Analisis Kekuatan Rear Axle Housing Truk Kategori II Dengan JBB 7,5 Ton Menggunakan Metode Elemen Hingga
Tono Sukarnoto a, *, Rubanto Sidi Hambaly a , M Ihram Maulana a
a Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Trisakti
Jl Kiai Tapa no 1 Jakarta 11440 *E-mail: tsukarnoto@trisakti.ac.id

## Abstract
Category II truck is one popular truck in Indonesia for freight transportation. Operating  an overload truck  looks  like  common  in  here.  In  overload  condition,  the  probability  for  damage  and  failure  on truck’s component are higher. This research concern on a truck rear axle housing failure in 7,5 tons GVW. Claim data from PT. KY early 2018, obtained the kind of damage in the category II truck with 7.5 tons GVW is broken on the coonection area between spindle and housing. The strength of rear axle housing structure is needed to be analyzed using finite elements method, with 3D model taken from PT. KY.  The  objective  of  this  analysis  is  to  find  the  stress  distribution  in  rear  axle  housing  and  by comparing with the actual damage condition it could predict, was there any weakness on the existing rear  axle  housing  design.  The  analysis  was  done  with  load  as  design  specification  and  overload condition.  With  SAPH  540  was  used  for  material,  the  result  shows  that  the  design  is  safe  event  for overload condition. Stress occurs in fracture area is below yield stress. Probably the failure is caused by materials problem, production flaw or any other problem.
Keywords: strength analysis, truck rear axle housing, finite element method

## Abstrak
Truk kategori II populer di kalangan para pelaku  usaha di Indonesia sebagai sarana angkutan barang. Pengoperasian  truk  dengan  beban  berlebih  sering  terjadi  dan  potensial  menimbulkan  kerusakan komponen. Penelitian ini membahas kerusakan rear axle housing truk katagori II dengan JBB 7,5 ton. Data yang didapat dari PT. KY di awal tahun 2018, menunjukkan jenis kerusakan yang teradi pada truk kaegori  II  dengan  GVW  7,5  ton  yaitu  patah  pada  area  sambungan  spindle  dan  housing.  Untuk  itu dilakukan  analisa  dari  aspek  kekuatan  r ear  axle  housing mengunakan  metode  elemen  hingga  (MEH) dengan model 3D yang didapat dari PT. KY. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui distribusi tegangan  pada rear  axle  housing dan  membandingkan  dengan  kerusakan rear  axle  housing untuk memperkirakan  apakah  ada  kelemahan  dalam  desain  saat  itu.  Analisis  dilakukan  untuk  beban  sesuai desain  dan  beban  berlebih.  Material  yang  digunakan  sebagai  acuan  SAPH  540,  hasil  analisis  MEH menunjukkan  bahwa  desain rear  axle  housing yang  ada  cukup  aman  termasuk  untuk  kondisi  beban berlebih. Analisis pada bagian yang patah menunjukkan tegangan yang terjadi di bawah tegangan luluh material.  Kemungkinan  penyebab  kegagalan  pada  komponen  rear  axle  housing  adalah  masalah material atau masalah proses produksi atau penyebab yang lain.
Kata kunci: analisis kekuatan, truk rear axle housing , metode elemen hingga

## 1. Pendahuluan
Truk  katagori  II  adalah  truk  ringan  ( light  duty )  yang  biasa  disebut  truk  sedang  dengan  ukuran  rim  roda  16  inc. Truk  ini  sangat  populer  karena  dapat  beroperasi  di  jalanan  sempit  berlumpur  sampai  di  jalan  tol  antar  propinsi.  Pada penelitian  ini  dipilih  truk  katagori  2  dengan  jumlah  berat  bruto  JBB  ( gross  vehicle  weight )  7,5  ton  tipe  X.  Meskipun truk ini dalam kelas JBB 7,5 ton, namun kenyataan di lapangan bobot total truk dengan muatannya jauh di atasnya yaitu sekitar  12  ton.  Praktik  kendaraan  barang  mengangkut  muatan  berlebih  ( overload) sudah  lazim  ditemui  bahkan dianstisipasi  oleh  pabrikan  dengan  memperkuat  komponen  tertentu  demi  keselamatan  berkendara.  Kelebihan  muatan bahkan  bisa  mencapai  100  %  [1].  Ada  pula  truk  yang  tertangkap  mengangkut  muatan  sampai  300%,  yang  selain kelebihan muatan juga kelebihan dimensi (over dimentional ) [2].
Berdasar  laporan  klaim  kerusakan  di  PT.  KY  pada  bulan  Februari  2018,  didapatkan  salah  satu  masalah  terbesar pada bagian rear axle housing . Terjadi patah di area sambungan antara spindle dan housing pada kendaraan kategori II model  X.  Hal  itu  menjadi  perhatian  khusus  karena  masalah  tersebut  berkaitan  dengan  keselamatan  pengendara  dan lingkungan sekitar. Gambar 1 merupakan contoh kerusakan yang terjadi pada rear axle housing kendaraan kategori II model X.
Gambar 1. Unit yang mengalami kerusakan (kiri) dan detail bagian yang patah (kanan)
Tabel 1.1 menunjukkan data truk yang mengalami kerusakan.  Dari 8 kendaraan yang dilaporkan, bulan produksi kendaraan adalah Mei dan Juni 2017. Kerusakan terjadi pada 4 pelanggan dengan lokasi yang berbeda- beda. Rata-rata kerusakan terjadi pada odometer 21.800 km atau sekitar 8 bulan pemakaian, dengan rata-rata muatan 8,6 ton atau JBB 12,6 ton. Hasil analisa sementara penyebab kerusakan tersebut adalah kombinasi antara kondisi kelebihan muatan pada kendaraan  dan  adanya  dimensi  yang  tidak  sesuai  pada  diameter spindle yang  menyebabkan  suaian  antara spindle dan housing tidak  sesuai  standar.  Namun  untuk  analisa  lebih  lanjut,  diperlukan  studi  lebih  mendalam  dari  sisi  kekuatan konstruksi,  material,  proses  produksi,  dan  aspek  lain  yang  menunjang  analisa  kerusakan  tersebut.  Atas  dasar  data tersebut, maka dilakukan analisis pada salah satu aspek yakni analisis kekuatan konstruksi rear axle housing .
Tabel 1 Data Kendaraan Yang Terlibat (Data Klaim di PT. KY)
No. Unit No. Tanggal Produksi Tanggal Masalah Odometer (km) Kota Pemilik Bodi Belakang Jenis Muatan Berat Muatan (ton) GV (ton) 1 MH1 22/05/2017 3/01/2018 18754 Pekanbaru  PT. AA  Crane Dump Sawit 8 12 2 MH2 22/05/2017 25/01/2018 21030 Pekanbaru  PT. AA  Crane Dump Sawit 8 12 3 MH3 22/05/2017 3/01/2018 20879 Pekanbaru  PT. AA  Crane Dump Sawit 8 12 4 MH4 22/05/2017 3/01/2018 29140 Pekanbaru  PT. AA  Crane Dump Sawit 8 12 5 MH5 22/05/2017 9/02/2018 22251 Pekanbaru  PT. AA  Crane Dump Sawit 8 12 6 MH6 5/06/2017 9/02/2018 15019 Cikampek  PT.BB Dump Pasir dan Batu 8 13 7 MH7 18/05/2017 22/01/2018 24209 Cikampek  PT.CC Dump Pasir dan Batu 8 13 8 MH8 24/05/2017 24/01/2018 23327 Lahat PT.DD Dump Batu Bara 8 15
Berdasar  uraian  di  atas,  rumusan  masalah  yang  akan  dikaji  adalah,  bagaimana  distribusi  tegangan  yang  terjadi pada rear axle housing, serta membandingkan hasil analisis MEH dengan kerusakan aktual.

## 2.1 Axle Housing
Axle  Housing dapat  berupa  konstruksi  satu  lubang  atau  dua  lubang split (banjo).  Tipe  banjo  merupakan  yang umum digunakan pada truk seperti ditunjukan Gambar 2, lubang axle housing terdapat pada bagian depan dan belakang. Bagian depan ditutup oleh differential carrier , sedangkan bagian belakang ditutup oleh penutup belakang [3].
Sukarnoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 44-50
Gambar 2. Axle housing [3]
Komponen lain seperti backing plate , mouting flanges , dudukan pegas, dan lainnya biasanya dipasang pada axle housing dengan cara dikeling atau dilas. Pada truk ini,  jenis tumpuan axle pada axle housing adalah tipe full floating , sehingga axle hanya menerima beban torsi tanpa beban lentur, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Full floating axle
Salah satu material yang digunakan untuk rear axle housing truk adalah baja lembaran rol panas SAPH 540.  Hasil optimasi dengan MEH oleh Parjiman [4] menunjukkan bahwa rear axle housing dengan material tersebut aman untuk truk dengan JBB 7,5 ton. Analisis statik distribusi tegangan pada rear axle housing dengan MEH juga dapat digunakan untuk memprediksi umur lelah [5,6].
Tujuan penelitian ini adalah memeriksa apakah rear axle housing eksisting cukup kuat untuk beban overload dan membandingkan daerah kritis yang terjadi dengan lokasi kerusakanan aktual yang diperoleh dari data klaim.

## 2. Material dan Metode Penelitian
Penelitian  ini  dimulai  berdasar  data  kerusakan  dari  PT  KY,  pengamatan  foto  kerusakan rear  axle  housing , dilanjutkan  dengan  pemodelan  elemen  hingga  menggunakan  perangkat  lunak  Altair  Hyperwork.  Selanjutnya  data distribusi tegangan hasil analisis dibandingkan dengan kerusakan aktual yang terjadi. Data truk yang diteliti ditunjukkan pada Tabel 2.

## Tabel 2. Spesifikasi truk yang dianalisis
Tipe Kendaraan Light Duty Truck Jumlah Roda 6 roda Panjang 5,960 m Lebar 1,970 m Tinggi 2,145 m Jarak Antara Sumbu Roda 3,35 m Massa Bersih 2330 kg Massa Muatan 5170 kg Massa Total (JBB) 7500 kg Kapasitas massa axle depan 2480 kg Kapasitas massa rear axle belakang 5020 kg Tipe rear axle Full Floating Tipe suspensi Pegas Daun 10 M + 8 H
2,48 ton
5,02 ton ton 2,52 ton 10,1 ton 1,26 ton 5,05 ton
1,26 ton 5,05 ton
Penentuan beban berdasar massa total kendaraan (JBB) yang terdistribusi pada front axle dan rear axle . Gambar 4. menunjukan  distribusi  massa  ideal  pada  kendaraan  sesuai  dengan  spesifikasi  kendaraan  yaitu front  axle menumpu massa 2,48 ton dan rear axle menumpu massa 5,02 ton, maka roda kiri dan kanan menumpu setengah dari massa total pada masing – masing axle .
Gambar 4. Distribusi masa sesuai desain pada truk
Gambar 5. Distribusi massa sesuai pembebanan aktual.
Data  tersebut  menunjukan  kondisi  kendaraan  secara  statis  (dalam  keadaan  diam).  Secara  aktual,  kendaraan melewati jalan berlubang yang mengakibatkan impak pada rear axle housing , sehingga massa yang ditumpu oleh rear axle  housing bertambah.  Berdasarkan  percobaan  menggunakan G-sensor ,  rata-rata  kenaikan  beban  pada rear  axle housin g ketika melewati jalan berlubang di area tersebut adalah 1,5 G. Oleh karena itu massa yang ditumpu rear axle housing pada  satu  sisi  menjadi  7,57  ton  (1,5  x  5,05  ton).  Maka  beban  yang  akan  digunakan  pada  simulasi  analisa tegangan rear axle housing adalah 74186 N pada satu sisi bagian roda untuk kondisi overload .
Sukarnoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 44-50
Massa  total  bagian  belakang  kendaraan  akan  bertumpu  pada  bagian  pegas  daun,  kemudian  menuju rear  axle housing , sehingga secara ideal 66,94% massa kendaraan akan ditumpu oleh pegas daun dan rear axle housing  sebelum menuju  roda.  Gambar  6  menunjukan  perbandingan  posisi  pembebanan  pada rear  axle  housing antara  kondisi pembebanan  ideal  dan overload .  Pembebanan  ideal  yaitu  pembebanan  dengan  kondisi  massa  maksimum  JBB. Sedangkan pembebanan overload yaitu pembebanan dengan kondisi massa melebihi JBB.
Gambar 6. Perbandingan kondisi pembebanan sesuai desain dengan pembebanan overload
Gambar 6. juga menunukkan bahwa dengan pembebanan sesuai desain, beban akan bertumpu pada dudukan pegas daun, dan tumpuan constraint terjadi pada dudukan bantalan hub roda ( spindle ). Namun ketika terjadi overload , beban akan  bertumpu  pada  dudukan  bantalan  hub  roda  ( spindle ),  dan  tumpuan constraint terjadi  pada  dudukan  pegas  daun. Kondisi nomor 2 merupakan kondisi yang mewakili kondisi aktual kendaraan yang bermasalah.
3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1 Simulasi MEH
Model 3D axle housing yang akan dianalisis ditunjukkan pada Gambar 7. Setelah model 3D diimpor ke perangkat lunak  CAE  (Hypermesh),  langkah  pertama  yang  dilakukan  adalah  memperbaiki  geometri  3D  jika  diperlukan.  Proses berikutnya adalah penentuan spesifikasi material, meshing , dan penentuan letak dan posisi beban ( load & constraints ). Spesifikasi material yang berupa sifat fisik baja ditunjukkan pada Tabel 3.
Gambar 7. Model 3D rear axle housing
Tabel 3. Sifat fisik material untuk Hypermesh
Massa Jenis 7900 kg/m3 Modulus Elastisitas 210 GPa Perbandingan Poisson's 0.30
Gambar 8. Hasil Meshing 3D Model Rear Axle Housing
Sukarnoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 44-50
Gambar 9. Beban sesuai desain
Gambar 10. Beban dalam kondisi overload

## 3.2 Hasil Analisis
Gambar 11. Hasil analisis beban sesuai desain
Gambar  11.  menunjukkan  bahwa  dengan  pembebanan  sesuai  desain,  tegangan  maksimum  yang  terjadi  adalah 195,578  MPa,  yang  berada  di  area spindle .  Tegangan  ini  masih  dalam  batas  aman  karena  berada  di  bawah  tegangan luluh baja SAPH 540 yaitu 355 MPa [8]. Untuk perpindahan maksimum yang terjadi adalah sebesar 0,299 mm, dengan posisi di bagian tengah rear axle housing ( ring plate ). Untuk posisi a, b, c, d akan dijelaskan ditahap selanjutnya. Untuk  kondisi overload hasilnya  ditunjukan  pada  Gambar  12  tegangan  maksimum  yang  terjadi  1141,8  MPa, berupa  konsentrasi  tegangan  di  area housing bagian  atas  dekat  dudukan  pegas  daun.  Untuk  perpindahan  maksimum yang terjadi adalah sebesar 1,37 mm, dengan posisi di ujung spindle . Meskipun ada spot tegangan yang terjadi melebihi kekuatan tarik SAPH 540 yaitu 540 MPa [8], namun distribusi tegangan daerah di sekitarnya berada pada batas aman, sehingga secara desain rear axle housing masih aman untuk beban overload .
Gambar 12. Hasil analisis beban overload
Tegangan Max 195,578 MPa Displacement Max 0,299 mm
Sukarnoto, dkk./ ROTASI, Vol. 23  No. 3 (Juli  2021) Hal. 44-50
Perbandingan lokasi patahan dengan distribusi tegangan hasil MEH dapat dilihat pada Gambar 13. Posisi tegangan maksimum  hasil analisis  untuk beban sesuai desain dan beban overload berbeda dengan lokasi patahan aktual. Untuk pembebanan sesuai desain titik dengan tegangan maksimum ada di bagian spindle, sedang untuk beban overload berada dekat dudukan pegas daun, sementara posisi patah aktual ada di sambungan las antara spindle dan housing. Tegangan maksimum yang terjadi pada lokasi kerusakan aktual untuk beban berlebih 95,75 MPa untuk posisi atas dan 113,3 MPa untuk posisi bawah masih berada dalam daerah aman.
Gambar 13. Perbandingan Antara Kerusakan Aktual Dan Hasil Simulasi
Hasil  analisis  MEH  menunjukan  bahwa  tidak  ada  masalah  dari  sisi  desain  konstruksi rear  axle  housing meski untuk  beban overload .  Perlu  dipertimbangkan  kemungkinan  penyebab  lain  seperti  aspek  dimensi  material,  proses pembentukan, proses pengelasan, apakah sudah sesuai dengan standar yang ditentukan.

## 4. Kesimpulan
Hasil  analisis  MEH  menggunakan  Altair  Hypermesh  menunjukkan  bahwa rear  axle  housing secara  desain geometri  dan  material  dengan  kekuatan  tarik  540  MPa  cukup  kuat  untuk  beban  overload.  Pada  pembebanan  sesuai desain  tegangan  maksimum  terjadi  di  area spindle 195,578  MPa.  Pada  pembebanan  overload  tegangan  maksimum  di daerah patah sekitar spindle bagian atas 95,75 MPa, bagian bawah 113,3 MPa masih di bawah tegangan luluh material 420 MPa. Kegagalan rear axle housing yang terjadi bukan karena kelemahan dalam desain namun kemungkinan karena penyebab lain.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan terima kasih kepada PT KY untuk data klaim yang diberikan.

## Daftar Pustaka
[1] Sianipar,  A.,  2020,  “ Analisis  Distribusi  Beban  pada  Kendaraan  Angkutan  Barang  Sesuai  dengan  Konfigurasi Axle,” Warta Penelitian Perhubungan, 32(1): 11−20.
[2] Wresti, C.M., 2019, “ Menindak Truk “Overload” Menjaga Keselamatan, ” Kompas.
[3] Lathan,  C.,  1999,  “ Construction  Mechanic  Basic, ”  Vol  2.  Naval  Education  and  Training  Professional Development and Technology Center, Navedtra 14264.
[4] Parjiman,  Karmiaji,  Joko  D.,  2018,  “ Optimasi  Pemilihan  Material  Rear  Axle  Housing  Model  T8  Jenis  Truk Kapasitas 7,5 to,” Jurnal Ilmiah Teknobiz, 8(2): 82–87.
[5] Shamsuddin,  K.A.,  2014,  “ Stress  Distribution  Analysis  of  Rear  Axle  Housing  by  using  Finite  Elements Analysis,” The International Journal Of Engineering And Science (IJES), 3(10): 2319–1805.
[6] Lu,  S.,  Su,  J.H.,  Liao,  S.D.,  Su,  J.Q.,  Wang,  B.,  Yu,  L.,  Jiang,  Y.L.,  and  Wen,  S.H.,  2012,  “ Finite  Element Analysis on Fatigue Failure Prediction of a Rear Axle Housing Vehicle Based on Cosmos,” Applied Mechanics and Materials, 121−126: 843−847.
[7]    “ SPFH540  Chemical  Composition,  Standards  and  Properties, ”  http://steeljis.com/jis_steel_datasheet.php?na me_id=832, akses 31 Maret 2021.