ANALISIS KEAUSAN SPROKET RANTAIPADA SEPEDA MOTOR

Abrianto Akuan, ST., MT.*

AbstrakSproket 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. Jeniskeausan yang terjadi pada komponen sproket yaitu keausan adhesi dan abrasi, sedangkan untukumur pakai sendiri dari komponen sproket yang diteliti telah mengalami pemakaian selama 510hari atau 29.003.292 siklus. Untuk umur pakai sproket sampai kondisi harus diganti, pemakaianselama 3,1 tahun atau 64.739.669,6 siklus. Komponen sproket sendiri sebelumnya telahdilakukan proses pengerasan permukaan, dengan metoda induksi. Dari hasil pengujiankekerasan dapat dilihat penurunan harga kekerasan dari permukaan ke bagian dalam. Strkturmikro yang terbentuk pada daerah permukaan yang dikeraskan terbentuk fasa martensit danferrite, sedangkan untuk daerah yang tidak terkeraskan memiliki fasa ferrite dan pearlite.Komponen sproket termasuk ke dalam baja karbon medium, sesuai dengan AISI 1040.

I. PendahuluanKemajuan industri dan teknologi pada jaman sekarang ini berkembang sangat pesat,

termasuk industri logam. Kemajuan industri logam mempunyai peran penting dalam menunjangindustri-industri lain, terutama dalam dunia otomotif yang banyak menggunakan material darilogam.

Dalam pengoperasiannya komponen sproket selalu bergesekan dengan rantai dari sepedamotor, gesekan dari kedua komponen tersebut mengakibatkan terjadinya getaran, dan tumbukan,yang terus menerus sehingga komponen sproket tersebut akan mengalami keausan. Denganterjadinya keausan pada komponen sproket maka akan berpengaruh atau akan mengurangi umurpakai dari komponen sproket. Berdasarkan penjelasan di atas, bahwa pentingnya sproket dalamsepeda 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

Gambar 1. Skema penelitian.

IV. Data dan Pembahasan

4.1 pengumpulan data lapanganTabel 1. Data komponen sproket

data awal sproket aus (A) sproket baru (B)

Nama komponen Sproket Sproket

Pemakaian terakhir (km) 21219,2 km -

Fungsi komponen Mentransmisikan daya dari mesin penggerak ke rodabelakang

Sproket aus Sproket baru

Datalapangan

Pemeriksaan visual danpengukuran

Prediksi umurpakai

Pemeriksaan visual danpengukuran

Persiapanspesimen

Persiapanspesimen

Pemeriksaan / pengujianlab.

1. Pemeriksaanpermukaankeausan

2. Pemeriksaankomposisi kimia

3. Pengujiankekerasan

4. Pengujianmetalografi

Data danpembahasan

Pemeriksaan / pengujianlab.

1. Pemeriksaanpermukaan

2. Pemeriksaankomposisi kimia

3. Pengujiankekerasan

4. Pengujianmetalografi

Kesimpulan dansaran

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

Gambar 2. Posisi-posisi pengukuran gigi sproket.

Table 3. perbandingan ukuran rata-rata sproket

Jenis sproketa b c d

Sproket aus 1.53 mm 11.33 mm 4.92 mm 5.97 mmSproket baru 2.0 mm 11.2 mm 5.25 mm 5.62 mm

4.2 Pemeriksaan Visual

Gambar 3. Posisi komponen sproket pada sepeda motor (panah)

a

b

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

UnsurPersen Berat (%)

Hasil SpektrometriSproket aus

Persen Berat (%)Hasil pektrometri

Sproket baruAISI 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

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Titik Pengujian

Nila

iK

eke

rasan

(HR

c)

AB

4.4 Data Pengujian Kekerasan

10 x

Gambar 10. Foto makro ketebalan hasil pengerasan permukaan induksiDengan kedalaman a: 31,75 mm, b: 9,53 mm

Gambar 11 Grafik distribusi kekerasan komponen sproket

Tabel 5. Hasil pengujian kekerasan rantaiRantai

TitikHV HRc

1 697 60.62 697 60.83 720 61.44 720 61.75 720 61.8

Rata-rata 710.8 61.26

a

b

4.5 Pengujian Metalografi

Gambar 12. Struktur mikro sproket yang mengalami keausan pada daerah pengerasan(abu-abu=martensit;putih=ferrite), etsa: Nital 3 %.

Gambar 13. Struktur mikro spoket yang mengalami keausan pada daerah batas pengerasan dengan basemetal fasa Martensit (bagian terkeraskan), fasa ferrit (bagian putih) dan pearlit (bagian hitam), etsa: Nital

3 %.

Gambar 14. Struktur mikro spoket yang mengalami keausan pada daerah base metal(putih=ferrite;hitam=pearlite), etsa: Nital 3 %.

100um

100um

100um

Daerah yang tidakterkeraskan

Daerah yangterkeraskan

4.6 Prediksi umur pakai sproket4.6.1 Analisa Volume yang hilang pada Sproket

Untuk mengetahui kehilangan berat pada komponen sproket yang diteliti dapat diketahiudengan menggunakan rumus dibawah:

V =P

WlK ..

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 mmUntuk mendapatkan beban kerja (W) dapat dicari dengan:

W= F F =v

pd.102

dimana: pd = daya pada sproket balakang (kw)v = kecepatan keliling pada lingkaran jarak bagi (m/s)

o pd = x

56149

6,6 x

x = 2,48 kw

o v =100060

..

x

ndb

=60000

8000.3,143.14,3= 59,99 m/s

Jadi F =v

pd.102

=99,59

48,2.102= 4,21 kg

V =P

WlK ..

=4,484

21,4.83,8.10.0,7 3

= 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 DitelitiBerdasarkan data lapangan:Berat sproket baru = 536,6 gramBerat sproket aus = 531 gramSelisih berat kedua sproket = 5,6 gram• Pembelian motor = agustus 2005• Penelitian terhadap sproket = maret 2007Jadi 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/menitD (roda) = 560 mm

n =D

v

.

=560.14,3

33,833333=

4,1758

33,833333

= 473,91 rpmJadi 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 PembahasanAnalisa keausan komponen sproket rantai rol pada sepeda motor yang merupakan judul

dari penelitian ini akan menghasilkan jenis keausan yang terjadi pada komponen sproket sertaakan diketahui umur pakai dari komponen sproket tersebut. Sproket merupakan komponenpenting yang terdapat pada sepeda motor, dimana sproket berfungsi mentransmisikan daya darimesin penggerak ke roda belakang. Pada komponen sproket yang akan dianalisa menggunakankomponen sproket yang telah dipakai, dan akan dibandingkan dengan komponen sproket yangbaru dari jenis dan spesifikasi yang sama untuk tipe motor T 5 ERD VEGA R Dari data lapanganuntuk beban yang bekerja diasumsikan @ 60 kg, dengan kondisi operasi normal. Pemakaianterakhir dari sepeda motor sebelum dianalisa pada 21249,2 km, yang kemudian sproket diambildari sepeda motor untuk dianalisa.. Pada sepeda motor tipe ini mesin penggerak memiliki dayamaksimum 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 dapatdilihat pada tabel 2 dan 3. Dari hasil pengukuran komponen sproket aus mengalami pengurangandimensi untuk tebal 0,02 mm, diameter luar 0,02 mm, dan pengurangan berat 5.6 gram. Untukpemakaian sampai 21249,2 km.

Posisi pengukuran dilakukan pada semua bagian dari komponen sproket, yaitu: diameterluar, diameter dalam, serta setiap bagian gigi dari komponen sproket dari mulai lebar gigi, lingkarkepala, tinggi lembah, dan puncak kepala. Dari pemeriksaan visual faktor-faktor pembandingkomponen sproket aus dan komponen sproket baru salah satunya dapat dilihat dari warnakomponen, dapat dilihat pada gambar 3, kondisi dari komponen sproket yang aus sudah kotor, inidisebabkan komponen sproket tersebut sudah dipakai, dan sudah banyak menempel partikel lainseperti debu dari jalanan serta pelumas yang diberikan pada komponen sproket rantai rol sepedamotor. Sedangkan pada komponen sproket yang baru, kondisinya lebih bersih dan mengkilapkarena komponen tersebut belum dipakai. Pada gambar 5 dan 6, perbandingan visual padakomponen sproket dilihat pada bagian gigi. Pada bagian ini gigi dari sproket aus terdapat bekasrantai, dan kotor, sedangkan untuk gigi dari sproket baru masih mengkilap, dan bersih. Padagambar 7 dan 8 menunjukkan perbandingan antara puncak gigi sproket aus dan puncak gigisproket yang baru. Dimana pada puncak gigi sproket yang aus bila dilakukan pengukuran terjadipengurangan dimensi dibandingkan dengan ukuran puncak gigi sproket baru, sedangkan dilihatdari visualnya relatif sama antara yang aus dan yang baru, ini disebabkan karena pada bagianpuncak tidak kontak dengan komponen lain (rantai). Dilihat dari penampang komponen sproket,keausan terjadi pada bagian gigi, terutama pada bagian lembah gigi, seperti pada gambar 7sampai 9, ini disebabkan karena pada bagian tersebut gesekan yang terjadi antara rantai dengansproket sangat tinggi Ditunjukan dengan adanya goresan dan pengkikisan atau lekukan kecil padabagian lembah sampai puncak., selain itu juga diakibatkan karena adanya partikel lain darikondisi operasi di lapangan. Goresan tersebut termasuk dalan jenis keausan abrasi. Sedangkanpengkikisan atau lekukan kecil disebabkan kontak antara dua permukaan yang saling bergesekandibawah penekanan dengan harga kekerasan yang berbeda. Dengan karakteristik pada permukaanyang lebih lunak terdapat galling, yaitu penempelan sebagian material yang lunak pada materialyang lebih keras, mekanisme ini termasuk dalam jenis keausan adhesi. Keausan adhesi sering

terjadi karena kurang dilakukan pelumasan pada rantai, sehingga akibatnya pada saat keduakomponen tersebut bergesekan material dengan kekerasan yang lebih rendah akan terkikis.

Dari data komposisi kimia dengan menggunakan metoda spektrometri, dapat dilihat padatabel 4, hasil pengujian komposisi kimia menunjukan bahwa komponen sproket termasuk bajakarbon medium dengan standar AISI 1040. dengan demikian untuk komponen sproket yangditeliti sesuai dengan aplikasi material untuk standart AISI 1040 Dengan unsur pemadu utamakarbon sebesar 0,37% untuk sproket yang aus dan 0,38% untuk sproket yang baru, materialtersebut dapat dikeraskan untuk meningkatkan ketahanan ausnya.

Pengujian kekerasan dilakukan pada kedua komponen sproket (aus dan baru). Hasilpengujian kekerasan dari kedua komponen sproket relatif sama, tetapi dilihat dari gambar 11.Kekerasan dari setiap komponen sproket mengalami penurunan dari permukaan ke bagian dalamkomponen sproket, ini disebabkan karena pada proses pembuatan komponen sproket mengalamiproses pengerasan permukaan sehingga harga kekerasan di permukaan lebih tinggi dibandingkanbagian dalam. Dengan harga kekerasan permukaan 528 HV untuk komponen sproket aus, dan544 HV untuk konponen sproket baru. Sedangkan bagian dalam 392 HV untuk komponen sproketaus, dan 402 HV untuk kompenen sproket baru. Pada gambar 14 dapat dilihat ketebalan dari hasilproses pengerasan permukaan dengan induksi. Pengujian kekerasan juga dilakukan pada rantaibagian 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 kekerasan710,8 HV. Dengan demikian dari perbandingan harga kekerasan antara komponen sproket denganrantai, harga kekerasan dari rantai lebih tinggi dibandingkan dengan komponen sproket, makakomponen sproket akan lebih cepat mengalami keausan, dan umur pakainya pun akan lebihpendek dibandingkan rantai.

Pengujian metalografi yang dilakukan pada komponen sproket rantai rol didapat hasilbahwa komponen sproket telah mengalami proses pengerasan permukaan. Foto mikro yangdilakukan meliputi daerah permukaan yang merupakan daerah yang dikeraskan, daerah transisiantara yang dikeraskan dan bagian dalam, dan daerah base dari komponen sproket. Dilihat darifoto struktur mikro terdapat fasa martensit dan ferit, sedangkan fasa-fasa yang terdapat padabagian base atau bagian dalam sproket terdapat fasa ferit dan perlit. Pada bagian ini tidakmengalami proses pengerasan. Stuktur mikro dari hasil pengujian pada bagian yangdikeraskan/permukaan dan base sproket kemudian dibandingkan dengan standar material AISI1040. Fasa martensit terbentuk karena komponen sproket dikeraskan dengan pemanasan hinggatemperatur austenit, kemudian didinginkan secara cepat.

Fasa martensit yang terbentuk untuk baja 1040 adalah martensit lath dengan mekanismegeser slip. Hubungannya dengan keausan yaitu, fasa martensit bersifat keras dan akanmeningkatkan kekerasan dari komponen sproket tersebut, dengan semakin tinggi kekerasan darikomponen sproket, maka ketahanan ausnya akan relatif baik.

Dari hasil hasil perhitungan untuk umur pakai sproket didapat hasil bahwa untukkomponen 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 pemakaianselama 510 hari atau 17 bulan. Untuk umur sprocket sampai kondisi harus diganti mengalamikehilangan berat sebesar 12,5 gram, untuk pemakaian selama 1.138,4 hari atau 3,1 tahun.

V. Kesimpulan1. 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 siklusatau 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 komponensproket, juga partikel abrasif dari kondisi operasi.

5.2 Saran1. 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. ASM, Metal Hand Book Vol 10. “Failure Analisis and Provention”,1975.2. Sularso, “Elemen Mesin”.3. Kusharjanto, “Perlakuan Panas dan Metalografi”, 1998.4. Rahmat Supardi, “Pengetahuan Bahan”,1980.5. ASM, “Metal Handbook Volume 4, Heat Treating”, 2001.6. 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.