PEMILIHAN BAHAN DAN PROSES RODA GIGI LURUS

KELOMPOK IIArifinAsep rustandiAwwaludinDanang suwondoDeby tyas djatmikoWahyu frendi irawan

DOSENMUSTASYAR PERKASA

RODA GIGI

Fungsi roda gigi

Roda gigi adalah suatu alat yang digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran yang

tepat.Roda gigi mempunyai keunggulan dibanding dengan sabuk dan rantai dalam mentransmisikan daya

dan putaran karena lebih ringkas.Putaran lebih tinggi dan tepat daya yang ditransmisikan lebih

besar.Namun ini bukan menjadi hal untuk dipilihnya roda gigi.Disamping cara lain yang memerlukan

ketelieian dalam pembuatan pemasangan atau pemilihannya,tetapi suatu hal yang pasti bahwa pemakaian

roda gigi ini sebagai alat transmisi telah menduduki hal yang penting disegala bidang.Mulai dari alat

pengukur yang kecil dan teliti seperti jam tangan sampai pada roda gigi reduksi pada turbin besar yang

berdaya puluhan megawatt.

1.2.Klasifikasi roda gigi

Roda gigi diklasifikasikan menurut letak poros,arah putaran dan bentuk jalur gigi.

Klasifikasi roda gigi dengan poros sejajar:

a.Roda gigi lurus (spur gear)

Gambar 1.1. Roda gigi lurus (Sularso 1997)

Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi sejajar terhadap poros.

b.Roda Gigi Miring

Gambar. 1.2. Roda gigi miring (Sularso 1997)

Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang berbentuk ulir pada silinder jarak bagi.

Perbandingan kontak lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehingga pemindahan momen atau putaran

melalui gigi-gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus.

c.Roda Gigi Miring Ganda

Gambar.1.3. Roda gigi miring (Sularso 1997)

Gaya axial yang terjadi pada gigi yang mempunyai alur brbentukvtersebut akan saling

meniadakan.Dengan roda gigi ini perbandingan reduksi,kecepatan keliling dan daya yang diteruskan

dapat diperbesar,tetapi pembuatannya sukar.

d.Roda gigi dalam

Gambar. 1.4. Roda gigi dalam (Sularso 1997)

Dipakai jika diinginkan alat transmisi dengan ukuran kecil dan dengan perbandingan reduksi

yang lebih besar,karena pinion terletak didalam roda gigi.

e.Roda gigi kerucut lurus

Gambar 1.5.Roda gigi kerucut lurus

Roda gigi ini paling banyak dan paling mudah dibuat,tetapi sangat berisik karena perbandingan

kontaknya yang kecil.Konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung poros-

porosnya.

f.Pinion dan batang gigi

Batang gigi merupakan dasar profil pahat pembuat gigi pasangan antara batang gigi dan pinion

digunakan untuk menambah gerakan putaran menjadi lurus atau sebaliknya.

g.Roda gigi kerucut spiral

Mempunyai sudut kontak yang lebih besar sehingga dapat meneruskan putaran tinggi dan beban

besar,sudut poros kedua roda gigi ini dibuat 90.

h.Roda gigi permukaan

i.Roda gigi miring silang

Roda gigi miring sebenarnya berbentuk ulir spiral, maka kadang-kadang ini disebut rodda gigi

spiral. Sudut antara poros dengan arah gigi disebut sudut kisar rata-rata seperti Gambar dibawah ini.

Gambar 1.6. Roda gigi miring (Sularso, 1997)

j.Roda gigi cacing silindris

Gambar 1.7. Roda gigi cacing silindris

Mempunyai cacing berbentuk silindris dan dan lebih umum dipakai daripada roda gigi cacing

globoid seperti Gambar.

k.Roda gigi cacing global

Gambar 1.8. Roda gigi cacing global

Digunakan untuk beban yang besar dan dengan perbandingan kontak yang lebih besar roda gigi

globoid ini yang biasa dipakai, roda gigi cacing globoid biasa dipakai dalam power stering stir mobil,

seperti pada Gambar

l..Roda gigi hipoed

Gambar 1.9. Roda gigi hipoid (Sularso 1997)

Mempunyai jalur gigi berbentuk spiral pada didang kerucut yang sumbernya bersilang dan

pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggelinding.

Roda gigi yang disebut diatas mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara kedua

poros,tetapi disamping itu terdapat pula roda gigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi

seperti roda gigi aksentris,lonjong,bukan lingkaran dan lain-lain.adapula roda gigi dengan putaran yang

terputus-putus dan roda gigi genewa yang dipakai misalnya untuk menggerakkan film roda proyektor

bioskop.

Roda gigi yang dirancang

Adapun roda gigi yang dirancang/digunakan adalah roda gigi lurus karena mempunyai alasan yaitu:

Keuntungan :

- Daerah kontak roda gigi dengan pinion lebih banyak.

- Slip yang terjadi antara roda gigi dengan pinion lebih kecil.

- Jalur gigi sejajar dengan sumbu poros dan tidak banyak memakan tempat.

Kerugian :

- Dalam pemindahan putaran output kasar dan bising.

- Bentuk antara gigi dengan pinion tidak ponston(terjadi dengan tersentak-sentak)

RODA GIGI LURUS (SPUR GEARS)PENDAHULUAN Sebelumnya telah dibahas bahwa slip dari sebuah belt atau tali adalah sebuahhal yang biasa dalam transmisi daya antara dua poros. Pengaruh slip adalahmenurunkan rasio putaran system. Dalam mesin presisi, yang mana rasio putaranadalah suatu yang penting (seperti pada mekanisme arloji), maka transmisi daya yangpaling tepat digunakan adalah gear atau toothed wheels (roda gigi). Pada roda gigi,jarak antara roda gigi penggerak dan yang digerakkan adalah sangat kecil.

Gambar 1: Transmisi roda gigi lurus

Berikut adalah keuntungan dan kerugian penggerak roda gigi dibandingkandengan penggerak lain, seperti belt, tali dan rantai: Keuntungan:

1. Dapat mentransmisikan rasio putaran dengan tepat (pasti)2. Dapat digunakan untuk mentransmisikan daya yang besar.3. Dapat digunakan untuk jarak pusat poros yang kecil.4. Mempunyai efisiensi yang tinggi.5. Pemakaiannya lebih handal.6. Mempunyai layout yang kompak (rapid dan ringkas, seperti gearbox).Kerugian:1. Karena proses manufaktur (pembuatan/produksi) dari roda gigi membutuhkan pahat dan peralatan khusus, sehingga hal itu menjadikan harganya lebih mahaldibanding penggerak lain. 2. Penyimpangan (kesalahan) dalam pemotongan gigi-gigi dapat mengakibatkangetaran dan gangguan selama operasi. 3. Roda gigi memerlukan lubrikasi (pelumasan) yang sesuai dan metodepenerapan yang handal, untuk persiapan operasi.KLASIFIKASI RODA GIGI Roda gigi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:a. Menurut posisi sumbu poros. Sumbu antara dua poros yang mana gerak ditransmisikan adalah: a. Paralel (sejajar)b. Bersilanganc. Tidak bersilangan dan tidak sejajar. Dua sumbu poros yang dihubungkan sejajar oleh roda gigi adalah ditunjukkan

pada Gambar 1. Roda gigi ini dinamakan spur gears (roda gigi lurus). Roda gigi inimempunyai gigi yang sejajar dengan sumbu roda seperti pada Gambar 1. Nama lainyang diberikan untuk spur gears adalah helical gears, yang mana gigi-giginyadimiringkan terhadap poros. Single dan double helical gears menghubungkan duaporos ditunjukkan pada Gambar 2. a dan b.

Gambar 2: Jenis roda gigi menurut posisi sumbu porosDua poros yang tidak sejajar dihubungkan oleh roda gigi ditunjukkan pada Gambar 2.c. Roda gigi ini dinamakan bevel gears. Bevel gears, seperti pada roda gigi lurus dapat juga gigi-giginya miring pada permukaan dari bevel, dimana dalam kasusini dinamakan helical bevel gears.Dua poros yang tidak bersilangan dan tidak sejajar dihubungkan oleh roda gigidinamakan spiral gears atau skew bevel gearing, ditunjukkan pada Gambar 2.d. Tipeini juga mempunyai kontak garis (line contact).

2. Menurut kecepatan keliling roda gigi.Roda gigi tipe ini dapat diklasifikasikan menjadi: a. Kecepatan rendah (dibawah 3 m/s),b. Kecepatan sedang (antara 3 m/s sampai 15 m/s),c. Kecepatan tinggi ( diatas 15 m/s).

3. Menurut model kontak gigi.Dapat diklaifikasikan menjadi: a. Kontak gigi eksternal (external gearing) b. Kontak gigi internal (internal gearing)c. Rack dan pinion.

Gambar 3. Model kontak gigi

Dalam external gearing, roda gigi dari dua poros berhubungan secara eksternal seperti ditunjukkan pada Gambar 3.a. Roda yang terbesar dinamakan spur wheel atau gear dan roda terkecil dinamakan pinion. Dalam internal gearing, roda gigi dari dua poros berhubungan secara internalseperti ditunjukkan pada Gambar 3.b. Roda yang terbesar dinamakan annular wheelatau gear dan roda terkecil dinamakan pinion. Kadang-kadang roda gigi dari poros yang berhubungan secara eksternal daninternal dengan roda gigi dalam sebuah garis lurus seperti pada Gambar 4. Jenis rodagigi ini dinamakan rack dan pinion. Roda gigi garis lurus dinamakan rack dan roda lingkaran dinamakan pinion. Dengan bantuan rack dan pinion, kita dapatmemindahkan gerakan linier ke dalam gerak putar seperti pada Gambar 4.

Gambar 4. Rack dan pinion4. Menurut posisi gigi pada permukaan roda gigi. Gigi pada permukaan roda gigi dapat dikelompokkan menjadi: a. Lurusb. Miringc. Melengkung Kita sudah membahas sebelumnya bahwa spur gears mempunyai gigi lurus yangmana helical gears mempunyai gigi miring.

1.3 ISTILAH YANG DIGUNAKAN PADA RODA GIGI Itilah berikut biasa digunakan pada bab ini, sehingga dapat dengan mudahdipahami. Istilah ini diilustrasikan pada Gambar 5.1 Lingkaran kisar (pitch circle). Ini adalah sebuah lingkaran imajiner (khayal) oleh aksi pengerolan murni, akan memberikan gerak yang yang sebagai rodagigi actual.2 Diameter pitch circle. Ukuran roda gigi bias any dikhususkan oleh diameterpitch circle. Ini dinamakan juga diameter pitch. 3 Permukaan pitch. Adalah permukaan yang ditempatkan pada pitch circle.4 Addendum. Adalah jarak radial sebuah gigi dari pitch circle ke bagian atas gigi.5 Dedendum. Adalah jarak radial sebuah gigi dari pitch circle ke bagian bawah gigi.6 Addendum circle (Lingkaran addendum). Adalah lingkaran melalui bagianatas gigi dan sepusat (seporos) dengan pitch circle. 7 Dedendum circle (lingkaran dedendum). Adalah lingkaran melalui bagian

bawah gigi. Ini dinamakan juga dengan root circle. 8 Circular pich. Adalah jarak yang diukur pada keliling pitch circle dari sebuahtitik dari salah satu gigi ke titik gigi berikutnya. Biasanya dinotasikan denganp.

Secara matematika,Circular pitch, pc = p.D/TDimana:

D = diameter pitch circle, T = jumlah gigi pada roda.Jika D1 dan D2 adalah diameter dari 2 roda gigi yang berhubungan mempunyai jumlah gigi T dan T2 maka:

Gambar 5. Istilah pada roda gigi

Gambar 6. Spur gears9. Diametral pitch. Adalah rasio jumlah gigi terhadap diameter pitch circledalam millimeter. Ini dinotasikan dengan Pd secara matematika dapat ditulis.

10. Module. Adalah rasio diameter pitch circle dalam millimeter terhadap jumlah gigi. Biasanya dinotasikan dengan m. secara matematika dapat ditulis:

Catatan: seri yang direkomendasikan dari module dalam Standar India adalah 1, 1.25, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, dan 50.11. Clearance. Adalah jarak radial dari bagian atas gigi terhadap bagian bawah gigi, pada sebuah roda gigi yang kontak (berhubungan). Sebuah lingkaranyang melalui bagian atas gigi yang kontak diketahui sebagai clearance circle. 12. Kedalaman total (total depth). Adalah jarak radial antara addendum circle dandedendum circle. Ini sama dengan jumlah addendum dan dedendum.

1.4 MATERIAL RODA GIGI Material yang digunakan untuk membuat roda gigi tergantung pada kekuatandan kondisi pemakaian. Roda gigi dapat dibuat dari material logam dan non logam.Roda gigi logam berasal dari besi cor, baja dan perunggu. Roda gigi non logamterbuat dari kayu, kulit, kertas tekan dan resin sintetis. Besi cor banyak digunakan untuk membuat roda gigi karena sifat tahan ausyang baik, mampu dimesin dan mudah dibentuk dengan metode pengecoran. Bajadigunakan untuk roda gigi kekuatan tinggi dan baja dapat terbuat dari baja karbonatau baja paduan. Roda gigi baja biasanya diperlakukan panas agar menghasilkankombinasi sifat ketangguhan dan kekerasan gigi. Perunggu digunakan secara luasuntuk roda gigi cacing (worm gears) untuk menurunkan keausan.Tabel berikut ini menunjukkan sifat material yang biasa digunakan pada roda gigi.Tabel 1: Sifat materal yang biasa digunakan pada roda gigi

DESAIN RODA GIGI Dalam desain roda gigi, data berikut ini biasanya menjadi bahanpertimbangan: a. Daya yang ditransmisikan.b. Kecepatan roda gigi penggerak.c. Kecepatan roda gigi yang digerakkan atau rasio putaran, dand. Jarak pusat poros. Syarat berikut harus dijumpai dalam desain sebuah penggerak roda gigi:a. Gigi gear harus mempunyai kekuatan yang cukup sehingga tidak akan gagal di bawah beban statis atau beban dinamis selama operasi berjalan normal.b. Gigi gear harus mempunyai cirri-ciri tahan aus sehingga umurnya aman.c. Pemakaian material harus ekonomis.d. Penjajaran roda gigi dan defleksi poros harus dipertimbangkan karena mempengaruhi unjuk kerja roda gigi.e. Pelumasan roda gigi harus memenuhi syarat.

1.6 JUMLAH GIGI MINIMUM PINION Jumalh gigi minimum pada pinion (T) dapat diperoleh dari persamaan berikutini:

Dimana: AW= fraksi yang mana addendum standar untuk roda,G = rasio roda gigi = TG/TP= DG/DP = sudut tekan1.7 KEKUATAN BATANG GIGI GEAR PERSAMAAN LEWIS Kekuatan batang gigi gear ditentukan dari persamaan Lewis dan kemampuangigi gear membawa beban ditentukan oleh persamaan ini yang dapat memberikanhasil yang memuaskan. Dalam penyelidikan, Lewis mengasumsikan bahwa bebanditransmisikan dari satu gigi ke gigi lain, seluruhnya diberikan dan diambil oleh satugigi, karena itu tidak selalu aman untuk menahan bahwa beban didistribusikandiantara beberapa gigi. Ketika gigi mulai kontak, beban diasumsikan berada padaujung dari gigi penggerak dan ujung gigi yang digerakkan.

Gambar 7 : Gigi dari sebuah gearPerhatikan setiap gigi seperti sebuah batang cantilever yang dibebani olehbeban normal (W)seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Beban normal diuraikan ke dalam dua komponen yaitu komponen tangensial (WNT) dan komponen radial (Wr)yang tegak lurus dan sejajar terhadap garis pusat gigi. Komponen tangensial (Wt)menimbulkan tegangan bending yang cenderung mematahkan gigi. Komponen radial(Wr) menimbulkan tegangan tekan yang besarnya relative kecil, sehinggapengaruhnya pada gigi dapat diabaikan. Di sini tegangan bending digunakan sebagaidasar untuk perhitungan desain. Bagian kritis dari tegangan bending maksimum dapatdiperoleh dengan menggambar sebuah parabola melalui A dan tangensial terhadapkurva gigi pada B dan C. Parabola ini, seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Nilai maksimum dari tegangan bending atau tegangan kerja yang diijinkan,pada bagian BC diberikan oleh: W=M.y/IDimana M = Momen bending maksimum pada bagian kritis BC = WT.h, Wt= Beban tangensial pada gigi,h = Panjang gigi, y = Setengah tebal gigi (t) pada bagian kritis BC = t/2

I = Momen inersia terhadap garis pusat gigi = b.t T3/12,

b = Lebar permukaan gigi.Substitusi nilai untuk M, y dan I pada Persamaan (1-1), dapat diperoleh:

Atau

TEGANGAN KERJA YANG DIIJINKAN UNTUK GIGI GEAR ) dalam persamaan Lewis tergantung padamaterial yang mana tegangan statis yang diijinkan (sTegangan kerja yang diijinkan (sw) dapat ditentukan. Teganganstatis yang diijinkan (soo) adalah tegangan pada batas elastis material yang dinamakan tegangan dasar (basic stress). Menurut rumus Barth, tegangan kerja yang diijinkan adalah:W =O. CVDimana:w= tegangan statis yang diijinkan,

Cv=factor kecepatan.Nilai factor kecepatan (Cv) adalah sebagai berikut:Cv =3/3+v, untuk kecepatan sampai 12,5 m/sCv = 6/6+v, untuk kecepatan sampai 20 m/sCv = (0.75/1+v)+0.25, untuk gear non metalTable berikut menunjukkan nilai tegangan statis yang diijinkan untuk material rodagigi yang berbeda.

Tabel 2: Nilai tegangan statis yang diijinkan

Catatan: Nilai tegangan statis yang diijinkan (o) untuk roda gigi baja adalah mendekati tegangan tarik maksimum (udibagi 3 yaitu: (

BEBAN STATIS GIGI Beban statis gigi (static tooth load) dinamakan juga kekuatan batang ataukekuatan ketahanan (endurance strength) diperoleh melalui rumus Lewis dengan caramensubstitusikan batas ketahanan bending (flexural endurance limit) atau tegangan batas elastis (elastic limit stress)c dari pada tegangan kerja yang di ijinkan (w)Beban statis dari gigi adalah:

Ws=c.b.pc.y=c.b.phi.m.yTabel berikut ini menunjukkan nilai batas ketahanan bending suntuk material yang berbeda.

Tabel 3: Nilai batas ketahanan bending e

Catatan: 1. Batas ketahan permukaan untuk baja dapat diperoleh dari persamaan berikut:

es= (2,8.BHN-70) N/mm22. Beban keausan maksimum (Ww) harus lebih besar dari pada beban dinamis (WD).1.10 PENYEBAB KEGAGALAN GIGI GEAR Diantara penyebab kegagalan pada gigi gear adalah sebagai berikut:1. Kegagalan bending. Setiap gigi gear berperan seperti sebuah cantilever. Jika beban dinamik total terjadi pada gigi gear lebih besar dari pada kekuatan batangdari gigi gear,maka gigi gear akan gagal karena bending yaitu gigi gear bias patah. 2. Pitting (bintik-bintik/lubang kecil). Adalah kegagalan fatik permukaan yang manaterjadi akibat beberapa tegangan kontak Hertz. Kegagalan terjadi ketika tegangan kontak permukaan lebih besar dari pada batas ketahanan material. 3. Scoring. Panas yang luar biasa dihasilkan ketika adanya tekanan permukaan yangsangat besar, kecepatan yang tinggi atau suplai pelumasan yang gagal. 4. Keausan abrasive. Partikel asing dalam pelumasan seperti kotoran, debu, yangmasuk antara gigi dan kerusakan susunan gigi. Jenis kegagalan ini dapat dihindaridengan cara memberikan filter/saringan untuk pelumasan oli atau denganpenggunaan pelumas viskositas tinggi. 5. Keausan korosif. Korosi pada permukaan gigi terutama diakibatkan adanyaelemen korosif. Untuk menghindari keausan jenis ini, perlu ditambahkan bahananti korosif.