ZMedia Purwodadi
Beranda Elemen Mesin

Introduction Roda Gigi

Updated: • • min read
Table of Contents


1.1  Sistem transmisi roda gigi.

        Sistem transmisi roda gigi adalah salah satu dari beberapa sistem transmisi daya yang ada (roda gesek, belt, rantai ,kopling). Roda gigi merupakan penggerak elemen mesin yang memindahkan daya dengan putaran dari satu poros keporos lain tanpa terjadi slip. Sistem transmisi roda gigi merupakan pengembangan dari prinsip pemindahan daya pada roda gesek dengan mengurangi gaya tekanan bidang dan menggantinya dengan gaya tangensial dan gaya radial dari keping silinder solid berpasangan dan bergigi. Saat roda gigi berputar keduanya saling menangkap dan dan berputar tanpa slip. Kecepatan linier besarnya sama (v1 =v2) akan tetapi kecepatan sudutnya berbeda (ω1 ≠ ω2) [6].
Gambar 1. (1a) Roda gesek (friction wheels),  (b) roda gigi ( gear)


1.2  Dasar sistem transmisi roda gigi.

      Sistem transmisi roda gigi banyak digunakan pada berbagai mesin. Sebagai contoh di bidang Automotif, sistem transmisi yang digunakan adalah transmisi roda gigi. Sistem transmisi roda gigi digunakan karena :
  1. Efisiensinya yang tinggi,
  2. Kehandalan dalam operasional,
  3. Tidak mudah rusak,
  4. Dapat meneruskan daya dan putaran yang tinggi.
  5. Kemudahan dalam pengoperasian dan perawatan.
 
Kelebihan transmisi roda gigi dibandingkan dengan sistem transmisi lain yaitu [7]:
  1. Memindahkan rasio kecepatan/ putaran secara tepat dan pasti. Kontak antar gigi terjadi dalam sudut dan clearen yang seragam, sehingga rasio kecepatan tidak mengalami perubahan selama roda gigi itu berputar.
  2. Tidak terjadi slip pada saat roda gigi berputar, karena kedua gigi mempunyai clearen yang cukup sempit pada posisi yang pas.
  3. Kemampuan transmisi daya dari yang sangat kecil sampai yang besar.
  4. Dalam aplikasinya dapat digunakan pada jarak antar poros yang sangat kecil.
  5. Putaran mesin dapat diturunkan maupun dapat dinaikan tergantung kebutuhan dengan melengkapi gear reducernya
  6. Memiliki daya tahan yang tinggi karena roda gigi di dibuat dengan bahan baku yang disesuaikan dan ditreatment dengan pengerjaan panas ( aneling, nitriding ) secara baik serta dilengkapai dengan pelumasan pembentuk film pada permukaannya,
  7. Randemen daya (efisiensi) yang tinggi.
  8. Dapat disusun dalam sistem yang ringkas dan kompak.
  9. Dapat digunakan dalam transmisi daya pada posisi putaran poros apapun.
 
Kekurangannya transmisi roda gigi dibandingkan dengan sistem transmisi lain yaitu :
  1. Harganya mahal kerena pembuatannya membutuhkan ketelitian, bahan yang   berkwalitas, pengejaan lanjut serta finising yang baik.
  2. Pada transmisi daya dengan jarak antar poros yang jauh akan memerlukan bentuk gigi yang berdiameter besar.
  3. Membutuhkan perawatan yang baik karena mempunyai tingkat keausan yang tinggi karena gesekan.

1.3  Klasifikasi roda gigi

Jenis roda gigi dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kelompok sebagai berikut :

1.      Berdasarkan bentuk gigi dan cara kerjanya adalah:

  1. Roda gigi lurus (spur gear)
  2. Roda gigi lurus terjadi karena bentuk gigi dari roda gigi tersebut berbentuk lurus. Gigi-gigi didesain sedemikian rupa sehingga membentuk batang profil gigi memanjang / lurus. Roda gigi lurus dalam operasionalnya menggunakan poros yang sejajar.
  3. Roda gigi miring (helical gear).
  4. Roda gigi miring mempunyai bentuk gigi miring denga sudut kemiringan tertentu. Keuntungannya adalah kontak gigi terjadi sepanjang kemiringan gigi, sehingga mampu menghasilkan putaran tinggi.
  5. Roda gigi kerucut (bevel gear).
  6. Roda gigi kerucut dihasilkan dari gabungan gigi-gigi yang mengikuti bentuk kerucut dengan sudut tertentu. Roda gigi kerucut mampu melayani kerja mesin dengan poros yang membentuk sudut tertentu, sebagai contoh poros penggerak dengan posisi horisontal dan poros yang digerakan diinginkan dalam posisi vertikal.
  7. Roda gigi cacing (worm gear).
  8. Roda gigi cacing merupakan roda gigi gabungan antara roda gigi biasa dengan batang gigi atau batang berulir. Keunggulan roda gigi ini terletak pada perbandingan transmisi yang dapat didesain sangat tinggi sama 1 : 100. Roda gigi cacing mempunyai poros yang saling bersilangan.
  9. Roda gigi planiter (planetary gear).
  10. Roda gigi planiter merupakan roda gigi yang terdiri dari beberapa roda gigi yang dirangkai menjadi satu kesatuan. Roda gigi tersebut meliputi roda gigi matahari sebagai pusat, roda gigi planet, roda gigi gelang dan lengan pembawa planet. Keunggulan roda gigi planeter terletak pada beberapa output (poros yang digerakan) yang dapat dihasilkan dengan hanya satu input (poros penggerak)
 

2.      Berdasarkan posisi sumbu dari poros.

  1. Poros parallel, seperti pada roda gigi lurus dan miring.
  2. Poros bersilangan, seperti pada roda gigi cacing.
  3. Poros membentuk sudut tertentu, seperti pada roda gigi kerucut.
 
        Kedua poros yang paralel dan co-planer dihubungkan oleh roda gigi, seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Roda-roda gigi tersebut disebut sebagai spur gears atau roda gigi lurus, dan penempatannya disebut spur gearing. Roda- roda gigi ini memiliki gigi yang paralel terhadap sumbunya. Roda gigi lain yang termasuk dalam spur gearing adalah helical gearing, dengan giginya miring terhadap sumbu roda gigi. Roda gigi single dan double helical dihubungkan dengan poros yang saling paralel, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.a. dan b. Fungsi utama dari roda gigi double helical adalah untuk menyeimbangkan gaya aksial yang terjadi pada roda gigi single helical, ketika meneruskan beban. Roda gigi double helical dapat juga disebut sebagai roda gigi herringbone [8].
Gambar 2. a. Roda gigi lurus, b.c. Roda gigi miring dobel & singel helikal, d. Roda gigi cacing, d. Roda gigi kerucut, e. Roda gigi spiral.
 
Berdasarkan kecepatan peripheral dari roda gigi
  1. Kecepatan rendah ≤ 3 m/s
  2. Kecepatan sedang (3 – 15) m/s
  3. Kecepatan tinggi ≥ 15 m/s
Berdasarkan jenis atau bentuk hubungan pasangan gigi.
  1. External gear = roda gigi luar.
  2. Internal gear = roda gigi dalam.
  3. Rack & pinion = roda gigi berbentuk batang = roda gigi dengan jari-jari tak terhingga.
 
Gambar 3. Jenis roda gigi.

        Pada external gearing ,roda gigi dari kedua poros berhubungan secara eksternal satu sama lain (gambar 3. a). Roda yang besar disebut sebagai gear dan roda yang kecil disebut pinion. Pada external gearing, gerakan dari kedua roda gigi selalu berlawanan. Pada internal gearing, roda gigi dari kedua poros berhubungan secara internal satu sama lain, (Gambar 3.b.) Roda yang besar disebut sebagai annular wheel dan roda yang lebih kecil disebut pinion.
Ada kalanya, roda gigi dari sebuah poros berhubungan secara eksternal dengan roda gigi lain dalam suatu garis lurus (Gambar 5.) Jenis roda gigi ini disebut sebagai rack and pinion. Roda gigi yang datar atau lurus disebut rack dan roda gigi lingkar disebut sebagai pinion. Dengan adanya mekanisme rack and pinion, maka gerakan linear dapat dikonversi menjadi gerakan berputar dan juga sebaliknya[9].
 
Gambar 4. Terminologi roda gigi
 

2.4  Istilah-istilah dari roda gigi dapat lebih dimengerti dengan melihat Gambar 4.

  1. Lingkaran puncak (pitch circle) adalah suatu lingkaran imajiner (teoretis) yang menggelinding tanpa slip dan menjadi dasar perhitungan roda gigi.
  2. Diameter lingkaran pitch (pitch circle diameter) adalah diameter dari lingkaran pitch. Ukuran dari roda gigi biasanya ditentukan dari diameter lingkaran pitch. Diameter ini juga disebut sebagai diameter pitch. Notasi umum yang digunakan adalah : d0 .
  3. Pitch (jarak bagi lingkar) adalah jarak sepanjang lingkaran jarak bagi antara dua profil gigi yang berdekatan.
  4. Sudut tekan (pressure angle) adalah sudut kontak normal antara dua buah gigi dari dua roda gigi yang saling bertemu. Notasi umum yang digunakan adalah : α .
  5. Addendum (1) adalah jarak radial gigi dari lingkaran pitch ke bagian atas/kepala gigi.
  6. Dedendum (4) adalah jarak radial gigi dari lingkaran pitch ke bagian bawah/kaki gigi.
  7. Lingkaran addendum adalah lingkaran yang digambar melalui bagian atas dari gigi atau lingkaran kepala gigi.
  8. Lingkaran dedendum adalah lingkaran yang digambar melalui bagian bawah dari gigi atau dikenal dengan lingkaran kaki gigi.
  9. Circular pitch adalah jarak yang diukur pada sekeliling dari lingkaran pitch, pada satu titik dari satu gigi, dengan titik yang berhubungan pada gigi selanjutnya. Biasanya dinotasikan dengan tc.
  10. Diametral pitch adalah rasio dari jumlah gigi dengan diameter lingkaran pitch, dalam millimeter. Biasanya dinotasikan dengan td
  11. Modul gigi, adalah perbandingan antara diameter lingkaran pitch dalam milimeter dengan jumlah gigi, biasanya dinotasikan dengan m.
  12. Clearance adalah jarak radial antara bagian atas dari gigi dengan bagian bawah dari gigi, pada keadaan berpasangan. Sebuah lingkaran yang melalui bagian atas dari roda gigi yang berpasangan disebut sebagai lingkaran clearance.
  13. Kedalaman total adalah jarak radial antara lingkaran addendum dengan dedendum dari roda gigi. Kedalaman total ini sama dengan jumlah dari addendum dengan dedendum.
  14. Kedalaman kerja adalah jarak radial antara lingkaran addendum dengan lingkaran clearance. Kedalaman kerja ini sama dengan jumlah dari addendum dari kedua roda gigi yang berpasangan
  15. Ketebalan gigi adalah lebar dari gigi yang diukur sepanjang lingkaran pitch.
  16. Ruang gigi adalah lebar dari ruang yang terdapat diantara dua gigi yang berdekatan, yang diukur di sepanjang lingkaran pitch.
  17. Backlash adalah perbedaan antara ruang gigi dengan ketebalan gigi, yang juga diukur di sepanjang lingkaran pitch.
  18. Muka dari gigi adalah permukaan dari gigi di atas permukaan pitch.
  19. Top land. Adalah permukaan dari bagian atas gigi.
  20. Flank (panggul) dari gigi adalah permukaan dari gigi dibawah permukaan pitch.
  21. Lebar muka gigi adalah lebar dari gigi yang diukur secara paralel dengan sumbu roda gigi.
  22. Profil adalah lingkaran yang terbentuk akibat muka dengan panggul dari gigi.
  23. Radius fillet adalah radius yang menghubungkan lingkaran akar gigi dengan profil gigi.
  24. Jalur kontak adalah jalur yang dibentuk oleh titik kontak dari dua gigi, dari awal sampai dengan akhir hubungan gigi (engagement).
  25. Panjang jalur kontak adalah panjang dari cut-off normal yang umum dari lingkaran addendum dari gear dan pinion.
  26. Busur kontak. Adalah jalur yang dibentuk oleh titik pada lingkaran pitch, dari awal sampai dengan akhir dari hubungan pasangan roda gigi. Busur kontak tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu : busur pencapaian (arc of approach) yaitu :
  27. Busur pencapaian (arc of approach) yaitu area dari jalur kontak dari awal sampai dengan hubungan pada titik pitch dan busur diam (arc of recess) yaitu area dari jalur kontak dari akhir sampai dengan hubungan pada sepasang gigi. Rasio dari panjang busur kontak dengan circular pitch dikenal sebagai rasio kontak, seperti jumlah pasangan gigi yang kontak
 

2.5  Profil gigi pada rodagigi.

       Untuk mendapatkan keadaan transmisi gerak dan daya yang baik, maka profil gigi harus mempunyai bentuk yang teratur sehingga kontak gigi dapat berlangsung dengan baik.karena itu. Karena itu propil gigi dibuat dengan geometrik tertentu , agar perbandingan kecepatan sudut antara pasangan roda gigi harus selalu sama.

1.      Profil gigi sikloids (cycloide).

Struktur gigi melengkung cembung dan cekungmengikuti pola sikloida, jenis gigi ini cukup baik karena dirancang dengan presesi dan ketelitian yang baik, dapat meneruskan daya yang lebih besar dari janis yang sepadan deikian juga keausannya lebih lama. Tetapi mempunyai kerugian , diantaranya pembuatannya lebih sulit dan pemasangannya perlu teliti (tidak dapat digunakan sebagai roda gigi pengganti (change wheel) harganya lebih mahal.

2.      Profil gigi evolvente(evolute)

Struktur dari rodagigi ini berbentuk melengkung cembung, mengikuti pola evolvente, dan jenis dari rodagigi ini strukturnya cukup sederhana, cara pembuatannya lebih murah,serta baik sekali digunakan untuk roda gigi ganti. Jenis rodagigi evolven dipakai sebagai profil gigi standar untuk semua keperluan transmisi.

3.      Profil equisdistanta.

Profil ini dipakai kontruksi pada kontruksi pasangan antara roda gigi profil dengan roda pena (pasangannya bukan berupa gigi, namun berupa rangkaian yang berjarak tertentu melingkar pada suaturoda) dan lebih umu lagi digunakan pada hubungan gigi dan rantai.profil ini digunakan pada hubungan transmisi dengan ratio yang besar misalnya. Untuk pemutar derek dan pasang an kontruksi bukan berupa dua roda gigi namun dengansatu roda pena atau rantai.

Gambar 5. a. Pola gigi evolvente & cycloid, b.Pola equisdistanta