Kegagalan Gear seringkali diakibatkan oleh keausan yang tidak terdeteksi dan terus-menerus pada permukaan Gear. Ketika suatu rangkaian Gear tiba-tiba berhenti beroperasi, biasanya didahului oleh serangkaian tanda yang memerlukan perhatian yang teliti dan pemahaman yang mendalam untuk didiagnosis.
Idealnya, tanda-tanda ini ditemukan lebih awal sehingga kegagalan yang mungkin terjadi dapat diidentifikasi selama tahap perancangan atau perancangan ulang Gear. Dengan memahami tanda-tanda yang harus diperhatikan dan solusi potensial untuk masalah keausan, sumber daya yang signifikan dapat dihemat dengan menangani masalah tersebut sebelum rangkaian Gear terintegrasi ke dalam sistem.
Keausan Gear adalah fenomena mekanik atau kimia di mana permukaan kontak mengalami pengurangan atau distorsi lapisan material permukaan Gear. Metode umum untuk mengurangi keausan permukaan Gear meliputi:
- Pelumasan
- Penjajaran ulang Gear
- Manajemen beban Gear
- Penyesuaian kecepatan Gear
- Manajemen suhu
- Penyesuaian periode pemanasan dan pendinginan
- Perubahan material Gear (menggunakan Gear yang lebih keras)
Memahami Penyebab Keausan Permukaan
Memahami penyebab keausan Gear yang prematur sangat penting untuk mengukur dan memperbaiki masalah sebelum terjadi kegagalan Gear. Tanpa pemahaman yang kuat tentang aspek-aspek keausan Gear ini, seorang insinyur akan bereaksi terhadap masalah pada rangkaian Gear yang sudah digunakan, menciptakan kesulitan besar dan biaya tambahan bagi pengguna akhir peralatan. Sebaliknya, seorang insinyur yang memiliki pengetahuan tentang tanda-tanda, kondisi, dan penyebab yang menyebabkan tegangan, keausan, dan kegagalan permukaan Gear dapat mengatasi masalah ini lebih awal dan mencegah waktu henti yang mahal serta perbaikan peralatan yang lebih mahal.
Menentukan Tingkat Keausan Gear
Untuk memahami apakah keausan Gear berlebihan atau hanya bagian dari periode penyesuaian awal, penting untuk mempertimbangkan masalah dalam hal jenis keausan (kualitatif) dan jumlah keausan yang terjadi dalam jangka waktu tertentu (kuantitatif). Beberapa keausan tidak dapat dihindari untuk rangkaian Gear yang bergerak, tetapi jumlah keausan (diukur terhadap kerangka waktu tertentu) dan jenisnya akan membantu menunjukkan apakah itu merupakan masalah atau hanya bagian alami dari penuaan Gear yang digunakan.
- Analisis Keausan Gear Kualitatif: menentukan jenis keausan yang terjadi
- Analisis Keausan Gear Kuantitatif: menentukan intensitas keausan – normal, sedang, atau berlebihan dalam periode waktu tertentu
- Keausan Normal: keausan tipikal selama masa pakai Gear atau periode penyesuaian awal
- Keausan Sedang: terjadi dalam jangka waktu yang lama, seringkali akibat pelumasan yang tidak memadai
- Keausan Berlebihan: hasil akhir dari progresi keausan normal yang tidak terkendali, keausan berlebihan menyebabkan kinerja kasar, yang dapat menyebabkan kegagalan
Pendekatan pengamatan dasar ini hanyalah langkah pertama, tetapi sangat penting – setiap analisis tegangan Gear harus mencakup elemen-elemen yang dipertimbangkan dengan cermat ini untuk menentukan langkah selanjutnya dalam mengatasi masalah. Dari sana, sejumlah teknik lanjutan dapat diterapkan untuk mengidentifikasi, menguji, dan menyelesaikan masalah yang ditemukan pada langkah-langkah pertama ini; ini mungkin termasuk inspeksi boroskopik atau endoskopik, analisis getaran, analisis oli, dan banyak lagi. Pengumpulan data ini harus mengarah pada analisis dan perhitungan yang cermat untuk memastikan pengoperasian Gear dan rangkaian Gear yang tepat.
Faktor Operasional yang Mempengaruhi Keausan Gear
Deteriorasi permukaan adalah proses kompleks dan seringkali merupakan hasil dari beberapa kondisi yang terjadi bersamaan. Dalam setiap aplikasi, lebih dari satu faktor ini dapat berkontribusi terhadap keausan permukaan pada Gear:
- Kondisi operasi umum – paparan kontaminan eksternal, getaran berlebih, pola penggunaan, dll.
- Jenis beban – aplikasi beban konsisten vs. tidak konsisten, gaya tangensial/aksial/radial yang terlibat, torsi input & output, dll.
- Kecepatan permukaan yang relevan dalam kontak – kecepatan putar, peningkatan torsi & pengurangan gigi yang terlibat
- Pelumasan – viskositas & kemurnian pelumas yang diterapkan dan aditifnya, berbasis mineral vs. sintetis, dll.
- Suhu – kecepatan dan suhu udara, kelembaban, koefisien gesekan, suhu operasi, periode pemanasan & pendinginan
- Permukaan Gear – kekerasan permukaan gigi (biasanya diukur melalui Skala Brinell atau Uji Kekerasan Rockwell) & kekasaran (melalui profilometri stylus atau interferometri optik)
- Material – karakteristik susunan material Gear dan kompatibilitasnya dengan komponen/elemen aplikasi lainnya
Tanda-tanda Keausan Kritis Gear
Deteksi dini keausan Gear gigi sangat penting untuk mencegah kegagalan yang tidak diinginkan. Beberapa tanda umum keausan kritis meliputi:
- Peningkatan getaran dan/atau kebisingan yang signifikan
- Peningkatan suhu di sekitar Gear
- Peningkatan jarak bebas (backlash) gigi
- Pelekatan pelumas yang berlebihan
Jenis-jenis Keausan Permukaan pada Gear
Keausan permukaan Gear umumnya disebabkan oleh proses mekanis seperti abrasi, adhesi, dan korosi. Pola keausan ini seringkali mengakibatkan kelelahan permukaan gigi akibat pembebanan berulang atau pembebanan melebihi kekuatan material.
1. Abrasi Gear
Abrasi terjadi dalam dua bentuk: dua-badan dan tiga-badan. Abrasi dua-badan terjadi antara dua gigi, di mana tekanan dan gesekan merupakan faktor utama yang mempengaruhi keausan. Pada abrasi jenis ini, material dari satu permukaan dapat terkelupas atau terbawa ke dalam pasangan gigi, yang kemudian menyebabkan abrasi tiga-badan.
Abrasi tiga-badan terjadi ketika partikel-partikel kecil atau kotoran masuk ke dalam pasangan gigi dan bersentuhan dengan permukaan gigi, menyebabkan kerusakan seperti penggerindaan. Partikel-partikel ini dapat berasal dari proses pemesinan gigi, yang umumnya akan berkurang setelah masa berjalan awal. Namun, kontaminan eksternal dapat menyebabkan abrasi tambahan melalui gesekan antara logam atau material dalam proses permesinan. Kondisi ini seringkali menjadi masalah serius dalam lingkungan industri di mana komponen yang lebih keras dapat menghasilkan partikel-partikel kecil yang masuk ke dalam gigi yang lebih lunak, sehingga mempercepat keausan.
Lokasi dan Karakteristik Abrasi Gear Gigi
Abrasi umumnya terjadi pada tahap awal penggunaan Gear gigi dan paling terlihat pada area dengan kecepatan geser tinggi, yaitu pada lingkaran ujung gigi dan/atau lingkaran dasar (bagian bawah celah antara gigi).
Karakteristik abrasi Gear gigi meliputi:
- Halusan tanda pemesinan: permukaan yang awalnya memiliki bekas pemesinan seperti hobbing atau goresan pemotongan menjadi lebih halus akibat keausan.
- Perubahan kilap dan warna (untuk logam): gigi tampak lebih berkilap di atas garis pitch dan lebih kusam di bawahnya.
- Goresan dan alur halus: alur-alur halus pada area dengan kecepatan geser tinggi, umumnya pada titik kontak awal permesinan.
Jenis-jenis Pola Keausan Abrasif pada Gear
Pola keausan akibat abrasi meliputi:
- Pitting: terjadi akibat tegangan kontak yang menekan permukaan gigi, umumnya terpusat di sekitar garis pitch dan ditandai dengan lekukan-lekukan pada permukaan gigi.
- Scuffing: terjadi di dekat titik dengan kecepatan geser tertinggi (umumnya pada ujung gigi), disebabkan oleh suhu operasi yang berlebihan yang menyebabkan adhesi material dari satu permukaan gigi ke gigi pasangannya.
- Indentasi: bekas tekanan yang jelas pada permukaan gigi, umumnya ditemukan pada material termoplastik, seringkali disebabkan oleh masuknya partikel asing ke dalam pasangan gigi.
- Rippling: disebabkan oleh beban tinggi pada gigi, ditandai dengan kemunculan riak-riak pada flanki gigi.
- Spalling: bentuk yang lebih besar dan dangkal dari pitting, umumnya disebabkan oleh tegangan kontak tinggi.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Keausan Abrasif
Beberapa faktor yang mempengaruhi jumlah keausan abrasif pada permukaan gigi meliputi:
- Kualitas dan ketebalan pelumas
- Kekerasan permukaan
- Kekasaran permukaan
- Kecepatan operasi
- Beban gigi
Insinyur yang menemukan tanda-tanda kelelahan, tegangan, dan keausan yang berlebihan pada Gear gigi harus mengevaluasi faktor-faktor ini dalam mencari solusi.
Pencegahan Keausan Abrasif Umum
Pencegahan keausan abrasif merupakan langkah penting dalam menjaga kinerja Gear. Beberapa metode pencegahan meliputi:
- Pengurasan dan pencucian pelumas dari kotak gear sebelum pengoperasian awal.
- Pemasangan filter atau breather baru jika diperlukan.
- Penggunaan pelumas dengan viskositas tinggi jika memungkinkan.
- Penggunaan Gear dengan pengerasan permukaan gigi.
2. Adhesi Permukaan Gear
Keausan jenis ini umumnya terjadi ketika dua permukaan saling menempel kemudian terpisah, menyebabkan material tercabut dari satu permukaan dan menempel pada permukaan lainnya. Adhesi terjadi ketika tekanan antara dua permukaan selama permesinan gigi cukup besar untuk menyebabkan mikro-pengelasan, pemolesan material, atau deformasi plastik akibat panas berlebih akibat gesekan. Pelumasan yang tidak efisien atau gagal merupakan penyebab utama, namun ketidaksejajaran gigi juga dapat berkontribusi pada keausan adhesi permukaan.
Meskipun adhesi permukaan gigi dapat terjadi di mana saja antara permukaan gigi pada titik permesinan, laju keausan biasanya sangat rendah. Puncak permukaan gigi seringkali menjadi area pertama yang aus dan terpoles, namun karakteristik keausan adhesif menyebabkan kerusakan diskrit dan bertahap yang sulit dideteksi.
Pencegahan Keausan Adhesif
Sebagian besar keausan adhesif adalah hasil dari kinerja pelumasan yang buruk akibat panas berlebih dalam permesinan gigi. Beberapa metode pencegahan meliputi:
- Pengurangan beban yang ditransmisikan.
- Penurunan kecepatan rotasi gigi.
- Pergantian ke pelumas tekanan tinggi.
- Penurunan suhu input oli.
3. Korosi Permukaan Gear
Oksidasi adalah indikator sederhana dari korosi kimia, tetapi tidak semua korosi mudah didiagnosis seperti mengidentifikasi karat berwarna coklat atau merah pada Gear. Misalnya, korosi listrik dapat diidentifikasi oleh mikropitting pada permukaan gigi, tetapi juga memerlukan pengetahuan tentang lingkungan operasi gigi dan keberadaan pelepasan listrik.
Korosi dapat disebabkan oleh faktor lingkungan seperti kelembaban dan uap air, serta asam dalam oli pelumas yang terurai dan menyerang permukaan gigi. Terkadang, proses manufaktur gigi melibatkan proses kimia yang dapat menyebabkan korosi di kemudian hari.
Pengamatan konsisten terhadap pelumas dengan aditif anti-aus dan anti-scoring akan membantu mencegah kerusakan dan korosi akibatnya pada permukaan gigi. Penggantian oli pelumas secara teratur juga penting. Setiap kejadian di mana faktor lingkungan ditentukan sebagai penyebab harus mencakup kotak gear tertutup sebagai bagian dari solusi.
Kesimpulan
Keausan gear merupakan fenomena kompleks yang dipengaruhi oleh berbagai faktor, mulai dari desain hingga kondisi operasi. Pencegahan keausan yang efektif memerlukan pemahaman mendalam tentang mekanisme keausan dan penerapan strategi pemeliharaan yang tepat. Dengan memperhatikan faktor-faktor seperti pemilihan material, kualitas pelumasan, dan kondisi operasi, serta melakukan inspeksi secara berkala, kita dapat memperpanjang umur pakai komponen gigi roda gigi dan meminimalkan risiko kegagalan sistem.
