Fungsi sistem kemudi adalah untuk mengatur arah kendaraan dengan cara membelokkan roda depan. Cara kerjanya bila steering wheel (roda kemudi) diputar, steering coulomn (batang kemudi) akan meneruskan tenaga putarnya ke steering gear (roda gigi kemudi).
Steering gear memperbesar tenaga putar ini sehingga dihasilkan momen puntir yang lebih besar untuk diteruskan ke steering lingkage. Steering lingkage akan meneruskan gerakan steering gear ke roda-roda depan. Jenis sistem kemudi pada kendaraan menengah sampai besar yang banyak digunakan adalah model recirculating ball dan pada kendaraan ringan yang banyak digunakan adalah model rack dan pinion. Agar sistem kemudi sesuai dengan fungsinya maka harus memenuhi persyaratan seperti berikut :
o Kelincahannya baik.
o Usaha pengemudian yang baik.
o Recovery ( pengembalian ) yang halus.
o Pemindahan kejutan dari permukaan jalan harus seminimal mungkin.
| |||
| |||
Gambar: 1. Sistem kemudi model Recirculating ball
|
Gambar 2. Sistem kemudi model Rack dan pinion
2. Konstruksi Sistem Kemudi
Pada umumnya konstruksi sistem kemudi terdiri dari tiga bagian utama yaitu :
a. STEERING COULOMN.
Steering coulomn terdiri dari main shaft yang meneruskan putaran steering wheel ke steering gear dan coulomn tube yang mengikat main shaft ke body.Bagian ujung atas dari main shaft dibuat meruncing dan bergerigi sebagai tempat mengikatkan steering wheel dengan sebuah mur pengikat.
Bagian bawah main shaft dihubungkan dengan steering gear menggunakan flexibel joint atau universal joint yang berfungsi untuk menahan dan memperkecil kejutan dari steering gear ke steering wheel yang diakibatkan oleh keadaan jalan.
Steering coulomn harus dapat menyerap gaya dorong dari pengemudi dan dipasangkan pada body melalui bracket coulomn tipe breakaway sehingga dapat bergeser turun pada saat terjadinya tabrakan.
Pada kendaraan tertentu,steering coulomn dilengkapi dengan :
Ø Steering lock yang berfungsi untuk mengunci main shaft.
Ø Tilt steering yang berfungsi untuk memungkinkan pengemudi menyetel posisi vertikal steering wheel.
Ø Telescopic steering yang berfungsi untuk mengatur panjang main shaft,agar diperoleh posisi yang sesuai.
b. STEERING GEAR
Steering Gear berfungsi untuk mengarahkan roda depan dan dalam waktu yang bersamaan juga berfungsi sebagai gigi reduksi untuk meningkatkan momen agar kemudi menjadi ringan.
Steering gear ada beberapa type dan yang banyak di gunakan adalah type recirculating ball dan rack and pinion.
Berat ringannya kemudi ditentukan oleh besar kecilnya perbandingan steering gear dan umumnya berkisar antara 18 sampai 20:1. Perbandingan steering gear yang semakin besar akan menyebabkan kemudi semakin ringan akan tetapi jumlah putarannya semakin banyak, untuk sudut belok yang sama.
Jumlah putaran roda kemudi (derajat)
Perbandingan steering gear = -----------------------------------------------
(tipe recirculating ball) Jumlah gerakan pit man arm (derajat)
Jumlah putaran roda kemudi (derajat)
Perbandingan steering gear = -----------------------------------------------
(tipe rack and pinion) besarnya sudut belok roda depan(derajat)
a) Tipe Recirculating Ball
 |
Gambar 3. Steering gear tipe recirculation ball
Cara kerja :
Bila roda kemudi diputar, maka gerakan ini diteruskan ke worm shaft/poros cacing, sehingga Nut (mur) kemudi akan bergerak mendatar kekiri atau kanan. Sementara nut bergerak, sektor shaft juga akan ikut berputar menggerakkan pitman arm yang diteruskan ke roda depan melalui batang-batang kemudi/steering linkage.
b) Tipe rack and pinion
1. Ball joint
2. Tie rod
3. Pinion
4. Rack
5. Karet Penutup (Booth)
6. Joint Peluru
Gambar 4. Steering gear tipe rack dan pinion
Cara kerja :
Bila roda kemudi diputar, maka gerakan diteruskan ke roda gigi pinion. Roda gigi pinion selanjutnya akan menggerakkan roda gigi rack searah mendatar. Gerakan rack ini diteruskan ke steering knuckle melalui tie rod sehingga roda membelok.
c) Steering linkage
Steering linkage terdiri dari rod dan arm yang meneruskan tenaga gerak dari steering gera ke roda depan. Gerakan roda kemudi harus diteruskan ke roda-roda depan dengan akurat walaupun mobil bergerak naik turun. Ada beberapa tipe steering linkage yaitu :
1) Steering linkage untuk suspensi rigid
Steering linkage tipe ini terdiri dari pitman arm, drag link, knuckle arm, tie rod dan tie rod end. Tie rod mempunyai pipa untuk menyetel panjangnya rod.
2) Steering linkage untuk suspensi independence.
Pada tipe ini terdapat sepasang tie rod yaitu yang disambungkan dengan relay rod (pada tipe rack dan pinion, rack berfungsi sebagai relay rod. Untuk menyetel panjangnya rod, maka dipasangkan sebuah pipa diantara tie rod dan tie rod end.
Geometri roda (wheel alignment) adalah sudut-sudut kemiringan roda yang dibentuk oleh garis sumbu vertikal jika kendaraan dipandang dari depan, samping atau atas. Fungsi geometri roda adalah untuk memudahkan pengemudian kendaraan, menstabilkan pengemudian, menghasilkan daya balik kemudi yang baik, mengurangi keausan ban. Geometri roda (wheel alignment) terdiri dari : Camber, Caster, Steering Axis Inclination (Kingpin Inclination), Toe-in dan Toe-out, Perbedaan sudut belok.
1. Camber
Camber adalah kemiringan roda bagian atas kearah dalam/luar terhadap garis sumbu vertikal jika kendaraan dilihat dari depan. Besar sudut kemiringannya diukur dalam derajat. Bila kemiringan roda bagian atas ke arah luar disebut camber positif. Pada Camber positif roda-roda terdorong ke dalam sehingga mencegah roda agar tidak lepas. Bila sudut camber positif terlalu besar mengakibatkan keausan roda terjadi pada bagian luar roda.Camber positif menyebabkan pengemudian menjadi ringan
Gambar 5. Camber positif
Bila kemiringan roda bagian atas kearah dalam disebut camber negatif. Camber negatif membuat kendaraan cenderung lurus dan stabil. Bila sudut camber negatif terlalu besar mengakibatkan keausan roda terjadi pada bagian dalam roda. Camber negatif menyebabkan pengemudian berat.Camber negatif menyebabkan efek kebebasan bantalan roda bertambah dan dapat memperbesar momen bengkok spindle.
Gambar 6. Camber Negatif
Bila garis tengah roda sejajar dengan garis sumbu vertikal,maka disebut camber 0.
Camber 0 dapat mencegah keausan ban yang tidak merata. Camber 0 menyebabkan stabilitas pengemudian berkurang, menyebabkan getaran pada roda kemudi besar dan tidak stabil.
Gambar 7. Camber 0
Besar sudut camber.
Besar sudut camber umumnya : -1 s.d 3 derajat
Besar sudut camber yang sering dipakai : 0 s.d 1 derajat
Perbedaan sudut camber.
Yang dimaksud perbedaan sudut camber adalah perbedaan sudut camber roda kiri dan kanan.
Perbedaan sudut camber yang diperbolehkan biasanya sekitar 0,5 derajat ( 30 menit )
2. Caster
Caster adalah kemiringan steering axis bagian atas kearah depan atau belakang terhadap garis sumbu vertikal bila dipandang dari samping kendaraan.
Saat jalan lurus caster berfungsi menggerakkan roda tetap stabil dalam posisi lurus walau roda kemudi dilepas dan pada saat kendaraan membelok ban menopang pada permukaan jalan dengan baik.
Trail adalah jarak antara dari titik potong garis tengan steering axis dengan jalan dan titik pusat singgung ban dengan jalan.
Caster positif adalah bila kemiringan steering axis bagian atas ke arah belakang.
Kendaraan pada umumnya menggunakan caster positif karena menghasilkan kestabilan kendaraan saat berjalan lurus dan daya balik kemudi setelah membelok. Bila caster positif terlalu besar maka akan menyebabkan trail makin panjang dan daya balik kemudi makin besar, akan tetapi kemudi cenderung menjadi lebih berat.
Trail
Gambar 8. Caster Positif
Caster negatif adalah bila kemiringan steering axis bagian atas kearah depan. Caster negatif membuat kemudi ringan, tetapi kestabilan kendaraan saat berjalan lurus menjadi berkurang dan kemudi kurang dapat dikendalikan sehingga jarang digunakan pada kendaraan pada umumnya.
Trail
Gambar 9. Caster Negatif
Caster 0 adalah bila steering axis sejajar dengan garis sumbu vertikal.Pada caster 0 saat kendaraan jalan lurus,roda tidak cenderung mencari sikap lurus,sehingga tidak ada kestabilan saat jalan lurus.
Gambar 10. Caster 0
Sudut caster umumnya : 3 – 8 derajat
Perbedaan yang diijinkan antara roda kiri dan kanan : 0,5 derajat ( 30 menit )
3. Steering Axis Inclination (Kingpin Inclination)
Steering axis adalah garis sumbu tempat roda berputar saat berbelok kekiri atau kekanan dan bisa digambarkan antara bagian atas dari shock absorber upper support bearing sampai lower suspension arm ball joint.
Steering axis inclination adalah kemniringan steering axis bagian atas ke arah dalam bila dipandang dari depan kendaraan.
Offset adalah jarak antara titik potong steering axis dengan jalan dan titik potong garis tengah ban dengan jalan.
Offset yang lebih kecil akan membuat kemudi menjadi lebih ringan dan kejutan akibat pengereman dan percepatan berkurang.
Steering axis inclination juga menghasilkan daya balik kemudi dengan cara memanfaatkan berat kendaraan.
Gambar 11. Steering Axis Inclination
4. Wheel Angle (Perbedaan sudut belok)
Wheel angle (Perbedaan sudut belok) adalah jarak antara roda kanan dan roda kiri terhadap titik pusat yang sama kedua roda pada saat membelok.
Bila roda depan kanan dan kiri harus mempunyai sudut belok yang sama besar, perbedaan sudut beloknya harus sama (r1 = r2). Akan tetapi masing-masing roda akan berputar mengelilingi titik pusat yang berbeda (O1 dan O2). Akibatnya kendaraan tidak dapat membelok dengan lembut karena terjadinya side-slip pada roda-roda.
Titik pusat berbeda pada saat membelok
Untuk mencegah ini, knuckle arm dan tie rod disusun agar pada saat membelok roda-roda sedikit toe-out. Akibatnya sudut belok roda inner sedikit lebih besar dari pada sudut belok roda outer dan titik pusat putaran roda kiri dan kanan berimpit. Akan tetapi sudut beloknya berbeda (r1 > r2). Prinsip ini disebut prinsip Ackerman.
Titik pusat sama pada saat berbelokUntuk tipe suspensi yang tie rodnya terletak di belakang spindle, knuckle arm sedikit diserongkan ke arah dalam ( Ø).
5. Toe Angle (Toe-In dan Toe-Out)
Adalah perbedaan antara jarak bagian depan dan jarak bagian belakang roda kanan dan kiri bila kendaraan dilihat dari atas.
Bila bagian depan roda lebih kecil ke arah dalam dari pada bagian belakang roda (dilihat dari atas), ini disebut toe-in. sebaliknya susunan yang berlawanan disebut toe-out.
Bila bagian depan roda sama dengan bagian belakang roda,disebut toe-0
Toe-in : A < B
Roda bagian depan berada pada posisi saling mendekat
Toe-out : A > B
Roda bagian depan berada pada posisi saling menjauh
Toe-0 : A = B
Roda kiri dan kanan pada posisi paralel
Bila roda-roda depan memiliki camber positif, maka bagian atas roda miring mengarah keluar. Hal ini akan menyebabkan roda-roda berusaha menggelinding ke arah luar pada saat mobil berjalan lurus, dan akan terjadi side-slip. Dan ini akan mengakibatkan ban menjadi aus.
Untuk itu toe-in digunakan pada roda-roda depan untuk mencegah roda menggelinding keluar yang disebabkan oleh camber.
Dengan demikian toe-in berfungsi sebagai koreksi camber dan sebagai koreksi gaya penggerak.
Mobil dengan penggerak roda belakang, penyetelan toe-in umumnya : 0 + 5 mm
Mobil dengan penggerak roda depan, penyetelan toe out umumnya : 0 + 2 mm
