RODA GIGI (GEARS)

PENGERTIAN • Roda gigi mentransmisikan daya dan/atau gerakan putar dari

satu poros ke poros yg lain. Tidak terdapat slip sehingga rasio kecepatan dari sistem dapat dipertahankan.

PENGERTIAN Pertimbangan Disain RG

Data yg dibutuhkan guna mendisain roda gigi:

1. Daya yg ditransmisikan.

2. Kecepatan gear penggerak.

3. Kecepatan gear yg digerakkan atau rasio kecepatan.

4. Jarak pusat.

Hal lain yg perlu diperhatikan:

• Kekuatan gigi.

• Ketahanan aus material roda gigi.

• Kelurusan rg (alignment) dan defleksi pd poros yg mungkin timbul.

• kekuatan terhadap lenturan dan tekanan

• Pelumasan (lubrication)

Jenis kerusakan:

Patah

Aus

Berlubang

Tergores permukaannya

KLASIFIKASI RODA GIGI

KLASIFIKASI RODA GIGI • Berdasarkan posisi sumbu dari poros

• Parallel,

• Sumbu poros adalah paralel, roda gigi ini disebut dengan spur gear (gigi sejajar sumbu poros).

• Spur gear yang memiliki gigi membentuk sudut (tak sejajar sumbu poros disebut helical gear)

KLASIFIKASI RODA GIGI • Intersecting

• Sumbu poros tidak sejajar dengan poros yang lain tetapi membentuk sudut atau garis maya, sumbu poros akan berpotongan pada satu titik. Roda Gigi jenis ini disebut dengan bevel gear atau helical bevel gear.

KLASIFIKASI RODA GIGI • Berdasarkan kecepatan roda gigi

• Kecepatan rendah (3 m/dt)

• Kecepatan sedang (3 –15 m/dt)

• Kecepatan tinggi (>15 m/dt).

• Berdasarkan tipe roda gigi

• Roda gigi eksternal

• Roda Gigi dari dua poros bersinggungan pada bagian luar gigi. Bagian roda gigi yg besar disebut spur wheel dan roda gigi yg kecil disebut dengan pinion.

KLASIFIKASI RODA GIGI • Roda gigi internal

• Roda Gigi dari dua buah poros saling bersinggungan pada bagian dalam. Roda gigi yang besar disebut dengan annular gear dan yg kecil dengan pinion.

• Roda gigi Planetary

• Roda Gigi dari dua buah poros dimana dalam arah transmisi putaran poros output lebih rendah dari input, atau sebaliknya arah transmisi diubah.

KLASIFIKASI RODA GIGI

KLASIFIKASI RODA GIGI • Rack and pinion

• Roda Gigi dari sebuah poros bersinggungan baik eksternal atau internal dengan rg dalam garis lurus (straight line).

KLASIFIKASI RODA GIGI CONTOH APLIKASI

KLASIFIKASI RODA GIGI • Berdasarkan posisi gigi pada permukaan roda gigi

• Straight (lurus)

• Inclined (menyudut)

• curved (kurva)

KLASIFIKASI RODA GIGI

NOMENKLATUR RODA GIGI

NOMENKLATUR RODA GIGI

NOMENKLATUR RODA GIGI • Pitch circle

• Lingkaran imajiner yg oleh aksi putar, akan memberi gerak yg sama pada rg. Lingkaran pitch circle disebut dengan pitch diameter. Ukuran rg biasanya dispesifikasikan oleh pitch circle diameter.

• Pitch point

• Titik kontak antara dua lingkaran pitch.

• Pitch surface

• Permukaan rolling, terjadinya kontak.

• Addendum

• Jarak radial gigi dari pitch circle ke bagian atas gigi.

• Dedendum

• Jarak radial gigi dari pitch circle ke bagian bawah gigi

NOMENKLATUR RODA GIGI • Circular pitch

• Jarak bagi lingkaran, yg diukur dari titik satu gigi pada pitch circle ke gigi berikutnya, disimbolkan dengan pc.

dimana D = diameter pitch circle

T = Jumlah gigi pada roda.

• Pressure angle

• Sudut yang dibentuk oleh dua buah gigi rg pada pitch point, disimbolkan dengan terletak antara 14,5 – 20.

• Diametral pitch

• Rasio jumlah gigi thd diameter pitch circle, disimbolkan

dengan pd.

c

dpD

Tp

T

Dpc

.

NOMENKLATUR RODA GIGI • Modul • Rasio dari pitch circle diameter thd jumlah gigi,

disimbolkan dengan m. • Clearance • Jarak radial dari puncak gigi ke gigi bagian bawah.

• Total depth • Jumlah addendum dan dedendum.

• Tooth thickness • Lebar gigi diukur sepanjang pitch circle.

• Top land • Permukaan atas gigi

• Flank • Permukaan gigi dibawah permukaan pitch

BENTUK GIGI INVOLUT • Sebagian besar bentuk roda gigi adalah involut.

• Involut merupakan salah satu bentuk geometri yang di sebut conjugate curve

• Pada titik manapun, tali (string) selalu menggambarkan garis tangensial lingkaran dasar dan selalu tegak lurus dengan kurva involut

SISTEM STANDAR RODA GIGI 1. 20o Full-Depth Involute

2. 14 ½o Full-Depth Involute

3. 14 ½o Composite system

4. 20o Stub-Tooth Involute

PEMBEBANAN PADA RODA GIGI

• Pembebanan pada roda gigi adalah gaya tangensial, gaya normal dan gaya radial.

• Selain itu juga ada tegangan lengkung dan tegangan kontak roda gigi.

DESAIN RODA GIGI

DESAIN RODA GIGI

DESAIN RODA GIGI

RG dengan Idle Gear

Penggambaran RD sederhana Compound gear

Gambar Diagram 6.24

Perencanaan Roda Gigi Lurus Standart

Daya Motor (P) (kW) Putaran Poros (n1) (rpm) Perbandingan Reduksi (i)

Jarak Sumbu Poros (a) (mm)

START

Faktor Koreksi (fc)

Daya rencana (Pd) (kW)

Diameter Lingkar Jarak Bagi Sementara (d’1 & d’2) (mm) ifc

iad

ifc

ad

..22'

.21'

fcPPd .

Modul Pahat (m) Sudut tekan Pahat (α0)

1

Tabel 6.5

Jumlah gigi (z1 & z2) Perbandingan gigi (i)

z2 & z1

'

anPerbandingi

mdz

Diameter Lingkar Jarak Bagi (d’1 & d’2) (mm)

Jarak Sumbu Poros (a0) (mm)

2

0210

.

ddoa

mzdo

Kelonggaran sisi (Co) (mm)

Kelonggaran Puncak (Ck) (mm)

mCk .25,0

Diameter kepala (dk1 & dk2) (mm) Diameter kaki (df1 & df2 )(mm)

Kedalaman Pemotongan (H)(mm)

ckmH

ckmzdf

mzdk

.2

.2).2(

).2(

Faktor Bentuk Gigi (Y1 & Y2)

22

22

11

112;1

xz

xy

xz

xyyy

Tabel 6.6

Tabel 6.7

Kecepatan Keliling (v) (m/s) Gaya tangensial (Ft) (kg)

Faktor Dinamis (fv)

Material Gigi, Perlakuan Panas Kekuatan Tarik (σB1 & σB2)

(kg/mm2) Kekerasan Permukaan Gigi

HB1 & HB2

Tegangan Lentur yang diizinkan (σa1 & σa2) (kg/mm2)

Faktor Tegangan kontak (kH) (kg/mm2)

2

v

PFt

ndbv

.102

1000.60

.1.

Tabel 6.7 & 6.8

Cek Perancangan Poros & Pasak (Tabel 1.1) Misal :

Poros S35 C-D σB = 53 kg/mm2

Sf1 = 6 (Bahan S-C = 6; Bahan SF = 5,6)

Sf2 = 2 (1,3-2) τa = σB /(Sf1.Sf2)

Pasak S40C

Beban Lentur Yang Diizinkan Persatuan Lebar (F’b1 & F’b2) (kg/mm)

Beban permukaan Yang Diizinkan Persatuan Lebar (F’H) (kg/mm)

Harga minimum F’b1 & F’b2 & F’H (F’min) (kg/mm)

3

Lebar Sisi (b) (mm)

4

Material Poros dan Pasak Serta Perlakuan Panasnya

HFF

ZZ

ZdokHHF

fvYmaFb

'min'

21

2 .2. 1 .'

.1 . .

min/ FFtb

Jika tidak sesuai cek ke bagian

Perhitungan Diameter Poros (dS1 & dS2) (mm) Penampang / Ukuran Pasak (Tabel 1.8)

Kedalaman Alur Pasak pada Poros (t1) (mm) Kedalaman Alur Pasak Pada Naf (t2) (mm)

Tebal Antara Dasar Alur Pasak dan Dasar Gigi (Sk1 & Sk2) (mm)

b/m = (6-10) d/b = >1,5

Sk1/m = >2,2

1 / 2 / 3 / 4

STOP / END

2)2

1()

2

1(1

T Cb. . .

1,5

2 5,1

)//(5

10.74,92

510.74,91

3/1

tdsdf

Sk

Kta

dS

CbKt

inPdT

n

PdT

Data Akhir : Modul Pahat (m), Sudut Tekanan Pahat (σ)

Jumlah Gigi (Z1 & Z2), Jarak Sumbu Poros (α) Diameter Luar (dk1 & dk2), Lebar Gigi (b)

Material Gigi & Poros Diameter Poros (ds1 & ds2)

Latihan Soal 1 Roda Gigi Lurus Standart

Rencanakanlah roda gigi lurus dengan data input sbb:

Daya yang ditransmisikan 15 (P) PS

Putaran poros penggerak (n1) 1450 rpm

Perbandingan reduksi (i) ± 4.0

Jarak sumbu poros (a) ± 200mm

Sudut tekan pahat (α0) 200

Bahan Gear FC30 & Bahan Pinion S35C

Perencanaan Roda Gigi Kerucut Lurus

Daya Motor (P) (kW) Putaran Poros (n1) (rpm) Perbandingan Reduksi (i)

Sudut Poros (Σ) Sisi Kerucut R (mm)

Jarak bagi diametral luar (p)

START

Faktor Koreksi (fc)

Daya rencana (Pd) (kW)

Sudut Kerucut Jarak Bagi δ1, δ2 Diameter lingkaran jarak bagi

ujung luar d1, d2 (mm)

fcPPd .

sin 2Rd

1902

)/1(tan1

0

-1

i

Modul (m) Sudut tekan (α0)

1

Jumlah gigi (z1 & z2) Perbandingan gigi (i)

Sudut Kerucut Jarak Bagi δ1, δ2 Diameter lingkaran jarak bagi

ujung luar d1, d2 (mm)

Kecepatan keliling (v) (m/s) Gaya Tangensial (Ft) (kg)

Faktor perubahan kepala x1, x2

Kelonggaran puncak (ck) (mm)

Kelonggaran belakang (Co)(mm)

pm

4,25

mdz /

sin 2Rd

10902

)2/1(-1

tan1

zz

v

PdFt

ndv

.102

1000.60

.1.

mck . 188,0

12

2

2

1146,01

xxz

zx

Tabel sepesifikasi bahan

Diameter lingkaran kepala (dk1, dk2) (mm)

Jarak anatar puncak gigi luar (X1, X2) (mm)

Tebal lingkar gigi (S1, S2) (mm)

Sudut kepala (Ѳk1, Ѳk2) Sudut kaki (Ѳf1, Ѳf2)

Sudut puncak kepala (δk1, δk2) Sudut kerucut kaki (δf1, δf2)

Tinggi kepala (hk1, hk2)(mm) Tinggi kaki (hf1, hf2)(mm)

Kedalaman gigi penuh (H)(mm)

ckmH

ckmxhf

ckmxhf

mXhk

mxhk

2

)11(2

)11(1

)11(2

)11(1

ff

kk

Rhff

Rhkk

)/(1tan

)/(1

tan

mxs

mxs

hkdX

hkddk

)0tan125,0(2

)0tan125,0(1

sin)2/(

cos2

Bahan roda gigi (σB1, σB2) (mm) Perlakuan Panas

Tegangan lentur yg diizinkan (σa1, σa2)(kg/mm2)

Kekerasan permukaan gigi (Hb1, Hb2)

Faktor dinamis (Kv) Faktor benda lebih (Ko)

Faktor ukuran (Ks) Faktor distribusi beban (Km)

Faktor geometris (J1, J2) 37.62,1

18.6

)24,2/(

17.6

36.6

4

grafikJJ

grafikKm

mKs

tabelKo

grafikKv

Beban lentur yang diizinkan persatuan lebar pada

penampang rata-rata (F’b1, F’b2)(kg/mm)

)../(2...22'

)../(1...11'

KmKsKoJKvmabF

KmKsKoJKvmabF

Harga terkecil dari antara tegangan kontak yang

diizinkan (σc)(kg/mm2) Koefisien elastis (Cp2)(kg/mm2)

Faktor dinamis (Cv) Faktor geometri (I)

Faktor beban lebih (Co) Faktor distribusi beban (Cm)

Faktor kondisi permukaan (Cf) 38.6

1

18.6

17.6

36.6

19.6216.6

gambarI

Cf

tabelCm

tabelCo

grafikCv

tabelCp

tabelc

Beban permukaan yang diizinkan per satuan lebar pada

penampang rata-rata (F’h)(kg/mm)

CfCmCo

ICv

pC

dchF

..

..

2

1.'

Harga terkecil dari antara Fb1, Fb2, Fh, (Fmin) (kg/mm)

Lebar sis (b) (mm) min/ FFtb

Jika tidak sesuai cek ke bagian b/m = (<10) R/b = 3

1

STOP / END

Data Akhir : Modul (m), Sudut Tekanan(α)

Jumlah Gigi (Z1&2), Sudut Kerucut Jarak Bagi (δ1&2), Lebar Sisi (b), Dia Lingkaran Jarak Bagi (d1&2), Dia Lingkaran Kepala (dk1), Jarak Antar

Puncak Luar (X1&2), Sudut Kerucut Kepala (δk1&2), Sudut Kerucut Kaki (δf1&2), Bahan

Roda Gigi Dan Perlakuan Panas

Latihan Soal 2 Roda Gigi Kerucut Lurus

Rencanakanlah roda gigi kerucut lurus dengan data input sbb:

Daya yang ditransmisikan (P) 7,3 kW

Putaran pinion (n1) 1000 rpm

Perbandingan putaran (i) 3 - 3.1

Sudut poros (Σ) 900

Jarak bagi diametral pada ujung luar (p) 5

Sudut tekan (α0)200

Sisi kerucut (R) 130 mm

Bahan Gear S35C

Perencanaan Roda Gigi Cacing Silinder

Beban Gulung (W) (kg) Kecepatan gulung (V) (m/min)

Diameter Drum (D) (mm) Efisiensi Mekanis (η 1,2,3,4) Jarak Sumbu Poros (C) (mm)

Perbandingan Reduksi (i) Sudut Kisar (ƴ)

START

Faktor Koreksi (fc)

Beban Rencana (Wd) (kg) fcWWd .

Putaran Drum (nD) (rpm) Daya yang diperlukan (P) (kW)

Daya motor listrik (Pm) (kW)

4.3.2.1.60.102

..

1000..

VfcWP

nDDV

PPm

Bahan Poros; Kekuatan Tarik (σB) (kg/mm2)

Faktor Keamanan Sf1, Sf2 Tegangan Geser yang

diizinkan (τa) (kg/mm2)

Momen puntir poros drum (T2) (kg.mm) Momen puntir poros cacing (T1) (kg.mm)

Diameter Poros Drum (dS1) (mm) Diameter Poros cacing (dS2) (mm)

Modul Aksial (ms) Modul normal (mn)

1

Jumlah ulir (gigi) cacing (Z1) Jumlah gigi roda cacing (Z2)

Sudut kisar (ƴ) Cacing & poros jadi satu / terpisah

).(.

510.74,91

.5

10.74,92

nDi

PmT

nD

PmT

Misalkan SF50; Sf1=6 & Sf2=2,5

)2.1( SfSf

ba

3 1.1,5

1

3 2.1,5

2

Ta

dS

Ta

dS

Misalkan i=Z2/Z1 Cacing dan poros

merupakan kesatuan

cos/.

28,62

7,122

cos/

mnta

Z

Cms

mnms

Lebar sisi gigi roda cacing (b) (m)

Sudut lengkung sisi gigi (Φ)

Diameter lingkar jarak bagi cacing (d1) (mm) Diamater lingkar jarak bagi roda cacing (d2) (mm)

Jarak sumbu poros (a) (mm)

Tinggi kepala cacing (hk) (mm) Tinggi kaki cacing (hf) (mm)

Kelonggaran puncak (c) (mm) Tinggi gigi (H) (mm)

Diameter luar roda cacing (dk1) (mm) Diameter kaki roda cacing (dr1) (mm)

Diameter kepala roda cacing (dt) (mm) Diameter kakai roda cacing (dr2) (mm)

2 hfddr

hkddt

hfddr

hkddk

mnH

mnc

mnhf

mnhk

212

22

.211

.211

.157,2

,157,0

.157,1

2/)21(

2.2

sin/.11

dda

Zmsd

mnZd

35,6)cos/.(38,2

1.577,0

mnb

dkb

b = Interpolasi Misalkan Φ = 900

Diameter luar roda cacing (dk2) (mm) Jari-jari lengkung puncak gigi roda

cacing (rt) (mm) Lebar sisi gigi efektif (be) (mm)

Bahan cacing dan roda cacing Tegangan lentur yang

diizinkan (σba) (kg/mm2) Faktor bentuk roda cacing (Y)

3

Beban lentur yang diizinkan (Fab) (kg)

Faktor tahan aus (Kc) (kg/mm2)

Faktor sudut kisar (Kƴ)

Beban permukaan gigi yang diizinkan (Fac) (kg)

)2/sin(.1

)2/1(

)cos1)(2

1(22

dkbe

hkdrt

hkd

dtdk

Misalkan bahan untuk cacing SF50

Bahan untuk roda cacing FC19

... mnbebaFab

Kc lihat tabel 6.22 Ky lihat tabel 6.23

KybedKcFac ..2.

F min (kg)

Beban statis gigi (Ws) (kg) Beban tangensial (Ft) (kg)

Jika tidak sesuai cek ke bagian F min ≥ Ft ≥ Ws

1,2,3

Data Akhir : Jumlah ulir gigi cacing (Z1)

Jumlah gigi roda cacing (Z2) Modul normal (mn)

Sudut kisar (ƴ) Bahan cacing dan roda cacing

Proporsi cacing dan roda cacing (d1,d2,b,Φ)

STOP / END

Nilai terkecil dari Fab & Fac

1000.60

.2.

4..102

2

..

nDd

PmFt

d

DfcWWs

Latihan Soal 3 Roda Gigi Cacing Silinder

Rencanakanlah pasangan roda gigi cacing dengan data input sbb:

Beban Gulung (W) 6000 kg

Kecepatan Gulung (V) 4,8 m/min

Diameter Derek (D) 1300 mm

Efisiensi Mekanis (η)

η1 = 95%; η2= 92%; η3=85%; η4=57%

Jarak Sumbu Poros (C) 800 mm

Perbandingan reduksi (i) 40

Sudut Kisar (ƴ) 80