Konsep Gigi (Gear) Tunggal, Bersinggungan, & Berhubungan ǀ Perbedaan Jumlah Gigi (Gear), Besar Jari-jari, & Gigi (Gear) pada Sepeda

Gigi (gear) adalah sebuah lempengan logam yang berbentuk lingkaran dengan gerigi di sepanjang tali busur lingkarannya. Jumlah gerigi dibagian luarnya dapat divariasi sesuai kebutuhan gerak yang diinginkan. Berikut konsep gigi (Gear) tunggal, bersinggungan, dan berhubungan. Apa pengaruh perbedaan jumlah gigi (gear), besar jari-jari, dan gigi (gear) pada sepeda?

Sebelumnya, kita telah mempelajari konsep dua roda yang bergerak sepusat, saling bersinggungan, dan saling berhubungan. Pada pembahasan kali ini, kita akan menerapkan konsep dua roda yang bergerak saling bersinggungan dan saling berhubungan.

Kolaborasi antara gear atau roda yang memiliki besar jari-jari yang berbeda dan rasio jumlah gear memiliki beberapa tujuan, seperti memaksimalkan momen gaya (torsi) roda atau gear, memperpanjang revolusi roda, menarik beban berat, atau menaiki tanjakan.

Tonton Juga:
Gear Mesin dengan Jari-jari Berbeda yang Berputar Bagian 1
Gear Mesin dengan Jari-jari Berbeda yang Berputar Bagian 2

GIGI (GEAR) ATAU RODA TUNGGAL

Roda B memiliki jari-jari 3 kali roda A. Masing-masing roda diberi gaya sebesar 1 N pada bagian luarnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.1. Roda A dapat setimbang dengan momen gaya (torsi) sebesar 1 Nm sedangkan roda B membutuhkan momen gaya (torsi) sebesar 3 Nm agar setimbang.

Gambar 1.1 Gigi (Gear) atau Roda Tunggal Sepusat

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar jari-jari roda akan semakin besar momen gaya (torsi) yang dibutuhkan. Roda kecil akan membutuhkan torsi (gaya putar) yang lebih kecil dibanding roda besar sehingga dia lebih efisien untuk membawa muatan besar.

Tapi, bagaimana dengan revolusi roda? Kita tahu roda berotasi dan berevolusi. Roda A memang memiliki kelebihan yaitu torsi-nya lebih kecil. Tetapi, jika dihitung dengan waktu yang sama maka roda B akan menempuh jarak (revolusi) lebih jauh daripada roda A (dengan torsi B lebih sedikit di atas 3 Nm, torsi A sedikit di atas 1 Nm, & beban 1 N).

Oleh karena itu, roda kecil sering digunakan untuk kendaraan yang menanjak, seperti sepeda gunung. Bagaimana penerapannya dalam bentuk gigi (gear)?

Sepeda biasa terkadang dilengkapi dengan variasi gigi roda belakang. Hal ini memiliki tujuan agar pengendara dapat menyesuaikan kondisi gigi dengan medan yang dilalui, seperti medan datar atau menanjak. Gigi kecil tentu sangat disarankan untuk medan yang menanjak. Kolaborasi kedua gigi (gear) akan kita bahas di bawah.

NB : Anggap saja roda dan gigi (gear)-nya berukuran raksasa.

GIGI (GEAR) ATAU RODA SALING BERSINGGUNGAN

Dua buah roda dapat memiliki gaya yang sama karena berada dalam satu percepatan tetapi momen gaya (torsi) keduanya akan berbeda bergantung pada jari-jari-nya. Menentukan momen gaya (torsi) dari kedua roda juga dapat dihitung dari perbandingan atau rasio jari-jarinya.

Contoh roda A dan B saling bersinggungan. Jari-jari roda B 3 kali roda A. Sebuah beban dengan berat 1 N diberikan pada roda A. Roda A bergerak berlawanan jarum jam dan roda B searah jarum jam. Roda A mendapat momen gaya (torsi) sebesar 1 Nm ( panjang lengan x gaya). Berapa torsi roda B? Ya, 3 Nm.

Gambar 1.2. Gigi (Gear) atau Roda Bersinggungan
- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Roda B akan setimbang jika diberi torsi 3 Nm yang arahnya berlawanan arah jarum jam, yaitu dengan memberi beban dengan berat 1 N juga di sisinya. Sekarang, kita ubah bentuk roda dengan gigi (gear). Gigi (gear) roda A adalah 12 sedangkan roda B adalah 36. Kita dapat mengetahui torsi roda B dengan cara melihat perbandingan jumlah gigi (gear).

Contohnya roda gigi (gear) A diberi beban berat 1 N. Kita tahu jari-jarinya 1 dan torsi-nya adalah 1 Nm. Roda B yang hanya diketahui jumlah giginya tanpa diketahui jarinya-jarinya akan memiliki torsi sebesar (36/12) x 1 = 3 Nm. Perbandingan jumlah gigi ini disebut rasio gear.

Kita pasang tiga roda, yaitu satu roda A dan dua roda B. Jika roda A diberi beban dengan berat 1 N, maka agar gigi setimbang (diam) kita dapat memberi beban di gigi terakhir sebesar 9 N. Bagaimana hal ini terjadi? Kita tahu gigi (gear) roda A dibanding roda B adalah 1:3. Kita tinggal mengalikan perbandingan gigi lalu dikali gayanya.

GIGI (GEAR) ATAU RODA SALING BERHUBUNGAN

Sepeda dengan variasi gigi membuat kita dapat dengan mudah menyesuaikan gaya dan torsi yang terjadi. Gigi sepeda bagian depan atau bagian pedal, kita sepaki tetap dan tidak berubah. Lalu, kita akan bahas gigi belakangnya. Kita akan bandingkan gigi paling kecil, paling besar, dan kaitannya dengan roda (roda ukuran sedang).

Gambar 1.3 Gigi (Gear) atau Roda Saling Berhubungan

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Diketahui ukuran gigi depan 3 (36 jumlah gigi), gigi belakang paling besar 3 (36 jumlah gigi), dan gigi belakang paling kecil 1 (12 jumlah gigi), dan gaya yang diberikan kaki pada pedal adalah 5 N.

Saat gaya kaki diberikan searah jarum jam, pedal berputar (anggap panjang pedal 5 m). Pedal memiliki torsi 25 Nm. Gigi depan yang searah dengan pedal memiliki torsi sebesar (3/5)x25 Nm = 15 Nm. Torsi gigi belakang paling kecil adalah (1/3)x15 Nm = 5 Nm.

Roda belakang berjari-jari 10 m akan memiliki torsi sebesar (10/1)x15 Nm = 150 Nm dan gaya roda belakang saat gigi belakang paling kecil adalah 150 Nm/10 m = 15 N.

Ingat! perhatikan satuan torsi (momen gaya) = Nm, sedangkan dan gaya = N

Jika kita menggunakan gigi paling besar, maka torsi giginya akan sama dengan gigi depan, yaitu (3/3)x15Nm = 15 Nm. Torsi roda belakang-nya dalah (10/3)x15 Nm= 50 Nm. Gaya roda belakangnya saat gigi belakang paling besar adalah 50 Nm/10 m = 5 N.

Baca juga : Dua Roda Diputar Sepusat, Bersinggungan, & Berhubungan ǀ Besaran Terkait & Penerapan Dalam Kehidupan

Kesimpulannya adalah konsep gigi tunggal, bersinggungan, dan berhubungan mirip dengan konsep roda sepusat, bersinggungan, dan berhubungan, hanya ditambah variabel jumlah gigi (rasio gear) dan penerapan lebih lanjut dari konsep dasar.