Perilaku Kegagalan Roda Gigi Lurus Akibat Beban Fatik dan Impak

Abstract

The study reports the failure ofspur gear made ofNS 4340 steel subjected to fatigue and impact loading. In order to study a failure ofthe gear, three conjunctive tests were conducted First, specimens were tested under impact loading using split Hopkinson pressure bars (SHPB) method to obtain the impact tensile strength ofNS 4340 steel. Secondly, the gear specimens were subjected to cyclic loading using Servopulser testing machine to obtain the endurance limit ofthe gear. Finally, prefatigued specimens were subjected impact loading using air gun apparatus to observe the failure behavior of the gear. The result of impact test shows that the impact tensile strength (SiJ ofNS 4340 steel is 1349 MPa, and modulus ofelasticity (E) is 253 GPa. The mechanical properties ofthe gear material will increase due to high strain rate loading. From the cyclic looding test is found that the endurance limit of gear specimen is 100 MPa. The crack initiation started on thefeet ofteeth radius as a stress concentration zone, and then the crack propagates along the dedendum of the gear. The results ofdirect measurement on pre-fatigued gear specimens show that the maximum stress is 706.2 MPa. During this test, the specimens were not failed, but in microstructure the crack has occured Observation result of the fracture surface shows that fracture mode is a combined made between fatigue striation and brittle fracture. To clarify the impact response ofspur gear at any direction ofstrain gage, a numerical computation using MSCINASTRAN were conduction. It was observed the stress distribution occurred on the gear specimens is similar to experimental results

Penelitian ini membahas tentang prilaku kegagalan roda gigi lurus dati baja NS 4340 akibat beban fatik dan impak. Pelaksanaan penelitian dilakukan dalam tiga bentuk pengujian yaitu pertama pengujian impak dengan metode Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) untuk memperoleh sifat-sifat mekanik akibat beban impak. Kedua adalah pengujian fatik pada spesimen roda gigi dengan menggunakan selvopulser dan ketiga adalah pengujian impak terhadap spesimen yang telah mengalami fatik untuk mengamati prilaku kegagalan akibat propagasi terjadi. Spesimen roda gigi dari material NS 4340 mempunyai umur lelah (life time) di atas 107 siklus dengan endurance limit 100 MPa. Proses perambatan perpataban diawali pada sudut kaki gigi yang merupakan daerah konsentrasi tegangan dan dengan bertambahnya siklus pembebanan, retakan terus menjalar sepanjang lingkaran kaki gigi (dedendum). Hasil uji tarik impak menunjukkan sifat-sifat mekanik bahan roda gigi akan jauh meningkat dengan pemberian beban pada laju regangan tinggi. Dari hasil uji impak dengan pengukuran langsung pada spesimen gigi yang telah mengalami fatik, menghasilkan respon tegangan terbesar pada 706,2 MPa. Spesimen roda gigi tidak patah namun bagian dalam telah mengalami kerusakan secara mikro struktur dan tegangan yang masuk sudah mencapai batas luluh dari material. Pengamatan pada permukaan spesimen yang mengalami fatik dan impak menghasilkan bentuk perpatahan kombinasi antara striasi fatik dan patah getas dengan permukaan halus dan datar. Dari hasil simulasi elemen hingga, distribusi tegangan relatif sama dengan basil eksperimen yang awalnya terjadi pada sudut kaki gigi, dimana pada daerah ini terjadi konsentrasi tegangan.