ANALISIS KEGAGALAN POROS ENGKOL MESIN BENSIN SATU SILINDER DENGAN MENGGUNAKAN METODE FINITE ELEMENT

ADE IRAWAN, Dr. I Made Miasa, S.T., M.Sc.

2019 | Tesis | MAGISTER TEKNIK MESIN

Poros engkol adalah salah satu komponen utama motor bakar pembakaran dalam yang merubah gerakan translasi torak menjadi gerakan berputar. Dalam pengoperasiannya mesin bensin satu silinder mengalami kegagalan pada poros engkol sehingga perlu dilakukannya analisa penyebab terjadinya kegagalan. Analisis yang dilakukan untuk mencari kegagalan pada poros engkol ini dengan melakukan analisis teoritis terhadap gaya � gaya yang bekerja pada poros engkol kemudian tegangan yang terjadi pada poros engkol hingga menyebabkan terdefleksi pada pin poros engkol. Experimentasi dilakukan untuk mengukur nilai getaran alami dengan cara melakukan bump test dengan tujuan mendapatkan nilai frekwensi alaminya untuk dijadikan acuan terhadap putaran kritisnya. Experimentasi dilanjutkan dengan mengukur getaran pada saat mesin dioperasikan dengan putaran 4500 RPM untuk melihat getaran mesin yang dapat mempengaruhi kerusakan mesin. Simulasi dengan pendekatan elemen hingga perlu dilakukan untuk membuktikan pembenaran terhadap analisis teoritik dan experiment. Dari hasil analisis teoritik torsi design yang dihasilkan mesin sebesar 152,89 kNm, tegangan Von Mises sebesar 1017,79 MPa tegangan geser sebesar 392,992 N/mm2 dan regangan sebesar 5,08 x 10-3. Experiment bump test dibandingkan dengan simulasi metode element hingga menggunakan ANSYS 16.0 serta dibandingkan juga dengan analisis teoritik frekwensi alami. Experiment pengukuran getaran pada mesin yang dioperasikan dinyatakan terjadi kerusakan pada bantalan poros engkol arah radial dengan nilai frekwensi 25,13 Hz dengan jenis kerusakan cacat local pada casing (FTF). Hal ini juga dibuktikan dengan analisis teoritik dari design bantalan nomor 6304 nilai Fundamental Train Frequency (FTF) dengan putaran 4500 RPM sebesar 27,75 Hz. Dari hasil simulasi dengan metode elemen hingga ANSYS 16.0 menghasilkan nilai tegangan Von Mises sebesar 1071,7 MPa dan regangan sebesar 5,45 x 10-3. Nilai tegangan dan regangan yang diperoleh baik secara analisis teoritik dan simulasi menyatakan besaran kegagalan yang terjadi. Dari hasil bump test nilai frekwensi alami hampir mendekati putaran kritisnya yaitu sebesar 5300 RPM. Dalam pengoperasiannya mesin ini berputar mendekati kondisi putaran kritis. Pengukuran getaran pada saat mesin dioperasikan dinyatakan gejala awal kerusakan terjadi pada bantalan poros engkol pada casing bantalan. Hal ini bisa saja disebabkan perawatan yang buruk atau proses perbaikannya yang tidak benar.

The crankshaft is one of the main components of the internal combustion motor that changes the piston translation movement into a rotating motion. In operating a one-cylinder gasoline engine, the crankshaft fails so it is necessary to analyze the cause of the failure. The analysis was carried out to find the failure on this crankshaft by carrying out a theoretical analysis of the forces acting on the crankshaft and the stresses that occur on the crankshaft to cause deflection on the crankshaft pin. Experimentation was carried out to measure the value of natural vibration by bump test with the aim of obtaining its natural frequency value to be used as a reference for the critical cycle. Experimentation is continued by measuring vibration when the engine is operated with 4500 RPM rotation to see engine vibration that can affect engine damage. Simulation with a finite element approach needs to be done to prove justification for theoretical and experimental analysis. From the results of the torque design theoretical analysis produced by the engine is 152.89 kNm, the Von Mises voltage is 1017.79 MPa shear stress of 392.992 N / mm2 and strain is 5.08 x 10-3. Experiment bump test compared with elemental simulation method to use ANSYS 16.0 and also compared with natural frequency theoretical analysis. The vibration measurement experiment on the operated machine stated that there was damage to the radial crankshaft bearings with a frequency value of 25.13 Hz with the type of local defects in the casing (FTF). This is also evidenced by the theoretical analysis of the bearing design number 6304, the value of Fundamental Train Frequency (FTF) with a turn of 4500 RPM of 27.75 Hz. From the simulation results with the element method up to ANSYS 16.0 produces the Von Mises stress value of 1071.7 MPa and strain of 5.45 x 10-3. The value of stress and strain obtained both by theoretical analysis and simulation states the magnitude of the failure that occurred. From the results of the bump test the natural frequency value is almost close to the critical cycle of 5300 RPM. In operation, this engine rotates close to critical rotation conditions. Measurement of vibration when the engine is operated stated that the initial symptoms of damage occur in the crankshaft bearing on the bearing casing. This could be due to poor maintenance or improper repair.

Kata Kunci : Analisa kegagalan poros engkol; Poros engkol; Satu silinder mesin bensin; Honda C70; Metode elemen hingga.