Tugas Elemen Mesin II (Bearing)

Elemen Mesin II

Bantalan (Bearing)

Nama : Rifki ilyandi

Nim : 0807132800

Program Studi Teknik Mesin S1

Universitas Riau

Bantalan (Bearing)

 Pendahuluan

Bantalan (Bearing) merupakan salah satu

bagian dari elemen mesin yang memegang

peranan cukup penting karena fungsi dari

bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros

agar poros dapat berputar tanpa mengalami

gesekan yang berlebihan. Bantalan harus cukup

kuat untuk memungkinkan poros serta elemen

mesin lainnya bekerja dengan baik.

Bantalan diklasifikasikan menjadi

2 bagian yaitu :

1. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros.

a. Bantalan Luncur

Pada bantalan luncur ini terjadi gesekan

luncur antara poros dan bantalan karena

permukaan poros ditumpu oleh permukaan

bantalan dengan perantara lapisan pelumas.

b. Bantalan Gelinding

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding

antara bagian yang berputar dengan bagian

yang diam melalui elemen gelinding seperti

bola, rol jarum, dan rol bulat.

2. Berdasarkan arah beban terhadap poros

a. Bantalan Radial (beban putar)

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak

lurus sumbu poros.

b. Bantalan Aksial (beban takan)

Arah beban bantalan ini adalah sejajar dengan

sumbu poros.

Keuntungan dan kekurangan bantalan gelinding

dibandingkan bantalan luncur.

• Keuntungan

a. Gesekan

kerja

lebih

kecil

sehingga

penimbulan

panas

lebih

kecil

pada

pembebanan yang sama.

b. Gesekan mula jauh lebih kecil.

c. Jumlah bahan untuk pelumasan jauh lebih

sedikit.

• Kekurangan

a. Lebih berisik pada kecepatan yang sangat

tinggi.

b. Biaya awal yang lebih tinggi.

c. Desain yang lebih rumit.

Disamping dapat menahan beban radial, jenis ini juga dapat menahan beban aksial dalam dua arah. Karena konstruksinya juga, jenis ini dapat menahan beban torsi. Jenis ini juga digunakan untuk mengganti dua buah bearing jika ruangan yang tersidia tidak mencukupi.

Bearing ini mempunyai dua baris elemen roller yang pada umumnya mempunyai alur berbentuk bola pada cincin luarnya. Jenis ini memiliki kapasitas beban radial yang besar sehingga ideal untuk menahan beban kejut

Jenis ini mempunyai dua alur pada satu cincin yang biasanya terpisah. Efek dari pemisahan ini, cincin dapat bergerak aksial dengan mengikuti cincin yang lain. Hal ini merupakan suatu keuntungan, karena apabila bearing harus mengalami perubahan bentuk karena temperatur, maka cincinnya akan dengan mudah menyesuaikan posisinya. Jenis ini mempunyai kapasitas beban radial yang besar pula dan juga cocok untuk kecepatan tinggi.

Dilihat dari konstruksinya, jenis ini ideal untuk beban aksial maupun radial. Jenis ini dapat dipisah, dimana cincin dalamnya dipasang bersama dengan rollernya dan cincin luarnya terpisaj

Jenis ini sama seperti point 8, hanya saja bearing jenis ini dapat diberi beban aksial dalam dua arah.

Tipe bantalan luncur dan penerapannya

1. Bantalan luncur silinder penuh, digunakan untuk poros-poros yang ukuran kecil berputar lambat dan beban ringan.

2. Bantalan luncur silinder memegas, digunakan pada poros-poros mesin bubut, mesin frais dan mesin perkakas lainnya.

3. Bantalan luncur blah, digunakan pada poros-poros ukuran sedang dan besar seperti bantalan pada poros engkol, bantalan poros pada roda kendaraan dan lain-lain.

4. Bantalan inside, digunakan untuk poros dengan beban yang sering berubah, misalkan bantalan poros engkol dari poros-poros presisi.

5. Bantalan luncur sebagian, digunakan untuk poros yang berputar lambat, beban berat tetapi tidak berubah-ubah. Misalkan bantalan pada mesin-mesin perkakas kepala cekam.

6. Bantalan bukan logam, digunakan untuk leher-leher poros yang memerlukan pendingin zat cair dan tidak mendapat beban berat. Pada lapisan juga berfungsi sebagai pelumas, bahan lapisan yang digunakan yaitu karet, plastik dan ebonit.

7. Bantalan luncur tranlasi, digunakan untuk blok-blok luncur gerak lurus, seperti blok luncur pada batang torak mesin uap dan blok luncur pada mesin produksi.

Istilah pada Journal Bearing

• O = pusat journal • O′ = pusat bearing. • R = radius bearing, • r = radius journal, • and

• l = panjang bearing. ‘

Diametral clearance. Selisih antara diameter bearing dengan diameter journal

• Radial clearance. Selisih antara radius bearing

dengan radius journal

• Diametral clearance ratio. Rasio antara diametral

clearance dengan diameter journal

• Koefisien gesek dalam desain bearing mempunyai

peranan

penting,

karena

berkaitan

dengan

banyaknya daya yang hilang atau berubah menjadi

gaya gesek.

• Menurut hasil percobaan, koefisien gesek untuk full

lubricated journal bearing adalah fungsi dari 3

variabel

• Koefisien gesek dinyatakan dengan

• dimana

ZN/p disebut bearing characteristic number,

yang nilainya bervariasi. Variasi koefisien gesek

terhadap operasi bernilai ZN/p tampak pada gambar

berikut.

Bagian kurva PQ menggambarkan wilayah

dari lapisan cair pelumasan. Antara Q dan R,

viskositas (Z) atau kecepatan (N) adalah rendah,

atau tekanan (p) adalah besar dimana kombinasi

ZN/p akan mengurangi ketebalan lapisan

menjadikan bagian logam menyentuh logam

kontak. Batas pelumas atau ketidaksempurnaan

Pelumasan muncul antara R dan S pada kurva.

• K = bearing modulus

• Bearing tidak boleh beroperasi pada nikai K ini,

karena peningkatan N atau p akan memecah film

sehingga terjadi metal to metal contact.

• Akibatnya terjadi high friction, wear dan heating.

• Untuk mencegah hal di atas, maka desain yang tepat

biasanya ZN/p min = 3K dan untuk beban fluktuatif,

bisa mencapai 15K

Koefisien Gesek Journal Bearing

• Nilai koefisien gesek ditemukan dengan metode empiris oleh McKee

Dimana

• N = Speed of the journal in rpm,

• p = Bearing pressure on the projected bearing area in (N/mm2_{) = Load on the journal ÷ l × d}

• d = Diameter of the journal, • c = Diametral clearance.

• k = faktor koreksi untuk kebocoran lubricant.

– Nilainya tergantung rasio length to the diameter of the bearing (i.e. l / d).

– k = 0.002 for l / d ratio of 0.75 to 2.8

• Critical Pressure of Journal Bearing

• Adalah tekanan minimum agar film tidak pecah dan tidak terjadi metal to metal contact

• Panas yang ditimbulkan Journal Bearing

• Dimana μ = Coefficient of friction,

W = Load on the bearing in N = p(l x d)

• Panas yang dibuang ke lingkungan (heat dissipated

by bearing) adalah

• Selisih temperatur bearing (t_b) dan udara (t_a) adalah setengah dari temperatur film (t₀) - temperatur udara (t_a).

• Temperatur desain bearing umumnya 60o_C

• Sedangkan panas yang mampu dibuang lubricant adalah

Prosedur Desain Journal Bearing

Prosedur ini berlaku jika beban, diameter poros dan putaran poros diketahui

1. Menentukan panjang bearing dari tabel jenis machinery  l/d

2. Memeriksa bearing pressure dari tabel yang sama, p = W/(l x d)

3. Asumsi jenis pelumas dari tabel SAE dan operating temperature (26.5°C - 60°C) dengan max temp 82°C untuk high temp installation

4. Menentukan ZN/p dan diperiksa dengan tabel machinery 5. Menentukan c/d (tabel machinery)

6. Menentukan koefisien gesek

7. Menentukan panas yang dihasilkan 8. Menentukan panas yang dibuang

9. Menentukan thermal equilibrium untuk menjamin panas yang dihasilkan sama dengan panas yang dibuang

• Jika panas yang dihasilkan > yang dibuang, dihitung ulang atau diberi pendingin (cooler)

Contoh

• Desainlah sebuah journal bearing untuk centrifugal

pump dengan data berikut :

– Diameter journal = 100 mm – Load on the journal = 20 000 N – Speed of the journal = 900 r.p.m.

– Jenis oil SAE 10, absolute viscosity pada 55°C = 0.017 kg / m-s; Ambient temperature of oil = 15.5°C

– Max bearing pressure untuk pump = 1.5 N / mm2_.

• Hitung juga massa lubricating oil untuk artificial

cooling, jika kenaikan temperatur oil dibatasi 10°C.

Jawab

• W = 20 000 N ; N = 900 r.p.m. ; t₀ = 55°C ; Z = 0.017 kg/m-s ; t_a = 15.5°C ; p = 1.5 N/mm2 _{; t = 10°C ; C = 1232 W/m}2_/°C

1. Panjang journal (l), dari tabel machinery -> centrifugal pump, l/d = 1 s/d 2. Misalnya diambil 1,6

• Maka l = 1,6 x 100 mm = 160 mm 2. Bearing pressure

• Karena tekanan kerja = 1,25 -> lebih kecil dari 1,5 (tekanan maks), maka desain aman. Sehingga nilai l dan d dianggap fix

3. Dari tabel machinery, nilai ZN/p untuk centrifugal pump = 28

maka

Karena nilai ZN/p > K, maka bearing bekerja pada kondisi hidrodinamik

5. Koefisien gesek

7. Panas yang dibuang

• Karena panas yang dibuang < panas yang dihasilkan, maka temperatur desain harus dinaikkan (Z berubah) atau

• Jumlah (massa) lubricating oil -> m • Panas yang mampu diserap :

DAFTAR PUSTAKA

- file.upi.edu

- wahyukurniawan,.web.id

- wikipedia