Gearbox potong lurus merupakan bentuk gearbox yang paling sederhana, dikenal karena gigi-giginya yang lurus sejajar dengan poros. Gearbox ini merupakan komponen dasar dalam berbagai mesin.
Desainnya yang sederhana menimbulkan masalah seperti peningkatan kebisingan dan keterbatasan kinerja kecepatan tinggi, sehingga kurang ideal untuk beberapa aplikasi. Artikel blog ini membahas mekanika, kelebihan, dan kekurangan gearbox potong lurus, beserta proses pembuatannya dan perbandingannya dengan gearbox heliks.
Apa itu Gearbox Potong Lurus
Gearbox potong lurus, juga dikenal sebagai gearbox spur, adalah gearbox silindris dengan gigi yang sejajar dengan sumbu rotasi. Gigi gearbox potong lurus saling terkait dengan gigi gearbox potong lurus lainnya dalam konfigurasi poros paralel. Jenis gearbox ini adalah salah satu desain gearbox paling sederhana dan paling umum yang digunakan dalam sistem transmisi daya.
Gearbox potong lurus terdiri dari roda silinder dengan gigi-gigi yang berjarak sama di sekelilingnya. Profil gigi biasanya berupa kurva involute, yang memberikan perpindahan daya yang halus dan efisien di antara gearbox. Profil involute memastikan bahwa gigi-gigi gearbox bersentuhan sepanjang garis dan bukan titik, mengurangi konsentrasi tegangan dan memungkinkan distribusi beban yang lebih baik.
Bagaimana Cara Kerja Gearbox Potong Lurus
Gearbox potong lurus menyalurkan gerakan rotasi dan daya antara poros paralel melalui kaitan gigi-giginya. Prinsip kerja gearbox potong lurus didasarkan pada gerakan menggelinding gigi-gigi gearbox terhadap satu sama lain, yang mengubah gerakan rotasi gearbox penggerak menjadi gerakan rotasi gearbox yang digerakkan.
Bila dua gearbox lurus saling bertautan, gigi gearbox penggerak (gearbox masukan) akan bersinggungan dengan gigi gearbox yang digerakkan (gearbox keluaran). Profil gigi gearbox yang berkelok-kelok memastikan transmisi gerakan dan gaya yang halus dan terus-menerus. Saat gearbox penggerak berputar, giginya memberikan gaya tangensial pada gigi gearbox yang digerakkan, yang menyebabkannya berputar ke arah yang berlawanan.
Keuntungan Gearbox Potong Lurus
- Efisiensi tinggi:Gearbox potong lurus menawarkan efisiensi transmisi daya yang sangat baik, biasanya berkisar antara 96% hingga 99%.
- Mengurangi Pembangkitan Panas: Karena efisiensinya yang tinggi dan kontak geser yang minimal antara gigi, gearbox potong lurus menghasilkan lebih sedikit panas selama pengoperasian.
- Desain dan Manufaktur Sederhana: Gearbox potong lurus memiliki desain yang sederhana dan mudah dipahami, lebih mudah diproduksi dibandingkan dengan jenis gearbox yang lebih rumit seperti gearbox heliks atau bevel.
- Kapasitas Beban Tinggi pada Kecepatan Rendah: Gearbox potong lurus sangat baik dalam menyalurkan beban tinggi pada kecepatan rendah. Gigi lurus menyediakan area kontak yang lebih besar, sehingga memungkinkan distribusi beban yang lebih baik dan peningkatan kapasitas torsi.
- Tidak Ada Dorongan Aksial: Tidak seperti gearbox heliks, gearbox potong lurus tidak menghasilkan gaya dorong aksial selama pengoperasian. Ini berarti bahwa gearbox hanya menyalurkan gaya dalam arah radial dan tangensial.
- Ringan: Gearbox potong lurus umumnya lebih ringan daripada gearbox heliks karena geometri giginya lebih sederhana.
- Efektivitas biaya:Desain dan proses manufaktur yang disederhanakan dari gearbox potong lurus memerlukan operasi permesinan yang kurang rumit dan dapat diproduksi menggunakan berbagai bahan, sehingga semakin mengurangi biaya produksi.
- Perpindahan Gigi Tanpa Kopling: Pada beberapa aplikasi otomotif, seperti kendaraan balap atau kendaraan berperforma tinggi, gearbox potong lurus memungkinkan pemindahan gigi ke atas tanpa kopling.
Kerugian Gearbox Potong Lurus
- Peningkatan Kebisingan dan Getaran: Salah satu kelemahan utama gearbox potong lurus adalah tingkat kebisingan dan getarannya yang lebih tinggi dibandingkan dengan gearbox heliks. Gigi lurus menciptakan aksi pengait yang lebih tiba-tiba, yang menyebabkan peningkatan bunyi denting dan getaran gearbox. Hal ini dapat terlihat terutama pada kecepatan tinggi atau di bawah beban berat.
- Kapasitas Beban Terbatas pada Kecepatan Tinggi: Meskipun gearbox potong lurus unggul dalam menyalurkan beban tinggi pada kecepatan rendah, kapasitas bebannya berkurang pada kecepatan tinggi. Meningkatnya kebisingan dan getaran pada kecepatan tinggi dapat menyebabkan keausan dini dan berkurangnya masa pakai gearbox, sehingga membatasi kesesuaiannya untuk aplikasi kecepatan tinggi.
- Kekuatan Lebih Rendah Dibandingkan dengan Gearbox Heliks: Gearbox potong lurus memiliki kekuatan tekuk yang lebih rendah dibandingkan dengan gearbox heliks dengan ukuran dan bahan yang sama. Kurangnya sudut heliks pada gearbox potong lurus menghasilkan area kontak yang lebih kecil antara gigi yang berpasangan, mengurangi kapasitas menahan beban dan membuatnya lebih rentan terhadap kerusakan gigi dalam kondisi tekanan tinggi.
- Tidak Cocok untuk Mobil Kota: Karena karakteristik kebisingan dan getarannya yang meningkat, gearbox potong lurus umumnya tidak cocok untuk digunakan pada kendaraan penumpang yang dirancang untuk berkendara di kota. Suara denging dan getaran gearbox dapat dianggap tidak halus dan mungkin tidak memenuhi standar kebisingan, getaran, dan kekerasan (NVH) yang diharapkan pada mobil kota modern.
Jenis Gearbox Potong Lurus
Gearbox Pacu Eksternal
Gearbox taji eksternal merupakan jenis gearbox potong lurus yang paling umum. Gigi-giginya dipotong pada lingkar luar gearbox kosong, sejajar dengan sumbu putaran. Gigi-giginya bertautan dengan gigi-gigi gearbox taji eksternal lain pada bidang yang sama.
Gearbox pacu eksternal merupakan pilihan serbaguna untuk transmisi daya dalam segala hal, mulai dari jam dan peralatan hingga mesin industri. Desainnya yang sederhana membuatnya mudah diproduksi dan diterapkan.
Gearbox Pacu Internal
Gearbox lurus internal, juga dikenal sebagai gearbox annular atau gearbox cincin, memiliki gigi yang dipotong pada keliling bagian dalam cincin gearbox. Gearbox ini berpasangan dengan gearbox lurus eksternal, yang disebut pinion, yang terletak di dalam cincin.
Geometri gearbox pacu internal memungkinkan kapasitas beban yang lebih tinggi dan mengurangi reaksi balik dibandingkan dengan gearbox pacu eksternal. Gearbox ini sering ditemukan dalam transmisi otomotif, pompa gearbox, dan aplikasi lain yang memerlukan perangkat gearbox yang kuat dan hemat ruang.
Gearbox Pacu yang Dikoreksi
Gearbox taji yang dikoreksi memiliki modifikasi pada profil gigi gearbox taji dasar untuk meningkatkan kinerja. Koreksi ini dapat meliputi:
- Pergeseran profil: Memindahkan profil gigi ke luar atau ke dalam dari pusat gearbox
- Modifikasi addendum: Menambah atau mengurangi tinggi gigi di atas lingkaran pitch
- Modifikasi ketebalan gigi: Mengubah ketebalan gigi pada lingkaran pitch
Gearbox taji yang dikoreksi sering digunakan pada mesin berkinerja tinggi, seperti turbin, kompresor, dan peralatan mesin.
Aplikasi Gearbox Potong Lurus
- Mesin industri: Mesin perkakas, konveyor, mesin cetak, peralatan tekstil
- Transportasi: Transmisi otomotif, kotak gearbox sepeda motor, mesin pesawat terbang
- Produk konsumer: Perkakas listrik, peralatan rumah tangga, mainan, jam
- Pertanian: Traktor, pemanen, sistem irigasi, peralatan pengolahan makanan
- Konstruksi: Mesin pemindah tanah, derek, rig pengeboran, mixer beton
- Energi: Turbin angin, generator hidroelektrik, peralatan minyak dan gas
Pembuatan Gearbox Potong Lurus
Hobbing gigi
Hobbing gearbox merupakan salah satu metode yang paling umum untuk membuat gearbox taji. Metode ini menggunakan alat pemotong heliks yang disebut hob untuk memotong gigi gearbox secara progresif menjadi blanko gearbox. Hob dan blanko gearbox berputar secara bersamaan untuk membuat profil gigi.
Proses hobbing gearbox banyak digunakan dalam industri otomotif, kedirgantaraan, dan peralatan berat untuk produksi gearbox bervolume tinggi.
Pembentukan gigi
Pembentukan gearbox adalah metode pembuatan gearbox konvensional yang menggunakan alat bolak-balik yang disebut pemotong pembentuk gearbox. Pemotong, yang memiliki profil terbalik dari gigi gearbox yang diinginkan, dimasukkan ke dalam blanko gearbox untuk memotong satu gigi pada satu waktu.
Pembentukan gearbox sering digunakan untuk memproduksi gearbox berdiameter besar, gearbox internal, dan gearbox dengan fitur bahu yang sulit dibuat dengan mesin hob.
Penggilingan gigi
Penggilingan gearbox melibatkan penggunaan pemotong penggilingan berputar untuk membuang material dari blanko gearbox dan membentuk profil gigi. Pemotong, yang bentuknya sesuai dengan ruang gigi gearbox, diumpankan di sepanjang blanko gearbox untuk memotong gigi.
Penggilingan gearbox umumnya digunakan untuk pembuatan prototipe, produksi skala kecil, dan gearbox dengan profil gigi nonstandar.
Broaching Gigi
Broaching gearbox adalah proses yang menggunakan alat pemotong bergigi banyak, yang disebut broach, untuk membuang material dan membentuk gigi gearbox dalam satu lintasan. Broach ditarik atau didorong melalui blanko gearbox, dengan setiap gigi dipotong kecil hingga profil akhir tercapai.
Broaching gearbox sering digunakan dalam industri otomotif untuk memproduksi gearbox internal dan splines dalam komponen transmisi.
Penggilingan gigi
Penggilingan gearbox adalah proses penyelesaian akhir yang digunakan untuk meningkatkan akurasi, penyelesaian permukaan, dan profil gigi gearbox setelah dipotong dengan metode lain. Proses ini melibatkan penggunaan roda gerinda abrasif untuk menghilangkan sejumlah kecil material dari gigi gearbox.
Penggilingan gearbox umumnya digunakan untuk aplikasi berkinerja tinggi, seperti transmisi luar angkasa dan otomotif.
Gearbox Lurus vs. Gearbox Heliks
| Fitur | Gearbox Potong Lurus | Gearbox Heliks |
|---|---|---|
| Geometri Gigi | – Gigi sejajar dengan sumbu rotasi – Profil gigi persegi panjang – Gigi saling bertautan secara tiba-tiba di seluruh lebar wajah | – Gigi miring terhadap sumbu rotasi pada sudut heliks – Profil gigi heliks memanjang – Gigi terpasang secara bertahap di seluruh lebar wajah |
| Pola Kontak | – Titik kontak antara gigi yang berpasangan – Lebih sedikit gigi yang bersentuhan pada waktu tertentu – Tekanan kontak dan keausan lebih tinggi | – Kontak garis antara gigi yang berpasangan – Lebih banyak gigi yang bersentuhan pada waktu tertentu – Mengurangi tegangan kontak dan keausan |
| Kebisingan dan Getaran | – Tingkat kebisingan lebih tinggi karena gigi yang tiba-tiba terpasang – Getaran lebih banyak, terutama pada kecepatan tinggi – Mungkin memerlukan tindakan peredaman tambahan | – Tingkat kebisingan lebih rendah karena keterlibatan gigi secara bertahap – Pengoperasian lebih lancar dengan getaran lebih sedikit – Cocok untuk aplikasi berkecepatan tinggi |
| Dorongan Aksial | – Tidak ada dorongan aksial yang dihasilkan – Bearing hanya perlu menahan beban radial – Pengaturan bantalan yang lebih sederhana | – Dorongan aksial dihasilkan karena gigi miring – Bantalan harus mendukung beban radial dan aksial – Diperlukan pengaturan bantalan yang lebih kompleks |
| Efisiensi | – Efisiensi tinggi, biasanya 98-99% – Kehilangan daya lebih rendah karena gesekan geser berkurang – Efisiensi menurun pada kecepatan tinggi | – Efisiensi sedikit lebih rendah, biasanya 96-98% – Kehilangan daya lebih tinggi karena peningkatan gesekan geser – Efisiensi tetap terjaga pada kecepatan tinggi |
| Kapasitas beban | – Kapasitas beban tinggi pada kecepatan rendah – Kapasitas beban lebih rendah pada kecepatan tinggi karena efek dinamis – Cocok untuk aplikasi tugas berat dan kecepatan rendah | – Kapasitas beban sedang pada kecepatan rendah – Kapasitas beban lebih tinggi pada kecepatan tinggi karena distribusi beban yang lebih baik – Cocok untuk berbagai kecepatan dan beban |
| Biaya | – Biaya produksi lebih rendah karena geometri gigi lebih sederhana – Lebih sedikit operasi pemesinan yang diperlukan – Lebih ekonomis untuk produksi skala kecil | – Biaya produksi lebih tinggi karena geometri gigi yang rumit – Operasi permesinan tambahan yang diperlukan – Lebih hemat biaya untuk produksi skala besar |
