Sistem Pemindah Tenaga

Sistem pemindah tenaga juga dapat disebut sistem pemindah daya (power train), merupakan sebuah mekanisme yang memindahkan tenaga dari mesin ke roda. Sistem pemindah tenaga menurut letak mesinnya dapat dibedakan menjadi empat macam yaitu (Suratman, 2001) :

             1.     Mesin depan penggerak belakang (front engine rear drive).

             2.     Mesin depan penggerak depan (front engine front drive).

             3.     Mesin belakang penggerak belakang (rear engine rear drive).

             4.     Mesin depan penggerak empat roda (four wheel drive).

Sistem pemindah tenaga yang terdapat dalam mesin terbagi menjadi beberapa bagian yaitu :

             1.     Kopling

Kopling terletak diantara mesin dan transmisi. Berfungsi menghubungkan dan melepas putaran dari mesin yang menuju transmisi. Selain itu kopling juga digunakan  untuk memperhalus perpindahan roda gigi transmisi (Toyota Astra Motor, 1995).

Dari uraian di atas untuk memaksimalkan fungsi kopling, maka kopling harus dapat memenuhi persyaratan sebagai berikut :

a.    Kopling harus dapat menghubungkan mesin dengan transmisi secara lembut.

b.    Kopling harus dapat membebaskan hubungan dari transmisi dengan sempurna dan cepat.

c.    Pada saat menghubungkan ke transmisi, kopling harus dapat memindahkan tenaga tanpa terjadi slip.

             2.     Transmisi

Berfungsi sebagai pengatur besar-kecilnya output tenaga mesin sesuai dengan kondisi perjalanan. Transmisi digunakan untuk mengubah tenaga mesin menjadi momen sesuai dengan kondisi perjalanan ataupun saat kendaraan harus berjalan mundur.

Terdapat dua jenis transmisi yang digunakan pada kendaraan yaitu transmisi manual dan transmisi otomatis. Transmisi manual mengatur besar kecilnya tenaga yang keluar menuju roda menggunakan roda gigi transmisi. Sedangkan transmisi otomatis dalam pemindahan tenaga salah satunya menggunakan torque converter, planetary gear, dan hydraulic control unit (Toyota Astra Motor, 1995).

             3.     Propeller shaft

Propeller shaft pada kendaraan penggerak belakang berfungsi menyalurkan output tenaga dari transmisi menuju differential. Propeller shaft dibuat dari baja yang memiliki ketahanan terhadap daya bengkok maupun puntiran. Propeller shaft ada dua tipe yaitu (Toyota Astra Motor, 1995):

a.    2-joint type propeller shaft, propeller yang hanya menggunakan u-joint pada kedua ujung propeller.

b.    3-joint type propeller shaft, propeller yang menggunakan u-joint pada kedua ujung propeller dan terdapat center bearing  di tengah propeller.

Univesal joint atau u-joint digunakan untuk meredam perubahan sudut untuk memperhalus perpindahan tenaga dari transmisi ke differential. U-joint terdapat dua tipe :

a.    U-joint tipe solid bearing cup

b.    U-joint tipe shell bearing cup

             4.     Differential

Differential berfungsi memindahkan dan membagi tenaga ke roda ketika berjalan lurus maupun ketika berbelok. Differential terbagi menjadi dua bagian yaitu final gear dan differential gear yang berfungsi sebagai berikut (Toyota Astra Motor, 1995) :

a.    Final gear, berfungsi memperbesar momen yang masuk dalam differential. Final gear  terdiri dari drive pinion dan ring gear. Final gear ini mempunyai dua tipe yaitu :

1)      Tipe hypoid bevel gear, yang memiliki persinggunan roda gigi yang besar dan bekerja sangat halus. Tipe ini biasa digunakan untuk kendaraan penggerak roda belakang.

2)      Tipe helical gear, pada tipe ini antara ring gear dan drive pinion selalu bersinggungan pada lokasi yang sama. Helical gear dapat memindahkan momen dengan sangat lembut serta getaran dan bunyi yang dihasilkan sangat halus. Tipe ini biasa digunakan pada kendaraan penggerak roda depan.

b.    Differential gear, berfungsi untuk menghasilkan kecepatan putaran roda yang berbeda saat kendaraan berganti arah. Differential gear terdiri dari differential pinion dan side gear yang berkaitan dengan axle.

Differential tediri dari dua macam yaitu konvensional differential dan limited-slip differential. Perbedaan yang terdapat pada jenis differential dapat diketahui dari konstruksi dan komponen yang digunakan pada differential. Komponen yang terdapat dalam differential konvensional terdiri dari drive pinion, ring gear, differential case, differential pinion, differential pinion shaft, dan side gear.

Limited-slip differential merupakan jenis differential yang berfungsi untuk mengurangi kerugian tenaga pada roda akibat terjadinya wheel-spin. Limited-slip differential mempunyai dua macam karekteristik yaitu Limited-slip differential sensitif dengan torsi dan Limited-slip differential sensitif dengan kecepatan. Berdasarkan mekanismenya Limited-slip differential terbagi menjadi tiga tipe, Limited-slip differential tipe Viscous, Limited-slip differential tipe Clutch dan Limited-slip differential tipe Gearing/full mechanical disebut juga torsen differential (Ilhamandhi, 2010).

a.    Limited-slip differential tipe viscous

Limited-slip differential tipe ini nyaman apabila dipergunakan untuk harian, karena menggunakan fluida/oli. Limited-slip differential ini saat salah satu roda mendapat kelebihan torsi (traksi pada roda kecil), oli akan mengental dan menimbulkan efek mengunci pada roda tersebut sehingga tenaga disalurkan ke roda lainnya. Kelemahan dari Limited-slip differential tipe viscous terletak pada kemampuan untuk menahan slip yang tidak terlalu baik, dan dapat dimungkinkan terjadi wheel-spin.

b.    Limited-slip differential tipe clutch

Limited-slip differential tipe ini bereaksi terhadap torsi dari propeller shaft. Semakin cepat perputarannya, maka semakin keras penekanan kopling (clutch) pada differential. Kemampuan Limited-slip differential tipe clutch untuk menahan slip cukup baik, karena ketika melakukan oversteer, sistem ini bekerja pada torsi dan kecepatan. Dan untuk drifting, Limited-slip differential yang direkomendasikan adalah jenis ini karena kemampuannya untuk men-sense torsi dan kecepatan. Kelemahannya Limited-slip differential tipe ini terletak pada perawatannya akibat kopling yang akan cepat aus.

c.    Limited-slip differential tipe gearing (torsen differential)

Limited-slip differential tipe ini sangat kuat untuk menahan slip dan bebas perawatan. Limited-slip differential tipe ini sangat bergantung pada torsi, bukan kecepatan tiap as roda. Keunggulan Limited-slip differential tipe gearing yang tidak dimiliki oleh Limited-slip differential tipe clutch adalah bisa dipakai untuk mengatur torsi antara as roda depan dan as roda belakang pada mobil-mobil 4WD.

Limited-slip differential tipe gear merupakan perpaduan dua fungsi utama differential, yang dimaksudkan supaya differential dapat bekerja secara optimal. Berupa penghantaran tenaga dari engine menuju ke kedua axle, dan perbedaan putaran dari kedua axle saat terjadi perbedaan traksi. Perpaduan ini memungkinkan peningkatan jumlah torsi yang dapat disampaikan oleh axle dalam semua kondisi traksi, tanpa terlalu membatasi diferensiasi. Diferensiasi diperlukan untuk mengakomodasi kecepatan rotasi yang berbeda antara axle kendaraan saat berbelok dan perbedaan putaran antar roda.

Karakteristik yang terdapat dalam torsen diferensial lebih dibandingkan dengan karakteristik penyaluran tenaga yang terdapat pada differensial konvensional. Axle penggerak pada differential konfensional  terkait dengan bevel gear set yang dirancang untuk membagi torsi sama antar axle penggerak (Rochester, 1988). Pengaturan ini tidak akan mendukung perbedaan torsi antar axle penggerak, dan sebagai akibatnya hambatan diferensiasi yang dihasilkan sangat kecil.

Sebagai contoh, bila salah satu roda kehilangan traksi, penyaluran torsi pada axle yang satunya tidak maksimal sehingga terjadi wheel-spin pada roda yang mendapat traksi lebih kecil. Ini adalah masalah yang sering terjadi pada differential konvensional. Maka dari itu torsen differential digunakan untuk meminimalisir terjadinya kelebihan torsi pada axle yang mendapat traksi lebih kecil, dan menyalurkan torsi pada axle yang mendapat traksi lebih besar sesuai dengan pengaturan invex gear.

Limited-slip differential tipe gear dapat membagi torsi keluaran yang berbeda antar roda karena memiliki susunan dan komponen yang berbeda dengan differential konvensional. Limited-slip differential tipe gear tersusun dari komponen-komponen berupa ring gear, flanged body, side gear, pinion, dan cover yang tersusun seperti gambar di bawah ini.

                                      

Gambar 1. Bagian-bagian torsen differential (Rochester, 1999)

Limited-slip differential tipe gear bekerja seperti differential pada umumnya tetapi dapat mengunci jika torsi ketidakseimbangan terjadi, rasio torsi maksimum ketidakseimbangan yang ditetapkan oleh Torque Bias Ratio (TBR). Ketika Torsen mempunyai perbandingan TBR 3:1, berarti bahwa satu sisi differential mendapat torsi sampai 75% sementara sisi lain hanya mendapat torsi 25% dari torsi diterapkan. Saat kondisi percepatan traksi tidak sama, axle yang mendapat traksi lebih besar akan mendapat torsi yang lebih besar sehingga tidak akan terjadi wheel-spin.

Ketika perbedaan traksi melebihi TBR, sisi axle yang lebih lambat akan menerima torsi dari sisi axle yang lebih cepat dikalikan dengan TBR, torsi tambahan yang tersisa disalurkan menuju axle yang lebih cepat dari sisi differential (Wikipedia, 2010). Pada gambar di bawah ini diperlihatkan kerja torsen differential saat kedua axle mendapat traksi yang sama dan saat kedua axle mendapat traksi yang berbeda.

 

Gambar 2. Cara kerja torsen differential (Rochester, 1999)

             5.     Poros penggerak roda

Poros penggerak roda berfungsi untuk meneruskan putaran dan tenaga dari differential menuju ke roda. Poros penggerak roda disamping meneruskan tenaga, juga berfungsi untuk memikul beban kendaraan. Terdapat dua jenis utama poros penggerak roda yaitu poros memikul dan poros melayang (Toyota Astra Motor, 1995).

a.       Poros tipe memikul yaitu tipe full floating, tipe semi- floating, dan tipe ¾ floating.

1)      Tipe full floating

Konstruksi poros roda tipe ini berupa bearing teretak diantara axle housing dan wheel hub. Karena beban keseluruhan kendaraan dipikul oleh axle housing pada tipe ini, maka axle hanya diperlukan untuk memutarkan roda. Poros penggerak tipe full floating ini biasa digunakan pada kendaraan berat, karena poros roda tidak mendapat beban yang berlebihan.

2)      Tipe semi floating

Poros penggerak tipe ini bearing terpasang antara axle housing dan poros axle dan roda terpasang langsung pada poros. Poros dibutuhkan untuk menyangga seluruh berat kendaraan dan juga beban kendaraan saat berbelok. Poros penggerak tipe ini konstruksinya sederhana sehingga banyak digunakan pada kendaraan penumpang.

3)      Tipe ¾ floating

Pada tipe ini antara axle housing dan wheel hub dipasang menyatu dan roda terpasang langsung pada poros. Sebagian besar berat kendaraan ditahan oleh housing kecuali saat belok terdapat beban pada poros axle.

b.      Poros tipe melayang yaitu constant velocity joint (cv joint)

Constant velocity joint atau sering disebut CV joint merupakan poros yang digunakan untuk mentransfer daya dari differential menuju roda yang dapat dibelokan dengan sudut yang fleksibel dengan kecepatan konstan (Wikipedia, 2010). CV joint dibutuhkan untuk mengarahkan roda saat suspensi bergerak ke atas dan ke bawah. CV Joint  biasa diaplikasikan pada kendaraan dengan penggerak roda depan (front wheel drive), 4 wheel drive, dan penggerak roda belakang (rear wheel drive) dengan suspensi independent.

Ada dua jenis CV Joint yang umum digunakan pada kendaraan, yaitu (Toyota Astra Motor, 1995) :

a.    CV Joint jenis birfield

CV Joint yang terdapat pada gambar di bawah ini merupakan CV Joint jenis birfield. CV Joint jenis ini komponen utama yang digunakan adalah roller ball berjumlah enam, cage sebagai pembatas pergeseran roller ball, dan  inner race sebagai tempat roller ball berputar. Susunan komponen yang terdapat pada CV Joint di perlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 3. CV Joint jenis birfield

b.    CV Joint jenis tripod

CV joint yang terdapat pada gambar di bawah ini merupakan CV Joint jenis Tripod. CV Joint jenis ini mempunyai komponen utama berupa roller groove sebagai rumah roller, snap ring sebagai pengunci roller, roller sebagai pemutar dan penentu belokan, dan spider untuk tempat roller berputar. Susunan komponen CV Joint jenis Tripod diperjelas dengan gambar yang terdapat di bawah ini.

 

 

                    Gambar 4. CV Joint jenis tripod (Vincent T. Ciulla, 2003)