Jenis Roda Gigi

1. Perkenalan

Banyak jenis roda gigi yang merupakan bagian penting dari sistem mekanis yang tak terhitung jumlahnya, ditemukan di mana-mana mulai dari mobil hingga mesin industri dan bahkan barang elektronik konsumen sehari-hari.

Mereka bekerja dengan mentransmisikan gaya rotasi antar komponen mesin, memungkinkan kontrol yang tepat atas gerakan, kecepatan, dan torsi.

Roda gigi sangat penting untuk pengoperasian alat berat yang lancar dan efisien, dengan berbagai jenis roda gigi yang disesuaikan dengan aplikasi berbeda.

2. Apa itu Perlengkapan?

Roda gigi adalah komponen mekanis bergigi yang menyatu dengan bagian bergigi lainnya, seringkali perlengkapan lain, untuk mentransmisikan torsi dan gerak. Roda gigi dapat meningkatkan torsi dengan mengorbankan kecepatan, atau mereka dapat meningkatkan kecepatan dengan mengorbankan torsi.

Efisiensi dan fungsionalitas roda gigi bergantung pada bentuknya, ukuran, bahan, dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain.

3. Parameter Roda Gigi yang Berbeda

Memahami parameter roda gigi sangat penting untuk merancang sistem roda gigi yang efisien dan andal. Parameter ini mempengaruhi bagaimana roda gigi menyatu, berapa banyak beban yang dapat mereka tangani, dan kinerja keseluruhannya dalam berbagai aplikasi. Berikut ikhtisar parameter utama:

1. Jumlah Gigi

Jumlah gigi pada suatu roda gigi merupakan parameter mendasar yang mempengaruhi rasio dan kinerja roda gigi. Ini menentukan kemampuan gigi untuk menyatu dengan gigi lain dan mempengaruhi kecepatan dan keluaran torsi.

• Rasio Roda Gigi: Perbandingan antara jumlah gigi pada dua roda gigi yang saling menyatu menentukan hubungan kecepatan dan torsi.
  Misalnya, perlengkapan dengan 20 gigi menyatu dengan roda gigi dengan 40 gigi mempunyai rasio roda gigi sebesar 1:2, artinya gigi yang lebih besar akan berputar dengan kecepatan setengah dari gigi yang lebih kecil tetapi dengan torsi dua kali lipat.

2. Kedalaman Keseluruhan

Kedalaman keseluruhan mengacu pada kedalaman total gigi roda gigi, yang mencakup addendum dan dedendum. Hal ini penting untuk memastikan keterhubungan yang tepat dengan roda gigi yang berdekatan.

• Tambahan: Ketinggian gigi gir di atas lingkaran pitch.
• Untuk diberikan: Kedalaman gigi di bawah lingkaran pitch.

Kedalaman keseluruhan sangat penting untuk menentukan kekuatan roda gigi dan ruang yang diperlukan agar gigi roda gigi dapat menyatu tanpa gangguan.

3. Lingkaran Pitch

Lingkaran nada adalah lingkaran khayal yang menggelinding tanpa tergelincir pada lingkaran nada roda gigi kawin. Penting untuk memastikan bagaimana roda gigi berinteraksi dan menyatu satu sama lain.

• Diameter pitch: Diameter lingkaran nada. Ini digunakan untuk menghitung rasio roda gigi dan untuk memastikan bahwa roda gigi menyatu dengan benar.

4. Lingkaran Akar

Lingkaran akar adalah lingkaran yang melewati bagian bawah alur gigi gir. Hal ini menentukan diameter minimum roda gigi dan penting untuk memahami kekuatan dan daya tahan roda gigi.

• Diameter Akar: Diameter lingkaran yang menghubungkan pangkal gigi.

5. Lingkaran Luar

Lingkaran luar, atau diameter luar, adalah lingkaran yang melewati ujung gigi roda gigi. Hal ini penting untuk menentukan ukuran dan jarak bebas roda gigi secara keseluruhan.

• Diameter Luar: Diameter diukur dari ujung gigi yang satu sampai ujung gigi yang berlawanan.

6. Diameter pitch

Diameter pitch adalah diameter lingkaran pitch dan merupakan parameter penting untuk menghitung rasio roda gigi dan memastikan penyambungan yang tepat antar roda gigi..

• Rumus: Diameter Pitch = Jumlah Gigi / Pitch Diametral (untuk satuan imperial) atau Diameter Lapangan = (Jumlah Gigi * Modul) (untuk satuan metrik).

7. Lapangan Melingkar

Circular pitch adalah jarak antara titik-titik yang bersesuaian pada gigi yang berdekatan, diukur sepanjang lingkaran nada. Penting untuk memastikan sambungan dan kesejajaran roda gigi yang tepat.

• Rumus: Nada Melingkar = π * Diameter pitch / Jumlah Gigi.

8. Modul

Modul adalah ukuran besar kecilnya gigi, didefinisikan sebagai rasio diameter pitch dengan jumlah gigi. Ini digunakan dalam sistem metrik untuk menstandarisasi ukuran roda gigi.

• Rumus: Modul = Diameter Pitch / Jumlah Gigi.

9. Pitch Diametral

Pitch diametral adalah jumlah gigi per inci diameter pitch. Ini digunakan dalam sistem imperial untuk membakukan ukuran roda gigi dan merupakan kebalikan dari modul.

• Rumus: Pitch Diametral = Jumlah Gigi / Diameter pitch.

10. Ketebalan Melingkar

Ketebalan lingkaran adalah ketebalan gigi roda gigi yang diukur sepanjang lingkaran pitch. Hal ini mempengaruhi kekuatan roda gigi dan efisiensi transmisi tenaga.

• Rumus: Ketebalan Melingkar = Pitch Melingkar / 2.

4. Cara Kerja Roda Gigi？

Roda gigi adalah perangkat mekanis, biasanya berbentuk lingkaran, dengan gigi di tepinya digunakan untuk mengirimkan gaya rotasi dan torsi pada mesin.

Beroperasi berpasangan, roda gigi menyambungkan giginya untuk mencegah selip. Pada roda gigi melingkar, kecepatan putaran dan torsi tetap konstan, sedangkan roda gigi non-melingkar menciptakan rasio kecepatan dan torsi yang bervariasi.

Untuk menjaga kecepatan dan torsi tetap konsisten, pembentukan profil roda gigi yang tepat sangat penting. Ketika gigi lebih kecil, atau pinion, menggerakkan sistem, itu mengurangi kecepatan dan meningkatkan torsi.

Sebaliknya, jika pinion berada pada poros yang digerakkan, kecepatan bertambah sedangkan torsi berkurang.

Poros penahan roda gigi harus mempunyai jarak yang tepat dan dapat disusun secara paralel, tidak paralel, berpotongan, atau konfigurasi yang tidak berpotongan. Poros ini berfungsi sebagai tuas untuk menyalurkan putaran dan energi antar roda gigi.

Hasil utama dari sistem roda gigi meliputi::

• Tingkatkan Kecepatan: Dalam pasangan roda gigi yang dimilikinya 40 gigi dan lainnya 20, roda gigi yang lebih kecil berputar dua kali lebih cepat untuk menjaga sinkronisasi, menghasilkan kecepatan lebih tinggi tetapi torsi berkurang.
• Tingkatkan Kekuatan: Roda gigi yang lebih kecil dengan gigi yang lebih sedikit akan mengurangi kecepatan tetapi meningkatkan tenaga, memerlukan lebih banyak torsi untuk memutarnya.
• Ubah Arah: Ketika dua roda gigi bertautan, mereka berputar ke arah yang berlawanan. Roda gigi khusus digunakan untuk mengubah arah atau sudut putaran secara efisien.

5. Apa Desain Roda Gigi?

Aplikasi industri menggunakan berbagai roda gigi, masing-masing dirancang untuk tujuan tertentu. Ciri-ciri utama yang berbeda-beda di antara roda gigi ini antara lain:

• Bentuk roda gigi
• Desain dan konfigurasi gigi
• Konfigurasi sumbu roda gigi

Bentuk Gigi

Roda gigi bisa berbentuk silinder (memacu, spiral) atau berbentuk kerucut (memiringkan) berdasarkan aplikasi mereka. Bentuk mempengaruhi seberapa baik roda gigi menyatu, jumlah kekuatan yang bisa mereka tangani, dan seberapa banyak kebisingan yang dihasilkannya.

Roda gigi pacu, misalnya, keras pada kecepatan tinggi, sedangkan roda gigi heliks menawarkan kinerja yang lebih senyap dan mulus karena gigi bersudut.

Desain dan Konfigurasi Gigi

Roda gigi dapat memiliki profil gigi yang berbeda, masing-masing cocok untuk tugas tertentu. Gigi lurus (roda gigi pacu) bekerja dengan baik untuk yang sederhana, aplikasi berkecepatan rendah, sedangkan gigi heliks atau spiral (spiral, roda gigi miring) memastikan keterlibatan yang lebih lancar dan efisiensi yang lebih besar pada kecepatan yang lebih tinggi.

Konfigurasi Sumbu Roda Gigi

• Paralel: Dalam konfigurasi paralel, porosnya sejajar pada bidang yang sama, dan roda gigi penggerak dan penggerak berputar berlawanan arah. Pengaturan ini biasanya menawarkan efisiensi tinggi dalam transfer gerakan. Contohnya termasuk roda gigi heliks dan sistem rak-dan-pinion.
• Berpotongan: Untuk konfigurasi berpotongan, poros bersilangan pada suatu titik dalam bidang yang sama, memberikan efisiensi transmisi tinggi mirip dengan pengaturan paralel. Roda gigi bevel adalah contoh utama dari jenis ini.
• Tidak Paralel dan Tidak Berpotongan: Dalam konfigurasi dimana poros tidak sejajar atau berpotongan, artinya mereka tidak selaras atau berada pada bidang yang sama, efisiensi transmisi cenderung lebih rendah. Roda gigi cacing merupakan contoh kategori ini.

6. Bahan Apa yang Digunakan pada Roda Gigi?

Bahan yang digunakan untuk memproduksi roda gigi berdampak signifikan terhadap kinerjanya, daya tahan, dan kesesuaian untuk aplikasi tertentu. Bahan yang berbeda menawarkan tingkat kekuatan yang berbeda-beda, Pakai ketahanan, dan resistensi korosi.

Di bawah ini adalah beberapa bahan yang paling umum digunakan dalam produksi peralatan:

Baja Gulung

Baja canai biasanya digunakan untuk roda gigi karena kekuatan dan ketangguhannya yang tinggi. Ini diproduksi dengan baja canai panas atau dingin melalui serangkaian rol, menyempurnakan strukturnya dan meningkatkan sifat mekaniknya.

Roda gigi yang terbuat dari baja canai sering digunakan dalam aplikasi tugas berat, seperti transmisi otomotif dan mesin industri, di mana daya tahan dan ketahanan terhadap benturan sangat penting.

Baja Canai Dingin

Baja canai dingin mengalami proses dimana baja didinginkan setelah digulung, yang meningkatkan kekuatan dan permukaan akhir. Proses ini memberikan akurasi dimensi yang lebih baik dan hasil akhir yang lebih halus dibandingkan baja canai panas.

Roda gigi baja canai dingin sering digunakan pada peralatan presisi yang memerlukan toleransi ketat, seperti jam dan instrumen halus, serta aplikasi otomotif dan industri.

Paduan Baja Perkakas

Paduan baja perkakas dikenal karena kekerasannya, Pakai ketahanan, dan kemampuan untuk menahan suhu tinggi. Mereka ideal untuk membuat roda gigi yang terkena beban dan benturan ekstrem.

Paduan ini biasanya mengandung karbon tingkat tinggi, kromium, dan elemen lain seperti vanadium atau tungsten, yang meningkatkan kekuatan dan daya tahannya. Roda gigi baja perkakas digunakan dalam aplikasi seperti perkakas pemotong dan mesin industri.

Paduan Besi

Paduan besi, termasuk besi cor dan besi ulet, banyak digunakan dalam pembuatan roda gigi. Roda gigi besi cor menawarkan ketahanan aus yang baik, peredam getaran, dan kemampuan mesin, membuatnya cocok untuk ukuran besar, roda gigi berkecepatan rendah yang digunakan dalam aplikasi seperti sistem konveyor dan alat berat.

Besi ulet menawarkan ketangguhan yang lebih baik dibandingkan besi cor, memberikan keseimbangan antara kekuatan dan ketahanan guncangan.

Baja tahan karat

Baja tahan karat disukai untuk roda gigi yang membutuhkan ketahanan dan daya tahan korosi yang tinggi. Ini mengandung kromium, yang membentuk lapisan oksida pelindung di permukaan, mencegah karat dan korosi.

Roda gigi stainless steel sering digunakan pada peralatan pengolahan makanan, Aplikasi Laut, dan lingkungan di mana terdapat kelembapan atau bahan kimia.

Paduan tembaga

Paduan tembaga, seperti kuningan dan perunggu, digunakan pada roda gigi yang gesekannya rendah, resistensi korosi, dan kemudahan pemesinan sangat penting.

Roda gigi ini biasanya ditemukan pada aplikasi yang memerlukan pengoperasian lebih senyap dan lebih sedikit keausan, seperti roda gigi cacing, bantalan, dan bushing.

Paduan tembaga juga dihargai karena konduktivitas listriknya, membuatnya cocok untuk beberapa perangkat listrik khusus.

Paduan Aluminium

Paduan Aluminium ringan dan tahan korosi, membuatnya cocok untuk roda gigi yang digunakan pada beban rendah, aplikasi berkecepatan tinggi.

Roda gigi berbahan alumunium banyak ditemukan di luar angkasa, robotika, dan industri otomotif, dimana pengurangan berat badan adalah prioritasnya.

Meski tidak sekuat baja, paduan aluminium dapat diolah atau dilapisi untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan ausnya.

Roda Gigi Plastik

Roda gigi plastik ringan, tahan korosi, dan menawarkan halus, operasi yang tenang.

Umumnya terbuat dari bahan seperti nilon, asetal, atau polikarbonat, roda gigi plastik sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kebisingan rendah dan gesekan rendah, seperti printer, peralatan Rumah Tangga, dan mesin kecil.

Meskipun mereka tidak dapat menangani beban sebanyak roda gigi logam, roda gigi plastik ideal untuk daya rendah, solusi hemat biaya.

7. Jenis Roda Gigi

Roda gigi diklasifikasikan berdasarkan bentuk giginya, konfigurasi poros, dan tujuan tertentu. Memahami berbagai jenis roda gigi sangat penting dalam memilih roda gigi yang tepat untuk memastikan transmisi gaya yang efektif dalam desain mekanis.

Berdasarkan Bentuk Gigi

1. Roda Gigi Pacu

• • Roda Gigi Pacu Eksternal: Jenis perlengkapan yang paling umum, dengan gigi lurus yang sejajar dengan sumbu roda gigi. Roda gigi ini digunakan untuk mentransmisikan daya antara poros paralel dan dikenal karena efisiensi dan kesederhanaannya.
  • Roda Gigi Pacu Internal: Mirip dengan roda gigi pacu eksternal, gigi dipotong pada permukaan bagian dalam cincin roda gigi. Mereka digunakan dalam aplikasi yang memerlukan penghematan ruang, seperti sistem roda gigi planet.

2. Roda Gigi Heliks

• • Heliks Tunggal: Roda gigi ini memiliki gigi miring, yang memberikan pengoperasian lebih halus dan senyap dibandingkan roda gigi pacu. Sudut gigi memungkinkan pengikatan bertahap, mengurangi kebisingan dan stres selama pengoperasian.
  • Heliks Ganda: Juga dikenal sebagai roda gigi herringbone, ini memiliki dua set gigi heliks yang berlawanan. Desainnya menghilangkan gaya dorong aksial, sehingga cocok untuk mesin berat dengan beban tinggi.
  • Roda Gigi Sekrup: Mirip dengan roda gigi heliks, mereka digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan poros non-paralel. Mereka dirancang untuk mentransmisikan torsi antara dua poros yang tidak berpotongan.

3. Roda Gigi Miring

• • Roda Gigi Lurus: Roda gigi bevel dengan gigi lurus digunakan untuk meneruskan gerak antar poros yang berpotongan, biasanya pada sudut 90 derajat. Mereka efisien tetapi dapat menimbulkan kebisingan saat ada beban.
  • Roda Gigi Spiral: Ini memiliki gigi yang melengkung, yang menawarkan pengoperasian lebih lancar dan kapasitas beban lebih tinggi dibandingkan roda gigi bevel lurus. Mereka ideal untuk aplikasi berkecepatan tinggi.
  • Roda Gigi Mitra: Jenis roda gigi bevel yang rasio roda giginya berada 1:1, Biasa digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kecepatan yang sama tetapi arahnya berubah.
  • Roda Gigi Hipoid: Roda gigi ini memiliki sumbu offset, memungkinkan transmisi torsi lebih tinggi dan pengoperasian lebih senyap. Mereka umumnya ditemukan pada diferensial otomotif.
  • Roda Gigi Zerol: Perpaduan antara roda gigi bevel lurus dan spiral, menawarkan kompromi antara kelancaran pengoperasian dan kemudahan produksi.
  • Roda Gigi Bevel Mahkota: Roda gigi bevel dimana gigi tegak lurus terhadap permukaan roda gigi, menawarkan konfigurasi sudut yang unik.

4. Roda Gigi Herringbone
   Roda gigi herringbone memiliki pola gigi berbentuk “V” dan dikenal karena kemampuannya menangani beban berat tanpa menghasilkan gaya dorong aksial yang signifikan.. Roda gigi ini sering digunakan pada mesin dan kapal industri besar.

1. 4. Roda Gigi Rak dan Pinion
      Sebuah sistem roda gigi linier dimana pinion (gigi melingkar) menyatu dengan roda gigi linier (rak) untuk mengubah gerak rotasi menjadi gerak linier, banyak digunakan dalam sistem kemudi dan kereta api.

4. Roda Gigi Cacing
   Roda gigi cacing terdiri dari cacing (roda gigi seperti sekrup) dan roda cacing. Mereka memberikan pengurangan torsi tinggi di ruang kompak dan digunakan dalam sistem konveyor dan elevator.

   

Jenis Roda Gigi Khusus

1. Roda Gigi Dalam
   Roda gigi internal memiliki gigi yang dipotong di bagian dalam cincin melingkar. Mereka sering dipasangkan dengan roda gigi pacu eksternal dalam sistem roda gigi planetary untuk mencapai torsi tinggi dan efisiensi ruang.
2. Roda Gigi Diferensial
   Digunakan terutama dalam sistem otomotif, roda gigi diferensial memungkinkan roda berputar pada kecepatan berbeda dengan tetap menjaga distribusi torsi, penting untuk menikung dengan mulus.
3. Roda Gigi Planet
   Roda gigi planet terdiri dari roda gigi matahari pusat, roda gigi planet, dan cincin luar (perlengkapan dalam). Desain ini menawarkan kepadatan torsi tinggi dan banyak digunakan pada transmisi otomatis dan peralatan industri.

   

4. Sprockets
   Sproket digunakan dalam penggerak rantai, dengan gigi yang dirancang untuk terhubung dengan rantai atau sabuk. Mereka umumnya ditemukan di sepeda, sepeda motor, dan sistem konveyor.
5. Roda Gigi Spline
   Roda gigi ini memiliki alur atau gigi sepanjang panjangnya dan digunakan dalam kopling mekanis, memungkinkan transmisi torsi sambil memungkinkan beberapa gerakan di sepanjang sumbu.
6. Roda Gigi Nilon
   Roda gigi nilon ringan dan tahan korosi, menawarkan halus, operasi yang tenang. Mereka biasanya digunakan dalam skala kecil, aplikasi berdaya rendah seperti printer dan peralatan rumah tangga.

   

7. Roda Gigi Belakang
   Ditemukan pada diferensial otomotif, gigi belakang menangani transmisi torsi tinggi dan penting untuk memastikan kecepatan roda yang tepat selama kendaraan berbelok.
8. Roda Gigi Kecil
   Roda gigi kecil digunakan dalam aplikasi yang memerlukan ukuran kompak dan kontrol gerakan presisi, seperti pada jam tangan, instrumen, dan mesin kecil.

8. Pertimbangan dalam Desain Roda Gigi

Beberapa faktor mempengaruhi desain roda gigi, memastikan gigi yang dipilih memenuhi kinerja, biaya, dan persyaratan ketahanan:

• Anggaran: Bahan berkinerja tinggi, seperti baja tahan karat dan baja perkakas, lebih mahal dibandingkan logam dasar seperti besi cor.
• Batasan Ruang: Aplikasi kompak sering kali menggunakan roda gigi planetary, yang menawarkan transmisi torsi tinggi dalam ukuran kecil.
• Kebutuhan Transmisi: Aplikasi kecepatan tinggi mungkin lebih menyukai roda gigi heliks atau bevel untuk kinerja yang mulus, sementara kecepatan rendah, tugas torsi tinggi sering kali menggunakan roda gigi cacing atau pacu.
• Kondisi layanan: Lingkungan yang keras, seperti yang melibatkan kelembapan atau bahan kimia, mungkin memerlukan bahan tahan korosi seperti baja tahan karat atau nilon.

9. Aplikasi Roda Gigi

Roda gigi digunakan di banyak industri untuk mengontrol kecepatan, torsi, dan arah geraknya. Aplikasi utama termasuk:

• Sistem Kemudi Otomotif: Roda gigi rak dan pinion mengubah gerak rotasi menjadi gerak linier, memungkinkan kontrol yang tepat atas kemudi.
• Gearboxes: Ditemukan di mobil, mesin industri, dan turbin angin, gearbox menyesuaikan kecepatan dan torsi.
• Aerospace: Roda gigi digunakan dalam sistem kontrol penerbangan dan mesin untuk kelancaran, transmisi daya yang efisien.
• Mesin pertanian: Traktor dan mesin kombinasi menggunakan roda gigi untuk mengatur tenaga mesin dan menggerakkan peralatan.

Bagan untuk Setiap Jenis Aplikasi Perlengkapan

Jenis Perlengkapan	Nama Perlengkapan	Produk Khas
Memacu	Perlengkapan pacu	Jam Kereta api Pesawat terbang Mesin cuci Pembangkit listrik
Spiral	Roda gigi heliks tunggal Roda gigi heliks ganda Perlengkapan tulang herring Perlengkapan sekrup	Otomotif Jam Sistem pengairan Peralatan rumah tangga
Memiringkan	Gigi bevel lurus Roda gigi miring spiral Perlengkapan mitra Roda gigi miring heliks Perlengkapan hipoid Gigi nol Perlengkapan mahkota	Pompa Kereta api Pesawat terbang Pembangkit listrik
Cacing	Perlengkapan cacing	Lift Otomotif
Rak Gigi	Rak dan Pinion	Timbang keseimbangan Kereta api