Sepeda motor konvensional, penggerak: kopling basah, transmisi bertingkat, rantai dan gir, rasio dan kecepatan, transmisi CVT skuter, kopling sentrifugal, dan perawatannya

Sebuah hotel resor menyediakan beberapa skuter bertransmisi otomatis untuk staf yang berpindah antara gedung utama, vila, dan gudang di bagian bawah lahan. Salah satu skuter mulai berderit setiap kali mulai jalan, dan tarikannya bergetar tersendat-sendat selama satu atau dua detik pertama, terutama di tanjakan keluar gudang dengan dua karung linen di dek kaki. Setelah itu skuter melaju normal. Staf melaporkan bahwa getarannya makin parah dalam sebulan terakhir.

Teknisi mencatat kapan gejala muncul: hanya saat mulai jalan, makin parah dengan beban dan tanjakan, dan hilang begitu skuter melaju. Pola itu menunjuk kopling sentrifugal, yang hanya selip saat mulai jalan, tidak ke sabuk atau roda gigi akhir yang bekerja sepanjang perjalanan. Ketika rumah transmisi dibuka bengkel, kampas sepatu kopling mengilap dan tipis tidak rata, rumah kopling beralur dan bernoda oli dari perapat rumah roda gigi akhir yang merembes, dan sabuk V sudah menyempit mendekati batas manual. Kampas, rumah kopling, perapat, dan sabuk diganti, dan staf diminta tidak membawa muatan melebihi batas pabrik. Bab ini menjelaskan penggerak sepeda motor supaya teknisi dapat membaca gejala seperti ini, menghitung angka dasarnya, dan menyerahkan pekerjaan yang tepat ke bengkel.

Batas pembahasan

Bab ini membahas jalur daya sepeda motor, kopling basah banyak pelat, transmisi bertingkat berurutan, rantai dan gir, rasio dan kecepatan roda, transmisi variabel kontinu skuter, kopling sentrifugal, dan tanda keausannya. Gaya hambat, gaya dorong di roda, rumus kapasitas kopling gesek, panas selip kopling, transmisi manual dan CVT secara umum, dan diferensial ada di Bab 5 tentang transmisi dan penggerak dan tidak diulang. Torsi dan putaran ada di Bab 1 · Mekanikal & Mekatronika tentang gaya, torsi, dan putaran; sabuk V, rantai rol, cara mengukur mulur rantai, dan penggantian satu set di Bab 6 · Mekanikal & Mekatronika tentang sabuk, puli, dan rantai; roda gigi di Bab 7 · Mekanikal & Mekatronika tentang roda gigi dan gearbox; pelumasan di Bab 8 · Mekanikal & Mekatronika tentang pelumasan dan tribologi; percepatan sentripetal di Bab 2 · Fisika tentang gerak melingkar; oli mesin untuk kopling basah di Bab 11 tentang mesin sepeda motor; ban, rem, dan jadwal servis di Bab 15 tentang rem, ban, dan perawatan berkala sepeda motor.

Jarak main tuas kopling, kekenduran rantai, batas lebar sabuk, berat roller, batas muatan, dan selang servis khas setiap model dan diambil dari manual pabrik; angka di contoh kerja hanya untuk berlatih menghitung, bukan angka manual.

Jalur daya dari poros engkol ke roda

Dua susunan yang lazim di armada:

1. Motor bebek dan motor bertransmisi manual: poros engkol, roda gigi primer, rumah kopling, kopling, poros masuk gearbox, pasangan roda gigi yang dipilih, poros keluar, gir depan, rantai, gir belakang, dan roda belakang.
2. Skuter: poros engkol, puli penggerak, sabuk V, puli yang digerakkan, kopling sentrifugal, roda gigi reduksi akhir di rumah roda gigi akhir, dan poros roda.

Setiap tahap menurunkan putaran dan menaikkan torsi. Untuk susunan pertama, rasio total adalah hasil kali ketiga tahap:

$$i_{\text{total}} = i_p \times i_g \times i_a, \qquad i_a = \frac{z_b}{z_d}$$

dengan $i_p$ rasio primer, $i_g$ rasio gigi yang dipakai, $i_a$ rasio akhir, $z_b$ jumlah gigi gir belakang, dan $z_d$ jumlah gigi gir depan. Kecepatan motor dari putaran mesin:

$$v = \frac{n_e}{i_{\text{total}}} \times \pi D \times \frac{60}{1.000}$$

dengan $v$ dalam km/jam, $n_e$ putaran mesin dalam rpm, dan $D$ diameter efektif roda dengan ban dalam m. Rumus ini sama dengan rumus kecepatan di Bab 5, ditambah tahap primer yang khas sepeda motor. Torsi di roda naik sebanding rasio total dikurangi rugi, seperti hubungan torsi dan putaran di Bab 1 · Mekanikal & Mekatronika. Diameter efektif berubah dengan tekanan dan keausan ban, sehingga hitungan kecepatan selalu kira-kira.

Kopling basah banyak pelat

Kopling basah banyak pelat (wet multi-plate clutch) adalah kopling gesek yang terdiri dari beberapa pelat gesek dan pelat baja berselang-seling, terendam oli mesin, dan dijepit pegas. Hub kopling dipasang pada poros masuk gearbox. Pelat gesek bertelinga ke rumah kopling yang digerakkan roda gigi primer; pelat baja bergigi dalam ke hub. Tuas kopling menarik kabel atau mendorong minyak hidraulik untuk mengangkat pelat penekan melawan pegas. Oli mendinginkan pelat dan membuat kopling halus, tetapi menurunkan koefisien gesek, sehingga dipakai banyak pelat dalam ruang kecil.

Kapasitas torsinya dihitung dengan rumus kopling gesek di Bab 5, dengan jumlah permukaan gesek dua kali jumlah pelat gesek karena setiap pelat gesek bekerja di kedua mukanya (Contoh 4). Rumus itu memperlihatkan dua penyebab selip yang khas sepeda motor: koefisien gesek yang turun karena oli salah kelas, dan gaya jepit yang turun karena pegas melemah atau tuas tidak memiliki jarak main. Standar JASO T903 memisahkan kelas MA untuk sepeda motor berkopling basah dari kelas MB yang memakai pengubah gesek untuk skuter otomatis, seperti dibahas untuk oli mesin di Bab 11.

Gejala kopling basah:

1. Selip: putaran mesin naik tanpa percepatan, terutama di gigi tinggi dan tanjakan; penyebabnya pelat aus, pegas lemah, oli salah kelas, atau jarak main tuas nol.
2. Menyeret: motor merayap atau menyentak saat masuk gigi satu walaupun tuas ditarik penuh; penyebabnya jarak main berlebih, pelat bengkok, atau oli terlalu kental saat dingin.
3. Bergetar saat menyambung: pelat tidak rata atau alur di rumah kopling dan hub sudah bertakik, sehingga pelat tersangkut.

Motor bebek memakai kopling sentrifugal di poros engkol ditambah kopling yang dilepas otomatis saat pedal persneling diinjak. Kebiasaan menumpangkan kaki di pedal persneling membuat kopling itu setengah lepas dan cepat aus.

Transmisi bertingkat berurutan

Gearbox sepeda motor umumnya bergigi selalu berkait: semua pasangan roda gigi terus berkait, dan satu pasangan dikunci ke porosnya untuk menyalurkan daya. Kopling cakar (dog clutch) adalah sepasang tonjolan dan lubang di sisi roda gigi yang saling mengunci untuk mengikat roda gigi bebas ke porosnya. Transmisi berurutan (sequential gearbox) adalah transmisi yang hanya dapat dipindah satu tingkat ke atas atau ke bawah, karena garpu pemindahnya digerakkan alur pada drum yang diputar pedal persneling. Pola perpindahan, misalnya gigi satu di bawah netral dan gigi lain di atasnya, khas setiap model dan tercantum di manual.

Gemeretak gigi adalah keadaan roda gigi bergesekan berbunyi saat dipindah. Pada transmisi berurutan, bunyi dan gejala lain biasanya berasal dari cakar dan pemindahnya:

1. Gigi loncat ke netral di bawah beban: tepi cakar membulat, garpu pemindah aus atau bengkok, atau pegas penahan drum lemah.
2. Susah masuk gigi atau netral sulit dicari: kopling menyeret atau setelan pedal salah.
3. Bunyi keras saat memindah: kopling tidak ditarik penuh atau pedal ditekan setengah.

Memindah gigi dengan tegas dan kopling penuh memperpanjang umur cakar. Roda gigi dan kerusakan giginya dibahas di Bab 7 · Mekanikal & Mekatronika.

Rantai dan gir

Mata rantai rol disambung mata rantai pin untuk mencapai panjang yang diperlukan. Dasar rantai rol, cara mengukur mulur dengan panjang sejumlah pitch, bentuk gigi sproket yang aus, dan aturan mengganti rantai bersama sproket ada di Bab 6 · Mekanikal & Mekatronika dan tidak diulang. Yang khas sepeda motor:

1. Kode rantai tiga angka; angka pertama menyatakan pitch dalam perdelapan inci, sehingga kode berawalan 4 berpitch 12,7 mm dan berawalan 5 berpitch 15,875 mm.
2. Rantai bersil karet di antara pelat menyimpan gemuk di dalam pin dan bus. Pembersih dan pelumasnya harus cocok untuk sil karet, dan semprotan air bertekanan atau pelarut keras merusak sil.
3. Kekenduran diukur di tengah bentang bawah, pada titik terkencang setelah roda diputar, dengan posisi motor yang ditentukan manual. Lengan ayun yang naik turun mengubah jarak sumbu gir, sehingga rantai yang disetel terlalu kencang menjadi lebih kencang lagi saat suspensi tertekan dan merusak bantalan.
4. Kelurusan roda belakang: penyetel kiri dan kanan digeser sama, dicocokkan dengan tanda di lengan ayun, supaya rantai dan gir aus merata dan motor stabil.

Mengganti gir belakang dengan gir yang lebih besar menaikkan rasio akhir: torsi di roda naik, kecepatan pada putaran mesin yang sama turun, dan mesin lebih sering berputar tinggi (Contoh 2). Bila sensor kecepatan berada di poros keluar gearbox, spidometer salah baca setelah gir diganti; bila sensornya di roda depan, tidak (Contoh 3).

CVT skuter: puli penggerak, sabuk V, dan puli yang digerakkan

Bab 5 menjelaskan transmisi variabel kontinu sebagai sabuk di antara dua puli yang diameter efektifnya dapat berubah. Pada skuter, perubahan itu dilakukan oleh gaya sentrifugal dan pegas, tanpa pengendali elektronik.

Puli penggerak (drive pulley) adalah puli di ujung poros engkol yang belahan luarnya dapat bergeser, didorong roller pemberat, sehingga diameter lilit sabuk membesar ketika putaran naik. Roller pemberat (roller weight) adalah silinder pendek berbobot di alur miring rumah puli penggerak yang terlempar keluar oleh gaya sentrifugal dan mendorong belahan puli. Puli yang digerakkan (driven pulley) adalah puli belakang yang belahannya ditekan menutup oleh pegas dan alur cam torsi, sehingga diameter lilitnya mengecil hanya bila sabuk menariknya. Sabuk V karet bekerja kering dan mencengkeram dengan efek baji seperti sabuk V di Bab 6 · Mekanikal & Mekatronika.

Rasio CVT adalah perbandingan diameter lilit:

$$i_{\text{CVT}} = \frac{d_{\text{digerakkan}}}{d_{\text{penggerak}}}$$

Urutan kerjanya:

1. Diam: roller di dalam, sabuk melilit kecil di depan dan besar di belakang; rasio besar; kopling sentrifugal belum menyambung.
2. Mulai jalan: putaran naik, kopling sentrifugal menyambung dan selip sebentar.
3. Berakselerasi: roller terlempar keluar, sabuk naik di puli depan dan turun di puli belakang melawan pegas, sehingga rasio mengecil.
4. Menanjak atau digas mendadak: torsi yang besar membuat cam torsi menahan puli belakang tetap tertutup, rasio membesar lagi, dan putaran mesin naik.

Gaya pada roller adalah gaya sentripetal $F = m\, \omega^2 r$ dari hubungan percepatan sentripetal di Bab 2 · Fisika: naik dengan kuadrat putaran. Roller yang lebih ringan memerlukan putaran lebih tinggi untuk gaya yang sama. Katalog suku cadang menyebut bahwa roller yang lebih ringan memperbaiki akselerasi, roller yang lebih berat menaikkan kecepatan puncak, dan roller juga aus sehingga perlu diganti. Roller yang peang membuat perubahan rasio tersendat dan berbunyi. Sabuk yang aus menyempit dan duduk lebih dalam di puli depan, sehingga rasio tinggi tidak tercapai: putaran tinggi tetapi motor lambat. Rumah transmisi memiliki saluran udara pendingin dengan saringan sendiri; air yang masuk ke rumah membuat sabuk dan kopling selip.

Kopling sentrifugal

Kopling sentrifugal (centrifugal clutch) adalah kopling yang sepatu berkampasnya terlempar keluar oleh gaya sentrifugal dan menggesek rumah kopling ketika putaran melewati putaran sambung. Pada skuter, sepatu terpasang di puli yang digerakkan, sehingga putarannya adalah putaran puli belakang, lebih rendah dari putaran mesin saat rasio besar; pada motor bebek, kopling sentrifugal ada di poros engkol. Pegas menahan sepatu ke dalam; kopling mulai menyambung saat gaya sentrifugal melampaui gaya pegas, dan kapasitas torsinya kira-kira:

$$T = \mu \left(m\, \omega^2 r - F_s\right) r_d\, n_s$$

dengan $T$ dalam N·m, $\mu$ koefisien gesek kampas, $m$ massa satu sepatu dalam kg, $\omega$ kecepatan sudut dalam rad/s, $r$ jari-jari titik berat sepatu dalam m, $F_s$ gaya pegas per sepatu dalam N, $r_d$ jari-jari dalam rumah kopling dalam m, dan $n_s$ jumlah sepatu. Di antara putaran sambung dan putaran saat kopling mengunci, kopling selip dan mengubah daya menjadi panas, seperti rumus panas selip di Bab 5 (Contoh 6).

Getaran saat mulai jalan terjadi bila kampas menempel dan meluncur bergantian. Penyebabnya kampas yang mengilap atau berminyak, rumah kopling yang beralur atau tidak bulat, dan pegas sepatu yang tidak sama. Kampas yang mengilap menurunkan koefisien gesek, sehingga kopling baru mengunci pada putaran lebih tinggi dan selip lebih lama (Contoh 5). Muatan berat di tanjakan memperpanjang selip setiap kali mulai jalan, dan panas yang berulang mengilapkan kampas lagi.

Perawatan dan tanda keausan

Selang servis berasal dari manual dan buku servis. Untuk armada yang setiap hari membawa muatan di tanjakan, pemeriksaan sebaiknya lebih sering dari selang standar. Batas muatan pabrik di dek kaki dan boks belakang dipatuhi, karena muatan lebih memperpanjang selip kopling dan memberatkan rem, seperti di Bab 15.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: rasio total dan kecepatan. Mesin 8.000 rpm, rasio primer 3,0, gigi tertinggi 1,0, dan gir 14 dan 42 gigi, sehingga $i_a = 42/14 = 3{,}0$ dan $i_{\text{total}} = 9{,}0$. Roda berdiameter efektif 0,58 m berkeliling 1,822 m dan berputar $8.000/9{,}0 = 888{,}9$ rpm, sehingga $v = 888{,}9 \times 1{,}822 \times 60/1.000 = 97{,}2$ km/jam.

Contoh 2: gir belakang diganti 45 gigi. $i_a = 45/14 = 3{,}214$ dan $i_{\text{total}} = 9{,}64$. Pada 8.000 rpm, $v = 90{,}7$ km/jam, yaitu $42/45 = 0{,}933$ kali semula. Torsi di roda naik $45/42 = 1{,}071$ kali, sekitar 7 persen.

Contoh 3: spidometer setelah gir diganti. Sensor kecepatan di poros keluar gearbox masih membaca menurut gir 42. Pada putaran poros yang sama, motor kini $42/45$ kali lebih lambat, sehingga spidometer membaca $45/42 = 1{,}071$ kali terlalu tinggi: angka 50 km/jam berarti sekitar 46,7 km/jam.

Contoh 4: kapasitas kopling basah. Mesin memberi 9,0 N·m, sehingga rumah kopling menerima $9{,}0 \times 3{,}0 = 27$ N·m. Lima pelat gesek memberi 10 permukaan; dengan $\mu = 0{,}12$, gaya pegas 1.000 N, dan jari-jari rata-rata 0,05 m, rumus Bab 5 memberi $0{,}12 \times 1.000 \times 0{,}05 \times 10 = 60$ N·m, 2,2 kali kebutuhan. Bila oli berpengubah gesek menurunkan $\mu$ menjadi 0,07 dan pegas melemah ke 750 N, kapasitasnya $0{,}07 \times 750 \times 0{,}05 \times 10 = 26{,}3$ N·m, sedikit di bawah 27 N·m: kopling selip saat digas penuh.

Contoh 5: kopling sentrifugal. Tiga sepatu 0,15 kg dengan titik berat pada 0,045 m, pegas 120 N per sepatu, $\mu = 0{,}4$, dan rumah kopling berjari-jari 0,0535 m. Kopling mulai menyambung pada $\omega = \sqrt{120/(0{,}15 \times 0{,}045)} = 133{,}3$ rad/s, yaitu 1.273 rpm puli belakang. Pada 2.000 rpm gaya sentrifugal 296 N dan kapasitasnya $0{,}4 \times (296 - 120) \times 0{,}0535 \times 3 = 11{,}3$ N·m; pada 2.500 rpm, 22,0 N·m. Bila mesin memberi 8 N·m dan rasio CVT saat diam 2,6, kopling perlu 20,8 N·m dan baru mengunci sekitar 2.450 rpm. Bila kampas mengilap sehingga $\mu$ turun ke 0,25, kopling baru mengunci sekitar 2.940 rpm.

Contoh 6: panas selip saat mulai jalan. Kopling memindahkan 20,8 N·m dengan beda putaran rata-rata 2.000 rpm, yaitu 33,3 putaran per detik (penyederhanaan). $P = 2\pi \times 33{,}3 \times 20{,}8 = 4.360$ W. Selip 2 detik memberi 8,7 kJ, sedangkan 5 detik di tanjakan dengan muatan memberi 21,8 kJ. Dengan 40 kali mulai jalan sehari, panas yang masuk ke kampas dan rumah kopling naik dari sekitar 350 kJ menjadi sekitar 870 kJ.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan ke bengkel berwenang atau penyelia bila:

1. Rantai, gir, sabuk, atau roda akan disentuh, diukur, atau dilumasi saat mesin hidup, atau roda belakang diputar mesin di atas standar tengah; matikan mesin dan cabut kunci, seperti aturan di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman.
2. Rantai sangat kendur, kaku, berkarat, atau klip mata sambungnya hilang, atau gigi gir patah; rantai yang lepas dapat mengunci roda belakang, sehingga motor tidak dipakai.
3. Kopling selip dengan bau hangus, gigi loncat di bawah beban, atau sabuk putus.
4. Rumah transmisi variabel kontinu akan dibongkar: mur puli dipasang dengan torsi tinggi, pegas puli yang digerakkan menyimpan energi seperti energi pegas di Bab 4 · Keselamatan tentang isolasi energi non-listrik, dan pekerjaannya memerlukan alat penahan khusus.
5. Ada rencana mengganti gir, roller, atau pegas pada motor armada tanpa persetujuan pemilik kendaraan.
6. Muatan melebihi batas pabrik, atau oli kopling basah akan diganti dengan kelas yang tidak sesuai manual.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 5 tentang transmisi dan penggerak memberi gaya dorong, kapasitas kopling gesek, dan panas selip, dan Bab 1 · Mekanikal & Mekatronika memberi hubungan torsi dan putaran. Bab 6 · Mekanikal & Mekatronika membahas sabuk V dan rantai rol, Bab 7 · Mekanikal & Mekatronika roda gigi, Bab 8 · Mekanikal & Mekatronika pelumasan, dan Bab 2 · Fisika percepatan sentripetal. Di rak sepeda motor, Bab 11 membahas oli untuk kopling basah, dan Bab 15 membahas ban, rem, dan servis berkala. Sisi keselamatan bersambung ke Bab 76 · Kelistrikan & Kendali tentang kerja aman dan Bab 4 · Keselamatan tentang energi tersimpan pada pegas.

Latihan dan pembahasan

Referensi