Cara Menghitung Rasio Gigi pada Motor Pengurang Gigi

Jika Anda sedang memilih atau mengganti motor reduksi roda gigi, rasio roda gigi biasanya merupakan spesifikasi pertama yang perlu Anda tentukan. Rasio ini menentukan seberapa cepat poros keluaran berputar, seberapa besar torsi yang dihasilkan mesin, dan apakah sistem penggerak tersebut sesuai dengan aplikasi Anda. Kabar baiknya, perhitungannya sederhana: hitung jumlah gigi pada dua roda gigi, atau bandingkan kecepatan motor dengan kecepatan keluaran yang Anda butuhkan. Dalam panduan ini, Anda akan mempelajari rumus rasio roda gigi untuk motor reduksi roda gigi, cara menghitungnya, bagaimana kotak roda gigi bertahap melipatgandakan rasio, serta cara menghindari kesalahan yang sering menyebabkan pemilihan motor yang salah.

Berapa Rasio Gigi pada Motor Pengurang Gigi?

Motor reduksi roda gigi adalah motor listrik yang digabungkan dengan kotak roda gigi yang berfungsi menurunkan kecepatan keluaran dan meningkatkan torsi keluaran. Rasio roda gigi adalah angka yang menunjukkan berapa banyak putaran yang dilakukan motor (masukan) untuk setiap satu putaran poros keluaran. Rasio 10:1 berarti motor berputar sepuluh kali sementara poros keluaran berputar satu kali.

Singkatnya, rasio roda gigi pada motor reduksi dihitung dengan membagi jumlah gigi pada roda gigi yang digerakkan dengan jumlah gigi pada roda gigi penggerak. Jika jumlah gigi tidak diketahui, Anda dapat memperoleh hasil yang sama dengan membagi kecepatan masukan motor dengan kecepatan keluaran yang diinginkan.

Rumus Rasio Gigi: Metode Jumlah Gigi

Cara paling langsung untuk menghitung rasio roda gigi adalah dengan menghitung jumlah gigi pada kedua roda gigi yang saling bertautan. Rumusnya adalah:

Rasio roda gigi = Jumlah gigi pada roda gigi yang digerakkan ÷ Jumlah gigi pada roda gigi penggerak

Sebelum Anda membaginya, pastikan Anda sudah tahu dengan jelas mana gigi yang mana:

• Roda gigi penggerak (pinion): roda gigi yang lebih kecil yang terpasang pada poros motor, yang memberikan putaran masukan.
• Roda gigi yang digerakkan: roda gigi yang lebih besar yang menerima gerak dan menggerakkan poros keluaran.

Karena motor reduksi dirancang untuk memperlambat kecepatan, roda gigi yang digerakkan biasanya memiliki jumlah gigi lebih banyak daripada roda gigi penggerak, sehingga rasio yang dihasilkan lebih besar dari 1:1. Rasio yang lebih besar dari 1:1 menunjukkan adanya reduksi; sedangkan rasio di bawah 1:1 menunjukkan adanya overdrive, yang jarang ditemui pada motor roda gigi.

Contoh soal yang telah diselesaikan. Misalkan sebuah pinion bergigi 13 pada poros motor menggerakkan roda gigi bergigi 65 pada poros keluaran. Rasio gigi adalah:

65 ÷ 13 = 5

Rasio perbandingan transmisi adalah 5:1. Motor berputar lima kali untuk setiap satu putaran poros keluaran, sehingga motor dengan kecepatan 1.500 rpm menghasilkan sekitar 300 rpm pada poros keluaran.

Anda juga dapat menggunakan diameter pitch sebagai pengganti jumlah gigi jika roda gigi tersebut memiliki modul atau pitch yang sama. Karena jumlah gigi berbanding lurus dengan diameter pitch pada roda gigi standar, rasionya akan sama dalam kedua kasus tersebut. Namun, menghitung jumlah gigi tetap merupakan metode yang paling andal dalam praktiknya.

Cara Menghitung Rasio Gigi dari Kecepatan Motor dan Kecepatan Keluaran

Terkadang Anda tidak bisa membuka kotak persneling untuk menghitung jumlah gigi, atau Anda sudah mengetahui kecepatan yang digunakan. Dalam hal ini, hitunglah rasio tersebut berdasarkan kecepatan masukan dan keluaran:

Rasio roda gigi = Kecepatan masukan motor (rpm) ÷ Kecepatan keluaran yang dibutuhkan (rpm)

Contoh soal yang telah diselesaikan. Motor Anda berputar pada 1.500 rpm dan konveyor harus bergerak pada 300 rpm. Rasio yang dibutuhkan adalah:

1.500 ÷ 300 = 5

Aplikasi ini memerlukan rasio reduksi 5:1. Anda kemudian dapat memeriksa apakah motor reduksi roda gigi standar menawarkan rasio yang mendekati nilai tersebut, dengan mengingat bahwa kecepatan keluaran di bawah beban sedikit lebih rendah daripada nilai teoretisnya.

Metode perhitungan kecepatan ini berguna karena dimulai dari dua nilai yang sebenarnya Anda ketahui: kecepatan nominal motor dan kecepatan mesin yang diinginkan. Sebagian besar lembar spesifikasi motor roda gigi mencantumkan kecepatan nominal motor dan kecepatan keluaran untuk setiap rasio, sehingga Anda dapat dengan cepat memastikan bahwa rasio kecepatan tersebut sesuai dengan rasio yang tertera pada pelat nama.

Arti Rasio yang Lebih Tinggi: Kecepatan, Torsi, dan Efisiensi

Rasio roda gigi tidak hanya berkaitan dengan kecepatan. Rasio ini juga melipatgandakan torsi ke arah yang berlawanan. Ada dua aturan sederhana yang menggambarkan efek tersebut:

• Kecepatan keluaran = kecepatan masukan ÷ rasio gigi
• Torsi keluaran = torsi masukan × rasio roda gigi × efisiensi kotak roda gigi

Jadi, rasio yang lebih tinggi menghasilkan putaran yang lebih lambat namun torsi yang lebih besar, sedangkan rasio yang lebih rendah menghasilkan putaran yang lebih cepat namun torsi yang lebih kecil—dengan motor yang sama. Inilah sebabnya mengapa Anda tidak boleh memilih rasio hanya untuk mencapai target kecepatan; Anda juga perlu memastikan bahwa torsi yang dihasilkan mampu memenuhi kebutuhan beban.

Efisiensi memegang peranan penting dalam perhitungan torsi. Sebuah gearbox yang sebenarnya tidak pernah memiliki efisiensi sebesar 100% karena adanya gesekan, backlash, dan panas. Sebagian besar gearbox spur dan heliks berukuran kecil beroperasi pada kisaran 90% hingga 98%, sedangkan gearbox worm dan sudut siku-siku memiliki nilai efisiensi yang lebih rendah, biasanya 50% hingga 85% tergantung pada rasio dan pelumasan. Jika ragu, gunakan nilai efisiensi yang konservatif, lalu verifikasi dengan pemasok motor. Untuk memahami bagaimana motor dan gearbox mengubah input listrik menjadi output dengan kecepatan lebih rendah dan torsi lebih tinggi, baca bagaimana cara kerja motor reduktor roda gigi.

Angka torsi di atas merupakan faktor pengali yang disederhanakan, bukan nilai yang dijamin berlaku untuk setiap motor. Selalu pastikan torsi keluaran nominal motor reduksi gigi yang bersangkutan sesuai dengan beban Anda, termasuk beban saat start dan beban puncak.

Kotak Gigi Bertahap: Kalikan Rasio Setiap Tahap

Banyak motor reduksi roda gigi menggunakan lebih dari satu set roda gigi untuk mencapai rasio yang tinggi dalam rumah motor yang ringkas. Pada kotak roda gigi bertahap, setiap pasangan roda gigi yang saling bertautan merupakan satu tahap, dan rasio roda gigi total merupakan hasil kali dari setiap tahap:

Rasio total = rasio tahap 1 × rasio tahap 2 × rasio tahap 3 ...

Contoh soal yang telah diselesaikan. Sebuah kotak roda gigi dua tahap memiliki rasio tahap pertama sebesar 3:1 dan rasio tahap kedua sebesar 4:1. Rasio totalnya adalah:

3 × 4 = 12

Rasio reduksi keseluruhannya adalah 12:1, sehingga motor berkecepatan 1.440 rpm menghasilkan sekitar 120 rpm pada poros keluaran. Desain bertahap inilah yang memungkinkan kotak roda gigi kompak mencapai rasio 50:1, 100:1, atau lebih tinggi tanpa menggunakan roda gigi yang ukurannya terlalu besar dan tidak praktis. Motor reduksi roda gigi sudut siku-siku sering kali menggabungkan tahap roda gigi lurus atau heliks dengan tahap roda gigi cacing atau bevel, dan aturan perkalian yang sama berlaku.

Contoh Soal: Menentukan Rasio untuk Aplikasi Anda

Untuk merangkum perhitungan tersebut, berikut ini adalah contoh seleksi yang lengkap.

1. Tentukan persyaratannya. Sebuah mesin pengemas digerakkan oleh motor yang berputar dengan kecepatan 1.400 rpm, dan rol yang digerakkan harus berputar dengan kecepatan 70 rpm.
2. Hitunglah rasio kecepatan. 1.400 ÷ 70 = 20, jadi kotak gigi memerlukan rasio 20:1.
3. Periksa torsi. Jika beban membutuhkan torsi sebesar 12 N·m pada rol dan motor menghasilkan sekitar 0,65 N·m pada kecepatan pengenal, maka torsi teoretis pada rasio 20:1 adalah 13 N·m. Dengan gearbox efisien tipe 95%, torsi yang dapat digunakan sekitar 12,4 N·m, yang memenuhi persyaratan 12 N·m dengan margin yang tipis.
4. Bandingkan dengan rasio standar. Jika tersedia motor dengan rasio reduksi standar 20:1, pilihlah motor tersebut. Jika yang tersedia hanyalah rasio yang mendekati, seperti 15:1 atau 25:1, lakukan kembali pemeriksaan kecepatan dan torsi untuk rasio tersebut.

Rutinitas empat langkah ini sama dengan yang digunakan saat menentukan ukuran sebagian besar motor reduksi gigi kecil: tentukan rasio berdasarkan kecepatan, kemudian periksa torsi, lalu pilih produk standar yang sesuai. Untuk penjelasan lebih mendalam mengenai faktor-faktor pemilihan lainnya, baca cara memilih motor reduktor roda gigi kecil.

Kesalahan Umum dalam Menghitung Rasio Gigi

Perhitungan rasio roda gigi memang sederhana, tetapi ada beberapa kesalahan yang terus-menerus muncul:

• Pembagian dengan urutan yang salah. Selalu bagi rasio roda gigi yang digerakkan dengan rasio roda gigi penggerak, atau kecepatan masukan dengan kecepatan keluaran. Jika urutannya dibalik, hasilnya adalah angka overdrive, bukan rasio reduksi.
• Menghitung roda gigi idler sebagai tahap. Roda gigi idler hanya mengubah arah putaran; roda gigi ini tidak mengubah perbandingan. Abaikan saja dalam perhitungan.
• Mengabaikan efisiensi torsi. Hasil perkalian rasio mentah dengan torsi masukan merupakan nilai ideal. Gunakan efisiensi transmisi yang sebenarnya agar motor tidak terlalu kecil.
• Menggunakan kecepatan yang tertera pada pelat nama motor dalam kondisi tanpa beban. Rasio tersebut didasarkan pada kecepatan motor yang tertera. Kecepatan keluaran aktual saat beroperasi di bawah beban akan sedikit lebih rendah, dan hal ini wajar.
• Memilih rasio hanya berdasarkan kecepatan saja. Jika rasio yang mencapai kecepatan target tidak menghasilkan torsi yang cukup, mesin akan mati mendadak. Periksa kedua angka tersebut.

Jika Anda tidak yakin bagaimana susunan gearbox tersebut atau berapa banyak tahap yang dimilikinya, lebih aman untuk mengonfirmasi rasio reduksi kepada produsen daripada menebaknya hanya berdasarkan foto atau nomor model.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa arti rasio roda gigi 5:1?

Rasio roda gigi 5:1 berarti motor atau roda gigi input berputar lima kali untuk setiap satu putaran roda gigi output. Hal ini mengurangi kecepatan menjadi seperlima dan, dalam kondisi ideal, melipatgandakan torsi menjadi lima kali lipat sebelum terjadi kehilangan efisiensi.

Apakah rasio roda gigi yang lebih tinggi berarti torsi yang lebih besar?

Ya, hingga batas kemampuan kotak gigi dan motor. Rasio yang lebih tinggi menghasilkan kecepatan putaran yang lebih lambat dengan nilai pengganda torsi teoretis yang lebih tinggi. Torsi yang dapat dimanfaatkan tetap bergantung pada efisiensi kotak gigi dan torsi nominal motor.

Apa perbedaan antara rasio roda gigi dan rasio reduksi?

Keduanya menggambarkan hubungan yang sama. Pada transmisi reduksi, rasio roda gigi lebih besar dari 1:1, sehingga sering disebut sebagai rasio reduksi. Pada motor reduksi roda gigi, kedua istilah tersebut digunakan secara bergantian.

Bagaimana cara menghitung rasio pada transmisi multi-tahap?

Kalikan rasio setiap tahap. Misalnya, tahap dengan rasio 3:1 yang diikuti oleh tahap dengan rasio 4:1 akan menghasilkan rasio total 12:1.

Rasio roda gigi apa saja yang tersedia pada motor reduksi roda gigi kecil?

Motor pengurang gigi AC berukuran kecil umumnya tersedia dalam rasio standar seperti 3:1, 5:1, 10:1, 15:1, 20:1, 30:1, 50:1, 100:1, dan yang lebih tinggi, tergantung pada seri motor dan jumlah tahap roda gigi. Pastikan daftar rasio yang tepat dengan melihat lembar data produk.

Mengapa kecepatan keluaran yang sebenarnya lebih rendah daripada hasil perhitungan saya?

Perhitungan rasio menggunakan kecepatan motor nominal. Saat beroperasi di bawah beban, kecepatan motor akan sedikit menurun, sehingga kecepatan keluaran yang terukur sedikit lebih rendah dari nilai teoretisnya. Hal ini wajar terjadi dan biasanya sudah diperhitungkan dalam aplikasi.

Hitung rasionya, lalu periksa motornya

Rasio roda gigi pada motor reduksi roda gigi dapat dirumuskan dalam satu perhitungan: jumlah gigi roda gigi yang digerakkan dibagi dengan jumlah gigi roda gigi penggerak, atau kecepatan masukan dibagi dengan kecepatan keluaran. Untuk kotak roda gigi bertahap, kalikan rasio setiap tahap, dan ingatlah selalu bahwa torsi keluaran sebenarnya adalah torsi ideal yang dikurangi dengan efisiensi kotak roda gigi.

Setelah Anda mengetahui rasio yang dibutuhkan, langkah selanjutnya adalah mencocokkannya dengan motor yang memiliki torsi cukup untuk beban Anda. Telusuri motor AC berreduktor gigi berukuran kecil atau selengkapnya jajaran produk untuk melihat rasio dan kecepatan keluaran yang tersedia, atau hubungi tim Tenchuan bersama dengan data kecepatan dan torsi kendaraan Anda untuk mendapatkan rekomendasi yang sesuai dengan kebutuhan Anda.