Elemen Mesin II

Bantalan (Bearing)

Nama : Rifki ilyandi

Nim : 0807132800

Program Studi Teknik Mesin S1

Universitas Riau

Bantalan (Bearing)

PendahuluanBantalan (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.

• Keuntungana. 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.

• Kekurangana. Lebih berisik pada kecepatan yang sangat

tinggi.b. Biaya awal yang lebih tinggi.c. Desain yang lebih rumit.

Tipe bantalan gelinding dan penerapannya.

1. Single row groove ball bearings

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.

Desain Jurnal Bearing

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 c = D – d

• 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 ketidaksempurnaanPelumasan 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

• Berikut adalah patokan design value dari journal bearing

• 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) V = rubbing velocity of bearing (m/s) =

• Panas yang dibuang ke lingkungan (heat dissipated by bearing) adalah

• Harga C

• Selisih temperatur bearing (tb) dan udara (ta) adalah setengah dari temperatur film (t0) - temperatur udara (ta).

• Temperatur desain bearing umumnya 60oC• Sedangkan panas yang mampu dibuang lubricant adalah

m

Prosedur Desain Journal BearingProsedur ini berlaku jika beban, diameter poros dan putaran

poros diketahui1. Menentukan panjang bearing dari tabel jenis machinery l/d2. 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 machinery5. Menentukan c/d (tabel machinery)6. Menentukan koefisien gesek7. Menentukan panas yang dihasilkan 8. Menentukan panas yang dibuang9. 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.– Heat dissipation coefficient = 1232 W/m2/°C.

Jawab• W = 20 000 N ; N = 900 r.p.m. ; t0 = 55°C ; Z = 0.017 kg/m-s ;

ta = 15.5°C ; p = 1.5 N/mm2 ; t = 10°C ; C = 1232 W/m2/°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 mm2. 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

4. Clearance ratio (tabel machinery) c/d = 0,0013

5. Koefisien gesek

6. Panas yang dihasilkan

7. Panas yang dibuang

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

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

• Qt harus sama dengan selisih panas yang tidak tercover

DAFTAR PUSTAKA

- file.upi.edu- wahyukurniawan,.web.id- wikipedia

“TERIMA KASIH”