Gigi gir dapat rusak dengan beberapa cara berbeda, masing-masing dengan penyebab dan tanda peringatan spesifik yang perlu dikenali oleh tim pemeliharaan. Memahami mode kegagalan ini membantu mencegah kerusakan fatal dan memperpanjang umur peralatan melalui perawatan dan pengoperasian yang tepat.
mengadu
Pitting terjadi ketika tegangan kontak berulang pada gigi gearbox melampaui batas ketahanan permukaan material, sehingga menyebabkan terbentuknya kawah kecil pada permukaan gigi.
Proses ini biasanya dimulai pada ketidaksempurnaan permukaan kecil atau "titik tinggi" yang menciptakan konsentrasi tegangan lokal. Retakan ini menjalar di bawah beban yang berkelanjutan, menyebabkan potongan-potongan kecil material terkelupas dari permukaan. Keropos awal sering muncul segera setelah gearbox baru mulai beroperasi karena "aus", dan keropos ringan ini dapat mereda setelah titik tinggi menghilang. Namun, jika tegangan kontak tetap berlebihan, keropos progresif berlanjut dengan kawah yang semakin membesar.
Pitting umumnya terjadi akibat beban berlebih yang melebihi torsi desain, kekerasan material yang tidak memadai, ketidaksejajaran gearbox, atau pelumasan yang tidak memadai. Tanpa lapisan oli yang memadai, kekasaran permukaan bersentuhan langsung, sehingga mempercepat kelelahan. Kontaminan atau agen korosif dalam pelumas juga menurunkan kekuatan kelelahan permukaan dengan menciptakan titik awal retak.
Memakai
Keausan mengacu pada hilangnya material secara bertahap dari permukaan gigi gearbox akibat aksi mekanis atau kimia. Tiga faktor utama yang mendorong keausan gearbox:
- Pelumasan yang tidak memadai menyebabkan kontak permukaan langsung
- Partikel abrasif dalam minyak yang secara fisik memotong permukaan gigi
- Interaksi kimia akibat kimia pelumas yang tidak tepat
Keausan terwujud dalam berbagai tingkat keparahan.
- Keausan akibat pemolesan tampak sebagai penghalusan permukaan ringan dengan tanda-tanda pemesinan yang memudar – hal ini sering terjadi selama proses awal dan bisa jadi normal.
- Keausan sedang menunjukkan permukaan yang dipoles dengan tanda-tanda pemesinan yang aus pada dedendum.
- Keausan abrasif yang parah menimbulkan goresan, torehan, atau tanda goresan paralel yang jelas dari kontaminan keras.
Pelumasan yang buruk atau kontaminasi menciptakan kondisi ideal untuk keausan. Ketika lapisan oli terlalu tipis, gearbox beroperasi dalam pelumasan batas di mana permukaan bersentuhan langsung. Pelumas yang terkontaminasi dengan partikel keras bertindak seperti senyawa penggiling. Lingkungan yang kotor, seal yang rusak, atau viskositas oli yang salah, semuanya mempercepat laju keausan melebihi tingkat yang dapat diterima.
Scuffing (Skoring)
Goresan merupakan keausan adhesif parah yang disebabkan oleh kerusakan total lapisan pelumas dalam kondisi kontak ekstrem. Ketika lapisan oli tidak dapat memisahkan permukaan gigi, kontak logam-ke-logam menghasilkan panas gesekan cepat yang menyebabkan pengelasan permukaan.
Saat gearbox terus berputar, titik-titik las ini terkelupas, menciptakan kerusakan permukaan yang kasar dan sobek. Goresan sering terjadi secara tiba-tiba saat terjadi kelebihan beban atau saat rangkaian gearbox berjalan dengan kecepatan tinggi tanpa run-in yang memadai.
Permukaan yang tergores menunjukkan garis-garis kasar dan kusam yang jelas, membentang searah gesekan. Bercak-bercak yang berubah warna ini – seringkali kebiruan atau abu-abu kusam – tampak seperti robek dan belepotan di bawah pembesaran. Penggoresan biasanya terkonsentrasi di tempat gerakan gesekan paling tinggi: di dekat ujung gigi, akar, atau di salah satu ujung lebar permukaan jika terjadi ketidaksejajaran.
Pengoperasian berkecepatan tinggi dan torsi tinggi menciptakan kondisi yang rentan terhadap lecet dengan meningkatkan suhu kontak melebihi kemampuan pelumas. Viskositas oli yang tidak memadai, aditif bertekanan ekstrem yang tidak memadai, atau kontaminasi yang merusak lapisan pelumas, semuanya memicu lecet. Setelah dimulai, lecet cenderung berkembang pesat karena permukaan yang kasar menghasilkan lebih banyak panas dalam siklus umpan balik yang destruktif.
Kelelahan Membungkuk
Kelelahan lentur terjadi akibat tegangan lentur berulang yang menyebabkan retak mulai dan tumbuh pada akar gigi. Setiap gigi yang terbebani bertindak seperti balok kantilever selama proses pengaitan, mengalami tegangan tarik dan tekan siklik pada dasarnya.
Ketika rentang tegangan melebihi batas ketahanan lelah material, retakan pada akhirnya akan terbentuk – meskipun beban tetap di bawah batas kekuatan statis. Pengulangan jutaan siklus tegangan inilah yang menyebabkan kegagalan. Konsentrasi tegangan dari takik fillet akar, goresan, atau inklusi material secara dramatis mempercepat inisiasi retakan.
Kelelahan tekuk klasik dimulai sebagai retakan pada fillet akar di sisi yang terbebani. Retakan awal mungkin tidak terlihat tanpa pemeriksaan khusus. Seiring berlanjutnya operasi, retakan menjalar tegak lurus terhadap profil gigi. Permukaan fraktur menunjukkan "beach mark" yang khas – garis-garis setengah lingkaran konsentris yang menunjukkan perkembangan retakan bertahap dari titik asal.
Aplikasi siklus tinggi di dekat batas kapasitas beban paling sering mengalami kelelahan lentur. Bahkan beban berlebih yang ringan pun secara drastis mengurangi umur lelah. Ketidaksejajaran memusatkan beban pada bagian gigi yang kecil, sehingga meningkatkan tegangan lokal. Fillet akar yang tajam, goresan akibat proses produksi, atau perlakuan panas yang tidak tepat, semuanya mendorong timbulnya retakan lebih awal.
Kelelahan Permukaan (Micropitting dan Spalling)
Kelelahan permukaan meliputi mikropitting dan spalling – keduanya disebabkan oleh tegangan kontak berulang yang melepaskan partikel material dari permukaan gigi. Tegangan tekan dan geser siklik menyebabkan retak lelah di atau dekat permukaan.
- Mikropitting Menciptakan lubang-lubang yang sangat kecil (kedalaman di bawah 10 mikrometer) yang membuat permukaan tampak buram dan abu-abu matte. Hal ini terjadi pada gearbox yang keras dan dikeraskan di bawah beban tinggi ketika lapisan tipis pelumas berinteraksi dengan kekasaran permukaan. Setiap lubang mikro dihasilkan dari retakan mikro yang menyebabkan partikel-partikel material kecil pecah.
- terkelupas merupakan kelelahan kontak tingkat lanjut di mana fragmen permukaan yang lebih besar terlepas. Kawah besar yang tidak beraturan dengan tepi bergerigi terbentuk saat retakan lelah menjalar dan saling terhubung. Pada gearbox yang dikeraskan casingnya, potongan-potongan lapisan casing keras dapat terlepas sepenuhnya, memperlihatkan material inti yang lebih lunak.
Mikropiting tampak seperti "lapisan es" abu-abu pada permukaan gigi – jika diperbesar, akan terlihat pola kawah-kawah kecil yang padat. Spalling menunjukkan rongga yang jelas atau potongan-potongan yang hilang, seringkali dimulai di bawah garis pitch. Kedua kondisi ini menyebabkan peningkatan getaran dan kebisingan.
Kegagalan ini terjadi di bawah tekanan kontak tinggi yang berulang, terutama dengan pelumasan yang tidak memadai atau beban yang berlebihan. Gearbox yang dikeraskan permukaannya dengan tingkat kehalusan yang kurang atau formulasi pelumas yang salah sangat rentan. Faktor lingkungan seperti kondisi pelumasan batas atau beban dinamis mempercepat perkembangan kelelahan permukaan.
Kerusakan gigi
Patah gigi melibatkan fraktur total pada gigi gearbox dan terjadi melalui dua mekanisme utama: beban berlebih mendadak atau perambatan retak lelah. Beban berlebih statis akibat kemacetan atau beban impak dapat menggeser gigi secara instan ketika tegangan melebihi kekuatan material maksimum.
Lebih umum lagi, kerusakan terjadi akibat retak lelah akibat tekukan yang mengurangi penampang gigi dalam menahan beban seiring waktu. Retakan ini secara bertahap melemahkan gigi hingga material yang tersisa tidak dapat menopang beban operasional, menyebabkan fraktur mendadak.
Gigi yang hilang atau fragmen gigi memberikan bukti kerusakan yang jelas. Permukaan fraktur menunjukkan mode kegagalan: fraktur akibat beban berlebih tampak seragam dan kristalin, sementara fraktur akibat kelelahan menunjukkan tanda-tanda kerusakan dengan area asal retakan dan zona pecah akhir yang jelas.
Beban berlebih yang parah terjadi saat penghentian darurat, kerusakan alat, atau lonjakan torsi akibat gangguan listrik. Kerusakan akibat kelelahan terjadi ketika gearbox melampaui kapasitas kelelahan akibat beban berlebih, kualitas material yang buruk, atau ketidaksejajaran yang meningkatkan tegangan tekuk. Perawatan yang buruk dan mengabaikan retakan yang semakin besar dapat menyebabkan kerusakan total.
Aliran Plastik (Deformasi Plastik)
Aliran plastis terjadi ketika tegangan kontak mendorong material permukaan melampaui batas elastisnya, yang menyebabkan deformasi permanen, alih-alih patah atau aus. Hal ini terjadi ketika material yang relatif lunak atau permukaan yang tidak dikeraskan dengan baik mengalami beban yang secara fisik menggeser logam.
Mekanisme ini melibatkan material yang melunak dan mengalir di bawah tekanan, mirip dengan adonan yang berubah bentuk saat diremas. Kontak geser yang kuat, dikombinasikan dengan tekanan kompresi yang tinggi, secara harfiah mengotori logam yang lebih lunak. Alih-alih retak atau aus, material tersebut terdistribusi ulang ke seluruh permukaan.
Riak atau tonjolan seperti gelombang terbentuk di sepanjang profil gigi searah pergeseran. Material terakumulasi di tepi gigi, menciptakan gerinda yang menonjol. Permukaannya tampak seperti tercoreng, alih-alih berlubang atau tergores. Kasus yang parah mengubah profil gigi secara menyeluruh, dengan puncak dan lembah yang seharusnya tidak ada.
Beban statis tinggi pada kecepatan rendah menciptakan kondisi untuk aliran plastis dengan memungkinkan durasi kontak yang lebih lama. Komponen geser yang signifikan menghasilkan panas yang melunakkan permukaan. Pengerasan yang tidak memadai, pelumasan yang tidak tepat, atau beban berlebih yang sering terjadi semuanya memungkinkan deformasi plastis. Gearbox cacing sangat rentan terhadap mode kegagalan ini karena aksi gesernya yang tinggi di bawah beban.
Pertanyaan Umum
Seberapa cepat kerusakan akibat lecet terjadi?
Goresan dapat terjadi hampir seketika – dalam hitungan detik atau menit ketika lapisan pelumas rusak dalam kondisi ekstrem. Setelah dimulai, gesekan dan panas akan berkembang dengan cepat melalui siklus umpan balik yang meningkatkan gesekan dan panas.
Apakah lubang awal bisa sembuh sendiri?
Ya, pengelupasan ringan pada awalnya seringkali mereda seiring dengan berkurangnya titik-titik tinggi dan distribusi beban yang lebih merata. Namun, jika tegangan kontak tetap berlebihan, pengelupasan akan berlanjut ke tingkat yang merusak dan membutuhkan penggantian gir.
Apa penyebab sebagian besar gigi gearbox patah?
Kelelahan akibat tekukan menyebabkan sebagian besar kerusakan gigi. Retakan dimulai dari fillet akar dan menyebar selama jutaan siklus hingga material yang tersisa tiba-tiba patah. Kerusakan akibat beban berlebih lebih jarang terjadi selama operasi normal.
Bagaimana saya dapat mencegah aliran plastik pada material gearbox lunak?
Pastikan tegangan kontak tetap di bawah kekuatan luluh material melalui batasan beban yang tepat, gunakan pelumas EP yang memadai untuk meminimalkan gesekan, dan pertimbangkan material yang lebih keras atau perawatan permukaan untuk aplikasi dengan beban berat.
Mengapa gearbox rusak meski dilumasi dengan benar?
Bahkan dengan pelumasan yang baik, gearbox dapat rusak akibat beban berlebih yang melampaui batas desain, kelelahan material setelah jutaan siklus, ketidaksejajaran yang menyebabkan distribusi tegangan tidak merata, atau kontaminasi yang disebabkan oleh partikel abrasif.
