1. PENDAHULUAN

Rodagigi hypoid merupakan roda gigi kerucut yang sumbunya saling bersilangan (crossing axis) sehingga sumbu dari pinion (driver) memiliki offset terhadap sumbu gearnya (driven).

Rodagigi hypoid digunakan karena dua hal, yaitu :

• Situasi yang mengharuskan digunakannya rodagigi hypoid, misal karena terbatasnya ruangan dalam mesin (seperti pada mesin helikopter)
• b. Keunggulan yang dimiliki rodagigi hypoid dibanding rodagigi kerucut lainnya, yaitu : Dengan adanya offset, maka dimensi

pinion menjadi besar sehingga kapasitas daya yang diteruskan menjadi lebih besar. Pada seluruh permukaan gigi tidak terjadi sliding velocity yang berharga O (nol), sehingga oli dapat melumasi seluruh permukaan gigi. Pada roda gigi jenis lain, terdapat perubahan arah sliding velocity pada permukaannya (kira-kira pada lingkaran pitchnya), sehingga pada daerah ini sliding velocitynya = O. Karena oli tidak dapat masuk pada daerah ini, maka terjadi kondisi metal to metal contact yang akhirnya akan menyebabkan pitting.

Salah satu contoh pemakaian roda gigi hypoid adalah pada unit differensial otomotif, yang ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 1 : Nomenklatur gigi hypoid arah axial

Gambar 2 : Unit differensial paga otomotif

Disamping memiliki keunggulan, maka roda gigi hypoid memiliki kekurangan, yaitu :

• a. Manufakturingnya susah
• Efisiensi turun menjadi 97-98 % (Roda gigi jenis lain, efisiensinya dapat mencapai 99 %).

Gambar 3.a : Sliding velocity untuk roda gigi selain hypoid

Gambar 3.b : Sliding velocity untuk roda gigi hypoid.

Secara garis besar alur pembuatan roda gigi adalah sebagai berikut:

• Perancangang roda gigi yang akan dibuat dengan bantuan metode elemen hingga serta TCA (Tooth Contact Analysis).
• b. Pembuatan Blank
• c. Proses pemotongan
• d. Perlakuan panas (heat treatment)
• e. Proses Hard Finishing (lapping atau grinding)
• f. Pengukuran ketelitian geometri

Dalam tulisan ini hanya dibahas sampai dengan point c (proses pemotongan), karena proses sesudahnya memerlukan pembahasan tersendiri.

2. PERANCANGAN RODA GIGI

Tahap perancangan melibatkan tiga tahap proses, yaitu :

• Perhitungan prakiraan dimensi berdasarkan atas beban daya yang diteruskan, serta parameter-parameter yang berhubungan.
• Perhitungan tegangan yang terjadi, dengan bantuan metode elemen hingga.
• Analisis kontak gigi, dengan bantuan program TCA (Tooth Contact Analysis).

Ketiga langkah perhitungan diatas masingmasing dilakukan oleh modul program tersendiri, tetapi keseluruhan modul dikemas dalam satu program utama.

a. Perhitungan dimensi

Berdasarkan Torsi yang bekerja, dihitung perkiraan diameter pitch, jumlah gigi, lebar gigi, sudut spiral dan sudut tekan.

iding lapat ndisi akan

sitas sar.

rjadi nol), uruh

lain, ocity

aran

bioc

o. 2

b. Perhitungan tegangan gigi

Program untuk menghitung tegangan gigi dilakukan dengan metode elemen hingga. Dalam hal ini dilakukan penghitungan tegangan lentur pada fillet gigi dan tegangan geser di bawah permukaan gigi, yang diakibatkan oleh gaya yang bekerja. Program ini dapat mengakses program TCA (Tooth Contact Analysis), sehingga perancang dapat mengeva luasi unjuk kerja rancangan yang ada sebagai fungsi dari bentuk kontak gigi serta posisi kontak gigi. Model elemen hingga, serta lokasi pembebanan ditunjukkan pada gambar 4a dan 4b.

c. TCA (Tooth Contact Analysis)

TCA merupakan alat matematis yang digunakan untuk mempelajari karakteristik kontak gigi serta motion curvenya, dengan bantuan komputer

Gambar 4.a : Pemodelan roda gigi dengan elemen Hex 20

Gambar 4.b : Arah pembebanan pada model elemen hingga

Bentuk kontak gigi hasil TCA ini dicontohkan pada gambar 4a.

GLE

Gambar 5.a : Contoh bentuk kontak roda gigi hypoid hasil perhitungan program TCA

Gambar 5.b : Contoh motion curve hasil perhitungan TCA

Motion curve menggambarkan perpindahan angular gear, relatif terhadap pinion. Gambar 5.b memperlihatkan contoh motion curve. Sumbu X adalah putaran gear, DQ (dalam derajad) sedang kan sumbu Y menggambarkan perpindahan angular gear relatif terhadap pinion, DG (dalam radian).

Apabila desain sudah optimal, maka parameter setup mesin akan dihitung oleh program desain tersebut, dan langsung dapat dikirim ke mesin melalui RS 232, melalui disket atau dibuat hardcopynya. Setup mesin ini disebut dengan summäry, dan contohnya diperlihatkan pada tabel 15.

3. PEMBUATAN BLANK

Tabel 1: Contoh Summary

n

ND an j.b

X ر ng

ian am

ter

ain sin uat gan ada

Blank merupakan bahan dasar roda gigi yang siap akan dimesin. Agar diperoleh kualitas roda gigi yang bagus maka harus dimulai dari kualitas blank yang bagus serta adanya pengon trolan pada setiap tahap pembuatan (manufak turing). Agar pasangan tersebut dapat berope rasi secara benar, maka saat perakitan akhir, titik apex kedua roda gigi yang berpasangan tersebut harus berimpit,

Gambar 6 : Blank roda gigi

Permukaan referensinya ,yaitu bagian bore (lubang), harus memiliki ketelitian tinggi, karena hal ini berpengaruh pada terjadinya kesalahan putar radial (radial run out). Toleransi bore atau shank ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2: Toleransi Bore (lubang referensi)

4. PROSES PEMOTONGAN

Proses pemotongan roda gigi dimulai dengan proses pengkasaran (roughing) dan dilanjutkan dengan proses penghalusan (finishing). Tebal material yang disisakan oleh proses pengkasaran berkisar antara 1 s/d 2 mm. Proses pemotongan menghasilkan celah gigi, dan kedua sisi celah gigi ini disebut sisi dalam (sisi convex) dan sisi luar (sisi concave).

Gambar 7 : Definisi celah gigi (concave dan convex side)

Dalam proses pemotongan tersebut pahat seakan bertindak sebagai roda gigi pasangan nya, lihat gambar 8 berikut ini :

Gambar 8 : Proses pemotongan roda gigi

Ada dua metode pemotongan utama untuk membuat roda gigi kerucut, termasuk roda gigi hypoid, yaitu : metode "Face Milling" dan "Face Hobbing".

4.1 Face Milling

Dengan metode ini, maka pemotongan dilakukan pada tiap gigi secara bergantian. Setelah selesai satu gigi, benda kerja diputar (indexing) untuk pemotongan gigi berikutnya. Proses pemotongan Face Milling ini ditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 9 : Face Milling

Karena selama pemotongan satu gigi benda kerja tidak ikut berputar, maka dalam arah memanjang, giginya berbentuk busur lingkaran dengan jari-jari sama dengan jari-jari pahat.

Roda gigi yang dibuat dengan metode Face Milling ini dapat 'dilapping' (cara menghaluskan dengan pasta yang dicampur serbuk abrasif), dan dapat digerinda.

b. Face Hobbing

Dengan metode ini , maka selama pahat memotong, benda kerja juga ikut berputar, sehingga seluruh gigi dapat dipotong secara simultan (continous indexing), lihat gambar 10. Dalam arah memanjang, giginya tidak lagi berbentuk busur lingkaran tetapi berbentuk episikloid.

Karena adanya continuous indexing ini maka roda gigi hasil pemotongan dengan metode ini tidak dapat digerinda. Keuntungannya proses lapping dapat dilakukan dengan cepat.

Gambar 9 : Face Hobbing

Roda gigi jenis ini banyak dipakai di industri otomotif, karena untuk penerapan di otomotif, roda giginya cukup di lapping (tidak perlu digerinda, seperti di pesawat terbang).

5. KONSTRUKSI MESIN

Sebelum ada mesin CNC, maka konstruksi mesin mekaniknya adalah seperti ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11 : Mesin pembuat roda gigi kerucut (termasuk hypoid) non-CNC

Siklus utama pemotongan gigi (generating) ditunjukkan pada gambar 12.

Gambar 12: Empat tahap siklus pemotongan gigi kerucut (generating), (a) Start of roll, (b) center of roll, (c) withdraw, (d) return

Bagian mesin yang utama berperan dalam mewujudkan gerakan pemotongan ini adalah :

• ► Sliding Base
• Swinging Base
• ▶ Cradle
• > Swivel, dan
• ► Tilt

Struktur mesin CNC pembuat roda gigi adalah lebih sederhana (lihat gambar 13). Dalam hal ini Sliding Base, Swinging base, Cradle, Swivel dan Tilt digantikan oleh gerakan sumbu X, Sumbu Y, Sumbu Z, Sumbu A (Work piece), Sumbu B (Swinging Base), dan Sumbu C (Tool). Gerakangerakan ini dikontrol oleh program.

Gambar 12 : Konstruksi mesin CNC pembuat roda gigi kerucut (termasuk hypoid).

6. DISKUSI

Roda gigi merupakan komponen mesin yang banyak digunakan oleh industri. Industri otomotif yang biasanya digunakan sebagai pemicu awal untuk perkembangan industri yang lain, sangat bergantung pada roda gigi ini. Negara-negara baru yang mulai menanam investasi pada industri roda gigi adalah RRC serta Rusia (wala upun saat ini sedang menghadapi kesulitan ekonomi). Negara-negara Asia yang telah maju dibidang industri roda gigi ini adalah Jepang, Korea Selatan, India, Singapura, sedangkan Malaysia sedang mulai merintis.

Adanya deregulasi di bidang otomotif, merupakan suatu momentum yang tepat untuk mulai menangani industri roda gigi. Software-software perancangan roda gigi yang siap pakai sudah dapat dijalankan pada komputer PC demikian pula harganya semakin murah. Teknolo gi Mesin CNC memungkinkan bagi operator yang tidak ahli untuk menghasilkan produk dengan kualitas tinggi, dan hal ini sesuai dengan kondisi Indonesia yang baru mulai mengembangkan

industri manufaktur sebagai tulang punggung ekspor non migas.

7. Daftar Pustaka

• Fundamentals of Gear Engineering, The Gleason Works, Rochester, New York, USA
• Gear Process Theory, The Gleason Works, Rochester, New York, US
• 3. Krenzer, Theodore J., Face Milling or Face Hobbing: Choosing The Best Process, The Gleason Works, Rochester, New York, USA

• Oerlikon Bevel and Hypoid Gears, Calculation, Manufacturing and Optimization, Collected Publications 1988/89
• Summaries and Cutting Cycle's, The Gleason Works, Rochester, New York, USA
• 6. Understanding Tooth Contact Analysis, The Gleason Works, Rochester, New York, USA
• 7. Wilcox, Lowell, Analyzing Gear Tooth Stress as a function of Tooth Contact Pattern Shape and Position, The Gleason Works, Rochester, New York, USA