Dua roda gigi yang bersinggungan mentransmisikan gerakan rotasi. Roda
gigi yang lebih kecil bergerak lebih cepat, namun memiliki torsi yang
lebih rendah. Roda gigi yang besar berputar lebih rendah, namun memiliki
torsi yang lebih tinggi. Besar kecepatan putar dan torsi keduanya
proporsional
Roda gigi adalah bagian dari mesin yang berputar yang berguna untuk
mentransmisikan daya. Roda gigi memiliki gigi-gigi yang saling
bersinggungan dengan gigi dari roda gigi yang lain. Dua atau lebih roda
gigi yang bersinggungan dan bekerja bersama-sama disebut sebagai
transmisi roda gigi, dan bisa menghasilkan keuntungan mekanis melalui
rasio jumlah gigi. Roda gigi mampu mengubah Kecepatan putar, torsi dan
arah daya terhadap sumber daya. Tidak semua roda gigi berhubungan dengan
roda gigi yang lain; salah satu kasusnya adalah pasangan roda gigi dan
pinion yang bersumber dari atau menghasilkan gaya translasi, bukan gaya
rotasi.
Transmisi roda gigi analog dengan transmisi sabuk dan puli, Keuntungan
transmisi roda gigi terhadap sabuk dan puli adalah keberadaan gigi yang
mampu mencegah slip, dan daya yang ditransmisikan lebih besar. Namun,
roda gigi tidak bisa mentransmisikan daya sejauh yang bisa dilakukan
sistem transmisi roda dan puli kecuali ada banyak roda gigi yang
terlibat di dalamnya.
Ketika dua roda gigi dengan jumlah gigi yang tidak sama dikombinasikan,
keuntungan mekanis bisa didapatkan, baik itu kecepatan putar maupun
torsi, yang bisa dihitung dengan persamaan yang sederhana. Roda gigi
dengan jumlah gigi yang lebih besar berperan dalam mengurangi kecepatan
putar namun meningkatkan torsi.
Rasio kecepatan yang teliti berdasarkan jumlah giginya merupakan
keistimewaan dari roda gigi yang mengalahan mekanisme transmisi yang
lain (misal sabuk dan
puli). Mesin yang presisi seperti jam tanganmengambil banyak manfaat
dari rasio kecepatan putar yang tepat ini. Dalam kasus di mana sumber
daya dan beban berdekatan, roda gigi memiliki kelebihan karena mampu
didesain dalam ukuran kecil. Kekurangan dari roda gigi adalah biaya
pembuatannya yang lebih mahal dan dibutuhkan pelumasan yang menjadikan biaya operasi lebih tinggi.
Ilmuwan Yunani Kuno Archimedes pertama kali mengembangkan roda gigi dalamilmu mekanika di sekolah alexandria pada abad
ketiga sebelum masehi. Mekanisme Antikythera adalah contoh aplikasi
roda gigi yang rumit yang pertama, yang didesain untuk menghitung posisi
astronomi. Waktu pengerjaan mekanisme ini diperkirakan antara 150 dan
100 SM
Jenis-jenis roda gigi
1. Spur
Spur adalah roda gigi yang paling sederhana, yang terdiri dari silinder atau piringan dengan gigi-gigi yang terbentuk secara radial.
Ujung dari gigi-giginya lurus dan tersusun paralel terhadap aksis
rotasi. Roda gigi ini hanya bisa dihubungkan secara paralel. Contoh :
Pada gigi ratio Motor
2. Roda gigi dalam
Roda gigi dalam (atau roda gigi internal, internal gear)
adalah roda gigi yang gigi-giginya terletak di bagian dalam dari
silinder roda gigi. Berbeda dengan roda gigi eksternal yang memiliki
gigi-gigi di luar silindernya. Roda gigi internal tidak mengubah arah
putaran.
Roda gigi dalam |
3. Roda gigi heliks
Roda gigi heliks (helical gear)
adalah penyempurnaan dari spur. Ujung-ujung dari gigi-giginya tidak
paralel terhadap aksis rotasi, melainkan tersusun miring pada derajat
tertentu. Karena giginya bersudut, maka menyebabkan roda gigi terlihat
seperti Gigi-gigi yang bersudut menyebabkan pertemuan antara gigi-gigi
menjadi perlahan sehingga pergerakan dari roda gigi menjadi halus dan
minim getaran. Berbeda dengan spur di mana pertemuan gigi-giginya
dilakukan secara langsung memenuhi ruang antara gigi sehingga menyebabkn
tegangan dan getaran. Roda gigi heliks mampu dioperasikan pada
kecepatan tinggi dibandingkan spur karena kecepatan putar yang tinggi
dapat menyebabkan spur mengalami getaran yang tinggi. Spur lebih baik
digunakan pada putaran yang rendah. Kecepatan putar dikatakan tinggi
jika kecepatan linear dari pitch melebihi 25 m/detik
Roda gigi heliksAtas: singgungan paralelBawah: singgungan silang |
Roda gigi heliks bisa disatukan secara paralel maupun melintang. Susunan
secara paralel umum dilakukan, dan susunan secara melintang biasanya
disebut dengan skew. Contoh: Gigi primer Sekunder
4. Roda gigi heliks ganda
Roda gigi heliks ganda (double helical gear) atau roda gigi herringbone muncul karena masalah dorongan aksial (axial thrust)
dari roda gigi heliks tunggal. Double helical gear memuliki dua pasang
gigi yang berbentuk V sehingga seolah-olah ada dua roda gigi heliks yang
disatukan. Hal ini akan menyebabkan dorongan aksial saling meniadakan.
Roda gigi heliks ganda lebih sulit untuk dibuat karena kerumitan
bentuknya.
Roda gigi heliks ganda |
5. Roda gigi bevel
Roda gigi bevel (bevel gear)
berbentuk seperti kerucut terpotong dengan gigi-gigi yang terbentuk di
permukaannya. Ketika dua roda gigi bevel mersinggungan, titik ujung
kerucut yang imajiner akan berada pada satu titik, dan aksis poros akan
saling berpotongan. Sudut antara kedua roda gigi bevel bisa berapa saja
kecuali 0 dan 180.
Roda gigi bevel dapat berbentuk lurus seperti spur atau spiral seperti roda gigi heliks. Keuntungan dan kerugiannya sama seperti perbandingan antara spur dan roda gigi heliks.
6. Roda gigi hypoid
Roda gigi hypoid mirip dengan roda gigi bevel, namun kedua aksisnya tidak berpotongan.
7. Roda gigi mahkota
Roda gigi mahkota (crown gear) adalah salah satu bentuk roda gigi bevel
yang gigi-giginya sejajar dan tidak bersudut terhadap aksis. Bentuk
gigi-giginya menyerupai mahkota. Roda gigi mahkota hanya bisa
dipasangkan secara akurat dengan roda gigi bevel atau spur.
8. Roda gigi cacing
(worm gear)
menyerupai screw berbentuk batang yang dipasangkan dengan roda gigi
biasa atau spur. Roda gigi cacing merupakan salah satu cara termudah
untuk mendapatkan rasio torsi yang tinggi dan kecepatan putar yang
rendah. Biasanya, pasangan roda gigi spur atau heliks memiliki rasio
maksimum 10:1, sedangkan rasio roda gigi cacing mampu mencapai 500:1
Kerugian dari roda gigi cacing adalah adanya gesekan yang menjadikan
roda gigi cacing memiliki efisiensi yang rendah sehingga membutuhkan
pelumasan
Roda gigi cacing mirip dengan roda gigi heliks, kecuali pada sudut
gigi-giginya yang mendekati 90 derajat, dan bentuk badannya biasanya
memanjang mengikuti arah aksial. Jika ada setidaknya satu gigi yang
mencapai satu putaran mengelilingi badan roda gigi, maka itu adalah roda
gigi cacing. Jika tidak, maka itu adalah roda gigi heliks. Roda gigi
cacing memiliki setidaknya satu gigi yang mampu mengelilingi badannya
beberapa kali. Jumlah gigi pada roda gigi cacing biasanya disebut dengan
thread.
Dalam pasangan roda gigi cacing, batangnya selalu bisa menggerakkan roda
gigi spur. Jarang sekali ada spur yang mampu menggerakkan roda gigi
cacing. Sehingga bisa dikatakan bahwa pasangan roda gigi cacing
merupakan transmisi satu arah. Contoh: speedo meter
Roda gigi cacing dengan 4 thread |
9. Roda gigi non-sirkular
Roda gigi non-sirkular dirancang untuk tujuan tertentu. Roda gigi biasa
dirancang untuk mengoptimisasi transmisi daya dengan minim getaran dan
keausan, roda gigi non sirkular dirancang untuk variasi rasio, osilasi,
dan sebagainya.
10. Roda gigi pinion
Pasangan roda gigi pinion terdiri dari roda gigi, yang disebut pinion,
dan batang bergerigi yang disebut sebagai rack. Perpaduan rack dan
pinion menghasilkan mekanisme transmisi torsi yang berbeda; torsi
ditransmisikan dari gaya putar ke gaya translasi atau sebaliknya. Ketika
pinion berputar, rack akan bergerak lurus. Mekanisme ini digunakan pada
beberapa jenis kendaraan untuk mengubah rotasi dari setir kendaraan
menjadi pergerakan ke kanan dan ke kiri dari rack sehingga roda berubah
arah.
11. Roda gigi episiklik
Roda gigi episiklik (planetary gear atau epicyclic gear) adalah
kombinasi roda gigi yang menyerupai pergerakan planet dan matahari Roda
gigi jenis ini digunakan untuk mengubah rasio putaran poros secara
aksial, bukan paralel. Kombinasi dari beberapa roda gigi episiklik
dengan mekanisme penghentian pergerakan roda gigi internal menghasilkan
rasio yang dapat berubah-ubah. Mekanisme ini digunakan dalam kendaraan
dengan transmisi otomatis
Ilustrasi putaran roda gigi episiklik. Perhatikan perbedaan kecepatan putar yang ditandai dengan tanda merah pada poros roda gigi matahari dan planet |
Roda gigi planet yang sederhana dapat ditemukan pada zaman revolusi
di Inggris ketika itu mekanisme roda gigi planet yang berupa roda gigi
pusat sebagai matahari dan roda gigi yang berputar mengelilinginya
sebagai planet, menjadi bagian utama dari mesin uap Bagian ini mengubah
gaya translasi menjadi rotasi, yang kemudian dapat digunakan untuk
berbagai kebutuhan.