Roda Gigi

RODA GIGI

Oleh: Roni Setiawan

(08518241014)

PRODI P.T. MEKATRONIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI TOGYAKARTA 2010/2011

PENDAHULUAN Mekatronika adalah salah satu cabang ilmu yang mempelajari tentang robot. Struktur robot tidak pernah terlepas dari konstruksi mekanik, dan kendali elektronis. Jika kita mendesain suatu mekanik yang bergerak, semisal adalah robot, hal penting yang tidak bisa kita tinggalkan adalah konstruksi dan transmisi gerakan, serta perhitungan torsi untuk menggerakkan roda maupun sendi. Roda gigi atau gear memungkinkan kita untuk merubah kecepatan putaran dan torsi untuk menyesuaikan motor dengan kondisi bebannya. Roda gigi adalah alat yang mentransmisikan daya dengan menggunakan dua buah roda berbentuk silinder atau kerucut dimana terdapat gigi yang saling bersinggungan pada kelilingnya salah satu diputar maka yang lain akan ikut berputar pula. Roda gigi juga memungkinkan kita untuk mentransmisikan daya motor dari tangkai (shaft) satu ke yang lain. Konsepnya sebenarnya bukan hal yang baru. Orang bangsa Yunani kuno sudah menggunakan roda gigi terbuat dari kayu untuk mentransmisikan daya dari kincir air ke mesin penggiling. Di zaman sekarang ini, roda gigi terbuat dari potongan metal atau plastik yang presisi sehingga transmisi daya lebih efisien.

A. Teori Roda Gigi Rodagigi digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Rodagigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Roda gigi sering digunakan karena dapat meneruskan putaran dan daya yang lebih bervariasi dan

lebih kompak daripada menggunakan alat transmisi yang

lainnya, selain itu rodagigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu : Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar. Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana. Kemampuan menerima beban lebih tinggi. Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil.

Kecepatan transmisi rodagigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar. Rodagigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Di samping itu terdapat pula rodagigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi. Ada pula rodagigi dengan putaran yang terputus-putus.

Dalam

teori, rodagigi pada umumnya dianggap sebagai

benda kaku yang hampir tidak mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama.

B. Klasifikasi Roda Gigi Roda gigi di klasifikasikan menurut letak poros, arah putaran, dan bentuk jalur gigi. 1.

Menurut letak poros maka rodagigi diklasifikasikan seperti tabel berikut : a. Roda gigi dengan poros sejajar, contoh: Roda gigi lurus, roda gigi miring, roda gigi miring ganda, roda gigi luar, roda gigi dalam dan pinyon, batng gigi dan pinyon b. Roda gigi dengan poros berpotongan, contoh: Roda gigi kerucut lurus, roda gigi kerucut miring, roda gigi kerucut spiral c. Roda gigi dengan poros silang, contoh: Batang gigi miring silang, roda gigi miring silang, roda gigi cacing, roda gigi hyperboloid, roda gigi hypoid

2.

Menurut arah putaranya, roda gigi diklasifikasikan seperti tabel berikut : a. Arah putaran berlawanan, contohnya pada roda gigi luar b. Arah putaranya sama, contohnya pada roda gigi dalam dan pinyon

3.

Menurut bentuk jalur gigi, rodagigi diklasifikasikan seperti tabel berikut : a. Roda gigi lurus Rodagigi

lurus

digunakan

untuk

poros

yang

sejajar.

Dibandingkan dengan jenis rodagigi yang lain rodagigi lurus ini

paling mudah dalam proses pengerjaannya sehingga harganya lebih murah. Rodagigi lurus ini cocok digunakan pada sistim transmisi yang gaya kelilingnya besar, karena tidak menimbulkan gaya aksial.Ciri-ciri rodagigi lurus adalah : Daya yang ditransmisikan < 25.000 Hp Putaran yang ditransmisikan < 100.000 rpm Kecepatan keliling < 200 m/s Rasio kecepatan yang digunakan o Untuk 1 tingkat ( i ) < 8 o Untuk 2 tingkat ( i ) < 45 o Untuk 3 tingkat ( i ) < 200 ( i ) = Perbandingan kecepatan antara penggerak dengan yang digerakkan Efisiensi keseluruhan untuk masing-masing tingkat 96% -99% tergantung desain dan ukuran. Jenis-jenis rodagigi lurus antara lain : Rodagigi lurus luar (external gearing), pasangan rodagig lurus ini digunakan untuk menaikkan atau menurunkan putaran dalam arah yang berlawanan. Rodagigi lurus dalam (internal gearing), dipakai jika diinginkan alat

transmisi yang berukuran kecil dengan perbandingan

reduksi besar. Rodagigi Rack dan Pinyon, berupa pasangan antara batang gigi dan pinion rodagigi jenis ini digunakan untuk merubah gerakan putar menjadi lurus atau sebaliknya. Rodagigi permukaan, memiliki dua sumbu saling berpotongan dengan sudut sebesar 90°. b. Roda gigi miring (helix) Roda gigi miring mempunyai jalur gigi yang membentuk ulir pada jarak bagi. Jumlah pasangan gigi yang saling membuat kontak serentak lebih besar dari pada roda gigi lurus, sehingga pemindahan

momen atau putaran melalui gigi-gigi tersebut dapat berlangsung dengan halus. Sifat ini sangat baik untuk mentransmisikan putaran tinggi dan beban

besar.

Namun roda gigi miring memerlukan

bantalan aksial dan kotak roda gigi yang lebih kokoh, karena jalur gigi yang berbentuk ulir tersebut menimbulkan gaya reaksi yang sejajar dengan poros. Ciri-ciri rodagigi miring adalah : Arah gigi membentuk sudut terhadap sumbu poros. Distribusi beban sepanjang garis kontak tidak uniform. Kemampuan pembebanan lebih besar dari pada rodagigi lurus. Gaya aksial lebih besar sehingga memerlukan bantalan aksial dan rodagigi yang kokoh. Jenis-jenis rodagigi miring antara lain : Rodagigi miring biasa Rodagigi miring silang Rodagigi miring ganda Rodagigi ganda bersambung c. Roda gigi kerucut lurus Dalam roda gigi kerucut bidang jarak bagi merupakan bidang kerucut yang puncaknya terletak di titik potong sumbu poros. Roda gigi kerucut lurus dengan gigi lurus, adalah yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Tetapi roda gigi ini sangat berisik karena

perbandingan kontaknya yang kecil. Juga konstruksinya

tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung porosporosnya. Jenis roda gigi kerucut : Rodagigi kerucut lurus Rodagigi kerucut miring Rodagigi kerucut spiral Rodagigi kerucut hypoid

d. Roda gigi cacing Ciri Ciri-ciri rodagigi cacing adalah: Kedua sumbu saling bersilang dengan jarak sebesar a, a biasanya sudut yang dibentuk kedua sumbu sebesar 90°. 9 Kerjanya halus dan hampir tanpa bunyi. Umumnya arah transmisi tidak dapat dibalik untuk menaikkan me putaran dari roda cacing ke cacing (mengunci sendiri). Perbandingan reduksi bisa dibuat sampai 1 : 150. Kapasitas beban yang besar dimungkinkan karena kontak beberapa gigi (biasanya 2 sampai 4).

Gbr. Macam Roda Gigi

C. Bagian-Bagian Roda Gigi Nama-nama bagian utama roda gigi terdapat dalam dibawah ini. Ukuran roda gigi dinyatakan dengan diameter lingkaran jarak bagi (diameter lingkaran pitch), yaitu lingkaran khayal yang menggelinding tanpa slip. Sedangkan ukuran gigi dinyatakan dengan jarak bagi lingkaran, yaitu jarak sepanjang lingkaran jarak bagi antara profil dua gigi yang berdekatan.

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. Pinyon, 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 : Keterangan : d : diameter tusuk (diameter lingkaran pitch)

t : Jarak bagi lingkar 6. Modul (module), merupakan perbandingan antara diameter lingkaran pitch dengan jumlah gigi. Keterangan : m

: modul roda gigi

Dp : Jumlah gigi perinchi diameter

7. Adendum (kepala gigi) Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial. 8. Dedendum (kaki gigi), 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. 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), lingkaran yang membatasi gigi.

14. Dedendum circle (Lingkaran kaki gigi), 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. Sisi kepala (face of tooth), Permukaan gigi diatas lingkaran pitch 21. Sisi kaki (flank of tooth), Permukaan gigi dibawah lingkaran pitch. 22. Puncak kepala (top land), Permukaan di puncak gigi 23. Lebar gigi (face width), Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya

D. Perbandingan Putaran dan Perbandingan Roda Gigi Jika putaran roda gigi yang berpasangan dinyatakan dengan n1 (rpm) pada poros penggerak dan n1 (rpm) pada poros yang digerakkan, diameter lingkaran jarak bagi d1 dan d2 (mm), dan jumlah gigi z1 dan z2, maka perbandingan perputaran u adalah :

Harga i adalah perbandigan transmisi, yaitu perbandingan antara jumlah roda gigi dengan pinyon. Sedangkan untuk jarak sumbu poros a antar rodagigi yang berhubungan dapat dirumuskan:

Persamaan lain dalam roda gigi adalah sebagai berikut: Diameter lingkaran jarak bagi : Diameter lingkaran kepala : Diameter lingkaran dasar : Jarak bagi :

Jarak bagi normal : Tinggi gigi : Keterangan : dO rO z m a dK rK dg H ck tO te

: : : : : : : : : : : :

diameter tusuk (diameter lingkaran pitch) panjang jari-jari jari lingkaran jarak bagi Jumlah gigi modul roda gigi jarak sumbu poros diameter lingkaran kepala panjang jari-jari jari lingkaran kepala diameter lingkaran dasar das tinggi gigi kelonggaran puncak jarak bagi jarak bagi normal

E. Kapasitas Beban Roda Gigi 1. Perhitungan Lenturan Besarnya

perbandingan

kontak

adalah

1,0. Perhitungan

dilakukan dengan anggapan bahwa beban penuh dikenakan dikenak pada titik perpotongan A antara garis tekanan dan dan garis hubung pusat roda gigi pada puncak gigi seperti dalam gambar: gambar

Jika ika tekanan normal pada permukaan gigi dinyatakan dengan Fn, maka gaya Fkt (tegak lurus OA) dalam arah keliling atau tangensial tangensia pada titik A adalah:

Sedangkan gaya Ft yang bekerja dalam arah ah putaran roda gigi pada titik jarak bagi adalah: adalah

Ft

Fkt dimana Ft adalah gaya tangensial.

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 antara daya yang ditransmisikan P(kW), gaya gaya tangensia Ft(kg), dan kecepatan keliling v(m/s) adalah:

Dalam keadaan sebenarnya, pada waktu terjadi rjadi peralihan jumlah pasangan yang terkait dari satu menjadi dua atau dari dua menjadi me satu pasang, timbul gaya yang lebih besar. Karena dalam perhitungan hanya h satu pasang gigi saja yang dianggap meneruskan momen, maka pembebanan yang diperhitungkan pada gigi menjadi lebih lebih berat dari pada keadaan sebenarnya. Dalam gambar dibawah, bentuk uk penampang gigi yang akan dipakai sebagai dasar perhitungan kekuatan lenturnya, didekati dengan bentuk parabola dengan puncak dititik A dan dasar di B dan C yang merupakan titik singgung singgun antara parabola dengan profil kaki gigi. Dengan demikian maka gigi tersebut dapat dipandang sebagai balok yang mempunyai kekuatan seragam. Jika b(mm) tegangan lentur

lebar sisi, BC = h(mm), dan AE= l (mm), maka b

(kg/mm2) pada titik B dan C (dimana ukuran

penampangnya adalah b x h), dengan denga beban gaya tangensial Ft pada puncak balok, dapat ditulis sebagai :

Besarnya h2/6l ditentukan dari ukuran dan bentuk gigi. Besaran ini mempunyai dimsensi panjang. Jika dinyatakan dengan perkalian antar Y dan modul m maka :

Persamaan tersebut disebut “persamaan Lewis”, dan Y dinamakan factor bentuk gigi. Tabel tegangan lentur yang diijinkan pada rodagigi:

2. Perhitungan Beban Permukaan

Jika tekanan antara sesama permukaan gigi terlalu besar, b gigi akan mengalami keausan dengan cepat. Selain itu, permukaan permukaan gigi juga akan mengalami kerusakan karena keletihan oleh beban berulang. Dengan demikian maka tekanan yang dikenakan pada permukaan gigi, atau kapasitas pembebanan permukaan, harus dibatasi. Permukaan gigi dari d ri roda gigi lurus dan roda gigi miring saling melakukan kontak garis lurus. Dalam gambar diatas,, terdapat dua garis kontak melalui K1 dan M2 dan tegak lurus bidang gambar. Besarnya tekanan yang timbul sama dengan tekanan antara dua silinder yang berjari-jari I1K1 dan I2K2 atau antara dua silinder dengan jari-jari jari I1M2 dan I2M2, besarnya tekanan t yang timbul

H

(kg/mm2), yang disebut “tegangan

Hertz”, dapat dinyatakan diny dengan rumus berikut ini:

Di sini

disebut “jari-jari “jari jari lengkungan relatip”. Untuk gigi dalam 2