Dokumen ini membahas perancangan ulang transmisi roda gigi pada gearbox motor servo untuk mendapatkan nilai safety factor 4. Dilakukan analisis tegangan bending dan permukaan pada pinion dan gear menggunakan metode AGMA untuk menentukan material yang sesuai. Hasilnya menunjukkan safety factor kurang dari 4 karena asumsi yang digunakan terlalu tinggi. Material yang sesuai adalah baja atau plastik dengan grade lebih tinggi.

1. 11 Oktober 2012
TUGAS
ELMES II
PERANCANGAN ULANG TRANSMISI MOTOR SERVO
Disusun oleh :
13110001
13110042
13110078
13110099
Muhammad Maulana Yusuf
Salman Adri Satrio
Ichwan Prasetya Adrianto
Mochamad Renaldi
Teknik Mesin ITB

2. 1. Pendahuluan
Nilai Safety Factor pada elemen mesin sangatlah penting untuk diperhatikan, karena dengan
nilai Safety Factor yang relatif kecil bisa menyebabkan terjadinya kegagalan mekanik pada
elemen tersebut. Nilai Safety Factor ideal adalah 1, nilai di bawah angka 1 adalah tidak aman.
Akan tetapi dibutuhkan nilai yang lebih besar beberapa kali lipat untuk mengantisipasi
kegagalan mekanik akibat beban operasi yang berlebihan. Untuk mendapatkan nilai Safety
Factor yang diinginkan, maka harus dilakukan pemilihan material yang sesuai.
2. Tujuan
Menentukan material yang sesuai untuk nilai Safety Factor 4.
3. Ruang Lingkup Masalah
Mendesain ulang roda gigi lurus pada gearbox motor servo merk Dynamixel tipe AX-18A.

3. 4. Batasan
Dengan meninjau tujuan, kami membatasi perancangan hanya untuk pinion yang terhubung
dengan aktuator dan gear pasangannya. Batasan tersebut sudah bisa menjawab tujuan kami dan
untuk mempermudah analisis kami.
5. Metodologi Kerja
1. Mendapatkan data-data yang dibutuhkan, seperti :
Jarak pusat gear dengan pinion, diametral pitch, daya, torsi dan, kecepatan putar aktuator.
Pada Gear : jumlah gigi, diameter pitch dan facewidth gear
Pada Pinion : jumlah gigi, diameter pitch dan facewidth pinion
Dan juga besaran-besaran lainnya yang mengacu pada dimensi roda gigi.
2. Menganalisis DBB gear dan pinion untuk mendapatkan transmitted load.
3. Menganalisis tegangan yang terjadi pada kaki roda gigi (tegangan bending dan tegangan
surface) dengan metode AGMA.
4. Menentukan nilai Safety Factor yang kami desain.
5. Mencari nilai strength fatigue.
6. Menentukan material yang sesuai dengan strength fatigue.

4. 6. Data
Data Pada Spesifikasi Motor Serfo dan Pustaka.
Torsi aktuator (T)
Kecepatan putar aktuator (n)
Gear Reduction
Sudut Tekan (Ø)
Data roda gigi
(Satuan dalam mm)
Jumlah gigi (N)
Diameter atas (Du)
Diameter base (Db)
Face width (F)
Pinion
11 teeth
3.21
2.04
1.50
1.8 Nm
97 rpm
254:1
20
Gear
49 teeth
12.44
11.72
2.80
7. Analisis
Analisis terdiri dari atas
I. Analisis dimensi pada pinion dan gear.
II. Analisis Transmitted Load pada roda gigi.
III. Analisis tegangan bending yang bekerja pada kaki pinion dan gear.
IV. Analisis tegangan surface yang bekerja pada kaki pinion dan gear.
V. Analisis Safety Factor untuk tegangan bending dan surface.
I.
Analisis dimensi pada pinion dan gear
Persamaan di atas berlaku jika penggukuran mendapatkan hasil yang akurat dan tidak ada
kesalahan pembulata pada kalkulator.
Hal ini terjadi karena ada keterbatasan dalam proses pengukuran dan perhitungan. Oleh
karena itu, untuk perhitungan nilai module ditentukan oleh nilai module yang terbesar, yakni
module gear.

5. II. Analisis Transmitted Load pada roda gigi
DBB
:
Tinjau pinion
III. Analisis tegangan bending yang bekerja pada kaki pinion dan gear
Asumsi :
1. Teeth sesuai standard AGMA full-depth profile
2. Load dan source seragam
3. Gear quality index, Qv = 6
4. Asumsikan mb (back up ratio = 1)
5. Yj = Yp = 0.33

6. Formula tegangan bending metode AGMA :
1. Overload factor, Ko
Dengan asumsi nomor 2, maka
2. Dynamic factor, Kv
3. Size Factor, Ks
AGMA merekomendasikan Ks = 1
4. Load Distribution factor, Kh
Karena face width pinion dan gear kurang dari 50mm maka Kh = 1.60
5. Rim Thickness factor, Kb

7. Dengan menggunakan asumsi nomor 4 didapatkan Kb = 1.00
6. Bending strength geometry factor, Yj
Karena tidak dapat melakukan interpolasi pada tabel di atas, digunakan asumsi nomor 5
Setelah didapatkan semua data untuk diisikan pada formula tegangan bending, maka
didapatkan :
IV. Analisis tegangan permukaan (surface stress) yang bekerja pada kaki pinion dan
gear
Tegangan Permukaan Pada Gearbox Servo motor Dynamixel AX-18A
Analisis Tegangan permukaan (Bending Surface Stress) menggunakan rumus sebagai berikut:
Asumsi yang digunakan untuk rumus diatas adalah:
-
Teeth AGMA Full Depth Profile
Load dan Material seragam
Qv (kualitas index) = 6
1.
(Elastic Coefficient)
meruapakan konstanta yang berhubungan dengan material benda dalam hal ini pasangan
gear dan pinion yang akan dianalisis. Material yang digunakan adalah Engineering Plastic .
Karena di tabel 14-8 (Physical Constan Material ) nilai konstanta material diatas tidak
ditemukan, maka untuk nilai konstanta akan diasumsikan sebagai material steel dengan
Elastic coefficient = 191

8. 2.
3.
(Transmission Load)
(Aplication Factor)
Servo motor termasuk electric motor sehingga
4. KH (Load Distribution Factor)
KH=1.6
5.
(Koefisien Overload)
=1

9. 6.
(Size Factor)
=1
7.
(Velocity Factor)
Untuk mendapatkan nilai Kv digunakan asumsi awal yaitu Qv=6, nilai ini disubstitusikan ke
persamaan berikut ini:
Keterangan:
= Diameter Pitch
= kecepatan sudut poros pinion
Dengan asumsi yang telah dituliskan diatas maka:
B =
=
= 0.826
A = 50 + 56(1-B)
= 50+56(1-0.826) = 59.745
Sehingga diperoleh Velocity factor
8. Surface Geometry Factor
Dengan :
Keterangan :
C = Center of distance
Dp = diameter pitch pinion
rp = radius pitch pinion
xp =pinion addendum coefficient
Pd = diametral pitch
= pressure angle
Dengan asumsi diatas yaitu Full depth teeth maka xp=0

10. PINION
= 0.1183
Sehingga I pinion diperoleh
GEAR
= 2.039
Sehingga I pinion diperoleh
Sehingga diperoleh
= 246.38722 MPa
= 134.9814MPa
Mencari safety factor
Dari rumus berikut :
S’Fc dipilih dari jenis material baja grade 2 (AGMA) karena material jenis plastic tidak
diketahui.

11. S’Fc = 813.77 Mpa
CL= 0.894
CT= 1
CR= 1
CH = 1
Sehingga Sfc = 0.8904x813.77= 724.589
Dari data ini akan didapat safety factor untuk tegangan permukaan
SF Pinion
= Np=
SF Gear
= Ng=
V. Analisis Safety Factor untuk tegangan bending dan surface
1. Safety Factor untuk tegangan bending
, dan
SFb yang diinginkan adalah 4
Asumsi Reliability 0.99, maka Reliability factor = Kr = 1.00
Temperature operasi dibawah 250 F, maka temperatur faktor = Kt = 1.00

12. Life Factor, Kl
Asumsi jumlah putaran untuk required life 1 tahun, satu shift
diketahui
Maka Strength fatigue pinion,
Dan Strength fatigue gear,
2. Safety Factor untuk tegangan surface
, dan
SFc yang diinginkan adalah 4
Asumsi Reliability 0.99, maka Reliability factor = Cr = 1.00
Temperatur faktor = Ct = Kt = 1.00
Asumsi Ch = 1
Life Factor, Kl
Asumsi jumlah putaran untuk required life 1 tahun, satu shift
Comercial gear, maka
Maka Strength fatigue pinion,
Dan Strength fatigue gear,

13. 8. Kesimpulan
Nilai S’fcp dan S’fcg yang diperoleh dari perhitungan dan dibandingkan dengan tabel diperoleh
grade material sebagai berikut
-
Bila dibandingkan dengan material pasangan gear dan pinion ternyata berbeda hal ini
dikarenakan:
Pasangan gear dan pinion terbuat dari material yang berbeda, pinion dari steel dan gear terbuat
dari plastik.
Asumsi yang digunakan terlalu tinggi dibandingkan dengan material yang digunakan.
Pengambilan Asumsi ini dilakukan karena tidak adanya data material dalam tabel.
Untuk memperoleh hasil yang mendekati seharusnya asumsi yang diambil dikurangi.