## FENOMENA RUNNING-IN RODA GIGI TRANSMISI KE-2 SEPEDA MOTOR HONDA SUPRA X

## Taufiq Hidayat
Dosen Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Mesin Universitas Muria Kudus Email: ophiqhd@gmail.com

## ABSTRAK
Roda  gigi  adalah  salah  satu  elemen  mesin  yang  didesain  untuk  memindahkan  daya  (power)  dan gerak  (motion)  dari  satu  bagian  mekanik  ke  bagian  lainnya. Elemen  pemindah  daya  yang  lain  adalah sabuk,  rantai,  dan  sabuk  ganda. Roda  gigi  menjadi  salah  satu  elemen  mesin  yang  paling  banyak digunakan pada sistem transmisi daya. Seperti semua komponen mekanik pada umumnya, roda gigi juga mengalami  keausan  dikarenakan  adanya  kontak  mekanik.  Kontak  yang  terjadi  pada  roda  gigi  berupa kontak non-formal dan termasuk dalam deformasi elastis. Penelitian diawali dengan persiapan spesimen roda  gigi  sepeda  motor  Honda  Supra  dari  Honda  Genuine  Parts, non  HGP dan  produk  Usaha  Kecil Menengah  (UKM).  Sebelum  melakukan  eksperimen  terlebih  dahulu  diukur  kekasaran  permukaan  awal roda  gigi  pada  area  kontak  dan  diidentifikasi  spesifikasi  dari  masing-masing  roda  gigi.  Eksperimen dilakukan  dengan  variasi  beban  torsi.  Setelah  proses running-in roda  gigi  diukur  kekasaran  permukaan pada area kontak. Sehingga diketahui nilai kekasaran permukaan selama waktu tertentu dan jarak tertentu. Setelah  eksperimen  dilakukan  analisa  kekasaran  permukaan  dan  koefisien  gesek. Dari  hasil  eksperimen bisa  disimpulkan  bahwa  selama  proses running-in terdapat  fenomena  penurunan  kekasaran  permukaan roda  gigi  sebanding  dengan  waktu.  Tentu  saja  koefisien  gesek  mengalami  peningkatan  seiring  dengan meningkatnya  beban  torsi.  Tetapi  sebaliknya,  koefisien  gesek  mengalami  penurunan  seiring  dengan meningkatnya  kecepatan  putar.  Dalam  hal  ini  Produk  Honda  Genuine  Parts  lebih  baik  daripada  produk non-HGP dan produk UKM.
Kata kunci: roda gigi, kontak garis, kekasaran permukaan, koefisien gesek.

## ABSTRACT
Gears is an element that is  designed to move the engine  power (power) and motion (motion) from one to the other mechanical parts. Another element of power transfer are belt, chain, and double belt etc. Gears  to  be  one  of  the  machines  elements  most  widely  used  in  the  power  transmission  system.  Like  all mechanical components in general, gears also wear out due to mechanical contact. Contact that occurs on gears form of non - formal and contacts included in the elastic deformation. The study begins with the preparation of specimens motorcycle gears from Honda Genuine Parts, non- HGP and products of Small and  Medium  Enterprises  (SME). The  first  experiment is  measuring the  initial  surface  roughness  of  the gears  on the contact area and identified the specifications of each of the gears. Experiments  performed with the variation of load torque. After the running- in, gears measured surface roughness on the contact area  .  So  the  unknown  value  of  surface  roughness  for  a  certain  time  and  a  certain  distance.  After experimental analysis of surface roughness and friction coefficient. From the experimental results it can be  concluded  that  during  the  running- in  process  there  is  the  phenomenon  of  a  decrease  in  surface roughness gear worth the time. Of course, the friction coefficient increased with increasing load torque. But otherwise, the friction coefficient decreased with increasing rotational speed. In this case the Honda Genuine Parts Product is better than the non - HGP and SME products.
Keywords: gears, line contact, surface roughness, friction-coefficient

## 1. PENDAHULUAN
Elemen pemindah  daya (power transmission)  banyak  ditemukan di banyak  bidang pada  kehidupan modern  sekarang  ini.  Hampir  semua  alat-alat  mekanik  memiliki  paling  sedikit  satu  atau  dua  elemen: kendaraan  bermotor  memiliki  roda  gigi  sebagai power  transmission;  mesin  cuci  memiliki  puli  untuk memutar  drum;  printer  komputer  memiliki  roda  gigi,  cam  dan  puli  untuk  mengerakkan  kertas  dan
= Arah putaran roda gigi
= Arah gaya gesek
mengatur printing heads; mesin fotokopi dan Anjungan Tunai Mandiri (ATM) memiliki banyak elemen pemindah daya di tiap bagian. Secara umum elemen pemindah dibagi menjadi dua yaitu pemindah daya (power  transmission)  dan  pemindah  gerak  (motion  transmission).  Roda  gigi  adalah  salah  satu  elemen mesin  yang didesain untuk memindahkan daya (power) dan gerak (motion) dari satu bagian mekanik ke bagian  lainnya.  Roda  gigi  menjadi  salah  satu  elemen  mesin  yang  paling  banyak  digunakan  pada  sistem transmisi  daya.  Seperti  semua  komponen  mekanik  pada  umumnya,  roda  gigi  juga  mengalami  keausan dikarenakan  adanya  kontak  mekanik.  Secara  umum  area  kontak  antara  roda  gigi  memiliki  bentuk segiempat  (rectangular)  dan  bisa  di  kelompokkan  dalam  masalah  kontak  garis  (line  contact  problem). Kontak  yang  terjadi  pada  roda  gigi berupa  kontak  non-formal  dan  termasuk  dalam  deformasi  elastis. Kontak  non-formal  dan  deformasi  elastis  dikategorikan  dalam  kontak  garis Elasto  Hydrodynamic Lubrication (EHL) [1]. Pada kenyataannya, permukaan roda gigi tidaklah halus. Kontak sebenarnya yang terjadi  adalah  antar  asperiti  pada  permukaan  roda  gigi.  Tekanan  kontak  dan  beban  kontak  mempunyai peranan  penting  pada  koefisien  gesek  dan  daya  yang  hilang.  Kontak  pada  roda  gigi  ditunjukkan  pada gambar 1.
Keausan pada roda gigi telah menjadi topik penelitian yang menarik sejak dahulu. Simulasi keausan roda  gigi  dengan  metode  elemen  hingga  dilakukan  oleh  Brauer  J.  dan  Anderson  S.  [2]  dalam penelitiannya  yang  berjudul  “ Simulation  of  wear  in  gears  with  flank  interference - a  mixed  FE  and analytical  approach ”.  Simulasi  dilakukan  dengan  bantuan  software  ANSYS  5.7  dengan  model  seperti pada  gambar  2.  Sehingga  diperoleh  nilai  torsi  reaksi,  koefisien  gesek,  posisi  kontak,  beban  kontak,  dan wear  depth.  Kleemola  J.  dan  Lehtovaara  A.  [3]  melakukan  simulasi  eksperimen kontak  roda  gigi sepanjang  garis  kontak.  Judul  penelitiannya  adalah  “ Experimental  simulation  of  gear  contact  along  the line of  action ”.  Mereka  meneliti roda  gigi lurus menggunakan alat twin-disc test. Pengukuran dilakukan pada 38 titik sepanjang garis kontak dengan fokus pengukuran koefisien gesekan pada kondisi pelumasan dan temperatur tertentu.
Gambar 1. Mekanis kontak roda gigi, (a) pada titik pertama kontak, (b) pada titik pitch dan (c) pada titik terakhir kontak [1]
Gambar 2. Model elemen hingga sepasang roda gigi [2]
Penelitian  tentang  keausan  roda  gigi  pada  kondisi  kering  tanpa  pelumas  dilakukan  oleh Dhanasekaran S. dan Gnanamoorthy R. [4] dengan judul “ Gear tooth wear in sintered spur gears under dry  running  conditions ”.  Roda  gigi  disinte r  dengan  penambahan  MoS 2 .  Hasilnya  adalah  dengan penambahan MoS 2 akan menambah densitas, kekerasan, kekuatan dan ketahanan aus. Hal yang sama juga dilakukan  oleh  Walton  D.  dan  Goodwin  A.J.  [5]  dalam  penelitiannya  yang  berjudul  “ The  wear  of unlubricated metallic spur gear ”. Roda gigi yang diteliti terbuat dari baja karbon, besi grafit, besi cor, dan aluminium  bronze.  Beberapa  roda  gigi  juga  dilapisi  oleh  molybdenum  disulphide,  electroless  nickel, copper, lead/tin  dan  beberapa macam  material lainnya dengan pelapisan elektro,  kimia  dan fisika. Roda gigi aluminium bronze memiliki keausan tertinggi tetapi memiliki permukaan yang paling halus.
Tujuan penelitian ini adalah  mengukur  kekasaran permukaan  pada roda  gigi ransmisi  sebelum dan setelah running-in serta mengetahui koefisien gesekan pada roda gigi transmisi sepeda motor.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Bahan  yang digunakan sebagai spesimen adalah sepasang  roda  gigi transmisi sepeda motor Honda Supra  dengan  masing-masing  diameter  lingkaran  jarak  adalah  90  mm,  modul 4.5,  jumlah  gigi  20,  lebar gigi 20 mm. Alat uji yang digunakan adalah buatan sendiri dengan menggunakan dua buah motor listrik masing-masing  1  hp  1600  rpm  3  phasa  yang  bisa  diatur  putarannya.  Sedangkan  putaran  spesimen  bisa diatur antara 0-6000 rpm. Beban torsi bisa diatur pada salah satu poros spesimen.
Penelitian  diawali  dengan  persiapan  spesimen  roda  gigi  tingkat  3  sepeda  motor  Honda  Supra  dari Honda  Genuine  Parts,  non  HGP  dan  produk  Usaha  Kecil  Menengah  (UKM).  Spesifikasi  roda  gigi ditunjukkan  pada  tabel  1.  Sebelum  melakukan  eksperimen  terlebih  dahulu  diukur  kekasaran  permukaan awal roda gigi pada area kontak menggunakan stylus profilometer seperti yang ditunjukkan pada tabel 2. Eksperimen  dilakukan  dengan  variasi  beban  torsi. Running-in dilakukan  dengan waktu  tertentu.  Setelah proses running-in roda  gigi  diukur  kekasaran  permukaan  pada  area  kontak.  Sehingga  diketahui  nilai kekasaran  permukaan  selama  waktu  tertentu  dan  jarak  tertentu.  Setelah  eksperimen  dilakukan  analisa kekasaran permukaan dan koefisien gesek. Diagram alir penelitian ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Diagram alir penelitian
Mulai Studi Pustaka Pengukuran kekasaran awal Running-in Valid? Pengolahan data Pengukuran kekasaran Pembahasan Selesai tidak ya
Tabel 1. Spesifikasi roda gigi sepeda motor Honda Supra Parameter Satuan Pinion Gear Jumlah gigi - 20 20 Sudut tekan derajat 20 Sudut helix derajat 0 Rasio gear - 1 Lingkaran kepala mm 91,5 Modul mm 4,5 Lebar gigi mm 20 20
Tabel 2. Parameter kekasaran permukaan awal roda gigi
Parameter Honda Genuine Parts Non-HGP UKM Rata-rata (μm) Standar deviasi (μm) Rata- rata (μm) Standar deviasi (μm) Rata- rata (μm) Standar deviasi (μm) Kekasaran rms 0,33 0,053 0,51 0,078 0,92 0,125 Kekasaran rata-rata 0,25 0,036 0,45 0,056 0,85 0,106 Jarak rata-rata puncak ke lembah 1,58 0,27 1,80 0,67 2,58 0,97 Kurtosis 4,85 3,85 5,25 4,55 6,35 6,15 Skewness -0,94 0,38 -1,24 0,68 -2,57 1,38

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Alat  uji  roda  gigi  (gear  test  rig)  ditunjukkan  pada  gambar 4.  Alat  tersebut  menggunakan  2  buah motor masing-masing 1 Hp, 1600 Rpm, 3 phasa yang dapat diatur kecepatannya, dapat digunakan untuk menguji  disk  maupun  roda  gigi,  dimensi  spesimen  dapat  bervariasi,  kecepatan  putar  masing-masing spesimen  bisa  dibedakan,  transmisi  menggunakan  roda  gigi,  penopang  poros  spesimen  berbentuk  profil U,  spesimen dapat diganti dengan mudah dan cepat, beban torsi menggunakan sistem disc break hidrolis, pembebanan  tekan  menggunakan  sistem  hidrolis,  mudah  dan  murah  dalam  pembuatan,  ergonomis,  ada sistem  pelumasan,  sistem  kontrol  menggunakan micro-drive.  Beban  torsi  disesuaikan  dengan  standar ASTM D5182 seperti pada tabel 3.
Tabel 3. Standar beban torsi untuk pengujian roda gigi (ASTM D5182)
Tingkat beban Torsi pada pinion (Nm) Gaya normal pada gigi (N) Tekanan kontak Hertz (MPa) Usaha total (kWh) 1 3,3 99 146 0,19 2 13,7 407 295 0,97 3 35,3 1044 474 2,96 4 60,8 1799 621 6,43 5 94,1 2786 773 11,8 6 135,5 4007 929 19,5 7 183,4 5435 1080 29,9 8 239,3 7080 1232 43,5 9 302,0 8949 1386 60,8 10 372,6 11029 1539 82,0 11 450,1 13342 1691 107,0 12 534,5 15826 1841 138,1

## Gambar 4. Alat uji roda gigi (gear test rig)
Pada  fase  penelitian,  ditetapkan  kecepatan  putar  roda  gigi  adalah  1500  rpm  dan  beban  torsi  pada pinion  sebesar  15  Nm.  Hasil  pengukuran  kekasaran  permukaan  ditampilkan  berupa  grafik  seperti  yang ditunjukkan pada gambar 5, 6 dan 7 untuk masing-masing roda gigi.
Gambar 5. Grafik kekasaran permukaan terhadap waktu setelah running-in produk HGP
Dari  gambar 5 di  atas  tampak  bahwa  selama  proses running-in roda  gigi  mengalami  penurunan kekasaran permukaan. Hal tersebut disebabkan kontak yang sebenarnya terjadi adalah antar asperiti. Pada produk  Honda  Genuine  Parts  (HGP)  penurunan  kekasaran  permukaan  tidak begitu  tajam,  hal  ini disebabkan  material  dari  produk  HGP  sangat  bagus.  Berbeda  dengan  produk  non-HGP  seperti  pada gambar 6.  Penurunan  kekasaran  permukaan  lebih  tajam  daripada  produk  HGP.  Penurunan  kekasaran permukaan  paling  tajam  dialami  oleh  produk  dari  Usaha  Kecil  Menengah  (UKM)  seperti  ditunjukkan
oleh  gambar 7.  Produk UKM  ini  dalam  pembuatan  masih  kasar,  bahan  materialnya  tidak  memenuhi standar roda gigi dan finishing tidak halus.
Gambar 6. Grafik kekasaran permukaan terhadap waktu setelah running-in produk non-HGP
Gambar 7. Grafik kekasaran permukaan terhadap waktu setelah running-in produk UKM
Gambar 8. Grafik koefisien gesek terhadap beban torsi
Koefisien  gesek  mengalami  peningkatan  sejalan  dengan  meningkatnya  beban  torsi  seperti  yang ditunjukkan pada gambar 8. Beberapa faktor yang mempengaruhi umur pakai dari sebuah  mesin, antara lain  kualitas  komponen,  cara  pemakaian,  perawatan,  kondisi  kerja  dan  lainnya.  Ditinjau  dari  kerja komponen-komponen di dalam mesin itu sendiri, juga akan berbeda dalam hal beban kerjanya sehingga berpengaruh pada umur pakai produk.
Hampir  semua  suatu  komponen  mengalami  kontak  mekanis  pada  permukaan  ketika  sedang  dalam kondisi kerja, Kontak yang terjadi antar komponen bisa berupa static contact, rolling contact, atau sliding contact. misalnya  pada  saat  mesin  beroperasi,  Komponen-komponen  mesin  akan  saling  bersinggungan dan mengalami sebuah kontak juga gesekan sesama komponennya, ball dengan inner race dan outer race pada ball bearing, gesekan piston terhadap dinding silinder dalam motor bakar, gesekan camshaft dengan katup  dalam  motor  bakar,  dan  lain  sebagainya.  Akibat  dari  kerja  komponen  tersebut  maka  akan  timbul adanya pengikisan permukaan komponen atau sering disebut keausan (wear).
Running-in adalah  sebuah  fenomena  yang  terjadi  setelah  awal  kontak  dalam  gerak  relatif  antara permukaan  yang  sama-sama  baru  [6].  Pada  roda  gigi  skema  kontak  ditunjukkan  pada  gambar 9.  Pada proses running-in ini  asperiti  dari  kedua  permukaan  roda  gigi  akan  terpangkas  sampai  batas  tertentu. Terpangkasnya asperiti ini ditunjukkan dengan penurunan kekasaran permukaan selama proses running- in.

## Gambar 9. Skema kontak pada roda gigi [2]

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  eksperimen  bisa  disimpulkan  bahwa  selama  proses running-in terdapat  fenomena penurunan  kekasaran  permukaan  roda  gigi  sebanding  dengan  waktu.  Tentu saja  koefisien  gesek mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya beban torsi. Dalam hal ini Produk Honda Genuine Parts lebih baik daripada produk non-HGP dan produk UKM.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Akbarzadeh  S.,  Khonsari  M.M., 2011, “ Experimental  and  theoritical  investigation  of  running-in ,” Tribology International 44, pp. 92 – 100.
[2] Brauer J., Anderson S., 2003, “ Simulation of wear in gears with flank interference – a mixed FE and analytical approach ,” Wear 254, pp. 1216– 1232.
[3] Kleemola  J.,  Lehtovaara  A., 2009, “ Experimental  simulation  of  gear  contact  along  the  line  of action ”, Tribology International 42, pp. 1453 -1459.
[4] Dhanasekaran  S.,  Gnanamoorthy  R., 2008, “ Gear  tooth  wear  in  sintered  spur  gears  under  dry running conditions ,” Wear 265, pp. 81– 87.
[5] Walton  D.,  Goodwin  A.J., 1998, “ The  wear  of  unlubricated  metallic  spur  gears ”,  Wear  222,  pp.
103-113.
[6] Jamari, (2006), Running-in of  Rolling Contacts, PhD thesis, Twente University, The Netherland.