Apa Tujuan dari U-Joint? Fungsi & Pentingnya

Tujuan dari a u-sendi — kependekan dari universal joint — adalah untuk mengirimkan torsi rotasi dan gerak antara dua poros yang tidak sejajar sempurna . Ini bertindak sebagai kopling mekanis fleksibel yang mengakomodasi ketidaksejajaran sudut, memungkinkan daya mengalir dengan lancar dari satu komponen berputar ke komponen berputar lainnya bahkan ketika poros bertemu pada suatu sudut, bukan dalam garis lurus.

Secara praktis, sambungan-u memungkinkan poros penggerak kendaraan menyalurkan tenaga mesin ke roda bahkan saat suspensi bergerak naik dan turun dan posisi drivetrain berpindah. Tanpanya, ketidaksesuaian antara poros akan menyebabkan getaran, pengikatan mekanis, atau kegagalan drivetrain total. Sambungan U ditemukan pada mobil, truk, peralatan pertanian, mesin industri, dan sistem penggerak kelautan.

Cara Kerja U-Joint Secara Mekanis

Sambungan-u terdiri dari bagian tengah berbentuk salib — disebut salib atau laba-laba — dengan empat trunnion (lengan) memanjang ke luar pada sudut 90°. Setiap trunnion dipasang ke dalam mangkuk bantalan, dan kedua pasang mangkuk bantalan dipasang pada kuk yang dipasang pada dua poros yang dihubungkan. Konfigurasi ini menciptakan dua sumbu pivot yang tegak lurus satu sama lain, memungkinkan rotasi melewati suatu sudut.

Sambungan-u tunggal biasanya dapat mengakomodasi ketidaksejajaran sudut hingga 15° hingga 25° tergantung pada desainnya, meskipun pengoperasian pada sudut yang tinggi meningkatkan tekanan pada bantalan dan menyebabkan variasi kecepatan pada poros keluaran. Untuk menghilangkan variasi kecepatan ini — dikenal sebagai fluktuasi kecepatan — dua sambungan-u biasanya digunakan secara seri dengan kuk slip atau bantalan tengah di antara keduanya, konfigurasi yang disebut poros penggerak Cardan ganda atau dua bagian.

Prinsip Bersama Cardan

Desain u-joint standar secara resmi disebut sambungan Cardan, diambil dari nama ahli matematika Italia Gerolamo Cardano yang menjelaskan prinsip-prinsipnya pada abad ke-16. Karakteristik utamanya adalah meskipun ia mentransfer torsi secara efektif, poros keluaran tidak berputar pada kecepatan yang relatif konstan terhadap masukan — kecepatannya bervariasi secara siklis dua kali per putaran. Variasi ini minimal pada sudut pengoperasian yang kecil (di bawah 3°) namun menjadi signifikan dan berpotensi merusak pada sudut pengoperasian yang kecil 10° hingga 15° .

Sambungan Kecepatan Konstan (CV) sebagai Alternatif

Jika kecepatan keluaran yang mulus sangat penting pada sudut pengoperasian yang tinggi — khususnya pada poros gandar penggerak roda depan — sambungan CV menggantikan atau melengkapi sambungan u. Sambungan CV menghilangkan fluktuasi kecepatan yang melekat pada sambungan U Cardan namun lebih rumit dan mahal untuk diproduksi. Sambungan U tetap disukai untuk aplikasi tugas berat pada poros penggerak karena kekuatan, kesederhanaan, dan kemudahan penggantiannya.

Fungsi Utama U-Joint pada Kendaraan

Dalam drivetrain otomotif, sambungan-u melayani beberapa tujuan mekanis yang saling terkait secara bersamaan:

• Transmisi daya melintasi sudut: Peran utamanya adalah mentransfer torsi mesin dari keluaran transmisi melalui poros penggerak ke diferensial, meskipun perjalanan suspensi mengubah sudut antar komponen.
• Mengakomodasi pergerakan suspensi: Saat poros belakang bergerak naik dan turun di permukaan jalan, sudut antara poros penggerak dan poros pinion diferensial terus berubah. Sambungan-u menyerap variasi sudut ini tanpa mengganggu aliran daya.
• Mengizinkan perubahan panjang pada poros penggerak: Dikombinasikan dengan slip yoke, sambungan-u memungkinkan poros penggerak mengubah panjang efektif seiring dengan kompresi dan pemanjangan suspensi, sehingga mencegah poros keluar dari tempatnya.
• Mengurangi stres drivetrain: Dengan menyediakan titik kopling yang fleksibel, sambungan-u mencegah beban kejut yang kaku berpindah langsung antara transmisi dan diferensial, sehingga memperpanjang umur kedua komponen.

Tempat U-Joint Ditemukan di Berbagai Aplikasi

Sambungan U tidak terbatas pada poros penggerak mobil penumpang. Mereka muncul di berbagai sistem mekanis dimanapun gerakan rotasi harus melewati celah sudut:

Jenis U-Joint dan Tujuan Khususnya

Desain sambungan-u yang berbeda hadir untuk memenuhi tuntutan berbeda dalam hal sudut pengoperasian, kapasitas torsi, kecepatan, dan kelancaran penyaluran daya:

Sambungan U Cardan Tunggal

Tipe yang paling umum. Sederhana, kuat, dan murah. Digunakan di sebagian besar poros penggerak roda belakang. Paling cocok untuk sudut pengoperasian di bawah 10° . Poros penggerak mobil penumpang standar dan truk ringan biasanya beroperasi di antara keduanya 1° dan 7° pada sambungan-u di bawah ketinggian pengendaraan normal.

Cardan Ganda (CV U-Joint)

Dua sambungan Cardan dipasang secara seri dengan soket tengah di antara keduanya. Pengaturan ini menghilangkan fluktuasi kecepatan masing-masing sambungan, menghasilkan keluaran kecepatan konstan yang mulus. Umumnya digunakan pada poros penggerak depan truk 4WD dan pada aplikasi gandar depan di mana sudut kemudi menghasilkan sudut operasional yang besar — terkadang melebihi 20° hingga 30° .

Spicer / Dana U-Joints (Tugas Berat)

Dinamakan berdasarkan merek Dana Spicer, ini adalah sambungan Cardan tugas berat yang dirancang untuk aplikasi torsi tinggi pada truk, bus, dan kendaraan off-road. Mereka menggunakan bantalan bantalan yang lebih besar dan trunnion yang lebih tebal untuk menangani beban torsi yang akan merusak sambungan-u mobil penumpang standar. Sambungan Spicer tugas berat yang diperuntukkan bagi truk Kelas 8 dapat menangani kapasitas torsi yang melebihi 10.000 pon-kaki .

Kemudi U-Joint

Sambungan u yang lebih kecil dan presisi digunakan pada kolom kemudi. Ini beroperasi pada torsi yang sangat rendah dibandingkan dengan sambungan drivetrain tetapi harus menghasilkan gerakan tanpa serangan balik yang mulus sehingga umpan balik kemudi akurat. Sambungan u kemudi yang aus menyebabkan kemudi terasa kendor atau berdenting.

Tanda-Tanda U-Joint Gagal

Karena sambungan-u adalah komponen yang aus — terutama pada kendaraan yang beroperasi pada sudut yang lebih tinggi atau membawa beban berat — mengenali gejala kegagalan sejak dini akan mencegah kerusakan drivetrain yang lebih serius. Sambungan-u yang rusak dapat menyebabkan poros penggerak terpisah seluruhnya dari kendaraan, yang merupakan bahaya keselamatan yang signifikan.

• Suara dentuman atau benturan saat perpindahan gigi: Sambungan-u yang aus akan menghasilkan bunyi bunyi yang nyata ketika drivetrain bertransisi dari akselerasi ke deselerasi atau saat berpindah dari penggerak ke mundur. Hal ini disebabkan oleh permainan yang berlebihan pada bearing cup.
• Getaran pada kecepatan jalan raya: Sambungan-u dengan bantalan yang aus atau terjepit menyebabkan ketidakseimbangan pada poros penggerak yang berputar, menghasilkan getaran yang biasanya memburuk di atas 45 hingga 55 mph .
• Mencicit saat gerakan kecepatan rendah: Bantalan u-joint yang kering atau terkorosi dan kehilangan pelumasannya akan berdecit berirama saat poros penggerak berputar, sering kali paling terdengar saat manuver di tempat parkir.
• Karat atau keausan yang terlihat pada salib dan tutup bantalan: Selama inspeksi visual, noda karat di sekitar klip penahan tutup bantalan atau alur keausan yang terlihat pada trunnion menunjukkan adanya sambungan-u yang memerlukan penggantian segera.
• Kebocoran cairan transmisi di dekat seal belakang: Sambungan-u yang rusak dapat merusak segel poros keluaran transmisi dengan menimbulkan getaran dan pembebanan radial, menyebabkan kebocoran cairan yang mungkin disalahartikan sebagai masalah segel dan bukan masalah sambungan-u.

Perawatan dan Penggantian U-Joint

Banyak sambungan-u modern yang disegel dan tidak memerlukan perawatan, namun kendaraan yang dilengkapi dengan sambungan-u yang dapat diberi gemuk (diidentifikasi dengan sambungan gemuk atau sambungan zerk di salib) harus dilumasi secara berkala — biasanya setiap 5.000 hingga 10.000 mil atau seperti yang ditentukan dalam manual servis kendaraan. Pelumas memaksa pelumas baru masuk ke dalam bantalan jarum di dalam setiap tutup, menghilangkan kontaminan dan mencegah keausan logam-ke-logam yang menyebabkan kegagalan dini.

Interval Penggantian

Tidak ada interval jarak tempuh universal untuk penggantian sambungan-u karena masa pakai sangat bervariasi tergantung kondisi pengoperasian. Sambungan u yang dirawat dengan baik pada mobil penumpang yang jarang digunakan dapat bertahan seumur hidup — 150.000 mil atau lebih . Sambungan u pada truk bermuatan berat yang digunakan untuk penarik atau mengemudi di luar jalan raya mungkin akan aus 50.000 hingga 80.000 mil . Pemeriksaan rutin pada setiap penggantian oli adalah pendekatan perawatan yang paling andal.

Biaya Penggantian

Suku cadang u-joint pengganti biasanya berharga antara $20 dan $100 untuk sebagian besar kendaraan penumpang. Kerjakan untuk menekan sambungan lama dan memasang sambungan baru $75 hingga $200 di bengkel biasa, tergantung pada kerumitan poros penggerak dan apakah poros harus dilepas dan diseimbangkan. Sambungan u truk tugas berat bisa jauh lebih mahal — $150 hingga $500 per sambungan tergantung seri dan aplikasinya.

Mengapa U-Joint Tetap Menjadi Komponen Drivetrain yang Penting

Meskipun penggunaan sambungan CV semakin meningkat pada sistem penggerak roda depan dan penggerak semua roda, sambungan u Cardan tradisional tetap dominan pada truk berpenggerak roda belakang, kendaraan komersial, peralatan pertanian, dan mesin industri. Keuntungannya sangat jelas:

• Kapasitas torsi tinggi relatif terhadap ukuran dan berat, sehingga ideal untuk truk dan alat berat yang mana penarik atau pengangkutan menghasilkan beban drivetrain yang ekstrem.
• Penggantian lapangan — sambungan-u dapat diganti dengan perkakas tangan dasar di lapangan, tidak seperti banyak rakitan sambungan CV yang memerlukan peralatan khusus atau penggantian poros gandar penuh.
• Biaya lebih rendah dibandingkan sambungan CV yang setara dengan tingkat torsi yang setara, hal ini sangat penting dalam pengoperasian armada komersial di mana biaya komponen berlipat ganda untuk ratusan kendaraan.
• Daya tahan yang terbukti melalui pengembangan mekanis selama lebih dari satu abad, dengan mode kegagalan yang dipahami dengan baik, dapat diprediksi dan dikelola dengan inspeksi rutin.

Sambungan-u memecahkan masalah teknik mendasar — ​​cara mentransmisikan daya rotasi antara dua poros yang tidak dapat dipegang dalam keselarasan sempurna — dan melakukannya dengan keanggunan mekanis yang tidak banyak berubah sejak diadopsi secara luas pada awal abad ke-20.