Memahami Frekuensi Gigi Berburu
Frekuensi gigi berburu (HTF — juga dikenal sebagai frekuensi fase perakitan atau frekuensi pembagi persekutuan terbesar) adalah frekuensi rendah getaran komponen dalam sepasang roda gigi yang menunjukkan laju di mana sama gigi individual pada pinion kembali berkontak dengan gigi individual yang sama pada gear. Hal ini diatur oleh least common multiple (LCM) dari jumlah gigi keduanya dan biasanya merupakan frekuensi yang sangat rendah — jauh di bawah kecepatan poros — yang muncul sebagai modulasi amplitudo periodik lambat dari frekuensi jala roda gigi (GMF) dan itu pita samping.
HTF penting secara diagnostik karena getaran yang terjadi pada frekuensi ini menandakan adanya masalah pada gigi tertentu — gigi roda yang retak, pengelupasan lokal, atau pemasangan yang tidak sejajar — daripada kondisi umum rangkaian roda gigi. Oleh karena itu, mengidentifikasi sideband HTF membantu seorang analis menentukan dengan tepat roda gigi mana, bahkan gigi mana, yang menjadi sumber kerusakan, sehingga menjadikannya salah satu alat yang paling akurat dalam rangkaian alat yang lebih luas dari cacat gigi diagnosis.
1. Definisi dan Makna Fisik
Ketika dua roda gigi berputar bersamaan, sebuah gigi pinion tertentu akan bertautan dengan deretan gigi roda gigi lainnya, satu demi satu, putaran demi putaran. Apakah gigi tersebut akan kembali ke gigi roda gigi pertama yang disentuhnya — dan seberapa cepat — bergantung pada hubungan aritmatika antara jumlah gigi pada kedua roda gigi tersebut. Frekuensi gigi yang bertautan (Hunting Tooth Frequency/HTF) hanyalah laju kembalinya gigi tersebut. Nilai HTF yang rendah berarti sepasang gigi tertentu hanya jarang bertemu; nilai HTF yang tinggi berarti beberapa pasang gigi yang sama terus-menerus bertemu.
Hal ini memiliki dua konsekuensi yang saling bertentangan. Dalam hal keausan, nilai HTF yang rendah merupakan hal yang baik: kerusakan dan kesalahan produksi tersebar merata di seluruh gigi. Dalam hal diagnostik, nilai HTF yang rendah tersebut justru memusatkan pola getaran dari satu gigi yang rusak menjadi peristiwa yang jelas dan terjadi sekali per putaran, sehingga mudah dikenali. Dengan memahami angka tersebut, Anda dapat memahami kedua aspek tersebut secara bersamaan.
2. Dasar Matematis
Rumusnya
HTF = GMF / LCM(N₁, N₂) = GMF × GCD(N₁, N₂) / (N₁ × N₂)
- N₁ = jumlah gigi pada roda gigi kecil
- N₂ = jumlah gigi pada roda gigi
- GMF = frekuensi gerinda gigi (gear mesh frequency) = N₁ × kecepatan pinion (Hz) = N₂ × kecepatan roda gigi (Hz)
- LCM = kelipatan persekutuan terkecil dari N₁ dan N₂ (sama dengan N₁ × N₂ / GCD, di mana GCD adalah faktor persekutuan terbesar)
Nilai GMF yang dimodulasi oleh HTF itu sendiri adalah N dikalikan dengan kecepatan poros untuk kedua gigi; a kalkulator frekuensi jala roda gigi menghitung GMF dan keluarga sideband-nya secara langsung, sedangkan sebuah kalkulator rasio gigi menangani hubungan antara kecepatan input dan output yang Anda perlukan sebelum menerapkan rumus tersebut.
Contoh 1: sepasang gigi taring
- Sayap: 23 gigi pada 1800 RPM
- Gigi: 67 gigi
- FPB(23, 67): 1 — keduanya adalah bilangan prima, sehingga tidak memiliki faktor persekutuan; LCM(23, 67) = 23 × 67 = 1541
- GMF: 23 × (1800 / 60) = 690 Hz
- HTF = 690 / 1541 ≈ 0.45 Hz — pasangan gigi yang sama hanya bertemu sekitar sekali setiap 2.2 detik, jauh di bawah kecepatan poros pinion 30 Hz
- Arti: Setiap gigi roda gigi kecil bertautan dengan setiap gigi roda gigi besar sebelum pola tersebut berulang
- Hasil: roda gigi gigi berburu sejati dengan distribusi keausan yang optimal
Contoh 2: sepasang burung yang tidak berburu
- Sayap: 20 gigi pada 1800 RPM
- Gigi: 60 gigi
- FPB(20, 60): 20; LCM(20, 60) = 60
- GMF: 20 × (1800 / 60) = 600 Hz
- HTF = 600 / 60 = 10 Hz — sama dengan kecepatan poros keluaran (gear)
- Arti: hanya ada 20 pasangan gigi yang berbeda, dan setiap pasangan berkontak ulang sepuluh kali per detik
- Hasil: pola keausan yang terkonsentrasi pada gigi yang sama
Contoh 3: kasus peralihan
- Sayap: 18 gigi pada 3600 RPM
- Gigi: 54 gigi
- FPB(18, 54): 18; LCM(18, 54) = 54
- GMF: 18 × (3600 / 60) = 1080 Hz
- HTF = 1080 / 54 = 20 Hz
- Pola: hanya ada 18 pasangan kontak gigi yang berbeda, masing-masing berulang 20 kali per detik
3. Set Roda Gigi Hunting vs. Non-Hunting
Desain gigi berburu (GCD = 1)
Tercapai ketika jumlah gigi relatif prima (tidak ada faktor persekutuan):
- Keuntungan:
- Setiap gigi pinion akhirnya menyatu dengan setiap gigi roda gigi
- Keausan tersebar secara merata di seluruh gigi.
- Kesalahan produksi diimbangi, bukan diperparah.
- Umur pakai gigi yang lebih lama.
- Pilihan utama untuk sebagian besar aplikasi.
- Kekurangan:
- Cacat yang melibatkan satu gigi tertentu pasang berulang hanya pada HTF yang sangat rendah (fraksi kecil dari kecepatan poros), sehingga diperlukan rekaman waktu yang panjang untuk memisahkannya. Satu gigi yang rusak tetap menimbulkan satu impak per putaran porosnya sendiri.
- Mungkin memerlukan proses produksi yang lebih presisi.
Desain non-pemburuan (GCD > 1)
Terjadi ketika nomor-nomor gigi memiliki faktor persekutuan:
- Keuntungan:
- Pemilihan jumlah gigi yang lebih mudah.
- Mungkin memungkinkan penggunaan ukuran roda gigi standar yang tersedia di pasaran.
- Kekurangan:
- Gigi-gigi yang sama saling bertautan berulang kali (hanya terdapat pasangan unik GCD).
- Keausan terkonsentrasi pada pasangan gigi yang sama.
- Kesalahan produksi pada gigi-gigi tertentu terjadi berulang kali pada setiap siklus.
- Umur pakai gigi yang lebih pendek, biasanya.
- Umumnya dihindari dalam desain transmisi berkualitas.
4. Pola Getaran
HTF dalam spektrum dan waveform
HTF jarang muncul sebagai puncak mandiri yang kuat, dan biasanya terlalu rendah untuk dapat dipisahkan sebagai jarak sideband. Sideband di sekitar frekuensi mesh dalam spektrum getaran dipisahkan menurut kecepatan poros dari kedua gear; HTF sendiri muncul sebagai modulasi amplitudo periodik lambat (beat) dari getaran mesh:
- Puncak tengah: GMF (frekuensi mesh gigi).
- Pita samping: GMF ± 1×, 2×, 3× kecepatan poros dari roda gigi yang memiliki cacat lokal.
- Signature HTF: beat lambat pada waveform waktu — level getaran keseluruhan membesar dan mengecil pada laju HTF (biasanya fraksi hertz hingga beberapa hertz).
- Interpretasi: modulasi yang berulang pada HTF mengarah ke gangguan yang melibatkan gigi tertentu pasang, seperti gigi pinion yang rusak yang secara periodik menghantam gigi gear yang rusak; kedalaman modulasi mencerminkan tingkat keparahan cacat lokal tersebut.
Karena pita samping ini terkonsentrasi di sekitar frekuensi mesh yang tinggi dan bisa sangat padat, ada dua teknik yang dapat membantu mengidentifikasinya. Analisis Cepstrum menggabungkan sekelompok pita samping yang berjarak teratur menjadi satu garis frekuensi, sehingga jarak antar pita menjadi mudah dibaca, dan analisis amplop mengembalikan dampak getaran sekali putaran pada gigi yang rusak dari sinyal jaring yang dimodulasi.
Pola diagnostik
Satu gigi yang rusak: sideband kuat di sekitar GMF yang dipisahkan oleh kecepatan poros gear yang membawa gigi rusak; satu impak per putaran gear tersebut; bentuk gelombang waktu menunjukkan impuls periodik yang jelas.
Eksentrisitas roda gigi: sideband kecepatan poros yang timbul dari runout atau pemasangan eksentrik; kedalaman engagement gigi berubah sekali per putaran, memodulasi amplitudo GMF; biasanya dapat dikoreksi dengan pemasangan ulang atau kompensasi runout (lihat eksentrisitas).
Kerusakan pada kedua gear (gangguan pasangan gigi): ketika gigi pinion yang rusak secara periodik bertemu dengan gigi gear yang rusak, getaran membesar dan mengecil pada laju HTF yang rendah — beat lambat yang ditumpangkan pada getaran mesh; mungkin memerlukan penggantian gear, atau dapat diterima jika masih dalam toleransi.
5. Diagnosis Praktis
Mengidentifikasi roda gigi yang rusak
Untuk menentukan bagian mana — roda gigi kecil atau roda gigi utama — yang mengalami kerusakan:
- Hitung kedua kecepatan poros: kecepatan putaran (RPM) masukan dan keluaran.
- Ukur jarak antar pita samping dari spektrum getaran.
- Jika jarak = frekuensi poros masukan → Kerusakannya ada pada roda gigi kecil.
- Jika jarak = frekuensi poros keluaran → Kerusakan terletak pada roda gigi.
- Kesimpulan: Jarak antara pita samping menunjukkan poros mana — dan dengan demikian roda gigi mana — yang bermasalah.
Inilah tepatnya jenis pengukuran yang cocok dilakukan dengan alat analisis dua saluran portabel. Dengan tachometer optiknya yang mengaitkan data dengan sudut poros, Balanset-1A mengukur spektrum dan bentuk gelombang waktu pada rumah transmisi sehingga selisih pita samping dapat diukur berdasarkan kecepatan masukan dan keluaran yang diketahui, serta impuls sekali per putaran akibat gigi yang retak dapat diidentifikasi dalam bentuk gelombang — semuanya dilakukan pada mesin yang sedang beroperasi, tanpa perlu membuka casing. A kalkulator frekuensi harmonik kemudian mengubah nilai RPM yang diukur menjadi nilai Hz yang tepat yang harus dicari.
Penilaian tingkat keparahan
- Amplitudo sisi pita: Amplitudo yang lebih tinggi menandakan adanya kelainan lokal yang lebih parah.
- Jumlah pita samping: Lebih banyak sideband (urutan lebih tinggi) menunjukkan kondisi yang lebih buruk
- Bentuk gelombang waktu: Getaran periodik yang jelas menandakan adanya benturan pada gigi tertentu.
- Perbandingan dengan GMF: sideband di atas ~25% amplitudo GMF menandakan adanya kelainan yang signifikan — hal ini berguna tingkat keparahan cacat ambang batas.
6. Pertimbangan Desain
Memilih nomor gigi
- Gunakan bilangan prima jika memungkinkan, atur GCD = 1 (desain gigi berburu).
- Hindari faktor-faktor umum — hindari perpaduan seperti 20:60 (GCD = 20).
- Contoh pasangan yang baik: 17:51, 19:57, 23:69 (semua GCD = 1).
- Kompromi: Pembatasan tersebut dapat sedikit membatasi pilihan rasio gigi yang tersedia.
Kapan tidak berburu dianggap wajar
- Aplikasi dengan beban rendah di mana keausan bukanlah masalah utama.
- Set roda gigi standar yang mengharuskan rasio yang tepat.
- Aplikasi dengan masa pakai singkat, di mana distribusi keausan tidak terlalu menjadi masalah.
- Ketika keunggulan proses manufaktur lebih besar daripada dampak keausan.
7. Hubungan dengan Frekuensi Gigi Lainnya
Hierarki frekuensi dalam gearbox
- Kecepatan poros: 1× untuk input dan output — frekuensi putaran terendah.
- HTF: biasanya merupakan frekuensi terendah dari semuanya — fraksi kecil dari kecepatan poros dalam desain hunting (GCD = 1), dan tidak pernah lebih tinggi dari kecepatan poros yang lebih lambat bahkan pada desain non-hunting.
- GMF: jumlah gigi × kecepatan poros — frekuensi primer tertinggi.
- Harmonisa GMF: 2×GMF, 3×GMF, dan seterusnya, yang timbul akibat nonlinieritas jaring dan backlash.
Strategi analisis sideband
- Jarak antar-pita samping pada kecepatan poros → roda gigi eksentrik atau cacat pada gigi tertentu.
- Modulasi amplitudo lambat (beating) pada laju HTF → masalah pasangan gigi yang berulang, seperti kerusakan yang cocok pada kedua gear.
- Tidak ada pita samping yang jelas → distribusi umum keausan gigi, atau sekadar roda gigi yang sehat.
Frekuensi hunting tooth, meskipun merupakan aspek yang subtil dalam dinamika roda gigi, memberikan informasi diagnostik yang sangat berguna. Dengan memahami perhitungan HTF dan mengenali sideband HTF, seorang analis dapat mengidentifikasi secara tepat roda gigi mana yang mengalami kerusakan serta apakah masalahnya berasal dari satu gigi yang rusak atau kondisi yang lebih menyebar — sehingga memandu keputusan pemeliharaan yang tepat sasaran dalam troubleshooting gearbox.
