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)

o

= 7000 rpm

= 9,3 PS

= 4

= Baja St 70.11

= 20 (menurut standar ISO)

= 0

A. Perancangan Dimensi1. Diameter ReferensiDiamater referensi roda gigi pertama pada poros penggerak (poros 1) ditentukan dengan persamaan :db 1 . N 1db 113 3 b .N 1 .B zul( mm )

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

Cs= Faktor kejut dipilih 1,5 (Tabel 22/18)SG= Faktor keamanan terhadap pitig dipilih 0,8K.D = Kekuatan 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/mm2o= 85 Kgf/mm2Adapun 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 = faktor material, dengan harga 1 untuk baja, dan 1.5 untuk besi corYH = faktor kekerasan permukaan, dengan harga 1 jika harga kekerasannya sama dengan kekerasan permukaan (Tabel 22/25)KO = faktor ketahanan permukaan materialYS = 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 = fungsi dari kecepatan tangensial v.YV = 0,7 + YV = 1.066SehinggaKD= 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 = = 0,1521 Kgf/mm2Karena SG < 1 maka dipilih BZul = Bo = 0,1521 Kgf/mm2, sehingga diameter referensi roda gigi 1 adalah :

db1 29,321 mm = 30 mmHarga kecepatan tangensial yang semula dimisalkan dapat diperiksa harganya :

. D . n3,14 . 29,321 mm . 7000 rpmv === 92,067 m/s 60 . 1037000 rpm

Diameter referensi roda gigi yang kedua :

db2 = i x db1 = 4 x 29,321 = 117,284 mm = 118 mm

2. Diameter jarak bagiDianggap tidak ada faktor korigasi (X1 = X2 = 0) sehingga diameter jarak bagi (d)sama dengan diameter referensinya.dq = db1 = 29,321 mmdq = db2 = 117,284 mm3. Jumlah Gigi

Jumlah gigi roda gigi 1 dipilihJumlah gigi roda gigi 2 dipilih

Z1 = 12Z2 = i x Z1= 4 x 12 = 484. ModulModul ditentukan dengan ;m = do1/Z1 = do2/Z2 = 29,321 /12 = 2.4 mmModul penampang normal :mn = m cos o = 2.4 mm(o = 0)5. Lebar GigiLebar gigi ditentukan dengan persamaan :w = b x db1 = 0,5 x 29,321 = 15 mm6. Tinggi Kepala dan Tinggi Kaki GigiBerdasarkan Standar DIN 867 (Tabel 21/5)Hk/m = 1 dan hf/m = 1,1 1,3Tinggi kepala sama dengan modul :hk = m = 2.4 mmTinggi kepala pasangan roda gigi dipilih sama :hk1 = hk2Tinggi kaki dipilih sebesar 1,25 mhf = 1,25 x 2,4 = 3 mmTinggi kaki pasangan roda gigi adalah :hf1 = hf2 = hf = 3 mm7. Diameter Lengkungan KepalaUntuk roda gigi 1dk1 = do1 + 2hkl = 29.321+ 3 = 32,321 mmUntuk roda gigi 2dk2 = do2 + 2hk2 = 117,284 + 3 = 120,284mm8. Diameter Lingkaran KakiUntuk roda gigi 1dfl = do1 2hf1 =29,321 (2 x 3) = 23,321 mmUntuk roda gigi 2df2 = do2 2hf2 =117,284 (2 x3) = 111,284 mm

9. Jarak PusatJarak pusat ditentukan dengan :a . = 0,5 (db1 + db2) = 0,5 (29,321+117,284 ) = 73,3025 mm10. Jarak BagiJarak bagi ditentukan dengan :t.o = . m = 3.14 x = 7,536 mmB. Perhitungan KekuatanTorso nominal pada roda gigi 1 :M1 = 716 N1/n1 = 716 x (9,3/7000) = 0,9512 kgf1.Gaya Keliling2M11032 . 0,9512. 103U === 64,8818 kgfdb129,3212.Gaya Keliling Per mm Lebar Gigiu = U/b = 64,8818 /0,5 = 129,7 Kgf/m3.Intensitas Beban NominalB = u/b x d = u/db1 = 129,7 /29,321 = 4,4234Kgf/mm24.Intensitas Beban EfektifBw = B . CS . CD . CT . CBB(Kgf/mm2)Dimana :CS = Faktor kejut, untuk motor harganya 1.5 (Tabel 22.18)CT = Faktor distribusi beban sepanjang lebar gigiCBB = Faktor kemiringan roda gigi = 1, untuk roda gigi lurus (Tabel 22.37)B = Intensitas beban nominalCD = Faktor beban dinamik (Gambar 22/37)UDynCD = 1 + U1.CS.esp1

Untuk roda gigi lurus esp = 0. Harga UDyn ditentukan dari gambar (22.37) padalampiran dengan terlebih dahulu menghitung dua parameter UDyn yaitukecepatan (V) dan faktor SS = 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 Bagife 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 = 10Sedangkan do adalah diameter jarak bagi yang terbesar sebesar = 154,1300 mm.Sehingga :fege . [(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 m6.Kesalahan Arah Gigifrgr (b) 0,5= 10 . (0,5)0,5= 7,07 m7.Kesalahan Gigi Efektiffrw = 0,75 . fr . + qk . u . Csfrw = 0,75 . 7,07 + 0,3 . 129,7 . 1,5 =63,665 mdengan 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/mm2Dari gambar 22/37 diperoleh harga Udyn = 13,5 Kgf/mm2Sehingga :UDyn

CD = 1 + U1.CS.esp1

13,5

CD = 1 + 129,7.1,501= 1,06.

Parameter yang menentukan harga CT adalah T, diperoleh dengan persamaanberikut :C s . frw .b T = U .C s .C D

C2 adalah faktor material roda gigi CZ = 1, jika pasangan roda gigi terbuat daribaja (Tabel 22,19) dengan memasukkan semua variabel T diperoleh :1 . 63,665 . 0,5T == 0,154129,7 . 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 . BB

= 1,5 . 1,06 . 1,147 . 1 . 0,5= 0,911 kgf/mm28.Tegangan Kaki Gigi EfektifUntuk roda gigi 1 :w1 = qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2)Untuk roda gigi 1 :w1 = qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2)Dimana :qw1 = qk1 . qe1 dan q.t = qk1 . qo1dengan qw1 . qk1 = faktor tegangan kaki gigiqe1 = merupakan fungsi dari jumlah gigi ekuivalen (Zn) dan faktor korigasi (x)dari gambar 22/40 diperoleh :qkl = 3,350qk2 = 2,4759.Rasio Kontak Normalo = on = 20Cos O = do1/db1 cos b karena do1 = db1, maka b = 20Karena o = 0, maka b = b = 20100 hkl/db1= 100 x ( 3/ 29,321) = 10,23100 hk2/db2= 100 x ( 3/117,284) = 2,55

mb = d1/z1 = 2,4; hk1 = hk2 = 3

dari gambar 22/39 diperoleh ;1 = mb/hk1 = 0,8 dan 2 = mb/hk2 = 0.8Sehingga := 1 + 2 = 0,8 + 0,8 = 1,6

10.Rasio Kontak Efektifm + (v /4)

h = 1 + (m 1) .

m + (f/6)

2.4+ 10/47

= 1 + (1,62 1)= 0.3769

2,4+ 63,665 /6

Karena roda gigi 1 sebagai penggerak, maka :

1,41,4q1 =dan q21 =en + 0,4ew + 0,4

Dengan mengetahui en = 2,10 dan ew = 2,10 maka diperoleh :qe1= 0,56 dan q1 = 0,588qw1 = qk1 . qe1 = 3,350 x 0,560= 1,876qw2 = qk2 . q2 = 2,475 x 0,588 = 1,4553Sehingga tegangan kaki gigi efektif dapat ditentukan :

w1 = 8,272x 12 x 1,876

w1 = 8,272 x 64 x 1,4553

= 186,21Kgf/mm2

= 770,447Kgf/mm2

11.Tekanan Permukaan Gigi Efektifi + 1Untuk roda gigi 1 : kw1 = Bw . ywl .(Kgf/mm2)1

i + 1Untuk roda gigi 1 : kw2 = Bw . yw2 .(Kgf/mm2)1

Dimana : yw1 = yc . (y/ye) dan yw2 = yc . y

Yw, Ydan y, merupakan faktor-faktor tekanan permukaan gigi.

Dari tabel 22/23, untuk bn = 20 diperoleh yc = 3,11Dari tabel 22/23, untuk o = 0 diperoleh y= 1

2y= 1 -. (1 - tn . yi / n)Zin . tan (bn)

2.3,14y6 = 1 (1-0,725 . 1,98/2,10)12 . tan 20

yc = 0,545

Sehingga berturut-turut diperoleh :yw1 = 3,11 x 1/10 . 545 = 5,71yw2 = 3,11 x 1 = 3,11kw1 = 8,272x 5,71 x (3,636 + 1/3,636) = 184,73Kgf/mm2kw1 = 8,272 x 3,110 x (3,636 + 1/3,636) = 100,61Kgf/mm2

C. Faktor Keamanan1.Faktor keamanan terhadap Tooth BreakageUntuk roda gigi 1 : SB1 = D1/w1Untuk roda gigi 2 : SB2 = D2/w2Dimana :D = kekuatan kaki gigi 0,7 Kgf/mm2W = tegangan kaki gigi efektifKarena bahan pasangan roda gigi sama :SB1 = 0,7/186,21= 266SB1 = 0,7/770,447= 1,12.Faktor Keamanan Tergadap PittingUntuk roda gigi 1 : SG1 = kD1/kw1Untuk roda gigi 2 : SG2 = kD2/kw2Dimana :kD = kekuatan kaki gigi = 0634 Kgf/mm2kw = tegangan kaki gigi efektifSG1 = 0,634/114,73= 0,005SG2 = 0,634/100,61= 0,006