Jenis Kerusakan Pada Roda Gigi

Roda gigi adalah salah satu komponen penting pada banyak sistem transmisi mesin. Karena fungsinya yang vital tersebut maka perlunya melakukan perancangan yang tepat serta analisa terhadap beberapa aspek terkait dengan roda gigi tersebut. Analisa terhadap kegagalan maupun kerusakan roda gigi sangat perlu dilakukan guna menunjang proses perancangan dan manufaktur roda gigi agar sesuai dengan fungsi dan kondisi kerja.

Sebuah roda gigi akan mengalami kegagalan ketika tidak bisa bekerja secara efisien sesuai dengan perancangan awal, bahkan mengalami kerusakan yang dapat berdampak pada mekanisme suatu mesin. Kerusakan roda gigi dapat disebabkan oleh berbagai macam faktor seperti keausan, kerusakan gigi, pitting dan lain sebagainya.

Oleh karena itu perlunya pemahaman dan pengetahuan terkait dengan jenis-jenis kerusakan atau kegagalan yang mungkin dapat terjadi pada roda gigi. Berikut ini merupakan jenis-jenis kerusakan pada roda gigi tersebut.

1. SCORING

Scoring adalah keausan yang terjadi secara cepat pada permukaan gigi akibat terjadinya kegagalan pada lapisan pelumas karena panas yang berlebih dan kontak logam dengan logam.

Terdapat beberapa jenis scoring pada roda gigi yaitu :

a). Frosting

Frosting

Frosting terjadi pada tahap awal scoring. Biasanya pada bagian dedendum roda gigi penggerak menunjukan tanda kerusakan pada permukaan, meskipun frosting juga dapat dideteksi pada bagian addendum.

keausan Frosting membentuk pola buram (frosted) dengan melakukan pembesaran pada area frosting menunjukan lubang mikro dengan kedalaman kurang dari 0,0001 in.

Frosting disebabkan oleh panas pada mesh karena pelumasan yang kurang baik dan temperatur yang tinggi pada rotating gear sehingga menurunkan tingkat pelumasan pada film.

Frosting dapat diatasi dengan menurunkan siklus kecepatan dan beban akan mengkondisikan permukaan gigi pada roda gigi dan meningkatkan keselarasan pada permukaan kontak sehingga mengurangi panas lokal karena beban terdistribusi lebih baik.

b). Moderate Scoring

Moderate Scoring

Pada moderate scoring, karakteristik bentuk keausan terjadi pada addendum atau dedendum atau bahkan keduanya pada gigi roda gigi dimana terdapat indikasi berupa tanda robekan radial, meskipun hal tersebut tidak selalu terjadi.

Moderate scoring disebabkan oleh panas berlebih pada gear mesh sehingga pelumasan tidak bekerja dengan baik. Moderate scoring dapat diatasi dengan mengurangi panas pada mesh dengan menurunkan beban yang ditransmisikan dan kecepatan rotor atau dengan menurunkan temperatur oli masuk, dimana akan mengurangi panas gear rotor.

c). Destructive Scoring

Destructive Scoring

Destructive scoring diindikasikan dengan lecet radial dan robekan pada arah geser. Kerusakan ini umumnya disebabkan oleh pelumasan yang kurang memadai atau karena temperatur kerja berlebih, beban pada permukaan gigi, atau beberapa aspek yang menghasilkan panas berlebih.

Destructive scoring dapat diatasi dengan memberika jenis pelumas yang mampu bekerja dan sesuai dengan kondisi beban, kecepatan dan kondisi temperatur pada mesh. penambahan additive extreme pressure dan high viscosity pada pelumas akan mencegah terjadinya scoring.

d). Localized Scoring

Localized Scoring

Jenis scoring ini hampir serupa dengan moderate scoring yang terjadi pada area lokal sepanjang kontak pada gigi roda gigi. Scoring ini biasanya terkonsentrasi pada area tertentu dan tidak meluas pada kontak roda gigi.

Localized scoring umumnya terjadi karena beban terpusat yang disebabkan oleh faktor yang tidak disengaja seperti misalignment, defleksi atau temperatur yang meningkat. Namun localized scoring dapat dihindari dengan menghilangkan beban lokal.

e). Tip and Root Interference

Tip and Root Interference

Jenis scoring ini terjadi pada dedendum bagian dalam roda gigi yang ditandai dengan terjadinya goresan radial. Seringkali pada ujung gear atau pinion tidak terlihat terjadi kerusakan pada permukaan, namun kerusakannya terjadi pada arah rotasi yang terkikis dan terjadi goresan.

Kondisi tersebut biasanya disebabkan oleh beban berat pada ujung atau root pada bagian yang tersambung. Selain itu dapat terjadi karena gangguan yang disebabkan kegagalan prematur pada lapisan film, sehingga terjadi keuasan pada tip dan roots atau pengikisan secara umum pada gigi.

2. FRACTURE

Fractur adalah kegagalan yang terjadi akibat kerusakan pada seluruh atau sebagian permukaan gigi karena beban berlebih (overload) atau umumnya karena siklus tegangan (cyclic stressing) gigi pada roda gigi melebihi batas kemampuan dari material.

Terdapat beberapa jenis kegagalan fracture pada roda gigi yaitu :

a). Fatigue Breakage

Add caption

Kegagalan fatigue breakage disebabkan oleh retakan pada bagian gigi yang terjadi secara keseluruhan atau sebagian pada gigi. Umumnya terdapat ciri berupa titik kelelahan atau focal point pada bagian yang mengalami kegagalan. Umumnya terdapat sebagian kecil area yang terlihat kasar atau bergerigi.

Sebagian besar kerusakan dihasilkan dari bebean pada gigi yang berlebih, yang menghasilkan tegangan root yang lebih tinggi daripada atas ijin kekuatan material. Ketika roda gigi diberikan beban tersebut dan terjadi secara berulang, kemungkinan gigi akan mengalami kegagalan.

Cara terbaik untuk menghindari fatigue breakage adalah dengan merancang elemen gigi pada roda gigi agar mampu menerima atau mentransmisikan beban dan tegangan melebihi batas kemampuan material.

b). Overload Breakage

Overload Breakage

Overload breakage merupakan kerusakan yang menghasilkan retakan berupa serat-serat akibat dari tarikan atau karena terkoyak. Pada material yang lebih keras retakan yang terbentuk berupa serabut halus.

Kerusakan ini disebabkan karena beban yang melebihi kekuatan tarik pada material. Kelebihan beban tersebut dapat disebbakan oleh ukuran bearing, kegagalan pada komponen penggerak, material asing yang masuk melalui mesh, atau karena misalignment.

Kerusakan overload breakage cukup sulit untuk dicegah, namun dapat diatasi dengan desain dan proses manufaktur yang baik pada proses pembuatan roda gigi. Jika kerusakan diteukan, permukaan roda gigi harus diperiksa untuk kemungkinan adanya kerusakan sebelumnya yang dapat menyebabkan  tegangan lokal meningkat. Selain itu membersihkan roda gigi harus dilakukan sebelum pengecekan.

c). Rim and Web Failure

Rim and Web Failure

Bagian pinggir roda gigi seringkali mengalami kerusakan diantara dua gigi yang berdekatan. Retakan yang menyebar melalui bagian pinggir roda gigi. Seringkali kerusakan ini disebabkan oloeh tegangan lentur pada gigi. Jika keretakan dimulai dari titik tegangan tertinggi, hal tersebut dapat menyebar pada ujung roda gigi melalui bagian root pada gigi.

3. PLASTIC FLOW

Pekerjaan dingin (Cold working) pada perukaan gigi yang disebabkan oleh tingginya tegangan kontak, gelinding dan luncur pada mesh. Hal tersebut akan menyebabkan deformasi pada permukaan yang dihasilkan karena permukaan maupun sub permukaan yang melentur. Perstiwa tersebut berhubungan dengan dengan tingkat kelunakan pada material roda gigi, selain itu dapat juga terjadi pada roda gigi dengan material keras yang diberi beban berat.

Terdapat beberapa jenis kegagalan plastic flow pada roda gigi yaitu :

a). Cold Flow 

Cold Flow 

Jenis kerusakan ini terjadi pada permukaan dan sub permukaan material yang membentuk kerusakan pada ujung gigi. Seringkali ujung gigi hampir membentuk bulatan akibat kontak antara permukaan gigi.

Beban yang berat dengan dengan terjadinya pergeseran akan cenderung  menarik atau menekan material pada arah luncur jika tegangan kontak cukup tinggi. Namun jenis kerusakan ini dapat diatasi dengan mengurangi tegangan kontak dan meningkatkan kekerasan pada permukaan kontak. Peningkatan akurasi jarak gigi ke gigi dan mengurangi profil deviasi akan menghasilkan kerja gigi yang lebih baik dan mengurangi beban dinamis.

b). Rippling

Rippling

Rippling terjadi karena tegangan kontak yang tinggi dibawah siklus operasi dan cenderung untuk menggulung dan meremas permukaan. Kecepatan operasi rendah biasanya diasosiasikan  dengan jenis kerusakan ini karena ketidakmampuan sifat elsato-hydrodynamic pada lapisan film. Kombinasi antara tegangan kontak, siklus yang berulang dan pelumasan yang tidak memadai akan menghasilkan rippling pada permukaan.

Jika material roda gigi lunak, rippling dapat dicegah dengan proses case-hardening pada permukaan gigi. Selain itu mengurangi tegangan kontak akan mengurangi kecenderungan permukaan untuk terjadi rippling.

c). Ridging

Ridging

Ridging disebabkan oleh plastic flow pada permukaan dan sub permukaan material karena tekan kontak kecepatan luncur yang relatif tinggi. Jenis kerusakan ini terjadi pada worm gear, hypoid pinions dan gear drives dengan beban berlebih.

Ridging dapat dicegah dengan mengurangi tegangan kontak, meningkatkan kekerasan material dan menggunakan pelumas dengan tambahan aditive extreme-pressure.

4. WEAR

Wear merupakan fenomena pada permukaan dimana lapisan logam yang terkikis (aus) pada permukaan kontak gigi pada roda gigi.

Terdapat beberapa jenis kegagalan wear pada roda gigi yaitu :

a). Polishing

Polishing

Polising biasanya disebabkan oleh kontak logam ke logam selama operasi. Umumnya polishing terjadi pada aplikasi dengan kecepatan rendah dimana lapisan pelumasan elasto-hydrodynamic tidak cukup tebal dan operasi roda gigi dekat dengan batas pelumasan.

b). Moderate Wear

Moderate Wear

Moderate wear paling sering disebabkan oleh ketidakmampuan lapisan pelumas, dimana ketebalan lapisan film terlalu tipis. Pengotoran pada sistem pelumasan dapat juga menjadi penyebab kerusakan ini.

Solusi yang dapat dilakukan untuk mengatasi asalah ini adalah dengan memberikan pelumas spesifik dengan kekuatan lapisan film dan viskositas yang tinggi. Selain itu unit dapat dioperasikan dengan kecepatan tinggi agar pelumasan dapat bekerja dengan baik.

c). Excessive Wear

Excessive Wear

Excessive wear biasanya disebabkan karena tidak dapat mendeteksi adanya keausan pada tahap awal. Ketika sebagian permukaan material sudah terkikis dari permukaan gigi, maka roda gigi akan mulai bekerja kasar. Jika situasi tersebut terus berlanjut maka akan menyebabkan keausan yang lebih besar. Akhirnya permukaan tersebut tidak dapat "fit" dan keandaannnya berkurang.

Kondisi tersebut dapat dihindari dengan menggunakan metode yang sama denga kerusakan moderate wear. yaitu dengan meningkatkan kekuatan pada lapisan film pelumas atau meningkatkan viskositas pelumasnya.

d). Abrasive Wear

Abrasive Wear

Abrasive wear terjadi karena adanya partikel asing atau pengotor pada sistem pelumasan sehingga menyebabkan abrasive pada permukaan roda gigi. Partikel tersebut dapat berupa serpihan logam pada bearing atau roda gigi, seain itu dapat juga berupa pengotor seperti karat, pasir, percikan las, dan lain sebagainya.

Abrassive wear dapat diatasi dengan menggunakan penyaring (filter) yang dapat nmenyaring partikel halus. Selain itu Pelumas dengan viskositas yang tinggi akan meningkatkan ketebalan lapisan pelumas, dimana partikl tersebut dapat melewati tanpa menggores permukaan roda gigi.

e). Corrosive Wear

Corrosive Wear

Corrosive wear terjadi pada permukaan karena pengaruh reaksi kimia. Hal tersebut seringkali disebabkan oleh zat aktif yang terkandung di dalam minyak pelumas seperti asam, kelembaban dan extreme-pressure additive. Pelumasan yang mengalami penurunan karena sifat korosif pada bahan kimia yang merusak permukaan kontak. Seringkali hal tersebut berpengaruh terhadap batas butir.

Karena pelumasan umumnya mengandung bahan kimia aktif, pelumasa dengan zat additive seperti anti-scoring, anti-wear harus tetap dijaga dalam batas yang wajar agar memastikan zat additive tersebut tidak bereaksi langsung terhadap permukaan kerja.

5. PITTING

Pitting terjadi pada permukaan yang mengalami kelelahan (fatigue failure) yang terjadi ketika melebihi batas ketahanan material. Kerusakan akibat pitting bergantung terhadap tekanan pada permukaan kontak dan banyaknya siklus tekanan.

Terdapat beberapa jenis kegagalan pitting pada roda gigi yaitu :

a). Initial Pitting

Initial Pitting

Initial pitting biasanya disebabkan oleh permukaan gigi yang tidak terpasang dengan tepat satu sama lain. Jenis pitting ini dapat dihindari dengan menggunakan permukaan gigi yang lunak dan bentuk kontak gigi yang dapat mendistribusikan beban secara merata.  

b). Destructive Pitting

Destructive Pitting

Destructive pitting terjadi pada area dedendum dengan kerusakan yang elbih besar daripada initial pitting. Namun pada beberapa kasus ditemukan pada bagian addendum. 

Destructive pitting dapat dihindari dengan menjaga beban yang bekerja pada permukaan tetap berada diawah batas kemampuan material. Selain itu kekerasan material dapat ditingkatkan untuk meningkatkan batas ketahanan material sehingga tidak terjadi pitting.

c). Spalling

Spalling

Spalling hampi serupa dengan destructive pitting, namun kerusakan (pits) umumnya memiliki diameter yang lebih besar dan dangkal. Spalling biasanya disebabkan oleh tekanan kontak berebih dan besarnya pits ditentukan oleh tingkat tekanan.

d). Case Crushing

Case Crushing

Meskipun bukan termasuk kedalam kerusakan pitting, case crushing dapat terjadi karena hal yang sama yaitu karena kerusakan yang terjadi pada permukaan kontak. Kegagalan terjadi hanya pada satu atau dua gigi pada pinion atau gear, sedangkan gigi yang lain tidak mengalami kerusakan. Kegagalan tersebut seringkali dapat diatasi dengan meningkatkan kedalaman efektif pada material case

Referensi :

https://www.xtek.com/wp-content/uploads/2018/05/xtek-gear-failures.pdf

Share :