Jenis roda gigi: struktur, fungsi dan aplikasi

Roda gigi adalah salah satu komponen yang paling umum dalam transmisi mekanis dan banyak digunakan di berbagai peralatan mekanis untuk mentransmisikan daya, mengubah kecepatan dan arah. Ada banyak jenis roda gigi, masing-masing memiliki struktur dan fungsi uniknya sendiri, cocok untuk skenario aplikasi berbeda. Artikel ini akan memperkenalkan jenis roda gigi umum secara rinci, termasuk karakteristik strukturalnya, prinsip kerja, teknologi pemrosesan, dan penerapannya di berbagai bidang.

Prinsip dasar dan klasifikasi roda gigi

Prinsip dasar roda gigi

Roda gigi adalah elemen mekanis yang menyalurkan tenaga dan gerak melalui sambungan gigi roda gigi. Prinsip kerjanya didasarkan pada penyatuan gigi dua roda gigi, yang meneruskan torsi dan gerakan melalui gaya kontak permukaan gigi. Transmisi roda gigi memiliki karakteristik efisiensi tinggi, presisi tinggi, dan keandalan tinggi, serta banyak digunakan dalam berbagai sistem mekanis.

Klasifikasi roda gigi

Roda gigi dapat diklasifikasikan dalam banyak cara menurut struktur, bentuk, tujuan dan metode pengolahannya. Metode klasifikasi umum meliputi:

Klasifikasi berdasarkan bentuk roda gigi:

• Perlengkapan silinder
• Perlengkapan miring
• Perlengkapan cacing
• Perlengkapan non-melingkar

Klasifikasi dengan metode gear meshing:

• Perlengkapan penyambung eksternal
• Perlengkapan penyambung internal
• Perlengkapan dan rak

Klasifikasi berdasarkan arah transmisi gigi:

• Transmisi gigi sumbu paralel
• Transmisi gigi sumbu berpotongan
• Transmisi gigi sumbu terhuyung

Klasifikasi berdasarkan tingkat akurasi gigi:

• Perlengkapan presisi
• Perlengkapan biasa
• Gigi presisi rendah

Jenis roda gigi umum dan karakteristiknya

Roda gigi silinder

Roda gigi silinder adalah jenis roda gigi yang paling umum, dengan profil gigi tersebar pada permukaan silinder, cocok untuk transmisi antar poros paralel.

Fitur struktural:

• Profil gigi roda gigi biasanya berbentuk rumit, dengan kinerja penyambungan yang baik dan kapasitas menahan beban.
• Ini dapat dirancang sebagai gigi lurus, gigi heliks, atau gigi herringbone untuk memenuhi kebutuhan transmisi yang berbeda.

Jenis barang:

• Perlengkapan pacu: Garis gigi sejajar dengan sumbu, strukturnya sederhana, dan pemrosesannya mudah, tetapi gaya aksial akan dihasilkan selama transmisi.
• Perlengkapan heliks: Garis gigi berada pada sudut tertentu terhadap sumbu, transmisi stabil, dan kapasitas menahan beban tinggi, namun keseimbangan gaya aksial perlu diperhatikan.
• Perlengkapan tulang herring: Ini terdiri dari gigi heliks kiri dan kanan, yang secara otomatis dapat menyeimbangkan gaya aksial dan cocok untuk transmisi daya tinggi.

Area aplikasi:

• Banyak digunakan dalam sistem transmisi mekanis, seperti transmisi mobil, reduksi industri, motor, dll.

Roda gigi miring

Roda gigi bevel memiliki profil gigi yang tersebar pada permukaan berbentuk kerucut dan cocok untuk transmisi antar poros yang berpotongan.

Fitur struktural:

• Profil gigi roda gigi biasanya berbentuk gigi berbelit-belit atau melengkung, yang dapat mewujudkan transmisi dua sumbu yang berpotongan.
• Gaya aksial akan dihasilkan selama transmisi, yang perlu didukung oleh bantalan.

Jenis barang:

• Memacu gigi bevel: Garis gigi berpotongan dengan sumbu, strukturnya sederhana, namun kebisingan transmisinya besar.
• Roda gigi miring spiral: Garis giginya berbentuk busur, transmisinya halus, kebisingannya rendah, dan kapasitas bebannya tinggi.
• Roda gigi miring spiral: Garis giginya berbentuk spiral, efisiensi transmisi tinggi, dan cocok untuk transmisi presisi tinggi.

Area aplikasi:

• Biasa digunakan pada diferensial mobil, sistem kemudi mekanis, penggerak spindel peralatan mesin, dll.

Roda gigi cacing

Worm gear adalah bentuk transmisi gigi khusus, terdiri dari worm dan worm wheel, cocok untuk transmisi antar poros yang terhuyung-huyung.

Fitur struktural:

• Cacing itu mirip dengan benang, dan roda cacing itu mirip dengan roda gigi silinder heliks, dan keduanya disatukan melalui gigi heliks.
• Rasio transmisinya besar dan strukturnya kompak, tetapi efisiensi transmisinya rendah, dan biasanya digunakan untuk transmisi reduksi.

Jenis barang:

• Perlengkapan cacing biasa: cocok untuk transmisi reduksi umum.
• Roda gigi cacing heliks: transmisi lebih stabil dan kapasitas menahan beban lebih tinggi.
• Gigi cacing gigi busur melingkar: permukaan gigi berbentuk busur, dengan efisiensi transmisi tinggi, cocok untuk transmisi presisi tinggi.

Area aplikasi:

• Banyak digunakan dalam mesin pengangkat, reduksi, mekanisme pengumpanan peralatan mesin, dll.

Roda gigi tidak melingkar

Roda gigi non-lingkaran mempunyai profil gigi yang bukan lingkaran standar dan digunakan untuk mencapai kebutuhan transmisi khusus.

Fitur struktural:

• Profil gigi roda gigi dirancang sesuai dengan kebutuhan transmisi tertentu dan dapat berbentuk non-lingkaran, elips, atau bentuk kompleks lainnya.
• Rasio transmisi berubah seiring waktu dan cocok untuk situasi di mana transmisi kecepatan variabel diperlukan.

Jenis:

• Roda gigi elips: digunakan untuk mencapai transmisi kecepatan variabel periodik.
• Roda gigi hiperbolik: digunakan untuk mencapai transmisi presisi tinggi.
• Roda gigi dengan ketebalan gigi bervariasi: digunakan untuk mencapai transmisi yang tidak seragam.

Bidang aplikasi:

• Biasa digunakan pada sambungan robot, instrumen presisi, dirgantara, dan bidang lainnya.

Teknologi Pemrosesan Roda Gigi

Metode dasar pemrosesan gigi

Ada banyak metode berbeda untuk pemrosesan roda gigi. Teknik pemrosesan yang berbeda dapat dipilih sesuai dengan jenis dan persyaratan presisi peralatan. Metode pemrosesan yang umum meliputi:

Pergeseran gigi:

• Pemotongan gear hobbing digunakan untuk memotong bentuk gigi pada benda kerja. Sangat cocok untuk memproses roda gigi silinder taji, heliks, dan herringbone.
• Ini memiliki efisiensi dan presisi pemrosesan yang tinggi, dan merupakan salah satu metode pemrosesan roda gigi yang paling umum digunakan.

Pembentukan gigi:

• Pemotongan pembentuk roda gigi digunakan untuk memotong bentuk gigi pada benda kerja. Sangat cocok untuk memproses roda gigi internal dan roda gigi multi-link.
• Ini memiliki presisi pemrosesan yang tinggi tetapi efisiensi yang relatif rendah.

Penggilingan gigi:

• Bentuk roda gigi dipotong pada benda kerja dengan pemotong frais. Sangat cocok untuk memproses roda gigi dalam jumlah kecil atau roda gigi dengan bentuk yang rumit.
• Ini memiliki presisi pemrosesan yang rendah tetapi fleksibilitas yang tinggi.

Penggilingan gigi:

• Roda gigi digiling dengan roda gerinda untuk meningkatkan presisi dan kualitas permukaan roda gigi.
• Sangat cocok untuk memproses roda gigi berpresisi tinggi, seperti roda gigi transmisi otomotif dan roda gigi luar angkasa.

Teknologi pemrosesan gigi modern

Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, teknologi pemrosesan roda gigi modern juga terus berkembang untuk memenuhi kebutuhan akan presisi tinggi, efisiensi tinggi, dan pemrosesan bentuk yang kompleks.

pemesinan CNC:

• Pemesinan roda gigi presisi tinggi dicapai melalui peralatan mesin CNC, yang dapat menghasilkan bentuk gigi yang rumit dan roda gigi berpresisi tinggi.
• Teknologi pemesinan CNC menggabungkan beberapa proses seperti gear hobbing, pembentukan roda gigi, dan penggilingan roda gigi untuk meningkatkan efisiensi dan presisi pemesinan.

Penempaan presisi:

• Gear blank diproduksi melalui teknologi penempaan presisi, yang mengurangi tunjangan pemesinan dan meningkatkan pemanfaatan material.
• Sangat cocok untuk produksi massal dan dapat mengurangi biaya produksi secara signifikan.

Metalurgi serbuk:

• Roda gigi diproduksi melalui teknologi metalurgi serbuk, yang memiliki karakteristik presisi tinggi, kekuatan tinggi, dan bobot ringan.
• Sangat cocok untuk pembuatan roda gigi berukuran kecil dan berpresisi tinggi, seperti roda gigi mikro dan roda gigi instrumen presisi.

Area penerapan roda gigi

Industri otomotif

Roda gigi banyak digunakan dalam industri otomotif, mencakup hampir semua sistem transmisi mobil.

Perlengkapan transmisi:

• Digunakan dalam transmisi mobil untuk mencapai transmisi daya pada kecepatan yang berbeda.
• Membutuhkan presisi tinggi, kapasitas beban tinggi, dan ketahanan aus yang baik.

Gigi diferensial:

• Digunakan dalam diferensial mobil untuk mencapai transmisi diferensial roda.
• Biasanya menggunakan roda gigi bevel, membutuhkan presisi tinggi dan keandalan tinggi.

Perlengkapan sistem kemudi:

• Digunakan dalam sistem kemudi mobil untuk mencapai transmisi mekanisme kemudi.
• Memerlukan presisi tinggi dan noise rendah, biasanya menggunakan roda gigi silinder heliks.

Bidang luar angkasa

Bidang kedirgantaraan memiliki persyaratan roda gigi yang sangat tinggi, memerlukan presisi tinggi, kekuatan tinggi, dan desain ringan.

Roda gigi mesin:

• Digunakan pada mesin pesawat untuk mencapai transmisi tenaga dan pengaturan kecepatan.
• Biasanya terbuat dari baja paduan berkekuatan tinggi atau paduan titanium, dan menjalani pemesinan presisi dan perlakuan panas.

Roda gigi sistem kontrol penerbangan:

• Digunakan dalam mekanisme transmisi sistem kontrol penerbangan untuk mencapai kontrol presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi, keandalan tinggi, dan ketahanan lelah yang baik.

Roda gigi pendaratan:

• Digunakan dalam mekanisme penarikan dan perpanjangan roda pendaratan untuk mencapai perpanjangan dan rotasi roda pendaratan.
• Membutuhkan kekuatan tinggi dan kehandalan tinggi, biasanya menggunakan bevel gear atau worm gear.

Mesin Industri

Roda gigi juga banyak digunakan pada mesin industri, untuk berbagai sistem transmisi dan peralatan otomasi.

Roda gigi peredam:

• Digunakan dalam reduksi industri untuk mencapai rasio reduksi tinggi dan transmisi torsi tinggi.
• Memerlukan kapasitas beban yang tinggi dan ketahanan aus yang baik, biasanya menggunakan roda gigi silinder heliks atau roda gigi silinder herringbone.

Roda gigi peralatan mesin:

• Digunakan dalam transmisi spindel dan mekanisme pengumpanan peralatan mesin untuk mencapai pemrosesan presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi dan noise rendah, biasanya menggunakan penggilingan presisi.

Roda gigi sambungan robot:

• Digunakan dalam mekanisme transmisi sambungan robot untuk mencapai kontrol gerak presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi, keandalan tinggi, dan ketahanan lelah yang baik, biasanya menggunakan roda gigi non-lingkaran atau roda gigi harmonik.

Peralatan Medis

Roda gigi juga memiliki aplikasi penting dalam peralatan medis dan digunakan dalam sistem transmisi berbagai instrumen dan peralatan presisi.

Perlengkapan peralatan medis:

• Digunakan dalam mekanisme transmisi peralatan medis untuk mencapai kontrol presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi, keandalan tinggi, dan ketahanan korosi yang baik, biasanya terbuat dari baja tahan karat atau paduan aluminium.

Roda gigi peralatan diagnostik:

• Digunakan dalam sistem transmisi peralatan diagnostik untuk mencapai gerakan presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi dan kebisingan rendah, biasanya penggilingan presisi.

Perlengkapan peralatan rehabilitasi:

• Digunakan dalam mekanisme transmisi peralatan rehabilitasi untuk mencapai kontrol gerak presisi tinggi.
• Membutuhkan presisi tinggi, keandalan tinggi, dan ketahanan lelah yang baik, biasanya roda gigi non-lingkaran atau roda gigi harmonik.

Tren perkembangan roda gigi di masa depan

Pemrosesan presisi tinggi dan efisiensi tinggi

Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, pemrosesan roda gigi akan berkembang ke arah presisi tinggi dan efisiensi tinggi. Teknologi pemrosesan modern seperti teknologi pemrosesan CNC, teknologi penempaan presisi, dan teknologi metalurgi serbuk akan lebih banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan pemrosesan bentuk yang presisi tinggi, efisiensi tinggi, dan kompleks.

Bahan ringan dan berkinerja tinggi

Di bidang dirgantara dan otomotif, desain ringan menjadi tren penting di masa depan. Material berperforma tinggi seperti paduan aluminium berkekuatan tinggi, paduan titanium, dan material komposit akan lebih banyak digunakan untuk menghasilkan roda gigi yang ringan dan berperforma tinggi.

Kecerdasan dan otomatisasi

Kecerdasan dan otomatisasi merupakan arah pengembangan penting untuk manufaktur peralatan di masa depan. Dengan memperkenalkan teknologi Internet industri, data besar, dan kecerdasan buatan, proses pembuatan peralatan akan terotomatisasi dan cerdas. Misalnya, peralatan mesin CNC yang cerdas dapat secara otomatis menyesuaikan parameter pemrosesan berdasarkan data pemrosesan untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas pemrosesan.

Manufaktur ramah lingkungan

Manufaktur ramah lingkungan merupakan arah pengembangan yang penting bagi industri manufaktur di masa depan, termasuk manufaktur peralatan. Manufaktur peralatan akan mencapai pembangunan berkelanjutan dengan mengoptimalkan teknologi pemrosesan, mengurangi limbah material, dan mengurangi konsumsi energi. Misalnya, penggunaan alat pemotong yang efisien dan prosedur pemrosesan yang optimal dapat mengurangi waktu pemotongan dan mengurangi konsumsi energi. Pada saat yang sama, mendaur ulang dan menggunakan kembali limbah yang dihasilkan selama pengolahan juga dapat mengurangi pencemaran lingkungan.

Kesimpulan

Roda gigi, sebagai komponen inti transmisi mekanis, memiliki beragam aplikasi dan peran penting. Artikel ini memperkenalkan secara rinci jenis, karakteristik struktural, teknologi pemrosesan, dan penerapan roda gigi di berbagai bidang. Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, manufaktur roda gigi akan berkembang ke arah manufaktur presisi tinggi, efisiensi tinggi, ringan, cerdas, dan ramah lingkungan, memberikan dukungan kuat bagi kemajuan industri manufaktur mesin.