sistem transmisi otomatis

Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
179
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-179
TINJAUAN KINERJA TRAKSI SISTEM TRANSMISI OTOMATIK
(CVT) PADA SEPEDA MOTOR DENGAN VARIASI KONSTANTA
PEGAS SLIDING SHEAVE DAN BERAT ROLLER SENTRIFUGAL
AAIA Sri Komaladewi, I Ketut Adi Atmika, Agus Haryawan
Jurusan Teknik Mesin , Universitas Udayana
Kampus Bukit, Jimbaran-Bali
Email : komala.dewi@me.unud.ac.id; tutadi@me.unud.ac.id
Abstrak
Salah satu pengembangan teknologi sepeda motor adalah pemakaian jenis transmisi
otomatik Continously Variable Transmission (CVT), dimana perubahan tingkat transmisi atau
ratio transmisi diatur roller sentrifugal dan pegas sliding sheave puli sekunder. Ratio transmisi
adalah salah satu parameter yang mempengaruhi kinerja traksi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja traksi yang dihasilkan ditinjau dari
variasi berat roller sentrifugal dan variasi konstanta pegas sliding sheave puli sekunder dari
sistem transmisi CVT sepeda motor, dimana nantinya didapat kinerja traksi yang dibutuhkan
oleh kendaraan sesuai dengan kondisi operasi dan beban pemakaian kendaraan. Penelitian
dilakukan dengan metode simulasi model matematik. Sebagai variabel uji adalah berat roller
ditetapkan sebesar 8 gr, 10,2 gr (standar), dan 12 gram. Sedangkan dari pegas ditetapkan
konstanta pegas sebesar 2,19 N/mm dan pegas sejenis dengan konstanta pegas 2,33 N/mm dan
2,48 N/mm. Hasil uji secara simulasi model matematik dicari kinerja traksi yang dihasilkan
berupa grafik karakteristik kinerja traksi pada berbagai kondisi operasi.
Pada kondisi jalan datar, kinerja traksi terbesar dihasilkan oleh pegas dengan
konstanta 2.48 N/mm, sedangkan pada kecepatan puncak tertinggi dihasilkan oleh pegas standar
2.19 N/mm. Pada kondisi jalan menanjak, pada kecepatan konstan pegas dengan 2.48 N/mm
menghasilkan grade yang mampu dilalui lebih besar dari pegas uji lainnya, serta dengan
percepatan, pegas ini mampu menghasilkan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan pegas uji
lainnya. Nilai konstanta pegas sliding sheave puli sekunder 2,48 N/mm ini sangat cocok untuk
kondisi jalan menanjak. Sedangkan dari variasi berat roller sentrifugal, untuk berat roller
sentrifugal 8 gr kinerja traksi terbesar terjadi pada kecepatan rendah sehingga akselerasi pada
kecepatan rendah paling cepat dibandingkan dengan roller sentrifugal 10,2 (standar) atau 12
gr. Sedangkan dengan berat roller sentrifugal 12 gr akan didapat kinerja traksi terbesar pada
kecepatan tinggi sehingga kendaraan akan mudah dipercepat pada kecepatan tinggi tersebut,
dan untuk roller sentrifugal 10,2 gr (standar) memiliki kinerja traksi diantara roller sentrifugal
8 gr dan 12 gr.
Kata kunci : CVT Sistem, Konstanta Pegas Sliding Sheave, Ratio Transmisi, Kinerja Traksi.,
Roller Sentrifugal
1. Pendahuluan
Sepeda motor saat ini sudah banyak
memanfaatkan sistem transmisi otomatik. Jenis transmisi
otomatik yang digunakan adalah CVT (Continously
Variable Transmission) sistem. Kendaraan yang
bertransmisi otomatis memiliki beberapa kelebihan, salah
satunya adalah lebih praktis dalam pemakaian
dibandingkan dengan sepeda motor yang bertransmisi
manual, dikarenakan pengendara tidak perlu lagi secara
manual merubah transmisi kecepatan kendaraannya, tetapi
secara otomatis berubah sesuai dengan putaran mesin,
sehingga sangat cocok digunakan di daerah perkotaan
yang sering dihadang kemacetan. Perpindahan transmisi
sangat lembut dan tidak terjadi hentakan seperti pada
sepeda motor konvensional sehingga sangat nyaman
dikendarai.
Sistem transmisi otomatik dengan CVT
(Continously Variable Transmission) terdiri dari puli
primer (driver pulley) dan puli sekunder (driven pulley)
yang dihubungkan dengan V-belt. Pada puli primer
terdapat speed governor yang berperan merubah besar
kecilnya diameter puli primer. Dalam speed governor
terdapat 6 buah roller sentrifugal yang akan menerima
gaya sentrifugal akibat putaran poros dari crankshaft, dan
roller sentrifugal akan terlempar keluar menekan bagian
dalam salah satu sisi puli yang dapat bergeser (sliding
Sheave) ke arah sisi puli tetap (fixed sheave) sehingga
menyebabkan terjadinya perubahan diameter puli primer,
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
180
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-180
yaitu membesar atau mengecil. Perubahan ini memberikan
efek pada ratio transmisi.
Besar kecilnya gaya tekan roller centrifugal
terhadap sliding sheave ini berbanding lurus dengan massa
roller sentrifugal dan putaran mesin. Semakin besar massa
roller sentrifugal semakin besar gaya dorong roller
sentrifugal terhadap sliding sheave sehingga semakin
besar diameter dari puli primer tersebut. Sedangkan pada
driven pulley besar kecilnya gaya tekan sliding sheave
terhadap pegas berbanding lurus dengan konstanta pegas ,
semakin besar nilai konstanta pegas maka semakin besar
gaya tekan sliding sheave terhadap pegas pada driven
pulley sehingga pergerakan puli menjadi kecil. Melihat
dari kerja sistem CVT, maka massa roller sentrifugal dan
konstanta pegas sangat berpengaruh terhadap perubahan
ratio transmisi dari perbandingan diameter driver pulley
dan driven pulley, dimana ratio transmisi salah satu
parameter yang mempengaruhi kinerja traksi.
Ary Subagia, Adi Atmika, Komala Dewi (2005)
menjelaskan karateristik traksi pada sepeda motor (110 cc,
4 tak) dengan kontinyu variabel transmision. Karakteristik
traksi yang dihasilkan oleh roda penggerak ditinjau dari
ratio transmisi dan tingkat transmisi. Analisa karateristik
traksi roda penggerak dilakukan dengan menggunakan
metode quasi dinamik dengan kendaraan model adalah
motor Mio 110 cc, 4 tak. Perhitungan didasarkan pada
input parameter kendaraan meliputi kecepatan, daya
motor, dan perilaku dinamik kendaraan model. Kemudian
karateristik traksi CVT terhadap traksi yang dihasilkan
dianalisa mempergunakan kontrol traksi melalui simulasi
mode, dengan kondisi jalan lurus.
Kuen-Bao Sheu, Shen Tarng Chiou, Wen-Ming
Hwang, Ting-Shan Wang dan Hong-Seng Yan (1999),
menguraikan bagaimana penggunaan hybrid transmision
untuk sepeda motor, termasuk konsep desain, kinematik
desain, dan analisa efisiensi. Desain ini bertujuan untuk
meningkatkan efisiensi dari CVT pada sepeda motor,
khususnya pada saat akan bergerak dan kecepatan rendah.
Adi Atmika (2004) menjelaskan tentang kontrol
torsi dengan CVT untuk memperbaiki stabilitas arah
kendaraan. Analisa stabilitas kendaraan dari kontrol torsi
roda penggerak dengan mengatur ratio transmisi
menggunakan sistem CVT. Model kendaraan dibuat
secara lengkap dengan input kondisi dan parameter
operasi dimana sistem itu bekerja, kemudian
disimulasikan dengan mengambil setting point ratio slip
pada koefisien gesek yang optimum. Analisa stabilitas
difokuskan pada perilaku gerakan belok kendaraan.
Yawrate respon dibandingkan dengan yawrate
ackermannya, untuk mendapatkan gambaran kinerja
perilaku arah kendaraan. Kinerja perilaku kendaraan
cukup baik dimana yawrate respons sangat cepat mencapai
kondisi steady untuk mendekati yawrate ackermannya.
2. KINERJA TRAKSI KENDARAAN
Kinerja traksi kendaraan didefinisikan sebagai
kemampuan kendaraan untuk dipercepat, dan mengatasi
hambatan-hambatan yang terjadi, diantaranya hambatan
rolling ban (rolling resistance), hambatan aerodinamis,
dan hambatan tanjakan. Kemampuan kendaraan tersebut
sangat dipengaruhi oleh kemampuan mesin kendaraan dan
pemilihan tingkat serta ratio transmisi, seperti yang
dirumuskan pada persamaan 1 :
e(n) t d
t
F T i i
r

 
 (1)
dimana : F = gaya dorong pada roda (N)
Te = torsi mesin sebagai fungsi dari kecepatan
kendaran ke n (N.m)
it = ratio transmisi
id = ratio differential akhir
r = radius roda penggerak (m)
t = efisiensi transmisi
Makin mudah kendaraan dipercepat pada setiap
kecepatan maka makin bagus kinerja traksi dari kendaraan
tersebut. Kendaraan yang mudah dipercepat akan sangat
mudah mendahului kendaraan lain dengan aman dan lebih
mudah pengendaliannya. Besarnya percepatan tergantung
pada besarnya gaya dorong kendaraan (F), hambatan
aerodinamis (Ra) dan hambatan rolling (Rr). Besarnya
percepatan kendaraan pada jalan datar dirumuskan pada
persamaan 2 :
a r
m
a F R R
 M
 


(2)
dimana : M = massa total kendaraan (kg)
Ra = hambatan aerodinamis (N)
Rr = hambatan rolling pada roda (N)
m = 1,04 + (0,0025i0)
i0= Perbandingan putaran roda penggerak
2.1. Transmisi Kendaraan
Untuk menggerakkan kendaraan dibutuhkan gaya
dorong yang cukup untuk melawan semua hambatan yang
terjadi pada kendaraan. Gaya dorong dari suatu kendaraan
terjadi pada roda penggerak kendaraan. Gaya dorong ini
ditransformasikan dari torsi mesin kendaraan kepada roda
penggerak yang terdiri dari kopling, transmisi, gigi
diferensial, dan poros penggerak.
Berdasarkan kebutuhan gerak dari kendaraan,
maka dapat dikatakan bahwa pada kecepatan rendah
diperlukan gaya dorong yang besar untuk dapat
menghasilkan percepatan yamg cukup besar atau untuk
dapat menanjak tanjakan yang cukup terjal. Pada
kecepatan tinggi dimana percepatan sudah tidak
diperlukan lagi, maka gaya dorong yang diperlukan hanya
untuk melawan hambatan angin dan hambatan rolling.
Dengan kebutuhan seperti diuraikan diatas, secara ideal
kebutuhan gaya dorong dapat ditunjukkan seperti gambar
1.
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
181
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-181
Gambar 1. Gaya dorong yang dibutuhkan
kendaraan (Sutantra, N. 2001 : 181 )
Gaya dorong pada roda yang ditransmisikan dari
torsi mesin kendaraan dirumuskan :
F = e t d t M i i
r
  
(3)
dimana :
F = gaya dorong kendaraan (N)
Me = torsi keluaran dari mesin (Nm)
r = jari-jari roda (m)
t = efisiensi transmisi
it = perbandingan gigi transmisi
id = perbandingan gigi akhir
Dengan melihat karateristik torsi yang dihasikan
oleh mesin maka dibutuhkan sistem transmisi sedemikian
agar dapat disamping mentransmisikan namun juga
mentransformasikan torsi untuk menjadi gaya dorong
yang diperlukan oleh kendaraan. Karakteristik engine hasil
pengujian chasis dynamometer ditunjukkan pada gambar
3.
Gambar 2. Karakteristik Daya-Torsi Mesin Nouvo Standar
2.2. Sistem Transmisi Otomatis CVT
Sistem transmisi otomatis ini banyak digunakan
pada sepeda motor jenis scooter dan dikenal dengan nama
CVT (continously variable transmission ) yang
merupakan sistem transmisi baru tanpa gigi. Bentuk dan
konstruksi dari sistem transmisi kendaraan ini sangat
kompak dan sederhana dibandingkan dengan sistem
transmisi lainnya.
Pada sepeda motor otomatis, sistem CVT yang
digunakan terdiri dari puli primer (driver pulley) dan puli
sekunder (driven Pulley) yang dihubungkan dengan Vbelt.
Pada puli primer terdapat speed governor yang
berperan merubah besar kecilnya diameter dari puli
primer, dan dalam speed governor ini terdapat 6 buah
roller sentrifugal yang akan mendapat gaya sentrifugal
akibat putaran poros dari crankshaft sehingga roller
sentrifugal akan terlempar keluar dan menekan bagian
dalam salah satu sisi puli yang dapat bergeser (sliding
Sheave) ke arah sisi puli tetap (fixed sheave) sehingga
diameter dari puli semakin besar. Besar kecilnya gaya
tekan roller sentrifugal terhadap sliding sheave ini
berbanding lurus dengan berat roller sentrifugal dan
putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin semakin
besar pula gaya dorong dari roller sentrifugal terhadap
sleeding sheave sehingga semakin besar juga diameter dari
puli primer tersebut. Sedangkan pada puli sekunder
pergerakan puli diakibatkan oleh tekanan pegas, puli
sekunder ini hanya mengikuti gerakan sebaliknya dari puli
primer, jika puli primer membesar maka puli sekunder
akan mengecil, begitu sebaliknya.
Kecepatan kendaraan
Gaya dorong
(a) (b)
(c) (d)
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
182
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-182
Gambar 3.Puli primer (a), Puli sekunder (b), Pegas (c) dan
Roller sentrifugal (d)
a). Parameter kontrol pada CVT sepeda motor
Ketika mesin berputar pada roller sentrifugal
bekerja gaya sentrifugal yang menekan sleeding shave
(Fsh) driver puli yang terlihat pada gambar 4.
2
cos sin sin sin
sin cos cos sin
m
sh
c b
c b
F my 
     
     

     
          
(4)
dimana :
Fsh = gaya axial pada sleding sheave driver puli yang
disebabkan oleh roller sentrifugal (N)
b = koefisien gesek antara roller dan plat penahan
belakang roller
c = koefisien gesek antara roller dengan rumah
roller sentrifugal
m = total massa dari roller sentrifugal (kg)
 = sudut yang terbentuk antara plat penahan
belakang roller sentrifugal dengan garis sumbu poros
()
 = sudut yang terbentuk antara garis axial dan dan
titik singgung antara roller sentrifugal dan rumahnya
()
 = kecepatan sudut masukan (rad / s)
Rc = gaya normal oleh rumah roller sentrifugal (N)
Rb = gaya normal oleh plat penahan roller sentrifugal
(N)
Gambar 4. Parameter kontrol pada driver puli CVT
Sedangkan pada driven pulley akan terjadi gaya
aksial yang disebabkan oleh tekanan pegas dimana besar
gaya axial dari driven pulley (Fvn) :
Fvn = ( ) p n F  K  x (5)
dimana :
Fp = Gaya tekan pegas pada kondisi awal (N)
Kn = Konstanta pegas (kg /m)
x = Pergeseran arah aksial pada driven pulley
(m)
Gaya axial yang dihasilkan oleh roller sentrifugal
pada driver pulley diteruskan oleh V-belt ke driven pulley.
Gaya axial tersebut akan mendapat perlawanan oleh gaya
aksial pegas pada driven pulley (Fvn), ketika kedua gaya
tersebut setimbang, maka gerakan berada dalam kondisi
steady state. Rumus yang menjelaskan hubungan antara
kedua gaya aksial tersebut adalah :
Fsh = -Fvn
= - ( ) p n F  K  x  (6)
sehingga besar pergeseran sleeding sheave (x) dapat
diketahui dan ratio transmisi transmisi (it) dapat dihitung
dengan rumus :
0 tan 2
tan 2
t
i
r x
i x r





(7)
dimana :
x = pergeseran arah aksial pada puli (m)
ro = radius awal driven puli (m)
ri = radius awal driver puli (m)
 = sudut alur puli ()
3. PEMODELAN
Untuk memindahkan daya dari putaran mesin ke
roda diperlukan mekanisme sistem transmisi. Dengan
didasarkan pada model sistem transmisi yang ditunjukkan
pada gambar 5.
Gambar 5. Skematik sistem CVT pada sepeda motor
Sistem CVT pada sepeda motor seperti
ditunjukkan pada gambar 5, driver pulley dihubungkan
dengan crankshaft engine melalui speed governor, dalam
speed governor terdapat roller sentrifugal yang akan
menekan sleeding sheave driver pulley yang besarnya
berbanding lurus dengan massa dan kecepatan sudutnya,
tekanan oleh roller sentrifugal bergerak keluar sehingga
menyebabkan pergeseran sleeding sheave driver pulley ke
arah fixed sheave driver pulley dan sleeding sheave driver
pulley juga akan mendesak V-belt ke atas atau ke diameter
puli yang lebih besar. Karena panjang V-belt tetap, maka
V-belt akan menarik atau menekan pegas yang ada pada
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
183
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-183
driven pulley (puli kedua) dan membuat diameter puli
kedua mengecil. Nilai konstanta pegas ini mempengaruhi
besar kecilnya ratio transmisi.
Berat roller sentrifugal ini yang divariasikan
dengan mengambil berat standar (10,2 gr) sebagai acuan,
kemudian variasi berat berat dikurangi (8 gr) dan
ditambahkan (12 gr). Sedangkan konstanta pegas diambil
2,19 N/mm, 2,33 N/mm dan 2,48 N/mm.
4. HASIL DAN ANALISA
Pada putaran awal (2000 rpm), gaya aksial yang
terjadi lebih kecil dari gaya aksial oleh pegas sehingga
pergerakan sleeding sheave puli tidak ada dan ratio
tranmisi tetap. Selanjutnya perubahan ratio terus terjadi
sampai 9000 rpm.
Karakteristik kinerja traksi pada kondisi jalan
datar untuk ketiga pegas ditunjukkan pada gambar 7,
gambar 8, dan gambar 9. Sedangkan untuk kondisi jalan
tanjakan ditunjukkan seperti gambar 10.
Gambar 6. Ratio transmisi yang terjadi
Gambar 7. Karakteristik Kinerja Traksi untuk k=2.19
N/mm (pada jalan datar)
Gambar 8. Karakteristik Kinerja Traksi untuk k=2.33
N/mm (pada jalan datar)
Gambar 9. Karakteristik Kinerja Traksi untuk k=2.48
N/mm (pada jalan datar)
Gambar 10. Perbandingan Tanjakan yang mampu dilalui
untuk ketiga pegas uji
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
184
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-184
Sedangkan karakteristik kinerja traksi dengan
berat roller 8 gram, 10,2 gram, dan 12 gram ditunjukkan
pada gambar 11, gambar 12, dan gambar 13
Gambar 11. Grafik Karakteristik Kinerja Traksi dengan
berat roller 8 gram
Gambar 12. Grafik Karakteristik Kinerja Traksi dengan
berat roller 10,2 gram
Gambar 13. Grafik Karakteristik Kinerja Traksi dengan
berat roller 12 gram
Hasil simulasi menunjukkan bahwa : untuk roller
sentrifugal 8 gr menghasilkan gaya traksi terbesar pada
kecepatan rendah, sedang untuk roller sentrifugal 10,2 gr
menghasilkan gaya traksi terbesar pada kecepatan yang
lebih tinggi, dan roller sentrifugal standar (12 gr)
menghasilkan gaya traksi terbesar pada kecepatan yang
paling tinggi. Untuk kecepatan rendah (V = 0-30 km/jam)
akselerasi tercepat dihasilkan oleh roller sentrifugal 8 gr,
sedangkan pada kecepatan tinggi (V = 80-95 km/jam)
akselerasi tercepat dihasilkan oleh roller sentrifugal 12 gr
dan pada kecepatan menengah (V = 45-70 km/jam)
akselerasi tercepat dihasilkan oleh roller sentrifugal
standar (10,2 gr). Jadi, dilihat dari kemampuan
akselerasinya roller 8 gr menghasilkan kinerja traksi yang
paling baik, dan dilihat dari jarak antar stage roller 8 gr
juga mengasilkan kinerja traksi yang paling baik.
5. KESIMPULAN
 Pada kondisi jalan datar, traksi terbesar
dihasilkan pegas k = 2,48 N/mm, sedangkan pada
kondisi jalan tanjakan pegas ini mampu melewati
tanjakan yang paling besar juga (27,280).
 Roller sentrifugal 8 gr menghasilkan kinerja
traksi paling baik pada kecepatan rendah, sedang
untuk roller sentrifugal 12 gr kinerja traksi
sangat baik pada kecepatan tinggi, dan roller
sentrifugal standar (10,2 gr) memiliki kinerja
traksi diantara keduanya.
 Traksi maksimum yang dihasilkan paling besar
oleh roller sentrifugal 8 gr.
 Berat roller sentrifugal sangat berpengaruh
terhadap kemampuan kendaraan untuk
berakselerasi, untuk kecepatan rendah (V = 0-30
km/h) akselerasi tercepat dihasilkan oleh roller
sentrifugal 8 gr, sedangkan pada kecepatan tinggi
(V = 80-95 km/h) akselerasi tercepat dihasilkan
oleh roller sentrifugal 12 gr dan pada kecepatan
menengah (V = 45-70 km/h) akselerasi tercepat
dihasilkan oleh roller sentrifugal standar (10,2
gr). Jadi, roller 8 gr menghasilkan kinerja traksi
yang paling baik, karena pada kecepatan rendah
dibutuhkan kemampuan akselerasi yang besar.
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Adi Atmika, 2004, Simulasi Pengendalian Stabilitas
Arah Kendaraan Melalui Pengontrolan Torsi
dengan Continous Variable Transmission (CVT),
Tesis Pasca sarjana ITS Surabaya.
[2] Ary Subagia, Adi Atmika, Komala Dewi, 2005,
Analisa Karateristik Traksi Pada Sepeda Motor
(110 cc, 4 strokes) with Continous Variabel
Transmission (CVT) System. Prosiding SNTTM
IV,Denpasar-Bali.
[3] Joni Dewanto, 2004, Pemodelan Sistem Gaya dan
Traksi Roda, Jurnal Teknik Mesin, Univ. Kristen
Petra. Surabaya., Vol. 5, No.2,64-69.
[4] IN. Sutantra, 2002, Teknologi Otomotif Teori dan
Aplikasinya, Guna Widya, Surabaya
[5] Schuring H, Wasito Kusmoyudo, 1987, Teknik
Kendaraan Bermotor (chasis), Bina Cipta,
Bandung.
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
185
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-185
[6] Sheu, Kuen-Bao, Shen Tarng Chiou, Wen-Ming
Hwang, Ting-Shan Wang dan Hong-Seng Yan,
1999, New Automatic Hybrid Transmission for
Motorcycles, Proceeding National Science
Council Republik of China, Taiwan
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke-9
Palembang, 13-15 Oktober 2010
186
ISBN : 978-602-97742-0-7 MIII-186