DASAR RODA GIGI TRANSMISI

DASAR   RODA GIGI  TRANSMISI
(Basic  Transmission  Gear)

1. Transmisi Daya  ( Power transmission)

Transmisi daya adalah upaya untuk menyalurkan/memindahkan daya dari sumber daya (motor diesel,bensin,turbin gas, motor listrik dll) ke mesin yang membutuhkan daya ( mesin bubut, pumpa, kompresor, mesin produksi dll).

Ada dua klasifikasi pada transmisi daya :

            1. Transmisi daya dengan gesekan ( transmission of  friction) :                                                         a. Direct transmission:  roda gesek  dll.                                                                         b.Indirect transmission : belt  (ban mesin)

             2. Transmisi dengan gerigi ( transmission of mesh) :                                                             a. Direct transmission : gear                                                                                                       b. Indirect transmission : rantai, timing belt dll.

2.Jenis : Profil Gigi Pada Roda Gigi :

1. Profil gigi sikloida ( Cycloide): struktur gigi melengkung cembung dan cekung mengikuti pola sikloida . Jenis gigi ini cukup baik karena presisi dan ketelitiannya baik , dapat meneruskan daya lebih besar dari jenis yang sepadan, juga keausannya dapat lebih lama. Tetapi mempunyai kerugian, diantaranya pembuatanya lebih sulit dan pemasangannya harus lebih teliti ( tidak dapat digunakan sebagai roda gigi pengganti/change wheel), dan harga lebih mahal .

2. Profil gigi evolvente : struktur gigi ini berbentuk melengkung cembung, mengikuti pola evolvente. Jenis gigi ini struktur cukup sederhana, cara pembuatanya lebih mudah, tidak sangat presisi dan maupun teliti, harga dapat lebih murah , baik ekali digunakan untuk roda gigi ganti. Jenis profil gigi evolvente dipakai sebagai profil gigi standard untuk semua keperluan transmisi.

3. Profil gigi khusus : misalnya; bentuk busur lingkaran dan miring digunakan untuk transmisi daya yang besar dan khusus ( tidak dibicarakan)

Structure of the Evolvente & Cycloide

3.The Structure of the Teeths                                                                      `                         Bentuk Gigi :                                                                                                                                                1. Gigi lurus ( spur gear) bentuk gigi ini lurus dan paralel dengan sumbu roda gigi.     2. Gigi miring ( helical gear) bentuk gigi ini menyilang miring terhadah sumbu roda gigi.                                                                                                                                                      3. Gigi panah ( double helical / herring bone gear) bentuk gigi berupa panah atau miring degan kemiringan berlawanan                                                                                                      4. Gigi melengkung/bengkok (curved/spherical gear ) bentuk gigi melengkung mengikuti pola tertentu ( lingkaran/ellips)

Spur & Helical Gear

4. Kerjasama Roda Gigi :

1.Sumbu rodagigi sejajar/paralel:                                                                                       Dapat berupa kerjasama rodagigi lurus, miring atau spherical                                         2.Sumbu rodagigi tegak lurus berpotongan :                                                                Dapat berupa roda gigi trapesium/payung/ bevel dengan profil lurus(radial), miring(helical) atau melengkung(spherical)                                                                                           3.Sumbu rodagigi menyilang tegak lurus :                                                                             Dapat berupa rodagigi cacing(worm), globoida, cavex, hypoid, spiroid atau roda gigi miring atau melengkung.                                                                                                                       4. Sumbu rodagigi menyilang :                                                                                                       Dapat berupa rodagigi skrup(screw/helical) atau spherical.                                                          5. Sumbu roda gigi berpotongan tidak tegak lurus :                                                          Dapat berupa roda gigi payung/trapesium atau helical dll.

Kerja sama roda gigi

Syarat dua roda gigi bekerja-sama:                                                                                              Beberapa hal yang cukup penting pada kerjasama roda gigi , apabila dua roda gigi atau lebih bekerja sama maka :                                                                                                                          1. Profil gigi   harus sama ( spur atau helical dll)                                                                             2. Modul gigi harus sama ( modul gigi adalah salah satu dimensi khusus roda gigi)                 3. Sudut tekanan harus sama ( sudut perpin dahan daya antar gigi).                                     Modul gigi adalah besaran/dimensi roda gigi, yang dapat menyatakan besar dan kecilnya gigi .Bilangan modul biasanya bilangan utuh, kecuali untuk gigi yang kecil. (Bilangan yang ditulis tak berdimensi, walaupun dalam arti yang sesungguhnya dalam satuan mm )                                                                                                                                          Sudut tekanan adalah sudut yang dibentuk antara garis singgung dua roda gigi dan garis  perpindahan gaya  antar dua gigi yang bekerja sama.

Modul gigi

Modul & Pressure Angle

                                                    

Modul gigi besar                                 Sudut tekanan kecil (14 ½⁰ )

                                                           

Modul gigi  sedang                             Sudut tekanan sedang (20⁰)

                                                               

Modul gigi kecil                                  Sudut tekanan besar (25⁰)

Perbedaan modul menyebabkan bentuk sama tetapi ukurannya diperkecil, sedang perbedaan sudut tekanan menyebabkan tinggi gigi sama tetapi dapat lebih ramping.

Modul gigi (M) :                   M =  t /  (pi)

T = jarak bagi gigi (pitch)

M = ditulis tanpa satuan ( diartikan dalam: mm)

Diameter roda gigi : (ada empat macam diameter gigi)

1. diameter lingkaran jarak bagi (pitch = d )

2. diameter lingkaran dasar (base)

3. diameter lingkaran kepala (adendum/max)

4. diameter lingkaran kaki (didendum/min)

diamater lingkaran jarak(bagi) :  d  = M . z    ------ (mm)                                                                    z = jumlah gigi

sehingga :                   d = ( t . z )/ p   ----- (mm)

Sudut  tekanan (a ) sudut yang dibentuk dari garis horisontal dengangaris normal dipersinggungan antar gigi. Sudut tekanan sudah di standarkan yaitu :  a   = 20 ⁰ .                                 Akibat adanya sudut tekanan ini, maka gaya yang dipindahkan dari roda gigi penggerak (pinion) ke roda gigi yang digerakkan (wheel), akan diuraikan menjadi dua gaya yang saling tegak lurus (vektor gaya), gaya yang sejajar dengan garis singgung disebut : gaya tangensial, sedang gaya yang tegak lurus garis singgung ( menuju titik pusat roda gigi) disebut gaya radial.

Gaya tangensial: merupakan gaya yang dipindahkan dari roda gigi satu ke roda gigi yang lain.

Gaya radial: merupakan gaya yang menyebabkan kedua roda gigi saling mendorong ( dapat merugi kan). Dalam era  globalisasi   sudut tekanan   distandarkan :    a  = 20 ⁰ .

5.Transmisi Roda Gigi

Transmisi daya dengan roda gigi mempunyai keuntungan, diantaranya tidak terjadi slip yang menyebabkan speed ratio tetap, tetapi sering adanya slip juga menguntungkan, misalnya pada  ban mesin (belt) , karena slip merupakan pengaman agar motor penggerak tidak rusak.

Apabila putaran keluaran (output) lebih rendah dari masukan (input) maka transmisi disebut : reduksi ( reduction gear), tetapi apabila keluaran lebih cepat dari pada masukan maka disebut : inkrisi ( increaser gear).

Perbadingan input dan output disebut : perbandingan putaran transmisi (speed ratio), dinyatakan dalam notasi : i .

                        Speed ratio :  i =  n₁ / n₂  = d₂ / d₁ = z₂ / z₁

                        Apabila:i  <  1     = transmisi roda gigi inkrisi

                                      i  >  1     = transmisi roda gigi reduksi

Wheel           Pinion                     Pinion                         Wheel

z2 , n2            z1, n1                     z1,  n1                          z2, n2

Ada dua macam roda gigi sesuai dengan letak giginya :

            1. Roda gigi dalam (internal gear), yang mana gigi terletak pada bagian dalam dari lingkaran jarak bagi.                                                                                                                          2. Roda gigi luar ( external gear), yang mana gigi terletak dibagian luar dari lingkaran jarak, jenis roda gigi ini paling banyak dijumpai. Roda gigi dalam- banyak dijumpai pada transmisi roda gigi planit (planitary gear) dan roda gigi cyclo.                                  Apabila dua rodagigi dengan gigi luar maka putaran output akan berla wanan arah dengan putaran inputnya, tetapi bila salah satu rodagigi dengan gigi dalam maka arah putaran output akan sama dengan arah putaran input.                                                                          Bila kerjasama lebih dari dua rodagigi disebut : transmisi kereta api (train gear).

Train Gear

Speed ratio pertama :   i1 = n1 / n2                           n1 z1                              Speed ratio kedua    :   i 2 = n2 / n3                                                    Speed ratio total   :      i _T = i 1  x  i 2 =  n1 /n2 x n2 /n3  = n1 / n3

Jadi pada train gear, speed ratio hanya tergantung roda gigi pertama dan yang terakhir, sedang roda gigi diantaranya hanya sebagai makelar saja.

            Speed ratio total : i _T = n1 / n3 = d3 / d1 = z3 / z1 .

            Sedang arah putaran tergantung jumlah roda gigi, apabila jumlahnya genap ( 8, 10, 20 dll) pasti arah putaran output berlawanan arah

Tetapi bila jumlah rodagigi gasal (3, 9, 15 dll) maka arah putaran output sama dengan arah inputnya.

            Untuk roda gigi lurus (spur) dan penggunaan normal maka batas speed ratio adalah 6 , apabila speed ratio lebih dari enam harus dibuat dengan dua tingkat (stage).

            Speed ratio maksimal :  i maks <   6

Apabila speed ratio lebih dari enam maka dilakukan sebagai berikut (Multi stages):

Contoh gambar di atas transmisi rodagigi dua tingkat ( two stages) Speed ratio total : i T = n1 / n2  x n3 / n4 = (n1 . n3) / (n2 . n4)            Pada gambar sket di atas terlihat bahwa fungsi roda gigi , selain yang pertama (pinion) dan yang terakhir (wheel), yaitu roda gigi 2 dan roda gigi 3 diperhitungkan dalam menghitung speed ratio total.                                                         Dalam aplikasi, speed ratio roda gigi mempu nyai nilai tidak bilangan utuh, misalnya : 2,4, 6  dll, tetapi berupa bilangan tertentu, misal: 2,9991 ; 1,666 dll.                         Hal tersebut terjadi karena perancang transmisi roda gigi menginginkan , bahwa setiap gigi diharap kan bertemu dengan setiap gigi dari roda gigi yang lain, misalnya: design :   i = 2   maka  jumlah gigi pinion= 20 (min) dan rodagigi wheel= 40 , maka gigi nomor satu akan selalu bertemu dengan gigi nomor satu roda gigi lain, apabila terjadi ketidak homogenan material maka bagian tersebut mungkin akan aus tidak merata, oleh sebab itu dicari cara yang mudah, yaitu dengan menambah satu gigi pada wheel misalnya.

            Jadi :  i = 41 / 20 = 2,0500   dll

6.Roda gigi payung ( bevel gear)

Roda gigi payung atau roda gigi trapesium digunakan apabila diinginkan antara sumbu input dan sumbu output menyudut  90 0. .

Bentuk gigi yang biasa dipakai pada roda gigi payung :

Gaya yang ada : yaitu gaya tangensial                                                                                                                        Gaya radial                                                                                                                              Gaya aksial                                                                                              Ketiga gaya dapat dilukiskan sebagai gaya dalam 3 dimensi.

7.Roda Gigi  Cacing ( Worm Gear)

Roda gigi cacing (worm) digunakan apabila diinginkan antara sumbu input dan sumbu output  menyilang tegak lurus .Roda gigi cacing mempunyai karakteristik yang khas, yaitu input dan output tidak  dapat dipertukarkan. Jadi input selalu dari roda cacingnya (worm)

Putaran roda gigi cacing (worm) = n_WO                                                                                Jumlah jalan /gang/spoed  =  z_WO  ( 1, 2, 3 )                                                                                                               Gaya yang ada pada roda gigi worm :Gaya tangensial                                                                                                                                                           Gaya radial                                                                                                                                                                  Gaya aksial

Ketiga gaya dapat dilukis dalam tiga dimensi                                                                             Misalnya pada roda gigi worm atau sering disebut batang berulir , gaya2 tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah .

Apabila roda gigi worm ini , batang berulirnya ada ofset kedalam , maka disebut : roda gigi spiroid. Dan apabila ofsetnya lebih jauh kedalam maka disebut roda gigi hypoid .

Roda gigi hypoid paling banyak digunakan pada roda gigi diferensial pada mobil.

Cyclo gear

 

Differential gear

  

8.Nama-Nama Bagian Rodagigi

Berikut beberapa buah istilah yang perlu diketahui dalam perancangan  rodagigi yang perlu diketahui yaitu :

1.      Lingkaran pitch (pitch circle)

Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadinya slip. Lingkaran ini   merupakan dasar untuk memberikan ukuran-ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak antara gigi dan lain-lain.

2.      Pinion

Rodagigi yang lebih kecil dalam suatu pasangan roda gigi.

3.      Diameter lingkaran pitch (pitch circle diameter)

 Merupakan diameter dari lingkaran pitch.

4.      Diametral Pitch

 Jumlah gigi persatuan pitch diameter

5.      Jarak bagi lingkar (circular pitch)

Jarak sepanjang lingkaran pitch antara  profil  dua gigi yang berdekatan atau keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumlah gigi, secara formula dapat ditulis :

            t =  

6.      Modul (module)

perbandingan antara diameter lingkaran pitch dengan jumlah gigi.                       

            m =

7.      Adendum (addendum)

Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial.

8.       Dedendum (dedendum)

Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah radial.

9.      Working Depth

Jumlah jari-jari lingkaran kepala dari sepasang rodagigi yang berkontak dikurangi dengan jarak poros.

10.  Clearance Circle

Lingkaran yang bersinggungan dengan lingkaran addendum dari gigi yang    berpasangan.

11.  Pitch point

 Titik singgung dari lingkaran pitch dari sepasang rodagigi yang berkontak yang juga merupakan titik potong antara garis kerja dan garis pusat.

12.  Operating  pitch circle

lingkaran-lingkaran singgung dari sepasang rodagigi yang berkontak dan jarak porosnya menyimpang dari jarak poros yang secara teoritis benar.

13.  Addendum circle

 Lingkaran kepala gigi yaitu lingkaran yang membatasi gigi.

14.  Dedendum circle

 Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi.

15.  Width of space

 Tebal ruang antara rodagigi diukur sepanjang lingkaran pitch.

16.  Sudut tekan (pressure angle)

Sudut yang dibentuk dari garis normal dengan kemiringan dari sisi kepala gigi.

17.  Kedalaman total (total depth)

 Jumlah dari adendum dan dedendum.

18.  Tebal gigi (tooth thickness)

 Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.

19.  Lebar ruang (tooth space)

Ukuran ruang antara dua gigi sepanjang lingkaran pitch

20.  Backlash

Selisih antara tebal gigi dengan  lebar ruang.

21.  Sisi kepala (face of tooth)

Permukaan gigi diatas lingkaran pitch

22.  Sisi kaki (flank of tooth)

Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch.

23.  Puncak kepala (top land)

      Permukaan di puncak gigi

24.  Lebar gigi (face width)

Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya.

                           

 

gambar Bagian-bagian dari roda gigi kerucut lurus

PERHITUNGAN RODA GIGI LURUS

Dalam perancangannya roda gigi berputar bersamaan dengan roda gigi lurus lainnya dengan nilai perbandingan putaran yang ditentukan . Roda gigi ini dapat mengalami kerusakan berupa gigi patah , aus atau berlubang – lubang (bopeng ) permukaannya , dan tergores permukaannya karena pecahnya selaput minyak pelumas .

Karena perbandingan kontak adalah 1,0 atau lebih maka beban penuh tidak selalu dikenakan pada satu gigi tetapi demi keamanan perhitungan dilakukan atas dasar anggapan bahwa beban penuh dikenakan pada titik perpotongan A antara garis tekanan dan garis hubung pusat roda gigi , pada puncak gigi .

·         Gaya Ft yang bekerja dalam arah putaran roda gigi :

     Ft = Fn . Cos αb

Dimana : Ft = Gaya tangensial

                Fn = Tekanan normal pada permukaan gigi

                αb = Sudut tekanan kerja

·         Jika diameter jarak bagi adalah db1 (mm) , maka kecepatan keliling v (m/s)pada lingkaran jarak bagi roda gigi yang mempunyai putaran N1 (rpm) ,adalah :

·         Hubungan antar daya yang ditransmisikan P (kW) , gaya tangensial Ft (kg)dan kecepatan keliling v (m/s) , adalah :

Jika b (mm) adalah lebar sisi , BC = h (mm) , dan AE = L (mm) , maka tegangan lentur sb ( kg/mm2 ) pada titik B dan C ( dimana ukuran penampangnya dalah b x h ) , dengan beban gaya tangensial Ft

·         Beban gaya tangensial Ft pada puncak balok :

 

·         Tegangan lentur yang di izinkan σa ( kg / mm2 ) yang besarnya tergantung pada macam bahan dan perlakuan panas adalah :