ANALISIS KEAUSAN SPROKET RANTAI PADA SEPEDA MOTOR Abrianto Akuan, ST., MT.*
Abstrak Sproket rantai rol pada sepeda motor merupakan komponen yang sangat penting, komponen ini berfungsi untuk mentransmisikan daya dari mesin penggerak ke roda belakang. Dalam pengoprasiannya komponen sproket selalu bergesekan dengan rantai dari sepeda motor, dari gesekan tersebut yang akan menyebabkan keausan dan berkurangnya umur pakai. Jenis keausan yang terjadi pada komponen sproket yaitu keausan adhesi dan abrasi, sedangkan untuk umur pakai sendiri dari komponen sproket yang diteliti telah mengalami pemakaian selama 510 hari atau 29.003.292 siklus. Untuk umur pakai sproket sampai kondisi harus diganti, pemakaian selama 3,1 tahun atau 64.739.669,6 siklus. Komponen sproket sendiri sebelumnya telah dilakukan proses pengerasan permukaan, dengan metoda induksi. Dari hasil pengujian kekerasan dapat dilihat penurunan harga kekerasan dari permukaan ke bagian dalam. Strktur mikro yang terbentuk pada daerah permukaan yang dikeraskan terbentuk fasa martensit dan ferrite, sedangkan untuk daerah yang tidak terkeraskan memiliki fasa ferrite dan pearlite. Komponen sproket termasuk ke dalam baja karbon medium, sesuai dengan AISI 1040.
I. Pendahuluan Kemajuan industri dan teknologi pada jaman sekarang ini berkembang sangat pesat, termasuk industri logam. Kemajuan industri logam mempunyai peran penting dalam menunjang industri-industri lain, terutama dalam dunia otomotif yang banyak menggunakan material dari logam. Dalam pengoperasiannya komponen sproket selalu bergesekan dengan rantai dari sepeda motor, gesekan dari kedua komponen tersebut mengakibatkan terjadinya getaran, dan tumbukan, yang terus menerus sehingga komponen sproket tersebut akan mengalami keausan. Dengan terjadinya keausan pada komponen sproket maka akan berpengaruh atau akan mengurangi umur pakai dari komponen sproket. Berdasarkan penjelasan di atas, bahwa pentingnya sproket dalam sepeda motor maka dilakukan penelitian terhadap komponen sproket tersebut. II. Tujuan Penelitian Menganalisis keausan yang terjadi pada komponen sproket rantai rol sepeda motor. Mengetahui umur pakai dari komponen sproket rantai rol sepeda motor. Menganalisa faktor-faktor penyebab terjadinya keausan pada komponen sproket rantai rol sepeda motor. Mengetahui karakteristik dari material sproket rantai rol.
*) Staf Pengajar Jurusan Teknik Metalurgi FT-UNJANI.
III. Diagram Alir Penelitian Sproket aus
Data lapangan
Sproket baru
Pemeriksaan visual dan pengukuran
Prediksi umur pakai
Pemeriksaan visual dan pengukuran
Persiapan spesimen
Persiapan spesimen
Pemeriksaan / pengujian lab. 1.
2. 3. 4.
Pemeriksaan / pengujian lab.
Pemeriksaan permukaan keausan Pemeriksaan komposisi kimia Pengujian kekerasan Pengujian metalografi
1. 2. 3. 4.
Pemeriksaan permukaan Pemeriksaan komposisi kimia Pengujian kekerasan Pengujian metalografi
Data dan pembahasan
Kesimpulan dan saran
Gambar 1. Skema penelitian.
IV. Data dan Pembahasan 4.1 pengumpulan data lapangan Tabel 1. Data komponen sproket data awal sproket aus (A) Nama komponen Sproket Pemakaian terakhir (km) Fungsi komponen
21219,2 km
sproket baru (B) Sproket -
Mentransmisikan daya dari mesin penggerak ke roda belakang
4.1.2 Data pengukuran sproket Tabel 2. Ukuran komponen sproket aus dan baru Posisi pengukuran
Sproket aus
Sproket baru
Tebal sproket
7.05 mm
7.07 mm
Diameter luar
147 mm
149 mm
Diameter dalam
143 mm
143 mm
Berat sproket
531 gram
536.6 gram
b
a
Gambar 2. Posisi-posisi pengukuran gigi sproket.
Table 3. perbandingan ukuran rata-rata sproket Jenis sproket a Sproket aus Sproket baru
1.53 mm 2.0 mm
b 11.33 mm 11.2 mm
c 4.92 mm 5.25 mm
4.2 Pemeriksaan Visual
Gambar 3. Posisi komponen sproket pada sepeda motor (panah)
d 5.97 mm 5.62 mm
Gambar 4. komponen sproket aus (kiri) dan baru (kanan).
Gambar 5. Gigi sproket rantai rol yang mengalami keausan (kiri) dan baru (kanan).
Gambar 6. Puncak gigi sproket aus (kiri) dan baru (kanan).
Gambar 7. Bagian lembah sproket aus (kiri) dan baru (kanan).
Gambar 8. Foto makro daerah aus pada gigi sproket (tanda panah).
Gambar 9. Foto daerah yang mengalami keausan pada daerah puncak gigi sproket.
4.3 Pemeriksaan Komposisi Kimia Tabel 4. Komposisi kimia sproket rantai rol sepeda motor Unsur
Persen Berat (%) Hasil Spektrometri Sproket aus
Persen Berat (%) Hasil pektrometri Sproket baru
AISI 1040
(C)
0.37
0.38
0.37-0.44
(Si)
0.08
0.07
0.6-0.9
(P)
0.006
0.004
0.04 max
(Mn)
0.88
0,85
-
(Cr)
0.05
0,05
-
(Ni)
0.01
0,01
-
(Co)
0.1
0,09
-
(Fe)
Sisa
sisa
sisa
4.4 Data Pengujian Kekerasan
a
b
10 x
Nilai Kekerasan (HRc)
Gambar 10. Foto makro ketebalan hasil pengerasan permukaan induksi Dengan kedalaman a: 31,75 mm, b: 9,53 mm 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 A B
Titik Pengujian Gambar 11 Grafik distribusi kekerasan komponen sproket
Tabel 5. Hasil pengujian kekerasan rantai Titik 1 2 3 4 5 Rata-rata
Rantai HV 697 697 720 720 720 710.8
HRc 60.6 60.8 61.4 61.7 61.8 61.26
4.5 Pengujian Metalografi
100um
Gambar 12. Struktur mikro sproket yang mengalami keausan pada daerah pengerasan (abu-abu=martensit;putih=ferrite), etsa: Nital 3 %.
Daerah yang terkeraskan
Daerah yang tidak terkeraskan
100um
Gambar 13. Struktur mikro spoket yang mengalami keausan pada daerah batas pengerasan dengan base metal fasa Martensit (bagian terkeraskan), fasa ferrit (bagian putih) dan pearlit (bagian hitam), etsa: Nital 3 %.
100um
Gambar 14. Struktur mikro spoket yang mengalami keausan pada daerah base metal (putih=ferrite;hitam=pearlite), etsa: Nital 3 %.
4.6 Prediksi umur pakai sproket 4.6.1 Analisa Volume yang hilang pada Sproket Untuk mengetahui kehilangan berat pada komponen sproket yang diteliti dapat diketahiu dengan menggunakan rumus dibawah: V=
K .l.W P
dimana: V = volume yang hilang (mm3) K = koefisien keausan l = jarak luncur (mm) W = beban kerja (Kg) P = kekerasan rata-rata (Kg/mm2) Untuk mendapatkan jarak luncur (l) dapat dicari dengan: l = ½.D dimana: D= diameter = 0.5 x 3.14 x 5.627 = 8,83 mm Untuk mendapatkan beban kerja (W) dapat dicari dengan:
W= F
F=
102. pd v
dimana: pd = daya pada sproket balakang (kw) v = kecepatan keliling pada lingkaran jarak bagi (m/s) o pd = x
6,6 x 149 56 x = 2,48 kw o
v=
.db.n 60 x1000 3,14.143,3.8000 = = 59,99 m/s 60000
102. pd v 102.2,48 = = 4,21 kg 59,99
Jadi F =
V=
K .l.W P 7,0.10 3.8,83.4,21 = 484,4 = 5,3 x 10-4 mm3 = 5,3 x 10-7 cm3 m = V . = 5,3 x 10-7 x 7,8 = 4,13x10-6 gram/cm3
Sproket mengalami kehilangan berat untuk satu siklus yaitu 4,13x10-6 gram/cm3
4.6.2 Umur Pakai Sproket yang Diteliti Berdasarkan data lapangan: Berat sproket baru = 536,6 gram Berat sproket aus = 531 gram Selisih berat kedua sproket = 5,6 gram • Pembelian motor = agustus 2005 • Penelitian terhadap sproket = maret 2007 Jadi motor telah digunakan selama 1 tahun 5 bulan = 17 bulan = 510 hari Dalam waktu 510 hari sproket mengalami kehilangan berat 5,6 gram Dengan asumsi pemakaian dalam satu hari selama 2 jam atau 120 menit. Jadi 120 x n (rpm) dimana n: (n) : v = π.D(roda).n v = 50 km/jam = 833333,33 mm/menit D (roda) = 560 mm n=
v .D 833333,33 = 3,14.560
=
833333,33 1758,4
= 473,91 rpm Jadi untuk satu hari 120 x 473,91 = 56.869,2 siklus/hari • Untuk 510 hari 56.869,2 x 510 = 29.003.292 siklus
4.6.3 Umur Pakai Sproket Sampai Diganti
L segitiga = ½ a.t = ½ 1 x 8,2= 4,1 mm2 V segitiga = L alas x tinggi = 4,1 x 5,25 = 21,52 mm³ Vtot 1gigi = 21,52 x 2 = 43,04 mm³ Vtot sproket = 43,04 x 37 = 1592,48 mm³ = 1,6 cm³ m = Vx = 1,6 x 7,8 = 12,48 gram
Perbandingan hari • 510 hari = 5,6 gram • x hari = 12,5 gram • x = 1.138,4 hari • 1.138,4 hari = 37,94 bulan • 37,94 bulan = 3,1 tahun Untuk 1.138,4 hari: 56.869 x 1.138,4 = 64.739.669,6 siklus 4.7 Pembahasan Analisa keausan komponen sproket rantai rol pada sepeda motor yang merupakan judul dari penelitian ini akan menghasilkan jenis keausan yang terjadi pada komponen sproket serta akan diketahui umur pakai dari komponen sproket tersebut. Sproket merupakan komponen penting yang terdapat pada sepeda motor, dimana sproket berfungsi mentransmisikan daya dari mesin penggerak ke roda belakang. Pada komponen sproket yang akan dianalisa menggunakan komponen sproket yang telah dipakai, dan akan dibandingkan dengan komponen sproket yang baru dari jenis dan spesifikasi yang sama untuk tipe motor T 5 ERD VEGA R Dari data lapangan untuk beban yang bekerja diasumsikan @ 60 kg, dengan kondisi operasi normal. Pemakaian terakhir dari sepeda motor sebelum dianalisa pada 21249,2 km, yang kemudian sproket diambil dari sepeda motor untuk dianalisa.. Pada sepeda motor tipe ini mesin penggerak memiliki daya maksimum 6.6 kw/8000 rpm, dengan torsi maksimum 9.0 Nm/5000 rpm. Pengukuran dilakukan kepada kedua sproket, baik yang telah dipakai maupun yang baru. Pengukuran ini bertujuan untuk mendapatkan perbandingan ukuran dari kedua sproket yang dapat dilihat pada tabel 2 dan 3. Dari hasil pengukuran komponen sproket aus mengalami pengurangan dimensi untuk tebal 0,02 mm, diameter luar 0,02 mm, dan pengurangan berat 5.6 gram. Untuk pemakaian sampai 21249,2 km. Posisi pengukuran dilakukan pada semua bagian dari komponen sproket, yaitu: diameter luar, diameter dalam, serta setiap bagian gigi dari komponen sproket dari mulai lebar gigi, lingkar kepala, tinggi lembah, dan puncak kepala. Dari pemeriksaan visual faktor-faktor pembanding komponen sproket aus dan komponen sproket baru salah satunya dapat dilihat dari warna komponen, dapat dilihat pada gambar 3, kondisi dari komponen sproket yang aus sudah kotor, ini disebabkan komponen sproket tersebut sudah dipakai, dan sudah banyak menempel partikel lain seperti debu dari jalanan serta pelumas yang diberikan pada komponen sproket rantai rol sepeda motor. Sedangkan pada komponen sproket yang baru, kondisinya lebih bersih dan mengkilap karena komponen tersebut belum dipakai. Pada gambar 5 dan 6, perbandingan visual pada komponen sproket dilihat pada bagian gigi. Pada bagian ini gigi dari sproket aus terdapat bekas rantai, dan kotor, sedangkan untuk gigi dari sproket baru masih mengkilap, dan bersih. Pada gambar 7 dan 8 menunjukkan perbandingan antara puncak gigi sproket aus dan puncak gigi sproket yang baru. Dimana pada puncak gigi sproket yang aus bila dilakukan pengukuran terjadi pengurangan dimensi dibandingkan dengan ukuran puncak gigi sproket baru, sedangkan dilihat dari visualnya relatif sama antara yang aus dan yang baru, ini disebabkan karena pada bagian puncak tidak kontak dengan komponen lain (rantai). Dilihat dari penampang komponen sproket, keausan terjadi pada bagian gigi, terutama pada bagian lembah gigi, seperti pada gambar 7 sampai 9, ini disebabkan karena pada bagian tersebut gesekan yang terjadi antara rantai dengan sproket sangat tinggi Ditunjukan dengan adanya goresan dan pengkikisan atau lekukan kecil pada bagian lembah sampai puncak., selain itu juga diakibatkan karena adanya partikel lain dari kondisi operasi di lapangan. Goresan tersebut termasuk dalan jenis keausan abrasi. Sedangkan pengkikisan atau lekukan kecil disebabkan kontak antara dua permukaan yang saling bergesekan dibawah penekanan dengan harga kekerasan yang berbeda. Dengan karakteristik pada permukaan yang lebih lunak terdapat galling, yaitu penempelan sebagian material yang lunak pada material yang lebih keras, mekanisme ini termasuk dalam jenis keausan adhesi. Keausan adhesi sering
terjadi karena kurang dilakukan pelumasan pada rantai, sehingga akibatnya pada saat kedua komponen tersebut bergesekan material dengan kekerasan yang lebih rendah akan terkikis. Dari data komposisi kimia dengan menggunakan metoda spektrometri, dapat dilihat pada tabel 4, hasil pengujian komposisi kimia menunjukan bahwa komponen sproket termasuk baja karbon medium dengan standar AISI 1040. dengan demikian untuk komponen sproket yang diteliti sesuai dengan aplikasi material untuk standart AISI 1040 Dengan unsur pemadu utama karbon sebesar 0,37% untuk sproket yang aus dan 0,38% untuk sproket yang baru, material tersebut dapat dikeraskan untuk meningkatkan ketahanan ausnya. Pengujian kekerasan dilakukan pada kedua komponen sproket (aus dan baru). Hasil pengujian kekerasan dari kedua komponen sproket relatif sama, tetapi dilihat dari gambar 11. Kekerasan dari setiap komponen sproket mengalami penurunan dari permukaan ke bagian dalam komponen sproket, ini disebabkan karena pada proses pembuatan komponen sproket mengalami proses pengerasan permukaan sehingga harga kekerasan di permukaan lebih tinggi dibandingkan bagian dalam. Dengan harga kekerasan permukaan 528 HV untuk komponen sproket aus, dan 544 HV untuk konponen sproket baru. Sedangkan bagian dalam 392 HV untuk komponen sproket aus, dan 402 HV untuk kompenen sproket baru. Pada gambar 14 dapat dilihat ketebalan dari hasil proses pengerasan permukaan dengan induksi. Pengujian kekerasan juga dilakukan pada rantai bagian pin, dimana bagian tersebut yang langsung kontak dengan gigi dari komponen sproket. Dari hasil pengujian kekerasan untuk rantai dapat dilihat pada tabel 5, dengan harga kekerasan 710,8 HV. Dengan demikian dari perbandingan harga kekerasan antara komponen sproket dengan rantai, harga kekerasan dari rantai lebih tinggi dibandingkan dengan komponen sproket, maka komponen sproket akan lebih cepat mengalami keausan, dan umur pakainya pun akan lebih pendek dibandingkan rantai. Pengujian metalografi yang dilakukan pada komponen sproket rantai rol didapat hasil bahwa komponen sproket telah mengalami proses pengerasan permukaan. Foto mikro yang dilakukan meliputi daerah permukaan yang merupakan daerah yang dikeraskan, daerah transisi antara yang dikeraskan dan bagian dalam, dan daerah base dari komponen sproket. Dilihat dari foto struktur mikro terdapat fasa martensit dan ferit, sedangkan fasa-fasa yang terdapat pada bagian base atau bagian dalam sproket terdapat fasa ferit dan perlit. Pada bagian ini tidak mengalami proses pengerasan. Stuktur mikro dari hasil pengujian pada bagian yang dikeraskan/permukaan dan base sproket kemudian dibandingkan dengan standar material AISI 1040. Fasa martensit terbentuk karena komponen sproket dikeraskan dengan pemanasan hingga temperatur austenit, kemudian didinginkan secara cepat. Fasa martensit yang terbentuk untuk baja 1040 adalah martensit lath dengan mekanisme geser slip. Hubungannya dengan keausan yaitu, fasa martensit bersifat keras dan akan meningkatkan kekerasan dari komponen sproket tersebut, dengan semakin tinggi kekerasan dari komponen sproket, maka ketahanan ausnya akan relatif baik. Dari hasil hasil perhitungan untuk umur pakai sproket didapat hasil bahwa untuk komponen sproket mengalami kehilangan berat sebesar 4,13x10-6 gram/cm3 untuk satu kali siklus. Sedangkan pada sproket yang diteliti mengalami kehilangan berat 5,6 gram untuk pemakaian selama 510 hari atau 17 bulan. Untuk umur sprocket sampai kondisi harus diganti mengalami kehilangan berat sebesar 12,5 gram, untuk pemakaian selama 1.138,4 hari atau 3,1 tahun.
V. Kesimpulan 1. Keausan yang terjadi pada komponen sproket yaitu jenis keausan abrasi dan adhesi. 2. Dari hasil penelitian diketahui bahwa umur sproket yang diteliti yaitu 29.003.299,2 siklus atau 510 hari. Sedangkan umur sproket sampai harus diganti yaitu 64.739.669,6 siklus atau 1.138,4 hari atau 3,1 tahun. 3. Keausan pada komponen sproket terjadi hanya pada gigi sproket bagian lembah gigi. 4. Dari hasil pengujian komposisi kimia komponen sproket termasuk kedalam jenis baja karbon medium, seri AISI 1040 dengan persen karbon 0,37%. 5. Dari hasil pengujian kekerasan material komponen sproket mengalami penurunan harga kekerasan (528 sampai 392) untuk sproket aus, dan (544 sampai 402) untuk sproket baru, dengan demikian komponen tersebut telah mengalami proses pengerasan permukaan. 6. Faktor penyebab terjadinya keausan yaitu kurangnya pelumasan terhadap komponen sproket, juga partikel abrasif dari kondisi operasi. 5.2 Saran 1. Dari hasil penelitian yang dilakukan, penulis menyarankan bahwa perlu dilakukan perawatan (maintenance) dalam hal ini pelumasan terhadap komponen sproket secara berkala. 2. Untuk menghindari partikel abrasif, penulis menyarankan pada sproket rantai rol digunakan pelindung/penutup rantai.
DAFTAR PUSTAKA
1. 2. 3. 4. 5. 6.
ASM, Metal Hand Book Vol 10. “Failure Analisis and Provention”,1975. Sularso, “Elemen Mesin”. Kusharjanto, “Perlakuan Panas dan Metalografi”, 1998. Rahmat Supardi, “Pengetahuan Bahan”,1980. ASM, “Metal Handbook Volume 4, Heat Treating”, 2001. Avner, Sidney H, “Introduction to Physical Metallugy”, Mc Graw-Hill Koyagusha, Ltd, Tokyo, 1974. 7. B. PUGH, “Friction and Wear”, 1973. 8. Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw-Hill Inc. New York,1986.
