Perancangan Roda gigi Lurus

Perancangan Roda gigi Lurus Roda 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)

= 7000 rpm

•

Daya (N1)

= 9,3 PS

•

Rasio roda gigi (i)

=4

•

Material

= Baja St 70.11

•

Sudut tekan normal (αo) = 20° (menurut standar ISO)

•

βo

3.1

Perancangan Dimensi

1.

Diameter Referensi

=0

Diamater referensi roda gigi pertama pada poros penggerak (poros 1) ditentukan dengan persamaan : Yefri Chan,ST.MT Universitas Darma Persada

db 1 . N 1 db ≤ 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)

⎛ b ⎜ Dimana rasio ⎜ db 1 ⎝

⎞ ⎟ ⎟ besarnya tergantung dari jenis tumpuan (Tabel 22/17), ⎠

⎛ b ⎞ ⎜ ⎟ karena poros ditumpu oleh dua bantalan (Straddle mounting) maka ⎜ db ⎟ ≤ 1,2 1 ⎝ ⎠ ⎛ b ⎞ ⎜ ⎟ Ditentukan nilai dari ⎜ db ⎟ = 0,5 . BZid merupakan intensitas beban yang diizinkan ⎝ 1⎠ B

(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 : B

B

Bo =

0 , 35 . K D C s .. S G (1 +

.i i

)

Cs

= Faktor kejut dipilih 1,5 (Tabel 22/18)

SG

= Faktor keamanan terhadap pitig dipilih 0,8

Yefri Chan,ST.MT Universitas Darma Persada

K.D = Kekuata 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/mm2

σo

= 85 Kgf/mm2

Adapun 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 adalah faktor material, dengan harga 1 untuk baja, dan 1.5 untuk besi cor


YH adalah faktor kekerasan permukaan, dengan harga 1 jika harga kekerasannya sama dengan kekerasan permukaan (Tabel 22/25) KO adalah faktor ketahanan permukaan material YS adalah 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 adalah fungsi dari kecepatan tangensial v.

⎛ ⎜ ⎜ 0 ,6 ⎜ 2 ⎛ 8 ⎞ YV = 0.7 + ⎜ ⎜ ⎟ ⎜⎜ V ⎝ ⎠ 1 + ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ = 0,7 + ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ 0 ,6 ⎜ 2 ⎜ ⎛ 8 ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎟ 10 ⎝ ⎠ 1 + ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟⎟ ⎠

YV = 1.066 Sehingga KD

= 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

Bo =

Bo = B

0 , 35 . K D . i C s .. S G (1 + i )

0 , 35 . K D . i C s .. S G (1 + i )


=

0 , 35 . 0 , 62 . 4 1 , 5 . 0 , 8 (1 + 4 )

= 0.1521 Kgf/mm2

Karena SG < 1 maka dipilih BZul = Bo = 0,1521 Kgf/mm2, sehingga diameter referensi roda gigi 1 adalah :

db 1 . N 1 db ≤ 113 3 b . N 1 . B zul

3

db ≤ 113

1 . 9 , 3 hp 0 , 5 . 7000 rpm . 0 ,1521 kgf / mm 2

db1 ≤ 29,321 mm = 30 mm

Harga kecepatan tangensial yang semula dimisalkan dapat diperiksa harganya : π.D.n v=

3,14 . 29,321 mm . 7000 rpm =

60 . 103

= 92,067 m/s 7000 rpm

Diameter referensi roda gigi yang kedua : db2 = i x db1 = 4 x 29,321 = 117,284 mm = 118 mm

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


3. Jumlah Gigi Jumlah gigi roda gigi 1 dipilih

Z1 = 12

Jumlah gigi roda gigi 2 dipilih

Z2 = i x Z1 = 4 x 12 = 48

4. Modul Modul ditentukan dengan ; m = do1/Z1 = do2/Z2 = 29,321 /12 = 2.4 mm Modul penampang normal : mn = m cos βo = 2.4 mm

(βo = 0)

5. Lebar Gigi Lebar gigi ditentukan dengan persamaan : w = b x db1 = 0,5 x 29,321 = 15 mm

6. Tinggi Kepala dan Tinggi Kaki Gigi Berdasarkan Standar DIN 867 (Tabel 21/5) Hk/m = 1 dan hf/m = 1,1 – 1,3 Tinggi kepala sama dengan modul : hk = m = 2.4 mm Tinggi kepala pasangan roda gigi dipilih sama : hk1 = hk2 Tinggi kaki dipilih sebesar 1,25 m hf = 1,25 x 2,4 = 3 mm Tinggi kaki pasangan roda gigi adalah :


hf1 = hf2 = hf = 3 mm

7. Diameter Lengkungan Kepala Untuk roda gigi 1 dk1 = do1 + 2hkl = 29.321+ 3 = 32,321 mm Untuk roda gigi 2 dk2 = do2 + 2hk2 = 117,284 + 3 = 120,284mm

8. Diameter Lingkaran Kaki Untuk roda gigi 1 dfl = do1 – 2hf1 =29,321– (2 x 3) = 23,321 mm Untuk roda gigi 2 df2 = do2 – 2hf2 =117,284 – (2 x3) = 111,284 mm

9. Jarak Pusat Jarak pusat ditentukan dengan : a . = 0,5 (db1 + db2) = 0,5 (29,321+117,284 ) = 73,3025 mm

10. Jarak Bagi Jarak bagi ditentukan dengan : t.o = π . m = 3.14 x = 7,536 mm


3.2

Perhitungan Kekuatan Torso nominal pada roda gigi 1 : M1 = 716 N1/n1 = 716 x (9,3/7000) = 0,9512 kgf

1.

Gaya Keliling 2M1103 U=

2 . 0,9512. 103 =

db1

2.

= 64,8818 kgf 29,321

Gaya Keliling Per mm Lebar Gigi u = U/b = 64,8818 /0,5 = 129,7 Kgf/m

3.

Intensitas Beban Nominal B = u/b x d = u/db1 = 129,7 /29,321 = 4,4234Kgf/mm2

4.

Intensitas Beban Efektif Bw = B . CS . CD . CT . CB B

(Kgf/mm2)

Dimana : CS = Faktor kejut, untuk motor harganya 1.5 (Tabel 22.18) CT = Faktor distribusi beban sepanjang lebar gigi CB = Faktor kemiringan roda gigi = 1, untuk roda gigi lurus (Tabel 22.37) B

B = Intensitas beban nominal CD = Faktor beban dinamik (Gambar 22/37)


U Dyn CD = 1 +

U1.CS.(esp+1)

Untuk roda gigi lurus esp = 0. Harga UDyn ditentukan dari gambar (22.37) pada lampiran dengan terlebih dahulu menghitung dua parameter UDyn yaitu kecepatan (V) dan faktor S S = 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 Bagi fe ≤ ge .[ (3 + 0,3 m) + 0,2 . (db2)0.5)] (μm) Dari Tabel 22/12 untuk v = 10 m/s dipilih ge = 1,4 dan gR = 10 Sedangkan do adalah diameter jarak bagi yang terbesar sebesar = 154,1300 mm. Sehingga : fe ≥ ge . [(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 μm

6.

Kesalahan Arah Gigi fr ≥ gr (b) 0,5 = 10 . (0,5)0,5 = 7,07 μm

7.

Kesalahan Gigi Efektif


frw = 0,75 . fr . + qk . u . Cs frw = 0,75 . 7,07 + 0,3 . 129,7 . 1,5 =63,665 μm dengan 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/mm2 Dari gambar 22/37 diperoleh harga Udyn = 13,5 Kgf/mm2 Sehingga :

U Dyn CD = 1 +

CD = 1 +

U1.CS.(esp+1)

13,5 129,7.1,5.(0+1)

= 1,06

Parameter yang menentukan harga CT adalah T, diperoleh dengan persamaan berikut :

C s . frw . b T = U .C s .C D

C2 adalah faktor material roda gigi CZ = 1, jika pasangan roda gigi terbuat dari baja (Tabel 22,19) dengan memasukkan semua variabel T diperoleh : 1 . 63,665 . 0,5 Yefri Chan,ST.MT Universitas Darma Persada

T=

= 0,154 129,7 . 1,5. 1,06

CT merupakan beban terdistribusi secara parabolik. Dengan interpolasi diperoleh (Tabel 22.19) CT = 1,147, maka : BH B

= CS . CD . CT . Cz . B = 1,5 . 1,06 . 1,147 . 1 . 0,5 = 0,911 kgf/mm2

8.

Tegangan Kaki Gigi Efektif Untuk roda gigi 1 :

σ w1 = qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2) Untuk roda gigi 1 :

σ w1 = qw1 . Z1 . Bw (Kgf/mm2) Dimana : qw1 = qk1 . qe1 dan q.t = qk1 . qo1 dengan qw1 . qk1 = faktor tegangan kaki gigi qe1 = merupakan fungsi dari jumlah gigi ekuivalen (Zn) dan faktor korigasi (x) dari gambar 22/40 diperoleh : qkl = 3,350 9.

qk2 = 2,475

Rasio Kontak Normal

αo = αon = 20° Cos αO = do1/db1 cos αb karena do1 = db1, maka αb = 20° Karena βo = 0, maka αb = αb = 20° 100 hkl/db1

= 100 x ( 3/ 29,321) = 10,23


100 hk2/db2

= 100 x ( 3/117,284) = 2,55

mb = d1/z1 = 2,4

; hk1 = hk2 = 3

dari gambar 22/39 diperoleh ; ε1 = mb/hk1 = 0,8 dan ε2 = mb/hk2 = 0.8 Sehingga : ε = ε1 + ε2 = 0,8 + 0,8 = 1,6 10.

Rasio Kontak Efektif m + (v /4) εh = 1 + (εm – 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 : 1,4 qε1 =

1,4 dan qε21 =

en + 0,4

ew + 0,4

Dengan mengetahui en = 2,10 dan ew = 2,10 maka diperoleh : qe1 = 0,56 dan qε1 = 0,588 qw1 = qk1 . qe1 = 3,350 x 0,560= 1,876


qw2 = qk2 . qε2 = 2,475 x 0,588 = 1,4553 Sehingga tegangan kaki gigi efektif dapat ditentukan :

αw1 = 8,272x 12 x 1,876

= 186,21Kgf/mm2

αw1 = 8,272 x 64 x 1,4553 = 770,447Kgf/mm2

11.

Tekanan Permukaan Gigi Efektif i+1 Untuk roda gigi 1 : kw1 = Bw . ywl .

(Kgf/mm2) 1 i+1

Untuk roda gigi 1 : kw2 = Bw . yw2 .

(Kgf/mm2) 1

Dimana : yw1 = yc . (yβ/ye) dan yw2 = yc . yβ Yw, Yβ dan y, merupakan faktor-faktor tekanan permukaan gigi. Dari tabel 22/23, untuk αbn = 20° diperoleh yc = 3,11 Dari tabel 22/23, untuk βo = 0° diperoleh yβ = 1

2π . (1 - εtn . εyi / εn)

yε = 1 Zin . tan (αbn) 2.3,14 y6 = 1 – Yefri Chan,ST.MT Universitas Darma Persada

(1-0,725 . 1,98/2,10)

12 . tan 20° yc = 0,545

Sehingga berturut-turut diperoleh : yw1 = 3,11 x 1/10 . 545 = 5,71 yw2 = 3,11 x 1 = 3,11 kw1 = 8,272x 5,71 x (3,636 + 1/3,636) = 184,73Kgf/mm2 kw1 = 8,272 x 3,110 x (3,636 + 1/3,636) = 100,61Kgf/mm2 1.3

Faktor Keamanan

1.

Faktor keamanan terhadap Tooth Breakage Untuk roda gigi 1 : SB1 = σD1/σw1 Untuk roda gigi 2 : SB2 = σD2/σw2 Dimana :

σD = kekuatan kaki gigi 0,7 Kgf/mm2 σW = tegangan kaki gigi efektif Karena bahan pasangan roda gigi sama : SB1 = 0,7/186,21= 266 SB1 = 0,7/770,447= 1,1

2.

Faktor Keamanan Tergadap Pitting Untuk roda gigi 1 : SG1 = kD1/kw1 Untuk roda gigi 2 : SG2 = kD2/kw2 Dimana :


kD = kekuatan kaki gigi = 0634 Kgf/mm2 kw = tegangan kaki gigi efektif SG1 = 0,634/114,73= 0,005 SG2 = 0,634/100,61= 0,006


Perancangan Roda gigi Lurus

Recommend Documents