2.     Uraian Materi

a.     Fungsi Rantai 

Rantai biasanya digunakan untuk memindahkan daya atau putaran dari poros penggerak ke poros yang digerakan dengan posisi sumbu-sumbu porosnya sejajar. Jarak antara poros satu dengan poros lainnya pada transmisi rantai relatif lebih jauh dibandingkan dengan transmisi roda gigi , dan lebih pendek jika dibandingkan dengan transmisi roda sabuk . 

b.     Kebaikan Dan Kekurangan Transmisi Rantai 

Sebagai kebaikan transmisi rantai dibandingkan dengan transmisi roda sabuk adalah :

• transmisi rantai dapat memindahkan daya yang lebih besar dibandingkan dengan transmisi roda sabuk,

• pada transmisi rantai tidak terjadi creep sebagai mana terjadi pada roda sabuk .

Sedangkan kekurangan dari transmisi rantai dibandingkan dengan transmisi lainnya adalah :

• Kecepatan keliling relatif terbatas .

• Suaranya berisik

• Terjadi gesekan lebih besar antara roll dan kaki-roda rantai 

• Terjadi mulur akibat ausnya pen-pen yang bergesekan. 

c.     Penggunaan Rantai 

Penggunaan transmisi rantai dapat dijumpai pada :

• Sepeda motor

• Mesin roll

• Mesin perkakas

• Konveyor

• Alat-alat angkat dan transmisi lainnya. 

d.     Macam-Macam Rantai 

Rantai terdiri atas :

• Rantai engsel

• Rantai mata 

1.     Rantai engsel 

a.      Bahan dan bentuk rantai engsel/ roll 

Rantai engsel disebut juga dengan rantai roll banyak digunakan untuk alat alat transmisi . Bahan rantai terbuat dari pelat-pelat dengan pena, bus dan roll dari bahan baja carbon atau baja chrome dengan pengerasan kulit. Rantai roll dan bagian bagiannya dapat di lihat pada gambar berikut.

b.     Ukuran rantai roll 

Ukuran standar rantai roll disesuaikan dengan nomor rantai seperti terlihat pada tabel berikut.

c.     Dasar dasar perhitugan rantai engsel /roll

1).    Tegangan tarik yang terjadi pada penampang A-A

2).    Tegangan yang terjadi pada penampang B-B

3).    Tegangan geser pada pen

4).    Gaya yang bekerja pada rantai 

Beban yang bekerja pada rantai dapat dihitung dengan persamaan berikut : Jika rantai mempunyai kecepatan V yang digerakan oleh suatu daya P (Kw) , maka gaya yang bekerja pada rantai adalah :

2.     Rantai mata 

a.     fungsi dan macam-macam rantai mata 

Rantai mata fungsinya untuk menarik beban pada alat-alat angkat , rantai mata ini terdiri atas : 

• Rantai bermata pendek yaitu t < 3d

• Rantai mata bermata panjang yaitu t> 3d

Untuk menghubungkan atau menyambung rantai dengan peralatan lain , misalnya dengan kait dan semacamnya digunakan kili-kili atau segel , lihat gambar berikut.

b.     Perhitungan rantai mata Tegangan tarik pada penampang A-A

• F = Beban dalam satuan kg

• d = diameter mata rantai dalam satuan cm

• σt = tegangan tarik dalam satuan (kg/cm2)

e.      Roda Rantai 

1.     Diameter roda rantai 

Jika roda rantai mempunyai jumlah gigi z buah gigi , maka jarak antara giginya mempunyai sudut 180o    , lihat gambar berikut . Bentuk roda rantai dapat di lihat pada gambar berikut :

Panjang rantai dinyatakan dalam jumlah mata rantai dan dapat dihitung dengan persamaan berikut :

  Contoh 8.3 

  Suatu transmisi roda rantai diketahui :

3. Tugas

J. RODA GIGI LURUS

1.     Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari materi ini, dengan melalui mengamati, menanya, pengumpulan data, mengasosiasi dan mengkomunikasikan, Mahasiswa dapat:

a. Menjelaskan fungsi roda gigi lurus

b. Menjelaskan keuntungan dan kerugian roda gigi lurus

c. Menjelaskan ukuran standar roda gigi lurus

d. Menjelaskan macam-macam roda gigi lurus

e. Menghitung kekuatan roda gigi lurus

2.    Uraian Materi

Pada roda gigi, jarak antara roda gigi penggerak dan yang digerakkan adalah sangat kecil. Berikut adalah keuntungan dan kerugian penggerak roda gigi dibandingkan dengan penggerak lain, seperti belt, tali dan rantai: 

1.     Keuntungan: 

• Dapat mentransmisikan rasio putaran dengan tepat (pasti)

• Dapat digunakan untuk mentransmisikan daya yang besar.

• Dapat digunakan untuk jarak pusat poros yang kecil. 

• Mempunyai efisiensi yang tinggi. 5. Pemakaiannya lebih handal. 

• Mempunyai layout yang kompak (rapid dan ringkas, seperti gearbox).

2.     Kerugian: 

• Karena proses manufaktur (pembuatan/produksi) dari roda gigi membutuhkan pahat dan peralatan khusus, sehingga hal itu menjadikan harganya lebih mahal dibanding penggerak lain.

• Penyimpangan (kesalahan) dalam pemotongan gigi-gigi dapat mengakibatkan getaran dan gangguan selama operasi.

• Roda gigi memerlukan lubrikasi (pelumasan) yang sesuai dan metode penerapan yang handal, untuk persiapan operasi. 

3.     Klasifikasi roda gigi 

Roda gigi dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 

a.     Menurut posisi sumbu poros. 

Sumbu antara dua poros yang mana gerak ditransmisikan adalah: 

• Paralel (sejajar)

• Bersilangan 

• Tidak bersilangan dan tidak sejajar. 

Dua sumbu poros yang dihubungkan sejajar oleh roda gigi. Roda gigi ini dinamakan spur gears (roda gigi lurus). Roda gigi ini mempunyai gigi yang sejajar dengan sumbu roda. Nama lain yang diberikan untuk spur gears adalah helical gears, yang mana gigi-giginya dimiringkan terhadap poros. Single dan double helical gears menghubungkan dua poros ditunjukkan pada Gambar 2. a dan b.

Dua poros yang tidak sejajar dihubungkan oleh roda gigi ditunjukkan pada Gambar 2.c. Roda gigi ini dinamakan bevel gears. Bevel gears seperti pada roda gigi lurus dapat juga gigi-giginya miring pada permukaan dari bevel, dimana dalam kasus ini dinamakan helical bevel gears. 

Dua poros yang tidak bersilangan dan tidak sejajar dihubungkan oleh roda gigi dinamakan spiral gears atau skew bevel gearing, ditunjukkan pada Gambar 2.d. Tipe ini juga mempunyai kontak garis (line contact).

b.     Menurut kecepatan keliling roda gigi. 

Roda gigi tipe ini dapat diklasifikasikan menjadi: 

• Kecepatan rendah (di bawah 3 m/s), 

• Kecepatan sedang (antara 3 m/s sampai 15 m/s), 

• Kecepatan tinggi ( di atas 15 m/s). 

 c.     Menurut model kontak gigi. 

Dapat diklasifikasikan menjadi:

• Kontak gigi eksternal (external gearing)

• Kontak gigi internal (internal gearing)

• Rack dan pinion.

Dalam external gearing, roda gigi dari dua poros berhubungan secara eksternal seperti ditunjukkan pada Gambar 3.a. Roda yang terbesar dinamakan spur wheel atau gear dan roda terkecil dinamakan pinion. 

Dalam internal gearing, roda gigi dari dua poros berhubungan secara internal seperti ditunjukkan pada Gambar 3.b. Roda yang terbesar dinamakan annular wheel atau gear dan roda terkecil dinamakan pinion. 

Kadang-kadang roda gigi dari poros yang berhubungan secara eksternal dan internal dengan roda gigi dalam sebuah garis lurus seperti pada Gambar 4. Jenis roda gigi ini dinamakan rack dan pinion. Roda gigi garis lurus dinamakan rack dan roda lingkaran dinamakan pinion. Dengan bantuan rack dan pinion, kita dapat memindahkan gerakan linier ke dalam gerak putar seperti pada Gambar 4.

d.     Menurut posisi gigi pada permukaan roda gigi. 

Gigi pada permukaan roda gigi dapat dikelompokkan menjadi: 

• Lurus

• Miring

• Melengkung 

Kita sudah membahas sebelumnya bahwa spur gears mempunyai gigi lurus yang mana helical gears mempunyai gigi miring. 

4.     Istilah yang digunakan pada roda gigi

Istilah berikut biasa digunakan pada bab ini, sehingga dapat dengan mudah dipahami. Istilah ini diilustrasikan pada Gambar 5. 

a.      Lingkaran kisar (pitch circle).Ini adalah sebuah lingkaran imajiner (khayal) oleh aksi pengerolan murni, akan memberikan gerak yang yang sebagai roda gigi actual. 

b.     Diameter pitch circle. Ukuran roda gigi bias any dikhususkan oleh diameter pitch circle. Ini dinamakan juga diameter pitch. 

c.     Permukaan pitch. Adalah permukaan yang ditempatkan pada pitch circle. 

d.     Addendum. Adalah jarak radial sebuah gigi dari pitch circle ke bagian atas gigi. 

e.     Dedendum. Adalah jarak radial sebuah gigi dari pitch circle ke bagian bawah gigi. 

f.      Addendum circle (Lingkaran addendum). Adalah lingkaran melalui bagian atas gigi dan sepusat (seporos) dengan pitch circle. 

g.    Dedendum circle (lingkaran dedendum). Adalah lingkaran melalui bagian bawah gigi. Ini dinamakan juga dengan root circle.

h.    Circular pich. Adalah jarak yang diukur pada keliling pitch circle dari sebuah titik dari salah satu gigi ke titik gigi berikutnya. Biasanya dinotasikan dengan Pc .

Secara matematika, 

Circular pitch,  Pc = π.D/T

Dimana: 

D = diameter pitch circle, 

T = jumlah gigi pada roda. 

 Jika D 1 dan D 2 adalah diameter dari 2 roda gigi yang berhubungan mempunyai jumlah gigi T 1 dan T 2 , maka:

i.       Diametral pitch. Adalah rasio jumlah gigi terhadap diameter pitch circle dalam milimeter. Ini dinotasikan dengan Pd . secara matematika dapat ditulis.

j.       Module. Adalah rasio diameter pitch circle dalam milimeter terhadap jumlah gigi. Biasanya dinotasikan dengan m. secara matematika dapat ditulis:

k.      Clearance. Adalah jarak radial dari bagian atas gigi terhadap bagian bawah gigi, pada sebuah roda gigi yang kontak (berhubungan). Sebuah lingkaran yang melalui bagian atas gigi yang kontak diketahui sebagai clearance circle.

l.       Kedalaman total (total depth). Adalah jarak radial antara addendum circle dan dedendum circle. Ini sama dengan jumlah addendum dan dedendum. 

5.     Material Roda Gigi 

Material yang digunakan untuk membuat roda gigi tergantung pada kekuatan dan kondisi pemakaian. Roda gigi dapat dibuat dari material logam dan non logam. Roda gigi logam berasal dari besi cor, baja dan perunggu. Roda gigi non logam terbuat dari kayu, kulit, kertas tekan dan resin sintetis. Besi cor banyak digunakan untuk membuat roda gigi karena sifat tahan aus yang baik, mampu dimilling dan mudah dibentuk dengan metode pengecoran. Baja digunakan untuk roda gigi kekuatan tinggi dan baja dapat terbuat dari baja karbon atau baja paduan. Roda gigi baja biasanya diperlakukan panas agar menghasilkan kombinasi sifat ketangguhan dan kekerasan gigi. Perunggu digunakan secara luas untuk roda gigi cacing (worm gears) untuk menurunkan keausan. Tabel berikut ini menunjukkan sifat material yang biasa digunakan pada roda gigi. 

Tabel 1: Sifat materal yang biasa digunakan pada roda gigi

6.     Desain Roda Gigi

Dalam desain roda gigi, data berikut ini biasanya menjadi bahan pertimbangan: 

• Daya yang ditransmisikan.

• Kecepatan roda gigi penggerak. 

• Kecepatan roda gigi yang digerakkan atau rasio putaran, dan 

• Jarak pusat poros. 

Syarat berikut harus dijumpai dalam desain sebuah penggerak roda gigi: 

• Gigi gear harus mempunyai kekuatan yang cukup sehingga tidak akan gagal di bawah beban statis atau beban dinamis selama operasi berjalan normal.

• Gigi gear harus mempunyai cirri-ciri tahan aus sehingga umurnya aman.

• Pemakaian material harus ekonomis.

• Penjajaran roda gigi dan defleksi poros harus dipertimbangkan karena mempengaruhi unjuk kerja roda gigi. 

• Pelumasan roda gigi harus memenuhi syarat. 

7.     Jumlah Gigi Minimum Pinion  

Jumalh gigi minimum pada pinion (TP) dapat diperoleh dari persamaan berikut ini:

8.      Kekuatan Batang Gigi Gear-Persamaan Lewis

Kekuatan batang gigi gear ditentukan dari persamaan Lewis dan kemampuan gigi gear membawa beban ditentukan oleh persamaan ini yang dapat memberikan hasil yang memuaskan. Dalam penyelidikan, Lewis mengasumsikan bahwa beban ditransmisikan dari satu gigi ke gigi lain, seluruhnya diberikan dan diambil oleh satu gigi, karena itu tidak selalu aman untuk menahan bahwa beban didistribusikan di antara beberapa gigi. Ketika gigi mulai kontak, beban diasumsikan berada pada ujung dari gigi penggerak dan ujung gigi yang digerakkan. 

Perhatikan setiap gigi seperti sebuah batang cantilever yang dibebani oleh beban normal (WN ) seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Beban normal diuraikan ke dalam dua komponen yaitu komponen tangensial (WT) dan komponen radial (WR) yang tegak lurus dan sejajar terhadap garis pusat gigi. Komponen tangensial (WT) menimbulkan tegangan bending yang cenderung mematahkan gigi. Komponen radial (WR) menimbulkan tegangan tekan yang besarnya relative kecil, sehingga pengaruhnya pada gigi dapat diabaikan. Di sini tegangan bending digunakan sebagai dasar untuk perhitungan desain. Bagian kritis dari tegangan bending maksimum dapat diperoleh dengan menggambar sebuah parabola melalui A dan tangensial terhadap kurva gigi pada B dan C. Parabola ini, seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Nilai maksimum dari tegangan bending atau tegangan kerja yang diizinkan, pada bagian BC diberikan oleh:

9.   Tegangan Kerja yang Diijinkan Untuk Gigi Gear  

Tegangan kerja yang diijinkan (σw) dalam persamaan Lewis tergantung pada material yang mana tegangan statis yang diizinkan (σo) dapat ditentukan. Tegangan statis yang diizinkan (σ o) adalah tegangan pada batas elastis material yang dinamakan tegangan dasar (basic stress). Menurut rumus Barth, tegangan kerja yang diizinkan adalah:

Table berikut menunjukkan nilai tegangan statis yang diizinkan untuk material roda gigi yang berbeda. 

Tabel 2: Nilai tegangan statis yang diijinkan

10.   Beban Statis Gigi  

Beban statis gigi (static tooth load) dinamakan juga kekuatan batang atau kekuatan ketahanan (endurance strength) diperoleh melalui rumus Lewis dengan cara mensubstitusikan batas ketahanan bending (flexural endurance limit) atau tegangan batas elastis (elastic limit stress) σe dari pada tegangan kerja yang diizinkan (σw). Beban statis dari gigi adalah:

Tabel berikut ini menunjukkan nilai batas ketahanan bending σe untuk material yang berbeda.

11    Penyebab Kegagalan Gigi Gear 

 Diantara penyebab kegagalan pada gigi gear adalah sebagai berikut: 

• Kegagalan bending. Setiap gigi gear berperan seperti sebuah cantilever. Jika beban dinamik total terjadi pada gigi gear lebih besar dari pada kekuatan batang dari gigi gear,maka gigi gear akan gagal karena bending yaitu gigi gear bias patah.

• Pitting (bintik-bintik/lubang kecil). Adalah kegagalan fatik permukaan yang mana terjadi akibat beberapa tegangan kontak Hertz. Kegagalan terjadi ketika tegangan kontak permukaan lebih besar dari pada batas ketahanan material. 

• Scoring. Panas yang luar biasa dihasilkan ketika adanya tekanan permukaan yang sangat besar, kecepatan yang tinggi atau suplai pelumasan yang gagal. 

•  Keausan abrasive. Partikel asing dalam pelumasan seperti kotoran, debu, yang masuk antara gigi dan kerusakan susunan gigi. Jenis kegagalan ini dapat dihindari dengan cara memberikan filter/saringan untuk pelumasan oli atau dengan penggunaan pelumas viskositas tinggi. 

• Keausan korosif. Korosi pada permukaan gigi terutama diakibatkan adanya elemen korosif. Untuk menghindari keausan jenis ini, perlu ditambahkan bahan anti korosif. 

12.   Prosedur Desain Roda Gigi Lurus 

Berikut ini prosedur desain/perancangan roda gigi lurus:

• Beban gigi tangensial, diperoleh dari daya yang ditransmisikan dan kecepatan garis pitch dengan menggunakan hubungan berikut: 

Dimana: 

WT = beban gigi tangensial yang diizinkan, dalam Newton, 

P = daya yang ditransmisikan dalam watt, 

v = kecepatan garis pitch dalam m/s = π.D.N/60, D = diameter lingkar pitch dalam meter. 

N = putaran dalam rpm 

CS = service factor, 

Tabel 4: Nilai service factor 

Catatan: 

• Nilai service factor di atas untuk roda gigi yang dilumasi secara tertutup rapat. Dalam kasus pelumasan roda gigi secara terbuka dengan menggunakan grease, nilai service factor adalah 0,65.

• Penerapan persamaan Lewis adalah sebagai berikut:

Tabel 5: Nilai dari Batas ketahanan permukaan (surface endurance limit)