Reka Bentuk dan Teknologi nota, bab 3

Aplikasi teknologi (2.2): Reka bentuk mekanikal

Buku teks Reka Bentuk dan Teknologi Tingkatan 2 KSSM (Sasbadi, 2017), halaman 42–59

Matlamat bab ini

Murid boleh mengenal pasti komponen mekanikal (2.2.1)
Murid boleh menjelaskan bagaimana sistem mekanikal berfungsi pada produk yang dipilih (2.2.2)
Murid boleh menghasilkan lakaran 3D reka bentuk gajet yang menggunakan komponen sistem mekanikal yang dipilih (2.2.3)
Murid boleh menganalisis kesesuaian komponen yang digunakan untuk membina gajet (2.2.4)
Murid boleh membuat rumusan kekuatan dan kelemahan komponen sistem mekanikal yang dipilih untuk membina gajet (2.2.5)
Murid boleh membina gajet mekanikal berfungsi (2.2.6)
Murid boleh memberi cadangan untuk penambahbaikan pada sistem berdasarkan pandangan murid (2.2.7)

Sistem mekanikal mengurangkan tenaga mekanikal manusia dalam melakukan sesuatu pekerjaan. Gabungan komponen mekanikal membolehkan sesuatu produk berfungsi, bergerak atau berputar. Pergerakan mekanikal bertujuan memindahkan suatu sumber gerakan kepada gerakan yang lain.

2.2.1Mengenal pasti komponen mekanikal

Sistem mekanikal ialah beberapa komponen yang berfungsi sebagai penghantar bagi menyelesaikan sesuatu tugas yang telah diprogramkan, atau mekanisme untuk mendapatkan sesuatu hasil pengeluaran.

Komponen mekanikal digunakan secara berasingan atau secara gabungan, dan saling berkait untuk menyelesaikan tugasan yang dikehendaki pengendali.

Sistem mekanikal yang paling ringkas menggunakan sekurang-kurangnya dua jenis komponen mekanikal.

Sebelas komponen mekanikal mengelilingi bulatan tengah: gear, pautan, tuil atau tuas, takal, tali sawat, aci sesondol, aci engkol, gelongsor, galas bebola, bindu dan rantai — Sebelas komponen mekanikal dalam reka bentuk gajet mekanikal (Rajah 2.2.1).

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 43.

Fungsi komponen mekanikal (ms. 44–47)
Komponen	Fungsi	Contoh penggunaan
Gear	Memindahkan kuasa; gigi pada badan gear menyalurkan kuasa daripada sumber kepada penerima	Jam
Pautan (linkage)	Penghubung komponen atau bahan bagi melengkapkan suatu sistem	Pintu
Tuil / tuas (lever)	Sistem yang berkaitan daya, beban dan fulkrum	Playar gabung, kereta sorong, pengokot
Takal (pulley)	Mesin ringkas, satu roda berputar pada gandar; beban menjadi ringan dan mudah diangkat	Mengangkat beban berat
Tali sawat (belting)	Menghubungkan takal pemacu (pada enjin atau motor) dengan takal dipacu	Pemesinan, conveyor, motosikal berkuasa besar
Aci sesondol (cam shaft)	Membuka dan menutup injap (valve)	Enjin kenderaan bermotor, kereta
Aci engkol (crank shaft)	Menukarkan gerakan linear kepada gerakan berputar, lalu menghantar kuasa ke kotak gear untuk menggerakkan kenderaan	Enjin kereta
Gelongsor (slider)	Mengurangkan geseran bagi menggerakkan komponen; beban digerakkan secara mendatar	Industri yang memindahkan beban berat
Galas bebola (ball bearing)	Pengantara bagi objek yang berputar, mengurangkan geseran dan melancarkan pergerakan	Bahagian roda kenderaan
Bindu (chuck)	Memegang dan mencengkam mata gerudi (pengunci khas mengetatkan cengkaman)	Mesin gerudi
Rantai (chain)	Pengantara penghantaran kuasa antara dua gear	Basikal, motosikal

Aci engkol dan aci sesondol mudah dikelirukan. Aci engkol: gerakan linear menjadi berputar dan menghantar kuasa. Aci sesondol: buka dan tutup injap.

Jenis-jenis gear

Terdapat sepuluh jenis gear. Setiap gear mempunyai fungsi yang berbeza.

Sepuluh jenis gear: serong, taji, heliks, tulang hering, rak dan pinan, miter, skru, dalam, serong pilin dan belitan — Jenis-jenis gear (Gambar foto 2.2.2).

Foto: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 44.

Gear serong (bevel), gear taji (spur), gear heliks (helical), gear tulang hering (herringbone), gear rak dan pinan (rack and pinion), gear miter, gear skru (screw), gear dalam (internal), gear serong pilin (spiral bevel) dan gear belitan (worm).

Kelas tuas

Tuas melibatkan tiga perkara: daya (usaha yang dikenakan), beban dan fulkrum (sangga, titik penyokong). Kelas tuas ditentukan oleh perkara yang berada di tengah-tengah antara dua perkara yang lain.

Kelas	Susunan	Contoh dalam buku teks
Kelas 1	Fulkrum di tengah, daya dan beban di kiri dan kanan	Playar gabung
Kelas 2	Beban di tengah, antara fulkrum dengan daya	Kereta sorong
Kelas 3	Daya di tengah, antara fulkrum dengan beban	Pengokot (stapler)

Tiga rajah tuas kelas 1, 2 dan 3 dengan playar gabung, kereta sorong dan pengokot — Teori tuas dan alatan yang menggunakan tuil dan tuas (Rajah 2.2.2).

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 45.

Cara mudah mengingat: lihat siapa di tengah. Fulkrum di tengah = kelas 1; beban di tengah = kelas 2; daya di tengah = kelas 3.

Penyelenggaraan: komponen mekanikal cepat haus jika tidak diselenggara. Lakukan penyelenggaraan secara berkala supaya komponen berada dalam keadaan optimum apabila digunakan semula (ms. 45).

Nyatakan komponen mekanikal yang digunakan untuk (a) memegang mata gerudi, (b) menghubungkan takal pemacu dengan takal dipacu, (c) menggerakkan beban berat secara mendatar dengan geseran yang kecil.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

(a) Bindu. (b) Tali sawat. (c) Gelongsor.

2.2.2Bagaimana sistem mekanikal berfungsi pada produk yang dipilih

Sistem mekanikal melibatkan penggabungan beberapa komponen mekanikal yang berfungsi pada produk yang dipilih dan digunakan untuk menyelesaikan sesuatu tugas. Setiap komponen mempunyai fungsi tersendiri.

Contoh mudah ialah basikal.

Basikal dengan empat bahagian dibesarkan: hendal, brek, pedal dan roda, masing-masing dengan penerangan — Komponen mekanikal pada basikal.

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 48.

Bahagian basikal	Fungsi dan komponen mekanikal
Hendal	Mengawal haluan basikal (kiri, kanan, hadapan). Bergerak dengan bebas kerana menggunakan galas bebola.
Brek	Memperlahan atau memberhentikan basikal yang bergerak. Tuas digunakan pada pemegang pencengkam brek.
Pedal	Berpusing apabila dikayuh dan menghasilkan tenaga penghantar kuasa. Rantai dan gear menghantar kuasa.
Roda	Membolehkan basikal bergerak dengan lancar. Galas bebola pada roda membenarkan roda berputar dengan mudah.

Nyatakan satu komponen mekanikal pada basikal yang mengurangkan geseran dan nyatakan di mana ia digunakan.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Galas bebola; pada hendal dan pada roda.

2.2.3Menghasilkan lakaran 3D reka bentuk gajet

Selepas pereka bentuk mengenal pasti idea inovasi (contohnya gajet lampu basikal), lakaran perkembangan idea dihasilkan. Semasa itu, elemen dan prinsip reka bentuk diambil kira supaya gajet memenuhi kehendak pengguna, tetapi fungsi utama gajet mesti dikekalkan.

Lakaran lampu basikal Idea 1, Idea 2 dan Idea 3 yang berlabel dengan ukuran, gelongsor, pemegang lampu (pautan) dan pengunci pemegang lampu (tuas) — Lakaran perkembangan idea dan lakaran reka bentuk akhir (Rajah 2.2.3): Idea 3 diinovasikan daripada Idea 2, Idea 2 daripada Idea 1.

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 49.

Lakaran akhir yang melibatkan penggunaan komponen mesti ditunjukkan dengan jelas. Labelkan maklumat lain pada lakaran:

jenis bahan pembinaan
fungsi komponen
saiz (ukuran)
warna yang digunakan

Pada lakaran lampu basikal, namakan komponen mekanikal bagi pemegang lampu dan pengunci pemegang lampu.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Pemegang lampu: pautan. Pengunci pemegang lampu: tuas. (Badan lampu: gelongsor.)

2.2.4Menganalisis kesesuaian komponen yang digunakan

Selepas lakaran akhir dihasilkan, analisis dibuat untuk mengenal pasti kesesuaian komponen supaya produk berkualiti dan menarik perhatian pembeli. Empat aspek dinilai:

Aspek	Perkara yang dinilai
Reka bentuk komponen	Menepati cita rasa pelanggan dan mempunyai nilai kebolehpasaran yang tinggi.
Jenis bahan binaan	Bahan bersesuaian dan dapat berfungsi seperti yang diharapkan.
Kedudukan pemasangan komponen	Boleh mempengaruhi jenis pautan yang digunakan.
Kemasan	Menarik dan melindungi kelemahan komponen seperti mudah berkarat. Contoh: cat sembur, cat minyak, lekar dan stiker.

Contoh analisis kesesuaian komponen gajet (Jadual 2.2.1, ms. 50)
Kriteria penilaian	Ya / Tidak	Cadangan penambahbaikan
Reka bentuk komponen	Ya
Jenis bahan	Tidak	Menggunakan aluminium bagi menggantikan plastik lembut
Kedudukan pemasangan	Ya
Kemasan	Ya

Cadangan penambahbaikan hanya perlu ditulis untuk kriteria yang jawapannya Tidak.

2.2.5Membuat rumusan kekuatan dan kelemahan komponen

Selepas analisis, pereka bentuk membuat rumusan dengan membandingkan kekuatan dan kelemahan sistem mekanikal yang dipilih.

Perbandingan kekuatan dan kelemahan (Jadual 2.2.2, ms. 51)
Komponen	Sistem mekanikal	Kekuatan	Kelemahan
Pemegang lampu	Pautan	Mempunyai cengkaman yang kuat pada hendal basikal	Sukar dibuat pelarasan jika diameter hendal basikal berbeza
Pengunci pemegang lampu	Tuas	Mengambil masa yang singkat untuk dipasang dan ditanggalkan	Mudah terbuka sekiranya tidak dipasang dengan kemas
Badan lampu	Gelongsor	Boleh ditanggalkan dan dipasang dengan mudah	Bahagian gelongsor mudah longgar jika terkena gegaran yang kuat

Nyatakan satu kelemahan gelongsor pada badan lampu basikal.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bahagian gelongsor mudah longgar jika terkena gegaran yang kuat.

2.2.6Membina gajet mekanikal berfungsi

Proses pembinaan adalah sama bagi setiap produk, walaupun mungkin ada sedikit perubahan mengikut kesesuaian. Carta alir berikut menunjukkan pembinaan gajet lampu basikal. Dua anak panah ke belakang menunjukkan pengulangan: jika sesi kritik gagal (Tidak), proses kembali ke lakaran awal; jika pengujian gagal (Tidak), proses kembali ke pemasangan komponen.

Carta alir: Mula, sesi brief bersama pelanggan, kaji selidik, lakaran awal, lakaran idea, sesi kritik, lakaran akhir, lukisan kerja, penyediaan komponen pembinaan, proses penghasilan komponen, pemasangan komponen, pengujian, kemasan akhir, selesai — Carta alir proses pembinaan gajet lampu basikal (Rajah 2.2.6).

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 52.

Info keselamatan: faktor keselamatan mesti diutamakan semasa pembinaan. Patuhi tanda amaran: gunakan peralatan keselamatan, topi keselamatan, kasut keselamatan, sarung tangan keselamatan dan gogal keselamatan.

Enam peringkat pembinaan gajet

Peringkat	Perkara penting
1. Lakaran ceraian sistem dan komponen	Penjelasan terperinci tentang komponen yang akan dibina dan cara komponen digabungkan menjadi sistem lengkap. Dalam industri, lakaran diterjemahkan kepada lukisan kerja sebelum ke bahagian pengeluaran. Setiap komponen dinyatakan dengan tepat dan jelas bagi mengelakkan pembaziran.
2. Menyediakan komponen pembinaan	Komponen disediakan dengan mengambil kira kesesuaian pada fungsi dan proses pembinaan.
3. Penghasilan komponen	Melalui pemesinan, pembentukan, tuangan (suntikan) atau kaedah lain. Bahan mentah pelbagai saiz diubah, dibentuk dan diacu kepada bentuk yang bersesuaian.
4. Pemasangan komponen	Komponen dipasang menjadi model atau produk lengkap yang saling berpaut. Kaedah pembuatan mesti sesuai dengan bahan supaya tiada kerugian dan kemalangan.
5. Pengujian	Menguji kefungsian dan ketahanan prototaip. Dua ujian biasa: ujian makmal dan ujian parameter. Ada juga ujian simulasi menggunakan teknologi terkini.
6. Kemasan	Menutup kelemahan rupa permukaan (berkarat, tidak rata, bahagian tajam dan berbahaya) dan menambah nilai estetika.

Lakaran ceraian lampu basikal: perumah bateri, pemegang bateri, penutup lampu, pemegang lampu, lampu, pencengkam dan cermin — Contoh lakaran ceraian lampu basikal (Rajah 2.2.7).

Rajah: buku teks RBT Tingkatan 2, ms. 53.

Pengujian: prototaip diuji sehingga mencapai keupayaan maksimum, iaitu sehingga memenuhi spesifikasi. Jika lulus tahap kelulusan, produk dikeluarkan secara besar-besaran dan dipasarkan. Jika gagal, pemasangan dibaiki dan diuji semula (carta alir).

Pengujian musnah prototaip dilakukan dengan mesin pengujian hentaman. Pada peringkat manakah dalam enam peringkat pembinaan ujian ini dilakukan, dan mengapakah peringkat ini penting?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Peringkat pengujian. Penting untuk menguji kefungsian dan ketahanan prototaip, supaya produk yang lemah atau berbahaya tidak dikeluarkan secara besar-besaran.

2.2.7Cadangan penambahbaikan kepada sistem

Penambahbaikan perlu dilakukan jika sistem pada produk gagal berfungsi atau reka bentuknya cacat. Kegagalan fungsi menyebabkan produk tidak beroperasi seperti sepatutnya, dan boleh berbahaya serta menyebabkan risiko kemalangan. Cita rasa pengguna sentiasa berubah; pereka bentuk perlu membuat kajian tentang trend pengguna terkini. Proses pembinaan semasa penambahbaikan adalah seperti yang telah dipelajari.

Aspek	Penjelasan	Contoh
Rupa bentuk	Rupa bentuk menarik menawan hati pembeli dan menjadikan produk istimewa berbanding produk sedia ada	Rupa bentuk futuristik dan mengikut trend terkini
Bahan	Mesti bersesuaian dengan tugas komponen; bahan sintetik ada banyak kelebihan berbanding bahan tradisional	Plastik berbanding logam; gentian karbon lebih tahan daripada logam dan sangat ringan
Fungsi	Fungsi bermaksud tugas; produk berfungsi melaksanakan tugas bertepatan dengan tujuannya dicipta	Pisau pelbagai fungsi; pen menulis dengan lancar
Kemasan	Menambah daya tarikan dan menutup kelemahan bahan	Cat pada logam melindungi daripada kelembapan dan karat; cat elektrostatik mengatasi cat konvensional yang mudah tertanggal

Sebuah gear daripada keluli berkarat dan berat. Berikan dua cadangan penambahbaikan menggunakan aspek 2.2.7.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bahan: gantikan dengan gear plastik (lebih ringan, tidak berkarat). Kemasan: sapu cat atau kemasan lain yang melindungi logam daripada kelembapan dan karat.

Rumusan

Aspek	Perkara penting
Komponen mekanikal (11)	Gear, pautan, tuil/tuas, takal, tali sawat, aci sesondol, aci engkol, gelongsor, galas bebola, bindu, rantai. Sistem paling ringkas: sekurang-kurangnya dua komponen.
Fungsi penting	Gear memindahkan kuasa; galas bebola dan gelongsor mengurangkan geseran; aci engkol: linear kepada berputar; aci sesondol: buka dan tutup injap; bindu: pegang mata gerudi.
Kelas tuas	Fulkrum di tengah = kelas 1; beban di tengah = kelas 2; daya di tengah = kelas 3.
Lakaran 3D	Lakaran perkembangan idea; labelkan bahan, fungsi komponen, saiz dan warna.
Analisis kesesuaian	Reka bentuk komponen, jenis bahan binaan, kedudukan pemasangan, kemasan.
Rumusan	Bandingkan kekuatan dengan kelemahan setiap komponen (Jadual 2.2.2).
Pembinaan	Lakaran ceraian, penyediaan komponen, penghasilan komponen, pemasangan, pengujian (makmal, parameter), kemasan.
Penambahbaikan	Rupa bentuk, bahan, fungsi, kemasan.