I. PERANCANGAN RODA GIGI A. TAHAP-T AHAP-TAHA AHAP P DALAM DALAM PERAN PERANCAN CANGAN GAN Proses Proses peranca perancanga ngan n dimula dimulaii dari dari penentu penentuan an e!utu e!utu"an# "an# dan eputu eputusan san untu untu !er!uat sesuatu aan "al terse!ut. Melalui !e!erapa ta"apan perancangan dan iterasi# proses aan !era"ir dengan pen$a%ian dari pada "asil rancangan untu memenu"i e!utu"an terse!ut. &ecara ideal# metoda perancangan dalam !idang teni termasu perancangan rodagigi di!erian pada diagram di!a'a" ini.
Gambar 1.1. Tahapan Perancangan
A'al dari dari proses proses perancanga perancangan n adala" adala" !erupa !erupa Pengenalan kebutuhan# kebutuhan# dimana seorang perancang "arus !isa mende(inisian e!utu"an terse!ut. Rodagigi secara umum dipaai untu mentransmisian da$a dari mesin penggera# se"ingga secara umum dalam perancangan rodagigi# de(inisi e!utu"an adala" !erupa e!eradaan sistem transmisi roda rodagi gigi gi $ang $ang dapat dapat !eer !eer%a %a sesu sesuai ai denga dengan n $ang $ang diin diingi gin nan an ole" ole" pera peranc ncan ang g atau atau pengguna. )ntu mende(inisian e!utu"an terse!ut# umumn$a suda" ada data a'al $ang !er(ungsi se!agai data masuan untu proses perancangan. Data itu dapat !erupa !esar da$a da$ a $ang $ ang ditransmisian dari mesin penggera# putaran mesin penggera ataupun dimensi ruangan $ang tersedia untu penempatan transmisi terse!ut. Perumusan masalah "arus mencaup seluru" rincian spesi(iasi spesi(iasi tentang tentang sesuatu sesuatu $ang aan direnca direncana naan. an. Perinc Perincian ian terse! terse!ut ut mencau mencaup p se%uml se%umla" a" data data masua masuan n dan
eluaran dari proses perancangan dan semua !atasan-!atasan atas !esaran $ang !eraitan dengan "al terse!ut. &pesi(iasi dapat !erupa %enis rodagigi# dimensi rodagigi# tasiran umur# !atas temperatur operasi# eandalan# ecepatan * putaran# apasitas +emampuan menstransmisian da$a,# material rodagigi# pelumas $ang aan dipaai# dimensi ruang dan lain-lain. Perancang "arus dapat merumusan dengan %elas spesi(iasi $ang aan direncanaan. Dalam merumusan spesi(iasi $ang direncanaan# seorang perancang "arus memper"atian !atasan-!atasan atau endala $ang ada pada proses perancangan. atasan dalam perancangan rodagigi dapat !erupa dimensi ruang $ang tersedia untu penempatan transmisi# material rodagigi $ang tersedia# proses atau (asilitas manu(atur rodagigi $ang tersedia# standarisasi permesinan di pasaran maupun !esar !ia$a $ang tersedia. Dengan adan$a perumusan spesi(iasi $ang diinginan dan e!eradaan !atasan-!atasan dalam proses perancangan# maa emunginan aan meng"asilan !e!erapa solusi. Dalam perancangan rodagigi# solusi ini umumn$a !erupa sistem transmisi rodagigi $ang !erisian %enis rodagigi# dimensi rodagigi# material rodagigi# data operasional# pelumas dan lain-lain. Ta"ap sintesa merupaan solusi optimum dari sistem transmisi $ang !erasal dari solusi-solusi $ang didapat dari ta"ap se!elumn$a. Penilaian atau ealuasi atas solusi ini dilauan dengan proses analisis dan optimisasi. Analisis dan optimisasi dilauan untu mengu%i solusi $ang didapat dari proses sintesa apaa" solusi terse!ut !erda$a guna dengan !ai sesuai spesi(iasi $ang direncanaan. /ia solusi $ang didapat sesuai dengan spesi(iasi $ang dinginan maa proses selan%utn$a adala" ealuasi "asil rancangan. Tetapi %ia tida sesuai dengan "arapan atau tida sesuai spesi(iasi $ang direncanaan maa solusi ini gagal dan "arus em!ali e ta"ap perancangan se!elumn$a. Proses em!ali e ta"ap se!elum$a dapat !erupa ta"ap sintesa# $aitu menco!a dengan solusi $ang lain emudian diu%i dengan proses analisis dan optimasi. Dapat %uga ta"ap se!elumn$a adala" e ta"ap perumusan masala" dengan cara meru!a" spesi(iasi $ang diinginan# se"ingga aan mendapatan solusi-solusi !aru. Tetapi %ia proses terse!ut masi" gagal maa em!ali e proses a'al perancangan dengan emunginan perlu mengu!a" de(inisi e!utu"an.
Ta"ap evaluasi dilauan untu solusi $ang lolos dari proses iterasi. /ia ta"ap se!elumn$a proses perancangan le!i" !an$a dilauan diatas ertas# tetapi ealuasi !iasan$a dilauan !erupa proses pengu%ian "asil perancangan +a%i esperimental,# se"ingga umumn$a diperluan pem!uatan suatu prototip. /ia dalam pengu%ian tern$ata gagal maa proses perancangan em!ali e ta"ap se!elumn$a. /enis egagalan saat pengu%ian aan menun%uan e ta"ap mana proses perancangan aan em!ali. Ta"ap ealuasi umumn$a mem!utu"an !ia$a $ang !esar# arena dilauann$a proses pengu%ian. )ntu memperecil egagalan saat ta"ap ealuasi maa se!ain$a dalam proses perancangan le!i" !an$a mengacu pada data-data "asil pengu%ian $ang suda" dilauan ole" perancang-perancang se!elumn$a. 0e!eradaan data-data "asil pengu%ian $ang cuup lengap aan sangat mem!antu dalam usa"a memperecil egagalan dalam ta"ap ealuasi. Ta"ap penyajian merupaan ta"ap tera"ir dari proses perancangan. Ta"ap pen$a%ian dapat !erupa data lisan# data tertulis atau data gra(is +gam!ar,. &eorang perancang $ang !ai aan dapat men$ampaian "asil rancangan $ang omuniati( sesuai dengan eperluan. Metoda pen$a%ian $ang !ai aan sangat mem!antu perancang untu men%elasan dan me$ainan pengguna "asil rancangan.
. PERTIMANGAN 1ANG DIPA0AI DALAM PERANCANGAN iasan$a se%umla" (ator "arus dipertim!angan dalam situasi perancangan tertentu. 0adangala sala" satu diantaran$a men%adi ritis# dan !ila "al ini dipenu"i# maa-maa (ator lain ta perlu dipertim!angan lagi. Da(tar di!a'a" ini sering merupaan (ator $ang "arus dipertim!angan# $aitu 2 3.
0euatan
34. 0e!isingan
4.
0eandalan
35. Cora !entu
5.
Pertim!angan panas
36. entu
6.
0orosi
37. )uran
7.
0eausan
38. 0elendutan
8.
Gesean
39. Pengaturan
9.
Pem!uatan
3:. 0eauan
:.
0egunaan
3;. Penger%aan a"ir
;.
ia$a
4<. Pelumasan
3<. 0eamanan
43. Pemeli"araan
33. erat
44. =olume
e!erapa diantara (ator-(ator terse!ut# ada $ang !eritan langsung dengan uuran# %enis !a"an# penger%aan dan pengga!ungan elemen-elemen terse!ut men%adi se!ua" sistem. >ator lainn$a# mempengaru"i susunan !entu dari sistem secara eseluru"an.
C. >A0T?R 0EAMANAN Istila" (actor eamanan +(actor o( sa(et$, adala" (actor $ang dipaai untu mengealuasi eamanan dari suatu o!$e. &ecara uantitati( (actor eamanan adala" per!andingan "arga parameter spesi(iasi o!$e $ ang dirancang di!agi dengan parameter spesi(iasi o!$e pada ondisi ritis# dimana parameter terse!ut adala" merupaan !esaran $ang secara langsung men$ataan tingat eamanan o!$e# se"ingga dalam perancangan "arga (actor eamanan umumn$a !er"arga le!i" dari satu. 0ondisi ritis dari o!$e adala" ondisi $ang men$ataan !atas dari o!$e terse!ut antara aman dan tida aman dan sering dise!ut dengan margin o( sa(et$. Maa dengan (actor eamanan $ang le!i" !esar dari satu dapat dipastian !a"'a secara ideal o!$e terse!ut dalam penggunann$a selalu dalam ondisi aman. Dalam ontes lain adang-adang istila" (actor perancangan +design (actor, le!i" disuai dari pada dengan memaai istila" (ator eamanan.
D. 0?DE DAN &TANDARD &tandard adala" !e!erapa spesi(iasi dari !agian# material dan proses $ang dimasudan untu mencapai eseragaman# e(isiensi dan ualitas o!$e. Hal ini diperluan agar tida ter%adi erancuan dari pi"a pengguna dan pem!uat o!$e terse!ut. 0ode +code, adala" !e!erapa spesi(iasi dari analisis# disain# pem!uatan dan pem!angunan dari suatu o!$e. Tu%uan di!uatn$a code adala" untu men$ataan tingat eamanan# e(isiensi# per(ormansi +un%u er%a, dan ualitas. Ada !e!erapa organisasi $ang mem!erian standard dan ode disain# antara lain 2 American Gear Manu(acturing Association +AGMA,
American &ociet$ o( Mec"anical Engineers +A&ME, American &ociet$ o( Testing Met"od +A&TM, >@G $ang dipaai di Re!u!li >ederasi /erman.
II. ANALISA TEGANGAN RODA GIGI
Analisa euatan gigi dari roda gigi !erdasaran %enis egagalan -
egagalan statis arena tegangan lentur + Bil(red Le'is,.
-
0egagalan lela" arena tegangan lentur.
-
0egagalan lela" permuaan arena persinggungan + tegangan Hertian,
A. Tegangan lentur akibat beban statis Wt;
! I *
8#t .l " .t
4
Dimana l pan%ang# sedang > dan t penampang I*c > t4 * 8 modulus penampang
Pada titi a ter%adi tegangan masimum# dengan meli"at segitiga se!angun t*4 2 l 2 t*4
atau t4 * 6l # se"ingga persamaan tegangan lentur men%adi
! I *
8#t .l " .t
4
#t . 4
#t .
4
" .t * 8l " +.t * 6l ., 6 * 8l
#t .. " . $.4 * 5
#t .. " . p. y
Dimana $ 4 * 5 p # dise!ut (ator !entu dari Le'is+Le'is (orm (ator, Punca diametral P * p # p %ara lengung punca >ator !entu Le'is dari AGMA 1 $ # li"at ta!el 35-5 se"ingga
1
#t . P " .%
# dimana 1 4 P*5
atau
3 cos & * cos +3.7 * $ tg & * l ,
sudut tean
L
sudut etor B
B. Faktor Pemusatan Tegangan
Tegangan pada !agian pelengungan + 'illet , dari gigi roda gigi# ter%adi (ator pemusatan tegangan lela"
0 ( HF +t*r,L F t*l, M # dari penelitian p"otoelastis ole" Dolan rog"amer Dimana H <.56-<.67:588 4 L <.538- <.67:588 4 M <.4;
r
r' +b r' ,
4
+d * 4, b r'
r( %ari4 elengungan# !dedendum# d diameter punca#
C. Faktor Geometri
sudut
punca
>ator geometri + geometry 'ator , /# merupaan "u!ungan antara (ator !entu 1# (ator pemusatan tegangan 0 ( dan anga pem!anding pem!agian !e!an + load sharing ratio, m N# Persamaan AGMA &e"ingga
%
/ ( m # ' N
#t . P " .%
untu 1 pada titi singgung tertinggi m N3
#t . P " . )
#
nilai !isa li"at ta!el 35-6 dan
35-9
D. Faktor Dinamis ( dnami! "a!tor# . Ai!at !e!an dinamis pada ecepatan tertentu !isa ter%adi e!isingan# "aktor keepatan atau disebut juga 'aktor dinamis dari Carl G*+ath diantaran$a 0
0
8<< 8<< ,
# untu =
34<< 34<< ,
4<<< (pm !a"an rg !esi tuang pro(il gigi c$cloidal
# untu 4<<< (pm
=
6<<< (pm !a"an rg !esi tuang pro(il gigi
inolute# = dalam (eet per minute
"aktor dinamis menurut AG!A diantaranya-
0 0
7< 7<
=
9: 9:
=
# untu rg lurus diper"alus dg "o!!ing atau s"aping # untu = 6<<< (pm #rg diper"alus dg etelitian tinggi# = dalam inc" per minute
Memasuan (ator dinamis edalam persamaan tegangan men%adi
#t . P " .%( v
#t . P # " . )k v
# egagalan lela" tida dipertim!angan egagalan lela" dipertim!angan
)ntu roda gigi diper"alus dengan etelitian tinggi 0 3 >ator dinamis AGMA dipaai untu pertim!angan -
pengaru" esala"an ruang antara gigi dan pro(il gigi
-
pengaru" ecepatan pada garis punca dan rpm
-
inercia dan eauan dari semua eleen $ang !erputar
-
euatan gigi
-
!e!an $ang dipinda"an per inc" mua gigi
E. $ekuatan Le%a&
Ai!at !e!an !erulang-ulang dalam pemaaian $ang lama #!a"an aan mengalami elela"an dengan persamaan Se ' ka k k! kd ke k" Se)
Dimana &e !atas eta"an lela" gigi dari roda gigi &e !atas eta"anan !enda perco!aan gelegar !erputar a (ator permuaan# li"at g!r 35-47 ! (ator uuran # li"at ta!el 35-; c (ator eandalan #li"at ta!el 35-3< d (ator su"u# e (ator modi(iasi pemusatan tegangan ( (ator pengaru" lain# li"at ta!el 35-33 "arga d 3
untu
3- 7.: +3<,-5 +T-67<,
T
67
untu T 77
3- 5.4 +3<,-5 + T-:6<,
T
3<4
Ai!at pengaru" lain untu menaian !atas eta"anan roda gigi menerima lenturan seara" sa%a (ormula tegangan lentur men%adi
4 .e.ut .ut .e
F. Faktor $eamanan
>ator eamanan untu roda gigi / n (ator eamanan umum*!iasa#
nG 0 (o (m n 0 .e1 n
4 mampu ter"adap egagalan lela"
G. Daa ta&an Permukaan )ntu mengeta"ui egagalan permuaan +(ailure o( t"e sur(ace, ter"adap eausan + 'ear,# goresan+scoring, dan gosoan +a!rasion,. Tegangan persinggungan dua silinder
pma
" l + b * 4,
"arga !
#
4 " J+3 34 , * E 3 +3 4 4 , * E 4I l +3 * d 3 3 * d 4,
dimana pma teanan permuaan# psi > ga$a pada mua silinder# l! l pan%ang silinder d diameter silinder E dan onstanta elastis
Persamaan dua silinder digunaan pada roda gigi dengan identi(iasi > Bt*cos # ga$a pada silinder d4r l le!ar mua > dan pma H diperole" Tegangan permuaan +sur(ace compressie stress Hertian ,
H4
#t
+3 * r 3, +3 * r 4,
" cos +3 4 , * E 3 +3 4 , * E 4 3 4
/ari-%ari elengungan pro(il gigi r3 +dp sin , *4 dan r4 +dG sin , *4 se"ingga 3*r3 F 3*r4 4*sin
+ 3*dp F3*dG,
Per!andingan ecepatan +speed ratio , # Maa "arga 3*r3 F 3*r4 4*sin
mG NG*Np dG*dp
+ mGF3,*+mG dp,
H -
#t "d p +3 p , * E p
+3 G , * E G +cos sin ,mG * 4+mG
3,
Tanda negati( menun%uan tegangan tean permuaan. 0oe(isien elastis C p
3 +3 p , * E p
+3 G , * E G
li"at ta!el 35-36
>ator geometris + I , dari persamaan diatas
I
I
cos sin +mG , 4+ m G
3,
cos sin +mG , 4+ mG
3,
#
untu untu roda gigi lurus luar
#
untu untu roda gigi lurus dalam # #t
&e"ingga persamaan men%adi H - Cp Cv"d I p
0arena ada !e!an dinamis# (ator ecepatan diper"itungan dalam persamaan tegangan lentur nilain$a C 0
*. $ekuatan Le%a& Permukaan
Roda gigi $ang !ersinggungan aan menerima tegangan tean permuaan $ang !erulang-ulang atau tegangan !ola !ali aan ter%adi tegangan ritis di!a'a" permuaan $aitu tegangan lela" permuaan se!agai !eriut
&C <.6 H K 3< # psi
untu !a"an !a%a# umur pemaaian 3<: silus
H eerasan rinel
Tegangan lela" permuaan menurut persamaan AGMA # &H
C & C 3 C 2 C R
. C
Dimana &H euatan lela" $ang tela" dioresi # Hertian CL (ator umur* li(e modi(ication (actor#
li"at ta!el 35-37
CH (ator per!andingan eerasan *"ardness ratio (actor 3 untu roda gigi lurus CT (ator su"u 3 untu su"u di!a'a" 47 CR (ator eandalan#
li"at ta!el 35-7
>ator eamanan ter"adap egagalan permuaan e!an $ang di%inan untu dipinda"an
nG Co Cm n Bt#p nG Bt
&e"ingga persamaan tegangan lela" men%adi SH =
C & C 3 C 2 C R
. C = Cp
#t # p Cv"d p I
0o Co (ator oresi !e!an le!i" #
ta!el 35-4
0m Cm (atordistri!usi !e!an rg lurus #
ta!el 35-35
I. Ba&an Roda Gigi
3. a%a !ersi(at mempun$ai euatan tinggi dan !ia$a pem!uatan renda" dan !isa dicampur dengan !a"an lain untu meningatan 'alitas roda gigi# !a%a !isa diadaan perlauan panas seperti dicelup cepat + uenc"ed ,# disepu" +tempered , dan dipereras setempat + case "ardened., 4. esi tuang !ersi(at ta"an aus# suara le!i" ecil dai pada !a%a 5. Perunggu !ersi(at ta"an aus# ta"an orosi dan eluncuran tinggi 6. Te(lon#Titanium# N$lon dan ser!u !esi $ang disinter %enis !a"an muta"ir
+ . Pe%umasan Roda Gigi
Kerugian da$a $ang dipinda"an pada transmisi roda gigi !erisar 3 ai!at
!a"an roda gigi# sistem gigi# perilau permuaan gigi # ecepatan dan pelumasan. &edangan erugian da$a ai!at !antalan roda gigi !isa mencapai 4. Pelumasan untu men$erap panas $ang tim!ul %enisn$a tergantung ecepatan dan !e!an roda gigi# apasitas pelumas pendingin !erisar 3 gpm pendingin untu setiap 6<< "p da$a $ang dipinda"an
Conto& soa% ,
3. &epasang roda gigi lurus redusi 623 # digunaan untu menggeraan motor listri 3<< HP pada 334< rpm# Dieta"ui sudut tean +etinggian penu" , 4 Tentuan uuran utama roda gigi# untu punca diametral P 567 /a'a! )ntu 4< o #dan %ara e!e!asan C <.47<*P# dari ta!el 35-3 diperole" %umla" gigi piOn @p 3: i np*nG @G*@p 6 2 3 maa @G 6@p 63: 94 )ntu 4 dari ta!el A39 diperole" euatan lulu" &$ :8 psi ila anga eamanan n 6 # euatan lentur $ang dii%inan &$*6 :8*6 43.7 psi
esaran
Hasil 6
3
P
5
4
dp@p*P#in
8
6.7
5.8
5
dG@G*P#in
46
3:
36.6
6
=p d n *34# (pm
397:.6
353;
3<78
7
034<<*+34<
<.6<7
<.6985
<.753;
8
Bt55<<< H*=#l!
3:98.9
47<3
5348
9
>Bt
4.47
5.63
6.99
,#in
P*+01
7
4. &epasang roda gigi lurus redusi 623 # digunaan untu menggeraan motor listri 3<< HP pada 334< rpm# punca diametral 6 dengan @p3: dan @G 94 Dieta"ui sudut tean +etinggian penu" , 4 5.7 in# %ara e!e!asan c <.47<*P# !a"an !a%a )N&G 3<6<<# ditari pada 3<< di!eri perlauan panas dan ditari. Ditan$aan !erdasaran pemasangan ter!agi rata !enturan sedang pada mesin $ang digeraan#eandalan ;7#carila" (ator eamanan nG dan n ter"adap suatu egagalan lela" )a4ab>ator ecepatan dari =p 353; (pm# dp 6.7 in# !e!an $ang dipinda"an Bt 47<3 l! 0
7< 7<
=
#
7< 7< 353;
<.798
>ator geometri untu 4
#t . P " . )k v
47<3+ 6, 363:3.74: <.79; +5.7,+ <.56:3< ,
psi 36.3:37 psi atas eta"anan lela"
Se ' ka k k! kd ke k" Se)
)ntu !a"an )N&G 3<6<<# ditari pada 3<< di!eri perlauan panas dan ditari# dari ta!el A39 dapat &ut 335 psi # emudian dari g!r 35-47 untu &ut 335 psi didapat a <.947 untu P6 dari ta!el 35-; dapat !<.:;< untu eandalan R;7 dari ta!el 35-3< dapat c <.:8: diam!il d e3 &ut 335 psi mendeati 4<< psi dari ta!el 35-33 dapet ( 3.55. atas eta"anan !enda &e <.7 &ut untu
&ut 4<< psi
se"ingga
&e <.7 335 78.7 psi /adi &e <.947<.:;<<.:8:333.5578.7 64.<; psi )ntu !enturan sedang dari ta!el 35-34 dapat 0o 3.47 )ntu >5.7 in# pemasangan $ang au dari ta!el 35-5 dapat 0m 3.9 >ator eamanan untu roda gigi /
nG 0 (o (m n 0 .e1
nG 3.47 3.9 n 64.<;*36.3: 4.;9 n 4.;9*4.347 3.6< # dimana tida aman ter"adap egagalan lela" se"arusn$a n
4
se"ingga untu peningatan perlu etelitian dan pemasangan tinggi
5. &eperti soal no 4 untu eandalan ;7 dan 3<8 silus# carila" nG dan n ter"adap egagalan lela" permuaan /a'a! a%a )N& G3<6<< dari ta!el A39 dapat &ut 335 psi dan H 457 &c <.6 H K 3< <.6457-3< :6 psi Ta!el 35-37 untu eandalan ;7 dan 3<8 silus dapat CL3.3 dan CR <.: dan diam!il CT CH 3 Tegangan lela" permuaan menurut persamaan AGMA # &H
C & C 3 C 2 C R
. C +3.3 3* 3<.: ,:6 337.7 psi
Co0o 3.47 dan Cm0m 3.9 nG CoCmn 3.47 3.9 n 4.347 n mG dG*dp 3:*6.7 6 >ator geometris I
cos sin +mG , 4+ m G
3,
#
untu untu roda gigi lurus luar
I cos 4< sin 4< + 6, *4+6F3, <.34; Memaai C 0#
Bt 47<3
)ntu !a"an roda gigi lurus !a%a dari ta!el 35-36 dapat Cp 45<< Mencari !e!an tangensial $ang dii%inan pinda" . SH =
C & C 3 C 2 C R
. C = Cp
#t # p Cv"d p I
1155 = !"
#t # p +<.79;,+5.7,+ 6.7,+<.34;,
-t/ ' 0123 %
nG Co Cm n Bt#p*Bt 3.473.9n 4;89*47<3 3.3; n 3.3;*+3.473.9, <.78 /adi roda gigi tida aman ter"adap egagalan lela" permuaan dan umur eausan urang dai 3<8 silus pemaaian tegangan 6 soal 35.-57