Roda gigi merupakan tulang punggung gerak dalam sistem mekanis. Komponen bergigi ini mentransfer kecepatan dan torsi dalam berbagai macam aplikasi, mulai dari jam hingga mobil. Meskipun sederhana, roda gigi mampu mengatasi sejumlah masalah mekanis, memungkinkan transfer tenaga, konversi torsi dan kecepatan, serta perubahan arah—tetapi hanya jika jenis roda gigi yang tepat dipilih dan dirancang dengan cara yang sesuai.
Artikel ini membahas jenis-jenis roda gigi utama dalam bidang teknik, mulai dari roda gigi pacu, roda gigi heliks, roda gigi cacing, dan seterusnya, serta membahas manfaat dan penerapan utamanya. Artikel ini juga membahas cara pembuatan roda gigi, termasuk proses pemesinan roda gigi utama dan material atas.
Roda gigi adalah bagian mekanis yang menyalurkan gerak dan gaya dengan cara berputar satu sama lain. Yang membuat mereka istimewa adalah giginya—tepinya yang kecil dan berjarak sama yang mengunci gigi lain dan menjaga segala sesuatunya bergerak dengan lancar. Ketika beberapa roda gigi bekerja sama, mereka membentuk apa yang disebut rangkaian roda gigi, yang memungkinkan gerakan ditransfer dan disesuaikan ke seluruh sistem.
Roda gigi bekerja dengan cara mentransmisikan gerak rotasi dan torsi dari satu poros ke poros lainnya. Hal ini terjadi ketika gigi satu gigi saling bertautan dengan gigi lainnya sehingga menyebabkan gigi kedua berputar berlawanan arah. Transmisi roda gigi bekerja dengan menggunakan roda gigi dengan ukuran berbeda di dalam rangkaian roda gigi:Roda gigi yang lebih kecil yang menggerakkan roda gigi yang lebih besar akan meningkatkan torsi, sedangkan roda gigi yang lebih besar yang menggerakkan roda gigi yang lebih kecil akan meningkatkan kecepatan. Roda gigi yang lebih kecil pada rangkaian roda gigi disebut pinion.
Dalam teknik mesin dan sistem industri, roda gigi sangatlah penting. Mereka memungkinkan para insinyur untuk mengontrol kecepatan, torsi, dan arah dalam berbagai macam sistem, mulai dari jam tangan hingga alat berat. Roda gigi yang dibuat dengan baik menawarkan tingkat presisi yang tinggi dan dapat memfasilitasi perubahan sumbu dalam konfigurasi tertentu.
Sebelum mendalami berbagai jenis roda gigi (mengkategorikannya berdasarkan bentuk dan fiturnya), ada baiknya kita memeriksa kemungkinan susunan poros roda gigi yang berbeda.
Susunan poros roda gigi menentukan bagaimana roda gigi diposisikan pada sumbu putarnya untuk mentransfer daya. Dengan kata lain, orientasinya:paralel, berpotongan, atau tidak keduanya. Konfigurasi yang berbeda ini memengaruhi faktor-faktor seperti kecepatan input/output, torsi, dan arah.
Di bawah ini adalah tiga konfigurasi poros roda gigi utama dan karakteristik utamanya. Perhatikan bahwa kolom Contoh menjelaskan roda gigi berdasarkan bentuk dan susunannya.
Susunan Poros | Deskripsi | Aplikasi | Manfaat | Contoh | Gigi Poros Paralel Roda gigi yang beroperasi dengan sumbu sejajar satu sama lain • Konveyor industri
• Alat pengangkat dan alat berat
• Pencampuran dan pemrosesanEfisiensi tinggi, transfer daya, dan kapasitas beban, serta desain yang kompak• Roda gigi pacu
• Roda gigi heliks
• Rak dan pinionGigi Poros Berpotongan Roda gigi yang menghubungkan poros-poros yang berpotongan pada suatu sudut (misalnya 90°)• Penggerak diferensial
• Latihan tangan
• Peralatan industri Efisiensi tinggi, fleksibilitas arah, menghemat ruang untuk konfigurasi yang rumit • Roda gigi bevel lurus
• Roda gigi spiral miring
• Roda gigi mitraGigi Poros Tidak Paralel dan Tidak Berpotongan Roda gigi yang beroperasi pada sumbu yang miring atau bersilangan dalam ruang• Konveyor dan elevator (cacing)
• Diferensial otomotif (hypoid)
• RobotikaFleksibilitas desain, rasio reduksi tinggi, dan pengoperasian yang senyap dan lancar untuk penggunaan beban tinggi• Roda gigi cacing
• Roda gigi hipoid
• Roda gigi heliks bersilang (roda gigi sekrup)
Bagian sebelumnya membahas bagaimana roda gigi dapat diposisikan dalam kaitannya satu sama lain untuk mempengaruhi penggunaannya. Bagian ini membahas roda gigi berdasarkan bentuk, fitur, dan fungsinya.
Spur Gear
Roda gigi pacu silinder, juga dikenal sebagai roda gigi lurus atau roda gigi potong lurus, adalah gaya roda gigi umum yang terdiri dari gigi lurus yang sejajar dengan sumbu poros. Gigi ini dapat berupa internal atau eksternal, dan daya disalurkan dalam poros paralel ketika satu roda gigi pacu dihubungkan dengan roda gigi lainnya.
Roda gigi pacu bekerja dengan baik pada kecepatan sedang tetapi dapat menimbulkan kebisingan pada kecepatan tinggi. Mereka ditemukan dalam sistem konveyor, mesin pemotong, derek, dan barang konsumsi.
Gigi Heliks
Roda gigi heliks adalah jenis roda gigi lain yang ditemukan dalam konfigurasi poros paralel atau bersilangan. Berbeda dengan roda gigi pacu karena dinding giginya berbentuk miring, bukan sejajar dengan sumbu rotasi.
Karena gigi bersudut bekerja lebih lambat dibandingkan gigi lurus, keuntungan dari roda gigi heliks adalah berjalan dengan mulus dan senyap, serta menghasilkan getaran yang minimal. Oleh karena itu, mereka populer dalam aplikasi kecepatan tinggi atau aplikasi dengan kebisingan rendah, termasuk transmisi mobil, turbin, dan pompa.
Gigi Miring
Roda gigi bevel berbentuk kerucut (atau kerucut terpotong), dengan gigi di sepanjang permukaan kerucut yang meruncing. Mereka dirancang untuk konfigurasi poros berpotongan, biasanya pada sudut 90°.
Subtipe roda gigi bevel meliputi:
- Roda gigi bevel lurus :gigi lurus menuruni permukaan meruncing
- Roda gigi miring spiral :gigi melengkung dan miring di permukaan yang meruncing
- Gigi mitra :kumpulan roda gigi bevel dengan sumbu poros 90° dan jumlah gigi yang sama
Keuntungan utama roda gigi bevel adalah kemampuannya untuk mengubah arah putaran sekaligus menawarkan transmisi daya dengan efisiensi tinggi. Mereka banyak digunakan dalam diferensial otomotif (membiarkan roda berputar pada kecepatan berbeda saat menikung), transmisi tenaga, perkakas tangan, dan sistem mekanis lainnya.
Gigi Hipoid
Roda gigi hipoid adalah varian dari roda gigi spiral bevel—terdiri dari gigi heliks yang melengkung tetapi pada sumbu yang tidak sejajar dan tidak berpotongan (miring). Pada roda gigi hipoid, poros pinion diposisikan di atas atau di bawah bagian tengah ring gear.
Keuntungan roda gigi hipoid meliputi pengoperasian yang mulus dan senyap, kekuatan tinggi, dan memungkinkan penempatan poros penggerak lebih rendah. Mereka paling sering ditemukan pada diferensial otomotif dan girboks multi-tahap.
Peralatan Cacing
Roda gigi cacing adalah mekanisme dua bagian yang terdiri dari “cacing” berbentuk sekrup dan “roda cacing” bergigi yang mentransmisikan gerakan pada sudut 90°. Roda gigi seperti itu unggul dalam meningkatkan torsi secara signifikan sekaligus mengurangi kecepatan.
Keunggulan roda gigi cacing mencakup kemampuan mengunci sendiri yang mencegah pengendaraan mundur (berputar mundur) dan meningkatkan keselamatan, serta kekompakan dan pengoperasian yang senyap. Oleh karena itu, roda gigi cacing sering digunakan dalam aplikasi penting seperti alat pengangkat tugas berat (elevator, hoist) dan konveyor.
Rak dan Pinion
Rack and pinion adalah konfigurasi roda gigi mekanis yang mengubah gerak rotasi menjadi gerak linier. Raknya berupa batang lurus bergigi, dan pinion berbentuk roda gigi melingkar.
Keuntungan dari roda gigi rak dan pinion meliputi kesederhanaan dan keandalan. Aplikasi rak dan pinion yang paling umum adalah sistem kemudi otomotif. Di sini, pinion dihubungkan ke kolom kemudi, dan putarannya menyebabkan rak bergerak ke kiri atau ke kanan, sehingga roda depan dapat berputar.
Perangkat Perlengkapan Planet
Lebih merupakan konfigurasi daripada jenis roda gigi individual, sistem roda gigi planetary (atau roda gigi episiklik) adalah susunan roda gigi kompak yang terdiri dari roda gigi “matahari” pusat, beberapa roda gigi “planet” yang berputar mengelilinginya, dan roda gigi lingkar luar. Konfigurasi ini menghasilkan kepadatan torsi tinggi, dan kecepatan berbeda dapat dicapai dengan mengunci elemen berbeda.
Rangkaian roda gigi planet terdapat pada transmisi otomatis, mekanisme peredam industri, roda gigi sepeda, printer 3D, robot, dan sistem lainnya.
Bahan Perlengkapan
Bahan umum untuk roda gigi termasuk logam seperti baja dan perunggu, serta plastik tertentu yang berkekuatan tinggi. Baja adalah material roda gigi yang paling umum secara keseluruhan.
Persneling Logam
Logam merupakan kategori bahan utama roda gigi karena kekuatan dan daya tahannya yang lebih tinggi, serta ketahanan panasnya yang baik. Roda gigi torsi tinggi dan kecepatan tinggi biasanya terbuat dari logam, bukan bahan lain.
Jenis roda gigi logam yang umum meliputi:
- Roda gigi baja karbon :Baja karbon adalah logam pekerja keras dengan rasio kekuatan terhadap berat dan daya tahan yang baik.
- Gigi baja paduan :Roda gigi baja paduan ideal untuk aplikasi industri yang memerlukan peningkatan kekuatan dan ketahanan benturan.
- Gigi baja tahan karat :Roda gigi baja tahan karat lebih disukai karena meningkatkan ketahanan terhadap korosi.
- Gigi besi cor :Untuk aplikasi berat dan berkecepatan rendah yang memerlukan ketahanan aus yang baik, roda gigi besi cor dapat digunakan.
- Gigi perunggu dan kuningan :Perunggu dan paduan tembaga lainnya sering kali menjadi bahan pilihan untuk roda gigi cacing dan aplikasi gesekan rendah.
Gigi Plastik
Meskipun roda gigi logam mendominasi lanskap, ternyata banyak sekali roda gigi yang terbuat dari plastik. Keuntungan dari roda gigi plastik adalah bobotnya yang sangat ringan, kebisingan yang minimal, dan biaya yang lebih murah dibandingkan roda gigi logam. Beberapa plastik juga memiliki sifat melumasi sendiri.
Jenis roda gigi plastik yang umum meliputi:
- Gigi nilon :Roda gigi nilon yang ringan menawarkan ketahanan aus yang baik, sifat pelumasan otomatis, dan rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi.
- Gigi asetal (Delrin) :Roda gigi asetal memberikan stabilitas dimensi, penyerapan air rendah, kekuatan tinggi, dan gesekan rendah.
- Roda gigi polikarbonat :Roda gigi PC menawarkan ketangguhan dan ketahanan benturan yang luar biasa, tahan panas, dan stabilitas dimensi.
Metode Pembuatan Roda Gigi
Jenis metode pembuatan roda gigi berbeda-beda tergantung pada jenis roda gigi, jenis bahan roda gigi, volume produksi, dan faktor lainnya. Fabrikasi roda gigi biasanya melibatkan proses pemotongan melalui pemesinan CNC—untuk menentukan bentuk umum komponen—dan tahap pascapemrosesan.
Proses Pemotongan Roda Gigi
Teknik pemotongan roda gigi adalah proses pemesinan roda gigi khusus untuk membuat roda gigi dari blanko. Tabel di bawah menunjukkan jenis pemotongan roda gigi yang paling umum.
Proses | Deskripsi | Kelebihan | Batasan | Sering digunakan untuk | Gear hobbingMenggunakan alat pemotong heliks (kompor) untuk terus membuat gigi roda gigiPerkakas kompleks yang efisien dan murahSpur gear, roda gigi heliksPembentukan roda gigiMenggunakan pemotong berbentuk pinion yang bergerak ke atas dan ke bawah sementara pemotong dan blanko berputar bersamaanSerbaguna, presisiLambatRoda gigi internal, profil gigi khususPenggilingan roda gigiMenggunakan mesin penggilingan horizontal atau vertikal untuk memotong profil roda gigiInvestasi awal yang rendah, fleksibelLambat, biaya per unit yang lebih tinggiVolume roda gigi pacu yang rendah, roda gigi heliks, cacingGear broachingMenggunakan alat bergigi (broach) untuk menghilangkan material secara efisienSangat cepat Investasi awal yang tinggi Roda gigi internal atau eksternal, roda gigi pacu, roda gigi heliksGear skivingMenggabungkan hobbing dan pembentukan roda gigi; menggunakan alat pemotong dan benda kerja bersudut untuk mengikis logamSangat cepat, terutama baik untuk roda gigi internal Investasi awal yang tinggi, pemrograman yang rumit Roda gigi internal seperti set roda gigi planetaryGear InvoMillingProses yang dipatenkan Sandvik Coromant yang menggunakan pemotong sisipan yang dapat diindeks pada CNC 5-sumbuFleksibel, memotong waktu perkakasLambat untuk volume yang sangat tinggiProfil roda gigi khusus Cetakan Injeksi Roda Gigi Plastik
Cetakan injeksi adalah proses populer untuk produksi komponen mekanis termoplastik dalam jumlah besar seperti roda gigi. Roda gigi plastik umumnya tidak memerlukan pelumasan, harganya lebih murah dibandingkan roda gigi logam, beratnya sangat ringan, dan menawarkan manfaat lain seperti ketahanan terhadap korosi dan penyerapan getaran.
Untuk jumlah peralatan plastik yang berjumlah sekitar 5.000 unit atau lebih, kami merekomendasikan pencetakan injeksi plastik sebagai alternatif yang lebih murah dibandingkan permesinan. Dalam jumlah puluhan atau ratusan ribu jauh lebih murah. (Sebaliknya, dalam jumlah yang sangat kecil, tingginya biaya perkakas cetakan injeksi tidak dapat dibenarkan.) Namun, kelemahan roda gigi cetakan injeksi termasuk kekuatan yang lebih rendah dan tingkat ketidakstabilan dimensi.
Pasca Pemrosesan dan Penyelesaian
Setelah proses pemotongan atau pembentukan digunakan untuk membuat roda gigi, proses pasca-pemrosesan dan penyelesaian membantu menyelesaikan bagian-bagian tersebut. Berikut adalah beberapa teknik pasca-pemrosesan utama untuk roda gigi yang digunakan oleh perusahaan seperti 3ERP:
Gear G mencuci
Dalam proses penggilingan roda gigi, suatu proses pemesinan abrasif yang menggunakan roda gerinda untuk menghilangkan sejumlah kecil material, sehingga meningkatkan akurasi dan penyelesaian permukaan gigi roda gigi yang dikerjakan.
Dua jenis gerinda gigi utama adalah:
- Penggilingan bentuk :Proses penggilingan di mana roda gerinda cocok dengan ruang gigi
- Menghasilkan penggilingan :Proses penggilingan lebih cepat yang menggunakan roda cacing abrasif untuk menggiling roda gigi saat menyatu dengannya
Mengasah Gigi
Proses mengasah roda gigi berbeda dengan penggilingan karena menggunakan alat mengasah khusus untuk melakukan penyesuaian yang tepat terhadap bentuk roda gigi. Proses ini lebih lambat dibandingkan penggilingan tetapi menghasilkan tekanan termal yang lebih sedikit.
Pemutupan Gigi
Proses pemukulan roda gigi melibatkan penggunaan pasta abrasif dan alat kawin untuk menyelesaikan gigi roda gigi. Prosesnya sangat akurat dan digunakan untuk meningkatkan kontak perkawinan, meskipun biayanya cukup mahal.
Perlakuan Panas
Setelah pemesinan roda gigi, perlakuan panas roda gigi diterapkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan, sehingga menghasilkan masa pakai roda gigi yang lebih lama.
Jenis perlakuan panas untuk roda gigi meliputi:
- Karburasi :Menambahkan karbon ke roda gigi pada suhu tinggi untuk menciptakan permukaan yang tahan aus
- Nitridasi :Menggunakan suhu dan nitrogen yang lebih rendah untuk meningkatkan ketahanan lelah tanpa menyebabkan distorsi
- Pengerasan induksi :Menggunakan medan elektromagnetik untuk memanaskan dan mengeraskan area tertentu pada roda gigi
Perawatan Permukaan Lainnya
Berbagai prosedur penyelesaian permukaan untuk komponen pemesinan logam dapat diterapkan pada roda gigi. Ini termasuk pelapisan nikel, pelapisan oksida hitam, dan perawatan pelumasan.
Layanan Pembuatan Perlengkapan Khusus oleh 3ERP
Jika komponen siap pakai tidak dapat memenuhi kebutuhan pengguna tertentu, layanan pembuatan perlengkapan khusus harus dicari dari penyedia tepercaya seperti 3ERP.
3ERP berspesialisasi dalam memproduksi roda gigi berkualitas tinggi dalam volume rendah hingga menengah, menawarkan beragam bahan berkualitas tinggi, proses manufaktur, dan opsi pasca-pemrosesan. Sebagai ahli dalam pembuatan prototipe dan produksi jembatan, kami dapat membantu seluruh proses pembuatan peralatan khusus.
Layanan pembuatan perlengkapan khusus kami meliputi:
- Layanan pembuatan prototipe cepat termasuk bantuan desain
- Layanan manufaktur bervolume rendah untuk mengubah prototipe menjadi produk
- Layanan pemesinan CNC ahli termasuk pemesinan 5 sumbu, penggilingan presisi, dan lainnya untuk produksi roda gigi logam dan plastik
- Layanan perkakas cepat dan cetakan injeksi plastik untuk produksi roda gigi plastik berbiaya rendah
Dapatkan penawaran harga instan hari ini untuk semua jenis perlengkapan dalam jumlah berapa pun.
Pertanyaan Umum
Jenis roda gigi apa yang paling umum di bidang teknik mesin?
Beberapa roda gigi teknik mesin yang paling umum termasuk roda gigi pacu, roda gigi heliks, dan roda gigi bevel. Mekanisme yang sedikit lebih rumit mencakup roda gigi cacing dan roda gigi rak-dan-pinion.
Apa saja jenis gigi roda gigi yang berbeda?
Gigi roda gigi dapat memiliki profil yang berbeda dan susunan atau orientasi yang berbeda. Bentuk gigi roda gigi meliputi involute, cycloid, dan trochoid, dan dapat berbentuk lurus, heliks, heliks ganda (tulang herring), atau diposisikan dengan cara lain.
Apa saja jenis penyambungan roda gigi atau jenis sambungan roda gigi?
Mode penyambungan roda gigi bergantung pada bentuk roda gigi dan orientasi poros. Misalnya, roda gigi heliks pada poros paralel melakukan kontak meshing sepanjang garis, sedangkan roda gigi heliks pada poros bersilangan hanya melakukan kontak pada satu titik.
Bagaimana cara pembuatan roda gigi?
Produksi roda gigi dimulai dengan blanko (biasanya dibuat melalui penempaan atau pengecoran jika roda gigi terbuat dari logam) sebelum gigi dipotong menggunakan proses pemesinan khusus. Proses pemesinan yang umum digunakan seperti penggilingan CNC lebih lambat dibandingkan proses yang ramah gigi seperti hobbing dan skiving.
Roda gigi plastik dapat dibuat dengan cara serupa atau dengan cetakan injeksi, menggunakan cetakan logam dengan rongga berbentuk roda gigi.
Bahan apa yang terbaik untuk roda gigi?
Roda gigi dapat dibuat dari logam untuk kekuatan dan daya tahan tertinggi, atau dari plastik untuk pelumasan otomatis tertinggi serta kebisingan dan bobot terendah. Logam umum meliputi baja, besi cor, dan perunggu, sedangkan plastik umum meliputi nilon, asetal, dan polikarbonat.
