BAB II LANDASAN TEORI

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengertian Bantalan atau Bearing

Bantalan adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros yang mempunyai beban. Tumpuan ini dimaksudkan agar putaran atau gerakan bolak – balik dari poros tersebut dapat terjadi secara halus, aman dan memiliki umur yang lama. Bantalan harus cukup kokoh agar poros serta elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Jika bantalan berfungsi dengan baik, maka prestasi seluruh sistem mesin berjalan dengan baik, tetapi jika bantalan tidak berfungsi sama sekali maka sistem mesin akan menurun atau lebih parah lagi tidak berfungsi sama sekali. Jadi bantalan dapat dianalogikan dengan pondasi pada gedung [4].

2.2 Klasifikasi Bantalan

Suatu bantalan bisa saja sederhana seperti lubang yang diborkan pada suatu bagian mesin yang terbuat dari besi tuang. Ini mungkin masih sederhana tetapi memerlukan prosedur perencanaan yang mendetail, misalnya bantalan-bantalan dua bagian, beralur, berpelumas tekan, dari poros engkol mesin mobil. Atau mungkin sangat rumit seperti pada bantalan-bantalan yang besar, berpendinginan air, bercincin oli, dengan tangki oli yang sudah terpasang yang

dipakai pada mesin-mesin yang besar. Bantalan dapat diklasifikasikan berdasarkan :

2.2.1 Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan Luncur (plain bearing)

Terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaanporos ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas.

Keuntungan bantalan luncur : a) Mudah dalam pemasangan b) Bekerja pada putaran tinggi c) Mudah dalam pembuatan

d) Tahan terhadap goncangan dan getaran kuat e) Jauh lebih murah dari bantalan gelinding

f) Memerlukan ruang pemasangan yang lebih kecil.

Pada bantalan luncur tidak ada elemen lain antara bantalan denganbagian yang bergerak. Bantalan ini dipakai pada poros yang berputar dengan kecepatan tinggi dan contoh pemakaiannya pada poros engkol (crankshaft).

Gambar 2.1 Bantalan Luncur [12] b. Bantalan gelinding (rolling bearing)

Secara umum, bantalan gelinding terdiri dari dua buah ring, elemen gelinding, dan sebuah pengikat. Terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dan bagian yang diam. Biasanya melalui elemen gelinding seperti bola (peluru) roll atau roll jarum dan roll baut. Adapun Sifat dari bantalan gelinding :

a) Gerakan awal jauh lebih kecil

b) Gesekan kerja lebih kecil sehingga panas yang ditimbulkan lebih kecil dibanding bantalan luncur pada pembebanan yang sama. c) Proses pelumasan yang sederhana.

Gambar 2.2. Bantalan Gelinding [12]

Keuntungan bantalan gelinding bila dibandingkan dengan bantalan luncur adalah:

a) Torsi atau gaya gesek saat awal pengoperasian kecil, sehingga perbedaan nilai torsi awal yang dibutuhkan untuk beroperasi dengan torsi saat beroperasi sangat kecil.

b) Telah distandarisasi secara internasional sehingga mudah dalam penggantian atau memiliki sifat mampu tukar yang baik.

c) Perawatan, pemasangan, dan pengecekannya sangat mudah karena memiliki struktur yang sederhana.

Bentuk badan gelinding dari bantalan gelinding :

Gambar 2.3 Bentuk badan bantalan gelinding [12]

Kelemahan bantalan gelinding : a) Kebisingan pada bantalan

b) Kejutan yang kuat pada putaran bebas

Gambar 2.4 Gesekan pada bantalan luncur dan gelinding [12]

Kerja gesekan (kerja yang hilang) pada bantalan gelinding ditimbulkan secara bersama-sama dari :

a) Kehilangan histerisis (peredaman bahan pada perubahan bentuk elastis).

b) Luncuran dari badan gelinding pada sarangan dan pinggirannya. c) Tahanan karena benda asing (debu dan serpihan)

a. Gesekan luncur b. Gesekan Gelinding luncur

d) Kerugian ventilasi (gesekan udara) pada bantalan berkecepatan tinggi.

Kerja yang hilang tersebut dapat dikurangi melalui :

a) Pendekapan yang efektif, sehingga benda asing dari luar tidak dapat masuk.

b) Menggunakan pelumas pada permukaan luncur.

c) Jumlah dan viskositas yang cukup dari bahan pelumas dan pemilihan sistem pelumas yang sesuai.

d) Pemilihan bantalan yang sesuai dengan mesin/alat yang digunakan.

Bagian terpenting dari bantalan gelinding : a) Ring luar dan ring dalam

b) Bola atau bagian yang menggelinding

c) Ring pemisah (untuk memisahkan bola satu dengan yang lain) Bantalan gelinding dapat di klasifikasi arah beban terhadap poros:

a) Bantalan Radial (Radial Bearing), arah beban bertumpuh tegak lurus terhadap tegak lurus terhadap poros.

 Magneto Bearing

 Cylindrical Roller Bearing

 Ball Bearing for Bearing Unit

 Self-Aligning Ball Bearing

 Long-Roller Bearing

b) Bantalan aksial (axial/ thrust bearing), arah beban yang ditumpuh sejajar dengan sumbuh poros.

 Thrust Ball Bearing : Single Direction & Double Direction

 Angular Contact Thrust Ball Bearing

 Cylindrical Roller Bearing : Single Row & Double Row

 Needle Roller Thrust Bearing

 Tapered Roller Bearing

 Spherical Thrust Roller Bearing

 Automotive Clutch Release Bearing

 Automotive Water Pump Bearing

 Rolling Stock Axle Bearing

 Crane Sheave Bearing

 Chain Conveyor Bearing

c) Bantalan gelinding khusus, bantalan jenis ini mampu menahan beban dengan arah sejajar dan tegak lurus poros.

 Deep Groove Ball Bearing : Single Row & Double Row

 Angular Contact Ball Bearing : Single Row, Double Row & Matched

 Three Point / Four Point Contact Ball Bearing

 Tapered Roller Bearing : Single Row, Double Row & Four Row

Gambar 2.5 Tipe - Tipe Bantalan Gelinding [12]

2.2.2 Berdasarkan arah beban terhadap poros

a. Bantalan radial, arah beban yang ditumpu tegak lurus terhadap poros. b. Bantalan aksial, arah beban yang ditumpu sejajar dengan sumbu

poros.

c. Bantalan gelinding khusus, bantalan jenis ini mampu menahan beban dengan arah sejajar dan tegak lurus dengan poros.

2.3 Stand Tiga Roughing Mill

Roughing Mill adalah salah satu fase untuk mereduksi bar (Billet) pada pengerollan baja batang kawat dimana pada roughing mill tersebut terdiri dari 8 (delapan) two-high horizontal stad external Schoeman-Siemag Jerman, dimana

4 (empat) stand pertama tipe terbuka sedangkan 4 (empat) Stand berikutnya tipe tertutup. Stand Roughing yang masing-masing digerakkan oleh motor DC berfungsi untuk mereduksi transfer bar dari Pre-Roughing dengan ukuran 100 x 100 mm menjadi bar dengan ukuran 43 x 43 mm selanjutnya merupakan input untuk Intermediate Mill. Sedangkan stand yang akan dilakukan analisa adalah stand tiga pada roughing mill. Adapun susunan reduksi yang terjadi pada fase Roughing Mill adalah :

Tabel 2.1 Keterangan Stand Tiga

Stand Bentuk Keterangan Gambar

1 Box

2 Oval

3 Round

5 Oval

6 Round

Stand tiga pada Roughing Mill merupakan stand yang mereduksi bar dari oval (ukuran bar tinggi 58 mm dan lebar 121) menjadi bentuk round (ukuran bar tinggi 74 mm dan lebar 74 mm). Ukuran Roll yang dugunakan memiliki diameter 540 mm dengan panjang Roll 1915 mm dan jenis bearing (bantalan)

yang digunakan adalah Spherical Roller Bearing. Rolling mill pada dasarnya terdiri dari roll, bearing, sebuah rumahan untuk menempatkan bagian-bagian tersebut, dan sebuah penggerak untuk mengaplikasikan daya pada roll dan mengontrol kecepatannya. Yang berasal dari tenaga putaran motor yang berdaya 500 kw, yang di kopel helick gear yang dilanjutkan dengan dua buah universal head pada roll yang berfungsi sebagai pemindah torsi putaran mesin penggerak ke roll yang digunakan pada waktu bersamaan, yang ditujukan pada top roll dan button roll yang dilanjutkan pada bearing yang dikopel dengan poros roll. Gaya yang terkandung dalam pengerolan dapat dengan mudah mencapai MN. Oleh karena itu, konstruksi yang sangat kaku diperlukan, dan motor yang sangat besar dibutuhkan untuk memberikan daya yang diperlukan. Putaran yang terjadi pada top roll dan button roll berlawanan arah dengan tujuan untuk menggerakkan dan meraduksi Billet.

Dalam unit stand terdiri dari beberapa peralatan yang biasa disebut part dan asesoris, dimana fungsi dari unit stand roll tersebut berfungsi untuk mereduksi billet/bar dengan temperatur ± 9500C – 11500C. Fungsi peralatan tersebut adalah :

A. Motor

Motor digunakan sebagai sumber energi untuk menggerakkan roll. B. Gearbox

Di dalam Gearbox terdapat 4 roda gigi yang masing-masing berfungsi sebagai pinion dan Gear, dimana pada stand tiga dari Roughing mill sebagai penerus daya menggunakan roda gigi miring. Dimana biasanya roda gigi ini

juga berfungsi untuk mereduksi putaran motor yang akan dikopel dengan joint shaft untuk memutar roll.

C. Universal joint shaft

Digunakan untuk memindahkan torsi putaran dari mesin penggerak atau motor yang terlebih dahulu direduksi oleh gearbox.

D. Guide

Pada setiap stand guide digunakan sebagai pengatur billet ketika akan memasuki atau keluar stand.

Gambar 2.6 Guide [12]

E. Screw Down

Berfungsi untuk mengatur celah pada saat billet di reduksi F. Balancing

Balancing berfungsi sebagai peyeimbang saat terjadi proses pengerollan, namun tidak semua stand memiliki balancing tersebut.

G. Roll

Dalam setiap stand memiliki 2 buah roll baik horizontal maupun vertical dan digunakan untuk mereduksi billet dengan variasi pass groove yang berbeda.

Gambar 2.7 Roll [12] H. Housing

Pada unit stand roll housing berfungsi sebagai rumah bearing.

Gambar 2.8 Housing

I. Labirynth Ring

Memiliki fungsi untuk melindungi bearing dari masuknya benda asing atau kotoran dan sebagai stopper atau pembatas bearing.

J. Labirynth Cover

Berfungsi sebagai salah satu pelindung masuknya benda asing atau kotoran masuk ke bearing dan juga sebagai dudukan radial seal.

K. Cover

Berfungsi sebagai penutup bearing, dudukan seal dan bearing. L. Radial Seal

Radial seal juga berfungsi sebagai penahan / pelindung masuknya kotoran ke dalam bearing.

M. Pressure Ring

Berfungsi sebagai pengunci bearing dan ring terhadap N. Bearing

Digunakan sebagai bantalan yang dapat memberikan putaran yang baik pada roll, Adapun tipe bearing yang digunakan adalah tipe bearing spherical roller bearing, Bearing jenis ini mempunyai roller yang berbentuk barrel/silinder diantara lingkaran dalamnya, yang mempunyai dua alur dan lingkaran luarnya yang mempunyai satu alur yang berbentuk spherical. Spherical Roller Bearing bisa berupa jenis Single Row, Double Row, atau Single Row Thrust. Karakteristik yang paling utama dari sebuah spherical roller bearing adalah kemampuannya untuk menyesuaikan posisi/ kesejajarannya dengan sendiri. Kemampuan untuk menyesuaikan kesejajarannya didapatkan dari adanya konstruksi dasar dan adanya kontur alur dari ring dalam maupun luar yang berbenruk spherical. Sehingga apabila terdapat defleksi pada poros atau housingnya sehingga terjadi

ketidaksejajaran pada sumbunya, bearing ini dapat menyesuaikan kesejajarannya untuk mengurangi adanya gaya yang berlebihan yang terjadi pada bearing.

Bearing jenis ini tidak hanya dapat menahan gaya radial yang besar namun juga dapat menerima gaya aksial di kedua arah. Karakteristiknya adalah dapat menahan gaya radial yang besar dan cocok digunakan untuk dimana terdapat beban kejut yang besar. Lubrikasi bearing jenis ini yang menjadi suatu hal yang sangat penting untuk mendapatkan performa yang diinginkan.

Gambar 2.9 Spherical Roller Bearing [12]

Bearing pada roll stand tiga roughing mill dapat dihitung secara teoritis dengan membandingkan standart umur bearing secara umumnya yaitu 20.000 – 40.000 hour.

2.4 Formulasi Nomor Bantalan Gelinding

Nomor bantalan gelinding (rolling bearing) adalah suatu kombinasi angka dan huruf yang mengindikasikan tipenya, dimensi batas, akurasi, internal clearance, dan spesifikasi lainnya. Dimensi batas yang digunakan pada umumnya sesuai dengan standar dari ISO, sedangkan untuk nomor bearing dari standar bearing diberikan oleh JIS B 1513 (nomor bearing untuk rolling bearing). Nomor bearing terdiri dari nomor dasar dan simbol tambahan. Nomor dasar memberikan informasi tentang tipe atau seri bearing, lebar dan seri diameter bearing. Sebagai contohnya adalah [12] :

24156BK30.C3 Artinya : 2 Berarti jenis spherical roll bearing 4 Berarti width series

1 Berarti diameter simbol 56 Berarti bore number

BK30 Berarti Modifikasi desain tapered internal bore, luas radial clearance Tapernya 1 : 30

C3 Berarti sistem clearance normal

2.5 Beban Bantalan

Untuk melakukan analisa pada bantalan, yaitu analisa beban pada bantalan dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

Gambar 2.10 Grafik hubungan sudut kontak α dengan beban aksial [12]

2.4.1 Analisa beban statik

Analisa beban statik digunakan apabila kecepatan putar bantalan di bawah 2000 rpm atau sekitar 1500-1800 rpm. Dapat dilihat pada gambar 2.6 dimana garis beban statik berada kurang dari 2000 rpm. Jadi beban yang diterima pada elemen gelindingnya merupakan suatu beban normal sepanjang garis kontak antara elemen gelinding dengan jalurnya

Gambar 2.11 Pembebanan pada ball bearing [12]

Dengan Qa merupakan beban aksial yang diterima oleh bantalan, sedangkan Qr adalah beban radial yang diterima. Q sendiri merupakan beban normal yang diterima oleh bantalan yang besarnya yaitu:

Q = _{𝑐𝑜𝑠 𝛼} 𝑄𝑟 Dan 𝑄𝑎 sebesar ; 𝑄_𝑅 = Q sin 𝛼 Atau

𝑄_𝑅 = 𝑄_𝑟 tan 𝛼

Gambar 2.12 Pembebanan pada spherical roller bearing [12] 2.4.2 Analisa beban dinamik

Penggunaan analisa beban dinamik digunakan ketika bearing beroperasi pada kecepatan putar yang tinggi. Dapat kita lihat pada gambar berikut:

Gambar 2.13 Posisi seketika dari elemen massa gelinding dm [12]

Keterangan:

 x, y, z sumbu kordinat kartesius sumbu x adalah sumbu putar bantalan

 x’,y’,z’ suatu kordinat kartesius dengan sumbu x’ pararel dengan sumbu x asli, dan O’ adalah pusat elemen gelinding dan kecepatan putar kelilingnya terhadap sumbu x dengan radius ½ dm.

 U, V, W adalah koordinat kartesius yang asli dengan pusat O’ pada pusat elemen gelinding dan berputar dengan kecepatan ωm. Sumbu U kolinear dengan sumbu rotasi dari elemen gelinding itu sendiri.

W adalah bidang yang terbentuk antara sumbu U dan z’ sudut antara W dan z’ adalah β.

 U,r,φ koordinat polar putar elemen gelinding.

 β’ sudut antara proyeksi sumbu U dengan bidang x’y’ dan sumbu

 ψ sudut antara sumbu z dan z’, merupakan posisi angular elemen gelinding pada lingkaran pitch

Sedang AFBMA sendiri telah menyusun suatu standar penilaian beban untuk bantalan dimana kecepatan tidak dipertimbangkan atau dengan kata lain memiliki. pendekatan terhadap analisa beban statik. Penilaian ini disebut penilaian beban dasar (basic load rating). Penilaian beban dasar C didefenisikan sebagai beban radial yang konstan terhadap mana sekelompok bantalan yang hampir mirip dapat bertahan untuk suatu umur penilaian sebesar satu juta putaran dari cincin dalam (dengan beban) dan cincin luar (yang diam). Umur penilaian sebesar satu juta putaran adalah suatu harga dasar yang dipilih untuk memudahkan perhitungan. Beban penilaian yang berkaitan adalah sedemikian tinggi sehingga deformasi plastik akan terjadi pada permukaan-permukaan yang bersinggungan dalam pemakaian yang sebenarnya. Akibatnya, penilaian beban dasar sepenuhnya adalah suatu angka referensi, beban yang sebesar itu mungkin tak akan pernah dipakai. Melakukan pelumasan secara teratur guna menjaga kualitas dari pelumas tetap terjaga dan bantalan tidak mengalami kekurangan pelumasan untuk menghindari beban gesekan yang dapat menyebabkan kerusakan. [10]

Untuk bearing yang mempunyai beban radial dan beban aksial, akan diperoleh beban ekuivalen (equivalent load), dengan menggunakan rumus [1]. P = XFr + YF, bila F_a F_b

≥ e (2.1)

P =

F

_r + Y

F

_a, bila Fa F_b

≤ e (2.2)

Dimana ; P = beban ekuivalen (N), kgf

Fr = beban radial (N), kgf Fa = beban aksial (N), kgf X = faktor pembebanan radial

Y = faktor pembebanan aksial

Sedangkan harga X dan Y dapat diketahui dari tabel bantalan, tergantung dari nilai perbandingan antara gaya aksial dengan gaya radial.

2.4.3 Beban Roll pada Stand Tiga Roughing Mill

Pada waktu deformasi berlangsung pada stock yang diroll, diantara kedua roll timbul komponen gaya vertikal yang mendorong kedua roll ke arah yang terpisah. Gaya vertical tersebut di atas dinamakan beban roll (roll load) atau roll separating force. Beban pengerolan atau Roll Separating Force pada Roughing Mill perlu diketahui karena untuk mengetahui kemampuan motor penggerak & sebagai faktor yang mempengaruhi umur bantalan [12].

Gambar 2.14 Pembebanan Pada Roll [12]

Beban pada roll menghasilkan mill spring yaitu campuran dari beberapa komponen : pembengkokan roll, tekanan pada bearing, chock, ulir dan peregangan pada kerangka stand. Beban pada roll dipengaruhi oleh banyak variable, misalnya:

 Suhu stock, dimana semakin rendah suhu stock semakin besar bebannya.

 Komposisi Stock, kandungan karbon dan paduan mempengaruhi yield stress dan oleh karena itu mempengaruhi kekuatran yang diperlakukan untuk deformasi.

 Kecepatan pengerollan, bertambahnya kecepatan deformasi akan bertambah pula beban pengerollan.

 Diameter roll, besarnya diameter roll mempengaruhi panjangnya lengkung singgung.

Beban pada roll dapat dihitung dengan persamaan berikut [5] :

P = Pm F (2.3)

Dimana

Pm = Satuan tekanan metal pada roll dalam kg/mm2 atau ton/mm2 F = Luas bidang singgung.

Pada pengerollan profil dengan bentuk yang sederhana seperti plate, flate, dan billet luas bidang singgung adalah:

F = 𝑏𝑜 + 𝑏1

2

ℓ

(2.4)

Dimana: bo = Lebar stock sebelum diroll b1 = Lebar stock sesudah diroll

ℓ = Panjang daerah deformasi

ℓ

=

𝑅∆h

(2.5)

Apabila baja pelat diroll pada stand 3 high yang berlainan, maka :

ℓ

= 2 R1R2

Sedangkan untuk produk – produk yang bukan berbidang rata luas penampang bidang singgung dihitung sebagai berikut :

 Bentuk sederhana

Bentuk – bentuk yang sederhana seperti belah – ketupat, bujur sangkar, oval dan lain – lain, dapat dihitung dengan menggunakan siku 4 persamaan seperti yang telah dipelajari pada unit sebelumnya.  Bentuk yang rumit.

Bentuk-bentuk yang rumit seperti baja siku, kanal, baja 1 dan lain-lain dapat dihitung dengan jalan membagi-bagi luas penampang menjadi bagian-bagian yang sederhana dan kemudian memperlakukannya seperti pada produk-produk yang berbidang rata.

Bentuk-bentuk yang bukan berbidang rata luas bidang singgungnya dapat juga ditemukan secara grafis dengan menggunakan kaidah- kaidah ilmu ukur analitik perlu diingat bahwa perhitungan-perhitungan luas bidang singgung seperti tersebut diatas hanya berlaku untuk pengerollan panas, karena untuk pengerollan dingin hasil-hasil yang diperoleh dengan cara tersebut di atas terlalu rendah dari kenyataan (20 – 40 % ). Untuk mentukan besarnya satuan tekanan Pm dapat dirumuskan dengan Formula Ekelund [5] :

Pm = ( k + ξ u ) ( 1 + m ) kg/mm2 (2.7) Dimana :

ξ = Kekenyalan bahan yang diroll, kg det/mm2_. u = Kecepatan deformasi rata – rata, 1/det

m = Koefisien yang diperhitungkan untuk bertambahnya tahanan deformasi yang diakibatkan oleh gesekan antara roll dan bahan yang diroll.

Koefisien – koefisien tersebut di atas dapat dihitung dengan formula berikut [5] :

k = ( 14 – 0,01 t ) ( 1,4 + c + Mn + 0,3 Cr ) (2.8) ξ = 0,01 ( 14 –0,01 t ) CV

m = 1,6 𝑓 𝑅∆ℎ − 1,2 ∆ℎ

ℎ_𝑜 + ℎ_𝑖 (2.9)

Di sini : C, Mn, Cr = Kandungan karbon, mangan dana Chroom, %

t

= Suhu pengerollan dalam 0_C.

Koefisien CV besarnya tergantung pada kecepatan pengerollan [5] : V, m/s Cv Sampai 6 1,0 6 s/d 10 0,8 10 s/d 15 0,65 15 s/d 20 0,6 U = 2 𝑉 ∆ℎ 𝑅

x

1

(2.10)

Dimana : V = Kecepatan keliling roll, mm/s h₀ = Tinggi bar mula-mula

h1 = Tinggi bar setelah diroll. [14]

2.6 Umur Bantalan

Bearing life time adalah jumlah putaran bantalan yang mampu dicapai sebelum terjadi failure akibat material fatigue. Bearing life time dihitung secara teoritis untuk kondisi operasional yang ideal. Bila peluru atau rol dari suatu bantalan anti gesekan menggelinding ke daerah pembebanan, tegangan Hertzian terjadi pada cincin dalam, elemen yang menggelinding dan cincin luar. Kalau bantalan bersih dan dilumasi secara tepat, dipasang dan disegel terhadap masuknya debu terhadap kotoran, dijaga dalam kondisi ini, dan dioperasikan pada suhu yang wajar, maka kelelahan logam akan merupakan satu-satunya sebab dari kegagalan. Karena ini mengalami berjuta-juta tegangan, maka istilah umur bantalan (bearing life) sangat umum dipakai.

Umur dari suatu bantalan tersendiri dinyatakan sebagai jumlah putaran total, atau jumlah jam pada suatu kecepatan putar tertentu, dari operasi bantalan diperlukan untuk mengembangkan kriteria kegagalan. Di bawah kondisi ideal kegagalan lelah akan berupa penghancuran permukaan yang menerima beban. Standar The Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA) menyatakan bahwa kriteria kegagalan adalah suatu bukti awal dari kelelahan. Begitupun, perlu dicatat, bahwa umur yang berguna sering dipakai sebagai definisi dari umur lelah. Kriteria kegagalan yang dipakai oleh laboratorium

Timken Company adalah kehancuran atau penyompelan suatu permukaan seluas 0,01 in2. Walaupun Timken mengamati bahwa umur yang berguna mungkin bisa lebih dari titik ini.

Umur penilaian (rating life) adalah istilah yang diawasi oleh AFBMA dan dipakai oleh kebanyakan pabrik pembuat bantalan. Umur penilaian dari suatu kelompok bantalan peluru atau roll yang hampir identik dinyatakan sebagai jumlah putaran, atau jam pada suatu kecepatan putar yang konstan tertentu, dimana 90 persendari kelompok bantalan akan tahan atau dapat melampauinya sebelum criteria kegagalan tersebut terjadi. Istilah umur minimum dan umur L10 (L10 life) juga dipakai untuk menjelaskan umur penilaian.

Istilah umur rata-rata dan umur menengah kedua-duanya cukup banyak dipakai dalam mendiskusikan umur bantalan. Kedua istilah tersebut dimaksudkan untuk mempunyai kepentingan yang sama. Bila kelompok yang terdiri dari sejumlah besar bantalan diuji terhadap kegagalan, umur menengah dari kelompok itu adalah harga rata-ratanya. Jadi, istilah itu sebetulnya dimaksudkan untuk menyatakan umur menengah rata-rata. Hubungan antara beban yang diterima bearing dan basic rating life [4].

Untuk Ball Bearing L = (𝑪 𝑷)

𝟑 _(2.11)

Untuk Roller Bearing L = (𝑪 𝑷)

𝟏𝟎

𝟑 (2.13)

C = basic load rating (N)

Terkadang bearing berputar pada putaran yang konstan, maka umurnya dapat dinyatakan dalam jam. Dengan menentukan basic rating life sebagai Lh (h), kecepatan bearing sebagai n (rpm), dan fatigue life factor sebagai fh, dan faktor kecepatan sebagai fn.

Tabel 2.2 Perbandingan Persamaan Ball Bearing dan Roller Bearing [4].

Dimana : fh = faktor umur lelah Fn = faktor kecepatan C = beban ratio (N), kgf P = beban ekuivalen (N), kgf Lh = nilai umur (hour)

n = kecepatan bearing (rpm)

Parameter Ball Bearing Roller Bearing

Basic Rating Life Lh = 10 6 60 n C P 3 =500 fh3 _{Lh =} 106 60 n C P 𝟏𝟎 𝟑 = 500 fh𝟏𝟎𝟑 Fatigue Life Factor Fh = fn𝑪_𝑷 Fh = fn𝑪_𝑷 Speed Factor 𝐟𝐧 = ( 𝟏𝟎 𝟔 𝟓𝟎𝟎 𝐱 𝟔𝟎 𝐧) 𝟏 𝟑 = (𝟎. 𝟎𝟑 𝒏 )−𝟏𝟑 𝐟𝐧 = 𝟏𝟎 𝟔 𝟓𝟎𝟎 𝐱 𝟔𝟎 𝐧 𝟑 𝟏𝟎 = (𝟎. 𝟎𝟑 𝒏 )−𝟏𝟎𝟑

2.7 Macam-macam Kerusakan Bantalan

Pada dasarnya penyebab kegagalan pada bantalan menghasilkan kerusakan yang sifatnya primer maupaun sekunder. Kerusakan primer dapat meningkatkan kerusakan sekunder, Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan [9]. Adapun yang termasuk kerusakan primer yaitu keausan, kelelahan, lekukan, smearing, surface distress, korosi, dan kerusakan arus listrik. Sedangkan kerusakan sekunder yaitu flakting dan retak. Penyebab kerusakan bantalan (bearing) adalah sebagai berikut :

a) Kesalahan bahan

 Faktor produsen : yaitu retaknya bantalan setelah produksi baik retak halus maupun berat, kesalahan toleransi, kesalahan celah bantalan [1].

 Faktor konsumen : yaitu kurangnya pengetahuan tentang karakteristik pada bearing.

b) Penggunaan bearing melewati batas waktu penggunaannya (tidak sesuai dengan petunjuk buku fabrikasi pembuatan bearing).

c) Pemilihan jenis bearing dan pelumasannya yang tidak sesuai dengan buku petunjuk dan keadaan lapangan.

d) Aus

Keausan yang terjadi di bantalan gelinding akibat masuknya benda asing ke dalam bearing atau ketika pelumasan tidak dengan baik. Masuknya benda asing ini sering diakibatkan pemasangan seal yang

tidak efektif. Selain itu getaran pada bantalan yang sedang tidak beroperasi juga dapat menyebabkan keausan.

Gambar 2.15 Contoh terjadinya Aus [12]

Tabel 2.3 Penyebab Keausan dan Ciri- Cirinya

Penyebab Ciri – Ciri

Karena partikel abrasive

 Greas berubah warna jadi hijau.

 Permukaan raceway dan elemen gelinding yang aus.

Pelumasan yang tidak sesuai

 Terlihat kecendrungan aus.

 Tampak seperti cermin.

 Permukaan berubah warna menjadi biri atau coklat

Getaran  Pendangkalan permukaan raceway.

Pendangkalan ini berbentuk kotak pada elemen gelinding.

 Bagian dalam pendangkalan ini biasanya terang dan teroksidasi.

e) Lekukan

Pemasangan yang salah akan menyebabkan raceway dan elemen glinding penyok akibat tekanan terdistribusi pada ring yang salah.

Penyebab lainya karena partikel yang masuk ke dalam bantalan [11]. Berikut adalah penyebab terjadinya lekukan dan ciri – cirinya

Tabel 2.4 Penyebab Lekukan dan ciri-cirinya f)

g) h) i) j)

Gambar 2.16 Contoh terjadinya lekukan [12]

f) Smearing

Smearing terjadi ketika pelumasan yang kurang baik, sehingga ketika permukaan kontak bertemu satu sama lain, material dari permukaan keropos dan pindah ke permukaan material lainnya. Tabel 2.5 Penyebab Smearing dan ciri-cirinya

Penyebab Ciri – ciri

Gesekan dengan pembebanan yang terlalu besar dan

Perubahan warna pada roller end dan flange faces

Penyebab Ciri – ciri

Kesalahan dalam pemasangan dan tekanan yang terlalu besar

Lekukan pada raceway pada kedua ring

Partikel asing Lekukan kecil yang terdistribusi sepanjang raceway kedua ring dan elemen gelinding

pelumasan yang tidak sesuai Percepatan elemen gelinding di entry hingga load zone

Perubahan warna

Ring berputar terhadap poros dan housing

Gambar 2.17 Contoh Terjadinya Smearing [12]

g) Surface distress

Jika ketebalan lapisan pelumas di raceway dan elemen gelinding terlalu tipis, timbul retakan kecil pada permukaan. Ciri-ciri surface distress adalah timbul kawah – kawah kecil yang tidak dapat dilihat mata telanjang

h) Kerusakan Arus Listrik

Jika arus listrik mengalir pada bantalan yang beroperasi atau tidak, dapat menyebabkan timbulnya kawah – kawah kecil dan permukaan

raceway dan elemen gelinding yang berwarna coklat coklat gelap atau kelabu.

i) Korosi

Tabel 2.6 Penyebab Terjadinya Korosi

Penyebabnya Ciri-ciri

Pengaruh air, larutan atau substansi penyebab korosi dalam waktu yang lama.

Korosi

Pengencang yang kurang Korosi

2.7 Sistem Pelumasan

Permukaan yang bersinggungan pada bantalan yang menggelinding mempunyai suatu gerakan relatif yaitu menggelinding dan meluncur, sehingga sulit untuk mengetahui apa sebenarnya terjadi. Melakukan pelumasan secara teratur berguna menjaga kualitas dari pelumas tetap terjaga dan bantalan tidak mengalami kekurangan pelumas untuk menghindari beban gesekan yang dapat menyebabkan kerusakan [10]. Tujuan dari pelumasan bantalan anti-gesekan dapat disimpulkan sebagai berikut :

2.7.1 Untuk Mereduksi Gesekan dan Keausan

Kontak langsung antara logam diantara lingkaran dalam dan luar, elemen rolling dan sangkarnya, yang merupakan elemen dasar dari suatu bearing, dapat dicegah dengan lapisan oli yang dapat mengurangi gesekan dan keausan diantara areal kontak.

2.7.2 Meningkatkan Umur Lelah dari Bearing

Nilai umur kelelahan dari suatu bearing sangatlah tergantung pada viskositas dan tebal lapisan film yang terbentuk diantara elemen yang kontak. Lapisan film yang tebal dapat memperpanjang umur lelah dari suatu bearing, sebaliknya lapisan yang tipis dan viskositas oli yang terlalu rendah dapat memperpendek umur dari suatu bearing.

2.7.3 Sebagai Media Pendingin dan Melepaskan Panas dari Bearing

Adanya sirkulasi dari pelumas dapat membawa keluar panas atau adanya panas dipindahkan keluar untuk mencegah bearing mengalami kelebihan panas dan rusaknya oli itu sendiri.

2.7.4 Untuk menjaga korosi dari permukaan – permukaan bantalan Baik oli atau pun gemuk/grease bisa dipakai sebagai pelumas. Aturan berikut dapat membantu dalam memutuskan pilihan diantara keduannya. Tabel 2.7 Dasar pemilihan pelumas [3].

Pemakaian gemuk/grease, apabila : Pemakaian oli, apabila : Suhu tidak lebih dari 200º F Kecepatan / temperatur tinggi Kecepatan / putaran rendah Suhu / putaran tinggi

Perlindungan yang khusus diperlukan atas masuknya benda-benda luar.

Segel penahan oli siap tersedia untuk dipakai

Konstruksi penutup sederhana Jenis bantalan tidak cocok untuk pelumasan gemuk / bebas bocor. Pemakaian operasi untuk jangka waktu

yang lama / panjang tanpa perhatian.

Bantalan dilumasi dari suatu pusat penyalur yang juga dipakai untuk bagian mesin lainnya (pelumasan isentralisir).

Pada bantalan luncur memerlukan pelumasan, macam-macam pelumasan tergantung dari besarnya jarak antara permukaan yang bergerak. Manfaat penggunaan grease dan oli bisa dibandingkan pada tabel di bawah ini :

Tabel 2.8 Keuntungan pemakaian oli sebagai pelumas

Faktor Pelumasan grease Pelumasan Oli

Struktur Housing dan Seal yang digunakan Sederhana Kompleks, sehingga membutuhkan perawatan yang khusus Kecepatan Batas kecepatannya 65 % sampai 80 % dibandingkan dengan pelumasan oli

Lebih tinggi dari batasan kecepatan

Efek Pendinginan Buruk

Adanya perpindahan panas dimungkinkan dengan adanya sirkulasi oli

Fluiditas Buruk Baik

Penggantian Pelumas secara keseluruhan

Terkadang Sulit Mudah

Pembersihan dari partikel asing

Membersihkan partikel dari grease tidak mungkin dilakukan

Mudah

Faktor kontaminasi dari luar karena kebocoran

Jarang terjadi

Sering terjadi kebocoran tanpa system sill yang baik.

Tidak cocok untuk kondisi dimana kontaminasi dari luar harus dihindarkan

2.8 Tipe Pelumasan

Berdasarkan derajat pemisahan permukaan oleh pelumas, secara umum modus pelumasan dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu [8] :

2.8.1. Pelumasan Hidrodinamis (Full-film lubrication)

Pada Full-film lubrication, permukaan sliding sepenuhnya dipisahkan oleh lapisan pelumas (film) sehingga tidak ada kontak samasekali antara kedua permukaan. Beban yang cenderung membuat permukaan berkontak ditahan oleh pelumas bertekanan diantara kedua permukaan. Jadi secara ideal tidak akan terjadi keausan dan rugi gesekan hanya terjadi pada pelumas yang mengalami geseran. Koefisien gesekan pada full-film biasanya antara 0,002 sampai dengan 0,010. Sedangkan tebal film pelumas sekitar 0,008 sampai dengan 0,02 mm.

Gambar 2.18 Tebal film Pelumasan Hidrodinamis

Pelumasan Hidrodinamis dapat dicapai jika :

 Terjadi gesekan aktif dari permukaan – permukaan yang dipisahkan

 Adanya “wedging action“ seperti terjadinya eksentrisitas pada sistim poros bantalan tersebut.

 Adanya fluida yang cocok.

2.8.2. Pelumasan Lapisan Campuran ( mixed –film)

Pada mixed film lubrication beberapa puncak permukaan

bersentuhan dan pada bagian lain terbentuk lapisan pelumas. Koefisien gesekan pada mode ini berkisar antara 0,004 s/d 0,10.

Gambar 2.19 Tebal film Pelumasan Lapisan Campuran

2.8.3. Pelumasan Batas (Bouadary)

Pada boundary lubrication, terjadi kontak yang terus menerus antara kedua permukaan, tetapi pelumas juga terus menerus melumuri permukaan. Dengan demikian koefisien gesekan menjadi rendah. Koefisien gesekan untuk mode ini biasanya sekitar 0,05 s/d 0,20.