Penyebab Kebisingan Gearbox dan Solusi yang Disarankan

Secara tradisional, tiga faktor utama dalam mengevaluasi kinerja peredam gir adalah kapasitas beban, umur lelah, dan akurasi operasional, yang sering kali mengabaikan kebisingan transmisi. Dengan diterbitkannya secara bertahap standar ISO 14000 dan ISO 18000, pentingnya pengendalian kebisingan transmisi peredam gir menjadi semakin jelas. Perkembangan industri dan tuntutan pasar memberlakukan persyaratan yang lebih ketat terhadap kesalahan transmisi peredam gir serta menuntut kontrol kebisingan yang lebih tinggi.

Saat ini, faktor-faktor yang menyebabkan kebisingan gearbox peredam kecepatan dapat dianalisis dari beberapa aspek, termasuk desain, manufaktur, pemasangan, penggunaan, dan pemeliharaan roda gigi bersinggungan internal maupun eksternal.

Alasan Desain dan Tindakan Pencegahan

1. Kelas Ketelitian Gigi di Dalam Peredam Gigi

Dalam merancang peredam roda gigi, perancang sering mempertimbangkan faktor ekonomi dan menentukan tingkat ketelitian roda gigi secara ekonomis seminimal mungkin, sehingga mengabaikan bahwa tingkat ketelitian merupakan indikator kebisingan dan backlash roda gigi. Asosiasi Produsen Roda Gigi Amerika (GMA) telah menemukan melalui penelitian roda gigi yang luas bahwa roda gigi presisi tinggi menghasilkan kebisingan jauh lebih rendah dibandingkan roda gigi presisi rendah. Oleh karena itu, apabila kondisi memungkinkan, tingkat ketelitian roda gigi sebaiknya ditingkatkan sebanyak mungkin untuk mengurangi kesalahan transmisi maupun kebisingan.

2. Lebar Roda Gigi di Dalam Peredam

Ketika ruang transmisi peredam memungkinkan, menambah lebar gigi dapat mengurangi beban per satuan di bawah torsi konstan. Hal ini mengurangi lenturan gigi, menurunkan eksitasi kebisingan, dan dengan demikian mengurangi kebisingan transmisi. Penelitian oleh H. Opaz di Jerman menunjukkan bahwa, pada torsi konstan, lebar gigi yang lebih kecil menghasilkan gradien kurva kebisingan yang lebih tinggi dibandingkan lebar gigi yang lebih besar. Menambah lebar gigi juga meningkatkan kapasitas daya dukung gigi dan memperbaiki kapasitas torsi peredam.

3. Jarak Gigi dan Sudut Tekanan di Dalam Peredam

Jarak gigi yang lebih kecil memastikan lebih banyak gigi bersentuhan secara bersamaan, meningkatkan tumpang gigi, mengurangi lenturan gigi individu, menurunkan kebisingan transmisi, dan meningkatkan akurasi transmisi. Sudut tekanan yang lebih kecil, karena sudut kontak gigi dan rasio tumpang samping yang lebih besar, menghasilkan kebisingan operasi yang lebih rendah dan akurasi yang lebih tinggi.

4. Pemilihan Koefisien Modifikasi Gigi di Dalam Peredam

Pemilihan koefisien modifikasi yang tepat dan wajar tidak hanya dapat menyesuaikan jarak pusat, menghindari undercut roda gigi, memastikan konsentrisitas, meningkatkan kinerja transmisi roda gigi, menaikkan kapasitas daya dukung, serta memperpanjang umur roda gigi, tetapi juga secara efektif mengendalikan backlash, kenaikan suhu, dan kebisingan. Pada transmisi roda gigi tertutup, untuk roda gigi dengan permukaan gigi yang dikeraskan (kekerasan: 350 HBS), mode kegagalan utamanya adalah retak lelah pada akar gigi. Desain transmisi roda gigi jenis ini umumnya didasarkan pada kekuatan lentur lelah; saat memilih koefisien perpindahan, harus dipastikan bahwa gigi-gigi yang saling berkait memiliki kekuatan lentur yang sama. Untuk roda gigi dengan permukaan gigi lunak (kekerasan <350 HBS), mode kegagalan utamanya adalah pit lelah. Desain transmisi roda gigi jenis ini umumnya didasarkan pada kekuatan kontak lelah; saat memilih koefisien perpindahan, harus dipastikan kekuatan kontak lelah dan umur lelah setinggi mungkin.

Batasan-batasan untuk pemilihan koefisien perpindahan secara wajar adalah:

(1) Memastikan bahwa roda gigi yang dipotong tidak mengalami undercut;

(2) Memastikan kelancaran transmisi roda gigi; rasio tumpang tindih harus lebih besar dari 1, umumnya lebih besar dari 1,2;

(3) Memastikan bahwa ujung gigi memiliki ketebalan tertentu;

(4) Ketika sepasang roda gigi bersinggungan, jika involut pada ujung gigi salah satu roda gigi menyentuh kurva transisi pada akar gigi roda gigi lainnya, karena kurva transisi bukan merupakan involut, maka normal bersama kedua profil gigi pada titik singgung tidak dapat melewati simpul tetap, sehingga menyebabkan perubahan rasio transmisi dan berpotensi membuat kedua roda gigi macet. Interferensi "kurva transisi" semacam ini harus dihindari saat memilih koefisien perpindahan.

5. Perataan profil gigi roda gigi (perataan tepi dan perataan akar) serta pengemasan ujung gigi di dalam peredam

Profil gigi pada ujung gigi dipotong membentuk lengkungan sedikit cembung dibandingkan kurva involut yang tepat. Ketika permukaan gigi roda gigi mengalami deformasi akibat gaya luar, hal ini dapat menghindari gangguan dengan roda gigi pasangannya, mengurangi kebisingan, dan memperpanjang umur roda gigi. Perlu diperhatikan bahwa pemangkasan berlebihan harus dihindari, karena pemangkasan berlebihan akan meningkatkan kesalahan profil gigi dan berdampak negatif terhadap penggigian.

6. Analisis Karakteristik Radiasi Suara Roda Gigi

Saat memilih roda gigi dengan bentuk struktur yang berbeda, model radiasi suara dibuat untuk struktur tertentu, dan dilakukan analisis dinamis untuk memperkirakan kebisingan sistem transmisi roda gigi. Hal ini memungkinkan pemilihan berdasarkan kebutuhan pengguna yang berbeda (lokasi penggunaan, apakah tanpa operator, apakah di daerah perkotaan, persyaratan khusus untuk bangunan di atas atau bawah tanah, persyaratan perlindungan kebisingan, atau tidak ada persyaratan khusus lainnya).

7. Kecepatan Operasi Sumber Daya pada Reducer Roda Gigi

Pengujian pada peredam roda gigi dalam kondisi kecepatan berbeda menunjukkan bahwa kebisingan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan masukan peredam roda gigi.

8. Struktur Rumah Transmisi

Studi eksperimental menunjukkan bahwa penggunaan rumah silindris bermanfaat untuk mengurangi getaran. Dalam kondisi yang sama, rumah silindris memiliki tingkat kebisingan rata-rata 5 dB lebih rendah dibandingkan tipe rumah lainnya. Pengujian resonansi pada rumah peredam roda gigi dilakukan untuk mengidentifikasi lokasi resonansi. Penambahan rusuk (pelat) yang sesuai dapat meningkatkan kekakuan rumah, mengurangi getaran, dan mencapai pengurangan kebisingan. Untuk transmisi multi-tahap, perubahan rasio transmisi sesaat harus diminimalkan guna memastikan transmisi yang halus, dampak dan getaran rendah, serta kebisingan rendah.

Penyebab dari Proses Produksi dan Tindakan Pencegahan

1. Pengaruh Kesalahan Roda Gigi Internal pada Peredam

Kesalahan dalam pembuatan roda gigi, termasuk kesalahan profil gigi, penyimpangan pitch dasar, kesalahan arah gigi, dan kesalahan runout radial pada cincin roda gigi, merupakan kesalahan utama yang menyebabkan kebisingan pada transmisi peredam planetary. Hal ini juga menjadi faktor kunci dalam mengendalikan efisiensi transmisi peredam planetary. Kami sekarang akan menjelaskan secara singkat mengenai kesalahan profil gigi dan kesalahan arah gigi.

Roda gigi dengan kesalahan profil gigi kecil dan kekasaran permukaan gigi yang kecil memiliki tingkat kebisingan 10 dB lebih rendah dibandingkan roda gigi biasa dalam kondisi pengujian yang sama. Roda gigi dengan kesalahan pitch gigi kecil memiliki tingkat kebisingan 6–12 dB lebih rendah dibandingkan roda gigi biasa dalam kondisi pengujian yang sama. Namun, jika terdapat kesalahan pitch gigi, dampak beban terhadap kebisingan roda gigi akan berkurang.

Kesalahan arah gigi akan menyebabkan daya transmisi tidak tersalur secara merata sepanjang lebar gigi. Area kontak akan terkonsentrasi pada salah satu sisi ujung gigi. Karena tegangan lokal yang meningkat, gigi akan melengkung, sehingga menyebabkan peningkatan tingkat kebisingan. Namun, pada beban tinggi, deformasi gigi dapat sebagian mengkompensasi kesalahan arah gigi.

2. Kekonsentrisan Perakitan dan Keseimbangan Dinamis

Kemiringan selama perakitan akan menyebabkan ketidakseimbangan pada sistem poros, dan penggigian roda gigi yang tidak merata (satu sisi longgar, satu sisi kencang) akan memperparah kebisingan. Ketidakseimbangan saat perakitan transmisi roda gigi presisi tinggi akan sangat memengaruhi akurasi sistem transmisi.

3. Kekerasan Permukaan Gigi di Dalam Reducer

Dengan perkembangan teknologi perkerasan gigi, kapasitas daya dukung beban tinggi, ukuran kecil, bobot ringan, dan akurasi transmisi tinggi pada roda gigi telah menyebabkan penerapannya yang semakin luas. Namun, proses karburisasi dan pengerasan yang digunakan untuk mendapatkan permukaan gigi yang mengeras menyebabkan deformasi roda gigi, sehingga meningkatkan kebisingan transmisi roda gigi dan memperpendek usia pakai. Untuk mengurangi kebisingan, permukaan gigi perlu dikerjakan secara presisi. Saat ini, selain metode penggerindaan roda gigi tradisional, telah dikembangkan metode pengerukan permukaan gigi yang mengeras. Metode ini mengurangi dampak penyambungan dan pelepasan gigi dengan memodifikasi ujung dan pangkal gigi, atau dengan mengurangi profil gigi pada roda gigi penggerak maupun yang digerakkan, sehingga mengurangi kebisingan transmisi roda gigi.

4. Verifikasi Kinerja Sistem Transmisi

Akurasi permesinan komponen dan metode pemilihan komponen sebelum perakitan (interchangeability penuh, pemilihan kelompok, pemilihan per unit, dll.) akan memengaruhi tingkat akurasi sistem yang dirakit, dan tingkat kebisingannya juga termasuk dalam cakupan pengaruh tersebut. Oleh karena itu, verifikasi (atau kalibrasi) berbagai indikator sistem setelah perakitan sangat penting untuk mengendalikan kebisingan sistem.

Penyebab Pemasangan dan Tindakan Pencegahan

1. Langkah-langkah Peredaman dan Penghentian Getaran

Selama pemasangan gearbox, resonansi antara bodi gearbox dan dudukan fondasi serta bagian penghubung harus dihindari sebisa mungkin untuk mencegah timbulnya kebisingan. Resonansi sering terjadi pada satu atau lebih roda gigi di dalam gearbox dalam kisaran kecepatan tertentu. Selain karena alasan desain, hal ini secara langsung terkait dengan kegagalan mengidentifikasi lokasi resonansi selama pengujian tanpa beban dan tidak mengambil langkah pengurangan getaran atau isolasi yang sesuai. Untuk beberapa gearbox yang menuntut kebisingan dan getaran transmisi rendah, bahan fondasi dengan ketangguhan tinggi dan redaman tinggi harus dipilih guna mengurangi kebisingan dan getaran.

2. Penyesuaian Akurasi Geometrik Komponen

Jika akurasi geometrik tidak memenuhi persyaratan standar selama pemasangan, dapat terjadi resonansi komponen gearbox yang mengakibatkan kebisingan. Hal ini secara langsung terkait dengan perbaikan proses pemasangan, penambahan perkakas, serta pemastian kualitas keseluruhan personel perakitan.

3. Komponen yang Longgar

Selama pemasangan, longgar pada komponen individu (seperti mekanisme preload bantalan, mekanisme posisi poros, dll.) dapat menyebabkan ketidakakuratan posisi sistem, kekacauan meshing, pergerakan poros, serta getaran dan kebisingan. Hal ini memerlukan pendekatan desain struktural untuk memastikan koneksi yang stabil antar mekanisme serta penggunaan berbagai metode koneksi.

4. Komponen Transmisi Rusak

Operasi yang tidak tepat selama pemasangan dapat merusak komponen transmisi, mengakibatkan pergerakan sistem yang tidak akurat atau tidak stabil; kerusakan pada bagian bergerak cepat dapat menyebabkan getaran film oli; kesalahan manusia dapat menyebabkan ketidakseimbangan dinamis pada komponen bergerak; semua hal ini menimbulkan getaran dan kebisingan. Penyebab-penyebab ini harus dipertimbangkan secara cermat dan dihindari selama pemasangan. Komponen yang rusak dan tidak dapat diperbaiki harus diganti untuk memastikan tingkat kebisingan sistem yang stabil.

Penyebab dan Tindakan Pencegahan dalam Penggunaan dan Pemeliharaan
Meskipun penggunaan dan perawatan yang tepat terhadap peredam tidak dapat mengurangi tingkat kebisingan sistem atau menjamin akurasi transmisi, hal ini dapat mencegah penurunan kinerja dan memperpanjang masa pakai.

1. Pembersihan Internal

Kebersihan komponen internal peredam merupakan dasar bagi operasi normalnya. Masuknya kotoran atau kontaminan apa pun akan memengaruhi dan merusak sistem transmisi, sehingga menyebabkan timbulnya kebisingan.

2. Suhu Operasi

Pastikan peredam beroperasi pada suhu normal untuk mencegah deformasi komponen akibat kenaikan suhu yang berlebihan, memastikan gigi roda gigi tetap terkait dengan benar, dan dengan demikian mencegah peningkatan kebisingan.

3. Pelumasan Tepat Waktu dan Penggunaan Oli yang Benar

Pelumasan yang tidak tepat dan penggunaan gemuk pelumas yang salah akan menyebabkan kerusakan yang tidak terukur pada peredam. Pada kecepatan tinggi, gesekan permukaan gigi roda gigi menghasilkan panas dalam jumlah besar. Pelumasan yang tidak tepat akan menyebabkan kerusakan pada gigi roda gigi, memengaruhi akurasi, dan meningkatkan kebisingan. Desain memerlukan celah yang sesuai pada pasangan roda gigi (celah antara permukaan gigi yang tidak bekerja pada gigi yang saling berkait untuk mengompensasi deformasi termal dan menyimpan gemuk pelumas). Penggunaan dan pemilihan gemuk pelumas yang benar dapat memastikan operasi sistem yang aman dan efektif, memperlambat degradasi, serta menstabilkan tingkat kebisingan.

4. Penggunaan yang Benar terhadap Peredam

Penggunaan yang benar terhadap peredam dapat meminimalkan kerusakan pada komponen dan memastikan tingkat kebisingan yang stabil. Kebisingan peredam meningkat seiring dengan beban, sehingga peredam harus digunakan dalam kisaran beban normal.

5. Pemeliharaan dan Perawatan Rutin

Pemeliharaan rutin (penggantian oli, penggantian komponen yang aus, pengencangan baut yang longgar, penghilangan kotoran internal, penyesuaian celah komponen ke nilai standar, serta verifikasi akurasi geometris, dll.) dapat meningkatkan ketahanan peredam terhadap penurunan tingkat kebisingan dan menjaga kondisi operasi yang stabil.

Pengendalian kebisingan transmisi peredam merupakan proyek sistematis yang melibatkan seluruh proses sistem transmisi (roda gigi, rumah, komponen penghubung, bantalan, dll.), mulai dari desain, pembuatan, pemasangan, penggunaan, pemeliharaan, hingga penggantian. Hal ini menuntut banyak aspek tidak hanya bagi para desainer dan produsen, tetapi juga bagi pemasang, pengguna, serta tenaga pemelihara. Jika salah satu aspek ini tidak dikendalikan secara efektif, maka upaya pengendalian kebisingan transmisi roda gigi akan gagal.