Mekanika dan Aerodinamika tentang Mekanika gerak Kendaraan

Mekanika dan Aerodinamika

Pertemuan 4

Materi Pertemuan 4

1). Pendahuluan

Untuk mempelajari lebih jauh tentang Mekanika Gerak Kendaraan, terutama jika ingin mengetahui karakteristik kemampuan atau daya guna kendaraan, maka yang pertama perlu diketahui adalah bagaimana kemampuan kendaraan tersebut melakukan akselerasi (percepatan ) dan kemampuannya mengatasi berbagai hambatan gerakan di jalan yang bervariasi serta gaya jejaknya. Sehubungan dengan kepentingan tersebut, maka pada kegiatan belajar ini akan diuraikan secara jelas bagaimana menghitung besarnya gaya jejak maksimum pada kendaraan khususnya kendaraan dua poros (kendaran penumpang), tentu saja disertai kajian – kajian yang mendasari perhitungan gaya jejak tersebut.

2). Persamaan Gerak

Gaya-gaya luar utama yang bekerja pada kendaraan penumpang dapat dilihat pada Gambar 1 . Dari gambar 1 tampak bahwa pada arah memanjang (longitudinal) kendaraan gaya-gaya tersebut maliputi: tahanan aerodinamika (R_a), tahanan gelinding roda depan (R_rf ), tahanan gelinding roda belakang ( R_rr), beban drawbar (R_d) , tahanan tanjakan R_g (atau W sin θ), dan gaya-gaya jejak pada roda depan (F_f) dan roda belakang (F_r).

Untuk kendaraan dengan penggerak roda depan harga Fr adalah nol sebaliknya untuk penggerak roda belakang F_f berharga nol . Adapun persamaan gerak yang berlaku pada sumbu memanjang kendaraan (X) adalah:

 

dalam hal ini                atau a adalah percepatan linier kendaraan, sedangkan g adalah

percepatan grafitasi bumi, m dan W masing- masing adalah massa dan berat kendaraan.

Dengan memasukkan konsep gaya inersia maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi:

F_f + F_r – (R_a + R_rf + R_rr + R_d + R_g + W.a/g ) = 0

Jika F_f + F_r = F dan R_rf + R_rr = R_r maka diperoleh :

F = R_a + R_r + R_d + R_g + W.a/g

Sebenarnya untuk menentukan gaya jejak maksimum pada kendaraan penumpang ada dua faktor yang perlu ditinjau, yaitu pertama: koefisien adhesi ban dengan jalan, gaya/beban normal pada poros-poros kendaraan, dan kedua adalah: karakteristik perencanaan tenaga dan transmisi kendaraan namun faktor kedua ditangguhkan dulu pembahasannya.

3). Beban Normal pada Poros Kendaraan Penumpang

Untuk memprediksi gaya jejak maksimum yang diperlukan untuk menjalankan kendaraan maka terlebih dahulu harus sudah diketahui gaya-gaya atau beban normal yang ditahan oleh setiap poros kendaraan. Beban normal pada poros kendaraan dapat dihitung dengan memperhatikan momen yang bekerja pada titik kontak kedua ban dengan jalan (titik A dan B ).

Momen di titik A (Σ M_A = 0)

W_f.L – W.l₂.cos θ + R_a. h_a + (W.a/g).h + R_d.h_d + W.h.sin θ = 0

Tanda (–) diberikan pada W.h sin θ ketika kendaraan menanjak, sebaliknya tanda (+) jika menurun.

Selanjutnya dengan cara yang sama untuk momen di titik B diperoleh persamaan untuk menentukan besarnya W_r :

Momen di titik B ( Σ M_B = 0 )

W_r.L – W.l₁.cos θ – R_a. h_a – (W.a/g).h – R_d.h_d + W.h.sin θ = 0

Pada rumus ini tanda (+) diberikan pada W.h.sin θ ketika kendaraan menanjak, sebaliknya tanda (–) jika menurun.

Jika mobil berjalan pada jalan mendatar (θ = 0) maka harga cos θ = 1 dan sin θ = 0. Untuk kendaraan penumpang biasanya harga dari h_a dan h_d mendekati h (h_a ≈ h_d ≈ h), maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

Telah diketahui sebelumnya bahwa F = R_a + R_r + R_d + R_g + W.a/g

Untuk jalan mendatar R_g = 0  maka F = R_a + R_r + R_d + W.a/g

Dengan substitusi F pada W_f dan W_r maka didapat besarnya beban normal pada setiap poros kendaraan penumpang (untuk jalan mendatar ) adalah: