Cara Merancang Gear Reducer atau Gearbox

Gear reducer adalah komponen mekanik yang umumnya digunakan untuk mengurangi kecepatan rotasi dan meningkatkan torsi dari sebuah mesin atau motor. Meskipun ukurannya kecil, gear reducer memiliki peran penting dalam berbagai aplikasi industri, seperti pada mesin industri, konstruksi, dan transportasi.

Maka dari itu, dalam artikel ini akan dibahas secara singkat mengenai cara merancang gear reducer. Proses perancangan gear reducer melibatkan pemilihan jenis gigi, ukuran, dan rasio pengurangan yang tepat, sehingga hasilnya dapat memberikan efisiensi dan kinerja yang optimal.

Dalam artikel ini, akan dibahas tahapan-tahapan dalam merancang gear reducer, termasuk analisis kebutuhan aplikasi, pemilihan jenis gigi dan bahan, serta penghitungan rasio pengurangan dan dimensi gear reducer yang sesuai.

Dengan memahami langkah-langkah dalam merancang gear reducer, pembaca dapat memperoleh pengetahuan dan keterampilan yang dibutuhkan untuk menghasilkan gear reducer yang dapat memenuhi kebutuhan aplikasi secara efektif dan efisien.

Pengertian Gear Reducer atau Gearbox

Gear reducer adalah sebuah komponen mekanik yang digunakan untuk mengurangi kecepatan rotasi dari sebuah mesin atau motor. Gear reducer bekerja dengan cara mentransmisikan tenaga dari input shaft ke output shaft dengan menggunakan sistem gigi-gigi yang berbeda ukuran. Dalam hal ini, gigi-gigi yang lebih kecil akan diputar oleh input shaft, yang kemudian akan menarik gigi-gigi yang lebih besar pada output shaft.

Dengan demikian, gear reducer dapat mengurangi kecepatan rotasi mesin atau motor, namun meningkatkan torsi dan daya yang dihasilkan. Gear reducer biasanya digunakan pada mesin-mesin yang memerlukan torsi besar dan kecepatan rendah, seperti pada industri manufaktur, konstruksi, dan transportasi.

Cara merancang gear reducer atau gearbox

Deskripsi Soal Perancangan

jenis beban dan besar daya terpakai dan putaran porosnya.
Menentukan efisiensi total sistem transmisi.
Memilih motor listrik yang sesuai yang ada di pasaran
Menentukan faktor daya dan
Memilih modul roda gigi yang sesuai.
Menentukan jumlah gigi roda gigi penggerak dan yang digerakkan
Menghitung rasio yang sesungguhnya
Menghitung tebal roda gigi yang diperlukan
Meghitung besar gaya tangensial dan gaya radial pada roda gigi.
Menghitung besar torsi dan besar momen yang bekerja pada poros.
Memilih bahan poros dan menetukan factor
Menghitung ukuran diameter poros dan pasak yang diperlukan.
Memilih bantalan gelinding yang sesuai.
Menghitung angka rasio reduksi yang diperlukan untuk sabuk.
Menentukan ukuran sabuk standar yang diperlukan.
Menentukan ukuran diameter puli kecil dan puli besar.
Mengitung besar torsi dan momen yang bekerja pada poros.
Memilih material untuk poros.
Menghitung ukuran diameter poros dan ukuran pasak yang diperlukan.
Memilih bantalan gelinding yang sesuai.
Membuat gambar kerja lengkap yang terdiri atas assembly dan parts.

Identifikasi Kebutuhan Desain

Bentuk dan dimensi masing-masing bagian Gear Reducer.
Bahan dan komponen yang digunakan dalam proses Gear Reducer.
Bentuk akhir dan dimensi Gear Reducer yang ingin dibuat.

Tujuan Perancangan

Tujuan dari laporan mata kuliah proyek manufaktur mesin antara lain:

Membuka wawasan bagi mahasiswa untuk mengetahui perancangan pada Gear Reducer
Mengetahui tahap-tahap proses perancangan Gear Reducer
Mengetahui perhitungan dan desain pada proses Gear Reducer
Mahasiswa dapat mempelajari cara kerja yang ada di Gear Reducer
Mahasiswa dapat mempelajari dan terjun langsung untuk menghitung dan mendesain Gear Reducer

Teori Perancangan

Pengetahuan Bahan

Bahan yang digunakan adalah Baja karbon kontrruksi mesin (S30C)

Elemen Mesin

elemen mesin yang digunakan dalam perancangan komponen mesin Gear Reducer antara lain:

Perhitungan
Perancangan Desain
Pembubutan
Milling

Proses Permesinan

proses permesinan yang digunakan dalam manufaktur komponen mesin Gear Reducer antara lain :

1. Pembubutan

Pembubutan adalah salah satu proses pemotongan yang yang melibatkan mesin perkakas untuk memproduksi benda berbentuk silindris, pengeboran, bisa digunakan untuk membuat ulir, meratakan benda putar dengan cara memotong benda kerja yang berputar pada spindel dengan pemotong (pahat) yang memiliki tingkat kekasaran lebih tinggi dari pada benda kerja.

Proses pembubutan memiliki gerakan utama berputar yang mempunyai fungsi untuk merubah bentuk dan ukuran benda kerja. Benda kerja dicekam dan berputar disumbunya, sedangkan alat pemotong (cuting tool) bergerak memotong sepanjang benda kerja sehingga terjadi penyayatan atau pemotongan oleh pahat. Pada proses pembubutan Gear Reducer bagian yang di bubut yaitu poros.

2. Miling

Milling merupakan proses penguraian material yang menghasilkan bentukan bidang datar yang biasanya menggunakan proses dengan menggunakan bantuan mesin. Terdapat beberapa klasifikasi proses Milling diantaranya Peripheral Milling, Face Milling, dan End Milling pada proses Milling Gear Reducer ada beberapa bagian yang akan di Milling yaitu Gear, lubang dudukan Bearing, dan Casing

Diagram Alir Perancangan

Diagram Alir Perancangan Gear Reducer

Diagram Alir Manufaktur

Diagram Alir Manufaktur Gear Reducer

Gambar Sketsa

1. Case

2. Pulley

3. Shaft

4. Gear

Perhitungan Dan Pemilihan Komponen

1. Perhitungan

Jenis beban : Gaya puntir

Besar daya : 2,5 kW – 2500 Watt

Putaran Ns3 : 600 RPM

Putaran Ns2 : Ns3 * I2’

: 600 * 3

: 1800 RPM

Putaran Ns1 : 3470 RPM ( Spesifikasi Motor Listrik )

2. Menentukan Efisiensi total system transmisi

N taksiran : 85% = 95%

Ditentukan dari spesifikasi motor,

Diketahui ( Angka diambil dari spesifikasi motor listrik ) :

3. Pemilihan motor listrik

Merk : ABB motor
Type : CESSWDM3559T
RPM : 3470 RPM

4. Memilih modul roda gigi

Pd ∶ P × Fc

2,5 kW × 1,2 = 3 kW

Dari hasil diatas didapat M = 1.5 ( dari table )

tabel modul

5. Menentukan jumlah roda gigi

6. Menghitung rasio sesungguhnya

7. Diameter

Menghitung Jarak Bagi

Menghitung Lingkaran Kaki

Menghitng Lingkaran Kepala

Kecepatan Keliling, v pada roda gigi kecil (m/s)

Kecepatan keliling,v pada roda gigi besar (m/s)

Gaya tangensial pada roda gigi kecil (kg)

Gaya tangensial pada roda gigi besar (kg)

Faktor dinamis, fv pada roda gigi kecil, Diambil kecepatan sedang ( table 6.6 sularso dan suga )

Faktor dinamis, fv pada roda gigi besar, Diambil kecepatan sedang ( table 6.6 sularso dan suga )

Faktor bentuk gigi ( table 6.5 sularso )

Y1 = 0.396

Y2 = 0.448

Pinyon :

Kekuatan Tarik S35C adalah : σB1 = 52 (kg/mm²)
Kekerasan permukaan sis igigi : HB1 = 187 (rata rata)
Kekuatan Tarik bahan FC30 : σB1 = 30 (kg/mm²)
Kekerasan permukaan gigi : HB2 = 215 (rata rata)
Tegangan lentur yang diizinkan S35C : σb1 = 26 (kg/mm²)
Tegangan lentur yang diizinkan F30C : σb2 = 13 (kg/mm²)
Tebal roda gigi kecil dan roda gigi besar, b (mm)

Menurut beban lentur, kapasitas gaya tangensial spesifik RG kecil dan besar

Fb1’ = fv m Y1 σb1 (kg/mm)
= 0.49 x 1.5 x 0.396 x 26
= 7,56 (kg/mm)

Fb1’ = fv m Y2 σb2 (kg/mm)
= 0.49 x 1.5 x 0.448 x 13
= 4.2 (kg/mm)

Menurut beban kontak, kapasitas gaya tangensial spesifik

Tebal roda gigi kecil, b (mm)

Tebal roda gigi besar, b (mm)

8. Menghitung besar gaya tangensial roda gigi

Besar gaya radial

9. Menghitung besar torsi dan momen yang ada pada poros

Putaran poros 2

NS2 = NS2 × i2

= 600 × 3
= 1800 rpm

Besar torsi poros 3

Td3 = 110.000 Nmm ( Diambil dari soal )

Besar torsi poros 2

Besar torsi poros 1

10. Memilih bahan poros

dan menentukan faktor Baja karbon konttruksi mesin (S30C) Kekuatan Tarik 52 kg/mm²

11. Menghitung ukuran diameter poros dan pasak

Diameter poros pada ns2

Daya

P = 2.5 (kW), ns2 = 1800 (rpm)

Faktordaya

fc = 1.2

Daya rencana

Pd = P x fc
= 2.5 x 1.2
= 3 kW

Momen puntir

T = 9,74. 10^5. Pd/ns^2
= 9,74. 10^5. 3/1800
= 1623.3 (kg/mm^2)

Memilih bahan pada poros ns2

Jenis bahan: Baja karbon kontruksi mesin (S30C)
Kekuatan Tarik (σB): 48
Factor keamanan sf1: 5
Factor keamanan sf2: 1.3

Tegangan geser, τ (kg/mm^2)

Factor bebanlenturCb dan factor korekai Kt

Cb = 1.0 (diperkirakan tidak ada pembebanan lentur )
Kt = 1.5

Diameter poros, ds (mm)

Diameter porospada ns3

Daya

P = 2.5 (KW), ns3 = 600 (rpm)

Faktor daya

fc = 1.2

Daya rencana

Pd = P x fc
= 2.5 x 1.2 (kW)
= 3 kW

Momen puntir

Memilihbahan pada poros ns3

Jenis bahan : Baja karbon kontruksi mesin ( S40C )
Kekuatan tarik (σB) : 55
Factor keamanan sf1 : 5
Factor keamanan sf2 : 1.3

Tegangan geser yang diizinkan, τa (kg/mm2)

Keterangan :
τa = Tegangan geser izin bahan (kg/mm2)
σb =Tegangan tarik bahan (kg/mm2)
Sf1 = Faktor koreksi terhadap puntir
Sf2 = Faktor koreksi terhada palur pasak

Factor bebanlentur Cb dan factor korekai Kt

Cb = 1.0
Kt = 1.5

Diameter poros, ds (mm)

Pasak yang di sesuaikan pada ns2

Keterangan gambar pasak

Keterangan :
b = lebar pasak
i = Panjang pasak
h = tinggi pasak

Lebar pasak, b(mm)

b = ds / 4
= 11,89/4
= 2,97 mm

Tinggi pasak, h (mm)

h = ds / 8
= 11,89 / 8
= 1.48 mm

Fillet pasak, c (mm)

c = b / h
= 2,97 / 1.48
= 2 mm

Tegangan geser, |g(kg/mm^2)

Pasak yang di sesuaikan pada ns3

Lebar pasak, b(mm)

b = ds / 4
=16,23 / 4
= 4 mm

Tinggi pasak, h (mm)

h = ds / 8
= 16,23/8
= 2 mm

Fillet pasak, c (mm)

c = h / b
= 4 / 2
= 2 mm

Tegangan geser, |g(kg/mm^2)

12. Memilih bantalan gelinding yang sesuai.

Bantalan yang di sesuaikan dengan diameter poros ns2 ds = 11,89 mm, maka diameter bantalan gelinding yang dipilih 13 mm

Bantalan yang di sesuaikan dengan diameter poros ns3 ds = 16.23 mm, maka diameter bantalan gelinding yang dipilih 18 mm

13. Menghitung angka rasio reduksi yang di perlukan untuk sabuk.

P = 2.5 kW, ns1 = 3470, ns2 = 1800rpm

14. Menentukan ukuran sabuk standar yang diperlukan.

Penampang sabuk tipe A

Dipilih tipe A berdasarkan pully kecil / putaran motor dan daya rencana yaitu ns1 = 3470, dan pd = 3 kW

Jarak sumbu poros ns1 dan ns2

Lo = 420 mm

Sudut kemiringan antar pully

Y = 30°

● Menghitung Panjang keliling sabuk yang dibutuhkan

15.Menentukanukuran diameter pully kecil dan pully besar.

Diameter pully

Diameter lingkaran jarak bagi pully kecil dp1 (mm) dmin (dp1) = 95 mm (table 5.4 sularso dan suga)
Diameter lingkaran jarak bagi pully besar dp2 (mm) dp2 = dmin x i1 = 95 x 1.92 = 182.4
Diameter luar pully dk,Dp (mm)