Penggerak Rantai vs Penggerak Gigi: Perbandingan Komprehensif

Mesin dapat didefinisikan sebagai kluster mekanisme yang dapat melakukan tugas tertentu dengan cara yang telah ditentukan dengan mengeluarkan energi. Sebagian besar fungsi mesin dilakukan dengan menggunakan daya mekanis, yang disediakan oleh penggerak primer. Penggerak primer dapat mengubah satu bentuk energi menjadi energi mekanis (dalam bentuk torsi rotasi). Contoh pertama dan terdepan dapat berupa motor listrik, di mana energi listrik diubah menjadi energi mekanis. Demikian pula, turbin uap, turbin hidrolik, gulungan angin, dll. juga bertindak sebagai penggerak primer dalam beberapa kasus, terutama untuk aplikasi beban berat. Penggerak primer seperti itu biasanya berada jauh dari unit mesin dan oleh karena itu membutuhkan sarana lain untuk mentransmisikan daya ke mesin.

Sistem transmisi daya mekanis melayani tujuan ini. Ia mengambil gerak, torsi dan daya dari penggerak primer dan kemudian mentransfer ke lokasi yang diinginkan dari unit mesin. Selain transmisi, ia juga dapat mengubah arah rotasi dan mengubah kecepatan untuk memenuhi persyaratan yang tepat dalam mesin. Sistem transmisi daya mekanis terdiri dari empat penggerak dasar, yaitu penggerak gigi, penggerak rantai, penggerak sabuk dan penggerak tali. Untuk transmisi daya yang mudah dan tanpa gangguan, ia juga meminta bantuan elemen mekanis lain seperti rem, kopling, poros, spanyol, kunci, kopling, dll. Setiap penggerak mekanis menawarkan manfaat tertentu dibandingkan yang lain dan oleh karena itu cocok untuk aplikasi tertentu.

Sebaliknya dengan penggerak gesekan (penggerak sabuk dan penggerak tali), baik penggerak rantai maupun penggerak gigi adalah penggerak mekanis tipe penyandaran karena daya ditransmisikan melalui penyandaran dan pelepasan berurutan. Dalam penggerak rantai, rantai tak berujung melalui roda gigi poros penggerak dan poros digerakkan, yang dengan sendirinya memperkenalkan fleksibilitas ke dalam sistem. Ia dapat digunakan untuk transmisi daya jarak pendek hingga menengah. Meskipun bebas dari geser, efek poligon membatasi penggerak ini dari menawarkan rasio kecepatan konstan. Penggerak gigi, di sisi lain, adalah satu penggerak yang kaku karena tidak ada elemen fleksibel perantara. Ia cocok untuk transmisi daya jarak pendek dan bertindak sebagai penggerak positif. Berbagai perbedaan antara penggerak rantai dan penggerak gigi diberikan di bawah ini dalam format tabel.

Tabel: Perbedaan antara penggerak rantai dan penggerak gigi

Kehadiran elemen perantara dan fleksibilitas: Penggerak mekanis dapat diklasifikasikan berdasarkan kehadiran atau tidaknya hubungan perantara. Penggerak yang fleksibel adalah satu di mana hubungan perantara yang fleksibel antara poros penggerak dan poros digerakkan ada. Penggerak sabuk, penggerak rantai dan penggerak tali adalah contoh penggerak yang fleksibel karena kehadiran sabuk, rantai dan tali, masing-masing sebagai hubungan perantara di antara dua poros. Hubungan seperti itu memperkenalkan fleksibilitas ke dalam unit penggerak dan oleh karena itu dapat digunakan untuk transmisi daya jarak jauh. Di sisi lain, ketika tidak ada hubungan perantara seperti itu maka penggerak mekanis tersebut disebut sebagai penggerak yang kaku. Penggerak gigi adalah contoh penggerak yang kaku karena dua gigi kaku datang dalam kontak langsung melalui giginya. Tidak diperlukan elemen perantara di antara dua gigi karena mereka bersanding langsung.

Redaman getaran: Salah satu keuntungan setiap penggerak yang fleksibel adalah kemampuannya untuk meredam getaran. Biasanya unit penggerak seperti penggerak primer menghasilkan getaran yang terbatas dan dapat ditoleransi; namun, unit mesin mungkin secara tidak diinginkan menghasilkan getaran berlebihan. Beban benturan atau kejutan, gaya tidak seimbang, sendi longgar, bagian dinamis dan komponen yang pecah atau rusak adalah sumber utama getaran dalam unit mesin. Getaran amplitudo tinggi seperti itu, jika ditransmisikan ke penggerak primer, dapat menyebabkan kerusakan parah. Dalam setiap penggerak yang fleksibel, elemen fleksibel perantara dapat meredam getaran secara inheren. Karena tidak ada hubungan perantara dalam penggerak yang kaku, getaran dalam unit mesin ditransmisikan ke penggerak primer. Dengan demikian penggerak rantai dapat mengisolasi unit penggerak tetapi penggerak gigi tidak dapat melindunginya dari getaran yang tidak diinginkan dan berlebihan.

Jarak transmisi daya yang disukai: Tujuan dasar setiap penggerak mekanis adalah mentransmisikan gerak dan daya dari poros penggerak ke poros digerakkan. Jarak antara poros penggerak dan poros digerakkan dapat bervariasi berdasarkan beberapa faktor seperti tata letak lantai pabrik, ketersediaan ruang, isu keselamatan, dll. Setiap penggerak mekanis cocok untuk rentang jarak poros. Penggerak rantai dapat digunakan untuk jarak pusat kecil hingga menengah, biasanya antara 1 – 5m dalam satu tahap. Ia juga dapat digunakan untuk jarak poros yang lebih tinggi dengan memanfaatkan dukungan pengintai tambahan. Di sisi lain, penggerak gigi disukai untuk jarak pusat kecil, biasanya di bawah 1m; jika tidak, gigi ukuran besar diperlukan untuk digunakan, yang akan mengkonsumsi ruang dan meningkatkan bobot sistem. Dengan memanfaatkan gigi perantara pengintai, daya juga dapat ditransmisikan pada jarak yang lebih jauh; namun, itu akan meningkatkan bobot sistem dan kehilangan daya dan sehingga efisiensi akan menurun.

Transmisi daya antara poros tidak sejajar: Poros penggerak dan poros digerakkan dapat memiliki berbagai orientasi. Mereka dapat (i) sejajar, (ii) bersilang, atau (iii) tidak sejajar tetapi tidak bersilang. Penggerak mekanis yang sesuai dipilih berdasarkan orientasi relatif ini. Tiga penggerak yang fleksibel (sabuk, rantai dan tali) cocok untuk poros sejajar saja. Meskipun sabuk putaran seperempat dapat digunakan untuk poros tegak lurus, ia jarang digunakan dalam praktik karena banyak keterbatasan. Penggerak rantai hanya dapat mentransmisikan daya antara poros sejajar. Di sisi lain, penggerak gigi dapat digunakan untuk setiap orientasi poros penggerak dan poros digerakkan. Ada berbagai tipe gigi—setiap satu cocok untuk orientasi tertentu. Misalnya, gigi lurus dan gigi helikal disukai untuk poros sejajar, gigi bevel disukai untuk poros bersilang, dan gigi cacing cocok untuk poros tegak lurus tetapi tidak bersilang.

Arah rotasi: Persyaratan lain dari penggerak mekanis adalah mengubah arah rotasi sesuai dengan persyaratan. Dalam mesin, arah rotasi yang diperlukan dapat sama atau berlawanan dengan penggerak primer. Penggerak rantai satu tahap dapat memutar poros digerakkan dalam arah yang sama dengan poros penggerak. Jika beberapa poros diperlukan untuk berputar, maka penggerak rantai dapat memberikan rotasi dalam kedua arah. Di sisi lain, gigi satu tahap dapat memutar poros digerakkan hanya dalam arah berlawanan dengan poros penggerak. Untuk mendapatkan rotasi dalam arah yang sama, gigi perantara diperlukan untuk digunakan.

Penggerak positif: Penggerak mekanis yang dapat memberikan rasio kecepatan konstan selama operasinya disebut sebagai penggerak positif. Kecepatan konstan seperti itu diperlukan untuk dipertahankan dalam banyak aplikasi; misalnya, pemotongan benang di bubut, pengobaran otomatis, dll. Tidak ada satu pun dari penggerak gesekan yang dapat memberikan rasio kecepatan konstan karena geser yang inheren. Meskipun penggerak rantai bebas dari geser, namun efek poligon dapat mengubah rasio kecepatan sedikit. Oleh karena itu ia tidak dianggap sebagai penggerak positif. Penggerak gigi adalah satu-satunya contoh penggerak positif.

Reduksi kecepatan yang dapat dicapai: Biasanya penggerak primer berputar dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada yang diinginkan dalam unit mesin. Ini memerlukan penurunan kecepatan rotasi, yang dapat dilakukan oleh setiap penggerak mekanis. Namun, setiap penggerak memiliki batas dalam kapasitas reduksi. Penggerak rantai dapat memberikan reduksi kecepatan antara 1:1 hingga 1:5, dalam satu tahap. Di sisi lain, penggerak gigi dapat memberikan rentang reduksi kecepatan yang luas, biasanya antara 1:1 hingga 1:100. Gigi lurus dan gigi bevel disukai untuk reduksi kecil, gigi helikal dapat memberikan reduksi menengah, dan gigi cacing dapat memberikan reduksi kecepatan yang tajam.

Pelumas: Sebagai penggerak penyandaran, dua benda padat datang dalam kontak langsung, jadi pembangkitan panas dan aus adalah masalah umum dalam baik penggerak rantai maupun penggerak gigi. Penggunaan minyak pelumas yang sesuai dapat meredam efek yang tidak diinginkan tersebut. Penggerak rantai memerlukan pelumas yang sering; sementara, sebagian besar penggerak gigi memerlukan pelumlani penuh di mana unit gigi sebagian atau sepenuhnya direndam dalam minyak pelumas.

Perbandingan ilmiah di antara penggerak rantai dan penggerak gigi 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).