- Back to Home »
- Teknik Mesin »
- teknik pemesinan "Pengukuran Roda Gigi"
Posted by : Unknown
Sabtu, 26 April 2014
PENGUKURAN RODA GIGI
Kita telah mengenal apa yang dinamakan roda gigi. Pada sepeda,
kendaraan roda dua, mobil, kereta api, pesawat udara, kapal laut, dan semua
jenis mesin-mesin perkakas selalu dilengkapi dengan komponen-komponen roda
gigi. Dengan adanya komponen-komponen roda gigi ini maka sistem mekanisme mesin
dan motor dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Makin tinggi kualitas suatu
produk yang memerlukan perlengkapan roda gigi, maka makin tinggi dan makin
presisi pula roda gigi yang harus dibuat.
Untuk dapat membuat roda gigi dari kualitas rendah sampai pada
roda gigi yang berkualitas tinggi sudah tentu tidak bisa lepas dari salah satu
faktor dalam proses pembuatannya yaitu proses pengukuran. Dalam kaitan ini akan
disinggung alat ukur roda gigi, bagian-bagian roda gigi yang perlu diukur dan
bagaimana cara mengukurnya.
A. Jenis dan Fungsi Roda Gigi
Pada umumnya bentuk gigi roda gigi yang banyak diproduksi dapat
dibedakan menjadi dua macam, yaitu bentuk involute dan bentuk cycloidal.
Yang paling banyak diproduksi adalah bentuk involute karena
lebih cocok untuk keperluan produk-produk permesinan secara umum yang
memerlukan ketelitian-ketelitian tertentu. Sedangkan untuk keperluan
mesin-mesin dengan beban berat dan pekerjaan kasar biasanya digunakan roda gigi
dengan bentuk cycloidal.
Dalam bidang permesinan, jenis roda gigi adalah bermacam-macam.
Ada yang membedakan roda gigi dari bentuk giginya dan ada pula yang
membedakannya menurut posisi dari poros untuk masing-masing roda gigi pada
suatu pasangan roda gigi. Akan tetapi, dari dua cara membedakan itu pada
dasarnya jenis roda gigi yang dibedakan adalah sama.
1. Jenis Roda Gigi Menurut Bentuk Gigi
Berdasarkan dari bentuk giginya maka roda gigi dapat dibedakan :
1.1. Roda gigi lurus (spur gear)
Pada jenis roda gigi ini, pemotongan gigi-giginya adalah searah
dengan porosnya. Ada pula jenis gigi lurus lainnya tetapi badan gigi tidak
berbentuk lingkaran melainkan berbentuk batang segi empat panjang. Pada
permukaan memanjang inilah pemotongan gigi-giginya dilakukan yang arahnya
kadang-kadang tegak lurus dan kadang-kadang membentuk sudut terhadap batang
gigi (badan gigi). Bentuk gigi yang demikian ini biasa disebut dengan Gigi Rack.
1.2. Roda gigi helix (helical gear)
Jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya tidak lurus tetapi
sedikit membentuk sudut di sepanjang badan gigi yang berbentuk silinder. Bila
dilihat arah alur giginya nampak bahwa alur tersebut membengkok.
1.3. Roda gigi payung (straight bevel gear)
Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada
bagian yang konis. Pada permukaan yang konis ini gigi-gigi dibentuk yang
arahnya lurus dan searah dengan poros roda gigi.
1.4. Roda gigi spiral (spiral gear)
Gigi-gigi roda gigi spiral arahnya membentuk suatu kurve. Biasanya
pemotongan gigi-giginya juga pada permukaan yang konis.
1.5. Roda gigi cacing (worm gear)
Jenis roda gigi ini biasanya merupakan satu pasangan yang terdiri
dari batang berulir cacing dan roda gigi cacing. Pada batang ulir cacing bentuk
giginya seperti ulir. Dan pada roda gigi cacing bentuk giginya hampir sama
dengan roda gigi helix, akan tetapi permukaan giginya membentuk lengkungan ke
dalam.
1.6. Roda gigi dalam (internal gear)
Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada
bagian dalam dari permukaan ring/lubang. Biasanya bentuk giginya adalah lurus
seperti roda gigi lurus (spur gear).
2. Jenis Roda Gigi Menurut Posisi Poros Pasangan Roda Gigi
Cara membedakan roda gigi yang kedua ini adalah dengan melihat
posisi dari masing-masing roda gigi untuk pasangan roda gigi. Jenis roda gigi
tersebut antara lain adalah :
2.1. Roda gigi yang
masing-masing porosnya satu sama lain posisinya sejajar sewaktu roda-roda gigi
tersebut dipasangkan. Contohnya adalah roda gigi lurus (spur gear)
dan roda gigi helix (helical gear).
2.2. Roda gigi yang
masing-masing porosnya mempunyai posisi saling menyiku satu sama lain. Contoh
nya adalah roda gigi payung dan roda gigi spiral. Menyiku di sini artinya poros
roda gigi yang satu posisinya tegak lurus terhadap poros roda gigi yang lain.
2.3. Ada pula pasangan roda gigi
yang poros-porosnya satu sama lain posisi tegak lurus, akan tetapi poros yang
satu berada di atas poros yang lian dengan posisi menyilang. Roda gigi yang
termasuk dalam jenis ini adalah roda gigi cacing, juga roda gigi helix.
3. Fungsi Roda Gigi
Secara umum fungsi dari roda gigi adalah untuk :
a. Meneruskan daya dari poros
penggerak ke poros yang digerakkan.
b. Mengubah putaran dari poros
penggerak ke 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 yang digerakkan berlawanan dengan 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.
B. Beberapa istilah penting dalam Roda Gigi
Untuk mengetahui elemen-elemen yang penting dalam roda gigi dapat
dilihat Gambar 5.1 di bawah ini.
Gambar
5.1. Elemen-elemen roda gigi lurus (spur gear).
1. Diametral pitch (P)
adalah banyaknya gigi untuk tiap satu inchi dari diameter lingkaran pitch.
Diametral pitch ini hanya merupakan harga secara hipotesis
saja yang harganya tidak bisa diukur. Akan tetapi pengertiannya sangat penting
untuk mempertimbangkan proporsi jumlah gigi.
N
= jumlah gigi
D
= diameter lingkaran pitch
2. Modul (m) adalah panjang
dari diameter lingkaran pitch untuk tiap gigi. Satuan untuk
modul adalah milimeter.
3. Circular Pitch (CP)
adalah jarak arc yang diukur pada lingkaran pitch dari salah
satu sisi sebuah gigi ke sisi yang sama dari gigi yang berikutnya.
Modul (m)
4. Addendum (Add) adalah
jarak radial dari lingkaran pitch sampai pada ujung puncak
dari gigi.
Addendum = = Modul
5. Kelonggaran (Clearance)
adalah jarak radial dari ujung puncak sebuah gigi roda gigi yang satu ke bagian
dasar dari gigi roda gigi yang lain untuk suatu pasangan roda gigi. Harga-harga
standar dari clearance ini adalah :
6. Deddendum (Dedd) adalah
jarak radial dari lingkaran pitch sampai pada dasar dari gigi.
Deddendum = Addendum + Clearance
7. Diameter blank (blank diameter)
adalah jarak yang panjangnya sama dengan diameter lingkaran pitch ditambah
dengan dua addendum.
Blank diameter = D + 2 Addendum
D =
Nm
Add =
m
Blank diameter = Nm + 2m = (N + 2) m =
8. Ketebalan gigi adalah jarak
tebal gigi yang diukur pada lingkaran pitch dari satu sisi ke
sisi yang lain pada gigi yang sama. Pengukuran tebal gigi ini bermacam-macam
caranya yang akan dibicarakan tersendiri pada pengukuran tebal dalam Bab V ini
juga. Secara nominal dapat ditentukan tebal gigi sebagai berikut :
Tebal gigi nominal = ½ Circular Pitch (CP)
=
9. Back Lash. Menurut
arti katanya kira-kira gerak terlambat. Untuk istilah back lash pada
roda gigi pengertiannya adalah jarak dari sisi ujung gigi yang satu sampai pada
sisi kerja (working flank) dari gigi yang lain pada satu
pasangan roda gigi.
Untuk sudut tekan (pressure angle) biasanya
dibuat sama dengan 20° dan 14½°. Sedangkan tinggi gigi atau kedalaman gigi (teeth depth)
umumnya dibuat 2.25 kali modul untuk roda gigi dengan sudut tekan 20°.
Sedangkan untuk roda gigi dengan sudut tekan 14½° kedalaman
giginya dibuat sama dengan 2.157 modul (m).
Untuk jarak antara pusat kedua roda gigi dari pasangan roda gigi
dapat dihitung bila jumlah gigi dari kedua roda gigi dan diametral pitchnya sudah
diketahui. Dengan demikian perhitungan jarak antara pusat roda gigi dapat
ditentukan dengan :
Dimana: N1 =
jumlah gigi roda gigi penggerak
N2 =
jumlah roda gigi yang digerakkan
P = diametral pitch =
D = diameter
lingkaran pitch
Dari gambar 5.1 juga bisa dijelaskan tentang hubungan antara
diameter lingkaran dasar dengan diameter lingkaran pitch dan
sudut tekan roda gigi.
Segitiga ABC,
Rb = Rp cos
Db = D cos
Dimana:
Db = diameter lingkaran dasar
D = diameter lingkaran pitch
= sudut tekan, (200 atau 14½0)
A. Bagian-bagian Penting Roda Gigi Yang Perlu Diukur
Bagian-bagian dari roda gigi yang perlu diukur antara lain adalah
:
1. Ukuran dasar roda gigi yang
menyangkut diameter mayor (luar), diameter lubang, ketidaksepusatan diameter
luar terhadap lubang, lebar gigi (face width) dan goyangan
aksial dari masing-masing muka gigi.
2. Posisi gigi yang
menyangkut: jarak puncak ke puncak dari gigi (pitch), jarak celah, tebal
gigi, eksentrisitas masing-masing gigi terhadap sumbu putarnya.
3. Bentuk gigi yang menyangkut
pemeriksaan kebenaran bentuk gigi, kesimetrisan antara dua muka gigi dan
ketinggian atau kedalaman gigi (teeth depth).
4. Pasangan roda gigi yang
menyangkut: jarak pusat dari roda gigi yang satu ke pusat roda gigi yang lain, back lash dan
pemeriksaan roda gigi dengan memutarnya pada waktu dipasangkan dengan roda gigi
standar.
Sebetulnya, untuk pengukuran roda gigi tidak semua yang disebutkan
di atas harus diukur semuanya, kecuali untuk keperluan pemakaian roda gigi
dengan ketelitian tertentu sesuai dengan tujuan yang dikehendaki.
Secara umum, pemeriksaan roda gigi dapat dikelompokkan menjadi dua
yaitu pemeriksaan secara analisis dan pemeriksaan menurut fungsinya.
Pemeriksaan secara analisis (analitical inspection)
maksudnya adalah memeriksa semua elemen-elemen penting dari roda gigi, misalnya
bentuk gigi, jarak puncak antar gigi (pitch), jarak celah (clearance),
eksentrisitas, tebal gigi, lead dan back lash.
Sedangkan pemeriksaan menurut fungsinya (functional inspection)
adalah pemeriksaan roda gigi yang dibandingkan dengan roda gigi standar (master gear)
yang caranya adalah memasang roda gigi yang akan diperiksa pada roda gigi
standar dan kemudian memutar pasangan roda gigi tersebut. Dengan beberapa
peralatan maka dapat dilihat/diperiksa tingkat kebisingan suara yang timbul
akibat gesekan antar roda gigi, getaran dan variasi gerakan dari putaran roda
gigi.
B. Beberapa Cara Pengukuran Roda Gigi
Seperti halnya 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). Sedangkan untuk
perhitungan-perhitungan roda gigi helix dan roda gigi payung dapat dilihat pada lampiran 8. 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
elemen-elemen roda gigi secara sendiri-sendiri. Pemeriksaan roda gigi dengan
membandingkannya terhadap roda gigi standar disebut juga dengan istilah
pemeriksaan secara keseluruhan (general test). Sedangkan
pemeriksaan elemen-elemen dari roda gigi disebut juga dengan istilah
pemeriksaan individual (individual test).
1. Membandingkan Roda Gigi dengan Roda Gigi Standar (General Test)
Salah
satu alat yang biasa digunakan untuk memeriksa roda gigi secara keseluruhan ini
(membandingkannya dengan roda gigi standar) adalah Parkson Gear Tester.
Bagan sederhana dari konstruksi alat pemeriksa roda gigi ini dapat dilihat pada
Gambar 5.2.
Gambar 5.2. Membandingkan roda gigi dengan roda gigi standar
(gear master)
Alat tersebut 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 pengatur
jarak pusat roda gigi. Bila sebuah roda gigi 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. Penyimpangan 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 jam 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-harga batas yang sudah ditentukan maka kesimpulannya adalah roda
gigi tidak bisa dipakai. Dengan menggunakan 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.
1. Pengukuran Elemen Roda Gigi Secara Individual (Individual Test)
Dalam pemeriksaan elemen-elemen roda gigi secara individual ini,
titik berat pemeriksaan biasanya terletak pada pemeriksaan diameter pitchnya.
Dengan pemeriksaan diameter pitch ini secara tidak langsung
juga akan memeriksa diameter luar, diameter dasar, jarak puncak antar gigi,
tebal gigi, eksentrisitas dan tinggi gigi.
2.1. Pemeriksaan Eksentristas 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 yang
penyimpangannya dapat diketahui dari jarum penunjuk jam ukur. Setiap kali
diputar dicatat penyimpangannya sampai semua daerah lingkaran pitch selesai
diperiksa. Secara sederhana gambarnya dapat dilihat Gambar 5.9. Bila tujuan
pemeriksaan hanya ingin mengetahui apakah roda gigi seimbang (balance)
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 5.3. Pemeriksaan eksentrisitas roda gigi.
2.1. 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 posisi dari rol baja betul-betul tepat pada titik dari lingkaran pitch roda
gigi. Analisis selanjutnya dapat dilihat gambar 5.3.
Lihat segitiga ABC, adalah sudut tekan roda gigi.
AB
= AC cos
AB adalah sama dengan jari-jari dari rol baja (r).
Diameter
rol baja adalah 2 x AB = 2 AC cos AC = dari circular
pitch = CP = 2AC cos = cos . Jadi, diameter
rol baja adalah cos . M = modul.
|
Gambar 5.4. Pengukuran roda gigi dengan rol baja.
Jarak luar dari rol baja (M) = 2 x Rg
Rg = Rp +
r Rp
= jari-jari lingkaran pitch
Rp = N
= jumlah gigi
Jadi, M =
M =
m
Rumus di atas berlaku untuk roda gigi dengan jumlah gigi genap.
Sedangkan untuk roda gigi dengan jumlah gigi ganjil rumusnya adalah : lihat
gambar 5.5 berikut ini.
Jarak luar rol baja adalah 2 AB + d (diameter rol)
2AB = diameter lingkaran pitch (D pitch) kali
, karena AB = AC cosb.
Padalah
sudut b besarnya
adalah :
Jarak
luar rol baja (M) =
D
pitch Cos
M
= Nm Cos
=
m
|
Gambar 5.5 Pengukuran roda gigi dengan jumlah gigi ganjil.
Jarak luar rol baja
= 2 BC + d
Sudut BAC = ½ kali
sudut DAC
|
Seandainya
diameter lingkaran pitchnya cukup besar maka pemeriksaan roda gigi bisa
dilakukan pada sejumlah gigi bisa dilakukan pada sejumlah gigi saja. Perhatikan
gambar 5.5 dibawah ini. Misalnya diambil 15 gigi.
Gambar 5.6.Pemeriksaan roda gigi yang besar.
2.2. Pemeriksaan Tebal Gigi
Untuk pengukuran tebal gigi, juga tinggi gigi, alat ukur yang
digunakan adalah mistar ingsut roda gigi (gear tooth vervier).
Ada beberapa cara yang bisa dilakukan untuk memeriksa tebal gigi, antara lain
yaitu: pengukuran tebal gigi pada garis pitch, pengukuran tebal
gigi pada Constant Chord (sudut tekan) dan
pengukuran tebal gigi dengan Metode Base Tangent (Base Tangent Method).
2.2.1. Pengukuran Tebal Gigi Pada Garis Pitch
Lihat gambar 5.13
di samping
Panjang W = 2 AB
Pada segitiga ABF,
AF adalah jari-jari lingkaran pitch =
D
= Nm
Sudut
AB
= AFsin
|
Gambar 5.7 Pengukuran
tebal gigi pada garis pitch
Dari gambar 5.7 juga diperoleh hubungan antara tinggi (h) dengan
jumlah gigi dan modul. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Tinggi (h) = EF – FB
Padahal panjang EF adalah jari-jari lingkaran pitch ditambah
dengan Addendum. Jadi, EF =
EF =
FB = FA cos
Sekarang tinggi (h) =
2.2.2. Pengukuran Tebal Gigi Pada
Sudut Tekan (Constant Chord)
Pada pemeriksaan tebal gigi berdasarkan garis pitch ternyata
harga h dan W tergantung pada jumlah gigi. Kalau roda gigi yang akan diperiksa
mempunyai dimensi yang cukup besar dan masing-masing gigi ternyata mempunyai
harga yang berbeda maka perhitungan untuk masing-masing gigi harus dilakukan.
Hal ini tentunya memakan waktu cukup lama. Untuk itu bisa juga dilakukan
pemeriksaan tebal gigi yang tidak tergantung pada jumlah gigi. Pemeriksaan ini
dilakukan pada sudut tekan roda gigi (constant chord).
Gambar 5.7. berikut ini menunjukkan cara menghitung pemeriksaan tebal gigi pada contant chord.
Dari gambar itu diketahui: BD adalah seperempat lingkaran pitch