Contact Ratio dan Interference pada Gear

Zona aksi gigi gerigi yang saling terhubung ditunjukkan pada gambar di bawah. Gigi kontak dimulai dan berakhir di perpotongan dua lingkaran tambahan dengan garis tekanan (pressure line). Pada gambar di bawah kontak awal terjadi pada a dan kontak akhir pada b. Profil gigi digambar melalui titik-titik ini memotong lingkaran pitch di A dan B, masing-masing. Seperti yang ditunjukkan, jarak AP disebut busur pendekatan (approach) qa , dan jarak PB, busur reses (recess) qr . Jumlah ini adalah busur aksi qt.

Skema contact ratio

Sekarang, pertimbangkan situasi di mana busur aksi persis sama dengan lingkaran pitch, yaitu, qt = p. Hal ini berarti bahwa satu gigi dan ruangnya akan menempati seluruh busur AB. Dengan kata lain, ketika gigi baru mulai berkontak di a, gigi sebelumnya secara bersamaan mengakhiri kontaknya di b. Oleh karena itu, selama aksi gigi dari a ke b, akan ada tepat satu pasang gigi yang bersentuhan.

Selanjutnya, pertimbangkan situasi di mana busur aksi lebih besar daripada lingkaran pitch, tetapi tidak jauh lebih besar, katakanlah, qt =1.2 p. Hal ini berarti bahwa ketika satu pasang gigi baru saja memasuki kontak di a, pasangan lain, sudah melakukan kontak, belum mencapai b. Jadi, untuk waktu yang singkat, akan ada dua gigi yang bersentuhan, satu di sekitarnya dari A dan yang lain di dekat B. Saat penyambungan berlangsung, pasangan di dekat B harus berhenti kontak, hanya menyisakan satu pasang gigi yang berkontak, sampai prosedur berulang.

Karena sifat dari aksi gigi ini, baik satu atau dua pasang gigi berkontak, hal ini sesuai untuk mendefinisikan istilah rasio kontak/contact ratio mc sebagai

mc = qt /p

sebuah angka yang menunjukkan jumlah rata-rata pasangan gigi yang berkontak. Perhatikan bahwa rasio ini juga sama dengan panjang jalur kontak dibagi dengan pithc. Roda gigi umumnya tidak boleh dirancang memiliki rasio kontak kurang dari sekitar 1,20, karena ketidakakuratan dalam pemasangan dapat mengurangi rasio kontak bahkan peningkatan tingkat kebisingan.

Cara yang lebih mudah untuk mendapatkan rasio kontak adalah dengan mengukur garis aksi ab sebagai gantinya dari jarak busur AB. Karena ab pada bersinggungan dengan lingkaran alas ketika diperpanjang, pitch pb harus digunakan untuk menghitung mc. Jika panjang garis aksi adalah Lab, rasio kontaknya adalah

mc = Lab / p cos φ

Interference

Kontak bagian profil gigi yang tidak terhubung disebut interference. Perhatikan Gambar di bawah diilustrasikan dua roda gigi 16 gigi yang telah dipotong hingga sekarang usang dengan sudut tekanan 14 1/2. Penggerak, gigi 2, berputar searah jarum jam. Awal dan akhir titik kontak ditunjuk A dan B, masing-masing, dan terletak pada garis tekanan (pressure line). Sekarang perhatikan bahwa titik singgung garis tekanan dengan alas melingkari C dan D terletak di dalam titik A dan B. Interference muncul.

Skema interference

Interference tersebut dijelaskan sebagai berikut. Kontak dimulai ketika ujung didorong gigi berkontak dengan sisi gigi penggerak. Dalam hal ini sisi dari gigi penggerak pertama membuat kontak dengan gigi yang digerakkan pada titik A, dan ini terjadi sebelum bagian involute dari gigi penggerak berada dalam jangkauan. Dengan kata lain, kontak sedang terjadi di bawah lingkaran dasar roda gigi 2 pada bagian non-involute dari sayap. Efek sebenarnya adalah bahwa ujung atau muka roda gigi yang digerakkan cenderung menggali sisi yang tidak berputar dari penggerak.

Dalam contoh ini efek yang sama terjadi lagi saat gigi meninggalkan kontak. Kontak harus berakhir di titik D atau sebelumnya. Karena tidak berakhir sampai titik B, efeknya adalah untuk ujung gigi penggerak untuk menggali, atau mengganggu, sisi dari gigi yang digerakkan.

Ketika gigi roda gigi diproduksi, gangguan secara otomatis dihilangkan karena alat pemotongnya melepas bagian yang mengganggu. Hal ini disebut undercutting; jika undercutting muncul jelas, undercut gigi sangat melemah. Jadi efek menghilangkan gangguan oleh satu pembuatan hanyalah untuk menggantikan masalah lain dengan yang asli.

Jumlah gigi terkecil pada spur pinion dan gear, rasio gigi satu-ke-satu, yang dapat eksis tanpa gangguan adalah NP . Jumlah gigi untuk roda gigi spur ini adalah

NP = (2k / 3 sin2φ) [1+(1+3sin2φ)1/2]

dimana k = 1 untuk gigi dengan kedalaman penuh, 0,8 untuk gigi rintisan dan φ = sudut tekanan.

Untuk sudut tekanan 20, dengan k = 1,

NP = (2.1 / 3 sin220) [1+(1+3sin220)1/2] = 12.3 gigi = 13 gigi

Jadi 13 gigi pada pinion dan roda gigi tidak ada interference. Ketahuilah bahwa 12,3 gigi itu mungkin berada di busur meshing, tapi untuk roda gigi yang berputar penuh, 13 gigi mewakili jumlah terkecil. Untuk sebuah sudut tekanan 14 1/2, NP = 23 gigi, jadi kita bisa mengerti mengapa hanya sedikit sistem 14 1/2 gigi yang digunakan, karena sudut tekanan yang lebih tinggi dapat menghasilkan pinion yang lebih kecil dengan menyertai jarak pusat-ke-pusat yang lebih kecil.

Jika pasangan gigi memiliki lebih banyak gigi daripada pinion, yaitu, mG = NG /NP = m adalah lebih dari satu, maka jumlah gigi terkecil pada pinion tanpa gangguan adalah

NP = {2k / [(1+2m) sin2φ]} {m+[m2+(1+2m)sin2φ]1/2}

Roda gigi terbesar dengan pinion tertentu yang bebas interference adalah:

NG = (NP2 sin2φ-4k2) / (4k-2NPsin2φ)

contoh untuk pinion 13 gigi dengan sudut tekanan dari 20

NG = (132 sin220-4.1) / (41-2.13sin220) = 16.45 = 16 gigi

Pentingnya masalah gigi yang telah dilemahkan oleh undercutting tidak bisa terlalu ditekankan. Tentu saja, intefernce dapat dihilangkan dengan menggunakan lebih banyak gigi pada pinion. Namun, jika pinion ingin mentransmisikan sejumlah daya tertentu, gigi lebih banyak hanya dapat digunakan dengan meningkatkan diameter pitch. Interference juga dapat dikurangi dengan menggunakan sudut tekanan yang lebih besar. Ini menghasilkan lingkaran dasar yang lebih kecil, sehingga lebih banyak profil gigi yang menjadi involusi. Permintaan untuk pinion yang lebih kecil dengan gigi yang lebih sedikit sehingga lebih menyukai penggunaan sudut tekanan 25 meskipun gaya gesekan dan beban bantalan meningkat dan rasio kontak menurun.

>>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL TENTANG ELEMEN MESIN LAINNYA!

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments