SKRIPSI ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR GRADER 218 TYPE 24M
Diajukan Kepada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Di Susun Oleh : MUHAMMAD ALIQ FAROHI 201010120311112
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2014
ii
iii
iv
v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN Yang bertandatangan dibawah ini : Nama
: Muhammad Aliq Farohi
Nim
: 201010120311112
Tempat/Tanggal Lahir
: Lamongan, 13 November 1991
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa : Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR GRADER 218 TYPE 24M” yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi (“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/ atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka sebagaimana mestinya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya. Malang, 28 Oktober 2014 Yang Menyatakan
Muhammad Aliq Farohi vi
ABSTRAK
Kegagalan komponen/peralatan dalam manufaktur atau rangkaian produksi, konstruksi, permesinan, struktur, seperti bocornya jalur pipa, ledakan tangki minyak/gas, kecelakan sarana transportasi, runtuhnya jembatan dan lain sebagainya, sangat tidak diharapkan karena akan mengganggu jalannya produksi, membebani ongkos produksi, dan lebih jauh dapat mengakibatkan kecelakan bahkan korban jiwa.Analisis kegagalan merupakan metode investigasi secara sistematis untuk mencari penyebab kegagalan suatu komponen/peralatan. Tujuan utamanya adalah untuk menentukan mekanisme dan penyebab terjadinya kegagalan, serta memberikan rekomendasi atau menawarkan solusi untuk mengatasi masalah yang timbul. Analisis kegagalan selanjutnya dapat digunakan sebagai umpan-balik untuk memperbaiki desain teknik, prosedur operasi, program perawatan ataupun perencanaan kualitas, sehingga ongkos produksi/operasi dapat ditekan. Di lain pihak penyebab kegagalan itu sangatlah kompleks, tidak hanya meliputi satu faktor, melainkan banyak faktor, sehingga seringkali seorang investigator tidak dapat menentukan dengan tepat penyebab kegagalan tersebut. Oleh karenanya analisis kegagalan mencakup aspek yang sangat luas, tidak hanya aspek teknis, melainkan juga aspek ekonomi dan hukum (yang berhubungan dengan perangkat hukum atau klaim jaminan).Pada kenyataan di lapangan, sesungguhnya banyak industri yang membutuhkan konsultasi teknis di bidang ini. Adanya keterbatasan sumber daya manusia, merupakan alasan mengapa pelatihan dibidang ini
menjadi
sangat
penting,
sehingga
seorang
rekayasawan
sepatutnya
“dipersenjatai” dengan pengetahuan dan keahlian khusus dalam bidang analisis kegagalan.
Kata kunci : Bevel gear, Fatigue, Differensial
vii
ABSTRACT
Component/equipment failure in the manufacturing or production systems, construction, machinery, structures, like a leaking pipelines, oil tank explosion, accident by transportation, broken bridges etc. are unexpected, cos it can stop the production, make the cost of production going harmful, and further can lead more fatal accidents. Analysis of failure is a systematic method of investigation to find the component or equipment cases. The main goal is to determine the mechanism and failure cases, and also give the recommendations or offer the solution to solve the problems. Then, analysis of failure can be used as a feedback to repairing the engineering design, operating procesures, maintenance program or quality planning, so the cost of production or operations can be pressed. On the other side, the failure cases are very complex, not only a single factor, but many factors, so the investigator offer cannot determining the failure cases. Therefore, analysis of failure covered many aspects, not only the technical aspects, but also economic and legal aspects (relating with the law or warranty claims). In fact, many industries need this technical consultancy. Lack of human resources is the reason why this training is very important, so an engineer should be "armed" with specialized knowledge and experience in analysis of failure.
Keywords: Bevel gear, Fatigue, Differential
viii
KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas akhir dengan judul “ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR GRADER 218 TYPE 24M” ini akhirnya dapat terselesaikan. Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada : 1.
Keluarga Besar saya, khususnya kepada Bapak dan Ibu saya yang selalu memberikan bantuan materil maupun non materil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan terlupakan.
2.
Bapak Murjito, ST. MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan, sehingga terselesaikannya skripsi ini.
3.
Bapak Ir. Ali Mokhtar, MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan arahan cara-cara penulisan dalam penyusunan skripsi ini.
4.
Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku ketua jurusan teknik mesin UMM.
5.
Bapak Budiono, SSi.MT. Selaku sekertaris jurusan teknik mesin UMM.
ix
6.
Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.
7.
Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.
8.
Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan kalian semuannya. Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak
terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga Allah SWT memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
x
DAFTAR ISI
COVER ..................................................................................................................
i
Enter Poster Design !! ............................................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ................................................................... iii LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ............................................................... iv LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... vi ABSTRAKSIBAHASA INDONESIA ................................................................... vii ABSTRAKSIBAHASA INGGRIS ......................................................................... viii KATA PENGANTAR ............................................................................................ ix DAFTAR ISI ........................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. xiv DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang .......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah ..................................................................................... 3
1.3
Tujuan Penulisan ....................................................................................... 3
1.4
Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5
Manfaat Penulisan ..................................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Difinisi Power Train ................................................................................. 5
2.2
Pengertian Roda Gigi ................................................................................ 6
2.3
Jenis-jenis Roda Gigi ................................................................................ 7 xi
a.
Spur.................................................................................................. 7
b.
Straight bevel gear ........................................................................... 8
c.
Helical gear ...................................................................................... 9
d.
Worm gear ....................................................................................... 10
2.4
Nomenclature/Tatanama bagian gear ....................................................... 12
2.5
Pola Perpatahan ......................................................................................... 13
2.6
Istilah-istilah Dalam Roda Gigi ................................................................ 14
2.7
System Operasi ......................................................................................... 15
2.8
Jenis-jenis Patahan Pada Gear .................................................................. 16 a.
Korosi .............................................................................................. 16
b.
Plastic Yielding ............................................................................... 18
c.
Contact Stress Fatigue ..................................................................... 19
d.
Fatigue Fractures ............................................................................. 21
e.
Ductile and Brittle Fractures ........................................................... 22
2.9
Jenis Keausan dan Kondisi Membebani Pada Gear .................................. 24
2.10
Mekanisme Perpatahan ............................................................................. 27
2.11
Factor Yang Mempengaruhi Perpatahan .................................................. 28
2.12
Gear Failure Analysis ............................................................................... 28
BAB III METODE ANALISA 3.1
Metode Analisa ........................................................................................ 30
3.2
Pengumpulan Data .................................................................................... 30
3.2.1
Data Primer ............................................................................................... 30
3.2.2
Data Skunder ............................................................................................. 31 xii
3.3
Diagram Alir ............................................................................................. 32
3.4
Langkah-langkah Analisa ......................................................................... 32
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1
4.2
Langkah-langkah Analisa Pada Differesial Power Train ......................... 34 a.
Suara ................................................................................................ 36
b.
Scoring/keausan ............................................................................... 37
c.
Perpatahan ....................................................................................... 39
Pembahasan............................................................................................... 40
BAB V PENUTUP KESIMPULAN ....................................................................................................... 60 SARAN .................................................................................................................. 61 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 62
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Power Train ....................................................................................... 6 Gambar 2.2. Spur Gear............................................................................................ 7 Gambar 2.3. Bevel Gear ......................................................................................... 8 Gambar 2.4. Helical Gear ....................................................................................... 9 Gambar 2.5. Worm Gear ........................................................................................ 11 Gambar 2.6. Nomenclature .................................................................................... 12 Gambar 2.7. Pola Fatigue Fragture ........................................................................ 13 Gambar 2.8. Posisi contact line ............................................................................... 16 Gambar 2.9. Fatigue striation pada permukaan crack ............................................. 17 Gambar 2.10. Retakan rappling .............................................................................. 18 Gambar 2.11. Lipping dan ledging ......................................................................... 19 Gambar 2.12. Sliding contact stress fatigue ............................................................ 20 Gambar 2.13. Pitting pada contact stress fatigue .................................................... 21 Gambar 2.14. Patahan fatigue fracture .................................................................... 22 Gambar 2.15. Brittle Fracture ................................................................................. 23 Gambar 2.16. Ductile fracture ................................................................................. 24 Gambar 2.17. Desired Bearing Under Full Load .................................................... 24 Gambar 2.18. Toe Bearing ...................................................................................... 25 Gambar 2.19. Heel Bearing ..................................................................................... 26 Gambar 2.20. Low Bearing ..................................................................................... 26 Gambar 2.21. High Bearing .................................................................................... 27 xiv
Gambar 3.1. Flowchart Analysis Gear 26 .............................................................. 32 Gambar 4.1. Letakdifferensialpadamotor grader G218 type 24M .......................... 34 Gambar 4.2. power train system ............................................................................. 35 Gambar 4.3. differensial .......................................................................................... 35 Gambar 4.4. Pecahan bevel gear ............................................................................. 36 Gambar 4.5. Permukaan gear .................................................................................. 37 Gambar 4.6. Heel Bearing ....................................................................................... 37 Gambar 4.7. Bevel gear mengalami fatigue ............................................................ 38 Gambar 4.8. Bevel Gear yang patah ....................................................................... 39 Gambar 4.9. diferensial ini diindikasikan saat kebisingan beroperasi .................... 40 Gambar 4.10. proses pengukuran reaksi dari bevel gear dan pinion gigi ............... 41 Gambar 4.11. a & b. Tampilan pengukuran spesifikasi reaksi gigi bevel ............. 42 Gambar 4.12. penampilan tanda kontak dari bevel gear dan poros pinion ............. 43 Gambar 4.13. gigi lain dari bevel pada posisi depan dan sebaliknya .................... 43 Gambar 4.14. a. keretakan awal dan berpotensi akan rusak ................................... 44 Gambar 4.14. b. pola kelelahan retak ...................................................................... 44 Gambar 4.15. a & b. Reaksi goresan gigi pinion diatas spesifikasi ....................... 45 Gambar 4.16. Hasil pengukuran shim pack adalah 2.8 mm ................................... 46 Gambar 4.17. a & b Rumah differential .................................................................. 47 Gambar 4.18. a & b Cup bearing dan cone bearing mengalami kondisi memar .... 48 Gambar 4.19. Cone bearing mempunyai kondisi memar ........................................ 48 Gambar 4.20. Dis friction dalam kondisi aus .......................................................... 49 Gambar 4.21. Dis friction dalam kondisi tergores .................................................. 49 xv
Gambar 4.22. Dis friction dalam kondisi tergores .................................................. 49 Gambar 4.23. Pinion differential dalam kondisi berdesir/abrasif .......................... 50 Gambar 4.24. Trust washer dalam kondisi terkikis ............................................... 50 Gambar 4.25. Membongkar dan proses pemeriksaan RH final drive ..................... 50 Gambar 4.26. Gear ring dalam kondisi usang dan spalling ................................... 51 Gambar 4.27. Gigi memiliki kondisi spalling ......................................................... 51 Gambar 4.28. Cone bearing memiliki kondisi memar ........................................... 51 Gambar 4.29. Cup bearing mengalami kondisi pitting dan memar ....................... 52 Gambar 4.30. Cone bearing mengalami kondisi memar ........................................ 52 Gambar 4.31. Bantalan rol mengalami kondisi memar .......................................... 52 Gambar 4.32. Kondisi washer dorong telah aus .................................................... 53 Gambar 4.33. Membongkar dan proses inspeksi LH final drive ........................... 53 Gambar 4.34. Cincin gigi telah aus dan kondisi spalling ....................................... 54 Gambar 4.35. Gigi gear memiliki kondisi spalling ................................................ 54 Gambar 4.36. Cup bearing mengalami kondisi pitting dan memar ....................... 54 Gambar 4.37. Cone bearing mengalami kondisi memar ........................................ 55 Gambar 4.38. Bantalan rol mengalami kondisi memar .......................................... 55 Gambar 4.39. Kondisi washer dorong telah aus .................................................... 55 Gambar 4.40. Bevel gear dan patahannya ............................................................... 56 Gambar 4.41. Pola Fatigue fracture ........................................................................ 56 Gambar 4.42. Pola fatigue fracture pada gigi bevel gear ........................................ 57
xvi
DAFTAR PUSTAKA
Basori, Ahmad, 2013 “Analisa Lapisan Alloy 400 pada dump body 793 MSD II Body(160 m3)”.
Brooks R.C., 2002.
Budinas, Ricard G, 1977 “Advance streng and applied stress analysis”.
Hellan, Kare, “Introduction to FRACTURE MECHANICS”.
http://psbtik.smkn1cms.net/bse/smk/smk10%20TeknikAlatBerat%20Budi.pdf (Pada tanggal 05 Mei 2014)
http://www.itsb.ac.id/?PROGRAM_TRAINING:Training_Analisis_Kegagala n_%26amp%3B_Seleksi_Material_Untuk_Komponen_%26amp%3B_Peralat an_Industri (Pada tanggal 14 Agustus 2014)
Modul, AFA 2 –Gear Failure Analysis, 2006 Training Center Dept. PT Trakindo Utama
xvii
