## PERANCANGAN RODA GIGI LURUS, RODA GIGI MIRING DAN RODA GIGI KERUCUT LURUS BERBASIS PROGRAM KOMPUTASI
Erinofiardi, Kevin Asyarial, Hendra Jurusan Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Bengkulu Jl. W.R. Supratman Kandang Limun Bengkulu
Telepon : (0736) 344087, 22105 - 227 Email : riyuno.vandi@yahoo.com

## Abstract
Gears  are  used  to  transmit  torque  and  angular  velocity  in  a  wide  variety  of  applications. There is also a wide variety of gear types to choose from.The simplest type is spur gears, designed to operate on parallel shafts,while others for nonparallel shafts are usually using helical, bevel and worm  gears.  Design  of  gearset  is  base  on  given  parameters,  tables,  graphs  and  standard  which needs much time for calculating if done manually. Based on that drawback it needs computational design  to  safe  time  so  that  gives  more  benefit.  Computer  program’s  we  made    can  get  accurate design which only has small different compare to conventional design method. Those differents are surface  stress  for  idler-gear  mesh  and  surface  stress  for  pinion-idler  mesh.  Rounding  values  in conventional design cause it, while computational design  doesnot needs that step.
Keywords : Gears, design, conventional, computational

## 1. PENDAHULUAN
Roda  gigi  merupakan  elemen  mesin yang  berfungsi  untuk  mentransmisikan  daya dan  putaran  poros  sehingga  sistem  mekanisme mesin  dapat  bekerja  sesuai  dengan  fungsinya. Perancangan  roda  gigi  yang  tidak  teliti  akan menyebabkan  roda  gigi  tidak  dapat  beroperasi dengan  baik  seperti  kontak  antar  gigi  yang kasar  mengakibatkan  gerak  antar  gigi  tidak sempurna  sehingga  mengakibatkan  ketidak seragaman  gaya  kontak  antar  satu  gigi  dengan gigi  lainnya.  Perhitungan    perancangan  roda gigi  dapat  dilakukan  secara  manual  atau  dapat dibantu dengan menggunakan program komputasi.
Perancangan menggunakan program  dapat  menghemat  waktu  dan  biaya. Dalam  penelitian  ini  dilakukan  pembuatan program  komputasi  yang  digunakan  untuk perancangan  roda  gigi  sehingga  diperoleh dimensi,  gaya  dan  torsi  dan  tegangan  yang bekerja  pada  roda  gigi  dengan  cepat  dan mudah.  Kemudian  hasil  perancangan  yang dilakukan  dibandingkan  dengan  perhitungan perancangan  secaramanual.  Roda  gigi  yang dirancang  adalah  roda  gigi  lurus,  roda  gigi miring dan roda gigi kerucut lurus.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah merancang  roda  gigi  lurus,  roda  gigi  miring dan roda gigi kerucut lurus dengan menggunakan program komputasi.

## 2. DASAR TEORI
Berdasarkan  arah  giginya  roda  gigi dapat  dibedakan  menjadi  beberapa  jenis  yaitu roda  gigi  lurus,  roda  gigi  miring,  roda  gigi kerucut dan roda gigi cacing.
Ada beberapa hal yang harus diperhatikan  dalam  perancangan  roda  gigi yaitu  dimensi,  gaya  dan  torsi  dan  tegangan- tegangan  yang  bekerja  pada  roda  gigi  karena apabila  hal  ini  tidak  dilakukan  maka  akan menyebabkan  roda  gigi  tidak  dapat  beroperasi dengan  baik,  seperti  kontak  antar  gigi  yang kasar  mengakibatkan  gerak  antar  gigi  tidak sempurna  sehingga  mengakibatkan  ketidak seragaman  gaya  kontak  antar  satu  gigi  dengan gigi lainnya (Mott, 2008).

## 2.1. Dimensi Roda Gigi Lurus
Beberapa  dimensi  yang  terdapat  pada roda  gigi  dapat  dijadikan  acuan  dalam perancangan  roda  gigi  lurus.  Dimensi-dimensi
roda  gigi  meliputi  diameter  roda  gigi,  tinggi kepala,  tinggi  kaki,  kelonggaran  kepala, diameter  lingkaran  kepala,  diameter  lingkaran kaki,  kedalaman  total,  kedalaman  penuh,  tebal gigi dan jarak antar pusat roda gigi.
Gambar 2.1 Dimensi Roda Gigi Lurus
Gambar 2.2 Gaya-Gaya Pada Roda Gigi Lurus
Pembebanan  pada  roda  gigi  lurus adalah gaya tangensial , gaya normal  dan gaya  radial.  Selain  itu  juga  ada    tegangan lengkung dan tegangan kontak roda gigi.

## 2.2. Perancangan Roda Gigi Miring
Dengan adanya perubahan arah gigi dari lurus  menjadi  miring  maka  gaya-gaya  yang
terjadi pada roda gigi  miring  pun ikut berubah seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3.
Gambar  2.3  Gaya-  Gaya  Pada  Roda  Gigi  Miring (Shigley’s, 2006)

## 2.3. Perancangan Roda Gigi Kerucut Lurus
Dimensi-dimensi  dari  roda  gigi  kerucut lurus  terdiri  dari  sudut  kerucut,  jarak  terluar sisi  kerucut,  jarak  rata-rata  sisi  kerucut, kedalaman  kerja,  kedalaman  total,  tinggi  kaki, tinggi kepala, faktor tinggi kepala, kelonggaran kepala,  sudut  kaki  roda  gigi  dan  diameter lingkaran kepala roda gigi seperti yang terlihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Dimensi Roda Gigi Kerucut Lurus
Gaya  yang  bekerja  pada  roda  gigi kerucut  lurus  yaitu  gaya  tangensial (W t ) ,  gaya radial (W r ) dan  gaya  normal  ( W n )  seperti  yang ditunjukan pada Gambar 2.5.
Gambar  2.5  Gaya-Gaya    Roda    Gigi        Kerucut Lurus (Shigley’s, 2006)
Seperti pada roda gigi lurus dan miring, tegangan  lengkung  dan  tegangan  kontak  roda gigi juga terjadi pada roda gigi kerucut.

## 3. METODOLOGI
Proses komputasi perancangan roda gigi dilakukan  dengan  menentukan  data-data  yang diberikan  seperti  jenis  roda  gigi  yang dirancang,  dimensi  roda  gigi  yang  meliputi diameter pinion ,  diameter gear ,  tinggi  kepala, tinggi  kaki,  kelonggaran  kepala,  diameter lingkaran  kepala pinion ,  diameter  lingkaran kepala gear ,  diameter  lingkaran  kaki pinion, diameter lingkaran kaki gear , kedalaman total, kedalaman  kerja,  tebal  gigi,  jarak  antar  pusat, diamater  lingkaran  dasar pinion, perhitungan gaya  dan  torsi  serta  tegangan  yang  bekerja pada roda gigi.
Data-data  tersebut  dijadikan  masukan didalam  pemrograman  komputasi.  Hasil  yang diperoleh dibandingkan dengan hasil perhitungan perancangan secara manual. Skema  prosedur  pemrograman  komputasi dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Setelah  dilakukan  pembuatan  program komputasi perancangan roda gigi maka didapat hasil pemrograman perancangan roda gigi yang meliputi  roda  gigi  lurus,  roda  gigi  miring  dan pemrograman roda gigi kerucut lurus.
Prosedur  perancangan  roda  gigi  lurus dan  roda  gigi  miring  dengan  pemrograman komputasi  dapat  dilihat  dalam  bentuk  diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 3.2.
Menentukan Persamaan Dimensi Rodagigi
Menentukan Persamaan Gaya dan Torsi Rodagigi
Menentukan Persamaan Tegangan Pada Rodagigi Pembuatan Program Komputasi Rodagigi Kesimpulan Menentukan Jenis Rodagigi Yang dirancang Nilai Dimensi, Gaya Dan Torsi dan Tegangan Rodagigi Membandingkan Hasil Perhitungan Manual dan Komputasi A A Studi Literatur / Tinjauan  Pustaka
Gambar 3.2. Diagram Alir Perancangan Roda Gigi Lurus
Adapun  langkah-langkah  pemrograman pada  roda  gigi  kerucut  lurus  dapat  dilihat dalam bentuk diagram alir seperti yang terlihat pada Gambar 3.3
Gambar 3.3. Diagram Alir Perancangan Roda Gigi Kerucut Lurus

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbandingan  hasil  program  komputasi dan  perhitungan  manual  pada  roda  gigi  lurus dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Mulai 1. Daya Input P 2. Kecepatan Input n P 3. Kecepatan Output n G 4. Jarak Bagi Diametral P d 5. Sudut Tekan θ 6. Rasio Gigi VR
7. Jumlah Gigi N P , N G
8. Diameter Roda gigi D P , D G
9. Tinggi Kepala a 10.Tinggi Kaki b 11. Kelonggaran Kepala c
12. Diameter Lingkaran Kepala Roda gigi D aP, D aG 13. Diameter Lingkaran Kaki Roda gigi D rP, D rG 14. Kedalaman Total h t 15. Kedalaman Kerja h l 16. Tebal Gigi t 17. Jarak Antar Pusat C A A 18. Kecepatan Garis Jarak Bagi v t 19. Gaya Tangensial W t 20. Gaya Normal W N 21. Gaya Radial W R 22. Torsi T 23. Faktor Beban Lebih K 0 24. Faktor Ukuran K S 25. Faktor Tebal Bingkai K B 26. Faktor Dinamis K V 27. Angka Kualitas Q v 28. Lebar Gigi F 29. Faktor Kesejajaran K m 30. Faktor Geometri Tegangan Lengkung dan Kontak I,J 31. Koefisien Elastisitas Cp
32. Tegangan Lengkung 33. Tegangan Kontak 34. VR I –VR ≥ 0.01 35. Tampilkan Hasil Selesa i B B Mulai 1. Daya Input P 2. Kecepatan Input n P 3. Kecepatan Output n G 4. Jarak Bagi Diametral P d 5. Sudut Tekan θ 6. Rasio Gigi VR 7. Jumlah Gigi N P , N G 8. Diameter Roda gigi D P , D G 9. Sudut Kerucut γ P , γ G 10. Jarak Terluar Sisi Kerucut A 0 11. Jarak Rata-Rata Sisi Kerucut A m 14. Kedalaman Total dan Kerja h t h l 16. Kelonggaran Kepala c 17. Sudut Kaki δ P δ G 17. Tinggi Kepala  a P a G 18. Tinggi Kaki  b P b G 19. Diameter Lingkaran Kepala D aP D aG A A 23. Gaya Aksial W nP W nG 24. Gaya Radial W rP W rG 25. Faktor Beban Lebih K 0 26. Faktor Dinamis K V 27. Faktor Ukuran K S 28. Faktor Distribusi Beban K m 29. Faktor Geometri I , J 30. Koefisien Elastisitas 31. Tegangan Lengkung S C 32. Tegangan Kontak S T 33. VR I –VR ≥ 0.01 34. Tampilkan Hasil Selesai 13. Lebar Muka F B B
20. Torsi T P T G 21. Gaya Tangensial W tP W tG 22. Radius Rata-Rata r mP r mG

## Jurnal Mechanical, Volume 4, Nomor 1, Maret 2013

## Tabel  4.1  Perbandingan  Hasil  Perancangan Roda Gigi Lurus
Perancangan Rodagigi Lurus Data Masukan :
Daya                               :       1,5 hp Putaran Pinion : 4 rpm Putaran Gear :           2 rpm
Sudut Tekan                   :         25 0
Jarak Bagi Diametral    :            5 Manual Komputasi Beda (%) Rasio Gigi Jumlah Gigi Pinion
Jumlah Gigi Gear
Diameter Pinion Diameter Gear
Tinggi Kepala
Tinggi Kaki Gaya Tangensial
Teg. Lengkung Pinion Gear Tegangan Kontak 2,000 30 gigi 60 gigi 6,000 inchi 12,000 inchi 0,200 inchi 0,250 inchi 7882,120 lb 61936,746 psi 55981,290 psi 724281,945 psi 2,000 30 gigi 60 gigi 6,000 inchi 12,000 inchi 0,200 inchi 0,250 inchi 7882,120 lb 61936,097 psi 55981,755 psi 724321,113psi 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,064 0,046 0,083
Perbandingan hasil komputasi pada roda gigi miring dapat dilihat pada Tabel 4.2.
Tabel  4.2  Perbandingan  Hasil  Perancangan

## Roda Gigi Miring

## Perancangan Rodagigi  Miring
Data Masukan :
Daya                               :      25 hp
Putaran Pinion : 1750 rpm
Putaran Gear :     500 rpm Jarak Bagi Diametral      :       12
Sudut Tekan                    :      20 0 Sudut Kemiringan           :      15 0 Manual Komputasi Beda (%) Rasio Gigi Jumlah Gigi Pinion Jumlah Gigi Gear Diameter Pinion Diameter Gear Tinggi Kepala Tinggi Kaki Gaya Tangensial Teg. Lengkung Pinion Gear Tegangan Kontak 3,500 18 Gigi 63 Gigi 3,106 Inchi 10,870 Inchi 0,173 Inchi 0,216 Inchi 580,083 lb 12375,039 Psi 9248,674 Psi 74308,947 Psi 3,500 18 Gigi 63 Gigi 3,106 Inchi 10,870 Inchi 0,173 Inchi 0,216 Inchi 580,083 lb 12375,039 Psi 9248,674 Psi 74308,947 Psi 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,016 0,036 0,065
Perbandingan hasil komputasi pada roda gigi kerucut lurus dapat dilihat pada Tabel 4.3. Dari Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3 dapat  dilihat  bahwa  hasil  perhitungan  secara manual  dan  dengan  menggunakan  program komputasi  dapat  dikatakan  sama,  hal  ini  dapat terlihat  dari  perbandingan  hasil  pada  masing- masing  roda  gigi  dimana  untuk  nilai  dimensi dan  gaya  dan  torsi  pada  setiap  roda  gigi memperlihatkan  hasil  yang  sama.  Akan  tetapi terjadi  sedikit  selisih  untuk  nilai  tegangan
lengkung  dan  tegangan  kontak  roda  gigi. Perbedaan  itu  adalah  pada  roda  gigi  lurus sebesar  0.064%  dan  0.046  %    untuk  nilai tegangan  lengkung  pada pinion dan gear, dan tegangan  kontak  berbeda  sebesar  0,083%. Untuk  roda  gigi  miring  terjadi  perbedaan sebesar  0.016  %  dan  0.036  %  untuk  tegangan lengkung pinion dan gear, dan  tegangan kontak berbeda sebesar 0.065 %.

## Tabel  4.3  Perbandingan  Hasil  Perancangan Roda Gigi Kerucut Lurus
Perancangan Rodagigi Kerucut Lurus Data Masukan : Daya                                :     2.5 Hp Putaran Pinion : 1800 rpm Putaran Gear :     700 rpm Sudut Tekan                    :      20 0
Jarak Bagi Diametral     :     12 Manual Komputasi Beda (%) Rasio Gigi Jumlah Gigi Pinion
Jumlah Gigi Gear
Diameter Pinion Diameter Gear Tinggi Kepala Gear Pinion Tinggi Kaki Gear Pinion Gaya Tangensial Pinion Gear Tengangan
Lengkung Pinion Gear Tegangan Kontak 3,500 14 Gigi 49 Gigi 2,333 Inchi 8,167 Inchi 0,065 Inchi 0,213 Inchi 0,248 Inchi 0,100 Inchi 923,681 lb 923,681 lb 12008,879 Psi 12554,738 Psi 65864,106 Psi 3,500 14 Gigi 49 Gigi 2,333 Inchi 8,167 Inchi 0,065 Inchi 0,213 Inchi 0,248 Inchi 0,100 Inchi 923,681 lb 923,681 lb 12008,219 Psi 12554,543 Psi 65864,456 Psi 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,066 0,019 0,035
Demikan  pula  halnya  pada  roda  gigi kerucut  lurus  beda  yang  terjadi  pada  tegangan lengkung  masing-masing  roda  gigi  adalah 0.066%  dan  0.019%,  dan    perbedaan  yang teradi  pada  tegangan  kontak  sebesar  0.035  %. Perbedaan  kecil  yang  terjadi  itu  disebabkan karena  adanya  proses  pembulatan  pada perhitungan manual, sedangkan pada perhitungan  dengan  menggunakan  program komputasi  yang  dibuat  tidak  ada  proses pembulatan angka.

## 5. KESIMPULAN
Pembuatan  program  komputasi  dalam perancangan  roda  gigi  lurus,  roda  gigi  miring dan  roda  gigi  kerucut  lurus  telah  berhasil dibuat  dengan  baik  dan  benar.  Hal  ini  bisa
dilihat dari perbandingan antara hasil perhitungan  perancangan  secara  manual  dan perhitungan
perancangan
dengan menggunakan  program  komputasi  terjadi perbedaan  yang  cenderung  sangat  kecil,  yaitu hanya  pada  tegangan  lengkung  pada  gear  dan pinion  dan  tegangan  kontak.  Nilai  perbedaan itu adalah 0.064 %,  0.046 % dan 0.083 % pada roda gigi lurus,  0.016% , 0.036 % dan 0.065 % pada  roda  gigi  miring,  dan  0.066  %,  0.019  % dan  0.035  %  untuk    roda  gigi  kerucut  lurus. Sedangkan  untuk  nilai  rasio  gigi,  jumlah  gigi pinion,  jumlah  gigi  gear,  diameter  pinion, diameter  gear,  tinggi  kaki,  tinggi  kepala,  dan gaya  tangensial,  tidak  ada  perbedaan  antara hasil  perhitungan  manual  dan  menggunakan program komputasi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Budynas,  Nisbett,  2006. “  Shigley’s Mechanical  Engginering  Design”. 8 th
Edition. USA : McGraw-Hill,Inc.
[2] Michelec, George, 2000. “Machine Elements”. 8 th Edition . USA.
[3] Mott  L.  Robert,  2008. “  Perancangan Elemen Mesin” . Jakarta.
[4] Norton  L.  Robert,  1999. “Design  of Machinery”. 2 th Edition. USA : McGraw- Hill, Inc.
[5] Spotts  M.F,1998. “Design  of  Machine Element ” . 6 th Edition. New Jersey .