Perancangan Roda gigi LurusRoda gigi merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dan putaran dari suatu poros ke poros yang lain dengan rasio kecepatan yang konstan dan memiliki efisiensi yang tinggi. Untuk di butuhkan ketelitian yang tinggi dalam pembuatan, pemasangan dan pemeliharaan. Secara umum roda gigi dapat di bagi atas roda gigi lurus, mirng, kerucut, dan roda gigi cacing. Agar roda gigi mentransmisikan daya dengan baik maka diperlukan hasil perancangan yang teliti, sehingga bisa diperoleh dimensi, jenis matrial, waktu pakai yang lama dan dengan harga yang ekonomis. Untuk mendapatkan hasil yang teliti dan cepat dalam melakukan perancangan maka perlu di buat suatu langkah urutan pengerjaan. Adapun data-data yang diperlukan yang diperoleh dari hasil pengukuran dan pengamatan spesifikasi mesin adalah sebagai berikut : Putaran motor (n) Daya (N1) Rasio roda gigi (i) Material Sudut tekan normal ( o) =4 = Baja St 70.11 = 20 (menurut standar ISO) =0 = 7000 rpm = 9,3 PS

o

3.1 1.

Perancangan Dimensi Diameter Referensi Diamater referensi roda gigi pertama pada poros penggerak (poros 1) ditentukan

dengan persamaan :

db 113

3 b.N 1.B

db1. N1zul

( mm )

Sedangkan diameter referensi roda gigi yang digerakan pada poros 2 ditentukan dengan : db2 = 1 x db2 (mm)b Dimana rasio db besarnya tergantung dari jenis tumpuan (Tabel 22/17), 1 b karena poros ditumpu oleh dua bantalan (Straddle mounting) maka db 1,2 1 b Ditentukan nilai dari db = 0,5 . BZid merupakan intensitas beban yang diizinkan 1

(Tabel 22/11) tergantung pemilihan faktor keamanan terhadap pitting. Jika Sg , maka Bzid = Bo dan jika Sg 1, maka Bzid = Bo s/d 3 Bo dimana :

Bo = C s.. S G (1+i )

0,35 .K D.i

Cs SG

= Faktor kejut dipilih 1,5 (Tabel 22/18) = Faktor keamanan terhadap pitig dipilih 0,8

K.D = Kekuata permukaan gigi yang tergantung pada pemilihan bahan (24 Kgf/mm2

Bahan kedua roda gigi dipilih dari Baja St.70 11 (Tabel 22/25) dengan data sebagai berikut : Ko = 0,72 Kgf/mm2 = 85 Kgf/mm2

o

Adapun alasan pemilihan bahan adalah sebagai berikut : a. Bahan tidak memiliki kekerasan yang terlalu tinggi sehingga akan memudahkan dalam proses machining. b. Produk yang dihasilkan tahan aus. c. Bahan memiliki kekuatan yang baik sehingga tahan lama sesuai dengan umur yang dikehendaki.

Kekuatan permukaan gigi ditentukan oleh :

K.D = YG x YH x YS x YV x KO

(Kgf/mm2)

Dimana YG, YH, YV dan YS adalah faktor-faktor permukaan gigi (Tabel 22/26) YG adalah faktor material, dengan harga 1 untuk baja, dan 1.5 untuk besi cor YH adalah faktor kekerasan permukaan, dengan harga 1 jika harga kekerasannya sama dengan kekerasan permukaan (Tabel 22/25) KO adalah faktor ketahanan permukaan material

YS adalah faktor pelumasan, sedangkan viskositas sendiri fungsi dari kecepatan tangensial v (Tabel 22/28). Apabila diasumsikan v = 10 m/s maka V50 = 39 sd 78 cSt, diambil V50 = 40,1 cSt, sehingga Ys = 0,85. YV adalah fungsi dari kecepatan tangensial v.

YV = 0.7 +

0,6 2 8 1+ V

= 0,7 +

0,6 2 8 0 1+1

YV = 1.066 Sehingga KD = YG x YH x YS x YV x KO kgf/mm2 = 1 . 1 . 0.85 . 1.066 . 0,72 kgf/mm2 = 0,652 kgf/mm2

Bo =

0,35 .K D.i C s.. S G (1+i ) 0,35 .K D.i C s.. S G (1+i )0,3 .0,6 .4 5 2 1,5.0,8(1+4 )

Bo =

=

= 0.1521 Kgf/mm2

Karena SG < 1 maka dipilih BZul = Bo = 0,1521 Kgf/mm2, sehingga diameter referensi roda gigi 1 adalah :

db 113

3 b.N 1.B

db1. N1zul

db 113 3

1.9,3hp 0,5.7 000 rpm .0,1521 kgf / m 2 m

db1 29,321 mm = 30 mm

Harga kecepatan tangensial yang semula dimisalkan dapat diperiksa harganya : .D.n v= 60 . 103 = 7000 rpm 3,14 . 29,321 mm . 7000 rpm = 92,067 m/s

Diameter referensi roda gigi yang kedua : db2 = i x db1 = 4 x 29,321 = 117,284 mm = 118 mm

2.

Diameter jarak bagi

Dianggap tidak ada faktor korigasi (X1 = X2 = 0) sehingga diameter jarak bagi (d) sama dengan diameter referensinya. dq = db1 = 29,321 mm dq = db2 = 117,284 mm

3.

Jumlah Gigi Z1 = 12 Z2 = i x Z1 = 4 x 12 = 48

Jumlah gigi roda gigi 1 dipilih Jumlah gigi roda gigi 2 dipilih

4.

Modul

Modul ditentukan dengan ; m = do1/Z1 = do2/Z2 = 29,321 /12 = 2.4 mm

Modul penampang normal : mn = m cos o = 2.4 mm 5. Lebar Gigi ( o = 0)

Lebar gigi ditentukan dengan persamaan : w = b x db1 = 0,5 x 29,321 = 15 mm

6.

Tinggi Kepala dan Tinggi Kaki Gigi

Berdasarkan Standar DIN 867 (Tabel 21/5) Hk/m = 1 dan hf/m = 1,1 1,3 Tinggi kepala sama dengan modul : hk = m = 2.4 mm Tinggi kepala pasangan roda gigi dipilih sama : hk1 = hk2 Tinggi kaki dipilih sebesar 1,25 m hf = 1,25 x 2,4 = 3 mm Tinggi kaki pasangan roda gigi adalah : hf1 = hf2 = hf = 3 mm

7. Untuk roda gigi 1

Diameter Lengkungan Kepala

dk1 = do1 + 2hkl = 29.321+ 3 = 32,321 mm Untuk roda gigi 2 dk2 = do2 + 2hk2 = 117,284 + 3 = 120,284mm

8. Untuk roda gigi 1

Diameter Lingkaran Kaki

dfl = do1 2hf1 =29,321 (2 x 3) = 23,321 mm Untuk roda gigi 2 df2 = do2 2hf2 =117,284 (2 x3) = 111,284 mm

9.

Jarak Pusat

Jarak pusat ditentukan dengan : a . = 0,5 (db1 + db2) = 0,5 (29,321+117,284 ) = 73,3025 mm

10.

Jarak Bagi

Jarak bagi ditentukan dengan : t.o = . m = 3.14 x = 7,536 mm

3.2

Perhitungan Kekuatan Torso nominal pada roda gigi 1 : M1 = 716 N1/n1 = 716 x (9,3/7000) = 0,9512 kgf

1.

Gaya Keliling 2M1103 U= db1 = 29,321 2 . 0,9512. 103 = 64,8818 kgf

2.

Gaya Keliling Per mm Lebar Gigi u = U/b = 64,8818 /0,5 = 129,7 Kgf/m

3.

Intensitas Beban Nominal B = u/b x d = u/db1 = 129,7 /29,321 = 4,4234Kgf/mm2

4.

Intensitas Beban Efektif Bw = B . CS . CD . CT . CB (Kgf/mm2)

Dimana : CS = Faktor kejut, untuk motor harganya 1.5 (Tabel 22.18) CT = Faktor distribusi beban sepanjang lebar gigi CB = Faktor kemiringan roda gigi = 1, untuk roda gigi lurus (Tabel 22.37) B = Intensitas beban nominal CD = Faktor beban dinamik (Gambar 22/37) CD = 1 + U .C 1 S .( esp +1) Untuk roda gigi lurus esp = 0. Harga UDyn ditentukan dari gambar (22.37) pada lampiran dengan terlebih dahulu menghitung dua parameter UDyn yaitu kecepatan (V) dan faktor S S = U . CS + 0,26 f Dengan f adalah harga maksimal dari faktor ketidaktelitian fe, fs, dan frw. Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung fe, fr, dan frw. 5. Kesalahan Jarak BagiU Dyn

fe ge .[ (3 + 0,3 m) + 0,2 . (db2)0.5)] ( m) Dari Tabel 22/12 untuk v = 10 m/s dipilih ge = 1,4 dan gR = 10 Sedangkan do adalah diameter jarak bagi yang terbesar sebesar = 154,1300 mm. Sehingga : fe ge . [(3 + 0,3 . m + 0,2 (db2)0,5] 1,4 . [3 + (0,3 . 2,4) + 0,2 (117,284) 0,5] > 1,4.[ 3+0,72+2,17 ] 8,246 m 6. Kesalahan Arah Gigi fr gr (b) 0,5 = 10 . (0,5)0,5 = 7,07 m 7. Kesalahan Gigi Efektif frw = 0,75 . fr . + qk . u . Cs frw = 0,75 . 7,07 + 0,3 . 129,7 . 1,5 =63,665 m dengan memasukkan nilai f ke persamaan diatas diperoleh S : S = u . Cs + 0,26 . frw =129,7 . 1,5 + 0,26 x 63,665 = 211,10 kgf/mm2 Dari gambar 22/37 diperoleh harga Udyn = 13,5 Kgf/mm2 Sehingga : CD = 1 + U .C 1 S .( esp +1)U Dyn

CD = 1 + 129 ,7.1,5 .( 0 + ) 1

13 ,5

= 1,06

Parameter yang menentukan harga CT adalah T, diperoleh dengan persamaan berikut : T = U .C s.C DC s. frw .b

C2 adalah faktor material roda gigi CZ = 1, jika pasangan roda gigi terbuat dari baja (Tabel 22,19) dengan memasukkan semua variabel T diperoleh : 1 . 63,665 . 0,5 T= 129,7 . 1,5. 1,06 CT merupakan beban terdistribusi secara parabolik. Dengan interpolasi diperoleh (Tabel 22.19) CT = 1,147, maka : BH = CS . CD . CT . Cz . B = 1,5 . 1,06 . 1,147 . 1 . 0,5 = 0,911 kgf/mm2 8. Tegangan Kaki Gigi Efektif Untuk roda gigi 1 : = 0,154

w1

= qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2)

Untuk roda gigi 1 :

Dimana :

w1

= qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2)

qw1 = qk1 . qe1 dan q.t = qk1 . qo1 dengan qw1 . qk1 = faktor tegangan kaki gigi qe1 = merupakan fungsi dari jumlah gigi ekuivalen (Zn) dan faktor korigasi (x) dari gambar 22/40 diperoleh : qkl = 3,350 9. qk2 = 2,475

Rasio Kontak Normal

o=

on

= 20

Cos O = do1/db1 cos b karena do1 = db1, maka b = 20 Karena o = 0, maka b = b = 20 100 hkl/db1 100 hk2/db2 = 100 x ( 3/ 29,321) = 10,23 = 100 x ( 3/117,284) = 2,55 ; hk1 = hk2 = 3

mb = d1/z1 = 2,4

dari gambar 22/39 diperoleh ; Sehingga : = 10.1 1

= mb/hk1 = 0,8 dan

2

= mb/hk2 = 0.8

+

2

= 0,8 + 0,8 = 1,6

Rasio Kontak Efektif m + (v /4) h = 1 + (m

1) .

m + (f/6)

2.4+ 10/47 = 1 + (1,62 1) 2,4+ 63,665 /6 Karena roda gigi 1 sebagai penggerak, maka : 1,4 q1

= 0.3769

1,4 dan q21

= en + 0,4

= ew + 0,4

Dengan mengetahui en = 2,10 dan ew = 2,10 maka diperoleh : qe1 = 0,56 dan q1

= 0,588

qw1 = qk1 . qe1 = 3,350 x 0,560= 1,876 qw2 = qk2 . q2

= 2,475 x 0,588 = 1,4553

Sehingga tegangan kaki gigi efektif dapat ditentukan :

w1 = 8,272x 12 x 1,876

= 186,21Kgf/mm2

w1 = 8,272 x 64 x 1,4553 = 770,447Kgf/mm2

11.

Tekanan Permukaan Gigi Efektif i+1 Untuk roda gigi 1 : kw1 = Bw . ywl . 1 i+1 Untuk roda gigi 1 : kw2 = Bw . yw2 . (Kgf/mm2) (Kgf/mm2)

1

Dimana : yw1 = yc . (y /ye) dan yw2 = yc . y Yw, Y dan y, merupakan faktor-faktor tekanan permukaan gigi. Dari tabel 22/23, untuk Dari tabel 22/23, untuk bn

= 20 diperoleh yc = 3,11 = 0 diperoleh y = 1

o

2 y = 1 Zin . tan ( bn) 2.3,14 y6 = 1 12 . tan 20 yc = 0,545 (1-0,725 . 1,98/2,10) . (1 - tn

.

yi

/ n)

Sehingga berturut-turut diperoleh : yw1 = 3,11 x 1/10 . 545 = 5,71 yw2 = 3,11 x 1 = 3,11 kw1 = 8,272x 5,71 x (3,636 + 1/3,636) = 184,73Kgf/mm2 kw1 = 8,272 x 3,110 x (3,636 + 1/3,636) = 100,61Kgf/mm2 1.3 1. Faktor Keamanan Faktor keamanan terhadap Tooth Breakage Untuk roda gigi 1 : SB1 = D1

/

w1

Untuk roda gigi 2 : SB2 = Dimana :

D2

/

w2

D = kekuatan kaki gigi 0,7 Kgf/mm2 W = tegangan kaki gigi efektifKarena bahan pasangan roda gigi sama : SB1 = 0,7/186,21= 266 SB1 = 0,7/770,447= 1,1

2.

Faktor Keamanan Tergadap Pitting Untuk roda gigi 1 : SG1 = kD1/kw1 Untuk roda gigi 2 : SG2 = kD2/kw2 Dimana : kD = kekuatan kaki gigi = 0634 Kgf/mm2 kw = tegangan kaki gigi efektif SG1 = 0,634/114,73= 0,005 SG2 = 0,634/100,61= 0,006