Perancangan Elemen Mesin III* KK- 042304 Lecture 2: Spur Gear2

1. Perancangan Elemen Mesin III*KK- 042304 Lecture 2: Spur Gear2 Disiapkan oleh Dr.-Ing. Mohamad Yamin Center for Automotive Research Universitas Gunadarma

2. Outline • Review: Rasio Kecepatan • Perencanaan Gear • Gaya yang ditransmisikan • Desain untuk Kekuatan Lentur • Persamaan Lewis • Persamaan AGMA • Contoh perhitungan Gear Dr.-Ing. Mohamad Yamin

3. Rasio Kecepatan N=Jumlah gigi, n=kecepatan angular[rpm] [P=Pinion dan G=Gear] nG Gear, NG nP Pinion, NP • Contoh1: Jika diinginkan reduksi kecepatan 3:1, dengan Np=22 gigi, berapakah jumlah gigi pada Gear? • Jawab: • VR = 3 = NG/NP • NG = 3*22 = 66 gigi Dr.-Ing. Mohamad Yamin

4. Contoh2: Perhatikan reduksi kecepatan dua tingkat dalam gambar berikut, dimana n1 = 500 rpm, N1 = 20 gigi, N2 = 70 gigi, N3 = 18 gigi, N4 = 54 gigi. Berapakah kecepatan untuk memutar pompa (n4) ? n4, N4 n1, N1 Engine Pompa n2, N2 n3, N3 • Jawab: • n2/n1 = N1/N2-> n2=500 rpm*(20/70)=142.8 rpm, • n3= n2 • n4 = 142.8 rpm*(18/54)=47.6 rpm Total reduksi 500/47.6=10.5 atau 10.5:1 Dr.-Ing. Mohamad Yamin

5. Perancangan Gear • Modus kegagalan (failure) pada gear dan gearbox • Patah pada gigi (tooth breakage) akibat tegangan lentur (bending stress) pada gigi • Keausan pada gigi (tooth wear) akibat kontak tegangan (contact stress) pada permukaan gigi • Kegagalan pada Bearing • Kegagalan pada Poros (shaft) • Vibrasi • Overheating Ft Pada kuliah ini, hanya perancangan gear untuk kekuatan lentur dan ketahanan aus yang akan dibahas! Dr.-Ing. Mohamad Yamin

6. Gaya yang ditransmisikan Kecepatan pitch, V [ft/min] n=kec. putar [rpm] Daya yang ditransmisikan (British Unit) T=torsi [lb-in] V dalam ft/min Daya yang ditransmisikan (SI Unit) Power (daya) ditransmisikan oleh gaya yang terjadi diantara gigi yang berkontak Ft [N], V[m/sec] T [Nm] Dr.-Ing. Mohamad Yamin

7. Desain untuk kekuatan lenturPersamaan Lewis • Persamaan Lewis • Diturunkan berdasar model balok cantilever dengan beban di ujung • Hanya beban tangensial yang diperhitungkan • Konsentrasi tegangan pada akar gigi diabaikan • Diasumsikan hanya 1 pasang gigi yang ber-kontak Fr Fn Ft Ft Dimana, σ = tegangan lentur (bending stress) Ft = Beban tangensial pada gigi Pd = Diametral pitch f = lebar muka (face width) gigi Y = faktor Lewis (=fungsi dari jumlah gigi dan pressure angle [nilainya dari tabel]) Dr.-Ing. Mohamad Yamin

8. = Faktor kecepatan untuk gear kasar = Faktor kecepatan untuk gear halus = Kecepatan pitch [ft/min] dimana d = Diameter pitch [in] n= kec. Putar [rpm] Desain untuk kekuatan lenturPersamaan Lewis (cont’d) • Pengaruh Dinamik pada Persamaan Lewis • Memasukan pengaruh kecepatan pitch, V berdasarkan kenyataan bahwa jika pasangan gear berputar, maka beban yang aman akan berkurang jika kecepatan bertambah Pada kuliah ini, persamaan Lewis tidak digunakan untuk perhitungan, melainkan Persamaan AGMA! Dr.-Ing. Mohamad Yamin

9. Desain untuk kekuatan lenturPersamaan AGMA • Persamaan AGMA (American Gear Manufacturers Association) • Memasukkan pengaruh beban radial, Fr • Konsentrasi tegangan pada akar gigi diperhitungkan • Memasukan pengaruh banyak pasangan gigi yang berkontak British Unit SI Unit Dimana, σ = tegangan lentur pada akar gigi Ft = Beban tangensial pada gigi Pd = Diametral pitch bw = lebar muka (face width) gigi m=module J = faktor geometri (slide 10) Ko = Faktor Pembebanan (slide 11) Ks = Faktor ukuran (slide 12) Km = Faktor mounting (slide 13) Kv = Faktor dinamik (slide 14) Dr.-Ing. Mohamad Yamin

10. Faktor Geometri, J Dr.-Ing. Mohamad Yamin

11. Faktor Pembebanan, Ko Dr.-Ing. Mohamad Yamin

12. Faktor Ukuran, Ks Dr.-Ing. Mohamad Yamin

13. Faktor Mounting, Km Dr.-Ing. Mohamad Yamin

14. Faktor dinamik, Kv Dimana Dr.-Ing. Mohamad Yamin

15. Faktor Keamanan terhadap kegagalan lentur Faktor Keamanan terhadap kegagalan lentur Teganan lentur hasil perhitungan (Slide 9) Kekuatan lentur AGMA (Slide 16) Faktor Umur (Slide 18) Faktor Reliabilitas (Slide 17) Faktor Temperatur =1.0 untuk t≤2500F Dr.-Ing. Mohamad Yamin

16. Tegangan lentur AGMA, St Dr.-Ing. Mohamad Yamin

17. Faktor Reabilitas, KR Dr.-Ing. Mohamad Yamin

18. Faktor Umur, YN Dr.-Ing. Mohamad Yamin

19. Contoh Perhitungan Gear Sebuah pinion dengan jumlah gigi 20, memiliki diametral pitch 12 dengan sudut tekan (pressure angle) 20 deg dipasangkan dengan gear yang mempunyai jumlah gigi 85. • Jika pinion mentransmisikan daya sebesar 20 HP pada kecepatan 3500 rpm, hitunglah tegangan lentur pada akar gigi. Asumsikan kondisi pembebanan uniform. Gear memiliki faktor kualitas AGMA Qv=6 dan lebar muka (face width) 1.25 inches, dibuat dengan cara hobbing (less accurate gear) dan kondisi mounting moderate (less rigid). • Tentukan faktor keamanan terhadap kegagalan lentur apabila gear terbuat dari baja grade 2 dengan kekerasan Brinell 250. Gear diperuntukkan memiliki umur 107 siklus dengan realibilitas 99% Dr.-Ing. Mohamad Yamin

20. Jawab: a Tegangan lentur pada akar gigi Diameter pitch dari pinion : Kecepatan pitch : Gaya yang ditransmisikan : Dr.-Ing. Mohamad Yamin

21. Faktor-faktor koreksi: Faktor Geometri, J J=0.35 (Slide 10 untuk Np=20 dan pasangan gear Ng=85) Faktor Pembebanan, Ko Ko=1.0 (Slide 11 untuk kondisi beban dan sumber pembebanan uniform) Faktor Ukuran, Ks Ks=1 (Slide 12 untuk Pd=12 (Pd≥5) Faktor Mounting, Km Km=1.6 (Slide 13 untuk less accurate gear) Faktor Dinamik, Kv (Slide 14) Dr.-Ing. Mohamad Yamin

22. Tegangan lentur pada akar gigi, σ b Faktor keamanan Tegangan lentur AGMA, St (Slide 16 untuk Steel grade 2) Faktor Reabilitas, KR KR=1 (Slide 17 untuk reabilitas 99%) Faktor Umur, YN YN=1 (Slide 18 untuk 107 siklus) Faktor Temperatur, KT=1 Dr.-Ing. Mohamad Yamin