Desain Dan Analisa Thermomekanik Rotor Disc Brake Pada Kendaraan Electric Scooter

Prima, Dhovan Ilhamdan (2024) Desain Dan Analisa Thermomekanik Rotor Disc Brake Pada Kendaraan Electric Scooter. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007201009-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (6MB) | Request a copy

Abstract

Kendaraan saat ini menjadi alat pendukung yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat terutama untuk menjalankan aktivitas sehari – hari. Tingginya jumlah pengguna sepeda motor mempunyai keterkaitan erat dengan meningkatnya kebutuhan bahan bakar minyak. Seiring berjalannya waktu jumlah pengguna sepeda motor semakin meningkat dan bahan bakar minyak yang jumlahnya terbatas dari hari ke hari jumlahnya semakin menipis. Sepeda motor listrik atau biasa disebut electric scooter menjadi solusi untuk mengurangi penggunaan bahan bakar minyak. electric scooter menggunakan motor listrik sebagai tenaga penggerak dimana ia berfungsi untuk mengubah energi listrik yang disimpan dalam baterai kemudian dikonversi menjadi energi mekanik atau gerak untuk memutar roda kendaraan.
Saat merancang sebuah electric scooter banyak hal yang perlu dipertimbangkan dengan baik, misalnya dari aspek performa, kenyamanan, maupun keamanan. Dari tiga aspek yang telah disebutkan, aspek keamanan berkaitan langsung dengan kestabilan dan keselamatan, terutama ketika kendaraan sedang dioperasikan. Sistem pengereman menjadi salah satu bagian penting dari aspek keamanan pada sebuah electric scooter. Saat rem diterapkan, gesekan bantalan rem pada permukaan rotor menghasilkan panas yang sangat besar, dan jika suhu melebihi nilai kritis bahan yang diberikan, ini dapat menyebabkan pengereman menjadi kurang efektif dan menyebabkan peristiwa bencana seperti kegagalan rem. Selanjutnya, karena panas yang dihasilkan pada antarmuka bantalan cakram, deformasi global terjadi pada cakram dan bantalan. Selain itu, retakan makro mungkin muncul pada rem cakram dalam arah radial setelah beberapa siklus rem. Dengan demikian masa pakai dan kinerja rem cakram terpengaruh.
Analisis termal dan struktural secara statis telah dilakukan pada model cakram yang berbeda dengan software ANSYS dan ditemukan rem cakram model 3 merupakan model paling optimal dengan nilai Total Heat Flux sebesar 1,0576 W/mm², Nilai Temperatur Maksimal sebesar 126,79 °C, Nilai Von-Misses Stress Maksimum sebesar 62,269 Mpa, dan Nilai Deformasi Total sebesar 0,018962 mm. Dan derdasarkan nilai fatigue life, fatigue damage, dan fatigue safety factor ditemukan desain 3 memiliki nilai paling optimal dengan nilai fatigue life 1×10^7 siklus, nilai fatigue damage sebesar 100, dan fatigue safety factor sebesar 1,1788.
Efek cakram rem ketika bersentuhan dengan bantalan rem disimulasikan secara dinamis dengan ABAQUS didapatkan distribusi termal dan temperature tertinggi yang terendah tercatat pada permukaan cakram rem desain 3 selama periode pengereman 1 detik dengan kecepatan 20 Km/h berturut – turut yaitu sebesar 88,5°C dan 73,4°C, untuk kecepatan 40 Km/h yaitu sebesar 147°C dan 124°C, dan untuk kecepatan 60 Km/h yaitu sebesar 202°C dan 170,2°. Untuk distribusi tegangan von-mises tercatat pada kecepatan 20, 40, dan 60 km/jam, Desain 3 secara konsisten menunjukkan tegangan rendah, stabil, dan distribusi tegangan yang merata dibandingkan dengan desain lainnya yang menunjukkan tegangan awal tinggi dan fluktuasi signifikan.
Setelah dilakukan analisa performa rem dengan MATLAB SIMULINK ditemukan bahwa desain baru mempunyai pengaruh namun tidak signifikan terhadap jarak dan waktu pengereman. Pada pengereman LBS, desain cakram rem yang memiliki koefisien gesek tinggi memiliki hasil stopping distance lebih jauh dan waktu pengereman yang lebih panjang. Sedangkan pada pengereman ABS, desain yang memiliki koefisien gesek tinggi menyebabkan jarak dan waktu pengereman lebih pendek.
Kata Kunci: Analisa Thermomekanik, Disc Brake, Electric Scooter, Pengereman
========================================================================================================================
Vehicles are currently a support tool that is needed by the community, especially to carry out daily activities. The high number of motorcycle users is closely related to the increasing need for fuel oil. As time goes by, the number of motorcycle users is increasing and the amount of fuel oil is limited day by day. Electric motorcycles or commonly called electric scooters are a solution to reduce the use of fuel oil. Electric scooters use an electric motor as a driving force where it functions to convert electrical energy stored in the battery then converted into mechanical energy or motion to turn the wheels of the vehicle.
When designing an electric scooter, many things need to be considered well, for example from aspects of performance, comfort, and safety. Of the three aspects already mentioned, the security aspect is directly related to stability and safety, especially when the vehicle is being operated. The braking system is an important part of the safety aspect of an electric scooter. When brakes are applied, the friction of the brake pads on the rotor surface generates enormous heat, and if the temperature exceeds the critical value of the given material, this can cause braking to be less effective and lead to catastrophic events such as brake failure. Furthermore, due to the heat generated at the interface of the disc bearings, global deformation occurs in the discs and bearings. In addition, macro cracks may appear on disc brakes in the radial direction after several brake cycles. Thus, the service life and performance of disc brakes are affected.
Thermal and structural static analysis was conducted on different disc brake models using ANSYS software, and it was found that model 3 is the most optimal model with a Total Heat Flux value of 1.0576 W/mm², a Maximum Temperature value of 126.79 °C, a Maximum Von-Mises Stress value of 62.269 MPa, and a Total Deformation value of 0.018962 mm. Based on fatigue life, fatigue damage, and fatigue safety factor, design 3 was found to be the most optimal with a fatigue life of 1×10^7 cycles, fatigue damage of 100, and a fatigue safety factor of 1.1788.
The effect of the disc brake when in contact with the brake pad was dynamically simulated with ABAQUS, and the lowest thermal distribution and highest temperature recorded on the surface of disc brake design 3 during a 1-second braking period at 20 km/h were 88.5°C and 73.4°C, at 40 km/h were 147°C and 124°C, and at 60 km/h were 202°C and 170.2°C, respectively. For the Von-Mises stress distribution recorded at 20, 40, and 60 km/h, Design 3 consistently showed low, stable stress and even stress distribution compared to other designs, which showed high initial stress and significant fluctuations.
After performing brake performance analysis with MATLAB SIMULINK, it was found that the new design had an influence but not significantly on braking distance and time. In LBS braking, disc brake designs with high friction coefficients resulted in longer stopping distances and braking times. In contrast, in ABS braking, designs with high friction coefficients resulted in shorter braking distances and times.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Thermomechanical Analysis, Disc Brake, Electric Scooter, Braking Analisa Thermomekanik, Disc Brake, Electric Scooter, Pengereman
Subjects:	T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ1058 Rotors T Technology > TJ Mechanical engineering and machinery > TJ561 Surface T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL448 Electric motorcycles T Technology > TL Motor vehicles. Aeronautics. Astronautics > TL671.6. Materials--Fatigue. T Technology > TS Manufactures > TS171 Product design
Divisions:	Faculty of Industrial Technology and Systems Engineering (INDSYS) > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Dhovan Ilhamdan Prima
Date Deposited:	09 Aug 2024 02:47
Last Modified:	09 Aug 2024 02:47
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/114440

Actions (login required)

View Item