ANALISIS KEGAGALAN TORSION BAR PADA SISTEM SUSPENSI ISUZU PANTHER
Didi Dwi Krisnandi.
Magister Teknik Mesin, Universitas Diponegoro, Semarang, 2011
ABSTRAK
Sistem suspensi merupakan salah satu sistem yang memegang peranan cukup penting dalam sebuah alat transportasi, faktor yang dipengaruhi antara lain kesetabilan sistem kemudi, faktor traksi roda penggerak dengan permukaan jalan, dan kenyamanan pengendara ataupun penumpang. Kegagalan pada komponen suspensi ini tergolong sebagai kegagalan kritis, karena jika mengalami kegagalan pada torsion bar akan memiliki dampak yang sangat besar terhadap keselamatan penggendara. Dalam kasus yang sering terjadi, torsion bar terjadi kegagalan sebelum mencapai life time (life time Isuzu Panther 20 tahun). Oleh karena itu diperlukan penelitian untuk mengetahui penyebab terjadinya kegagalan pada torsion bar.
Torsion bar bekerja menahan beban torsi, untuk kemudian memberikan gaya balik untuk kembali ke posisi awal (efek twist).Untuk itu diperlukan material yang memiliki keuletan dan kekerasan, walaupun sifat tersebut saling bertolak belakang.
Secara visual kegagalan pada torsion bar termasuk ke dalam brittle failure. Kekerasan torsion bar 508 HV,dengan tensile strees setara dengan ±1560 Mpa. Asumsi beban yang timbul dari berat kendaraan pada satu titik sebesar ±677.5 kg Momen torsi maksimum yang mampu diterima torsion bar sebesar 73010 MPa . Angka keamanan torsion bar belum disesuaikan dengan keadaan jalan di Indonesia yang terdapat banyak lubang. Ketika melewati lubang dengan kecepatan tinggi, timbul torsi yang besar yang menyebabkan torsion bar tidak mampu menahan gaya yang timbul. Torsional angel yang timbul lebih besar, sehingga terjadi kegagalan.
Keyword : Torsion bar, Failure analysis
PENDAHULUAN
| |
Torsion bar terpasang secara longitudinal dan ujungnya terhubung dengan rangka (frame) serta ujung yang satu terhubung dengan sistem suspensi. Batang torsi (torsion bar) bekerja secara puntiran, oleh karena itu torsion bar dibuat dari baja yang mempunyai elastisitas tinggi.
Gambar 1. Sistem suspensi menggunakan torsion bar.
Gambar 2. Torsion bar Isuzu Panther
Gambar 3. Pemasangan torsion bar pada Isuzu Panther.
Sistem suspensi torsion bar bekerja berdasarkan gaya torsi yang timbul karena adanya kejutan pada roda akibat permukaan jalan yang tidak rata. Gaya ini kemudian diteruskan ke torsion bar (batang torsi). Gaya inilah yang kemudian menyebabkan timbulnya torsi dengan arah yang berlawanan (efek twist). Dari sistem kerja torsion bar tersebut maka material torsion bar harus memiliki nilai torsi maksimum agar mampu menahan gaya torsi yang timbul. Untuk melakukan perhitungan dapat dilakukan dengan rumus sebagai berikut:
…………….........(1)Dimana :
Mtmax : Momen torsi maksimum (MPa)
G : Modulus geser (MPa)
Φ : Torsion angle (rad)
d : Diameter (mm)
Lf : Panjang torsion bar (mm)
Kegagalan pada komponen kendaraan merupakan salah satu kejadian yang sering dialami setiap pengguna kendaraan. Kegagalan komponen kendaraan memiliki akibat besar untuk pengguna, salah satunya kemungkinan kecelakaan yang berakibat pada kematian. Komponen kendaraan seringkali beroperasi dalam keadaan yang sulit, dan dalam banyak kasus kegagalan komponen sulit diprediksi dan diperhitungkan terkait dengan umur komponen. Salah satu komponen yang mengalami kegagalan adalah torsion bar (batang torsi) pada sistem suspensi. Pada banyak kasus sering terjadi kegagalan sebelum batas umur pemakaian ataupun batas beban dari torsion bar tersebut. Kegagalan yang diteliti terjadi pada kendaraan isuzu Panther, yang telah berumur 5 tahun. Kasus ini terjadi ketika kendaraan melewati lubang, dengan 5 orang penumpang.
Torsion bar pada sistem suspensi jika mengalami kegagalan/kerusakan tergolong pada kegagalan sistem kritis, itu artinya bahwa sistem tersebut jika mengalami kerusakan/kegagalan akan memberikan dampak ataupun akibat yang besar pada keselamatan pengendara [2]. Oleh karena itu diperlukan penelitian untuk mengetahui penyebab-penyebab terjadinya kegagalan pada torsion bar.
METODOLOGI
Kegagalan pada komponen automotive dapat disebabkan beberapa faktor, yaitu desain, manufaktur, dan instalasi/pemasangan alat termasuk kondisi pembebanan [2]. Untuk melakukan analisa kegagalan pada torsion bar Isuzu Panther dilakukan beberapa tahapan, yaitu:
a. Melakukan analisa secara visual/pengamatan pada torsion bar yang rusak/gagal.
b. Melakukan pengukuran dimensi torsion bar.
c. Melakukan uji kekerasan pada torsion bar yang rusak/gagal
d. Melakukan perhitungan torsi maksimum.
Diagram alir penelitian :
 | ||
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 4. Dimensi torsion bar
Pengamatan secara visual.
Torsion bar bekerja menahan beban puntir, untuk itu material torsion bar membutuhkan sifat yang ulet dan tangguh. Namun kedua sifat tersebut merupakan sifat yang saling bertolak belakang. Torsion bar terbuat dari material yang sangat ulet dan keras, yaitu material Chromium [2].
Dari hasil pengamatan secara visual tidak terdapat indikasi yang menunukan adanya cacat material ataupun crack yang menimbulkan adanya kegagalan. Secara visual kegagalan yang terjadi merupakan jenis patah ulet (britle fracture). Kegagalan/patah yang terjadi disebabkan karena beban torsi yang terlalu besar dan batang torsi (torsion bar) tidak mampu menahan beban.
 | |||
 | |||
Gambar 5. Kegagalan pada torsion bar Isuzu Panther
Hasil uji kekerasan
Kekerasan (hardness) adalah salah satu sifat mekanik (mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan material memiliki hubungan dengan kekuatan tarik atau kekuatan lelah. Hasil pengujian kekerasan dapat mengambil nilai kekuatan tarik dari material tersebut.
Material torsion bar merupakan jenis Alloy Steel, yaitu Chromium Steel. Torsion bar mengalami perlakuan panas (quenching & tempering), dimana proses tempering akan memberikan kekuatan (taughness) yang besar. Proses quencing menghasilkan struktur martensite, untuk meningkatkan taughness baja kemudian di temper pada temperatur 150o dan 650o, antara 2 sampai 10 jam [3].
Torsion bar merupakan baja chromium dengan komposisi memenuhi AISI 5150 steel [2]. Dari komposisi ini baja chromium merupakan material dengan sifat memiliki kekerasan yang tinggi.
Tabel Hasil Pengujian Kekerasan
Pengujian Ke | Hasil Pengujian (HV) |
1 | 508 |
2 | 509 |
3 | 508 |
4 | 507 |
5 | 508 |
Rata-rata | 508 |
Dari hasil pengujian kekerasan dihasilkan rata-rata sebesar 508 HV. Dengan konversi kekerasan, didapatkan nilai ekuivalen tensile stress sebesar ± 1560 Mpa.
Torsi Maksimum.
Torsion bar bekerja menahan beban torsi, untuk itu diperlukan material yang mampu menahan beban torsi yang besar. Namun batang torsi tetap memiliki batas defleksi dari beban yang diterima. Sehingga desain dari torsion bar harus mampu menahan beban kendaraan dan beban penumpang dengan angka keamanan minimal 100%.
Torsi maksimum dihitung dengan persamaan (1), yaitu:
Dari data didapatkan:
d : 30 mm
Lf : 1130 mm
Φ : 35o (sudut defleksi maksimum)
G : 1730 Mpa (mechanical properties) (www.efunda.com)
Dari perhitungan didapatkan besarnya Mtmax :73010 Mpa Kendaraan Isuzu Panther memiliki berat 2210 kg (www.isuzu-astra.com), dengan bobot penumpang 500 kg (dengan asumsi penumpang 7 orang). Dengan asumsi titik berat maka beban yang timbul dalam keadaan statik sebesar 677.5 kg.
KESIMPULAN
Melalui perhitungan gaya, torsion bar mampu untuk menahan beban yang timbul pada torsion bar dalam keadaan normal. Torsi maksimum yang masih mampu di terima torsion bar sebesar 73010 Mpa, dengan beban dalam keadaan statik sebesar 677.5 kg seharusnya torsion bar mampu menahan beban yang diberikan oleh kendaraan. Menurut spesifikasi, torsion bar akan mampu menahan beban torsional dengan life time 20 tahun. Namun dalam kenyataannya (kasus yang diteliti), torsion bar mengalami kegagalan sebelum life time yang telah direncanakan (setelah 5 tahun). Hal ini karena angka keamanan torsion bar kurang besar. Dimana tidak mempertimbangkan keadaan jalan di Indonesia. Ketika melewati lubang di jalan dengan kecepatan tinggi akan menyebabkan kejutan yang cukup besar pada roda dan dibutuhkan sudut defleksi yang lebih besar. Hal ini akan menyebabkan gaya torsi yang disalurkan ke torsion bar sangat besar. Dari hasil penelitian, kegagalan pada torsion bar tersebut merupakan jenis patah ulet. Dimana torsion bar tidak mampu menahan beban torsi yang timbul ketika mengalami beban kejut dari gaya torsional yang timbul pada roda.
SARAN
Dari hasil penelitian, torsion bar perlu ditingkatkan kekuatan dan keuletannya. Hal ini berarti menaikan angka keamanan dari torsion bar yang harus disesuaikan dengan kondisi jalan yang ada di Indonesia, dimana banyak jalan berlubang yang sering menyebabkan terjadinya kegagalan pada torsion bar. Desain sistem suspensi torsion bar harus diperbaiki, sehingga jika terjadi kegagalan pada torsion bar maka tidak membahayakan bagi keselamatan pengguna kendaraan.
REFERENSI
[1] Agum, M, Evaaluasi dan Proses Produksi Sistem Suspensi Depan pada Kendaraan Listrik Bebas Polusi Marli. PUSLIT TELIMEK LIPI.2004
[2] A.M. Heyes, Automotive Component Failure. CSIR, Private Bag X28, Aucland Park. 2006
[3] Rodrigues, S.A, Investigation of the failure of an Automobile torsion bar. 2009
[4] Sekercioglu, Tezcan. Failure of Torsion bar of Projectile Weaving Machine. 2010
[5[ www.efunda.com
