Mekanisme Kegagalan Roda Gigi

Agus Suprapto (2010), TRANSMISI, Vol-VI Edisi-1/ Hal. 529 - 538 MEKANISME KEGAGALAN RODA GIGI Agus Suprapto * Rudi Ismanto** Abstraksi Kegagalan/kerusakan pada komponen mesin kendaraan banyak sekali menimbulkan berbagai akibat, seperti kehilangan waktu dalam melakukan aktivitas, biaya perbaikan menjadi tinggi. Pengujian yang dilakukan dalam dalam hal ini meliputi uji kekerasan, struktur mikro dan analisa permukaan, sedangkan spesimen yang digunakan adalah roda gigi transmisi. Setiap pengujian hasilnya bervariasi, penyebab dari kegagalan ini sendiri diakibatkan oleh adanya kelelahan, pitting, keausan dan adanya beban kejut, dampak dari penyebab tersebut terjadilah kegagalan pada roda gigi transmisi. Kata Kunci : Kegagalan, Keausan, Kelelahan, Pitting komponen yang mengalami kegagalan pada PENDAHULUAN Kegagalan / kerusakan pada komponen mesin kendaraan bila tidak cepat kendaraan roda empat yang disebabkan oleh pemakai atau kemampuan komponen. Dalam ditanggulangi akan menimbulkan berbagai hal ini akibat, beratkan pada kegagalan seperti melakukan hilangnya aktivitas, waktu komponen yang aktivitas terjadi pada kendaraan pick up roda empat tersebut menuntut pekerjaan agar cepat yaitu pada roda gigi transmisi yang telah terselesaikan, selain itu resiko masalah biaya mengalami perbaikan yang tinggi ataupun penggantian menyelesaikan masalah tersebut diatas, perlu peralatan akibat dampak dari kerusakan yang mencari faktor-faktor apa yang menyebabkan mungkin dianggap remeh (Rudi I., 2010). kegagalan komponen roda gigi transmisi dan Menurut dimana dalam penelitian yang dilakukan menitik Bradley (1985), suatu komponen dikatakan mengalami kegagalan apabila: bagaimana mekanisme rusak. kegagalan Untuk pada komponen tersebut. Klasifikasi Penyebab Utama Kegagalan 2. Dapat dioperasikan tetapi tidak dapat berfungsi dengan baik. aman apabila dioperasikan dan harus segera diganti untuk perbaikan atau diganti dengan yang baru. itu perlu Menurut Bradley (1985), penyebab utama 3. Kerusakan yang serius sehingga tidak memahami kegagalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Kesalahan dalam desain atau kesalahan pemilihan bahan. 2. Kesalahan dalam proses pengerjaan/ dan mengerti tentang masalah yang terjadi pada * / KAJIAN PUSTAKA 1. Sama sekali tidak dapat dioperasikan. Untuk kegagalan pemasangan. 3. Kesalahan dalam operasi Dosen Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang Alumni Mahasiswa Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang ** 529 Jenis kegagalan yang sering terjadi pada roda Fractography 1. Fractography adalah ilmu yang mempelajari ciri-ciri permukaan patahan untuk memberi 1. Keausan yang Keausan itu sendiri adalah kegagalan diperlukan untuk mengidentifikasi model suatu spesimen menerima gesekan yang kegagalan. secara 2. Ciri-ciri informasi gigi: permukaan menunjukkan awal patahan retakan, terus menerus, sehingga sering menimbulkan perubahan dimensi atau arah terjadi pengikisan (gambar 1) dari suatu penjalaran retakan dan sistem tegangan permukaan pada komponen yang gagal bersinggungan pada bagian elemen yang roda gigi yang saling lebih lunak (Ashoka Group, 2000 ). Klasifikasi Model Patahan 1. Patah ulet (ductile), terjadi dengan ditandai adanya deformasi plastis yang cukup besar, sehingga permukaan patahannya kasar dan berserabut. 2. Patah getas (brittle), hampir tidak disertai dengan deformasi plastis, permukaan patahannya mengkilap, granular dan relatif rata. Patah getas, laju penjalaran retaknya lebih besar dibanding dengan patah ulet. Keausan bisa berupa garutan radial yang Metallography 1. Metallography Gambar 1. Bentuk Dari Sebuah Keausan Dari Sebuah Roda Gigi Transmisi (Ashoka Group, 2000) digunakan untuk terbentuk pada sebuah gigi mengamati ciri-ciri struktur mikro bahan transnmisi yang disebabkan oleh unsur- pada komponen yang gagal. unsur partikel atau kotoran yang berada 2. Apakah komponen mendapat perlakuan didalam pelumasan sebagaimana panas yang tepat atau komponen tersebut ditunjukkan pada gambar 2. Bila dilihat mengalami panas yang berlebihan selama dari bentuk gambar tersebut sudah tentu beroperasi. suatu permukaan pada suatu roda gigi 3. Peranan metallography dan fractography transmisi telah mengalami keausan dan adalah sangat penting dalam menganalisa terkikis sehingga kegagalan untuk membantu mengungkap permukaannya penyebab kegagalan. dan selanjutnya hilang / habis, hal ini mengalami Mekanisme Kegagalan/Kerusakan Pada akan Roda Gigi percepatan keausan. 530 roda menyebabkan pengerasan penipisan terjadinya Agus Suprapto (2010), TRANSMISI, Vol-VI Edisi-1/ Hal. 529 - 538 berbentuk lubang seperti kawah atau sumur yang dapat menembus hingga kedalaman pengerasan roda gigi transmisi. Pitting ini muncul akibat dari kondisi beban yang berlebihan (over load) Gambar 2. Bentuk Dari Sebuah Keausan Atau Garutan Akibat Sebuah Partikel Pada Roda Gigi untuk mengurangi terjadinya pitting beban haruslah dikurangi agar pitting tersebut tidak meluas (Gopinath K. and Mayuram M.M, 2008). Bentuk 2. Kelelahan permukaan (surface fatigue) Surface fatigue adalah kegagalan yang terjadi pada permukaan dengan ciri-ciri permukaan akibat dari sebuah pitting akan berbentuk seperti yang di tunjukan pada gambar 4. terbentuknya rongga atau perubahan bentuk pada permukaan akibat gaya yang berulang-ulang sampai melebihi dari batas kemampuan dari suatu material (gambar 3a & 3b). Gambar 4. Bentuk Sebuah Pitting (Gopinath K. and Mayuram M.M., 2008) 4. Patah Getas (brittle fracture) a. High Cylcle Fatigue Patah getas menjalar dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada patah ulet, patah getas hampir tidak disertai dengan adanya deformasi plastis. 1 2 b. Bending Fatigue Gambar 3. Surface Fatigue 3. Pitting Pitting / lubang kecil, pitting bersifat merusak yang muncul pada permukaan Gambar 5. Bentuk Chefron Pada Spesimen Petah Getas (American Society for Metals, 2002) roda gigi transmisi dimana pitting ini 531 Patah getas pada suatu material terjadi di lapangan dan data-data otentik cenderung terlihat lebih rata dan lebih yang tertulis. mengkilat tampak terlihat pada bagian 4. Pembahasan permukaan yang mengalami kegagalan Pembahasan dapat dilakukan dengan cara atau patah. Anak panah membaca serta membandingkan data- no. 1 pada gambar 5 menunjukkan daerah luasan data patahan pengumpulan data dengan data-data yang sedangkan panah no. 2 menunjukkan pusat terjadinya patahan (American Society for Metals, 2002) hasil Setelah seluruh tahapan penelitian di atas pengambilan data dan foto komponen yang dilakukan dan dibekali penguasaan materi yang dengan berkaitan dengan permasalahan, maka langkah rusak, struktur mikro dan pengujian keras yang serta uji komposisi kimia pada roda gigi terakhir, yaitu menentukan simpulan. transmisi kendaraan pick up. Dalam dari 5. Simpulan Pengamatan yang dilakukan meliputi : Langkah diperoleh diperoleh dari hasil pengujian. METODOLOGI PENELITIAN • yang Pelaksanaan • Pengujian Kekerasan Roda Gigi Transmisi dan Struktur Mikro Pengambilan Data Prosedur yang biasa dilakukan dalam a. Pengujian kekerasan roda gigi transmisi menganalisa kegagalan atau kerusakan pada 2 suatu komponen kendaraan bermotor roda empat adalah sebagai berikut : 1 1. Pengumpulan data Data-data yang harus dikumpulkan 3 meliputi : komponen yang mengalami kerusakan kesalahan karena diakibatkan penggunaan dari maupun ketidakmampuan suatu material. Gambar sketch daerah arsiran (gambar 6) 2. Pengujian menunjukkan Hasil pengumpulan data dengan melakukan dilanjutkan pengujian yang meliputi meliputi : pengujian kekerasan, struktur mikro dan analisa permukaan. 3. Pengolahan data 532 Gambar 6. Bentuk Sketch Roda Gigi Yang Dilakukan Pemotongan yang akan dilakukan pengujian kekerasan pada no.1 depan, pengerasan data yang dilakukan berdasarkan peristiwa-peristiwa yang permukaan bagian no. 2 pengerasan permukaan yang bersinggungan, no. 3 logam dasar / base metal. Pengolahan daerah Agus Suprapto (2010), TRANSMISI, Vol-VI Edisi-1/ Hal. 529 - 538 b. Pengujian struktur mikro II. Daerah uji pengerasan permukaan yang Setelah dilakukan pengujian kekerasan dilanjutkan dengan pengujian struktur mikro, namun sebelum bersinggungan III. Daerah uji logam dasar (base metal) melakukan Pengujian kekerasan bertujuan untuk pengujian struktur mikro tersebut harus mengetahui melalui beberapa pemolesan dan nilai dari kekerasan suatu tahapan yaitu material, tiap daerah yang ditunjukkan oleh pengetsaan pada panah dilakukan pengujian kekerasan spesimen yang akan dilakukan pengujian sebanyak 5 x. Pengujian / pengamatan struktur mikro. struktur mikro ini bertujuan untuk mengamati c. Analisa permukaan struktur logam yang ada pada roda gigi Analisa permukaan akan dilakukan pada transmisi seperti yang ditunjukkan pada spesimen gambar 8. yang kerusakan telah (gagal), menggunakan mengalami dengan kamera cara I untuk mengumpulkan data-data di permukaan patahan maupun di daerah sekitarnya, yang selanjutnya di analisa II untuk menentukan mekanisme kegagalannya. HASIL PENELITIAN • III Spesimen Uji Kekerasan dan Struktur Mikro pada Roda Gigi Transmisi (gambar 7). Gambar 8. Daerah Pengujian Struktur Mikro Pada Roda Gigi Transmisi Keterangan : II I. Bagian puncak roda gigi II. Bagian depan roda gigi III. Bagian logam dasar III I Gambar 7. Spesimen Benda Uji Kekerasan Roda Gigi Transmisi Keterangan : I. Daerah uji pengerasan permukaan bagian depan 533 Tabel 1. Data Hasil Pengujian Kekerasan Pada Roda Gigi Transmisi Nilai Kekerasan ( HV) Rata-rata Titik 1 Titik 2 Titik 3 Titik 4 Titik 5 Spesimen (Roda Gigi) Pengerasan Permukan Bagian Depan Pengerasan Permukaan Bagian yang Bersinggungan Logam Dasar 404 583 322 488 454 450,2 295 441 225 363 466 354,6 302 338 308 392 297 311 Tabel. 2. Daerah Uji Pengamatan Struktur Mikro Daerah Pengamatan Struktur Mikro 1 Daerah pengamatan I bagian puncak 4 3 2 Gambar 10. Daerah Pengamatan Permukaan Patahan Roda Gigi Transmisi Daerah pengamatan II bagian depan Keterangan : 1. Menunjukkan alur dari terjadinya impak, 2. Menunjukkan adanya keausan, Daerah pengamatan III bagian dasar (base metal) 3. Menunjukkan adanya terjadi korosi titik / lubang. • Pengamatan Daerah Permukaan PEMBAHASAN • Pada Roda Gigi Transmisi Pengujian Kekerasan Dari Daerah pengamatan permukaan pada spesimen roda gigi transmisi hasil pengujian kekerasan menunjukkan perbedaan nilai kekerasan pada roda gigi transmisi, pada daerah pengujian I, nilai kekerasan yang didapat 450,2 HV, sedangkan pada daerah pengujian II angka kekerasan cenderung rendah yaitu 354,6 HV, 1 dan pada pengujian daerah III lebih rendah Gambar 9. Analisa Permukaan Patahan Roda Gigi Transmisi Anak panah pada gambar 9. menunjukan dimana awal terjadinya patahan dan ciri bentuk suatu patahan. 534 nilai kekerasannya dari yang lain yaitu 311 HV. Daerah pengujian I nilai kekerasannya sangat tinggi bila dibandingkan pengujian II Agus Suprapto (2010), TRANSMISI, Vol-VI Edisi-1/ Hal. 529 - 538 dan III, dikarenakan roda gigi tranmisi • Pengujian Struktur Mikro pengujian I tidak mengalami suatu gesekan, Ditinjau dari bentuk struktur mikro, tetapi daerah tersebut mengalami suatu pada tabel 2 dearah pengujian I dan II pengerasan permukaan pada saat proses cenderung produksinya, oleh karenanya permukaan bentuk struktur mikronya, tetapi pada daerah dearah pengujiaan I lebih keras dibanding pengujian III ada perbedaan pada struktur daerah pengujian yang lain. mikro logamnya. Pada uji struktur mikro mempunyai kesamaan dalam Daerah pengujian II, dari hasil data daerah I dan II cenderung lebih kecil butirnya yang didapatkan daerah ini mengalami dari daerah pengujian struktur mikro pada penurunan pengujian III, besar kecil dari sebuah struktur nilai kekerasan, dikarenakan faktor gesekan pada gambar 1 (Ashoka mikro sangat mempengaruhi nilai kekerasan group, 2000) suatu bentuk dari proses kerja dari sebuah roda gigi trransmisi terlihat sekali roda saling bahwa daerah yang mengalami surface heat bersinggungan dengan roda gigi transmisi treatment (pengerasan permukaan) struktur yang lain. Gambar 2 adalah suatu kinerja butirnya yang bisa dikatakan penyebab dari keausan dibandingkan pada struktur mikro logam sebuah roda gigi transmisi, penyebab gesekan pada yang tinggi pada suatu roda gigi transmisi membuktikan bahwa daerah pengujian III berdampak penurunan tidak mengalami pengerasan permukaan, karakteristik dari kekerasan sebuah roda gigi karena bentuk butirannya cenderung lebih transmisi. Sedangkan dampak dari keausan besar dari struktur mikro daerah pengujian I itu sendiri dapat dilihat pada gambar 10 yang dan II. Butiran yang kecil pada logam ditunjukkan oleh sebuah panah pada no 2 memberikan nilai kekerasan lebih tinggi adanya sebuah geram-geram yang masih dibandingkan menempel pada sebuah roda gigi transmisi butiran lebih besar. yang menyebabkan suatu pengerasan sebuah • gigi transmisi keausan yang dan permukaan roda gigi transmisi menipis dan habis. cenderung daerah lebih pengujian logam III. yang kecil, Ini bila juga mempunyai Pengamatan Secara Makro Pengamatan secara visual / makro dengan menggunakan kamera digital, dari Sedangkan pada daerah roda gigi hasil pengambilan data ditunjukkan pada transmisi pengujian III menunjukkan nilai gambar 9. Roda gigi transmisi yang telah kekerasan yang sangat rendah dibandingkan mengalami daerah yang lain, hal ini dikarenakan daerah patahannya memberikan suatu informasi tersebut tidak mengalami suatu pengerasan yaitu patah akibat beban yang berlebihan pada dikarenakan (over load), beban yang berulang-ulang yang untuk menjaga ketangguhan pada sebuah dialami oleh sebuah roda gigi transmisi yang bagian permukaannya gagal, pada permukaan roda gigi transmisi. 535 ditunjukkan dengan sebuah ciri–ciri patahan, yaitu patah lelah, beach mark (garis pantai). Pada gambar 10 menunjukkan awal Gambar 10 Permukaan kegagalan pada roda gig transmisi menunjukkan adanya bekas benturan yang keras pada permukaan gigi gigi akibat adanya beban kejut. Beban kejut penyebarannya. tersebut akan mengakibatkan suatu kepatahan Penyebab dari suatu kegagalan roda gigi mendadak pada suatu roda gigi trasnmisi apa transmisi sebuah bila beban tersebut tepat mengenai pada pitting atau sebuah lubang-lubang kecil di bagian yang mengalami suatu cacat, seperti daerah tersebut, menurut Gopinath and cacat dalam maupun cacat luar. Awal Mayuram (2008) kecacatan tersebut akan berakibat fatal bila terjadinya sebuah kepatahan transmisi beserta arah ditunjukkan roda terjadinya sebuah pitting datang akibat dari kondisi beban yang berlebihan dibiarkan, (over load) yang mengakibatkan sebuah sebuah material akan merambat dengan gesekan tinggi, dimana suatu partikel logam cepat, ditambah lagi dengan adanya suatu yang lemah akan terlepas. Pada sebuah beban kejut maka akan mengalami kegagalan pitting apa bila dibiarkan terus menerus akan / kepatahan. terjadi pemusatan tegangan yang berdampak kegagalan / kepatahan, akan namun penyebab kegagalan tersebut bukan hanya dari sebuah pitting saja, kegagalan dapat terjadi akibat dari lemahnya suatu material saat menerima gesekan yang berakibat terjadinya penipisan permukaan atau yang sering disebut keausan (wear). Kekuatan dan kekerasan bersifat searah yang artinya, tingginya suatu nilai kekerasan maka tinggi pula nilai dari kekuatan, makin rendah nilai dari kekerasan maka makin tinggi nilai dari keuletan. Dalam hal ini keausan bisa jadi faktor penyebab terjadinya suatu kegagalan. Roda gigi transmisi pada gambar 10, ditunjukkan anak panah no. 2 adalah bentuk dari keausan sebuah roda gigi transmisi, karena adanya sebuah geram–geram yang masih menempel pada bagian tepi roda gigi transmisi. 536 kecacatan yang terjadi pada SIMPULAN Pada pengujian pengujian II dan kekerasan III daerah lebih rendah kekerasannya dibanding pengujian I karena daerah pengujian II mengalami keausan sedangkan pada daerah pengujian III adalah daerah base metal yang tidak dilakukan proses pengerasan permukaan. Dilihat dari pengerasan permukaan roda gigi transmisi yang telah mengalami kegagalan pengerasan tidak terlihat pada dikarenakan adanya permukaan, permukaan hal tersebut sisa ini telah mengalami keausan. Penyebab kegagalan roda gigi transmisi diakibatkan suatu gear mengalami kelelahan dengan adanya ciri-ciri patah lelah dan adanya pitting, keausan, impact (kejut). dan gaya Agus Suprapto (2010), TRANSMISI, Vol-VI Edisi-1/ Hal. 529 - 538 DAFTAR PUSTAKA American Society for Metals (ed.)., 2002, Failure Analysis and Prevention, Metal Handbook, new Ed, vol 11, ASM, Ohio, USA: Metal Park. Ashoka Group, 2008, Gear Failure, diakses pada tanggal 20 Maret 2010, dari http://www.gearshub.com/gearfailure.html Bradley, W.L., 1985, Failure Investigation: Principles and Practice. Tait, R. B. and Garret, G.G. (Eds), Fracture & Fracture Mechanics, New York: Pergamon Press Ltd. 3-16 Gopinath K.and Mayuram M.M., 2008, Machine Design II, Indian Institute of Technology Madras. dari http://www.bing.com/search?q=mod ule+gears%2C+lecture+6+gear +failure&FORM=MSNH65&mkt=e n-id, diakses pada tanggal 20 Maret 2010. Gopinath K., 2008, http://www.elecon.com/ gearworld/dat-gw-failure.html, diakses pada tanggal 20 Maret 2010. Rudi Ismanto, 2010, Analisa Kegagalan Pada Roda Gigi Transmisi dan Poros Roda Penggerak, Skripsi, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang. http://pt.rexnord.com/products/ecatalog/catalog/CachedImages/0000001/ t004_r00171_v0.pdf, diakses pada tanggal 20 Maret 2010 537 538