Perancangan, Analisis, Dan Optimasi Drivetrain Electric Screw Propeller Dengan Finite Element Method, Back Propagation Neural Network, Dan Genetic Algorithm

Kurniawan, Faiza Hifzuddin (2026) Perancangan, Analisis, Dan Optimasi Drivetrain Electric Screw Propeller Dengan Finite Element Method, Back Propagation Neural Network, Dan Genetic Algorithm. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007241077-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (16MB) | Request a copy

Abstract

Screw propeller vehicle (SPV) adalah kendaraan yang menggunakan mekanisme baling-baling ulir untuk menghasilkan gaya dorong. Teknologi ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti kendaraan amfibi, kendaraan eksplorasi lingkungan ekstrem, dan robot bawah air. Tantangan utama dalam implementasi SPV terletak pada drivetrain dan kontrol yang mengatur gerakan dari screw propeller. Kontrol SPV memanfaatkan arah putar screw propeller untuk menentukan arah maju, mundur, dan berbelok. Desain drivetrain yang dibuat untuk kendaraan ini akan memakai kombinasi dari clutch, Bevel Gear, shaft, serta sprocket and chain. Pergerakan kendaraan yang tidak biasa ini menyebabkan pentingnya penelitian pada bagian drivetrain yang meliputi desain drivetrain, desain sistem kontrol, dan optimasi untuk meminimalkan berat drivetrain. Hasil pengujian prototipe mekanisme steering kendaraan yang berupa mekanisme pendorong clutch otomatis menunjukkan presisi yang tinggi dengan didukung nilai Root Mean Square Error (RMSE) pada rentang 1,365° sampai 1,712°. Hasil pengujian ini menunjukkan bahwa sistem kontrol yang dibuat dapat membaca dan mengikuti trajektori dengan akurasi yang tinggi. Analisis statis dengan menggunakan metode Finite Element Method (FEM) dilakukan pada drivetrain untuk memastikan komponen dapat bertahan selama 10 tahun dan memiliki safety factor diatas 1. Analisis pada shaft menunjukkan bahwa shaft terkuat merupakan shaft dengan diameter 27 mm dan dengan material AISI 1040. Analisis gear menunjukkan desain terkuat merupakan spiral Bevel Gear dengan menggunakan pasangan gigi 20-30, modul 5, dan material AISI 4135 Sistem kontrol yang dipakai pada penelitian ini akan dilengkapi dengan PID untuk memastikan performa sistem kontrol yang presisi dan stabil. Proses optimasi drivetrain yang dibuat akan menggunakan metode BPNN-GA. Penelitian ini menunjukkan bahwa hasil optimal dari shaft adalah shaft dengan diameter 25,481 mm dan menggunakan AISI 1040. Bevel Gear optimal pada penelitian ini adalah spiral bevel gear dengan gigi 20/30 dengan material AISI 4135 dan modul 3,732.
===============================================================================================================================
Screw propeller vehicle (SPV) is a vehicle that uses a screw propeller mechanism to generate thrust. This technology is widely used in various applications, including amphibious vehicles, vehicles for extreme environment exploration, and underwater robot aplications. The main challenge in SPV implementation is found in the drivetrain and control system, which regulates the movement of the screw propeller. SPV steering is controlled by the rotational direction of the screw propeller to determine the direction forward, backward, turn left, and turn right. The design of the drivetrain for the screw propeller vehicle in this study will use a combination of Bevel Gears, a clutch, a shaft, a sprocket, and a chain. This unique movement of this vehicle makes the drivetrain research important. The key research areas in this paper are the drivetrain design, the control system design, and drivetrain weight optimization. The results of the prototype testing of the vehicle steering mechanism in the form of an automatic clutch actuation mechanism presented high precision, with Root Mean Square Error (RMSE) ranging from 1.365° to 1.712°. These results indicate that the control system effectively tracks the desired trajectory with high accuracy. The drivetrain design will be analyzed through a static analysis using the Finite Element Method (FEM) to verify that the drivetrain design can achieve a design life of 10 years and has a safety factor above 1. The shaft analysis shows that the strongest shaft was the 27-mm shaft with AISI 1040 material. The gear analysis shows that the strongest gear was the 20/30-tooth spiral Bevel Gear with AISI 4135 and module 5. The control system in this research will use a PID compensator to ensure precise and stable control system performance. The BPNN-GA method will be used for the drivetrain optimization process to minimize weight. This study shows that the optimal parameters for shaft were the 25.481 mm shaft with AISI 1040 and the optimal parameters for gear were the 20/30 tooth pair spiral Bevel Gear with AISI 4135 and module 3.732.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	ANOVA, BPNN, Drivetrain, FEM, GA, Optimization, PID, Screw propeller vehicle
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA347 Finite Element Method T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ230 Machine design T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL152.8 Vehicles, Remotely piloted. Autonomous vehicles. T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL220 Electric vehicles and their batteries, etc.
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Faiza Hifzuddin Kurniawan
Date Deposited:	02 Feb 2026 01:41
Last Modified:	02 Feb 2026 01:41
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/131033

Actions (login required)

View Item