## DESAIN SISTEM MEKANIK PADA TRANSMISI MOTOR MATIK UNTUK KESELAMATAN PENGENDARA
S. Ariyono 1,* , B. Supriyo 2 , B. Sumiyarso 3 , B. Cahyono 3 , D.R. Harahap 4
1 Direktur Polmanbabel, Bangka 33211
2 Jurusan  Teknik  Elektronika,  Polines,  Semarang 50275
3 Jurusan  Teknik  Mesin,  Polines,  Semarang 50275
4 Jurusan  Teknik  Mesin,  Polmanbabel,  Bangka 33211
* E-mail: sugeng@polman-babel.ac.id
Diterima: 21-06-2019 Direvisi: 13-11-2019 Disetujui: 01-12-2019

## ABSTRAK
Pasar  kendaraan  di  Indonesia  terutama  sepeda  motor  sangat  besar  diperkirakan  pertumbuhan  kendaran  sepeda motor mencapai 6 juta pertahun. Dari angka tersebut lebih dari 50 persen didonminasi oleh motor matik dan pasar motor  matik  ini  semakin  tahun  semakin  meningkat  jumlah  penjualannya.  Hal  ini  dikarenakan  motor  matik  ini mudah untuk mengendarainya. Ada beberpa kelemahan dengan sistem transmisinya diantaranya adalah tidak ada engine break saat jalan menurun. Motor akan jalan ketika dalam keadaan hidup kemudian tekan gasnya. Penelitian ini membahas tentang desain sistem mekanik pada transmisi motor matik yang mampu mencegah dari kesalahan pemakaian  atau  prosedur  yang  menyebabkan  terjadi  kecelakaan.  Untuk  mencapai  tujuan  tersebut  maka  perlu dilakukan  beberapa  langkah  diantarnya  adalah  mereview  desain  yang  ada,  menentukan  sistem  penggantinya, mendesain sistemnya, membuat dan mengujinya. Dari hasil percobaan maka diperoleh kesimpulan bahwa sistem transmisi matik dapat digantikan dengan sistem mekatronik dengan desain khusus pada mechanical linkage -nya.
Kata Kunci: Motor Matik; Transmisi Sabuk Karet; CVT; Transmsisi Mekatroni.

## ABSTRACT
The vehicle market in Indonesia, especially motorbikes is very large, it is estimated that the growth of motorbike vehicles  will  reach 6 million per year. Recently, more than  50 percent  is dominated by  automatic  motorcycles and  the  market  increase  significantly.  This  is  because  automatic  motorcycles  can  be  easily  ridden.  There  are some  weaknesses  with  this  transmission  system,  among  them  is  there  is  no  engine  brake  when  the  road  is  in downhill condition. The motor will easily run when the gas throttle is pressed. This paper discusses the design of a  mechanical  system  on  the  automatic  transmission  that  is  able  to  prevent  mistake  on  procedures  that  causes accidents.  To  achieve  this  goal,  it  is  necessary  to  do  several  steps,  including  reviewing  the  existing  design, determining the new system, designing the system, manufactured and testing. Experiment results shows that the current  motorcycles  automatic  transmission  system  can  be  replaced  with  a  mechatronic  system  with  special linkage mechanism to control ratio change.
Keywords: Automatic Scooter; Rubber Belt Transmission; CVT; Mechatronic Transmission.

## SINTEK JURNAL: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
ISSN: 2088-9038, e-ISSN: 2549-9645
Homepage: http://jurnal.umj.ac.id/index.php/sintek

## 1. PENDAHULUAN
Transmisi  yang  pertama  dibuat  adalah transmisi  sabuk  atau Continuously  Variable Transmission (CVT) ketika  pertama  mesin bakar ditemukan. Karena bentuknya yang besar dan kemampuan torsinya rendah maka ditinggalkan.  CVT  telah  ditemukan  dalam otomotif  dan  penerapan  industri  seperti  alat permesinan sejak awal abad ke 20. CVT adalah alat  transmisi    daya,  dimana  rasio  kecepatan dapat  divariasi  terus-menerus  diantara  dua batasan  [1].  Terdapat  banyak  jenis  dari  desain CVT,  tiap  desain  memiliki  karakteristik masing-masing,    seperti  Belt  CVT,  Spherical CVT  [2],  Hydrostatic  CVT  [3],  E-CVT  [4], Toroidal CVT [5], Power-Split CVT [6], Chain CVT,  Milner  CVT  [7],  Ball-Type  Toroidal CVT  [8],  dan  sebagainya.  Bagaimanapun,  dari semua  itu,  tipe  rantai  dan  sabuk  yang  paling banyak  digunakan  dalam  CVT  di  penerapan atomotif [9].
Oleh  karena  itu  konsep  CVT  lebih  banyak digunakan  pada  permesinan  seperti  mesin milling untuk mengatur kecepatan spindle .

## 2. METODE PENELITIAN
Secara  umum  Gambar  skematik  dari  CVT terdiri pulley penggerak, pulley yang digerakkan    dan  sabuk  seperti  yang  terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. CVT pada motor matik.
Secara ringkas cara kerja CVT tersebut adalah sebagai berikut:
a. Poros  input  tersambung  langsung  ke poros  mesin  sehingga  bila  mesin berputar  cepat  maka  akan  berdampak pada centrifugal roller.
b. Perputaran poros mesin ini diteruskan ke pulley output melalui sabuk karet.
c. Pada pulley output  terdapat  kopling centrifugal  yang  bekerja  ketika  putaran mencukupi  untuk  memutar  poros  yang berhubungan dengan roda.
d. Perubahan  rasio  diakibatkan  oleh  gaya centrifugal roller akan mendorong moveble flange bergerak secara axial dan mendorong sabuk karet sehingga diameternya membesar. Sementara radius  sabuk  karet  pada pulley output mengecil.
e. Sementara  torque  cam  berfungsi  pada saat kendaraan naik bukit. Cam  ini  akan berputar  sehingga  memaksa  mendorong movable  flange pada pulley output sehingga radius sabuk yang tadinya kecil akan membesar.

## 2.1. Perhitungan Rasio Transmisi
Untuk  mendesain  mekanisme  yang  mampu mengganti  sistem  mekanisme  yang  dipakai sekarang yaitu dengan sistem centrifugal maka konsep  dasar  perhitungan  atau  teori  sabuk. Pada  gambar  2  menunjukan  skematik  diagram pulley dan sabuk.
Gambar 2. Skematik diagram pulley dan sabuk
Notasi dalam skematik diagram tersebut adalah:
- X merupakan jarak poros pulley
- L merupakan panjang sabuk
- R p dan R s masing-masing adalah Radius pulley primer  atau  input  dan  Radius pulley sekunder atau output.
-  adalah sudut kemiringan pulley
Dari diagram skematik tersebut dapat diketahui panjang sabuk adalah:
( ) 2 p s 2 s s p p R R X 2 β R β R
L + + = (1)
Dimana:  p =  - 2  dan  s =  + 2 
Perhitungan  tersebut  mengasumsikan  bahwa tidak ada perpanjangan sabuk. Sedangkan rasio dihitung berdasarkan perbedaan antara R p dan R s . Rasio trasnmisi = R p /R s Dari  persamaan  di  atas  menunjukan  bahwa perubahan  rasio  terhadap  perubahan  radius tidak linear.
Sedangkan  sudut pulley  digunakan  untuk menghitung  jarak  pergeseran pulley ( moveble flange) pada  rasius  R p tertentu.  Jarak pergeseran moveble flange adalah Rp *  Tan  . Setiap  pergesaran moveble  flange untuk menekan  sabuk  maka  radius  sabuk  akan membesar sebanyak Rp * Tan  .
Dari  hasil  perhitungan  tersebut  ternyata perubahan  atau  pergerakan moveble  flange terhadap rasio transmisi tidak linear. Gambar 3 menunjukan  grafik  antara  perubahan axial moveble flange terhadap rasio transmisi .
Gambar 3 . Rasio vs pergerakan axial

## 2.2. Desain Sistem Linkage Mechanism
Sesuai  dengan  fungsinya  bahwa  transmisi digunakan  untuk  memindah  kecepatan  putar dan  juga  torsi  dari  mesin  ke  roda,  maka transmisi  harus  mampu  untuk  mengubah  rasio dari  rasio  rendah  ke  rasio  yang  lebih  tinggi. Gambar  4  menunjukan  sistem  transmisi  sabuk dari  posisi  rendah  ( low  gear/under  drive )  ke posisi tinggi ( high gear/over drive )
Gambar 4. Sistem CVT menggunakan sabuk karet (mechanical booster.com)
Pada  trasnmisi  sabuk  karet  yang  dikontrol untuk  berubah  adalah  pada  sisi  inputnya sedangkan untuk output-nya akan mengikuti.
Pada  grafik  digambar  4  menunjukan  bahwa perubahan  dari gear rendah  ke gear tinggi memerlukan jarak sejauh 12 mm.
Pada  gambar  5  menujukkan  salah  satu alternatif  untuk  mengubah  rasio  dengan menggunakan cam.
Gambar 5. EMSAPA-CVT
Sistem Elekto-Mechanics  Single  Acting  Pulley Actuator  Continuously  Variable  Transmission (EMSAPA-CVT)  memasang  motor  sebagai penggerak pada Gambar 5. Sistem terdiri dari 2 pulley , yaitu pulley primer dan pulley sekunder. Motor  menggerakkan pulley primer  untuk perubahan    rasio  transmisi,    sementara    itu mekanisme    pegas  menggerakkan pulley sekunder    untuk    gaya    apit    [10].  Pegas digunakan  pada pulley sekunder    untuk mengurangi  slip  ketika  perubahan  rasio transmisi.
Ketika  CVT  dalam  posisi underdrive ,  radius primer  sabuk  minimum  sedangkan  radius  belt sekunder maksimum, perubahan rasio terpanggil,  motor  primer  akan  menggerakkan pulley primer  ke  ukuran  radius  primer  yang baru,  dan  pada  waktu  yang  sama  mekanisme pegas      akan      menggerakkan pulley sekunder  untuk  menghasilkan  gaya  apit optimal  untuk  mencegah  slip  sabuk  [11]. Perpindahan tersebut akan berhenti ketika rasio yang diinginkan tercapai.

## 3. HASIL  DAN  PEMBAHASAN
Pada  gambar  6  menunjukan  model  cam yang  pernah  didesain  untuk  digunakan sebagai pengubah rasio.
Gambar 6. Model cam versi
Konsep  ini  mampu  mengubah  rasio  dari gear rendah  ke gear tinggi  hanya  saja  yang  terjadi ketika  cam  berputar  ada  kontak  titik  ke  titik yang  pada  awalnya  kontaknya  permukaan, sehingga  kekuatan  untuk  menekan  akan berkurang  walaupun  untuk  sabuk  karet kekuatan  yang  diperlukan  untuk  mengubah radius  kecil  tidak  sebesar  sabuk metal. Untuk mengatasi kekurangan tersebut maka didesain model baru seperti pada gambar 7.
Gambar 7. Cam versi 2.
Konsep  yang  kedua  ini  jauh  lebih  baik dibandingkan  dengan  model  pertama.  Dari analisis  komputer  aliran  gaya  tekan  lebih merata  pada  permukaan  cam.  Pada  gambar  8 memperlihatkan  pergerakan  cam  pada  posisi yang  berbeda  dan  terlihat  bahwa  pada  setiap posisi  permukaan  cam  akan  kontak  dengan cam lainnya secara rata.
Gambar 8. Posisi kontak permukaan cam
Secara umum konsep yang terbaru ini mampu mengubah  rasio  dengan  pembebanan  pada permukaan cam secara merata.
Simulasi  menggunakan software Solidworks untuk  pembebanan  sebsesar  1  kN  juga  cukup aman  dan  tidak  mencapai  titik  plastis walaupun dengan material sekelas alumunium.
Analisis cam dengan memberikan beban 1 kN atau  sebesar  tegangan  sabuk  karet,  karena pada  analisis  sebelumnya  pada  beban  20  kN cam  memasuki  daerah  plastis.  Hasil  anailsa pada beban 1 kN dapat dilihat pada Gambar 9.
(a)
(b)
(c) (d) (e)
Gambar 9. Hasil simulasi cam dengan beban 1 kN pada perpindahan pulley utama (a) 0 mm (b) 3 mm (c) 6 mm (d) 9 mm (e) 12 mm
Gambar  9 (a) menunjukkan  tegangan maksimal    adalah  1,5  ×  107    N/m2 kemudian berturut-turut  (b) 4,21 × 107 N/m 2 , (c) 4,7 × 107  N/m2 , (d) 6,2 × 107  N/m2 dan (e) 7,73 × 107 N/m2.  Analisis  pada  beban  1 kN  masih  berada  dibawah  tegangan  yield, maka  cam  masih  aman  jika  diberi  beban  1 kN.  Pada  Gambar  9  (b),  (c),  (d)  dan  (e) tegangan  maksimal  berada pada ball bearing , sedangakan  pada  Gambar  9  (a)  tegangan
maksimal  berada  pada  input  shaft  karena perpindahan pulley utama adalah 0 mm.
Pada  gambar  10  memperlihatkan  konsep akhir EMSAP-CVT dengan dilengkapi control  system.  Konsep  EMSAPA-CVT sebenarnya  sangat  mudah  yaitu  mengubah putaran menjadi gerak linear yang digunakan untuk  mengganti  centrifugal  roller  yang mendorong movable  flange sehingga  terjadi perubahan  rasio  pada  transmisi. Mechanical linkage yang  mampu  melakukan  berubahan tersebut  diantarnya  adalah  cam  yang  dalam penelitian  ini  disebut  sebagai  surface  cam atau  cam  permukaan.  Perputaran  cam permukaan  menghasilkan  gerakan  linear sehingga  putarannya  dapat  dikontrol  yang menghasilkan  gerakan  linear  yang  juga terkontrol.
Pada  gambar  10  tersebut gear  reducer digunakan  untuk  mengurangi  putaran  karena pergerakan cam hanya 180 0 untuk mendapatkan rasio dari rasio rendah ke rasio tertinggi.  Dengan  menggunakan  motor  yang mempunyai  rpm  rendah  sehingga  putaran camnya dapat dikontrol lebih presisi.
Gambar 10. Konsep akhir EMSAPA-CVT

## 4. KESIMPULAN
Dapat  disimpulkan  desain  baru  dari  cam permukaan  dapat  memperbesar  area  kontak ketika  cam  diputar,  dimana  meningkatkan kemampuan  memberi  gaya  untuk  menekan pulley berpindah  secara  aksial.  Desain  cam yang  baru  pada  system  EMSAPA-CVT  juga dapat  dikontrol  dengan  beberapa  metode kontrol.  Hasil  analisis  menunjukkan  bahwa cam  dapat  menerima  beban  hingga  sekitar  4 kN,  sehingga  masih  aman  untuk  digunakan pada  sabuk  karet.  Cam  masih  dapat  menerima beban  sebesar  5  kN  jika  dilakukan  perubahan material pada ball bearing.

## DAFTAR  PUSTAKA
[1] Park, N.G., Ryu, J.H., Lee, H.W., Jeon, Y.H., and  Zhang,  N.,  Development  of  the  inner spherical  cvt  for  a  motorcycle,  International Journal  Automotive Technology,  2009(3); 10: 341−346.
[2] Kim,  J., Park, F.C., Park, Y.,  and Shizuo, M., Design and analysis of a spherical continuously  variable  transmission,  ASME Journal of Mechanical Design, 2002; 124: 21– 29.
[3] Kanphet,  P.,  Jirawattana,  P.,  Direcksataporn, B.,  Optimal  operation  and  control  of  a
hydrostatic CVT
powertrain,
SAE
Transactions  Journal  of  Passenger  Cars:
Mechanical  Systems,  2005;  114(6):  1838–
1845.
[4] Miller, J.M., Hybrid electric vehicle propulsion  system  architectures  of  the  e-CVT type. IEEE Transactions on Power Electronics,
2006; 21(3): 756–767.
[5] Fuchs,  R.,  Hasuda,  Y.,  and  James,  I., Modeling  simulation  and  validation  for  the control  development    of  a  full-toroidal    IVT, Proceedings    of  CVT  2002  Congress,  2002; 1709: 121–129.
[6] Mantriota,  G.,  Theoretical  and  experimental study  of  a  power  split  continuously  variable transmission system, Part 2, Proceedings Instn. Mech. Engrs, 2001; 215(D): 851- 864.
[7] Milner,  P.J.,  Milner  CVT  for  high  torque applications,  Proceedings  of  CVT  2002 Congress, 2002; 1709: 543–554.
[8] Belfiore,  N.P.,  Stefani,  G.D.,  Ball  toroidal
CVT:  a  feasibility  study  based  on  topology, kinematics, statics and lubrication, International Journal of Vehicle Design. 2003; 23(3–4): 304–331.
[9] Zheng,  C.H.,  Lim,  W.S,  and  Cha,  S.W., Performance  optimization  of  CVT  for  two- wheeled  vehicles,  International  Journal  of Automotive Technology, 2011; 12(3): 461−468.
[10] Mohd, E.Z., Kamarul, B.T., Hussein,
Bambang,  S.,  Aishah,  D.,  Clamping  force characteristic study of power screw mechanism  in  EMDAP , 3rd  International Graduate Conference on Engineering, Science and Humanities IGCESH, 2010.
[11] Bambang, S., Kamarul, B.T., Hishamuddin, J., and  Sugeng,  A.,  Ratio  Control  of  An Electromechanical  Dual  Acting  Pulley  – Continuously
Variable Transmission (EMDAP-CVT)  System  Using  PD-Fuzzy Logic Controlle, Regional Postgraduate Conference  on  Engineering  and  Science (RPCES‘06),  26-27  July,  Johor  Bahru Malaysia, 2006.