pemeliharaan/ servis poros penggerak roda

                  1.            Jenis-Jenis Sistem Pemindah Tenaga

Kendaraan dapat berjalan/ bergerak karena ada sistem yang memindahkan tenaga/ momen/ putaran dari mesin ke roda-roda. Kendaraan ditinjau dari sistem pemindah tenaganya dikelompokkan menjadi beberapa tipe/ jenis, yaitu :

a)           Front Engine Rear Drive (FR)

Kendaraan dengan mesin di depan dan menggerakkan roda belakang dinamakan tipe Front Engine Rear Drive (FR). Komponen-komponen sistem pemindah tenaga meliputi : kopling(clutch), transmisi(transmission), drive shaft/ propeller shaft, differential, rear axle dan roda(wheel)

 Gambar 1.               Sistem pemindah tenaga pada kendaraan tipe FR

b)           Front Engine Front Drive (FF)

Kendaraan dengan mesin di depan dan menggerakkan roda depan dinamakan tipe Front Engine Front Drive (FF). Komponen-komponen sistem pemindah tenaga meliputi : kopling (clutch), transmisi (transmission), differential, front axle dan roda (wheel).

 

Gambar 2.         Sistem pemindah tenaga pada kendaraan tipe FF

c)            Rear Engine Rear Drive (RR)

Kendaraan dengan mesin di belakang dan menggerakkan roda belakang dinamakan tipe Rear Engine Rear Drive (RR). Pemindah tenaga kendaraan tipe ini sama dengan tipe Front Engine Front Drive (FF). Komponen-komponen sistem pemindah tenaga meliputi : kopling (clutch), transmisi (transmissions), differential, rear axle dan roda (wheel)       

d)           Four Wheel Drive (FWD)

Kendaraan dengan mesin menggerakkan roda depan dan roda belakang dinamakan tipe Four Wheel Drive atau All Wheel Drive (FWD atau 4WD atau AWD). Komponen-komponen sistem pemindah tenaga meliputi : kopling(clutch), transmisi (transmission), transfer, dan terbagi menjadi dua. Pertama ke front drive shaft (front propeller shaft), front differential, front axle dan roda depan (front wheel), sedangkan yang kedua ke rear drive shaft, rear differential, rear axle dan roda belakang (rear wheel).

Gambar 3.               Sistem pemindah tenaga pada kendaraan tipe FWD

                  2.            Konstruksi Poros Propeller

Pada kendaraan tipe FR (front engine rear drive) dan FWD/AWD (four wheel drive), untuk memindahkan tenaga mesin dari transmisi ke differential, diperlukan propeller shaft atau sering juga disebut sebagai drive shaft. Panjang pendeknya propeller shaft tergantung dari panjang kendaraan. Pada kendaraan yang panjang, propeller dibagi menjadi beberapa bagian untuk menjamin supaya tetap dapat bekerja dengan baik.

Suspensi kendaraan mengakibatkan posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi, sehingga propeller harus dapat menyesuaikan perubahan sudut dan perubahan jarak, agar tetap mampu meneruskan putaran dengan lancar. Mekanisme atau komponen tersebut adalah universal joint atau sering disebut U-joint.

Gambar 4.                 Bentuk-bentuk propeller shaft

Propeller shaft pada umumnya terbuat dari pipa besi, karena profil pipa lebih tahan terhadap puntiran. Dimensi poros propeller akan menentukan beban putaran yang diijinkan, yang dirumuskan sebagai berikut :

Dimana :   

                   n          :           putaran yang diijinkan (rpm)

                   D         :           diameter luar (cm)

                   d          :           diameter dalam (cm)

                   L          :           panjang (cm)

Kondisi jalan mempengaruhi kerja suspensi dan berakibat pada posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi. Universal joint dipakai untuk mengatasi kondisi tersebut agar poros selalu dapat berputar dengan lancar, sehingga universal joint harus mempunyai syarat : dapat mengurangi resiko kerusakan propeller saat poros bergerak naik/ turun, tidak berisik atau berputar dengan lembut, konstruksinya sederhana dan tidak mudah rusak.

Dilihat dari konstruksinya, universal joint dibagi dalam beberapa jenis, yaitu :

a.            Hook Joint

Gambar 5.       Konstruksi Hook Joint

 Gambar 6.         Konstruksi hook joint tipe shell bearing cup

Pada umumnya poros propeller menggunakan konstruksi tipe ini, karena selain konstruksinya yang sederhana tipe ini juga berfungsi secara akurat dan konstan. Konstruksi hook joint adalah seperti gb. 5 di atas. Ada dua tipe hook joint yaitu shell bearing cup type dan solid bearing cup type. Pada tipe shell bearing cup universal joint tidak bisa dibongkar sedangkan pada tipe solid bearing cup bisa dibongkar. Ilustrasi konstruksi kedua tipe universal joint tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

 Gambar 7.                Konstruksi hook joint tipe solid bearing cup 

b.            Flexible Joint

 

Gambar 8.                Konstruksi Flexible Joint

Konstruksi dari universal joint model flexible joint dapat dilihat pada gambar 7 di atas. Model ini mempunyai keuntungan tidak mudah aus, tidak berisik dan tidak memerlukan minyak/ grease.

c.            Trunion Joint

Model ini berusaha menggabungkan tipe hook joint dan slip joint, namun hasilnya masih dibawah slip joint sendiri, sehingga jarang digunakan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar 8 di bawah ini.

 

Gambar 9.                Konstruksi Trunion Joint

d.            Uniform Velocity Joint

Model ini dapat membuat kecepatan sudut yang lebih baik, sehingga dapat mengurangi getaran dan suara bising. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar 9 di bawah ini.

Gambar 10.             Konstruksi Uniform Velocity Joint

e.            Slip Joint

Bagian ujung propeller yang dihubungkan dengan poros out-put transmisi terdapat alur-alur untuk pemasangan slip joint. Hal ini memungkinkan panjangnya propeller shaft sesuai dengan jarak output transmisi dengan differential. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar 10 di bawah ini.

 

Gambar 11.   Konstruksi Slip Joint

                  3.            Center Bearing

Merupakan unit yang dipasang pada ujung propeller shaft depan (intermediate shaft) dan menempel pada body melalui bracket. Center bearing berfungsi sebagai tumpuan antara pada poros propeller yang panjang (3-joint type) untuk mengurangi kemungkinan poros propeller melengkung/ bengkok, untuk meredam bunyi dan getaran pada saat propeller shaft bekerja.

 Gambar 12.   Konstruksi Center Bearing

POROS PENGGERAK RODA

1.            Jenis-Jenis Poros Penggerak Roda

a.            Poros Penggerak Roda Depan/ Axle Shaft

Axle shaft atau poros penggerak roda adalah merupakan poros pemutar roda-roda penggerak yang berfungsi meneruskan tenaga gerak dari differential ke roda-roda. Axle shaft pada kendaraan dibedakan menjadi dua yakni front axle shaft (poros penggerak roda depan) dan rear axle shaft (poros penggerak roda belakang). Pada kendaraan FF, front axle shaft sebagai driving axle shaft, sedangkan pada kendaraan tipe FR, rear axle shaft sebagai driving axle shaft. Pada kendaraan 4WD atau AWD, front axle shaft maupun rear axle shaft  sebagai driving axle shaft.

b.           Poros Penggerak Roda Belakang/ Rear Axle Shaft

Roda belakang umumnya menumpu beban lebih berat daripada roda depan, sehingga konstruksi poros penggerak rodanya juga relatif lebih kuat. Pemasangan poros akan dipengaruhi oleh tipe/ jenis suspensi yang digunakan. Secara umum tipe suspensi yang digunakan ada dua kelompok yaitu suspensi bebas (independent) dan suspensi kaku (rigid). Pada tipe suspensi independent, jenis axle shaft yang digunakan umumnya adalah tipe melayang (floating shaft type), dimana poros bebas dari menumpu beban dan bebas bergerak mengikuti pergerakan roda akibat suspensi kendaraan.

  Gambar 13.            Konstruksi Poros Melayang

Pada suspensi rigid pada umumnya menggunakan tipe poros memikul dimana axle shaft diletakkan di dalam axle housing, yang dipasangkan berkaitan melalui bantalan.  

 

Gambar 14.            Konstruksi Poros Memikul

Poros memikul terdiri dari 3 tipe, yaitu : full floating, three-quarter floating dan semi-floating. Nama tipe poros tersebut mencerminkan kebebasan poros untuk tidak menyangga beban kendaraan. Full floating berarti sepenuhnya poros tidak menyangga beban, three-quarter floating berati ¾ beban kendaraan tidak ditumpu oleh poros (poros menyangga ¼ beban) sedangkan semi floating berarti poros hanya menumpu ½ beban.

 Gambar 15.            Konstruksi poros memikul model full floating

Pada tipe ini bantalan-bantalan dipasangkan diantara haousing dan wheel hub, sedangkan roda dipasangkan pada hub. Beban kendaraan sepenuhnya ditumpu oleh axle housing, sedangkan poros roda tidak memikul beban, hanya berfungsi menggerakkan roda. Model ini sangat bagus untuk kendaraan berbeban berat.

Gambar 16.            Konstruksi poros memikul model three-quarter floating

Pada tipe three-quarter floating, hanya dipasangkan sebuah bantalan di antara axle housing dan wheel hub. Roda dipasangkan langsung pada poros roda. Hampir seluruh beban ditumpu oleh housing. Gaya lateral (lateral force) baru akan bekerja pada poros/ axle bila kendaraan membelok.

 Gambar 17.            Konstruksi poros memikul model semi floating

Tipe semi floating banyak dipakai pada kendaraan ringan. Hampir seluruh beban kendaraan dipikul oleh axle shaft, demikian juga gaya lateral (lateral force) pada saat kendaraan membelok. Bantalan dipasangkan diantara axle housing dan axle shaft, sedangkan roda dipasangkan langsung pada axle shaft.

c.            Poros Penggerak Roda Depan/ Front Axle Shaft

Pada kendaraan FF front axle berfungsi sebagai penggerak. Konstruksi Front axle dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 18.            Konstruksi Poros Penggerak  Depan

Poros penggerak roda adalah poros yang berfungsi sebagai pemindah tenaga dari differential ke roda-roda. Pada kendaraan tipe FF, poros penggerak harus memiliki 2 persyaratan, yaitu : harus mempunyai mekanisme yang menyerap perubahan panjang dari poros penggerak yang mengiringi gerakan roda naik dan turun; harus dapat memelihara operasi sudut yang sama ketika roda depan dikemudikan dan harus memutar roda saat membentuk kecepatan karena roda depan digunakan secara bersamaan untuk pengemudian dan pemindahan tenaga.

Komponen/ sistem yang digunakan untuk memenuhi persyaratan tersebut adalah universal joint tipe constant velocity joint (CV Joint)

Constant velocity joint adalah tipe universal joint yang memungkinkan untuk digunakan pada kendaraan FF, dimana poros mampu meneruskan tenaga sambil terjadi perubahan-perubahan sudut. Ada dua jenis CV joint, yaitu : birfield joint dan tripod joint.

Gambar 19.            Konstruksi Birfield Joint

Konstruksi birfield joint adalah seperti gambar di atas. Inner race dipasang ke dalam outer race yang berbentuk mangkuk dengan menahan enam bola baja oleh suatu rangka.Tipe ini banyak digunakan karena konstruksinya yang sederhana dan kapasitas pemindahannya cukup besar.

Gambar 20.            Konstruksi Tripod Joint

Sebuah tripod dengan  tiga buah trunnion shaft pada plane yang sama. Tiga buah roller dipasangakan pada trunnion ini dan ke masing-masing roller dipasangkan tiga tulip dengan celah paralel. Konstruksi ini juga sederhana dan umumnya dapat bergerak dalam arah axial.

1)           Prinsip Kerja CV Joint

Lekukan khusus dibuat pada dudukan bola baja yang pada masing-masing arah memotong titik O dari titik pusat garis penggerak dan poros penggerak yang selalu dihubungkan pada pusat garis P dari masing-masing bola baja. Hasilnya putaran poros penggerak adalah selalu identik dengan poros yang digerakkan.

 

 Gambar 21.            Prinsip Kerja CV Joint

2)            Panjang Poros Penggerak

Panjang poros penggerak kiri dan kanan dapat sama maupun berbeda tergantung lokasi mesin dan transaxle. Apabila poros penggerak panjangnya tidak sama, maka akan mudah terjadi getaran yang menimbulkan bunyi dan kurang nyaman. Hal itu diatasi dengan beberapa metode yang antara lain dengan penggunaan dynamic damper type, hollow shaft type dan intermidiate shaft

a)     Dynamic damper type

Tipe poros penggerak ini mempunyai dynamic damper yang dipasangkan pada bagian tengah poros yang panjang. Dynamic damper dipasangkan  pada poros penggerak melalui bantalan karet. Saat poros penggerak bergetar atau terpuntir maka damper yang diberikan cenderung ntuk berputar pada kecepatan konstan, sehingga bantalan karet menyerap getaran dan puntiran.

Gambar 22.                      Konstruksi Poros Penggerak dengan dynamic damper

                      

b)     Hollow shaft type

Gambar 23.                      Konstruksi Poros Penggerak Tipe Berlubang

Poros Kiri (biasa)

Sisi differential

 

Sisiroda

Poros Kanan (hollow)

Sisi differential

 

Sisiroda

Hollow/ berlubang

Poros Kanan

 Gambar 24.                      Poros Penggerak Depan Hollow Shaft Type

c)      Intermediate shaft type

Poros penggerak tipe ini digunakan pada kendaraan yang perbedaan jarak dua poros penggeraknya besar.

 

 Gambar 25.                        Poros Penggerak Depan dengan Intermediate Shaft

Kendaraan yang perbedaan jarak dua poros penggeraknya besar, sistem kemudinya menjadi tidak stabil dan mudah memuntir. Pada saat akselerasi, bagian depan kendaraan akan terangkat dan sudut joint poros menjadi besar, sehingga momen yang ditimbulkan menyebabkan roda tidak stabil dan sulit untuk dikendalikan.

 Gambar 26.                        Poros Penggerak Depan Tanpa Intermediate Shaft

Salah satu usaha untuk membuat roda stabil akibat perbedaan panjang poros, maka dipasangkan intermediate shaft sehingga poros penggerak kiri dan kanan menjadi sama panjang. Dengan metode ini sudut joint 1 dan 2 akan sama, sehingga momen yang disebabkan aksi dari roda depan diimbangi dan kendaraan menjadi stabil dan berjalan lurus.

 Gambar 27.                  Poros Penggerak Depan Dengan Intermediate Shaft

Perbaikan Propeller Shaft

Propeller Shaft yaitu salah satu bagian dari sistem pemindah tenaga yang berfungsi untuk meneruskan putaran dan daya mesin dari transmisi ke differensial dengan variasi perubahan sudut yang selalu terjadi pada poros tersebut saat memindahkan putaran dan daya.
Pada kendaraan tipe FR (front engine rear drive) dan FWD/AWD (four wheel drive), untuk memindahkan tenaga mesin dari transmisi ke differential, diperlukan propeller shaft
atau sering juga disebut sebagai drive shaft. Panjang pendeknya propeller shaft tergantung dari panjang kendaraan. Pada kendaraan yang panjang, propeller dibagi menjadi beberapa bagian untuk menjamin supaya tetap dapat bekerja dengan baik.
Suspensi kendaraan mengakibatkan posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi, sehingga propeller harus dapat menyesuaikan perubahan sudut dan perubahan jarak, agar tetap mampu meneruskan putaran dengan lancar. Mekanisme atau komponen tersebut adalah universal joint atau sering disebut U-joint.

Gambar 1.1 Konstruksi Propeller Shaft

UNIVERSAL JOINT
                Universal Joint yaitu salah satu bagian dari sistem pemindah tenaga yang berfungsi untuk memungkinkan poros berputar dengan lancar walaupun terjadi perubahan sudut.
Kondisi jalan mempengaruhi kerja suspensi danberakibat pada posisi differential selalu berubah-ubah terhadap transmisi. Universal joint dipakai untuk mengatasi
kondisi tersebut agar poros selalu dapat berputar dengan lancar, sehingga universal joint harus mempunyai syarat : dapat mengurangi resiko kerusakan propeller saat poros bergerak naik/ turun, tidak berisik atau berputar dengan lembut, konstruksinya sederhana dan tidak mudah rusak. Dilihat dari konstruksinya, universal joint dibagi dalam beberapa jenis, yaitu :
1. Hook joint ( paling banyak dipakai )
Pada umumnya poros propeller menggunakan konstruksi tipe ini, karena selain konstruksinya yang sederhana tipe ini juga berfungsi secara akurat dan konstan. Konstruksi hook joint adalah seperti di atas. Ada dua tipe hook joint yaitu shell bearing cup type dan solid bearing cup type. Pada tipe shell bearing cup universal joint tidak bisa dibongkar sedangkan pada tipe solid bearing cup bisa dibongkar.



Gambar 1.2 Konstruksi Hook Joint
2.Flexible Joint



Gambar 1.3 Konstruksi Flexible Joint
Konstruksi dari universal joint model flexible joint dapat dilihat pada gambar di atas. Model ini mempunyai keuntungan tidak mudah aus, tidak berisik, dan tidak memerlukan minyak/ grease.

3.Trunion joint



Gambar 1.4 Konstruksi Trunion Joint
Model ini berusaha menggabungkan tipe hook joint dan slip joint, namun hasilnya masih dibawah slip joint sendiri, sehingga jarang digunakan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar di atas.

4. Slip joint
Bagian ujung propeller yang dihubungkan dengan poros out-put transmisi terdapat alur-alur untuk pemasangan slip joint. Hal ini memungkinkan panjangnya propeller shaft sesuai dengan jarak output transmisi dengan differential. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.



Gambar 1.5 Konstruksi Slip Joint

Pemeriksaan, Servis dan Perbaikan Propeller Shaft, Universal Joint dan Center Bearing
                Perawatan yang dilakukan pada propeller shaft adalah memberikan pelumasan dengan grease pada universal joint, Transmission, body, Sleeve joint , YokeTube, Flange.
Pemeriksaan dilakukan untuk mencegah suatu kerusakanatau untuk memastikan penyebab suatu kerusakan. Pemeriksaan pencegahan atau perawatan dilaksanakan secara berkala dan rutin untuk memeriksa/ menjaga kondisi komponen dan kerjanya. Sedang pemeriksaan gunamemastikan penyebab kerusakan harus dilakukan dengan betul-betul cermat dan perlu analisa kasus dan perlu pemeriksaan komponen dengan urutan yang cepat, tepat dan benar.

a) Bunyi dari propeller shaft
Pemeriksaan terhadap bunyi diperlukan pendengaran yang baik, ketelitian dan kecermatan yang tinggi, karena pada kendaraan akan terdapat sumber bunyi yang
komplek sehingga kalau tidak cermat sering terkecoh pada bunyi-bunyi yang lain.

b) Getaran dari propeller shaft
Pemeriksaan terhadap getaran dan bunyi pada propeller shaft harus dilaksanakan secara teliti dan cermat, dengan mengangkat roda penggerak, dan menghidupkan mesin
pada posisi gigi transmisi masuk. Naikkan putaran mesin secara bertahap dan amati getaran dan bunyi dari propeller shaft. Jika ditemukan adanya getaran atau bunyi dari propeller shaft maka lakukan pemeriksaan baut-baut pengikat dan atau lepaskan unit propeller dan lakukan pemeriksaan komponen.

PEMERIKSAAN PROPELLER SHAFT

Pemeriksaan komponen dilakukan dengan melepas unit propeller, yakni dengan melepas baut pengikat flange yoke ke differential dan melepaskan center bearing (pada propeller 3 joint). Setelah propeller terlepas lakukan pemeriksaan :
(1). Kebengkokan poros propeller depan dan belated.
Dengan menggunakan V-blok dan dial tester indikator ukurlah run-out poros (kebengkokan). Run-out max. = 0.8 mm
(2). Keausan dan kekocakan bantalan spider.
Putar spider dan pastikan bahwa tidak ada hambatan saat berputar. Periksa juga kebebasan aksial spider bearing oleh putaran yoke ketika tertahan poros dengan kuat. Kebebasan axial max. 0.05 mm.
(3). Periksa clearance antara universal joint spider dan needle roller bearing
(4). Keausan dan kerusakan center support bearing
Periksalah bahwa bearing dapat berputar dengan bebas tanpa hambatan namun tidak longgar/ goyang/ kocak.
(5). Pemeriksaan keausan alur-alur sleeve yoke
Lakukan pengamatan secara visual terhadap kondisi spline. Lakukan pengujian dengan memasangkan sleeve yoke ke poros lalu putar bolak-balik sleeve yoke dan gerakkan maju-mundur (axial). Pastikan tidak terjadi kekocakan yang berlebihan tetapi bisa bergerak maju-mundur dengan lancar.
(6). Pemeriksaan keausan alur-alur ujung propeller depan terhadap flange maupun yoke propeller belakang.
Menggunakan metode yang sama dengan di atas lakukan pengecekan alur-alur ujung propeller depan terhadap flange maupun yoke propeller belakang
(7). Pemeriksaan karet bushing maupun penutup debu pada center bearing.
Lakukan pengamatan terhadap kondisi karet bushing maupun karet penutup debu pada center bearing.
(8). Pemeriksaan keseimbangan/ balance poros propeller.
Menggunakan alat khusus (roller instrument) lakukan pengecekan ketidak seimbangan poros propeller. Bila ditemukan tidak seimbang (un-balance) maka lakukan balancing dengan memasang bobot pemberat tertentu.

Setelah pemeriksaan dan penyebab kesalahan atau kerusakan ditemukan maka segera dilakukan perbaikan atau penggantian dengan pembongkaran. Pada saat sebelum melakukan pembongkaran poros propeller sebaiknya diberikan tanda pada bagian-bagian yang berpasangan (gb. 23). Pemasangan poros propeller setelah dilakukan pembongkaran harus memperhatikan tanda-tanda yang telah dibuat atau dengan memperhatikan pola pemasangan poros propeller yang terdapat pada buku manual dari kendaraan tersebut