Gigi Helikal vs Herringbone: Perbedaan Kunci dan Wawasan Performa

Mesin memerlukan sumber daya yang berkelanjutan untuk melakukan tugas tertentu. Mayoritas mesin industri didorong oleh daya mekanis, yang datang dalam bentuk torsi rotasi. Penggerak primer digunakan untuk menghasilkan energi mekanis mengubah bentuk energi lain; misalnya motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Sistem transmisi daya mekanis digunakan untuk mentransmisikan daya dari penggerak primer ke lokasi yang diinginkan dari unit mesin. Ini dasarnya mencakup empat penggerak; namun, meminta bantuan elemen mekanis lain untuk transmisi daya tanpa gangguan. Penggerak gigi, penggerak sabuk, penggerak rantai dan penggerak tali adalah empat penggerak mekanis yang dapat mentransmisikan gerak, torsi dan daya dari poros penggerak ke poros digerakkan. Setiap penggerak ini memiliki fitur yang berbeda dan oleh karena itu dapat menawarkan manfaat spesifik dibandingkan yang lain.

Penggerak gigi adalah satu penggerak mekanis kaku tipe penyandaran yang cocok untuk transmisi daya jarak pendek. Ia dapat mentransmisikan daya berat tanpa geser (penggerak positif). Berdasarkan orientasi relatif poros penggerak dan poros digerakkan dan profil gigi, penggerak gigi dapat diklasifikasikan ke dalam empat grup—gigi lurus, gigi helikal, gigi bevel dan gigi cacing. Gigi lurus adalah tipe gigi yang paling sederhana yang memiliki gigi lurus sejajar dengan sumbu gigi dan dapat mentransmisikan daya hanya antara poros sejajar. Meskipun gigi helikal juga digunakan untuk poros sejajar, gigi tidak sejajar dengan sumbu gigi. Di sini gigi dipotong dalam bentuk helika pada blank gigi mempertahankan sudut helika yang sama. Gigi bevel dapat memiliki gigi lurus atau spiral dan digunakan untuk poros bersilang; sementara, gigi cacing digunakan untuk poros tegak lurus tetapi tidak bersilang.

Meskipun gigi helikal menawarkan beberapa manfaat dibandingkan gigi lurus, ia mencerminkan beban dorong aksial pada bantalan. Beban dorong ini merugikan dan membatasi kemampuan transmisi daya. Selain itu, membutuhkan bantalan yang mahal dan besar untuk menahan beban radial dan aksial. Namun, beban dorong ini dapat dihilangkan dengan menggunakan gigi herringbone atau gigi helikal ganda. Dalam gigi herringbone, gigi dipotong pada dua setengah blank gigi mempertahankan modul, jumlah gigi dan sudut helika yang sama tetapi arah helika yang berlawanan. Dengan demikian gaya dorong yang dihasilkan oleh setiap setengah gigi herringbone sama dan berlawanan sehingga saling membatalkan. Selain itu, ia dapat mentransmisikan daya yangrelatif lebih tinggi tanpa masalah besar. Berbagai perbedaan antara gigi helikal dan gigi herringbone diberikan di bawah ini dalam format tabel.

Tabel: Perbedaan antara gigi helikal dan gigi herringbone

Profil gigi: Gigi gigi helikal dipotong dalam bentuk helika pada silinder puncak. Gigi helikal tertentu terdiri dari gigi helika kiri atau gigi helika kanan. Pada saat penyandaran, gigi helikal dengan helika kiri hanya dapat bersanding dengan gigi helikal dengan helika kanan. Di sisi lain, gigi herringbone terdiri dari kedua arah helika dalam satu unit gigi. Setiap gigi herringbone memiliki dua bagian yang berbeda—satu bagian harus memiliki gigi helika kiri dan bagian lainnya harus memiliki gigi helika kanan. Fitur lain seperti diameter lingkaran puncak, modul, jumlah gigi, sudut helika dan lebar atau ketebalan akan sama di kedua bagian; satu-satunya perbedaan adalah arah helikanya.

Gaya dorong: Gigi helikal menawarkan banyak manfaat dibandingkan gigi lurus, seperti pemuatan bertahap pada gigi, getaran lebih sedikit, kapasitas beban lebih besar, umur pakai yang lebih tinggi, dll. Kelemahan utama adalah beban dorong. Karena gigi gigi lurus lurus dan sejajar dengan sumbu gigi, jadi pasangan gigi lurus yang bersanding hanya mencerminkan beban radial. Karena bentuk helika gigi, pasangan gigi helikal yang bersanding mencerminkan beban radial dan beban aksial. Dengan demikian bantalan yang lebih kuat diperlukan untuk menahan kedua jenis beban secara bersamaan. Gigi herringbone dapat menawarkan manfaat yang serupa seperti gigi helikal dan pada saat yang sama menghilangkan beban dorong. Di sini beban dorong yang dihasilkan oleh setiap bagian sama dan berlawanan (karena arah helika yang berlawanan) dan dengan demikian beban dorong hasil menjadi nol. Jadi pasangan gigi herringbone yang bersanding tidak mencerminkan beban dorong aksial pada bantalan (hanya beban radial yang ada).

Sudut helika: Beban dorong meningkat dengan sudut helika gigi; namun, sudut helika yang lebih tinggi dapat secara signifikan mengurangi getaran dan aus gigi serta meningkatkan kapasitas pemuatan beban. Beban dorong ini membatasi sudut helika maksimum dalam kasus gigi helikal. Biasanya dijaga di antara 20 – 25°. Namun, ketiadaan beban dorong dalam gigi herringbone memfasilitasi penggunaan sudut helika yang lebih tinggi, bahkan hingga 45°.

Bantalan untuk memasang poros: Poros penggerak dan poros digerakkan dipasang di kedua ujung menggunakan bantalan yang sesuai. Selain mendukung poros dan mempertahankan posisi yang akurat, bantalan juga menyerap getaran dan beban, dan kemudian mentransmisikannya ke tanah melalui bingkai. Biasanya bantalan kontak bergulur digunakan dalam unit gigi, kecuali kecepatan rotasi sangat tinggi. Ada berbagai tipe bantalan kontak bergulur, beberapa cocok untuk beban radial saja, beberapa cocok untuk beban aksial saja dan beberapa dapat menangani beban radial dan dorong. Misalnya, bantalan bola celah dalam, bantalan kontak sudut dan bantalan rol runcing dapat menangani beban radial dan beban dorong. Dengan demikian bantalan ini dapat digunakan untuk unit gigi helikal. Di sisi lain, bantalan rol silinder dapat menangani beban radial berat dan oleh karena itu dapat digunakan dengan unit gigi herringbone.

Kapasitas transmisi daya: Fungsi dasar setiap penggerak mekanis adalah mentransmisikan daya mekanis dari poros penggerak ke poros digerakkan. Berbagai penggerak menawarkan tingkat kapasitas transmisi yang berbeda berdasarkan ukuran, material dan fitur lain. Meskipun kapasitas transmisi gigi helikal relatif lebih tinggi dibandingkan gigi lurus serupa, ia secara umum tidak digunakan untuk aplikasi beban berat. Beban dorong dan ketersediaan bantalan membatasi batas dalam aplikasi beban berat. Gigi herringbone dan gigi helikal ganda adalah pilihan yang disukai untuk area tersebut. Misalnya, rangkaian gigi planet herringbone (HPGT) dapat diamati dalam mesin berat seperti pemotong batu bara, mesin penerbangan angkasa, turbin angin, dll.

Pembuatan gigi: Memotong gigi helika pada blank gigi silindris tidak sulit; namun, masalah timbul ketika tidak ada kelonggaran di ujung gigi. Seperti gigi lurus, gigi gigi helikal juga dapat dipotong dengan pemotong bentuk gigi tipe pinion. Pembuatan hob juga dapat digunakan untuk memotong gigi helikal. Namun dalam gigi herringbone, tidak ada celas peredam di antara bagian kiri dan kanan. Dengan demikian memotong gigi di pertemuan ini cukup rumit karena ada risiko melampaui ke bagian lain. Ini memerlukan pemotong pembuatan hob khusus yang memiliki ranur yang cocok dengan gigi herringbone. Tingkat penyelarasan lokasi dan sudut yang tinggi juga diperlukan untuk dipertahankan.

Perbandingan ilmiah di antara gigi helikal dan gigi herringbone disajikan dalam artikel ini. Penulis juga menyarankan Anda untuk membaca referensi berikut untuk pemahaman yang lebih baik tentang topik ini.

1. Design of Machine Elements oleh V. B. Bhandari (Edisi Keempat; McGraw Hill Education).
2. Machine Design oleh R. L. Norton (Edisi Kelima; Pearson Education).
3. A Textbook of Machine Design oleh R. S. Khurmi dan J. K. Gupta (S. Chand; 2014).