ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR GRADER 218 TYPE 24M

SKRIPSI
ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR
GRADER 218 TYPE 24M

Diajukan Kepada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk Memenuhi Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana (S-1) Teknik Mesin

Di Susun Oleh :
MUHAMMAD ALIQ FAROHI
201010120311112

JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2014

ii

iii

iv

v

LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertandatangan dibawah ini :
Nama

: Muhammad Aliq Farohi

Nim

: 201010120311112

Tempat/Tanggal Lahir

: Lamongan, 13 November 1991

Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

Instansi

: Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “ANALISA PERPATAHAN BEVEL
GEAR PADA MOTOR GRADER 218 TYPE 24M” yang diajukan untuk
memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi
(“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan/ atau pernah dipakai
untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah
Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya
kutipan dan daftar pustaka sebagaimana mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan

sebagaimana mestinya.
Malang, 28 Oktober 2014
Yang Menyatakan

Muhammad Aliq Farohi
vi

ABSTRAK

Kegagalan komponen/peralatan dalam manufaktur atau rangkaian produksi,
konstruksi, permesinan, struktur, seperti bocornya jalur pipa, ledakan tangki
minyak/gas, kecelakan sarana transportasi, runtuhnya jembatan dan lain sebagainya,
sangat tidak diharapkan karena akan mengganggu jalannya produksi, membebani
ongkos produksi, dan lebih jauh dapat mengakibatkan kecelakan bahkan korban
jiwa.Analisis kegagalan merupakan metode investigasi secara sistematis untuk
mencari penyebab kegagalan suatu komponen/peralatan. Tujuan utamanya adalah
untuk menentukan mekanisme dan penyebab terjadinya kegagalan, serta memberikan
rekomendasi atau menawarkan solusi untuk mengatasi masalah yang timbul. Analisis
kegagalan selanjutnya dapat digunakan sebagai umpan-balik untuk memperbaiki
desain teknik, prosedur operasi, program perawatan ataupun perencanaan kualitas,

sehingga ongkos produksi/operasi dapat ditekan.
Di lain pihak penyebab kegagalan itu sangatlah kompleks, tidak hanya
meliputi satu faktor, melainkan banyak faktor, sehingga seringkali seorang
investigator tidak dapat menentukan dengan tepat penyebab kegagalan tersebut.
Oleh karenanya analisis kegagalan mencakup aspek yang sangat luas, tidak hanya
aspek teknis, melainkan juga aspek ekonomi dan hukum (yang berhubungan dengan
perangkat hukum atau klaim jaminan).Pada kenyataan di lapangan, sesungguhnya
banyak industri yang membutuhkan konsultasi teknis di bidang ini. Adanya
keterbatasan sumber daya manusia, merupakan alasan mengapa pelatihan dibidang
ini

menjadi

sangat

penting,

sehingga

seorang

rekayasawan

sepatutnya

“dipersenjatai” dengan pengetahuan dan keahlian khusus dalam bidang analisis
kegagalan.

Kata kunci : Bevel gear, Fatigue, Differensial

vii

ABSTRACT

Component/equipment failure in the manufacturing or production systems,
construction, machinery, structures, like a leaking pipelines, oil tank explosion,
accident by transportation, broken bridges etc. are unexpected, cos it can stop the
production, make the cost of production going harmful, and further can lead more
fatal accidents. Analysis of failure is a systematic method of investigation to find the
component or equipment cases. The main goal is to determine the mechanism and

failure cases, and also give the recommendations or offer the solution to solve the
problems. Then, analysis of failure can be used as a feedback to repairing the
engineering design, operating procesures, maintenance program or quality planning,
so the cost of production or operations can be pressed.
On the other side, the failure cases are very complex, not only a single factor,
but many factors, so the investigator offer cannot determining the failure cases.
Therefore, analysis of failure covered many aspects, not only the technical aspects,
but also economic and legal aspects (relating with the law or warranty claims). In
fact, many industries need this technical consultancy. Lack of human resources is the
reason why this training is very important, so an engineer should be "armed" with
specialized knowledge and experience in analysis of failure.

Keywords: Bevel gear, Fatigue, Differential

viii

KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang
mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas
akhir dengan judul “ANALISA PERPATAHAN BEVEL GEAR PADA MOTOR

GRADER 218 TYPE 24M” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang
dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa
ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ungkapkan terima kasih atas
jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta
bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi ini.
Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada :
1.

Keluarga Besar saya, khususnya kepada Bapak dan Ibu saya yang selalu
memberikan bantuan materil maupun non materil, mendo’akan, mengingatkan
akan pesan - pesannya yang tak akan terlupakan.

2.

Bapak Murjito, ST. MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan
bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan, sehingga
terselesaikannya skripsi ini.

3.

Bapak Ir. Ali Mokhtar, MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan
bimbingan dan arahan cara-cara penulisan dalam penyusunan skripsi ini.

4.

Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku ketua jurusan teknik mesin UMM.

5.

Bapak Budiono, SSi.MT. Selaku sekertaris jurusan teknik mesin UMM.

ix

6.

Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan
teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.

7.

Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A, B,
C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu
memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.

8.

Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan
kalian semuannya.
Dalam penyusunan sekripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak

terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan
sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga Allah SWT
memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan
penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.

x

DAFTAR ISI

COVER ..................................................................................................................

i

Enter Poster Design !! ............................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ................................................................... iii
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR ............................................................... iv
LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... vi
ABSTRAKSIBAHASA INDONESIA ................................................................... vii
ABSTRAKSIBAHASA INGGRIS ......................................................................... viii
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. xiv
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.2

Rumusan Masalah ..................................................................................... 3

1.3

Tujuan Penulisan ....................................................................................... 3

1.4

Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.5

Manfaat Penulisan ..................................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1

Difinisi Power Train ................................................................................. 5

2.2

Pengertian Roda Gigi ................................................................................ 6

2.3

Jenis-jenis Roda Gigi ................................................................................ 7
xi

a.

Spur.................................................................................................. 7

b.

Straight bevel gear ........................................................................... 8

c.

Helical gear ...................................................................................... 9

d.

Worm gear ....................................................................................... 10

2.4

Nomenclature/Tatanama bagian gear ....................................................... 12

2.5

Pola Perpatahan ......................................................................................... 13

2.6

Istilah-istilah Dalam Roda Gigi ................................................................ 14

2.7

System Operasi ......................................................................................... 15

2.8

Jenis-jenis Patahan Pada Gear .................................................................. 16
a.

Korosi .............................................................................................. 16

b.

Plastic Yielding ............................................................................... 18

c.

Contact Stress Fatigue ..................................................................... 19

d.

Fatigue Fractures ............................................................................. 21

e.

Ductile and Brittle Fractures ........................................................... 22

2.9

Jenis Keausan dan Kondisi Membebani Pada Gear .................................. 24

2.10

Mekanisme Perpatahan ............................................................................. 27

2.11

Factor Yang Mempengaruhi Perpatahan .................................................. 28

2.12

Gear Failure Analysis ............................................................................... 28

BAB III METODE ANALISA
3.1

Metode Analisa ........................................................................................ 30

3.2

Pengumpulan Data .................................................................................... 30

3.2.1

Data Primer ............................................................................................... 30

3.2.2

Data Skunder ............................................................................................. 31
xii

3.3

Diagram Alir ............................................................................................. 32

3.4

Langkah-langkah Analisa ......................................................................... 32

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN
4.1

4.2

Langkah-langkah Analisa Pada Differesial Power Train ......................... 34
a.

Suara ................................................................................................ 36

b.

Scoring/keausan ............................................................................... 37

c.

Perpatahan ....................................................................................... 39

Pembahasan............................................................................................... 40

BAB V PENUTUP
KESIMPULAN ....................................................................................................... 60
SARAN .................................................................................................................. 61
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 62

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Power Train ....................................................................................... 6
Gambar 2.2. Spur Gear............................................................................................ 7
Gambar 2.3. Bevel Gear ......................................................................................... 8
Gambar 2.4. Helical Gear ....................................................................................... 9
Gambar 2.5. Worm Gear ........................................................................................ 11
Gambar 2.6. Nomenclature .................................................................................... 12
Gambar 2.7. Pola Fatigue Fragture ........................................................................ 13
Gambar 2.8. Posisi contact line ............................................................................... 16
Gambar 2.9. Fatigue striation pada permukaan crack ............................................. 17
Gambar 2.10. Retakan rappling .............................................................................. 18
Gambar 2.11. Lipping dan ledging ......................................................................... 19
Gambar 2.12. Sliding contact stress fatigue ............................................................ 20
Gambar 2.13. Pitting pada contact stress fatigue .................................................... 21
Gambar 2.14. Patahan fatigue fracture .................................................................... 22
Gambar 2.15. Brittle Fracture ................................................................................. 23
Gambar 2.16. Ductile fracture ................................................................................. 24
Gambar 2.17. Desired Bearing Under Full Load .................................................... 24
Gambar 2.18. Toe Bearing ...................................................................................... 25
Gambar 2.19. Heel Bearing ..................................................................................... 26
Gambar 2.20. Low Bearing ..................................................................................... 26
Gambar 2.21. High Bearing .................................................................................... 27
xiv

Gambar 3.1. Flowchart Analysis Gear 26 .............................................................. 32
Gambar 4.1. Letakdifferensialpadamotor grader G218 type 24M .......................... 34
Gambar 4.2. power train system ............................................................................. 35
Gambar 4.3. differensial .......................................................................................... 35
Gambar 4.4. Pecahan bevel gear ............................................................................. 36
Gambar 4.5. Permukaan gear .................................................................................. 37
Gambar 4.6. Heel Bearing ....................................................................................... 37
Gambar 4.7. Bevel gear mengalami fatigue ............................................................ 38
Gambar 4.8. Bevel Gear yang patah ....................................................................... 39
Gambar 4.9. diferensial ini diindikasikan saat kebisingan beroperasi .................... 40
Gambar 4.10. proses pengukuran reaksi dari bevel gear dan pinion gigi ............... 41
Gambar 4.11. a & b. Tampilan pengukuran spesifikasi reaksi gigi bevel ............. 42
Gambar 4.12. penampilan tanda kontak dari bevel gear dan poros pinion ............. 43
Gambar 4.13. gigi lain dari bevel pada posisi depan dan sebaliknya .................... 43
Gambar 4.14. a. keretakan awal dan berpotensi akan rusak ................................... 44
Gambar 4.14. b. pola kelelahan retak ...................................................................... 44
Gambar 4.15. a & b. Reaksi goresan gigi pinion diatas spesifikasi ....................... 45
Gambar 4.16. Hasil pengukuran shim pack adalah 2.8 mm ................................... 46
Gambar 4.17. a & b Rumah differential .................................................................. 47
Gambar 4.18. a & b Cup bearing dan cone bearing mengalami kondisi memar .... 48
Gambar 4.19. Cone bearing mempunyai kondisi memar ........................................ 48
Gambar 4.20. Dis friction dalam kondisi aus.......................................................... 49
Gambar 4.21. Dis friction dalam kondisi tergores .................................................. 49
xv

Gambar 4.22. Dis friction dalam kondisi tergores .................................................. 49
Gambar 4.23. Pinion differential dalam kondisi berdesir/abrasif .......................... 50
Gambar 4.24. Trust washer dalam kondisi terkikis ............................................... 50
Gambar 4.25. Membongkar dan proses pemeriksaan RH final drive ..................... 50
Gambar 4.26. Gear ring dalam kondisi usang dan spalling ................................... 51
Gambar 4.27. Gigi memiliki kondisi spalling ......................................................... 51
Gambar 4.28. Cone bearing memiliki kondisi memar ........................................... 51
Gambar 4.29. Cup bearing mengalami kondisi pitting dan memar ....................... 52
Gambar 4.30. Cone bearing mengalami kondisi memar ........................................ 52
Gambar 4.31. Bantalan rol mengalami kondisi memar .......................................... 52
Gambar 4.32. Kondisi washer dorong telah aus .................................................... 53
Gambar 4.33. Membongkar dan proses inspeksi LH final drive ........................... 53
Gambar 4.34. Cincin gigi telah aus dan kondisi spalling ....................................... 54
Gambar 4.35. Gigi gear memiliki kondisi spalling ................................................ 54
Gambar 4.36. Cup bearing mengalami kondisi pitting dan memar ....................... 54
Gambar 4.37. Cone bearing mengalami kondisi memar ........................................ 55
Gambar 4.38. Bantalan rol mengalami kondisi memar .......................................... 55
Gambar 4.39. Kondisi washer dorong telah aus .................................................... 55
Gambar 4.40. Bevel gear dan patahannya ............................................................... 56
Gambar 4.41. Pola Fatigue fracture ........................................................................ 56
Gambar 4.42. Pola fatigue fracture pada gigi bevel gear ........................................ 57

xvi

DAFTAR PUSTAKA



Basori, Ahmad, 2013 “Analisa Lapisan Alloy 400 pada dump body 793
MSD II Body(160 m3)”.



Brooks R.C., 2002.



Budinas, Ricard G, 1977 “Advance streng and applied stress analysis”.



Hellan, Kare, “Introduction to FRACTURE MECHANICS”.



http://psbtik.smkn1cms.net/bse/smk/smk10%20TeknikAlatBerat%20Budi.pdf
(Pada tanggal 05 Mei 2014)



http://www.itsb.ac.id/?PROGRAM_TRAINING:Training_Analisis_Kegagala
n_%26amp%3B_Seleksi_Material_Untuk_Komponen_%26amp%3B_Peralat
an_Industri (Pada tanggal 14 Agustus 2014)



Modul, AFA 2 –Gear Failure Analysis, 2006 Training Center Dept. PT
Trakindo Utama

xvii

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Dengan semakin berkembangnya zaman maka diikuti pula dengan
pekembangan dunia industri pertambangan. Sementara itu dunia industri atau
pertambangan tidak akan penah lepas dari perkembangan teknologi alat berat.
Alat berat dalam hal ini sangat penting karena untuk penunjang dalam proses
Produksi. Sebagaimana diketahui bahwa Motor Grader adalah tipe peralatan yang
dapat dipakai dalam berbagai veriasi pekerjaan konstruksi (grading). Kemampuan
ini akibat dari gerakan-gerakan flexible yang dipunyainya terhadap blade dan
roda-roda ban. Keserbagunaan ini didukung dengan perlengkapan Scarifier teeth
(ripper dalam bentuk penggaruk kecil) dipasang dibagian depan blade dan dapat
dikendalikan secara tersendiri, Pevement widener (untuk mengatur hamparan dan
juga perlengkapan Evelating grader unit (alat pengatur grading).
Kegagalan (failure) suatu komponen mesin dapat didefinisikan sebagai
ketidakmampuan komponen mesin untuk melakukan fungsinya. Komponen mesin
merupakan salah satu dari suatu system komponen. Komponen mesin yang
membentuk sebuah mesin atau peralatan sehingga jika suatu komponen mesin
tersebut mengalami beberapa kegagalan diantaranya mesin atau peralatan tersebut
tidak dapat dioperasikan sama sekali ataupun mesin atau peralatan dapat
dioperasikan, tetapi tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya.
Kegagalan dalam sebuah desain konstruksi merupakan sebuah hal yang
sangat penting untuk diantisipasi. Secara umum suatu desain konstruksi dirancang

1

2

untuk mampu bertahan selama sekian waktu dengan berbagai macam batasan
prosedur penggunaan dan perawatannya. Walaupun umur dari desain konstruksi
tersebut terbatas, namun upaya-upaya untuk menjaga seluruh komponen agar
dapat berfungsi dengan baik merupakan kewajiban bagi para penggunanya,
terlebih lagi ketika desain konstruksi tersebut dipakai secara massal.
Pada kenyataan di lapangan, sesungguhnya banyak industri yang
membutuhkan konsultasi teknis di bidang ini. Adanya keterbatasan sumber daya
manusia, merupakan alasan mengapa pelatihan dibidang ini menjadi sangat
penting,

sehingga

seorang

rekayasawan

sepatutnya

“dibekali”

dengan

pengetahuan dan keahlian khusus dalam bidang analisis kegagalan. Kegagalan
komponen/peralatan dalam manufaktur atau rangkaian produksi, konstruksi,
permesinan, struktur, seperti bocornya jalur pipa, ledakan tangki minyak/gas,
kecelakan sarana transportasi, runtuhnya jembatan dan lain sebagainya, sangat
tidak diharapkan karena akan mengganggu jalannya produksi, membebani ongkos
produksi, dan lebih jauh dapat mengakibatkan kecelakan bahkan korban jiwa.
Dalam permasalahan ini maka akan dibahas tentang rusaknya Differential
power train system unit motor grader type 24M yang telah mengalami kegagalan
komponen pada bevel gear, dilain pihak penyebab kegagalan itu sangatlah
kompleks, tidak hanya meliputi satu faktor, melainkan banyak faktor, sehingga
seringkali seorang investigator tidak dapat menentukan dengan tepat penyebab
kegagalan tersebut. Oleh karenanya analisis kegagalan mencakup aspek yang
sangat luas, tidak hanya aspek teknis, melainkan juga aspek ekonomi dan hukum
(yang berhubungan dengan perangkat hukum atau klaim jaminan).

3

Dalam hal ini analisa kegagalan secara sistematik (systematic failure
analysis) dapat dilakukan untuk meruntut kejadian kegagalan tersebut. Dengan
tujuan mencari solusi dan pencegahan agar kegagalan pada komponen tersebut
tidak terjadi lagi (Brooks R.C., 2002).

1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dikaji dalam analisa kegagalan ini adalah
menganalisa kerusakan yang terjadi pada Differential power train system unit
motor grader type 24M, dengan perumusan masalah yaitu:
1.

Bagaimana mekanisme dan modus terjadinya kegagalan komponen.

2.

Bagaimana pola patahan yang timbul dari kegagalan komponen.

1.3 Tujuan Penulisan
Sesuai dengan permasalahan yang ditampilkan, maka tujuan penelitian ini
dapat diuraikan sebagai berikut:
1.

Mengetahui mekanisme dan modus terjadinya kegagalan komponen.

2.

Mengatahui pola patahan yang timbul dari kegagalan komponen.

1.4 Batasan Masalah
Agar penelitian dan pembahasan tidak terlalu meluas dan penelitian ini
dapat mencapai tujuan yang telah ditentukan, maka perlu diberikan batasan
masalah sebagai berikut:
1.

Komposisi material tidak diketahui.

2.

Proses pembuatan material tidak diketahui.

3.

Proses perakitan dan perawatan berjalan sesuai dengan standar operasional
yang telah ditentukan.

4

1.5 Manfaat Penulisan
Hasil dari penelitian ini diharapkan mampu memberi manfaat kepada
seluruh pihak yang berkaitan, yaitu mahasiswa sebagai pelaksana penilitian
mampu memahami serta mengaplikasikan ilmu yang telah didapat, dan untuk PT.
Trakindo Utama Sangata sebagai pihak utama yang menyokong penelitian dapat
menerapkan hasil penelitian untuk menanggulangi permasalahan yang ada, serta
dunia akademik Universitas Muhammadiyah Malang (UMM) dalam usahanya
membuka pengetahuan dan kerja sama dengan pihak Industri Nasional.