat pegas pada tumpuannya. Biasanya pada mata tersebut, pegas disematkan  pada  sengkang  (shackle),  yang  juga diberikan bantalan yang terbuat dari bahan anti gesekan  seperti  perunggu  (bronze)  atau  karet (rubber). Daun pegas yang lainnya dikenal sebagai graduated leaves. Agar mencegah terjadinya gesekan atau desakan pada daun yang berbatasan, ujung- ujung dari graduated leaves diatur dalam bermacam- macam bentuk seperti diperlihatkan oleh gambar 1.
Daun utama akan melawan beban-beban lentur vertikal  dan  juga  beban-beban  yang  disebabkan bagian samping kendaraan dan torsi, oleh karena adanya tegangan disebabkan oleh beban-beban ini, sudah menjadi kebiasaan memberikan dua daun dengan panjang penuh dan blok bantalan pada daun tersusun (graduated leaves) seperti ditunjukkan pada gambar 1. Jepitan pantul (rebound clips) diletakkan pada posisi pertengahan panjang pegas, sehingga susunan daun-daun juga ikut andil menghantarkan tegangan  pada  daun  panjang  penuh  (full  length leaves) ketika pegas memantul.
Gambar 1:  Dimensi pegas daun ( leaf spring) 0,72 1,58 0,32 0,44 0,56 0,86 1,01 1,15 0,086 0,078 0,16 0,018
Gambar 2. Dimensi Pegas Daun (Leaf Spring)
Data-data spesifikasi Dumptruck sebagai berikut: Merk Kendaraan: Nissan Type: CWB 520 HDN, Berat bersih Dumptruck: 12.600 kg Berat muatan Dumptruck: 17.400 kg, Panjang Chasis: 7,025 m, Lebar Chasis 1,256 m Panjang Dump: 5 m,. Dimensi panjang pegas daun Dumptruck:
Pegas No. 1: 1,58 m, Pegas No. 2: 1,58 m, Pegas No. 3: 1,15 m Pegas No. 4: 1,01 m, Pegas No. 5: 0,86 m, Pegas No. 6: 0,72 m Pegas No. 7: 0,56 m, Pegas No. 8: 0,44 m, Pegas No. 9: 0,32 m Lebar Pegas Daun Dumptruck: 0,086 m, Tebal Pegas Daun Dumptruck: 0,018 m Bahan Pegas: Baja DIN 17222,
Modulus eleastisitas (E): 20,6.10 10 N/m 2 Tegangan ijin ( σ B ): 67.10 9 –2,16.10 9 N/m 2 ,
Density ( ρ ): 7850 Kg/m 3 Angka poisson (v): 0,34
Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam metode penelitian ini mendapatkan data spesifikasi pegas dan kendaraan dari survei lapangan, maka dilakukan perhitungan beban maksimum yang harus diterima oleh pegas kemudian dilakukan pembuatan model dengan program ANSYS 6.0. Dalam pemodelan ini model yang dibuat berupa benda solid (3D). Dalam hal ini komponen-komponen suspensi belakang tidak digabungkan (add) melainkan hanya disambung (Glue)  sehingga  walaupun  satu  kesatuan  (solid) tetapi masih dapat dipisah-pisah dengan memberikan nama pada tiap-tiap bagian yang telah dibuat tanpa memengarui hasil dari analisis.
Selanjutnya dilakukan uji modal analisis untuk mengetahui besar frekuensi naturan yang terjadi pada  model  kemudian  selanjutnya  dilakukan  uji harmonik  analisis  untuk  mendapatkan  besar distribusi  tegangan  dan  distribusi  defleksi  pada masing-masing  mode  getaran  yang  terjadi. Selanjutnya akan dicari hubungan besar defleksi dan frekuensi natural yang terjadi untuk mendapatkan kualitas kenyamanan menurut standart Jane way sedangkan besar tegangan maksimum dikoreksi dengan kekuatan ijin bahan pegas yang disediakan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis  dilakukan  menggunakan  Software Ansys 6.0. Perbandingan hasil analisis pegas daun suspensi belakang dumptruck disajikan di Tabel 1.
Analisa  hasil  simulasi  ANSYS  6.0  dengan modal analisis diperoleh untuk kondisi pegas daun yang dimodelkan diperoleh 5 modus getar dengan besar  frekuensi  maksimum  yang  ditimbulkan oleh kontruksi pegas rata-rata diatas 100 Hz. Jika kondisi ini betul-betul terjadi saat mobil berjalan
maka tegangan maksimum yang akan terjadi pada lempengan pegas nomor empat diatas yaitu sebesar setara dengan 71,6 N/mm 2 . Sedangkan besarnya lendutan maksimum yang terjadi adalah sebesar 0,067 m atau sama dengan 67 mm, maka material yang tidak aman karena jauh melebihi kekuatan ijinya juga akan memberikan efek yang sangat tidak nyaman bagi penumpangnya berdasarkan standart

## Jane way.
Kenyataannya  eksitasi  sistem  suspensi untuk  kendaraan  roda  empat  ini  salah  satunya berupa profil jalan yang dalam penelitian kali ini dimodelkan sebagai fungsi sinusoidal akibat suatu tanjakan atau karena mobil harus melewati suatu celah jalan yang rusak dengan lebar celah tertentu. Sehingga  dalam  simulasi  berikutnya  atau  pada langkah berikutnya mensimulasikan sistem suspensi pegas daun ini dalam kondisi gerakan harmonik dengan input frekuensi mulai sebesar 1 Hz sampai harga frekuensi maksimum akibat perubahan laju kecepatan kendaraan saat mau melewati profil jalan yang  identik  dengan  fungsi  sinusoidal  tersebut. Dalam penelitian ini kami mengasumsikan bahwa kendaraan akan melewati profil sinusoidal ini tiap jarak lintasan 1 km sehingga jika kendaraan atau mobil benar-benar melaju dengan kecepatan 100 Km/ jam, maka untuk menempuh jarak lintasan sepanjang 10 km akan terjadi pengulangan eksitasi sebanyak 10 kali dan besarnya frekuensi eksitasi sebagi input untuk gerak harmonik ini menjadi: 10/(10/100) kali/ jam atau setara 1,65 Hz.
Untuk itu dalam simulasi ini kami membatasi besarnya frekuensi input pada mana mobil melewati profil jalan sinusoidal ini mulai dari 1 Hz sampai dengan batas nyaman menurut Jane way, walaupun kondisi  reilnya  masih  berada  di  bawah  harga frekuensi yang diinputkan. Hasil simulasi harmonic analisys menunjukan bahwa amplitudo dan besarnya depleksi yang terjadi masih berada dalam ambang batas keamanan dan kenyamanan penumpang atau
Tabel 1. Hasil Analisis Pegas Menggunakan Software Ansys 6.0
Tegangan Maksimum (Pa) Tegangan Minimum (Pa) Defleksi Maksimum (m) Defleksi Minimum (m) Pegas 1 0,151.10 9 2095 0,344.10 -3 0 Pegas 2 0,7.10 8 0,778.10 7 0,345.10 -3 0 Pegas 3 0,545.10 8 783047 0,346.10 -3 0 Pegas 4 0,746.10 8 934541 0,347.10 -3 0 Pegas 5 0,74.10 8 0,397.10 7 0,349.10 -3 0 Pegas 6 0,731.10 8 0,565.10 7 0,351.10 -3 0 Pegas 7 0,703.10 8 0,573.10 7 0,353.10 -3 0 Pegas 8 0,619.10 8 0,455.10 7 0,355.10 -3 0 Pegas 9 0,62.10 8 0,432.10 7 0,357.10 -3
manusia. yang terjadi. Demikian juga hasil simulasi dengan harmonik analisys ini menunjukan bahwa harga tegangan maksimum yang terjadi pada tiap lempengan  pegas  masih  berada  dibawah  harga kekuatan ijin bahan. Dengan demikian baik secara statis  maupun  dinamis  pemakaian  pegas  daun sebagai suspensi kendaraan roda empat ini masih memenuhi syarat.
Melihat dari jumlah lempengan pada konstruksi pegas daun yang dianalisa maupun yang dipakai pada  umumnya  bahwa  jumlah  lempengan  akan berpengaruh  pada  karakteristik  suspensi.  Hal Hal ini memang benar adanya, mengingat walaupun dengan lima lempengan ternyata pada lempengan pegas tertentu yang justru memerima atau terjadi tegangan maksimum yang cukup besar disbanding pada  lempengan  yang  lain.  Karena  itu  dengan menganalisa atau memperhatikan hasil simulasi konstruksi susunan pegas dengan lima lempengan bisa dianalogkan bahwa untuk kondisi kendaraaan yang sama serta dengan konstrain yang sama pula bisa dipastikan akan memberikan efek yang berbeda atau bahkan jauh berbeda jika jumlah susunan atau lempengan pegas dikurangi. Hal ini bisa dijelaskan dengan besarnya momen maksimum yang terjadi pada posisi tengah.
Gambar 3. Bidang  Momen  pada  Model  Pegas  yang Dijepit di Tengah
Dengan  demikian,  semakin  banyak  susunan mestinya akan sanggup menahan atau memberika momen tahanan yang lebih kuat pula. Tetapi karena konstrin ruang dan beaya produksi yang ada, maka dengan sembilan lempengan ini kiranya kondisinya sudah  menguntungkan  baik  ditinjau  dari  segi keamanan maupun biaya produksinya.
Ditinjau dari besarnya ampiltudo dan besarnya frekuensi eksitasi yang terjadi pada system suspensi diatas  yamg  besarnya  1–6  Hz,  maka  menurut standart  kenyamanan  dari  Jane  way  besarnya amplitudo haruslah berada pada range 0 s/d 50 mm.
Sehingga dari hasil simulasi harmonik diatas bisa dikatakan bahwa pemakaian suspensi pegas daun pada poros belakang kendaraan roda empat ini masih memebrikan kenyamanan bagi penumpangnya.

## Standar Kenyamanan menurut Janeway
Kenyamanan penumpang pada kendaraan darat telah dirumuskan oleh Jane way yang mendasarkan kenyaman  penumpang  ini  pada  hubungan  laju kecepatan,  percepatan  terhadap  amplitude  dan frekuensi getar yang terjadi. Pada umumnya tingkat kenyamanan tersebut didasarkan pada tiga level frekuensi yaitu masing-masing pada frekuensi level pertama pada 1–6 Hz, kedua pd frekuensi 6–20 Hz dan level ketiga pada frekuensi 20–60 Hz. Untuk level frekuensi 1–6 Hz harga maksimum dari Jerk atau besarnya percepatan getaran persatuan waktu tidak boleh melebihi 12,6 m/dt 3 atau sebesar 496 in/detik 3. Kalau getaran system dianggap atau dimodelkan sebagai getaran harmonik atau mengikuti fungsi sinusoidal: x = A sin wt, maka harga jerk adalah:
ω ω 3 3 3 d x = A cos t dt Harga jerk akan maksimum jika harga 1 cos = t ω = 1, Jerk maks. = 3 ω A . Analog untuk percepatan dan kecepatan maksimum yang diturunkan dari persamaaan perpindahan t A x ω sin = di atas akan diperoleh:
– Untuk percepatan maksimum =
2 2 2 sin ω ω ω A t A t d x d = − = – Untuk kecepatan maksimum = ω ω ω dx = A cos t = A dt
Yang mana untuk level frekuensi dari 1–6 Hz, besarnya amplitudo maksimum adalah:
( ) ( ) ω 3 3 3 3 1 m 12,6 12,6 dt
A = = = 0,0508 m = 2 in.; rad 2.3,14 dt
(1 Hz = 2 Π rad/dt)
Untuk level 2 mulai frekuensi 6–20 Hz besarnya percepatan maksimum yang diijinkan pada batas nyaman  adalah:  0,33  m/dt 2, maka  amplitudo
maksimum  yang  diturunkan  dari  hubungan  ini adalah:
( ) ω 2 2 2 2 2 m 0,33 0,33 dt
A = = = .0,008..m rad 2.3,14 dt
Untuk  level  frekuensi  20–60  Hz,  besarnya amplitudo maksimum yang diijinkan didasarkan pada kecepatan maksimum yang diijinkan yaitu sebesar 2,7 mm/dt atau sekitar 0,105 in/dt, maka besar amplitudo maksimum yang diijinkan adalah:
ω 3 m 2,7 2,7 dt
A = = mm = 0, 43 mm rad 6, 28 dt
Ditinjau dari besarnya ampiltudo dan besarnya frekuensi eksitasi yang terjadi pada system suspensi diatas  yamg  besarnya  1–6  Hz,  maka  menurut standart  kenyamanan  dari  Jane  way  besarnya amplitudo haruslah berada pada range 0 s/d 5 0 mm. Sehingga dari hasil simulasi harmonik diatas bisa dikatakan bahwa pemakaian suspensi pegas daun pada poros belakang kendaraan roda empat ini masih memberikan kenyamanan bagi penumpangnya.

## SIMPULAN
Dari  penelitian,  didapatkan  bahwa  harga frekuensi natural dari hasil modal analisis adalah untuk gerakan menyamping 115.Hz, untuk gerakan ntuk gerakan keatas dan ke bawah 149 Hz, untuk gerakan ke depan ntuk gerakan ke depan dan ke belakang 283 Hz, dan gerakan satu posisi erakan satu posisi 189 Hz. Dengan analisa harmonik mulai frekuensi 1–6  Hz  diperoleh  besarnya  lendutan  maupun tegangan maksimum masih dibawah harga yang diijinkan untuk material pegas yang dipakai.

## DAFTAR PUSTAKA
Fu, Cebon, 2002. Analysis of truck suspension data base, International  Journal  of  Vehicle  Design  Heavy Vehicle System. National Taiwan University.
Khurmi, G., 1982. Text Book of Machine Design. New Delhi.
Miftahurrozi,  D.,  2003.  Optimasi  Kelengkungan Lempengan Pegas Daun. UMM.
Nanang, T.S., 2004. Distribusi tegangan pegas Daun pada Dump Truck, UMM.
Norman, E.D., 2002. Mechanical Behavior of Material International Student Edition.
Shankar, V., 2006. Mono Composite Leaf Spring for Light Weight Vehicle. Journal material Science.
Tomy, Daryono, 2005. Analisa Kekuatan Pegas Daun kendaraan  Kijang,  Technical  Report,  Graduate Student, UMM.
Wijayanto,  B.  dan  Daryono,  2002.  Optimasi  Gelagar Technical Report, Graduate student. UMM.