MAKALAH RODA GIGI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.                  Latar Belakang

Mata kuliah elemen mesin merupakan salah satu mata kuliah dasar yang dipelajari dalam Fakultas Teknik khususnya Teknik Indusri. Mata kuliah elemen mesin merupakan mata kuliah yang membahas tentang bagian-bagian suatu konstruksi yang mempunyai bentuk serta fungsi tersendiri, seperti baut-mur, pene, pasak, poros, kopling, roda gigi dan sebagainya. Dari beberapa topik yang dibahas dalam elemen mesin, paper kali ini hanya membahas tentang roda gigi.

Sebelum roda gigi ditemukan, alat yang pertama kali ditemukan adalah roda gesek. Roda gesek adalah alat yang tersusun dari dua buah roda yang berbentuk silinder atau kerucut yang saling bersinggungan pada kelilingnya. Jika salah satu diputar maka yang lain akan ikut berputar juga. Roda ini cukup baik untuk meneruskan daya kecil dengan putaran yang tidak perlu tepat. Namun, di samping kelebihannya roda gesek ini mempunyai kelemahan yaitu tidak mampu mentransmisikan daya besar dan tidak dapat dilakukan dengan putaran yang tepat. Oleh karena itu, kedua roda tersebut harus dibuat bergigi pada kelilingnya sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi yang terdapat pada kedua roda yang saling berkait. Roda gigi semacam ini, yang berbentuk silinder atau kerucut disebut roda gigi. Roda gigi adalah salah satu jenis elemen transmisi yang penting untuk suatu pemindahan gerak (terutama putaran), daya, atau tenaga pada suatu sistem transmisi antara penggerak dengan yang digerakkan.

Di luar cara transmisi di atas, ada pula cara lain untuk meneruskan daya, yaitu dengan sabuk atau rangkai. Namun demikian, transmisi roda gigi mempunyai keunggulan dibandingkan dengan sabuk atau rantai karena lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan tepat, dan daya yang dapat ditransmisikan lebih besar. Namun, kelebihan ini tidak selalu menyebabkan dipilihnya roda gigi di samping cara yang lain. Hal ini dikarenakan roda gigi memerlukan ketelitian yang sangat besar dalam pembuatan, pemasangan maupun pemeliharaannya. Pemakaian roda gigi sebagai alat transmisi telah menduduki tempat terpenting di segala bidang selama 200 tahun terakhir ini. Penggunaannya dimulai dari alat pengukur yang kecil dan teliti seperti jam tangan, sampai roda gigi reduksi pada turbin besar yang berdaya puluhan megawatt.

Secara global materi tentang roda gigi yang akan dibahas kali ini, meliputi pengenalan roda gigi secara umum, penggolongan roda gigi, peguraian nama setiap bagian roda gigi, cara menyatakan ukuran pada roda gigi, istilah-istilah yang sering ditemui pada roda gigi, rangkaian roda gigi dan perancangan roda gigi.      

Suatu konstruksi roda gigi digunakan pula untuk suatu sistem pengatur pada pemindah putaran, atau untuk merubah gerak lurus menjadi gerak putar atau sebaliknya. Oleh karena itu, penggunaan roda gigi sangat luas pada konstruksi mekanik yang memerlukan gerak yang menkombinasikan beberapa komponen alat yang tergabung. Pembuatan roda gigi cukup rumit dan kompleks karena pembuatan profil roda giginya yanng khusus, dengan berbagai ukuran dan keakuratan tergantung dari peran dari roda gigi itu sendiri pada suatu gabungan komponen mesin.

Ketelitian yang sangat besar dalam pembuatan, pemasangan maupun pemeliharaan roda gigi membuat mahasiswa menemukan banyak kewalahan dan kerancuan daam memahami materi tentang roda gigi. Semantara penggunaan roda gigi yang sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari membuat mahasiswa teknik, khususnya mahasiswa teknik industri harus selalu bertemu dan bekerja menggunakan alat ini. Kurannya kemampuan mahsiswa untuk memahami tentang roda gigi lebih disebabkan kurangnya referensi yang membahas tentang roda gigi secara mendalam sekali pun ada buku tersebut merupakan buku terjemahan dari bahasa asing yang memilik tingkat kesulitan bahasa yang sangat tinggi sehingga sulit untuk dipahami mahaiswa. Dikarenakan alasan-alasan di atas, maka saya seorang mahasiswi teknik industri berpikiran untuk membuat sebuah paper sederhana yang berisi penjelan rinci tentang roda gigi dengan tingkat kesulitan bahasa yang sudah diturunkan sehingga mahasiswa dapat dengan mudah memahami isi paper ini dan dapat mengerti materi tentang roda gigi secara terperinci dan jelas.

1.2.                 Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan paper ini selain memenuhi tugas mata kuliah adalah sebagai berikut:

1.           Mahasiswa mampu memahami tentang roda gigi secara umum.

2.           Mahasiswa mengetahui peggolongan-penggolongan roda gigi

3.           Mahasiswa mampu meguraikan nama setiap bagian roda gigi

4.           Mahasiswa mampu menyatakan ukuran pada roda gigi.

5.           Mahasiswa mampu mengetahui istilah-istilah yang sering ditemui pada roda gigi.

6.           Mahasiswa mampu memahami cara perancangan roda gigi.     

BAB II

PEMBAHASAN

2.1.                 Roda Gigi

Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berguna untuk mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda gigi yang bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah kecepatan putar, torsi, dan arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan roda gigi yang lain, salah satu kasusnya adlah pasangan roda gigi dan pinion yang bersumber dari tau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya rotasi.

Gambar 2.1. Roda Gigi

Roda gigi adalah salah satu komponen kendaraan bermotor yang membutuhkan permukaan keras namun dengan bagian tengah yang tetap ulet (bahan yang tidak mudah patah, mempunyai tegangan tarik yang tinggi). 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 kelebihan-kelebihan dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu:

1.         Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar.

2.         Sistem yang kompak sehingga transmisinya lebih sederhana.

3.         Kemampuan menerima beban lebih tinggi.

4.         Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil.

5.         Kecepatan transmisi roda gigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar.

Ketika dua roda gigi dengan jumlah gigi yang tidak sama dikombinasikan, keuntungan mekanis bisa didapatkan, baik itu kecepatan putar maupun torsi, yang bisa dihitung dengan persamaan yang sederhana. Roda gigi yang dengan roda gigi yang lebih besar berperan dalam mengurangi kecepatan putar namun meningkatkan torsi. Rasio kecepatan yang teliti berdasarkan jumlah giginya merupakan keistimewaan dari roda gigi yang mengalahkan mekanisme transmisi yang lain. Konstruksi roda gigi mempunyai prinsip kerja berdasarkan pasangan gerak. Bentuk gigi dibuat untuk menghilangkan keadaan slip, putar dan daya dapat berlangsung dengan baik. Selain itu, dapat dicapai kecepatan keliling (v_c) yang sama pada lingkaran singgung sepasang roda gigi. Lingkran singgung ini disebut lingkaran pitch atau lingkaran tusuk yang merupakan lingkaran khayal pada pasangan roda gigi. Pada sepasang roda gigi maka perlu diperhatikan, bahwa jarak lengkung antara dua gigi yang berdekatan  (Pitch) pada kedua roda gigi harus sama, sehingga kaitan antara gigi dapat berlangsung dengan baik. Bentuk lengkung pada suatu profil gigi, tidak dapat dibuat semaunya, melainkan mengikuti kurva-kurva tertentu yang dapat menjamin terjadinya kontak gigi dengan baik.

2.1.1.           Fungsi Roda Gigi

Secara umum fungsi dari roda gigi adalah:

a.       Meneruskan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan.

b.      Mengubah putaran dari poros yang digerakkan, yaitu dari putaran tinggi ke putaran rendah atau dari putaran rendah ke putaran tinggi. Bisa juga mengubah putaran di sini berarti membuat arah putaran poros penggerak.

c.       Memindahkan zat cair dari satu tempat ke tempat lain, misalnya oli, minyak tanah, dan sebagainya. Jadi, fungsi roda gigi di sini adalah sebagai pompa zat cair. Dalam otomotif dikenal adanya sistem pelumas dengan roda gigi.

2.2.                 Klasifikasi Roda Gigi

Roda gigi diklasifikasikan menjadi 3 pokok penting, yaitu menurut letak poros, arah putaran, dan bentuk jalur gigi.

2.2.1.           Menurut Letak Poros

2.2.1.1.     Roda Gigi Dengan Poros Sejajar

Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada dua bidang silinder (disebut “bidang jarak bagi”). Kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap sejajar.

a.      Roda Gigi Lurus (Spur Gear)

Gambar 2.2. Roda Gigi Lurus (Spur Gear)

Roda gigi lurus merupakan roda gigi Yng Pling sederhana dengan jalur gigi sejajar. Roda gigi kerucut lurus adalah roda gigi yang paling sering digunakan. Perbandingan kontaknya kecil dan kerjanya sangat berisik. Konstruksinya tidak memungkinkan pemasangan bantalan pada kedua ujung poros-porosnya.

b.          Roda Gigi Miring (Helical Gear)

Gambar 2.3. Roda Gigi Miring (Helical Gear)

Bentuk dasar geometrisnya hampir sama dengan roda gigi lurus, tetapi arah alur profil giginya mempunyai kemiringan terhadap sumbu putar. Selain untuk posisi sumbu yang sejajar, roda gigi miring dapat digunakan pula untuk pemasangan sumbu bersilangan. Dengan adanya kemiringan alur gigi, maka perbandingan kontak yang terjadi jauh lebih besar dibanding roda gigi lurus yang seukuran, sehingga pemindahan putaran maupun beban pada gigi-giginya berlangsung lebih halus. Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada putaran tinggi dan beban besar tetapi membutuhkan bantalan aksial untuk mengurangi gaya aksial yang timbul.

c.           Roda Gigi Miring Ganda

Gambar 2.4. Roda Gigi Miring Ganda

Gaya aksial yang timbul pada gigi yang mempunyai alur berbentuk V tersebut, akan saling meniadakan. Contoh penggunaannya yaitu pada roda gigi reduksi turbin pada kapal dan generator, roda gigi penggerak rol pada steel mills.

d.          Roda Gigi Dalam

Gambar 2.5. Roda Gigi Dalam

Roda gigi yang jika diingini alat transmisi dengan ukuran kecil dengan perbandingan reduksi besar, karena pinyon terletak di dalam roda gigi.

e.           Roda Gigi Rack dan Pinion

Gambar 2.6. Roda Gigi Rack dan Pinion

Roda gigi rack dan pinion berupa pasangan antara batang gigi dan pinion roda gigijenis ini digunakan untuk merubah gerakan putar menjadi lurus atau sebaliknya.

f.            Batang Gigi dan Pinyon

Gambar 2.7. Batang Gigi dan Pinyon

Merupakan dasar profil pahat pembuat gigi. Contoh pemakaian gigi reck terdapat pada mesin bor tegak, mesin bubut, dan lain-lain.

2.2.1.2.     Roda Gigi Dengan Poros Berpotongan (Intersection).

a.           Roda Gigi Kerucut Lurus

Gambar 2.8. Roda Gigi Kerucut Lurus

Roda gigi kerucut lurus merupakan roda gigi yang paling mudah dibuat dan paling sering dipakai. Contoh penggunaany pada grab wich, hnd wich, kerekan.

b.          Roda Gigi Kerucut Spiral

Gambar 2.9. Roda Gigi Kerucut Spiral

2.2.1.3.     Roda Gigi Dengan Poros Silang

a.         Roda Gigi Miring Silang

Gambar 2.10. Roda Gigi Miring Silang

Roda gigi miring silang adalah roda gigi yang menggunakan kontek titik yang didasarkan pada letak poros, arah putaran, dan bentuk jalur gigi.

b.        Roda Gigi Cacing

Gambar 2.11. Roda Gigi Cacing

Roda gigi cacing 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.

c.         Roda Gigi Cacing Selubung Ganda

Gambar 2.12. Roda Gigi Cacing Silindris

d.        Roda Gigi Globoid

Gambar 2.13. Roda Gigi Globoid

Roda gigi globoid adalah roda gigi yang mempunyai perbandingan kontak yang lebih besar, dipakai untuk beban yang lebih besar.

e.         Roda Gigi Hipoid

Gambar 2.14. Roda Gigi Hipoid

Roda gigi hipoid adalah roda gigi yang mempunyai gigi berbentuk spiral pada bidang kerucut yang sumbunya bersilang. Dan pemindahan gaya pada permukaan gigi berlangsung secara meluncur dan menggelinding.

f.          Roda Gigi Permukaan

Gambar 2.15. Roda Gigi Permukaan

Roda gigi luruss permukaan memiliki dua sumbu saling berpotongan dengan sudut sebesar 90⁰.

2.2.2.           Menurut Arah Putaran

a.           Roda Gigi Luar è arah putarannya berlawanan.

b.          Roda gigi dalam dan pinionè arah putarannya sama.

2.3.                 Penguraian Nama Setiap Bagian Roda Gigi

Berikut beberapa buah istilah yang perlu diketahui dalam perancangan roda gigi yang perlu diketahui, antara lain:

2.3.1.           Lingkaran Pitch

Lingkaran khayal yang menggelinding tanpa terjadiny slip. Lingakaran ini merpakan dasar untuk memberikan ukuran-ukuran gigi seperti tebal gigi, jarak antara gigi dan lain-lain.

2.3.2.           Pinion

Roda gigi yang lebih kecil dalam suatu pasangan roda gigi.

2.3.3.           Diameter Lingkaran Pitch

Merupakan diameter dari lingkaran pitch.

2.3.4.           Diametral Pitch

Jumlah gigi per satuan pitch. P  

Dimana :       N = Jumlah Gigi

                      D = Diameter Lingakaran Pitch

2.3.5.           Jarak Bagi Lingkaran

Jarak sepanjang lingkaran pitch antara profil dua gigi yang berdekatan atau keliling lingkaran pitch dibagi dengan jumah gigi, secara formulas dapat ditulis:

t

2.3.6.           Modul

Perbandingan antara diameter lingkaran pitch dengan jumlah gigi.

m

2.3.7.           Adendum

Jarak antara lingkaran kepala dengan lingkaran pitch diukur dalam arah radial.

2.3.8.           Dedendum

Jarak antara lingkaran pitch dengan lingkaran kaki yang diukur dalam arah radial.

2.3.9.           Working Depth

Jumlah jari-jari lingkaran kepala dari sepasang roda gigi yang berkontak dikurangi dengan jarak poros.

2.3.10.       Clearance Circle

Lingkaran yang bersinggungan dengan lingkaran addendum dari gigi yang berpasangan.

2.3.11.       Pitch Point

Titik singgun dari lingkaran pitch dari sepasang roda gigi yang berkontak yang juga merupakan titik potong antara garis kerja dengan garis pusat.

2.3.12.       Operating Pitch Circle

Lingkaran-lingkaran singgun dari sepasang roda gigi yang berkontak dan jarak porosnya menyimpang dari jarak poros yang secara teoritis benar.

2.3.13.       Dedendum Circle

Lingkaran kaki gigi yaitu lingkaran yang membatasi kaki gigi.

2.3.14.       Width of Space

Tebal ruang antara roda gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.

2.3.15.       Sudut Tekan

Sudut yang dibentuk dari garis normal dengan kemiringan dari sisi kepala gigi.

2.3.16.       Kedalaman Total

Jumlah dari addendum dan dedendum.

2.3.17.       Tebal Gigi

Lebar gigi diukur sepanjang lingkaran pitch.

2.3.18.       Lebar Ruang

Ukuran ruang antara dua gigi sepanjang lingkaran pitch.

2.3.19.       Backlash

Selisih antara tebal gigi dengan lebar ruang.

2.3.20.       Sisi Kepala

Permukaan gigi di atas lingkaran pitch.

2.3.21.       Sisi Kaki

Permukaan gigi di bawah lingkaran pitch.

2.3.22.       Puncak Kepala

Permukaan di puncak gigi.

2.3.23.       Lebar Gigi

Kedalaman gigi diukur sejajar sumbunya.

2.4.                 Cara Menyatakan Ukuran Roda Gigi

Sepeti hal nya pada pemeriksaan ulir, maka pada pemeriksaan roda gigi pun diperlukan perhitungan-perhitungan tertentu terutama perhitungan dengan trigonometri. Yang telah disinggung di muka sebagian besar mengenai roda gigi lurus (spur gear). Pada dasarnya pemeriksaan untuk semua jenis roda gigi adalah sama yaitu lebih menitik beratkan pada pemeriksaan bentuk fisik dari roda gigi dan bentuk dari giginya, baru kemudian dijabarkan/dikembangkan pada pemeriksaan elemen-elemen yang lain.

Sebagaimana telah dikemukakan di muka bahwa pemeriksaan roda gigi dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu pemeriksaan roda gigi secara keseluruhan dalam arti membandingkannya dengan roda gigi standar dan pemeriksaan roda gigi standar dan pemeriksaan elemen-elemen roda gigi secara sendiri-sendiri. Pemeriksaan roda gigi dengan membandingkannya terhadap roda gigi standar disebut juga dengan istilah pemeraksaan secara keseluruhan (general test). Sedangkan pemeriksaan elemen-elemen dari roda gigi disebut juga dengan istilah pemeriksaaan individual (individual test).

2.4.1.           Membandingkan Roda igi dengan Roda Gigi Standar (General test)

Salah satu alat yng biasa digunakan untuk memeriksa roda gigi secara keseluruhan adalah Parkson Gear Tester.

Gambar 2.16. Membandingkan Roda Gigi dengan Roda Gigi Standar (Gear master)

Alat ini terdiri dari meja, pemegang tetap roda gigi standar, pemegang roda gigi yang bisa diatur posisinya, roda gigi standar, jam ukur dan pengaturnya, kunci penyetel posisi roda gigi dan skala vernier pengtur jarak pusat roda gigi. Bila sebuah roda yang akan diperiksa sudah dipasangkan dengan posisi yang tepat terhadap roda gigi standar maka setiap penyimpangan roda gigi akan terlihat pada waktu pemasangan roda gigi tersebut diputar. Pengyimpangan ini bisa dilihat pada jam ukur dimana setiap perubahan jarak dari posisi roda gigi yang diperiksa akan ditunjukkan oleh jarum penunjuk jam ukur. Perubahan ini timbul akibat adanya penyimpangan-penyimpangan pada roda gigi yang diperiksa, antara lain misalnya kesalahan bentuk gigi, kesalahan jarak puncak gigi (pitch), konsentrisitas pitch dan sebagainya.

Secara ringkas, prosedur pemeriksaannya dapat dilakukan sebagai berikut: gunakan blok ukur di antara masing-masing spindel untuk menyetel posisi nol jarum ukur pada jarak pusat yang tepat antara pusat roda gigi standar dan roda gigi yang diperiksa. Panjang blok ukur adalah jarak pusat (L) dikurang setengah dari jumlah diameter masing-masing spindel (d₁ dan d₂), jadi ukuran blok ukur . Setelah itu menyetel harga-harga batas pada jam ukur. Pasangan roda gigi kemudian diputar dan catatlah semua perubahan yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk jam ukur. Bila jarum penunjuk menunjukkan harga di luar harga batas yang sudah ditentukan maka kesimpulannya adalah roda gigi tidak bisa dipakai. Dengan mengunakan alat pengukur kekasaran permukaan maka setiap penyimpangan yang terjadi bisa direkam yang dengan perbesaran tertentu penyimpangan tersebut tergambar pada kertas skala dari alat pengukur yang digunakan.

2.4.2.           Pengukuran Elemen Roda Gigi Secara Individual (Individual test)

Dalam pemeriksaaan elemen-elemen roda gigi secara individual ini, titik berat pemeriksaan biasanya terletak pada pemeriksaan diameter pitchnya. Dengan pemeriksaaan diameter pitch ini secara tidak langsung juga akan memeriksa diameter luar, diameter dasar, jarak puncak antar gigi, tebal gigi, eksentrisitas dan tinggi gigi.

a.           Pemeriksaan Eksentrisitas Roda Gigi

Untuk pemeriksaan eksentrisitas ini, alat ukur sederhana yang bisa digunakan antara lain adalah jam ukur, kawat dan blok V. Dengan alat sederhana ini dapat diketahui ketidakseimbangan (eksentrisitas) dari roda gigi yan penyimpangannya dapat diketahui dari jarum penunjuk jam ukur. Setiap kali diputar dicatat penyimpangannya sampai semua daerah lingkaran pitch selesai diperiksa. Bila tujuan pemeriksaan hanya ingin mengetahui apakah roda gigi seimbang atau tidak caranya adalah cukup dengan memutarnya secara perlahan-lahan lalu dibiarkan berhenti sendiri. Dalam keadaan akan berhenti sendiri dapat dilihat atau diamati bagian mana dari roda gigi yang menyebabkan tidak seimbang.

Gambar 2.17. Pemeriksaan Eksentrisitas Roda Gigi

b.          Pemeriksaan Roda Gigi dengan Rol Baja

Untuk pemeriksaan roda gigi dengan menggunakan rol baja maka yang harus diperhatikan adalah pemilihan diameter dari rol baja. Hal ini dimaksudkan agar agar posisi dari rol baja betul-betul tepat pada titik dari lingkaran pitch roda gigi.

Gambar 2.18. Pengukuran Roda Gigi dengan Rol Baja

            Jarak luar dari rol baja (M) = 2 x Rg

           

           

Rumus di atas berlaku untuk roda gigi dengan jumlah gigi genap. Sedangkan untuk roda gigi ganjil rumusnya adalah :

Jarak luar rol baja = 2 x AB + d (diameter rol)

    

Gambar 2.19. Pengukuran Roda Gigi Dengan Jumlah Gigi Ganjil

Seandainya diameter lingkaran pitch nya cukup besar maka pemeriksaan roda gigi bisa dilakukan pada sejumlah gigi bisa dilakukan pada sejumlah gigi saja.

Gambar 2.20. Pemeriksaan Roda Gigi yang Besar

c.           Pemeriksaan Jarak Gigi (Pitch)

Salah satu cara yang paling sederhana untuk memeriksa jarak darri gigi ke gigi ini adalah dengan menggunakan dua buah jam ukur, seperti tampak pada gambar

Gambar 2.21. Pemeriksaan Kesalahan Pitch Dari Gigi ke Gigi

Jam ukur A digunakan untuk pembacaan tetap dari pitch roda gigi. Sedangkan jam ukur B digunakan untuk mencatat setiap perubahan dari pitch gigi yang diperiksa. Kesalahan yang sesungguhnya dari tiap pitch tiap gigi dapat ditentukan dengan jalan mengurangi setiap hasil pengukuran yang terbaca pada jam ukur B untuk setiap gigi dengan harga rata-rata dari seluruh hasil pembacaan pada semua gigi.

d.          Perhitungan Untuk Roda Gigi Helix (Helical Gear)

Untuk analisis pengukuran roda gigi helix dengan beberapa perhitungan maka pengukurannya dapat dilakukan berdasarkan tiga bisang, yaitu:

1.      Bidang normal terhadap sisi gigi yang ditunjukkan oleh tanda ‘n’ dalam perhitungannya.

2.      Bidang normal terhadap sumbu putar yang biasa disebut dengan bidang transversa (menyilang) dan dibei simbol ‘t’.

3.      Bidang paralel dengan sumbu putar yang biasa disebut dengan bidang aksial dan diberi tanda ‘a’.

Gambar 2.22. Beberapa Istilah Untuk Pengkuran Roda Gigi Helix

2.5.                 Istilah-istilah Pada Roda Gigi

2.5.1.           Frekuensi Putaran

Merupakan ukuran seberapa banyak putaran terjadi dalam satu satuan waktu. Misalnya, RPM adalah seberapa banyak putaran terjadi dalam satu menit.

2.5.2.           Jumlah Gigi

Merupakan jumlah gigi yang dimiliki oleh roda gigi. Dalam kasus roda gigi cacing, jumlah gigi adalah nomor thread dari roda gigi cacing.

2.5.3.           Aksis

Merupakan sumbu yang melalui pusat perputaran oda gigi.

2.5.4.           Frekuensi Angular

Diukur dalam radian per detik, dimana 1 RP  rad/detik. Satu putaran bernilai 2 π rad.

2.5.5.           Pitch

Merupakan ruang di antara gigi.

2.5.6.           Sudut Heliks

Merupakan sudut antara tangen ke heliks dan aksis roda gigi. Sudut heliks roda gigi cacing mendekati 90⁰.

2.6.                 Perancangan Roda Gigi

2.6.1.           Tahap-tahap Dalam Perancangan

Proses perancangan dimulai dari penentuan kebutuhan, dan keputusan untuk berbuat sesuatu akan hal tersebut. Melalui beberapa tahapan perancangan dan iterasi, proses akan berakhir dengan penyajian hasil rancangan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Secara ideal, metoda perancangan dalam bidang teknik termasuk perancangan roda gigi.

Awal dari proses perancangan adalah berupa pengenalan kebutuhan, dimana seorang perancang harus bisa mendefenisikan kebutuhan tersebut. Roda gigi secara umum dipakai untuk mentransmisikan daya dari mesin penggerak, sehingga secara umum dalam perancangan roda gigi, defenisi adalah berupa keberadaan sistem transmisi roda gigi yang dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan oleh perancang atau pengguna. Untuk mendefenisikan kebutuhan tersebut, umumnya sudah ada data awal yang berfungsi sebagai data masukan untuk proses perancangan. Data itu dapat berupa besar daya yang ditransmisikn dari mesin penggerak ataupun dimensi ruangan yang tersedia untuk penempatan transmisi tersebut.

                                   

             Perumusan masalah harus mencakup seluruh rincian spesifikasi tentang sesuatu yang akan direncanakan. Perincian tersebut mencakup sejumlah data masukn dan keluaran dari proses perancangan dan semua batasan-batasan atas besaran yang berkaitan dengan hal tersebut. Spesifikasi dapat berupa jenis roda gigi, dimensi, taksiran umur, batasan temperatur operasi, keandalah, kecepatan/putaran, kemampuan mentransmisikan daya, material roda gigi,  pelumas yang dipakai, dimensi ruang dan lain-lain. Perancang harus dapat merumuskan dengan jelas spesifikasi yang akan direncanakan.

Dalam merumuskan spesifikasi yang direncanakan, seorang perancang harus memperhatikan batasan-batasan atau kendala yang ada pada proses perancangan. Batasan pada perancangan roda gigi dapat berupa dimensi ruang yang tersedia untuk penempatan transmisi, material roda gigi yang tersedia, proses atau fasilitas manufaktur roda gigi yang tersedia, standarisasi permesinan di pasaran maupun besar biaya yang tersedia. Dengan adanya perumusan spesifikasi yang diinginkan dan keberadaan batasan-batasan dalam proses perancangan, maka kemungkinan akan menghasilkan beberapa solusi. Dalam perancangan roda gigi, solusi ini umumnya berupa sistem transmisi roda gigi yang berisikan jenis roda gigi, dimensi roda gigi, material roda gigi, data operasional, pelumas dan lain-lain.

Tahap sintesa merupakan solusi optimum dari sistem transmisi yang berasal dari solusi-solusi yang didapat dari tahap sebelumnya. Penilaian atau evaluasi atas solusi ini dilakukan dengan proses analisis dan optimasi. Analisis dan optimasi dilakukan untuk menguji solusi yang didapat dari proses sintesa apakah solusi tersebut berdaya guna dengan baik sesuai spesifikasi yang direncanakan. Jika solusi yang didapat sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan maka proses selanjutnya adalah evaluasi hasil rancangan. Tetapi jika tidak sesuai dengan harapan atau tidak sesuai spesifikasi yang direncanakan maka solusi ini gagal dan harus kembali ke tahap perancangan sebelumnya.

Proses kembali ke tahap sebelumnya dapat berupa tahap sintesa, yaitu mencoba dengan solusi yang lain kemudian diuji dwngan proses analisis dan optimasi. Dapat juga tahap sebelumnya adalah tahap perumusan masalah dengan cara merubah spesifikasi yang diinginkan, sehingga akan mendapatkan solusi-solusi baru. Tetapi, jika proses tersebut masih gagal maka kembali ke proses awal perancangan dengan kemungkinan perlu mengubah defenisi kebutuhan.

Tahap evaluasi dilakukan untuk solusi yang lolos dari proses iterasi. Jika tahap sebelumnya proses perancangan lebih banyak dilakukan di atas kertas, tetapi evaluasi biasanya dilakukan berupa proses pengujian hasil perancangan (kaji eksperimental), sehingga umumnya diperlukan pembuatan suatu prototype. Jika dalam pengujian ternyata gagal maka proses perancangan lebih banyak mengacu pada data-data hasil pengujian yang sudah dilakukan oleh perancang-perancang sebelumnya. Keberadaan data-data hasil pengujian yang cukup lengkap akan sangat membantu dalam usaha memperkecil kegagalan dalam tahap evaluasi.

Tahap penyajian merupakan tahap terakhir dari proses perancangan. Tahap penyajian dapat berupa data lisan, data tertulis atau data grafis (gambar). Seorang perancang yang baik akan dapat menyampaikan hasil rancangan yang komunikatif sesuai dengan keperluan. Metode penyajian yang baik akan sangat membantu perancang untuk menjelaskan dan meyakinkan pengguna hasil rancangan.

2.6.2.           Pertimbangan yang Dipakai Dalam Perancangan

Biasanya sejumlah faktor harus dipertimbangkan dalam situasi perancangan tertentu. Kadangkala salah satu diantaranya menjadi kritis, dan bila hal ini dipenuhi, maka faktor-faktor lain tak perlu dipertimbangkan lagi. Berikut daftar faktor-faktor yang harus dipertimbangkan, yakni:

1.      Kekuatan                                                         12. Kebisingan

2.      Keandalan                                                       13. Corak bentuk

3.      Pertimbangan panas                                        14. Bentuk

4.      Korosi                                                                         15. Ukuran

5.      Keausan                                                          16. Kelendutan

6.      Gesekan                                                          17. Pengaturan

7.      Pembuatan                                                      18. Kekakuan

8.      Kegunaan                                                        19. Pengerjaan akhir

9.      Biaya                                                               20. Pelumasan

10.  Keamanan                                                       21. Pemeliharaan

11.  Berat                                                               22. Volume

Beberapa di antara faktor tersebut, ada yang berkaitan langsung dengan ukuran, jenis bahan, pengerjaan dan penggabungan elemen-elemen tersebut menjadi sebuah sistem. Faktor lainnya, mempengaruhi susunan bentuk dari sistem secara keseluruhan.

2.6.3.           Faktor Keamanan

Istilah faktor keamanan (factor of safety) adalah faktor yang dipakai untuk mengevaluasi keamann dari suatu obyek. Secara kuantitatif faktor keamanan adalah perbandingan harga parameter spesifikasi obyek yang dirancang dibagi dengan parameter spesifikasi obyek pada kondisi kritis, dimana parameter tersebut adalah merupakan besaran yang secara langsung menyatakan tingkat keamanan obyek, sehingga dalam perancangan harga faktor keamanan umumnya berharga lebih dari satu.

2.6.4.           Kode dan Standar

Standar adalah beberapa spesifikasi dari bagian, material dan proses yang dimaksudkan untuk mencapai keseragaman, efisiensi dan kualitas obyek. Hal ini diperlukan agar tidak terjadi kerancuan dari pihak pengguna dan pembuat obyek tersebut.

Kode adalah beberapa spesifikasi dari analisis, desain, pembuatan dan pembangunan dari suatu obyek. Tujuan dibuatnya kode adalah untuk menyatakan tingkat keamanan, efisiensi, performansi (unjuk kerja) dan kualitas. Ada beberapa organisasi yang memberikan standar dan kode desain, antara lain:

1.      American Gear Manufacturing Association (AGMA)

2.      American Society of Mechanical Engineers (ASME)

3.      American Society of Testing Method (ASTM)

4.      British Standards Institution (BSI)

5.      International Standards Organiztion (ISO)

6.      DIN (dari Jerman) dan JIS (Jepang)

2.6.5.           Perancangan Roda Gigi Metode Niemann

Metode untuk merancang dan mengevaluasi hasil rancangan suatu roda gigi telah banyak dikembangkan dan telah dijadikan standar perancangan. Hampir setiap negara industri memiliki standar perancangan untuk roda gigi, namun di antara standar yang ada di dunia industri roda gigi ada dua yang tekenal yaitu AGMA dan FZG. Standar AGMA dipakai di Amerika sedangkan FZG dipakai di Republik Federasi Jerman.

Akhir-akhir ini dengan semaraknya Sistem Standar Internasional (ISO), roda gigi pun ikut ikut distandarkan. Standar yang ada saat ini tentunya melalui tahapan rentang waktu yang cukup lama. Standar-standar tersebut sebagian besar diadopsi dari pakar dan praktisi yang bergelut di bidangnya masing-masing. Standar perhitungan roda gigi berdasarkan ISO sebagian besar diadopsi dari FZG. Sedangkan standar perhitungan roda gigi menurut FZG sebagian besar dikembangkan oleh seorang pakar roda gigi yang bernama Gustav Nieman. Sehingga berdasar dari uraian tersebut maka dalam tulisan ini dipilihlah perancangan roda gigi dengan metoda Niemann.

Metode perancangan roda gigi dengan metode Niemann sebagian besar terdiri dari hasil-hasil penelitian yang dijadikan suatu bentuk empiris. Inti dari metode perhitungan yang dipakai selalu melibatkan tabel dan grafik serta formulasi empiris.

           

           

           

BAB III

PEMBAHASAN SOAL

1.     
Pada tikungan tajam, seorang sopir memutar roda kemudinya 4 putaran dalam waktu 4 detik. Sistem kemudinya mempergunakan roda gigi kemudi cacaing dan rol, jumlah gigi cacing 5 dan gigi rol 20. Berapa putaran rol dalam waktu 2 detik, kola sopir memutar roda kemudi dengan kecepatan putar tersebut di atas ?

2.      Pada mobil sedan corolla, angka perbandingan roda gigi kemudinya = 20

  Jika roda kemudi diputar 3 kali putaran, berapa besar sudut putar lengan  pitman?

3.      Momen putar sopir pada roda kemudi seperti gambar, perbandingan roda gigi kemudi 16. Berapa besar momen putar lengan pitman ?

4.      Pada sistem kemudi dengan roda gigi kemudi cacing dan rol, i totalnya 20.Jika rod kemudi diputar 5 putaran dalam waktu 5 detik, lengan pitman bergerak 100⁰. Berapa sudut belok roda, jika lengan pitman bergerak 20⁰ ?

5.      Diketahui  :      Roda gigi cacing dan rol

                         Z₁  =  3

                         Z₂  =  66

                         n₁  =  5 putaran

Dicari       :      n₂ dan i

Jawab      :

6.      Diketahui  : Roda gigi kemudi rol dan cacing

                           Roda kemudi diputar 1 kali

                              Lengan pitman bergerak 200

 Ditanya     : i

 Jawab       :

7.      Diketahui       : Sistem kemudi dengan roda gigi kemudi seperti tersebut di atas ®   n₂  =  90 Nm

Ditanya          : M1

Jawab              :

8.       

 

9.      Roda gigi heliks dengan  z = 40 harus menggunakan kepala pembagi         universal denga lingkaran plat pembagi 12 lubang. Putaran engkol plat  pembagi adalah ...

Jawab:

z = 40

i = 30:1

Plat pembagi yang dipakai 12 lubang

p = Banyak putaran

p = 40/z =40/40 = 1 putaran

10.  Pada pembuatan roda gigi heliks , diketahui mn = 2 , B= 10⁰ , jumlah gigi z = 30 , dan h_f  = 1,25 m_a. Diameter kakinya adalah sebesar ...