International Journal

Konferensi Internasional ke 3 dalam Karakterisasi dan Pemrosesan Bahan (ICMPC 2014)

Analisa Getaran Bebas dari Kerangka Transmisi Truk berdasarkan FEA

Ashwani Kumar, Himanshu Jaiswal, Avichal Pandey, Pravin P Patil

Departemen Teknik Mesin Mekanik

Universitas Graphic Era, Dehradun, India 248002

1.         Abstraksi

            Kerangka transmisi melindungi komponen-komponen gearbox. Ini memberikan rumah cairan yang rapat untuk menahan pelumas dan memberikan dukungan untuk menggerakkan komponen. Transmisi perumahan atau kegagalan rumah roda gigi (gearbox) adalah masalah utama bagi kendaraan pabrikan. Kebisingan dan getaran adalah alasan utama kegagalan. Sehingga hal itu diperlukan untuk mengurangi tingkat kebisingan dan getaran. Dalam mencegah kegagalan dari frekuensi alami dan bentuk modus alam perlu diketahui. Pada penulisan ini, analisis getaran dari rumah transmisi telah dilakukan dengan simulasi elemen hingga, menggunakan aplikasi ANSYS 14.5. Pola getaran untuk 20 mode pertama telah dipelajari. Analisa menunjukkan bahwa frekuensi alami dari getaran bervariasi dari 1306.3 Hz sampai dengan 3879 Hz. Eksitasi eksternal (rangsangan dari luar) dalam kerangka transmisi harus dihilangkan untuk mencegah keretakan pada kerangka. Alasan dari keretakan yaitu pencocokan dari frekuensi rangsangan luar ke frekuensi alami dari kerangka transmisi. Rancangan kerangka transmisi merupakan proses yang rumit. Rancangan kerangka transmisi telah dilakukan dengan menggunakan aplikasi Solid Edge dan model diimpor ke dalam ANSYS 14.5 (aplikasi berbasis FEM) untuk analisa getaran.

2.         Perkenalan

            Sebuah gearbox merupakan kombinasi dari banyak roda gigi yang digunakan untuk mengirimkan energi melalui bagian yang berbeda dari kendaraan. Fungsinya serupa dengan meningkatkan torsi yang sekaligus mengurangi kecepatan.

            Rumah gearbox sering digunakan secara bergantian dengan rumah atau kerangka transmisi. Kerangka merupakan sistem yang rumit untuk perancangan dan analisa. Hal itu karena terdiri dari berbagai jenis peralatan dan peralatan lengkap yang menyebabkan getaran dan suara bising yang berlebihan.

            Transmisi mobil otomatis terdiri dari beberapa roda gigi untuk meningkatkan torsi sekaligus menurunkan kecepatan. Otomatis, manual dan variabel berkelanjutan merupakan tiga tipe transmisi yang digunakan dalam mobil otomatis. Transmisi manual merupakan rakitan gearbox yang sederhana. Transmisi manual memiliki 2 tipe yaitu hubungan geser dan hubungan konstan. Dalam transmisi manual, semua kebutuhan ditangani oleh pengemudi dan kecepatan mesin sesuai jalan yang berubah-ubah. Jika pergeseran gigi tidak tepat waktu, bentrokan mungkin terjadi. Bentrokan tersebut menghasilkan kebisingan besar selama tabrakan antar gigi gear dan tabrakan ini menyebabkan kegagalan transmisi. Sedangkan pada transmisi otomatis dan variabel berkelanjutan kurang interaksi pengemudi. Dalam transmisi, daya yang ditransmisikan dalam urutan ini - mesin, kopling, gearbox, poros prop, diferensial, poros bagian, hub dan ban. Selama daya ditransmisikan terdapat kendali yang kendur dan itu mungkin saja yang menyebabkan getaran tinggi yang dikenal juga sebagai goncangan transmisi. Itulah alasan utama bahwa perakitan gearbox dan kerangka gagal.

3.         Model CAD

            Model kerangka transmisi telah dibangun menggunakan aplikasi Solid Edge (2006). Aplikasi CAD, SOLID EDGE memiliki peralatan pembentukan (modeling) yang bagus, Oleh karena itu aplikasi ini dipilih untuk model yang solid dari kerangka transmisi. Model CAD ditunjukkan pada gambar 1. Untuk analisa getaran bebas dari berkas model padat IGES, diimpor ke aplikasi ANSYS 14.5 (2013). Gambar 2 menunjukkan model terhubung dari kerangka transmisi. ANSYS 14.5 memberikan fasilitas penghubungan (meshing) berkualitas tinggi. Model terhubung terdiri dari 2,52,786 titik dan 1,56,307 elemen. Elemen tetrahedral linear digunakan untuk proses meshing.

Gbr 1. Model utuh CAD kerangka transmisi

Gbr 2. Model kerangka transmisi yang telah di-mesh dalam ANSYS 14.5

4.         Sifat Bahan

            Geometri kompleks dari kerangka transmisi dianalisa menggunakan kondisi batas tetap. Kerangka transmisi dihubungkan dalam bingkai truk dengan baut. Kondisi tetap diterapkan dengan membatasi perpindahan nodal. Besi cor kelabu memiliki sifat redam dan selama bertahun-tahun telah digunakan sebagai bahan baku utama untuk kerangka. Kerangka memiliki dua bagian yang dikenal sebagai simestris tengah bawah dan atas sumbu poros. Sifat mekanik (elastis, modulus, rasio poisson dan kepadatan) diperlukan untuk analisa getaran bebas. Besi cor kelabu, kelas FG 260 sifat material yang dipilih untuk studi kerangka transmisi memiliki modulus elastis -1.28x10 Pa, rasio poisson -0.26, kepadatan -7200 kg/m3. The Metals Databook (2008).

5.         Hasil dan Diskusi

            FE kode-ANSYS 14.5 digunakan untuk menemukan frekuensi alami dan bentuk modus dari kerangka transmisi. Silmulasi dilakukan untuk gerak tetap yang didukung kondisi batas. Kebebasan beban dipilih oleh ANSYS itu sendiri. Aplikasi ANSYS 14.5 berdasarkan FEM memberikan 20 frekuensi alami pertama dan bentuk modus (Tabel 1). Aplikasi ANSYS memiliki kemampuan analisis yang baik. Hal ini digunakan untuk struktural, termal, magnetik, analisis getaran. Hasilnya terdiri dari tekanan, tegangan, modus dan sebagainya yang disediakan oleh ANSYS. 20 mode getaran pertama dari transmisi ditunjukkan dalam gambar 3. Dari gambar 3.1, 3 dan 5 mode merupakan getaran torsional. Getaran torsional ini dilakukan pada sisi kanan tunggal dalam kerangka transmisi. Mode 8, 10 dan 12 merupakan getaran lentur aksial. Dalam getaran lentur aksial, badan transmisi mencoba untuk membengkokkan dari garis pusat gambar 3. Mode 14 dan 17 merupakan getaran torsional. Mode 18 dan 20 merupakan getaran lentur aksial dengan getaran torsional. Kedua lentur aksial dan getaran vibrasi terjadi di bagian atas dan bawah. Dimana, baut menjadi kendur dan gagal, kerangka transmisi akan bergetar kencang dan sistem transmisi akan hancur.

Gbr 3. 10 bentuk mode berbeda dari kerangka transmisi

Tabel 1. Jumlah modus dan frekuensi alami yang sesuai

6.         Kesimpulan

            Hal ini dinyatakan bahwa rangsang getaran yang besar merupakan alasan utama kerangka transmisi gagal. Hasil analisa menunjukkan bahwa kerangka transmisi dikenakan getaran lentur aksial, getaran torsional dan lentur aksial dengan getaran torsional. Gerak kerangka transmisi dibatasi oleh batas perpindahan dari lubang baut. Aplikasi ANSYS 14.5 memiliki kemampuan analisis yang kuat dan aplikasi SOLIDEDGE memiliki fungsi yang kuat dalam pemodelan utuh. Keduanya cocok untuk menganalisa elemen hingga dengan bentuk yang rumit. Model utuh 3D dipersiapkan dengan menerapkan aplikasi SOLIDEDGE dan ditransfer ke ANSYS 14.0. Dalam penelitian ini , kami telah mempertimbangkan masalah getaran dari kerangka transmisi menggunakan metode FEA. Analisa elemen hingga menawarkan hasil yang memuaskan. 20 bentuk mode getaran yang pertama telah dikalkulasikan. Eksperimen dan analisa analitis tidak tersedia dalam literatur kerangka transmisi. Jadi, itu merupakan analisa simulasi yang baru untuk kerangka transmisi.   

Pengakuan

Para penulis berterima kasih kepada DST, New Delhi dan Manajemen Grafis Era University, Dehradun untuk dana yang diperlukan ke arah publikasi karya ini.

Sumber Referensi

ANSYS R 14.5, 2013.  Academic, Structural analysis Guide.

Huang Minfeng, Jiang Yingchun,2008. Fatigue life analysis of automobile component based on FEM. Mechanical Research and Application 21,

57-60.

Liu De-gang, HOU Weixing, WANG Fengzhou, 2004. Fatigue Life Analysis of a Component Based on the Finite Elements Technology. Journal of The China Railway Society 26,47-51.

Saada  A,  velex  P,1995. An  extended  model  for  the  analysis  of  the dynamic behavior of planetary trains. ASME Journal of Mechanical

Design 117, 241-247

SOLIDEDGE, 2006. Version 19.0.

The Metals Databook, 2008.Tata McGraw- Hill. Fourth Edition. ISBN-13: 978-0-07-462300-8

Velex P, Flamand L, 1996 . Dynamic response of planetary trains to mesh parametric excitations. Journal of  Mechanical Design.

Transactions of the ASME 118, 7-14

Yu Li, Wu Guagnqiang. 2006 Analysis on Fatigue Life of Rear Suspension Based on Virtual Test Tig. Computer

Aided Engineering 15, 128-130.