RODA GIGIA. Profile roda gigi Roda gigi/Gears adalah roda yang
terbuat dari besi yang mempunyai gerigii pada permukaannya. Bentuk
gigi dibuat sedemikian rupa hingga dapat bekerja secara berpasangan
dan setiap pasangan terdapat sebuah roda gigi yang menggerakkan
(driving gear) dan sebuah roda gigi yang digerakkan (driven gear).
Suatu kelompok/kumpulan roda gigi dengan komponen lain membentuk
suatu sistem transmisi dalam suatu kendaraan, mereka terletak dalam
suatu wadah yang disebut transmission case, atau kadang juga
disebut gear box. Beberapa profil Roda gigi seperti dibawah ini: 1.
Profil gigi sikloida (cycloid) : struktur gigi melengkung jenis
gigi ini cukup baik karena presisi dan ketelitiannya baik, dapat
meneruskan daya lebih besar dari jenis yang sama dan, juga
keausannya dapat lebih lama.tetapi mempunyai kerugian, diantaranya
pembuatannya lebih sulit dan pemasanganya harus lebih teliti (tidak
dapat digunakan sebagai roda gigii 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 sederana , cara pembuatannya lebih mudah, tidak
sangat presisi dan maupun teliti , harga dapat lebih murah , baik
sekali digunakan untuk roda gigi ganti. Jenis profil gigi evolvente
dipakai sebagai profil gigi standar untuk semua keperluan transmisi
. 3. Profil gigi khusus : misalnya : bentuk busur lingkaran dan
miring
BAB. I
digunakan untuk transmisi daya yang besar dan khusus (tidak
dibicarakan)
B. Bentuk gigi
Beberapa macam desain roda gigi yang dipergunakan pada transmisi
adalah:1. Gigi lurus (spur gear) Bentuk gigi ini lurus dan paralel
atau sejajar dengan sumbu roda gigi, roda gigi ini dipergunakan
untuk roda gigi geser atau yang bisa digeser (Sliding mesh). 2.
Gigi miring (helical gear) Bentuk gigi ini menyilang miring
terhadap sumbu atau poros roda gigi,
roda gigi ini dipergunakan untuk roda gigi tetap atau yang tidak
bisa digeser (Constant mesh dan synchro-mesh). 3. Gigi panah
(double helical/herring bone gear) Bentuk gigi ini berupa panah
atau miring dengan kemiringan berlawanan, roda gigi ini
dipergunakian untuk roda gigi tetap atau yang tidak bisa digeser
(Constant mesh dan syncro-mesh). 4. Gigi melengkung/bengkok
(curved/spherical gear) Bentuk gigi melengkung mengikuti pola
tertentu (lingkaran/ellips), bentuk giginya lurus atau miring
terhadap poros, dipergunakan untuk roda gigi yang tidak tetap
kedudukan titik porosnya (constant mesh).
Gambar 1. Macam macam roda gigi
C. Kerjasama roda gigi Dalam hal ini lima keadaan sesuai dengan
kedudukan yang diambil oleh poros yang satu terhadap yang lain: 1.
Sumbu roda gigi sejajar/paralel (roda gigi silinderik) Dapat berupa
kerjasama roda gigi lurus, miring atau spherical. Bentuk dasar roda
gigi ini ialah dua buah silinder yang saling bersinggungan menurut
sebuah garis-garis: gigi dapat sejajar dengan garis lukis
silinderik (gigii lurus/spur gear), atau membuat sudut dengan
garis-garis silender (gigii sekrup/double helical). 2. Sumbu roda
gigi tegak lurus berpotongan (roda gigi kerucut) Bentuk dasarnya
ialah dua buah kerucut dengan puncak gabungan yang saling
menyinggung menurut sebuah garis lukis. Dapat berupa roda gigi
trapesium/payung/bevel dengan profil lurus (radial), miring
(helical) atau melengkung (spherical). 3. Sumbu roda gigi menyilang
tegak lurus Dapat berupa roda gigi cacing (worm), globaida, cavex,
hypoid, spiroid, atau roda gigi miring atau melengkung. 4. Sumbu
roda gigi menyilang
Dapat berupa roda gigi sekrup (screw/helical) atau spherical. 5.
Sumbu roda gigi berpotongan tidak tegak lurus Dapat berupa roda
gigi payung/trapesium atau helical dll.
Gambar 2. Kerja sama roda gigi D. Syarat dua roda gigi atau
lebih bekerjasama 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 gig
harus sama (modul gigi adalah salah satu dimensi khusus roda gigi)
3. Sudut tekanan harus sama (sudut perpindahan 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.
Gambar 3. Modul gigi Modul presure anggle
Modul gigi besar 0 )
Sudut tekanan kecil (14
Modul gigi sedang (20)
Sudut tekanan sedang
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 z = jumlah gigi sehingga : d = ( t . z )/ p ----- (mm) ------
(mm)
Sudut
tekanan (a ) sudut yang dibentuk dari garis horisontal
dengan
garis 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
APLIKASI PENGGUNAAN RODA GIGIAplikasi penggunaan roda gigi
khususnya dalam kendaraan sangat banyak kita difungsikan baik itu
sebagai penggerak maupun sebagai pemindah tenaga. Aplikasai
penggunaan roda gigi dapat dilihat dibawah ini.
BAB. II
1.
Aplikasi penggunaan roda gigi dalam Transmisi
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 transmisii (speed ratio), dinyatakan dalam
notasi : i . Speed ratio : i = n1 / n2 = d2 / d1 = z2 / z1
Apabila:i < 1 i > 1 = transmisi roda gigi inkrisi = transmisi
roda gigi reduksi
.
Wheel z2 , n2
Pinion z1, n1
Pinion z1, n1
Wheel z2, n2
Ada dua macam roda gigi sesuai dengan letak giginya :
1. Roda gigi dalam (internal gear), yang mana gigi terletak pada
bagiandalam dari lingkaran jarak bagi.
2. Roda gigi luar ( external gear), yang mana gigi terletak
dibagian luar darilingkaran 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 apii (train gear). Train Gear
Speed ratio pertama : i1 = n1 / n2 Speed ratio kedua : i 2 = n2
/ n3 Speed ratio total :
n1 z1
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 < stages): 6
Apabila speed ratio lebih dari enam maka dilakukan sebagai
berikut (Multi
Output : z4 , n4 Pinion Z1, n1 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. z2, n2 z3,
n3
Dalam aplikasi, speed ratio roda gigi mempu nyai nilai tidak
bilangan utuh, misalnya : 2,4, 6 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 dll, tetapi berupa bilangan tertentu, misal:
Konsep kerja transmisi Seperti telah dikemukakan di atas,
transmisi pada kendaraan terdiri dari berbagai bentuk roda gigi,
ada yang sistem tetap (Constant mesh) ada yang digeser
(slidingmesh). Berikut ini akan dicoba dijelaskan konsep kerja
masingmasing. a) Transmisi dengan roda gigi geser (slidingmesh)
Roda gigi pada poros input yaitu berasal dari kopling, dipasang
mati. Sedangkan roda gigi yang dipasang pada poros output dipasang
geser/sliding. Roda gigi yang digunakan untuk model ini tentunya
jenis spur. Perhatikan pada gambar 5 berikut ini.
Gambar 4. Transmisi slidign gear Posisi Netral, setiap transmisi
mempunyai posisi ini dimana putaran poros input tidak dipindahkan
keporos output. Posisi ini digunakan saat berhenti atau yang
lainnya dimana sedang tidak memerlukan tenaga mesin. Untuk memenuhi
kebutuhan tersebut, maka kedua roda gigi pada poros output (C &
D) digeser agar tidak berhubungan dengan roda gigi dari poros input
(A & B). Posisi gigi 1, digunakan untuk menggerakan kendaraan
pertama kali. Kondisi ini memerlukan momen yang besar gerakan
pelan, maka roda gigi pemutar (Driver) harus yang lebih kecil (A)
memutar roda gigi yang lebih besar (D). Sehingga roda gigi pada
poros output yang dihubungkan deengan roda gigi yang sebelah kiri,
sementara yang sebelah kanan tidak berhubungan. Seperti terlihat
pada gambar 5 berikut ini.
Gambar 5. Posisi gigi 1 Posisi gigi 2, pada posisi ini tentunya
kendaraan sudah bergerak sehingga momennya tidak begitu besar
dibandingkan dengan saat posisi gigi 1. Komposisi roda gigi pada
posisi gigi kedua ini roda gigi D digeser sampai tidak berhubungan
dengan roda gigi A, dan roda gigi C digeser kekiri agar berhubungan
dengan roda gigi B. Dengan demikian, putaran poros input
dipindahkan melalui roda gigi B & C ke poros output. b)
Transmisi dengan roda gigi tetap (Constant mesh). Sistem pemindahan
kecepatan pada sistem ini tidak memindah roda gigi, namun dengan
menambah satu perlengkapan kopling geser. Hubungan roda gigi C
& D terhadap poros output bebas bukan sliding seperti pada
model sebelumnya. Sedangkan yang terhubung sliding dengan poros
output adalah kopling gesernya.
Ilustrasi model ini dapat dilihat pada gambar 7 ber-ikut
ini.
Gambar 6. Transmisi dengan posisi roda gigi tetap Pada model
transmisi roda gigi tetap ini memungkinkan dipergunakan bentuk roda
gigi selain model spur. Sehingga memungkinkan penggunaan roda gigi
yang lebih kuat. Kopling geser dapat digeser kekanan atau kekiri.
Bila kopling ada ditengah maka berarti transmisi pada posisi
netral. Pada posisi ini meskipun roda gigi C & D terus berputar
bersama roda gigi A & B, namun tidak ada pemindahan putaran
keporos output. Hal ini karena baik roda gigi C maupun roda gigi D
terpasang bebas terhadap poros output. Posisi gigi 1, kopling geser
digeser kekiri hingga berhubungan dengan roda gigi D. Sehingga
putaran poros input disalurkan melalui roda gigi A memutar roda
gigi D dan membawa kopling geser yang telah terhubung, dan akhirnya
poros output terbawa putaran melalui kopling geser. Posisi gigi 2,
kopling digeser kekanan hingga berhubungan dengan roda gigi C.
Sehingga putaran poros input disalurkan melalui roda gigi B memutar
roda gigi C dan membawa kopling geser yang telah terhubung, dan
akhirnya poros output terbawa putaran melalui kopling geser.
c) Transmisi Synchronmesh Penggunaan sistem roda gigi geser
seperti yang telah diuraikan di atas terdapat kerugian yang perlu
diatasi, yaitu: a) b) Suara transmisi kasar saat memindah
kecepatan. Pemindahan gigi sangat sulit, apalagi pada kecepatan
tinggi, sehingga pemindahan gigi harus dilakukkan pada kecepatan
yang rendah. Hal ini juga dialami pada sistem pengembangan yang
meng-gunakan sistem Constantmesh. Meskipun pada sistem
constant-mesh sudah tidak menggunakan penggeseran roda gigi, namun
sistem penyambungannya masih mengalami permasalahan. Penyambungan
yang dipergunakan pada sistem Constantmesh mirip pada sistem
sliding gear saat memasukan kecepatan tertinggi yaitu antara roda
gigi C dengan roda gigi D. Dengan kata lain, kendaraan yang
transmisinya menggunakan sistem sliding gear atau Constantmesh akan
terhambat khususnya pada proses akselerasi kendaraan. Karena setiap
pemindahan kecepatan harus menunggu putaran turun terlebih dahulu.
Permasalahan proses pemindahan gigi tersebut, karena per-bedaan
putaran kedua gigi yang akan disambungkan. Hal ini dapat dijelaskan
sebagai berikut: Misalkan: gambar 2 jumlah gigi dari roda gigi A =
10; B = 20; C = 10; dan D = 20. Pada saat kendaraan belum berjalan,
berarti putaran poros output dan kopling geser n2 = 0 rpm.
Sementara bila putaran poros input adalah n1 = 1000 rpm, maka
putaran roda gigi D n3 dapat dihitung sebagai berikut: n3 = (A x
n1)/D = (10 x 1000)/20 = 500 rpm. Pada putaran yang demikian tinggi
yaitu 500 rpm, sementara kopling geser tidak berputar tentu tidak
dapat dihubungkan. Untuk itu biasanya pengemudi, memutus hubungan
poros input dengan mesin dengan menginjak pedal kopling. Meskipun
demikian untuk putaran sebesar 500 rpm, disamping tidak/sulit
dihubungkan, kalau dapat dihubungkan akan
terjadi kejutan yang luar biasa. Kejutan ini dapat mengakibatkan
kerusakan pada komponen transmisi. Oleh karena itu kemudian
ditemukan sistem synchromesh. Sistem ini secara sederhana seperti
terlihat pada gambar 8. Roda gigi transmisi dalam kondisi tetap,
untuk memindahkan posisi kecepatan dipergunakan perlengkapan
menyamakan synchromesh, putaran, baru dimana dengan gigi bentuk
sleeve konisnya akan kemudian disambungkan.
Kemampuan menyesuaikan putaran antara dua roda gigi yang akan
disambungkan ini yang tidak dimiliki oleh kedua sistem
sebelumnya.
Gambar 7. Unit SynchroMesh Sistem synchromesh ini yang kemudian
dipergunakan pada transmisi manual sampai saat ini. Cara kerjanya
saat handel transmisi pada posisi netral, maka synchromesh berada
ditengah tidak berpengaruh atau dipengaruhi oleh kedua roda gigi
yang ada disampingnya. Pada saat synchromesh digerakan kekiri
kearah roda gigi, maka synchro hub akan terdorong kekiri dan
semakin kuat, maka akan mengerem putaran melalui bentuk konisnya
hingga putaran antara roda gigi dengan synchro hub sama, kemudian
sleeve bergeser kekiri lebih lanjut hingga tersambung dengan gigi
kecil (dog teeth). Posisi ini berarti proses penyambungan putaran
mesin. Proses tersebut sama saat akan menghubungkan dengan roda
gigi yang sebelah kanan, synchromesh digerakan kekanan kearah roda
gigi, maka sudah selesai. Dengan cara demikian proses penyambungan
roda gigi transmisi tidak perlu menunggu turunnya
synchro hub akan terdorong kekanan dan semakin kuat, maka akan
mengerem putaran melalui bentuk konisnya hingga putaran antara roda
gigi dengan synchro hub sama, kemudian sleeve bergeser kekanan
labih lanjut hingga tersambung dengan gigi kecil (dog teeth) roda
gigi.
2.
Aplikasi penggunaan roda gigi pda unit Differenstial (Roda
gigi
payung/bevel gear) Roda gigi payung atau roda gigi trapesium
digunakan apabila diinginkan antara sumbu input dan sumbu output
menyudut 90. Hal digunakan pada diferential atapu pemindaha putaran
dari poros propeller ke roda-roda dalam sudut yang tegak lurus.
Bentuk gigi yang biasa dipakai pada roda gigi payung : Bentuk gigi
lurus atau radial Bentuk gigi miring atau helical Bentuk gigi
melengkung atau spherical.
Gambar 8. roda gigi payung pada unit differential
Perhitungan momon putar pada differential dapat dilakukan dengan
rumus:
i =
n1 n2 =
=
z2 z1
r2 r1
Mk
n1 z r x Mp = 1 x Mp = 1 x Mp n2 z2 r2
3.
Aplikasi
penggunaan roda gigi pada sistem kemudi (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).
Gambar 9. Roda gigi cacing pada unit kemudi. Perhitungan
Perbandingan Sistem Kemudi
Perbandingan Gigi Kemudi
i=
n n
1 2
=
z
2
z
i = Perbandingan roda gigi kemudi n1= Putaran roda gigi cacing
n2= Putaran roda gigi rol Z1= Jumlah gigi cacing Z2= Jumlah gigi
rol
1
