Sistem Kemudi

Fungsi sistem kemudi

Fungsi sistem kemudi adalah untuk mengatur arah kendaraan dengan cara membelokkan roda-roda depan.
Bila roda kemudi diputar, steering column akan meneruskan tenaga putarnya ke steering gear. Steering gear memperbesar tenaga putar ini sehingga dihasilkan momen yang lebih besar untuk menggerakkan roda depan melalui steering linkage.

Gambar Sistem kemudi

Pada dasarnya sistem kemudi dibedakan menjadi dua yaitu :

A. Sistem kemudi secara manual
- Dibutuhkan tenaga yang besar untuk menggerakkan roda kemudi
- Pengemudi lebih cepat lelah

B. Sistem kemudi yang memakai power steering
Penggunaan power steering memberikan keuntungan seperti :
- Mengurangi daya pengemudian ( steering effort )
- Kestabilan yang tinggi selama pengemudian

A. SISTEM KEMUDI SECARA MANUAL

Sistem kemudi secara manual jarang dipakai terutama pada mobil-mobil modern. Pada sistem ini dibutuhkan adanya tenaga yang besar untuk mengemudikannya. Akibatnya pengemudi akan cepat lelah apabila mengendarai mobil terutama pada jarak jauh.

Tipe sistem kemudi secara manual yang banyak digunakan adalah :

1. Recirculating ball

Cara kerjanya :
Pada waktu pengemudi memutar roda kemudi, poros utama yang dihubungkan dengan roda kemudi langsung membelok. Di ujung poros utama kerja dari gigi cacing dam mur pada bak roda gigi kemudi menambah tenaga dan memindahkan gerak putar dari roda kemudi ke gerakan mundur maju lengan pitman ( pitman arm ).

gambar Sistem kemudi jenis recirculating ball

Lengan-lengan penghubung (linkage), batang penghubung ( relay rod ), tie rod, lengan idler ( idler arm ) dan lengan nakel arm dihubungkan dengan ujung pitman arm. Mereka memindahkan gaya putar dari kemudi ke roda-roda depan dengan memutar ball joint pada lengan bawah ( lower arm ) dan bantalan atas untuk peredam kejut.

Jenis ini biasanya digunakan pada mobil penumpang atau komersial.

Keuntungan :

- -	Komponen gigi kemudi relative besar, bisa digunakan untuk mobil ukuran sedang, mobil besar dan kendaraan komersial Keausan relative kecil dan pemutaran roda kemudi relative ringan

Kerugian :

- Konstruksi rumit karena hubungan antara gigi sector dan gigi pinion tidak langsung
- Biaya perbaikan lebih mahal

2. Jenis rack and pinion

Cara kerja :
Pada waktu roda kemudi diputar, pinion pun ikut berputar. Gerakan ini akan menggerakkan rack dari samping ke samping dan dilanjutkan melalui tie rod ke lengan nakel pada roda-roda depan sehingga satu roda depan didorong, sedangkan satu roda tertarik, hal ini menyebabkan roda-roda berputar pada arah yang sama.

gambar Sistem kemudi jenis rack dan pinion

Kemudi jenis rack and pinion jauh lebih efisien bagi pengemudi untuk mengendalikan roda-roda depan.

Pinion yang dihubungkan dengan poros utama kemudi melalui poros intermediate, berkaitan denngan rack.

Keuntungan :

- Konstruksi ringan dan sederhana
- Persinggungan antara gigi pinion dan rack secara langsung
- Pemindahan momen relatif lebih baik, sehingga lebih ringan

Kerugian :

- Bentuk roda gigi kecil, hanya cocok digunakan pada mobil penumpang ukuran kecil atau sedang
- Lebih cepat aus
- Bentuk gigi rack lurus, dapat menyebabkan cepatnya keausan

KOMPONEN SISTEM KEMUDI

A. STEERING COLUMN

Steering column atau batang kemudi merupakan tempat poros utama. Steering column terdiri dari main shaft yang meneruskan putaran roda kemudi ke steering gear, dan column tube yang mengikat main shaft ke body. Ujung atas dari main shaft dibuat meruncing dan bergerigi, dan roda kemudi diikatkan ditempat tersebut dengan sebuah mur.

Steering column juga merupakan mekanisme penyerap energi yang menyerap gaya dorong dari pengemudi pada saat tabrakan.

Gambar Steering Column

Steering columnjuga merupakan mekanisme penyerap energi yang menyerap gaya dorong dari pengemudi pada saat tabrakan.

Ada dua tipe steering column yaitu :

1. Model Collapsible

Model ini mempunyai keuntungan :
Apabila kendaraan berbenturan / bertabrakan dan steering gear box mendapat tekanan yang kuat, maka main shaft column atau bracket akan runtuh sehingga pengemudi terhindar dari bahaya.

Kerugiannya adalah :

- -	Main shaft nya kurang kuat, sehingga hanya digunakan pada mobil penumpang atau mobil ukuran kecil. Konstruksinya lebih rumit

Animasi Penyerapan kekuatan tabrakan

Bagaimana kekuatan tabrakan dapat diserap?

Ada beberapa jenis sistem kemudi collapsibel, yakni yang dapat terlipat waktu terjadi tabrakan. Sebagai contoh di sini diperlihatkan jenis bola

Waktu Tabrakan

Dorongan badan pengemudi terhadap roda kemudi memutuskan pen-pen plastik dan menyebabkan poros utama atas dan tabung batang kemudi terdorong maju, sementara tabung-tabung atas dan bawah dihubungkan oleh bola-bola baja.
Tahanan meluncur bola-bola ini menyerap kekuatan dorong badan pengemudi.

2. Model Non collapsible

Model ini mempunyai keuntungan :

- Main shaftnya lebih kuat sehingga banyak digunakan pada mobil-mobil besar atau mobil-mobil kecil
- Konstruksinya sederhana

Kerugiannya adalah :

-	Apabila berbenturan dengan keras, kemudinya tidak dapat menyerap goncangan sehingga keselamatan pengemudi relatif kecil.

Animasi saat terjadi kecelakaan pada mobil mengunakan sistem kemudi model non collapsible

B. STEERING GEAR

Steering gear tidak hanya berfungsi untuk mengarahkan roda depan, tetapi dalam waktu yang bersamaan juga berfungsi sebagai gigi reduksi untuk meningkatkan momen agar kemudi menjadi ringan. Untuk itu diperlukan perbandingan reduksi yang disebut perbandingan steering gear, dan biasanya perbandingannya antara 18 sampai dengan 20 : 1.

Perbandingan yang semakin besar akan menyebabkan kemudi menjadi semakin ringan, tetapi jumlah putarannya akan bertambah banyak, untuk sudut belok yang sama.

Ada beberapa tipe steering gear, tetapi yang banyak digunakan dewasa ini adalah

Gambar Recirculating ball

Gambar Rack and pinion.

Tipe yang pertama, digunakan pada mobil penumpang ukuran sedang sampai besar dan mobil komersial. Sedangkan tipe kedua, digunakan pada mobil penumpang ukuran kecil sampai sedang.

Sudut belok dan gear ratio Pada diagram dapat dilihat hubungan sudut putar sector dengan gear ratio. Pada saat lurus atau sektor shaft berputar 2,5 ° ke kiri atau ke kanan gear ratio masih tetap 19,5 : 1. Sedangkan pada saat belok dengan sudut putar sektor 37° gear ratio menjadi besar yaitu 21,5 : 1. Oleh karena itu pada saat membelok kemudi menjadi ringan.

Tabel Gear rasio dan sudut belok

Ada beberapa bentuk steering gear box, diantaranya :

1. Model worm dan sector roller Worm gear berkaitan dengan sector roller di bagian tengahnya. Gesekannya dapat mengubah sentuhan antara gigi dengan gigi menjadi sentuhan menggelinding.
2. Model worm dan sector Pada model ini worm dan sector berkaitan langsung
3. Model screw pin Pada model ini pin yang berbentuk tirus bergerak sepanjang worm gear
4. Model screw dan nut Model ini di bagian bawah main shaft terdapat ulir dan sebuah nut terpasang padanya. Pada nut terdapat bagian yang menonjol dan dipasang kan tuas yang terpasang pada rumahnya.
5. Model recirculating ball Pada model ini, peluru-peluru terdapat dalam lubang-lubang nut untuk membentuk hubungan yang menggelinding antara nut dan worm gear.Mempunyai sifat tahan aus dantahan goncangan yang baik
6. Model rack and pinion Gerakan putar pinion diubah langsung oleh rack menjadi gerakan mendatar. Model rack and pinion mempunyai konstruksi sederhana, sudut belok yang tajam dan ringan, tetapi goncangan yang diterima dari permukaan jalan mudah diteruskan ke roda depan.

C. STEERING LINKAGE

Steering linkage terdiri dari rod dan arm yang meneruskan tenaga gerak dari steering gear ke roda depan. Walaupun mobil bergerak naik dan turun, gerakan roda kemudi harus diteruskan ke roda-roda depan dengan sangat tepat setiap saat. Ada beberapa tipe steering linkage dan konstruksi joint yang dirancang untuk tujuan tersebut. Bentuk yang tepat sangat mempengaruhi kestabilan pengendaraan.

1. Steering linkage untuk suspensi rigid

Gambar Steering linkage suspensi rigid

2. Steering linkage untuk suspensi independen

Gambar Ball joint pada suspensi independen

Komponen sistem kemudi lainnya bergantung pada jenis kemudi yang digunakan antara lain :

1. Steering wheel. Ada beberapa macam roda kemudi ditinjau dari konstruksinya yaitu : a. Roda kemudi besar Bentuk ini mempunyai keuntungan, yaitu mendapatkan momen yang besar sehingga pada waktu membelokkan kendaraan , akan terasa ringan dan lebih stabil b. Roda kemudi kecil Mempunyai keuntungan tidak memakan tempat dan peka terhadap setiap gerakan yang diberikan pada saat jalan lurus, akan tetapi dibutuhkan tenaga besar untuk membelokkan kendaraan karena mempunyai momen kecil c. Roda kemudi ellips Model ini dapat mengatasi kedua-duanya karena merupakan gabungan roda kemudi besar dan kecil.
2. Steering Main Shaft Steering main shaft atau Poros Utama Kemudi berfungsi untuk menghubungkan atau sebagai tempat roda kemudi dengan steering gear.
3. Pitman Arm Pitman arm meneruskan gerakan gigi kemudi ke relay rod atau drag link. Berfungsi untuk merubah gerakan putar steering column menjadi gerakan maju mundur.
4. Relay Rod Relay rod dihubungkan dengan pitman arm dan tie rod end kiri serta kanan. Relay rod ini meneruskan gerakan pitman arm ke tie rod
5. Tie Rod Ujung tie rod yangberulir dipasang pada ujung rack pada kemudi rack end pinion, atau ke dalam pipa penyetelan pada recirculating ball, dengan demikian jarak antara joint- joint dapat disetel.
6. Tie Rod End ( Ball Joint ) Tie rod end dipasanglkan pada tie rod untuk menghubungkan tie rod dengan knuckle arm, relay roda dan lain-lain.
7. Knuckle arm Knuckle arm meneruskan gerakan tie rod atau drag link ke roda depan melalui steering knuckle.
8. Steering knuckle Steering knuckle untuk menahan beban yang diberikan pada roda-roda depan dan berfungsi sebagai poros putaran roda. Berputar dengan tumpuan ball joint atau king pin dari suspension arm
9. Idler arm Pivot dari idler arm dipasang pada body dan ujung lainnya dihubungkan dengan relay rod dengan swivel joint. Arm ini memegang salah satu ujung relay rod dan membatasi gerakan relay rod pada tingkat tertentu.

 POWER STEERING

Sistem kemudi ini memiliki sebuah booster hidraulis dibagian tengah mekanisme kemudi agar kemudi menjadi lebih ringan. Dalam keadaan normal beratnya putaran roda kemudi adalah 2-4 kg ( lihat gambar )

Animasi cara kerja power steering

Sistem power steering direncanakan untuk mengurangi usaha pengemudian bila kendaraan bergerak pada putaran rendah dan menyesuaikan pada tingkat tertentu bila kendaraan bergerak, mulai kecepatan medium sampai kecepatan tinggi.

Penggunaan power steering memberikan keuntungan seperti :
- Mengurangi daya pengemudian ( steering effort )
- Kestabilan yang tinggi selama pengemudian

Cara kerja power steering :

1. Posisi netral

Minyak dari pompa dialirkan ke katup pengontrol ( control valve ). Bila katup pengontrol berada pada posisi netral, semua minyak akan mengalir melalui katup pengontrol ke saluran pembebas ( relief port )dan kembali ke pompa. Pada saat ini tidak terbentuk tekanan dan arena tekanan kedua sisi sama, torak tidak bergerak.

Animasi gerakan fluida pada posisi netral

2. Pada saat membelok

Pada saat poros utama kemudi (steeringmain shaft) diputar ke salah satu arah, katup pengontrol juga akan bergerak menutup salah satu saluran minyak. Saluran yang lain akan terbuka dan akan terjadi perubahan volume aliran minyak dan akhirnya terbentuk tekanan. Pada kedua sisi torak akan terjadi perbedaan tekanan dan torak akan bergerak ke sisi yang bertekanan rendah sehingga minyak yang berada dalam ruangan tersebut akan dikembalikan ke pompa melalui katup pengontrol.

Animasi gerakan fluida pada saat berbelok

VANE PUMP

Vane pump yang berfungsi membangkitkan tekanan hidraulis, pada bagian atas pompa terdapat reservoir yang selalu terisi air dengan fluida khusus, dan permukaan fluida harus selalu diperiksa secara teratur. Untuk tujuan tersebut, bila seseorang memeriksa tinggi permukaan fluida, pengecekan kondisi fluida perlu dilakukan termasuk temperatur fluida, adanya gelembung atau fluida menjadi keruh. Yang perlu diperhatikan bahwa volume fluida power steering tidak berubah kecuali jika terdapat kebocoran.

Gambar vane pump

Tipe Power Steering

Ada beberapa tipe power steering, tetapi masing-masing mempunyai 3 bagian yang terdiri dari pompa, control valve dan power silinder. Ada dua jenis power steering yaitu :

a. Tipe Integral

Sesuai dengan namanya, control valve dan power piston terletak di dalam gear box. Tipe gear yang dipakai ialah recirculating ball.Diperlihatkan di sini mekanisme sistem power steering tipe integral.
Bagian yang utama terdiri dari :
a. Tangki reservoir yang berisi fluida
b. Vane pump yang membangkitkan tenaga hidraulis
c. Gear box yang berisi control valve, power piston dan steering gear
d. Pipa-pipa yang mengalirkan fluida
e. Selang-selang flexible.

Gambar power steering type integral

b. Tipe Rack and Pinion

Control valve power steering tipe ini termasuk di dalam gear housing dan power pistonnya terpisah di dalam power cylinder. Tipe rack and pinion hampir sama dengan mekanisme tipe integral.

Gambar power steering type rack and pinion

Komponen utama vane pump sebagai berikut :

Reservoir tank	:	berfungsi untuk menampung persediaan minyak power steering.
Pump body	:	digerakkan oleh puli poros engkol mesin dan drive belt atau motor listrik, dan mengalirkan minyak yang bertekanan ke gear housing.
Flow control valve	:	fungsi untuk mengatur volume aliran minyak dari pompa ke gear housing dan menjaga agar volumenya tetap pada rpm pompa yang berubah-ubah.
Peralatan idle up	:	berfungsi untuk menaikkan rpm mesin pada saat pompa memperoleh beban maksimum

DIAGNOSA

Diagnosis ( trouble shooting ) sistem kemudi secara manual

Pada saat memeriksa system kemudi, perhatikan bahwa antara system kemudi dengan roda-roda depan ada kaitannya, demikian juga dengan suspensi, poros dan rangka. Adanya hubungan tersebut disebabkan oleh system kemudi, suspensi atau yang lainnya. Oleh karena itu, sebelum memutuskan bahwa gangguan terdapat pada system kemudi, pertimbangkan dan periksa semua penyebab lain yang mungkin ada.

Memeriksa tinggi permukaan oli pada gear box

- Cara memeriksanya sebagai berikut :
- Tempatkan kendaraan pada tempat yang rata
- Periksa tinggi permukaan oli
- Bersihkan bagian atas dan roda gigi kemudi
- Kendorkan dan lepaskan sumbat pembuang
- Masukkan obeng kecil ke dalam lubang pengisi oli dan ukur jaraknya.
- Tambahkan oli apabila permukaan rendah, kemudian ada kebocoran atau tidak.
- Pasang kemlai sumbat penguapan

Memeriksa lengan penghubung kemudi ( steering linkage )

Cara memeriksanya sebagai berikut :
- Tempatkan kendaraan pada tempat yang rata
- Periksa tinggi permukaan oli
- Bersihkan bagian atas dari roda gigi kemudi
- Kendorkan dan lepaskan sumbat pembuang
- Masukkan obeng kecil ke dalam lubang pengisi oli dan ukur jaraknya
- Tambahkan oli apabila permukaan rendah, kemudian ada kebocoran atau tidak
- Pasang kembali sumbat penguapan.

Memeriksa tinggi permukaan oli pada gear box

Gambar gear box

Memeriksa lengan penghubung kemudi ( steering linkage )

Gambar lengan penghubung kemudi

Pemeriksaan kebebasan roda kemudi

Langkah-langkahnya :
- Putar roda kemudi hingga pada posisi lurus
- Putar perlahan-lahan roda kemudi jangan samapai roda berherak
- Besarkan gerakan roda kemudi (free play)
- Besarnya kebebasan roda kemudi bergantung pada model mobil, biasanya tidak lebih dari 30 mm

Gambar kebebasan roda kemudi

Kemudi berat

Langkah-langkahnya :
- Periksa tekanan ban
- Periksa steering systemnya (tinggi minyak, steering linkage, steering gear)
- Periksa ball jaoin atau king pin
- Periksa suspension arm
- Periksa tinggi kendaraan
- Periksa wheel aliggment

Memeriksa sabuk penggerak pompa pada power steering

Memeriksa sabuk penggerak pompa pada power steering, yaitu :
- Sabuk penggerak pompa harus diperiksa dan diganti bila pecah-pecah
- mengkilat / terbakar
- kerusakan lain/ tergencet

Apabila sabuk penggerak pompa berbunyi pada saat kendaraan sedang membelok, berarti sabuk dalam keadaan kendor, oleh karena itu, perlu disetel. Penyetelan dapat dilakukan menggunakan alat khusus uji ketegangan sabuk

Gambar

Memeriksa tekanan kerja power steering

Langkah-langkahnya :
-	Lepaskan saluran tekanan dari rumah pompa
-	Pasangkan meter tekanan dan kran, antara saluran yang dilepas dengan saluran ke luar pompa
-	Untuk pemeriksaan teliti, perlu bantuan termometer dan tachometer
-	Keluarkan angin yang kemungkinan ada pada sistem dengan jalan menghidupkan motor dan memutar kemudi ke kanan dan ke kiri berkali-kali. Periksa ketinggian cairan, tambahkan bilamana perlu, dan biarkan meter katup sampai cairan mencapai suhu spesifikasi.
-	Ukur tekanan cairan pada rumah gigi kemudi, harga spesifikasi tekanan lebih dari 72 kg/cm.

Diagram ringkas power steering

Sumber : m-Edukasi.ne