DFA Analysis Revolutionizes FSAE Steering, Enhancing Efficiency in Automotive Design
Innovation in Mechanical Engineering
DOI: 10.21070/ijins.v25i2.1116
Published: 2024-05-16

DFA Analysis Revolutionizes FSAE Steering, Enhancing Efficiency in Automotive Design


Analisis DFA Merevolusi Kemudi FSAE, Meningkatkan Efisiensi dalam Desain Otomotif

Universitas Muhammadiyah Sidoarjo,Universitas Muhammadiyah Sidoarjo [https://ror.org/017hvgd88]
Indonesia
Universitas Muhammadiyah Sidoarjo,Universitas Muhammadiyah Sidoarjo [https://ror.org/017hvgd88]
Indonesia

(*) Corresponding Author

FSAE vehicles Steering system design DFA analysis Solid Edge 2021 Ergonomics

Abstract

In the dynamic realm of automotive engineering, particularly in Formula Society of Automotive Engineers (FSAE) racing, where vehicle assessment is based on efficiency, motor power, chassis dynamics, and steering, there exists a notable focus on steering system design. This research delves into the conceptualization and component development aimed at aiding automotive mechanics in crafting steering systems for FSAE race cars. Employing Solid Edge 2021 software, the study utilizes the Design of Assembly (DFA) analysis method to streamline the mechanical process. Through DFA analysis, the study assesses various Technical Attributes (TAs) of the steering system, revealing values ranging from 0.548 to 1.765. The ideal steering system ensures that the desired steering input by the driver aligns with the output motion of the vehicle, known as the Ackerman condition. Steering gear mechanisms translate rotational motion into translation and adjust the effort applied to the steering linkage. The study's findings contribute to the advancement of steering system design in FSAE vehicles, emphasizing ergonomic considerations and the utilization of advanced software tools like Catia and Solid Edge 2021 for enhanced performance and safety.

Highlight:

  1. FSAE steering: DFA analysis enhances design efficiency for racing vehicles.
  2. Software aid: Solid Edge 2021 streamlines FSAE steering system development.
  3. Ergonomic focus: Design prioritizes driver comfort and vehicle performance optimization.

Keywoard: FSAE vehicles, Steering system design, DFA analysis, Solid Edge 2021, Ergonomics

PENDAHULUAN

FSAE (Formula Society of Automotive Engineers) awal mulanya diadakan oleh American Society of Automotive Engineers untuk para mahasiswa dalam bidang perancangan dan pembuatan mobil balap yang penilaiannya berdasarkan pada efisiensi, tenaga motor dan lain sebagainya.[1] Adapun sistem kemudi adalah sistem yang berfungsi mengatur arah dan membelokkan kendaraan dengan cara membelokkan roda depan. Cara kerjanya bila steering wheel (roda kemudi) diputar.[2] Pada sistem kemudibiasanya juga terjadi suatu permasalahan yang mana salah satunya pada sistem prancangan yang buruk, yang mangakibatkan sudut belok yang tidak sesuai kondisi (dimensi) kendaraan.[3] Fungsi0sistem0kemudi0adalah0untuk0mengatur arah0kendaraan0dengan0cara0membelokan0roda0enaga0putarnya0ke0steering0gear (roda0gigi0kemudi). Steering0gear0memperbesar0tenaga0putar0ini0sehingga0dihasilkan0momen0puntir0yang0lebih0besar0untuk0diteruskan0ke0steering0lingkage0akan0meneruskan0gerakan0steering0gear0ke0roda-roda0depan.[4] Desain dari0sistem0kemudi ini0menentukan0tingkat0keamanan dan0kenyamanan saat0berkendara.0Karena pada0saat ini0banyak0mobil-mobil0modern yang0mempunyai0ban berukuran0lebar dengan0tekanan0yang rendah, sehingga0mengakibatkan0bidang ban0dengan permukaan0jalan semakin0besar.[5] Adapun0tinjauan dari0segi kenyamanan0dalam mengemudikan0kendaraan, maka0teknologi sistem0kemudipada saat0ini0terus berkembang. Mulai0dari sistem0kemudi manual0sederhana yang0hanya menggunakan0roda gigi0yang sederhana0untuk mengubah0arah gaya0untuk membelokkan0ban, dengan0berkembang0sistem.[6] Kelebihan sistem0kemudi power0steering pada0saat ini0dalam keadaan0stationer dan0berjalan lambat0putaran kemudi ringan. Pengaturan0steering effort0berdasarkan kecepatan0kendaraan. Ketika0kendaraan melewati0jalan yang0rusak pada0kecepatan sedang0dan cepat, meskipun0ada rintangan0besar dari0permukaan jalan,0namun tidak0akan mempengaruhi0arah control0kemudi, karena0tekanan ouput0hydraulic untuk0steering0effort menjadi0tinggi sama0seperti power0steering konvensional. Kekurangan0sistem kemudi0power steering0pada saat0ini dalam0system ini, pengontrolan0perubahan beban0lebih sulit0dilakukan.[7]

METODE

Sistem0kemudi yang0ideal adalah0dimana input0gerakan belok0yang diinginkan0oleh pengemudi0sesuai dengan0output gerak0belok yang0dihasilkan oleh0kendaraan, kondisi0tersebut dinamakan0kondisi Ackerman. Pada0steering gear0mengubah arah0gerak rotasi0menjadi translasi0serta menyesuaikan0usaha yang0diberikan pada0roda kemudi0ke steering0linkage. Gerakan0steering linkage0yang terdiri0dari gerakan tie0rod kemudian0menggerakkan steering0knuckle sehingga0roda dapat0ikut0berbelok.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Design Steering System Pada Formula Society Of Automotive Engineers (FSAE) akan dijelaskan pada diagram alir sebagai berikut:

Figure 1.Diagram Alir Penelitian

Design for assembly DFA pada perakitan (assembly) ini memegang peranan yang sangat penting pada waktu proses manufaktur suatu produk. Misalnya, jika kita tidak merancang dengan baik maka dalam perakitan akan mendapatkan kesulitan. Sistem Kemudi Kendaraan yang berbelok menggunakan sistem kemudi untuk mengarahkan kendaraan menuju tempat yang akan dituju. Analisa Komponen Kemudi Mobil Analisa pembawaan (handling) serta penyiapan (insertion) akan dilakukan pada beberapa komponen sub-perakitan kemudi mobil.

Figure 2.

Gambar 4.2 Tabel perhitungan waktu handling

Figure 3.

Figure 4.

Figure 5.

Gambar 4.3 Tabel perhitungan waktu Insertion

Figure 6.

Figure 7.

Figure 8.

Sebagai akhir dari proses penerapan DFA adalah membuat desain baru yang efektif dengan indek efisiensi yang lebih besar.

Hasil analisa dan perhitungan pada tiap komponen kemudi mobil dimasukkan pada table berikut :

Tabel 4.5 Desain for assembly Pada Kemudi Mobil

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Part ID no Name of assembly Number Of Time The Operation Is Carried Out Consecutivity ManualHandling code Manual Handling Time Per Part Manual Insertion Code Manual Insertion Time Per Part Operation time,second = (5) +(7)) Operation cost (Rp) x (8) Figures For Estimation 0f Theoritical Minimum Part
1 Kemudi Mobil 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3 10
2 Poros Utama Kemudi 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
3 Batang Kemudi 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
4 Gear Penggerak 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
5 Ring Garpu Penghubung (Slip Sleeve Yoke) 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
6 Garpu Penghubung (Slip Sleeve Yoke) Pada Bagian Atas 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
7 Baut Salip Penghubung (Krist Joint/Universal Joint) 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
8 Salip Penghubung (Krist Joint/Universal joint) Antara Garpu penghubung (Sleeve Yoke) 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
9 Baut Bagian Garpu penghubung (Sleeve Yoke) 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
10 Garpu Penghubung (Sleeve Yoke) Pada Bagian Bawah 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
11 Baut Garpu penghubung (Sleeve Yoke) 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
12 Mur Garpu penghubung (Sleeve Yoke) 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
13 Gear Gigi Kemudi 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
14 Valve Body Housing 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
15 Selang Hose Power Steering 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
16 Baut Solar 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
17 Baut pada bagian valve body housing 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
18 Gear Book Steering 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
19 Rack 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
20 Karet Seal pada bagian gear book 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
21 Klem pada bagian gear book 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
22 Baut pada bagian klem gear book 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
23 Karet Rack Boot Pada Bagian luar Rack End 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
24 Klem pada bagian selang hose power steering 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
25 Karet Siel bagian klem selang hose power steering 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
26 Rack End/ Long Tie Rod 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
27 Tie Rod End 1 0,1 1,43 3,9 8,0 9,43
28 Fornt Axle 1 3,0 1,95 0,0 1,5 3,45
29 Baut pada bagian fornt axle 1 1,1 1,43 0,0 1,5 2,93
30 Mur pada bagian fornt axle 1 8,4 5,8 0,2 2,5 8,3
31 Steering Knuckle Arm 1 1,0 1,5 0,0 1,5 3
Total 31 165,66
TM CM NM
Table 1.

Desain efisiensi = 3 x NM/TM

Untuk mengetahui sejauh mana tingkat efisiensi perakitan dari suatu produk assembly dapat dihitung dengan rumus :

rumus dari E=NM x ta yang bagian terkecil

Figure 9.

rumus dari E=NM x ta yang bagian tengah

Figure 10.

Rumus dari E=NM x ta yang bagian terbesar

Figure 11.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisa dan penelitian perancangan sistem kemudi pada FSAE (Formula Society of Automotive Engineers) untuk proses kemajuan bagi bangsa Indonesia yang telah dilakukan, Perubahan konsep tentang bagaimana desain kemudi mobil dengan penambahan regulasi FSAE yang berfungsi dapat meringankan kinerja kenyamana dalam berkendara, Bagaimana cara membuat desain kemudi mobil FSAE dalam segi ergonomi dengan menggunakan aplikasi catia, Perubahan sistem kemudi pada tiap kendaraan tidak sama tergantung dari model kendaraan sistem dan masih banyak factor lainya dapat meningkatkan daya beloknya kendaraan, Analisa tentang pengujian ergonomi/geometer cara menyelesaikan permasalahan dalam menguji ergonomi/geometer diajurkan menggunakan aplikasi catia atau Solid Edge 2021.

References

  1. S. Team, E. Jurnal, and K. Teknik, "No Title."
  2. P. I. Purboputro, M. A. H., M. A. Saputro, and W. Setiyadi, "Uji Kemampuan Rancangan Sistem Kemudi, Transmisi, dan Pengereman pada Mobil Listrik Prototype 'Ababil'," in Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering, Surabaya, Indonesia, 2018, pp. 118–127.
  3. D. T. Mesin, F. Teknik, U. N. Surabaya, J. T. Mesin, F. Teknik, and U. N. Surabaya, "Enggal Putra Pradana Aris Ansori," pp. 5–9.
  4. P. Mobil, L. Semut, B. Setyono, and Y. Setiawan, "Rancang Bangun Sistem Transmisi, KEMUDI, DAN," in Proceedings of the International Conference on Automotive Engineering, Jakarta, Indonesia, 2015, pp. 89–96.
  5. K. S. Kemudi and A. T. P. Awal, "Perancangan mekanisme uji karakteristik sistem kemudi," pp. 1–5.
  6. A. Nasution, "Studi Eksperimental Karakteristik Pembebanan pada Sistem Kemudi Power Steering Mobil Daihatsu Taft Hiline," Surabaya Journal of Automotive Engineering, vol. 3, no. 2, pp. 45–52, 2017.
  7. A. H. Sulistya, F. Teknik, and U. S. Dharma, "With Front Wheel Drive By: Antonius Hery Sulistya Mechanical Engineering Study Program Engineering Faculty," 2006.