BAB II LANDASAN TEORI

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Planetary Gearbox

Untuk pengertian secara umumnya sistem roda gigi planet adalah

sebuah sistem roda gigi yang terdiri dari sun gear, carrier gear dan ring gear atau internal gear. Satu set sistem roda gigi planet dapat menghasilkan putaran yang bervariasi seperti peningkatan kecepatan, pengurangan kecepatan, perubahan arah, dan direct drive. netral,

Gambar 2.1 Konstruksi planetary gearbox

Untuk sebuah planetary gear set sederhana terdiri dari : 

Roda gigi matahari (sun gear)



Roda gigi perantara (carrier gear)



Roda gigi dalam (ring gear atau annulus) Jika dilihat dari keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa susunan

dari sebuah sistem roda gigi planet hampir mirip dengan susunan tata surya kita. Roda gigi matahari terletak dipusat susunan. Roda gigi ini terletak di tengah dan sebagai poros perputaran. Roda gigi matahari dapat berupa rancangan spur atau helical gear. Roda gigi matahari bertautan dengan gigi pada roda gigi perantara. Roda gigi perantara adalah roda gigi yang disusun dalam kerangka yang disebut carrier gear yang dapat terbuat dari besi tuang, alumunium atau pelat baja dan Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-1

II-2

dirancang dengan sebuah pin untuk masing-masing carrier gear. Roda gigi

perantara berputar pada needle bearing yang diposisikan diantara shaft planetary

carrier dan carrier gear.

Jumlah roda gigi perantara didalam sebuah sistem roda gigi planet

tergantung dari beban yang dipikul. Transmisi kendaraan otomatis harus

mempunyai tiga roda gigi perantara sedangkan heavy duty highway trucks dapat mempunyai sebanyak 5 roda gigi perantara dalam planetary carrier dalam sistem roda gigi planetnya. Roda gigi perantara mengelilingi poros tengah roda gigi matahari dan dilingkari oleh roda gigi dalam. Roda gigi dalam bertindak seperti

sebuah pengikat yang menahan keseluruhan roda gigi bersama dan memberikan

kekuatan yang besar pada unit. Roda gigi dalam diletakkan pada jarak terjauh dari poros pusat dan karena itu berfungsi sebagai tuas terbesar pada poros pusat. Untuk membantu mengingat rancangan sistem roda gigi planet, gunakan sistem tata surya sebagai contohnya. Matahari adalah pusat tata surya dengan planet berputar disekelilingnya, karena itu disebut sistem roda gigi planet. Roda gigi matahari dan roda gigi perantara memiliki jumlah gigi paling kecil, sedangkan roda gigi dalam memiliki jumlah gigi paling banyak. 2.1.1. Prinsip Kerja Planetary Gearbox Setiap komponen dalam satu set roda gigi planet, yaitu roda gigi matahari, roda gigi perantara, dan roda gigi dalam dapat berputar atau ditahan. Perpindahan tenaga melalui sebuah sistem roda gigi planet hanya mungkin ketika satu komponen ditahan atau jika dua komponen ditahan bersama. Salah satu dari tiga komponen yaitu roda gigi matahari, roda gigi perantara atau roda gigi dalam dapat digunakan sebagai penggerak atau komponen input. Pada saat bersamaan, komponen yang lain tetap berputar dan kemudian menjadi komponen yang ditahan atau diam. Komponen ketiga kemudian menjadi bagian yang digerakkan atau output. Tergantung pada komponen yang menjadi penggerak, yang ditahan, dan yang digerakkan, peningkatan torsi atau peningkatan kecepatan akan dihasilkan oleh sistem roda gigi planet. Arah output juga dapat dibalik melalui berbagai kombinasi.

Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-3

Tabel 2.1 Aturan hukum cara kerja planetary gearbox

2.1.2. Klasifikasi Planetary Gearbox Untuk menghitung rasio roda gigi/reduction ratio pada sistem roda gigi rumusnya berbeda dengan cara menghitung rasio roda gigi pada roda gigi tanpa planetary. Sistem roda gigi planet dibagi menjadi dua, yaitu: 2.1.2.1. Sistem Satu Tingkat Planetary Gearbox Yang akan kita bahas sekarang adalah mencari reduction ratio untuk single stage planetary gear system. Perhatikan gambar di bawah, gambar tersebut adalah gambar sistem roda gigi planet yang hanya menggunakan satu buah planet pinion penghubung antara roda gigi matahari dengan roda gigi dalam. Karena hanya menggunakan satu buah planet pinion maka disebut dengan sistem roda gigi planet 1 tingkat. Artinya putaran dari roda gigi matahari (input) menuju ke roda gigi dalam (output) hanya direduksi satu kali (single stage).


II-4

Gambar 2.2 Sistem satu tingkat planetary gearbox

Rumus untuk menghitung reduction ratio nya adalah: (S x Ns) + (R x Nr) = (S + R) x Nc Dimana: S

= Jumlah gigi roda gigi matahari

R

= Jumlah gigi roda gigi dalam

Ns

= Jumlah putaran roda gigi matahari

Nr

= Jumlah putaran roda gigi dalam

Nc

= Jumlah putaran roda gigi perantara

Untuk menentukan kemana arah putaran dan besarnya putaran output pada sistem roda gigi planet 1 tingkat dapat dilihat pada gambar berikut: 1. Apabila Carrier Ditahan Apabila roda gigi matahari sebagai input berputar kekanan, kemudian carrier ditahan. Maka roda gigi dalam sebagai output akan berputar berlawanan (kekiri / negatif) dengan jumlah putaran lebih kecil dari pada roda gigi matahari. Selain menggunakan rumus diatas, hubungan antara kecepatan putaran roda gigi matahari terhadap kecepatan putaran roda gigi dalamnya dapat ditulis dengan persamaan berikut ini: Kecepatan roda gigi matahari Jumlah gigi roda gigi dalam = Kecepatan roda gigi dalam Jumlah gigi roda gigi matahari atau Ns : Nr = R : S


II-5

Gambar 2.3 Roda gigi perantara ditahan

2. Apabila Ring Gear Ditahan

Apabila roda gigi matahari sebagi input berputar kekanan, kemudian roda gigi dalam ditahan maka roda gigi perantara akan berputar searah roda gigi matahari dengan jumlah putaran lebih kecil dari roda gigi matahari. Hubungan antara kecepatan putaran roda gigi matahari terhadap kecepatan putaran roda gigi perantara dapat ditulis dengan persamaan berikut ini: Sun gear speed :Carrier speed = (Ring gear teeth + Sun gear teeth) : Sun gear teeth atau : Ns : Nc = (R + S) : S

Gambar 2.4 Ring gear ditahan

3. Apabila Sun Gear Ditahan Roda gigi matahari dapat ditahan jika kondisi roda gigi dalam dan roda gigi perantara diijinkan untuk berputar. Pada kasus ini roda gigi dalam dan roda gigi perantara akan berputar dengan arah yang sama dengan kecepatan putaran roda gigi dalam lebih tinggi dari pada kecepatan putaran roda gigi


II-6

perantara.Hubungan antara kecepatan putaran roda gigi dalam dengan kecepatan

putaran roda gigi perantara dapat ditulis dengan persamaan berikut ini:

Ring gear speed : Carrier speed = (Ring gear teeth + Sun gear teeth) : Ring gear teeth atau : Nr : Nc = (R + S) : R

Apabila susunan planetary gear yang dipasang pada mesin hanya

terdiri dari satu set planetary gear system seperti pada komponen final drive, maka rumus a, b, atau c dapat digunakan. Tetapi apabila susunan sistem roda gigi planet yang dipasang pada mesin terdiri dari beberapa planetary gear seperti pada flow transmission, maka sebaiknya menggunakan rumus dasar (S x Ns) + torque

(R x Nr) = (S + R) x Nc.

2.1.2.2. Sistem Dua Tingkat Planetary Gearbox Rasio kecepatan dari roda gigi penggerak dengan roda gigi yang digerakkan adalah tergantung jumlah gigi dari masing - masing roda gigi. Kebanyakan pemakaian dari sistem roda gigi planet terdapat pada sistem transmisi yang mana untuk kecepatan putar dan arah putar dari input dapat diubah bervariasi dalam berbagai tingkatan pada sistem roda gigi planet.

Gambar 2.5 Sistem dua tingkat planetary gearbox

Input shaft dihubungkan dengan roda gigi perantara (carrier gear), sedangkan output shaft dihubungkan dengan roda gigi matahari. Ketika kedua roda gigi dalam ditahan diam (dengan cara mengikat roda gigi dalam dengan case). Maka roda gigi matahari yang selanjutnya sebagai output akan mendapat tenaga putar dari input. Dikarenakan adanya perbedaaan jumlah gigi dari kedua


II-7

roda gigi matahari (lihat gambar) maka apabila clutch untuk speed 2 dilibatkan,

output putarannya akan lebih cepat daripada clutch untuk speed 1 yang dilibatkan.

2.1.3. Komponen Planetary Gearbox

1. Roda Gigi Matahari

Roda gigi matahari terletak dipusat susunan. Ini adalah roda gigi

terkecil dalam susunan dan terletak di tengah dan sebagai poros perputaran. Roda

gigi matahari juga dapat berupa rancangan spur atau helical gear. Roda gigi matahari bertautan dengan gigi pada roda gigi perantara.

Gambar 2.6 Roda gigi matahari

2. Roda Gigi Perantara Roda gigi perantara mengelilingi poros tengah roda gigi matahari dan dilingkari oleh roda gigi dalam. Planetary pinion gear adalah gear kecil yang disusun dalam kerangka yang disebut planetary carrier. Planetary carrier dapat terbuat dari besi tuang, alumunium atau pelat baja dan dirancang dengan sebuah shaft untuk masing-masing planetary pinion gear. Planetary pinion berputar pada needle bearing yang diposisikan diantara shaft planetary carrier dan planetary pinion. Jumlah planetary pinion didalam sebuah carrier tergantung dari beban yang dipikul. Transmisi kendaraan otomatis harus mempunyai tiga planetary pinion dalam planetary carrier. Planetary pinion mengelilingi poros tengah Roda gigi matahari dan dilingkari oleh annulus atau ring gear.


II-8

Gambar 2.7 Roda gigi perantara

3. Roda Gigi Dalam Roda gigi dalam bertindak seperti sebuah pengikat yang menahan keseluruhan roda gigi bersama dan memberikan kekuatan yang besar pada unit.

Roda gigi dalam diletakkan pada jarak terjauh dari poros pusat dan karena itu

berfungsi sebagai tuas terbesar pada poros pusat. Untuk membantu mengingat rancangan planetary gear set, gunakan sistem tata surya sebagai contohnya. Roda gigi mataharia dalah pusat tata surya dengan planet berputar disekelilingnya, karena itu disebut planetary gear set.

Gambar 2.8 Roda gigi dalam

4. Rumah Planetary Gear Box Rumah merupakan tempat dimana planetary gear set dipasang, yang sekaligus menjadi penghubung antara poros input dan poros output.

Gambar 2.9 Rumah planetary gearbox


II-9

5. Bantalan

Bantalan adalah komponen yang berfungsi sebagai peredam getaran

yang ditimbulkan oleh putaran roda gigi. Jenis bantalan yang umum dipakai adalah needle bearing dengan alasan karena needle bearing mempunyai efektivitas meredam getaran yang sangat tinggi, dan umurnya relatif lebih lama

kalau dibandingkan dengan jenis bearing lainnya.

Gambar 2.10 Bantalan

6. Carrier Shaft Carrier shaft merupakan komponen dalam planetary gearbox yang berfungsi sebagai penyangga carrier. Komponen ini tersambung pada piringan, yang kemudian piringan tersebut akan dihubungkan pada poros output.

Gambar 2.11 Carrier shaft

2.2. Rumus Perhitungan Diameter Poros, Roda Gigi, dan Kepala Pembagi Keberhasilan suatu alat sangat dipengaruhi oleh cara menghitung dan menganalisis suatu sistem kerjanya. Berikut perhitungan yang digunakan dalam pengerjaan rancang bangun planetary gearbox ini.


II-10

2.2.1. Perhitungan Diameter Poros

Langkah awal dalam merencanakan sebuah poros adalah analisa beban-beban yang bekerja padanya, pada perancangan planetary gearbox ini, poros selain menerima beban puntir dari penggerak mula juga menerima beban

aksial maupun radial. Tiga beban tersebut harus diikutsertakan dalam perhitungan dimensi poros, oleh karena itu perlu dilakukan pengecekan ulang dengan mengikutsertakan harga beban aksial maupun radial.

2.2.1.1. Perhitungan Diameter Poros dengan Beban Puntir

1. 2.

Daya yang akan ditransmisikan

P

: kw/hp

Putaran poros motor penggerak

n1

: rpm

Faktor koreksidaya yang akan

fc

:1–2

Pd

: P. fc (kw/hp)

ditransmisikan. 3.

Daya rencana

4.

Torsi / Momen puntir Pd  T .   T 

5.

Pd

(N.m)



Tegangan geser yang diijinkan

τa

(N/mm2)

Tegangan geser dihitung atas dasar kelelahan puntir. Kelelahan puntir

= 40 % . kelelahan tarik

Kelelahan tarik

= 45 % . kekuatan tarik (σu)

τa

= 40 % . 45 % . σu

τa

= 1 / 5,6 . σu

Untuk bahan SF

τa

= 1 / 6 . σu

Untuk bahan SC

Faktor ini dinyatakan dengan Sf 1

 Alur pasak  konsentrasi   poros ber tan gga   tegangan   Sf 2  1,3  3    

a 

u Sf1 . Sf 2

( N / mm 2 )


II-11 6.

Faktor koreksi momen puntir (Kt)

Kt  1  Beban dikenakan sec ara halus Kt  1  1,5  Beban dikenakan sedikit keju tan

Kt  1,5  3  Beban dikenakan dengan keju tan

7.

Faktor koreksi beban lentur (Cb)

Cb  1  Tidak ada beban lentur Cb  1,2  2,3  Ada beban lentur

8.

Diameter Poros

(ds, do, di )

T   J R

Dimana:

J

 32

d4



T

= Torsi yang terjadi

τ

= Tegangan geser yang terjadi.

R

= Jari-jari (d/2)

J

= Momen inersia polar



do 32

4

 di 4



  d / 2 .T T   .d 4  4  / 32 . d  32 d /2 

16 .T  d3   .

 a

Poros Pejal  5,1  ds   . Kt . Cb . T   a 

1/ 3

Poros Berongga

T   4 4 do / 2  / 32 . do  di





 / 32 . do 4  di 4    di 4  / 32 . do . 1  4  do 4

T . do / 2



 T . do / 2    


 5,1   d   .T   

1/ 3

II-12

di k do

 / 32 . do 3 .1  k 4  

T 2 .

do 3



T / 2 .  / 32 . 1  k 4

do 3



16 .T  .  . 1 k 4







  5,1 do   .T 4  . 1  k 







1/ 3



 a

  5,1 do   . Kt . Cb . T  4  a . 1  k 



1/ 3



2.2.1.2. Perhitungan Diameter Poros dengan Beban Lentur

1. 2.

Beban Lentur

M

: N.mm / kg.mm


τa

(N/mm2)

Tegangan geser dihitung atas dasar kelelahan puntir. Kelelahan puntir


Kelelahan tarik


τa

= 40 % . 45 % . σu

τa

= 1 / 5,6 . σu

Untuk bahan SF

τa

= 1 / 6 . σu

Untuk bahan SC


II-13


 Alur pasak  konsentrasi   poros ber tan gga   tegangan   Sf 2  1,3  3     u a  ( N / mm 2 ) Sf1 . Sf 2

3.


Kt  1  Beban dikenakan sec ara halus Kt  1  1,5  Beban dikenakan sedikit keju tan

Kt  1,5  3  Beban dikenakan dengan keju tan

4.

Faktor koreksi momen lentur (Km)

5.

Km  1,5 Km  1  2

 Tumbukan halus  Tumbukan ringan

Km  2  3

 Tumbukan berat

Diameter Poros

(ds, do, di )

M   I R

Dimana:

M= Momen lentur yang terjadi σ = Tegangan lentur yang terjadi. R= Jari-jari (d/2) I = Momen inersia

I

 64

d4





do 64

4

 di 4



  d /2.M M   .d 4  4  / 64 . d  64 d /2 

32 .M  d3   .

 a


10,2  .M  d    

1/ 3

II-14

Poros Pejal

10,2  ds   . Kt . Km . M  a 

1/ 3

Berongga Poros

M   4 4 do / 2  / 64 . do  di





M . do / 2

 / 64 . do 4  di 4   

di 4 







 / 64 . do 4 . 1  4   do

M . do / 2



di k do

 / 64 . do 3 .1  k 4   do3 

M / 2 .  / 64 . 1  k 4

do3 

32 . M  .  . 1 k 4





M 2 .





 10,2  do   .M 4  . 1  k 



1/ 3



  a  10,2  do   . Kt . Km . M  4  a . 1  k 



1/ 3




II-15

2.2.1.3. Perhitungan Dieameter Poros dengan Beban Puntir dan Lentur

1. 2.

Daya yang akan ditransmisikan

P

: kw/hp


n1

: rpm

Faktor koreksidaya yang akan

fc

:1–2 : P. fc (kw/hp)

ditransmisikan. 3.

Daya rencana

Pd

4.

Torsi / Momen puntir

Pd  T .   T 

5.

Beban Lentur

M

:

6.


τa

(N/mm2)

Kelelahan puntir


Kelelahan tarik


τa

= 40 % . 45 % . σu

τa

= 1 / 5,6 . σu

Untuk bahan SF

τa

= 1 / 6 . σu

Untuk bahan SC


 Alur pasak  konsentrasi   poros ber tan gga   tegangan   Sf 2  1,3  3     u a  ( N / mm2 ) Sf1. Sf 2



N.mm

Tegangan geser dihitung atas dasar kelelahan puntir.


Pd

(N.m) /

kg.mm

II-16 7.

8.


Kt  1  Beban dikenakan sec ara halus Kt  1  1,5  Beban dikenakan sedikit keju tan Kt  1,5  3  Beban dikenakan dengan keju tan Faktor koreksi momen lentur (Km)

Km  1,5 Km  1  2

 Tumbukan halus  Tumbukan ringan

Km  2  3

 Tumbukan berat

9.

Diameter Poros



(ds, do, di )

 2  4 2 2

max 

Beban Torsi T   J R

 

Dimana

: T

J

 32

d4

T .R J

 

T .d / 2  / 32 . d 4

= Torsi yang terjadi

τ

= Tegangan geser yang terjadi.

R

= Jari-jari (d/2)

J

= Momen inersia polar





do

32

4

 di 4



Beban Lentur

M   I R

 

Dimana

I

 64

M .R M .d / 2   I  / 64 . d 4

: M

d4

= Momen lentur yang terjadi

σ

= Tegangan lentur yang terjadi.

R

= Jari-jari (d/2)

I

= Momen inersia





do 64

4

 di 4




II-17 2

 M .d / 2   T .d / 2    / 64 . d 4   4 .   / 32 . d 4      2



max





max

64 . d / 2 .  .d 4



M2

 T2

2

2

 64 . M . d / 2   64 .T . d / 2    .d 4     .d 4      2



max



32 . d .  .d 4



max



max



M2 2



max

2

 T2

5,1 d3

. M2 T2

 5,1  d  . M2 T2  max 



2

1/ 3

 a

Poros Pejal  5,1 ds   .  a

Km . M 

2

 Kt .T 

2

  

1/ 3

Poros Berongga 2



max



    M . do / 2 T . do / 2   / 64 . do 4  di 4   4 .   / 32 . do 4  di 4      2










2

II-18

2

 64 . M . do / 2   64 .T . do / 2    . do 4  di 4     . do 4  di 4      2





max 



max





64 . do / 2 .  . do 4  di 4







2



M2

 T2

M2

 T2

2

di k do



max





max



32 . do .  . do 4 1  k 4





2 5,1 . M2 T2 4 do . 1  k 3

 do   





 5,1 . M2 T2  4 max . 1  k 





 5,1 do   . 4  a . 1  k





max

1/ 3

 Km . M 

2

  Kt .T   

1/ 3

2

 a

2.2.2. Perhitungan Roda Gigi Roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Roda gigi memiliki gigi disekelilingnya, 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 roda gigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu :  Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar.


II-19

 Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana.

 Kemampuan menerima beban lebih tinggi.

 Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat

kecil.

 Kecepatan transmisi roda gigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan

dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar. Roda gigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Disamping itu terdapat pula roda gigi yang perbandingan kecepatan sudutnya bervariasi. Ada pula roda gigi dengan putaran yang terputus-putus. Dalam dapat

teori, roda gigi pada umumnya dianggap sebagai benda kaku yang hampir tidak

mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama. 2.2.1.1. Klasifikasi Roda gigi Rodagigi diklasifikasikan sebagai berikut :  Menurut letak poros.  Menurut arah putaran.  Menurut bentuk jalur gigi a. Menurut Letak Poros Menurut letak poros maka rodagigi diklasifikasikan seperti tabel berikut : Tabel 2.2 Klasifikasi roda gigi menurut letak poros

Letak Poros Roda gigi dengan poros sejajar

Roda gigi dengan poros berpotongan

Rodagigi

Keterangan

Roda gigi lurus Roda gigi miring Roda gigi miring ganda

Klasifikasi atas dasar bentuk alur gigi

Roda gigi luar Roda gigi dalam dan pinion Batang gigi dan pinion

Arah putaran berlawanan Arah putaran sama Gerakan lurus dan berputar

Roda gigi kerucut lurus Roda gigi kerucut spiral Roda gigi kerucut zerol Roda gigi kerucut miring Roda gigi kerucut miring

Klasifikasi atas dasar bentuk jalur gigi

ganda


II-20

Roda gigi permukaan Roda gigi dengan poros dengan poros berpotongan berbentuk berpotongan istimewa

Roda gigi miring silang Batang gigi miring silang

Roda gigi dengan poros silang

Kontak gigi Gerak lurus dan berputar

Roda gigi cacing silindris Roda gigi cacing selubung ganda Roda gigi cacing samping Roda gigi hiperboloid Roda gigi hipoid Roda gigi permukaan silang

b. Menurut arah putaran Menurut arah putarannya, roda gigi dapat dibedakan atas :  Roda gigi luar ; arah putarannya berlawanan.  Roda gigi dalam dan pinion ; arah putarannya sama c. Menurut bentuk jalur gigi Berdasarkan bentuk jalur giginya, roda gigi dapat dibedakan atas : 1. Roda gigi Lurus Roda gigi lurus digunakan untuk poros yang sejajar atau paralel. Dibandingkan dengan jenis roda gigi yang lain roda gigi lurus ini paling mudah dalam proses pengerjaannya (machining) sehingga harganya lebih murah. Roda gigi lurus ini cocok digunakan pada sistim transmisi yang gaya kelilingnya besar, karena tidak menimbulkan gaya aksial.

Gambar 2.12 Roda gigi lurus


II-21

Ciri-ciri roda gigi lurus adalah :

1. Daya yang ditransmisikan < 25.000 Hp

2. Putaran yang ditransmisikan < 100.000 rpm 3. Kecepatan keliling < 200 m/s 4. Rasio kecepatan yang digunakan

 Untuk 1 tingkat ( i ) < 8  Untuk 2 tingkat ( i ) < 45  Untuk 3 tingkat ( i ) < 200 ( i ) = Perbandingan kecepatan antara penggerak dengan yang digerakkan 5. Efisiensi keseluruhan untuk masing-masing tingkat 96% - 99% tergantung

desain dan ukuran. 2. Roda gigi dalam Roda gigi dalam (atau roda gigi internal, internal gear) adalah roda gigi yang gigi-giginya terletak dibagian dalam dari silinder roda gigi. Berbeda dengan roda gigi eksternal yang memiliki gigi-gigi diluar silindernya. Roda gigi internal tidak mengubah arah putaran.

3. Roda gigi heliks

Gambar 2. 13 Roda gigi dalam

Roda gigi heliks (helical gear) adalah penyempurnaan dari spur. Ujung-ujung dari gigi-giginya tidak paralel terhadap aksis rotasi, melainkan tersusun miring pada derajat tertentu. Karena giginya bersudut, maka menyebabkan roda gigi terlihat seperti heliks. Gigi-gigi yang bersudut menyebabkan pertemuan antara gigi-gigi menjadi perlahan sehingga pergerakan dari roda gigi menjadi halus dan minim getaran. Berbeda dengan spur di mana pertemuan gigi-giginya dilakukan secara langsung memenuhi ruang antara gigi sehingga menyebabkan tegangan dan getaran. Roda gigi heliks mampu dioperasikan pada kecepatan tinggi dibandingkan spur karena kecepatan putar Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-22

yang tinggi dapat menyebabkan spur mengalami getaran yang tinggi. Spur lebih

baik digunakan pada putaran yang rendah. Kecepatan putar dikatakan tinggi jika

kecepatan linear dari pitch melebihi 25 m/detik. Roda gigi heliks bisa disatukan secara paralel maupun melintang. Susunan secara paralel umum dilakukan, dan susunan secara melintang biasanya disebut dengan skew.

Gambar 2.14 Roda gigi heliks

4. Roda gigi bevel Roda gigi bevel (bevel gear) berbentuk seperti kerucut terpotong dengan gigi-gigi yang terbentuk di permukaannya. Ketika dua roda gigi bevel bersinggungan, titik ujung kerucut yang imajiner akan berada pada satu titik, dan aksis poros akan saling berpotongan. Sudut antara kedua roda gigi bevel bisa berapa saja kecuali 0° dan 180°.

Gambar 2.15 Roda gigi bevel


II-23

5. Roda gigi Hypoid

Roda gigi hypoid mirip dengan roda gigi bevel, namun kedua aksisnya

tidak berpotongan.

Gambar 2.16 Roda gigi hypoid

6. Roda gigi mahkota Roda gigi mahkota (crown gear) adalah salah satu bentuk roda gigi bevel yang gigi-giginya sejajar dan tidak bersudut terhadap aksis. Bentuk gigigiginya menyerupai mahkota. Roda gigi mahkota hanya bisa dipasangkan secara akurat dengan roda gigi bevel atau spur.

Gambar 2.17 Roda gigi mahkota

7. Roda gigi cacing Roda gigi cacing (worm gear) menyerupai screw berbentuk batang yang dipasangkan dengan roda gigi biasa atau spur. Roda gigi cacing merupakan salah satu cara termudah untuk mendapatkan rasio torsi yang tinggi dan kecepatan putar yang rendah. Biasanya, pasangan roda gigi spur atau heliks memiliki rasio maksimum 10:1, sedangkan rasio roda gigi cacing mampu mencapai 500:1. Kerugian dari roda gigi cacing adalah adanya gesekan yang menjadikan roda gigi cacing memiliki efisiensi yang rendah sehingga membutuhkan pelumasan. Roda gigi cacing mirip dengan roda gigi heliks, kecuali pada sudut gigi-giginya yang Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-24

mendekati 90 derajat, dan bentuk badannya biasanya memanjang mengikuti arah

aksial. Jika ada setidaknya satu gigi yang mencapai satu putaran mengelilingi

badan roda gigi, maka itu adalah roda gigi cacing. Jika tidak, maka itu adalah roda gigi heliks. Roda gigi cacing memiliki setidaknya satu gigi yang mampu mengelilingi badannya beberapa kali. Jumlah gigi pada roda gigi cacing biasanya

disebut dengan thread. Dalam pasangan roda gigi cacing, batangnya selalu bisa menggerakkan roda gigi spur. Jarang sekali ada spur yang mampu menggerakkan roda gigi cacing. Sehingga bisa dikatakan bahwa pasangan roda gigi cacing merupakan transmisi satu arah.

Gambar 2.18 Roda gigi cacing

Perhitungan Roda Gigi

Gambar 2.19 Nama-nama bagian roda gigi



Modul : d m z

dimana :

d = diameter lingkar jarak bagi z = gigi


II-25 

Jarak bagi lingkar :

t

 .d

dimana :

z

d = diameter lingkar jarak bagi z = Jumlah gigi

t   .m



Tinggi kepala

= m



Tinggi kaki

= m + ck

dimana : ck = 0.25 x m (kelonggaran puncak)



Tebal gigi Tebal gigi 

.m 2

1. Daya yang akan ditransmisikan

P

: Kw/Hp


n1

: rpm

Putaran poros mesin yg digerakan

n2

: rpm

Perbandingan putaran

i

:

Diameter pinion

d1

: mm

Diameter wheel

d2

: mm

Jarak antar sumbu poros

C

: mm

2. Faktor koreksi

fc

3. Daya rencana

Pd

: P. fc

4. Diameter sementara lingkar jarak bagi d1 

2.C 1 i

d2 

5. Pemilihan modul :

 Pd  n   mod ul  max  6. Jumlah gigi : Z1 

d1 m

Z2 

d2 m


2.C.i 1 i

II-26

7. Diameter lingkar jarak bagi :

d1 = m. Z1

d2 = m. Z2

8. Kelonggaran puncak

Ck = 0.25 . m

9. Diameter kepala

dk1 = (Z1 + 2). m

dk2 = (Z2 + 2). m

Diameter kaki

:

df1 = (Z1 – 2). m – 2 . Ck df2 = (Z2 – 2). m – 2 . Ck Tinggi gigi

:

H = 2.m + Ck 10. Faktor bentuk gigi

Z1  .......  Y1  11. Kecepatan keliling gear V

Z2  .......  Y2  :

 .d .n 60

12. Gaya tangensial Ft 

:

102 . Pd V

13. Faktor dinamis

:

fv = (tabel fv) 14. Bahan gear Kekuatan tarik σu / σB (kg/mm2) Teg.lentur ijin σa(kg/mm2) Kekerasan HB Faktor teg.kontak KH (kg/mm2) 15. Beban lentur yg diijinkan persatuan lebar Fb   a .m.Y . fv

(kg/mm)


II-27

Fb1   a1.m.Y1. fv

Fb2   a 2 .m.Y2 . fv Beban permukaan yg diijinkan persatuan lebar (kg/mm)

FH  f v .KH .d1

2.Z 2 Z1  Z 2

16. Lebar gigi :

b

Ft F min

2.2.3. Perhitungan Kepala Pembagi

Kepala pembagi adalah sebuah alat bantu pada mesin frais yang

sangat penting, ia dibutuhkan jika pada permukaan benda kerja harus dibuat alur atau bentuk profil lainnya pada jarak tertentu, juga pada pembuatan profil roda gigi, segi empat atau segi enam dan sebagainya. Pada dasarnya kepala pembagi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu kepala pembagi langsung dan kepala pembagi universal. 2.2.3.1. Kepala Pembagi Langsung Kepala pembagi langsung ini biasanya digunakan pada mesin gerinda alat, baik sebagai alat bantu yang kemudian dipasangkan pada mesin maupun sebagai bagian dari mesin. Akan tetapi tidak menutup kemungkinan kepala pembagi ini digunakan pada mesin freis sebagai alat bantu pada pekerjaanpekerjaan ringan dan sederhana. Kepala pembagi ini mempunyai pelat pembagi yang dapat diganti dan dipasang langsung pada spindelnya. Dengan memutar spindel nose maka pelat pembagi akan ikut berputar, pengunci indeks atau pena indeks masuk kedalam alur “V” atau lubang pada pelat indeks pada posisi pengefreisan yang baru. a. Pelat Pembagi dengan Alur “V” Pelat pembagi ini biasanya mempunyai 24 atau 60 pembagian, tetapi tidak menutup kemungkinan ada juga pembagian yang lain. Untuk pembagian 24 atau 60 adalah sangat baik karena tidak ada pecahannya. Untuk 24 pembagian : 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24 dan untuk 60 pembagian : 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60. Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-28

Untuk mempermudah penempatan posisi yang baru, maka pelat pembagi

mempunyai angka jumlah pembagian yang dibuat pada salah satu sisinya.

b. Pelat Pembagi dengan Lubang-lubang Pelat pembagi dengan lubang indeks mempunyai angka jumlah lubang

yang digrafir pada bagian melingkarnya. Untuk menghitung jumlah lubang yang dikehendaki, pelat pembagi harus diputar untuk mencapai posisi yang baru.

c. Penentuan Jarak Lubang atau Alur pada Pelat Indeks

Untuk menentukan jarak lubang atau alur “V” (nc) yang dikehendaki,

maka jumlah lubang atau alur pada pelat indeks (n) dibagi dengan pembagian yang kita kehendaki (Z). Jika Z diketahui dalam jumlah pembagian, maka 𝑛𝑐 =

𝑛 𝑍

dan jika pembagian yang dikehendaki diketahui dalam besar sudut (α)

maka 𝑛𝑐 =

𝛼 .𝑛 360°

2.2.3.2. Kepala Pembagi Universal Kepala pembagi universal merupakan alat bantu yang penting pada mesin freis sebab tidaklah sempurna jika bekerja pada mesin freis tidak sama pada pekerjaan pembagian. Dengan bantuan peralatan ini, kita dapat mengerjakan macam-macam pembagian seperti pembagian langsung yang sudah dikerjakan pada kepala pembagi langsung dan pembagian tak langsung yang tidak dapat dikerjakan pada kepala pembagi langsung, dengan bantuan kotak roda gigi beserta roda giginya. Kepala pembagi ini juga dapat mengerjakan jenis pembagian diferensial (pembagian kompensasi) yang tidak dapat dikerjakan pada kedua jenis pembagian diatas. Pemotongan bentuk spiral (helikal) dan bentuk cam juga dapat dikerjakan dengan pertolongan alat ini, kepala pembagi ini juga dapat diputar dari posisi horizontal (sejajar meja mesin) ke posisi tegak (90° terhadap meja mesin). Jadi pada prinsipnya tidak ada jenis pekerjaan pembagian yang tidak dapat dikerjakan pada mesin freis. Begitu sempurnanya sehingga alat ini dinamakan “kepala pembagi universal”. Ada tiga cara dasar dalam pekerjaan pembagian dengan menggunakan kepala pembagi universal pada mesin freis yaitu : Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-29

a. Pembagian Langsung

Pekerjaan pembagian langsung pada kepala pembagi universal sedikit agak berbeda dengan kepala pembagi langsung. Pada kepala pembagi universal kita harus melepas hubungan antara ulir cacing dengan roda gigi cacing agar

pergerakan

spindel

lebih

leluasa.

Sedangkan

rumus-rumus

perhitungan

pembagiannya sama seperti pada kepala pembagi langsung, yaitu : 𝑛𝑐 =

𝑛 𝑍

dan 𝑛𝑐 =

𝛼 .𝑛 360°

b. Pembagian tidak langsung

Jika angka pembagian Z tidak memungkinkan lagi untuk dikerjakan pada pembagian langsung, maka kita menggunakan cara pembagian tak langsung, sebab pada cara ini tersedia tiga variasi pelat indeks dengan jumlah lubang seperti ditunjukkan pada tabel dibawah. Pada pekerjaan ini roda gigi cacing dan ulir cacing dalam keadaan terpasang, sehingga pada saat kita memutar tuas indeks nc, putaran ini akan diteruskan oleh poros berulir cacing ke roda gigi cacing yang dipasang menjadi satu dengan spindel benda kerja. Perbandingan putaran antara poros berulir cacing dengan roda gigi cacing biasanya 40:1 artinya 40 kali putaran tuas nc akan sama dengan satu kali putaran spindel benda kerja. Perbandingan ini biasanya disebut rasio kepala pembagi (i) atau i = 40:1. Perbandingan ini tidak selamanya 40:1 tergantung dari pembawaan kepala pembagi.

Nomor pelat

Tabel 2.3 Pelat indeks 1 dalam satu set

Jumlah Lingkaran

Jumlah Lubang setiap Lingkaran

1

5

27, 31, 34, 41, 43

2

5

33, 38, 39, 42, 46

3

4

29, 36, 37, 40


II-30

Nomor

pelat

Jumlah Lingkaran

Jumlah Lubang setiap Lingkaran

1

6

15, 18, 21, 29, 37, 43

2

6

16, 19, 23, 31, 39, 47

3

6

17, 20, 27, 23, 41, 49

Tabel 2.4 Pelat indeks 2 dalam 1 set

Jumlah lubang pada pelat indeks sangat bervariasi, tergantung dari pembawaan kepala pembagi. Setiap kepala pembagi universal biasanya sudah disertakan satu set pelat indeks (3 buah) dengan variasi lubang yang berbeda.

Karena 40 putaran tuas indeks (nc) menghasilkan satu kali putaran

benda kerja (i = 40:1), maka untuk Z pembagian yang sama dari benda keja adalah : 𝑛𝑐 =

40 𝑍

putaran. Jika Z diketahui dalam jumlah pembagian, maka : 𝑛𝑐 =

𝑖 𝑍

Jika pembagian yang dikehendaki diketahui dalam besar sudut (α), maka : 𝑛𝑐 =

𝛼. 𝑖 360°

Dimana : Nc

= jumlah putaran tuas indeks

I

= rasio kepala pembagi (40:1)

Z

= jumlah pembagian

α

= besar sudut pembagian Perlu diperhatikan bahwa sebelum melakukan pembagian, terlebih

dahulu harus diketahui rasio kepala pembagi (i) dengan jalan putar tuas indeks (nc) dengan tangan sambil dihitung dan perhatikan putaran spindel benda kerja sampai satu putaran penuh dan pastikan berapa jumlah putaran tuas indeks (nc). Bila pembagian yang dikehendaki (Z) lebih besar dari 40, maka ulir cacing (tuas indeks nc) harus diputar kurang dari satu putaran. Jika pembagian pembagian yang dikehendaki (Z) kurang dari 40, maka pecahan hasil pembagian harus diubah menjadi sejumlah angka. Dan pecahan yang terakhir ini harus diubah sampai penyebutnya sama dengan salah satu dari jumlah lubang pada pelat indeks Politeknik Negeri Bandung Planetary Gearbox

II-31

yang tersedia. Pembilangnya akan menunjukkan sejumlah lubang yang harus kita

putar pada pelat indeks untuk menambah beberapa putaran penuh yang diperoleh

dari pembagian tersebut.

c. Pembagian Diferensial

Dengan metode pembagian diferensial, kita dapat mengerjakan setiap

pekerjaan pembagian pada mesin freis. Metode ini memungkinkan pembagian

dengan angka pecahan yang penyebutnya tidak cocok dengan jumlah lubang yang tersedia pada pelat indeks. Pelat indeks tidak dimatikan (tidak dikunci), akan

tetapi harus ikut bergerak ketika tuas indeks (nc) diputar. Ketika tuas indeks

diputar, putaran dari tuas indeks ini akan diteruskan ke poros berulir cacing, poros

ini akan menggerakkan roda gigi cacing yang dipasang menjadi satu dengan spindel benda kerja. Dengan perantaraan roda-roda gigi pengubah yang dipasang pada poros spindel benda kerja, putaran ini akan diteruskan ke pelat indeks sehingga pelat indeks ikut berputar.


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents