## Analisa Kerusakan Poros Motor Final Drive dan Solusi Pemeliharaan pada Unit Excavator 220 LC
Veny Selviyanty. YH
Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru E-mail : venyselviyanty@gmail.com

## Abstrak
Final drive adalah susunan gigi yang biasanya dalam bentuk satu set roda gigi dan lurus atau satu set gigi planet  ( planetary  gear )  sebagai drive  final  gear yang  berfungsi  untuk  mengurangi  rotasi  dan meningkatkan  torsi  satuan.  Prinsip  kerja  final  drive  bersama-sama  dengan  prinsip-prinsip  transmisi,  di mana ada pengurangan kecepatan rotasi dan meningkatkan torsi dengan memanfaatkan perbedaan jumlah gigi pada gigi. Pada saat operasi dan drive gigi spline gigi rusak kerusakan / permukaan (memakai / aus dan deformasi). Tujuan dari penelitian ini adalah  untuk  menentukan penyebab kerusakan gigi drive dan gigi  spline  shaft  motor  final  drive  220  LC  excavator  dan  untuk  mencegah  kerusakan  serupa  di  masa mendatang.  Dari  data  pengujian  menyimpulkan  bahwa  kerusakan  pada  gigi  drive  dan  gigi  spline  poros motor  akhir  perjalanan  excavator  220  LC  adalah  memakai  lelah  (fatigue  memakai)  dan  kegagalan  lelah (kegagalan fatigue) yang disebabkan oleh adanya gaya tekan berulang kali (beban dinamis) dan gesekan rotary menyebabkan beban kelelahan di permukaan.
Kata kunci : Final Drive, kerusakan permukaan, memakai kelelahan, kegagalan kelelahan, beban dinamis

## Abstract
Final drive is an arrangement of gears that are usually in the form of a set of gears and a straight or a set of planetary gears (planetary gear) as the final drive gear which serves to reduce the rotation and torque boost unit. The working principle of the final drive together with the principles of the transmission, where there  is  a  reduction  in  rotational  speed  and  increase  torque  by  exploiting  differences  in  the  number  of teeth  on  the  gear.  At  the  time  of  operation  and  the  drive  gear  spline  gear  damaged  /  surface  damage (wear / wear and deformation). The purpose of this study was to determine the cause of the damage to the drive gear and gear spline shaft final drive motors 220 LC excavator and to prevent similar damage in future. From the test data concluded that damage to the drive gear and gear spline motor shaft final drive excavator  220  LC  is  wear  tired  (fatigue  wear)  and  the  failure  of  tired  (fatigue  failure)  caused  by  the presence of compressive force repeatedly (dynamic load) and rotary friction causes fatigue loads on the surface.
Keywords: Final drive, surface damage, fatigue wear, fatigue failure, the load dynamic

## 1. Pendahuluan
Excavator  merupakan  salah  satu  peralatan yang  penting  dalam  pekerjaan  pemindah  tanah ( earth  moving ),  karena  fungsinya  yang  serba guna  yaitu  disamping  sebagai  alat  penggali  dan pemindah,  juga  berfungsi  sebagai  alat  pemuat ( loader ),  alat  pengangkat  ( lifting )  dan  sebagai alat  pemecah  ( breaker )  bila  pada attachment nya dilengkapi dengan perlengkapan  yang tepat dan sesuai dengan pekerjaan.
Sekitar pertengahan bulan Maret 2012, telah terjadi  kerusakan  pada  komponen  system pembangkit  tenaga  dari  kendaraan  alat  berat
( Excavator )  milik  PEMDA  KAMPAR  di Bangkinang.  Kerusakan  komponen  system pembangkit tenaga tersebut tepatnya pada poros atau shaft  final  drive . Excavator tersebut digunakan untuk perbaikan jalan.
Dari  informasi  yang  diperoleh  diketahui bahwa shaft  final  drive atau  dalam  hal  ini Excavator dioperasikan tahun 2007 dan kerusakan  terjadi  sekitar  pertengahan  bulan Maret  2012  atau  telah  dipakai  selama  5  tahun. Final  drive dipasang  melebar  keluar  dari  badan unit setelah steering clutch .
Gambar 1 . Dokumentasi kerusakan Final drive shaft excavator yang mengalami kerusakan pada gigi penggerak dan pada roda gigi spline
Kerusakan pada travel motor mempengaruhi kinerja  unit  tersebut,  yang  sering  terjadi  yaitu low pressure atau lemahnya tekanan pada travel motor,  sehingga final  drive susah  untuk berputar. Troubleshooting pada  travel  motor bertujuan  untuk  memperbaiki  kerusakan  yang terjadi. Dalam proses perbaikan, harus
dilakukan sesuai dengan prosedur
troubleshooting agar root  couse permasalahan dapat ditemukan.
Telah  terjadi  kerusakan  dan  kegagalan  pada poros  motor final drive excavator  220  LC  yang belum  diketahui  penyebab  pastinya,  untuk  itu perlu  pengkajian  ilmiah  dan  uji  laboratorium agar  peristiwa  dapat  diketahui  dengan  jelas penyebabnya,  dengan  melakukan  identifikasi, inventegasi  meliputi  sistem  dan  prosedur pengoperasian, perawatan, pengujian laboratorium  terhadap  gaya  dan  material (macrostruktur,  microstruktur,  pengujian  beban pada penampang dan patahan), berdasarkan data analisis  tersebut  penyebab  kerusakan  dan kegagalan dapat terungkap .
Lingkup  penelitian  ini  dibatasi  hanya  pada penelitian  untuk  mengetahui  penyebab  utama terjadinya surface  damage (  aus/wear  dan deformasi)  pada  gigi  penggerak  dan  pada  roda gigi  spline  dan  mekanisme  terjadinya  surface damage  tersebut  serta  menjawab  kejadian  yang dianggap  sebagai  pemicu  kerusakan  dan kegagalan  pada  gigi  penggerak  dan  roda  gigi spline  poros  motor  final  drive  excavator tersebut.
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan  penyebab  terjadinya  kerusakan pada  gigi  penggerak  dan  roda  gigi  spline  poros motor  final  drive  excavator  220  LC  dan  untuk mencegah  terjadinya  kerusakan  yang  sama diwaktu mendatang .
1.1. Excavator Excavator merupakan  salah  satu  alat  berat yang digunakan untuk memindahkan material.
Excavator banyak digunakan untuk : 1. Menggali parit, lubang, dan pondasi.
2. Penghancuran gedung.
3. Meratakan permukaan tanah.
4. Mengangkat dan memindahkan material.
5. Mengeruk sungai. 6. Pertambangan. Beberapa bidang industri yang menggunakannya antara lain konstruksi, pertambangan, infrastruktur dan sebagainya.
Gambar 2. Excavator
Gambar 2. Excavator
1.2. Pengertian dan Fungsi Final Drive Secara  umum final  drive adalah  susunan roda  gigi  yang  biasanya  berupa  satu  set  roda gigi  lurus  dan  atau  satu  set  roda  gigi  planet ( planetary  gear )  sebagai  roda  gigi  penggerak akhir  yang  berfungsi  untuk  mereduksi  putaran dan  meningkatkan  torsi  unit,  seperti  pada bulldozer,  dump  truck,  wheel  loader,  dan  lain- lain.

## Gambar 3. Prinsip dasar final drive

## 1.3. Prinsip Dasar Final Drive
Prinsip  yang  dipergunakan  pada  transmisi dimana  kecepatan  rotasi  dikurangi  dan  momen puntir  ( torque )  ditambah  oleh  sejumlah  roda gigi  yang  dipergunakan  pada  penggerak  akhir. Masing-masing bak penggerak akhir ( final drive case ) dipasang melebar keluar dari bak roda gigi tirus  ( bevel  gear  case )  pada  masing-masing sisi.  Dengan  memilih  perbandingan  kecepatan yang  tepat  momen  puntir  ( Torque )  sebelum  ke
penggerak  akhir  ( final  drive )  dapat  diperkecil. Dengan  demikian,  transmisi  yang  sama,  poros roda tirus ( bevel gear shaft ) dan lain-lain dapat dipergunakan  yang  sama  pada  berbagai  jenis model mesin.
Roda  gigi  penggerak  akhir  ( final  Drive gears ) dapat dihadapkan pada tekanan permukaan  yang  besar  disebabkan  oleh  beban goncangan  dan  benturan  ( shock  and  impact loads ), yang mana memerlukan perhatian ekstra untuk  seleksi  oli  pelumas  dan  mencegah masuknya benda asing ke dalam bak penggerak akhir ( final drive cases ). Perbandingan reduksi normal berada diantara  1/9  sampai  1/12  untuk  perbandingan reduksi  yang  lebih  kecil  dipergunakan  sistem reduksi tunggal ( single reduction system ). Untuk perbandingan  reduksi  yang  besar  dipergunakan sistem  reduksi  ganda  atau  sistem  roda  gigi planet.  ( Double  reduction  system  or  planetary gear system ).

## 1.4. Analisa Kerusakan (Failure Analysis)
Kerusakan dapat didefinisikan sebagai suatu perubahan  komponen  dan  struktur  mesin  atau peralatan  produksi  sedemikian  rupa,  sehingga mereka  tidak  mampu  melaksanakan  fungsi sebenarnya secara memuaskan.
Suatu  komponen  atau  struktur  dapat  di nyatakan atau dipandang rusak apabila memenuhi  salah  satu  dari  tiga  kondisi  sebagai berikut  :  Bila  komponen,  peralatan  atau konstruksi secara keseluruhan tidak mampu lagi dioperasikan,  Bila  komponen,  peralatan  atau konstruksi  masih  mampu  di  operasikan,  tetapi tidak mampu lebih lama lagi untuk melaksanakan  fungsi  seperti  yang  di  harapkan dengan memuaskan,atau bila komponen, peralatan  atau  struktur  dalam  kondisi  sangat buruk  sehingga  tidak  dapat  di  andalkan  atau tidak  aman  lagi  untuk  dioperasikan,  oleh  karna itu  bagian  yang  rusak  hars  diperbaiki  atau diganti.

## 1.5. Pokok – Pokok Analisa Kerusakan
Menentukan kronologis kejadian dan
hubungan dari setiap kejadian sampai timbulnya kerusakan  diidentifikasi,  pengumpulan  dan pengolahan data atau informasi untuk menentukan  penyebab  utama  kerusakan  dengan :  Fraktografi,  Metalografi,  Uji  Kekerasan  dan Uji Komposisi Kimia.

## 1.6. Remaining Life Assessment
Peralatan  industri  selalu  dirancang  untuk dapat  dipakai  secara  aman  dalam  jangka  waktu tertentu. Jika umur operasi telah tercapai namun dianggap  peralatan  masih  memiliki  unjuk  kerja
yang  andal,  maka  peralatan  tersebut  masih dimungkinkan bisa diperpanjang umur operasinya. “Remaining life assessment” adalah suatu  aktivitas  untuk  melakukan  analisis  secara komprehensif  terhadap  peralatan  yang  telah “ aging ”  namun  diperkirakan  masih  memiliki unjuk  kerja  yang  andal.  Selanjutnya  hasil analisis akan dijadikan dasar untuk menentukan kelayakan  perpanjangan  umur  operasi  mesin  / peralatan tersebut. Dengan dilakukannya perpanjangan  umur  peralatan  mesin  secara aman,  tentu  akan  dapat  mengurangi  beban operasi  mesin,  yang pada gilirannya akan dapat menurunkan harga produk di pasaran.
Kegiatan  Failure  analysis  ditujukan  untuk mengetahui  penyebab  kerusakan  yang  spesifik  dari peralatan,  pelengkap  dan  intalasi  mesin  serta  untuk menentukan  tindakan  pencegahan  agar  kerusakan tidak  terulang.  Manfaat  dari analisis  kegagalan  ini dalam jangka pendek diharapkan dapat memperbaiki desain, proses dan  metode pabrik. Dalam  jangka  panjang  dapat  dipakai  untuk pengembangan  material  dan  sebagai  metode mutakhir untuk evaluasi dan
memprediksi performance material  serta  untuk memperbaiki system pemeliharaan.

## 1.7. Mekanisme Kerusakan
Mekanisme  kerusakan  meliputi  hal  sebagai berukut :
a. Kerusakan  terjadi  karena cracking atau korosi atau kombinasi keduanya
b. Umumnya  kerusakan  terjadi  bertahap ( gradual ).
c. Pecah  atau  kerusakan  tiba-tiba  dapat  pula terjadi  dan  biasanya  disebabkan  oleh  sifat getas-takik ( notchbrittle ) Kerusakan akibat cracking terjadi melalui 3 tahap : 1. Initiation
Crack Initiation Retak  awal  ( initial-crack )  dapat  mencapai ukuran submikroskopik,
ukuran ikroskopik, atau bahkan visible
2. Growth

## Crack Growth
Permulaan  dan  perpanjangan  retak  hingga mencapai  suatu  ukuran  kritis  disebut mencapai tahap initial growth .
3. Propagation Crak Propagation Tahap penjalaran retak ( crack propagation )  meliputi unstable stage diluar  tahapan growth ,  bila  perpanjangan retak  menjadi  lebih  cepat  (bisa  kontinyu atau terputus-putus).
1.8. Analisis Kegagalan
Kegagalan  dapat  didefenisikan  sebagai kejadian  sewaktu  komponen  tidak  lagi  mampu memenuhi  fungsi  pemakaiannya  dengan  baik dikerenakan  patahan  atau  deformasi  berlebih ataupun  deteriorasi.  Mekanisme  kegagalan umumnya  merupakan  kegagalan  bahan  yang ditentukan  oleh  riwayat  termomekanis  bahan selama  pemrosesan  dan  kondisi  pemakaian. Tahap – tahap yang mendahului kegagalan akhir adalah kegagalan dini, kerusakan dini semua ini akan  membuat  bagian  atau  komponennya menjadi tidak aman untuk pemakaian berikutnya.

## 2. Methodologi
Gambar 4: . Metodologi penelitian
Pengambilan  data  serta  sampel  /  material pengujian  dilakukan  di  workshop  Pemda Kampar,  dan  pengujian  material  dilakukan  di B2TKS  –  BPPT  untuk  pengujian  Fraktografi, Metalografi,  Uji  Kekerasan  serta  Komposisi Kimia.
Waktu pelaksanaan penelitian serta pengujian dilaksanakan selama 6 (enam) bulan.
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini adalah Poros Motor Final Drive Excavator 220 LC ( gigi penggerak dan roda gigi spline) buatan pabrikan  yang  mengalami surface  damage (aus/wear dan deformasi).
Gambar 5. Gigi penggerak dan roda gigi spline yang mengalami surface damage (aus/wear dan deformasi).

## Peralatan dan metode
Untuk pengujian fraktografi, metalografi, uji kekerasan  serta  komposisi  kimia  serta  SEM peralatan yang digunakan antara lain : Peralatan Grinding dan Polishing, Hardness tester “Frank Finotest”,  Mikroskop  optik  dan  kamera  digital, Bahan  habis  pakai  seperti:  Kertas  amplas dengan  berbagai  ukuran,  pasta  diamond  dan bahan  kimia  untuk  etsa,  Spectroanalyse  PMI- Master-Pro.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan  informasi  dari  operator  serta mekanik  yang  menangani  unit  excavator tersebut  diperoleh  data  sebagai  berikut  :  Siklus pengantian  oli  pelumas  tidak  sesuai  dari  jadwal yang  telah  ditentukan  sesuai  dengan  buku petunjuk  pabrik  pembuat,  Pada  saat  beroperasi, unit  sering  melakukan rolling (pindah  lokasi kerja) terlalu jauh lebih kurang 40 km (± 3 hari), Unit excavator termasuk long crawler (tipe LC) untuk  excavator  tipe  berat  22  ton,  Unit excavator  ini  sebelumnya  telah  mengalami kerusakan  yang  sama  diposisi  yang  berbeda, awal kerusakan terjadi disebelah kanan unit, dan pada  saat  penulis  melakukan  penelitian  ini  unit mengalami kerusakan diposisi sebelah kiri.
Mulai Studi Literatur Survey Lapangan
Pengumpulan Informasi, Sejarah Operasi Dan Perawatan
Pemeriksaan Kerusakan/Kegagalan Komponen Poros Motor Final Drive Dilapangan Secara Visual- Dokumentasi

## Possible Root Cause Failure Analysis
Maintenance Unscedule/Fault Maintenance
Metallurgical Composition Assembly And Improper Adjustment
 Miss Operation Material Defect      Pengujian Dan
Pengukuran Sample Yang Rusak/Aus
Fragtografi Test Metalografi Test Hardness Test Chemical Composition Test Hasil Penelitian Dan Pembahasan
Selesai Kesimpulan Dan Saran
Rusak/aus
Poros  motor  final  drive  excavator  (gigi penggerak  dan  roda  gigi  spline)  mengalami kerusakan,  jenis  kerusakan:  surface  damage  ( aus/wear dan deformasi).
Gambar 6. Poros motor final drive (gigi penggerak dan roda gigi spline) yang mengalami kerusakan / keausan
Berdasarkan  temuan  serta  gambar  diatas terlihat  bahwa  pada  gigi  penggerak  dan  pada roda  gigi  spline  mengalami  kerusakan  /  surface damage  (  aus/wear  dan  deformasi)  akibat gesekan beban putar.
3.1.  Analisa  penyebab  kerusakan  pada  poros motor final drive (gigi penggerak dan roda gigi spline)
Seperti  yang  di  ketahui final  drive adalah suatu  komponen  dari  sistem  pemindah  tenaga yang  berfungsi  sebagai  penggerak  akhir  pada suatu  unit  dan  juga  sebagai  pendukung  berat unit  karena final  drive tersebut  langsung terpasang dengan track sehingga sebagian besar bobot unit juga akan mempengaruhi kinerja dari final  drive tersebut  pada  saat  unit  dalam beroperasi. Trouble yang  di  temukan  adalah dimana  komponen  poros  motor final  drive dari unit excavator  220  LC yang  teridentifikasi mengalami  kerusakan  /  keausan,  setelah  di lakukan  proses disassembly .  Bagian-bagian inner  part yang  mengalami  kerusakan  adalah gigi penggerak dan roda gigi spline.
Rupture (putus, patah) force rupture adalah jenis  kerusakan  yang  di  sebabkan  oleh  aplikasi beban satu arah secara tiba-tiba. Fatigue rupture (  70%    penyebab  kerusakan  pada  metal  part), maksudnya  adalah  kerusakan  dimana  patahan dari crack yang  membesar  secara  perlahan akibat  aplikasi  beban    berulang-ulang  dalam waktu yang lama. Sedangkan surface deformation (kerusakan permukaan) dimana ada bagian wear adalah  berkurangnya  lapisan material  kontak  antara  2  permukaan  atau  lebih, surface fatigue adalah terkelupasnya permukaan akibat oleh stress yang melebihi batas lelah dan plastic yielding adalah akibat beban yang besar. Pada  dasarnya final  drive  poros  motor adalah
tipe planetary  gear ,  yang  dapat  bekerja  jika  di beri input putaran  dan  salah  satu  komponennya harus di tahan. Power dari engine di teruskan ke transmisi kemudian  oleh  pertautan bevel  gear pinion yang  memutar bevel  gear akan menghasilkan  putaran  lebih  besar  dari pinion bevel  gear ,  selanjutnnya  putaran  akan  di teruskan  melalui shaft  sun  gear ke planetary yang  mana  fungsi sun  gear memutar  planetry agar  mereduksi  putaran  kemudian output  shaft meneruskan putaran menuju sprocket.
3.2.  Analisa  hasil  pemeriksaan  visual  terhadap bentuk  poros  motor  dan  gear  final  drive  dan coupling
Pemeriksaan ini diawali dengan pemeriksaan secara visual yaitu pemeriksaan secara langsung dari  poros  motor  final  drive  yang  mengalami kerusakan,  terutama  pada  permukaan  patahan. Pengamatan  visual ini  sangat  penting dilakukan sebelum melangkah mendeteksi bentuk atau ciri kegagalan yang dialami oleh poros final drive.
Pemeriksaan  secara visual pada poros  yang mengalami kerusakan meliputi :
 Pengambilan gambar foto dari berbagai arah.
 Mengekspos posisi-posisi penting sebagai
identifikasi informasi
kerusakan.
Gambar 7. Shaft/gear final drive dan coupling
Gambar 8. Kerusakan gigi penggerak dan roda gigi spline
Hasil pemeriksaan visual dengan foto makro gigi  penggerak  dan  roda  gigi  spline  terlihat bahwa pada gigi penggerak mengalami keausan akibat  gesekan  beban  putar,  dan  pada  roda  gigi spline  terlihat  adanya  serpihan  patah  akibat beban gesek.
3.3. Hasil pengujian komposisi kimia ( chemical composition ) Objek :  Gigi  penggerak  dan  roda  gigi spline Bahan       : Steel Mesin Uji   : Arc-Spark Spektrometer Standar Uji : ASTM A 751
Tabel 1. Hasil Pengujian Komposisi Kimia Unsur Komposisi Kimia Unsur (%) Gigi Penggerak Roda Gigi Spline Fe C Si Mn Cr Ni Mo Cu Al V W Ti Nb B S P 97,2 0,392 0,212 0,760 1,03 0,0362 0,191 0,0546 0,0145 0,0081 0,0250 0,0019 0,0106 0,0010 0,0126 0,0188 97,4 0,257 0,261 0,709 1,03 0,0466 0,188 0,0674 0,0035 0,0109 0,0250 0,0035 0,0064 0,0010 0,0085 0,0193
Dengan komposisi kimia seperti tabel diatas diketahui  bahwa  gigi  penggerak  terbuat  dari Baja  Paduan  Rendah  ( Low  Alloy  Steel ), termasuk  dalam  kelompok  Baja  AISI  4140 ( Through-Hardening Low Alloy Steel Bar ).
3.4. Pengujian visual / makrografi

## 4.1.1. Gigi Penggerak
Gambar 9. Kerusakan roda gigi penggerak yang mengalami keausan akibat  gesekan beban putar
Pengujian  visual/  makro  dilakukan  dengan mengamati  permukaan  /  puncak  gigi  penggerak yang  mengalami  kerusakan  /  keausan,  dengan hasil sebagai berikut :
3.5. Hasil pengujian makrografi roda gigi
penggerak yang mengalami kerusakan
Berdasarkan  hasil  pengujian  struktur  mikro seperti terlihat. diatas telah terjadi keausan pada daerah  gigi  lokasi  1,  2  dan  3  akibat  gesekan beban  putar  berupa  martensit  dan  pada  lokasi  4 terdapat  cacat  inklusi  yaitu  disebabkan  oleh pengotor  (inklusi)  baik  berupa  produk  karena reaksi  gas  atau  berupa  unsur-unsur  dari  luar seperti:  terak,  oksida,  logam  wolfram,  atau lainnya.  Cacat  ini  biasanya  terjadi  pada  daerah bagian logam las (weld metal).
Pada  gambar  12  (pembesaran  100  dan  500 x)  terlihat  bahwa  struktur  mikro  yang  terjadi berupa martensit halus  dengan  butir  karbida crome  menyebar  merata  pada  daerah  yang dikeraskan. Pengerasan permukaan ( case hardening )  dapat dikatakan  sebagai  proses  laku panas untuk  memperoleh  kekerasan hanya pada permukaannya  saja,  atau  dengan  kata  lain lapisan  permukaan  mempunyai  kekerasan  yang lebih tinggi sedangkan bagian yang lebih dalam tetap  seperti  semula  (kekerasan  rendah  tetapi keuletannya  tinggi).  Dalam  kondisi  ini  pada lapisan  permukaan  terdapat  tegangan  sisa  yang berupa tegangan tekan (tahan terhadap kelelahan,  fatique  limitnya  naik)  dan  secara keseluruhan material tersebut masih ulet.
Peningkatan  temperatur  (suhu  tinggi)  pada permukaan  baja  diperoleh  akibat  terjadinya gesekan  dan  beban  putar  antara  gigi  penggerak dan  roda  gigi  spline,  pada  saat  beroperasi sehingga menimbulkan transformasi fasa.
Gambar 10: Bentuk struktur mikro kerusakan roda gigi penggerak yang mengalami aus akibat gesekan beban putar didaerah gigi  (lokasi 1,2 dan 3) berupa martensit dan dibagian tengah berupa bainit-martensit (lokasi 4), terdapat cacat inklusi Etsa: nital 2%
Gambar 11. Struktur mikro daerah puncak roda gigi dan kaki roda gigi yang tidak mengalami kerusakan berupa martensit dan dibagian tengah berupa martensit – bainit Etsa: nital 2%
Berdasarkan  hasil  pengujian  struktur  mikro diidentifikasikan  pada  lokasi  2  menunjukkan serpihan  patah/lipatan  akibat  beban  gesek  – putar

## Gigi Spline
Gambar 13. Roda gigi spline yang mengalami kerusakan dan yang tidak mengalami kerusakan.
Gambar 14. Spline roda gigi yang bergesekan dengan shaft pada daerah antara yang rusak dan tidak rusak.
Berdasarkan  hasil  pengujian  struktur  mikro seperti terlihat  gambar  14 diatas (perbesaran 50 dan 500 x), diidentifikasikan pada lokasi 1 dan 2 menunjukkan  serpihan  patah  akibat  beban gesek. Struktur mikro didaerah puncak roda gigi yang  mengalami  pengerasan  berupa  martensit dan  dibagian  tengah  berupa  martensit  –  bainit. Etsa: nital 2 %.
Gambar 15. Spline roda gigi tidak rusak, struktur mikro berupa martensit.
Logam yang dikenai tegangan berulang bisa mengalami  kerusakan  pada  tegangan  jauh  lebih rendah  dibanding  tegangan  yang  dibutuhkan untuk  perpatahan  pada  penerapan  beban tunggal.  Dalam  ilmu  metalurgi,  kondisi  itu disebut dengan kegagalan lelah (fatigue failure) . Umumnya,  kegagalan  lelah  terjadi  pada  benda- benda yang telah bekerja dalam waktu lama.
Kegagalan lelah acapkali terjadi ada alat-alat yang  bekerja  terus-menerus,  terutama  bagian yang  menerima  beban  berulang  dan  getaran. Dieter  (1992:1)  menegaskan  hampir  90  proses benda  mekanis  mengalami  kegagalan  lelah sehingga para perancang mesin harus memasukkan perhitungan  kekelahan  logam saat merencanakan bagian itu.
Kegagalan  lelah  sangat  membahayakan karena  biasanya  tidak  disertai  dengan  petunjuk awal.  Kelelahan  mengakibatkan  logam  terlihat rapuh,  namun  tanpa  adanya  deformasi  pada struktur  patahan.  Bila  diteliti  pada  skala maroskopik,  kita  bisa  menemuka  bagian  halus dan  kasar  pada  permukaan  patahan.  Bagian yang  halus  muncul  akibat  gesekan  yang  terjadi saat  retak  merambat  dan  bagian  kasar  muncul akibat  perpatahan  ulet  yang  terjadi  saat penampang tidak dapat menerima beban.
Perkembangan  retakan  akibat  kegagalan lelah  biasanya  ditandai  oleh  sejumlah  cincin atau “garis pantai” (beach mark) yang bergerak ke  dalam  titik  dimana  kegagalan  mulai  terjadi. Ciri-ciri  kelelahan  lainnya,  suatu  kegagalan biasanya  terjadi  pada  bagian  di  mana  terdapat konsentrasi  tegangan,  seperti  sudut  tajam  atau takik.  Bisa  juga  terjadi  pada  tempat  di  mana terdapat konsentrasi tegangan metalurgis,
seperti inklusi. Dieter dalam bukunya Mechanical Metallurgy (1992)  menjelaskan  ada  tiga  faktor yang  diperlukan  agar  terjadi  kegagalan  lelah, yaitu  (1)  tegangan  tarik  maksimum  yang  cukup tinggi,  (2)  variasi  atau  fluktuasi  tegangan  yang cukup besar, dan (3) siklus penerapan tegangan cukup  besar.  Dari  hasil  pengujian Makrografi tersebut dapat disimpulkan bahwa Gigi Penggerak  dan  Roda  Gigi  Spline  mengalami keausan  karena  adanya  gaya  tekan  yang berulang (beban dinamis) menyebabkan kelelahan pada permukaan. Akibat siklus beban yang rendah, kerusakannya seringkali berbentuk pits (sumuran) atau sebagian material mengalami  retak  ( crack )  atau  serpihan  patah  / lipatan  dan  terlepas  ( spalling ).  Awal  keretakan seringkali  disebabkan  oleh  perubahan  fasa  / struktur    akibat  siklus  tegangan  kontak  atau akibat inklusi yang  berada  sedikit  dibawah permukaan  ( sub-surface  inclusion ).  Keausan
Gambar 12. Struktur mikro daerah antara yang rusak dan tidak rusak puncak roda gigi dan kaki roda gigi
yang dialami oleh  gigi penggerak dan roda gigi spline adalah keausan lelah ( fatigue wear ).

## 3.6. Hasil pengujian kekerasan (hardness test)
Objek : Poros motor final drive excavator Bahan : Steel Mesin Uji : Frank Finotest Standar Uji : SNI 19-0409-1989 Permukaan : Etching Metode Uji : Vickers (HV) P = 5 kgf,  α = 136 0
Gambar 16. Sampel pengujian kekerasan gigi penggerak
Pengujian  kekerasan  bahan  sampel  1  dan  2 masing  –  masing  penampang  pada  4  (empat) titik pengujian dilakukan dengan metode vickers dengan  beban  P  =  5  Kgf,  dan  didapat  hasil sebagai berikut :
Tabel 2. Hasil uji kekerasan gigi penggerak No Nilai Kekerasan Vickers (HV) P, 5 kgf Ket. Sample 1-A Sample 1-B Sample 2-A Sample 2-B 1 632 676 687 576 2 602 423 665 550 3 293 653 412 642 4 290 429 653 371
Rata  –  rata  kekerasan  pada  permukaan  puncak gigi penggerak (kulit luar) dan isi (dalam) yaitu : Untuk Sampel 1-A o Posisi pengujian 1 dan 2  (632 + 602) = 1234/2 = 617 HV ( Through Hardening ) o Posisi pengujian 3 dan 4  (293 + 290) = 583/2 = 292 HV
Untuk Sampel 1-B
o Posisi pengujian 1 dan 3  (676 + 653) =
1329/2 = 665 HV ( Through Hardening ) o Posisi pengujian 2 dan 4  (423 + 429) = 852/2 = 426 HV
Untuk Sampel 2-A o Posisi pengujian 1 dan 2  (687 + 665) = 1352/2 = 676 HV ( Through Hardening )
o Posisi pengujian 3 dan 4  (412 + 653) = 1065/2 = 533 HV
Untuk Sampel 2-B o Posisi pengujian 1 dan 3  (576 + 642) = 1218/2 = 609 HV ( Through Hardening )
o Posisi pengujian 2 dan 4  (550 + 371) = 921/2 = 461 HV
Nilai  kekerasan  bahan  pada  sampel  1-A disisi  area  penerima  beban  pada  puncak  gigi (yang mengalami keausan) adalah dengan rata – rata  617  HV,  sementara  disisi  yang  tidak menerima beban dengan rata – rata 292 HV Nilai  kekerasan  bahan  pada  sampel  1-B disisi  area  penerima  beban  pada  puncak  gigi (yang mengalami keausan) adalah dengan rata – rata  665  HV,  sementara  disisi  yang  tidak menerima beban dengan rata – rata 426 HV Nilai  kekerasan  bahan  pada  sampel  2-A disisi  area  penerima  beban  pada  puncak  gigi (yang mengalami keausan) adalah dengan rata – rata  676  HV,  sementara  disisi  yang  tidak menerima beban dengan rata – rata 533 HV
Nilai  kekerasan  bahan  pada  sampel  2-B disisi  area  penerima  beban  pada  puncak  gigi (yang mengalami keausan) adalah dengan rata – rata  609  HV,  sementara  disisi  yang  tidak menerima beban dengan rata – rata 461 HV
Dari hasil analisis distribusi kekerasan bahan pada  masing  –  masing  titik  dapat  dijelaskan bahwa  nilai  kekerasan  bahan  gigi  penggerak pada sampel 1-A dan B serta sampel 2-A dan B didaerah  yang  menerima  beban  (puncak  gigi) berkisar 609, 617, 665 dan 676 HV dengan rata – rata 642 HV, setara dengan (57,4 HRC).
Dari  literatur  diketahui  bahwa  standard kekerasan Baja  Paduan  Rendah  ( Low  Alloy Steel ) termasuk dalam kelas Through- Hardening  Low  Alloy  Steel  Bar 4140,  dengan kekerasan permukaan 58 HRC, dengan demikian  nilai  kekerasan  bahan  gigi  penggerak memenuhi  standar  kekerasan  sesuai  dengan spesifikasi  yaitu  kisaran  600  -  650  HV (mendekati  rata  –  rata  kekerasan  642  HV) (equivalent dengan 57,4 HRC). Baja AISI 4140 adalah  baja  karbon  sedang,  digunakan  untuk jenis  baja  yang  membutuhkan  kekuatan  tinggi. Oleh  karenanya  untuk  dapat  meningkatkan ketangguhan kekerasan dan kekuatan yang baik.
Jadi  dapat  disimpulkan  bahwa  kekerasan pada gigi penggerak baik karena pengaruh panas maupun  deformasi  menunjukkan  bahwa  tidak terjadi  perubahan  sifat  mekanik  bahan  selama pemakaian.  Dengan  demikian  nilai  kekerasan bahan  gigi  penggerak  memenuhi  standard kekerasan baja AISI 4140.
•1
•1 2• 3• 3• •4 •5
3.7. Analisis penyebab dan mekanisme kerusakan.
Penyebab  utama  terjadinya  kerusakan  dan keausan  gigi  penggerak  dan  roda  gigi  spline adalah karena adanya gesekan beban putar, gaya tekan  yang  berulang  (beban  dinamis)  yang dialami  pada  kondisi  operasional  dikarenakan fungsi  dari  poros  motor  final  drive  adalah mereduksi putaran dan meningkatkan torsi. Pada proses  kerjanya  poros  motor  final  drive dihadapkan pada tekanan permukaan yang besar yang  disebabkan  oleh  beban  goncangan  dan benturan.  Konsentrasi  tegangan  terjadi  pada daerah yang mempunyai luas permukaan kecil.
3.8.  Penanggulangan  dan  usaha  pencegahan gigi penggerak dan roda gigi spline mengalami keausan / kerusakan.
1. Keausan  material  akibat  fatigue  dapat diminimumkan dengan mencegah terbentuknya microcrack pada material.
2. Peningkatan  kekerasan  permukaan  dapat mencegah deformasi sub-surface dan memperlambat crack nucleation rate.
3. Peningkatan  ketangguhan  material  dapat menurunkan crack growth rate.
4. Pada umumnya setiap manipulasi
mikrostruktur untuk meningkatkan
kekerasan  selalu  diikuti  dengan  penurunan ketangguhan. Strateginya adalah bagaimana mendapatkan  kekuatan  dan  kekerasan material  yang  tinggi  tanpa  menurunkan ketangguhannya secara signifikan.
5. Seperti  pada  upaya-upaya  sebelumnya, ketahanan  aus  akigat  fatigue  dapat  juga ditingkatkan  dengan  memberikan  pelapisan material  yang  keras  pada  material  yang lunak.
6. Karena  pada  umumnya  zona  deformasi plastis jarang sekali terjadi pada kedalaman lebih  dari  200  mikron,  maka  tebal  lapisan minimum harus sekitar angka tersebut.
3.9.  Mengatasi  keausan  dengan  pertimbangan materialnya.
Menggunakan material yang memiliki resistensi terhadap deformasi  plastis serta mampu  menghindari  terjadinya  retak  nukleasi dan pertumbuhan, yaitu material yang mempunyai kekerasan tinggi dan ketangguhan.

## 4. Simpulan
Berdasarkan  hasil  pengolahan  dan  analisis data  yang  telah  dilakukan  diatas  dapat dijelaskan bahwa :
1. Dari  hasil  pemeriksaan  visual  dengan  foto makro  gigi  penggerak  dan  roda  gigi  spline terlihat bahwa pada gigi penggerak mengalami  keausan  akibat  gesekan  beban putar,  dan  pada  roda  gigi  spline  terlihat adanya serpihan patah akibat beban gesek.
2. Dari  hasil  pengujian Makrografi tersebut dapat  disimpulkan  bahwa  Gigi  Penggerak dan  Roda  Gigi  Spline  mengalami  keausan karena  adanya  gaya  tekan  yang  berulang (beban  dinamis)  menyebabkan  kelelahan pada permukaan
3. Keausan  yang  dialami  oleh  gigi  penggerak dan  roda  gigi  spline  adalah  keausan  lelah ( fatigue  wear )  dan  kegagalan  lelah (fatigue failure).
4. Dari hasil analisis distribusi kekerasan bahan pada  masing  –  masing  titik  dapat  dijelaskan bahwa nilai kekerasan bahan  gigi penggerak pada  sampel  1-A  dan  B  serta  sampel  2-A dan  B  didaerah  yang  menerima  beban (puncak gigi) berkisar 609, 617, 665 dan 676 HV  dengan  rata  –  rata  642  HV,  setara dengan  (57,4  HRC).  Dari  literatur  diketahui bahwa  standard  kekerasan Baja  Paduan Rendah  ( Low  Alloy  Steel )  termasuk  dalam kelas Through-Hardening  Low  Alloy  Steel Bar 4140,  dengan  kekerasan  permukaan  58 HRC,  dengan  demikian  nilai  kekerasan bahan  gigi  penggerak  memenuhi  standar kekerasan  sesuai  dengan  spesifikasi  yaitu kisaran 600 - 650 HV (mendekati rata – rata kekerasan 642 HV) (equivalent dengan 57,4 HRC).

## Saran
Disarankan  untuk  menggunakan  material yang  memiliki resistensi terhadap deformasi plastis serta  mampu  menghindari  terjadinya retak  nukleasi  dan  pertumbuhan,  yaitu  material yang mempunyai kekerasan tinggi dan ketangguhan.
Pastikan  operator    mengecek  oli  final  drive setiap hari, dan pastikan tidak terjadi kebocoran pada  floating  seal,  apabila  itu  terjadi  sebaiknya lakukan  penggantian  floating  seal,  jangan memaksakan  unit  tersebut  beroperasi,  karena kemungkinan  terburuknya,  final  drive  akan berputar  tanpa  pelumasan,,  dan  itu  akan menyebabkan kerusakan parah.

## Daftar Pustaka
1. American National Standar, “ Gear
Materials  and  Heat  Treatment  Manual ”, AGMA  2004  –  B89,  Revision  of  AGMA 240.01.
2. ASM Metal Handbook Volume 11, “ Failure
Analysis and Preventive”.
3. ASM Metal Handbook Volume 18, “ Friction,
Lubrication, and Wear
Technology”.
4. Ahmad Zainuri, ST, M.Eng., Diktat Elemen Mesin  III ,  Teknik  Mesin  Universitas
Mataram, 2011.
5. D.A.  Porter  and  K.E.  Easterling,  2005,
Phase  Transformation  in  Metals  and Alloys , second edition, 6. Djoko  Wiyono,  2000, Failure  Analysis , program  Pasca  Sarjana  Magister  Teknim Mesin ISTN, Jakarta 7. Edi Agus Basuki., 2005, Transformasi Fasa Lanjut , Institut Teknologi Bandung, Bandung.
8. G.  Blake,  M.  Margetts  and  W.  Silver Thorne, Gear  Failure  Analysis  Involving Grinding Burn . 9. Glyn Meyrick, 2001, Physical Metallurgy of
Steel , class note and lecture material,
10. Imam  Syafa’at, Permodelan  keausan Steady  State ,  Universitas  Diponegoro Semarang, 2010.
11. Ir.  Teguh  Raharjo,  MT., Diktat  Analisa Kegagalan  Material, Institut  Teknologi
Nasional Malang, 2010.
12. Ilham  Hatta, Aplikasi  Mikro  Analisis  dan Fraktografi  untuk  menentukan  Kualitas
Produk  dan  Penyebab  Kerusakan  Suatu Komponen ,  Prosiding  Pertemuan  Ilmiah Ilmu  Pengetahuan  dan  Teknologi  Bahan, Serpong, 2012 13. T.  Hafli, Perilaku  Kegagalan  Roda  Gigi
Lurus  Akibat  Beban  Fatik  dan  Impak , USU, 2006.
14. Vineat  Pandey, Failure  Analysis  of  Gear Material, Materials Science
and
Engineering, Master of Technology (M.Tech).