TUJUAN PERCOBAAN :1. Mengetahui tekanan yang terjadi dalam journal bearing.
2. Mengetahui distribusi tekanan yang terjadi pada journal bearing untuk
berbagai variasi kecepatan.
3. Mampu menganalisa pengaruh putaran poros terhadap distribusi tekanan
pada journal bearing.
Spesifikasi alat :Journal Bearing : Motor AC 0.5, HP 1420 rpm.
Diameter journal = 88 mm.
Diamater bearing = 95 mm.
Lebar journal = 86,5 min.
Beban = 3 kg.
Oli= SAE 20.
DASAR TEORI :BearingBearing banyak digunakan dalam mendesain suatu mekanisme berputar.
Tujuannya yaitu untuk memperhalus gerak putar dan mengurangi
gesekan antara dua permukaan yang bergerak relatif satu sama lain. Bearing
mempunyai beberapa jenis yaitu
1. Journal bearing
2. Rolling Bearing
Journal bearingJournal bearing merupakan pendukung beban dalam kondisi radial.
Penggunaannya dapat dipertimbangkan dari kemampuan menerima beban
yang sangat tinggi. Journal bearing terdiri dari dua bagian utama, yaitu
poros dan lubang silinder seperti pada gambar 1. Poros dikenal sebagai
journal dan lubang silinder sebagai bearing. Poros yang berbantalan luncur
dapat menghasilkan putaran yang sangat tinggi.
PRAKTIKUM JOURNAL BEARING
Gambar 1. Sebuah Journal Bearing
Pada journal bearing, permukaan pelumasannya besar, dapat
meredam ayunan, kejutan maupun kebisingan. Untuk mengurangi gesekan
antara poros dan lubang, silinder dapat dengan menggunakan pelumas.
Pelumas yang digunakan dapat dalam bentuk cair, padat maupun gas.
Jenis pelumas, akan mempengaruhi distribusi tekanan yang terjadi.
Dalam aplikasi gerakannya dapat berupa :
1. journal berputar, bearing diam
2. journal diam, bearing berputar
3. journal berputar, bearing berputar
Jenis journal bearing ada dua macam, yaitu
1. Full journal bearing,
lingkaran luar journal dibuat dengan ukuran memenuhi lingkaran dalam
bearing.
2. Partial journal bearing,
lingkaran antara journal dan bearing mempunyai clearance.
Perbedaan dari full journal bearing dan partial journal bearing dapat diiihat pada
gambar 2.
Gb 2. Full Journal Bearing Dan Partial Journal Bearing
Tekanan dapat diukur dengan menggunakan manometer. Bagian utama
dari manometer adalah tabung U yang terbuat dari plastik ataupun kaca
yang berisi fluida. Fluida yang digunakan dapat berupa air raksa, alkohol, air
dan oli. Perbedaan tekanan dapat diukur dengan :
dimana :
P : beda tekanan (kPa)
ρ : massa jenis fluida (kg,/m2)
g : percepatan gravitasi (m/s2)
h : tinggi kolom (m)
Tekanan PelumasDistribusi tekanan pelumas untuk journal bearing radial, dapat digambarkan
seperti pada gambar 3. Pada putaran tinggi dengan beban rendah,
( 1 )
putaran harus stabil. Untuk mendapatkan kondisi ini dapat digunakan
permukaan luncur yang lebih luas seperti pada gambar 4.
Gambar 3. Distribusi Tekanan Pelumas pada Radial Journal Bearing
a b c
Kemungkinan-kemungkinan untuk pembentukan baji pelumas dan pengarahan poros pada bantalan radial, a) Mangkok bantalan lingkaran bulat biasa dengan pembentukan baji pelumas melalui kelonggaran bantalan D — d, b) Mangkok dengan „kelonggaran sitsun" menghasilkan suatu bantalan permukaan ganda atau bantalan baji ganda (mangkoknya ditutup dengan suatu penutup dalam sambungannya dan tanpa penutup yang terpasang di dalam, atau dibagi oleh sebuah bus yang tidak terpisah dengan penampang tebal). c) Mangkok dengan kelonggaran sitrun „berseling" menurut Klemencic (mangkoknya dibor eksentris dan terpasang dalam posisi yang berputar), d) Bantalan permukaan tiga, dicapai melalui dudukan pres dari bus yang semula lingkaran bulat di antara tiga beban menurut Mackensen, e) Bantalan permukaan empat, f) Bantalan seginen miring radial.Gambar 4. Kemungkinan Pem-bentukan Baji Pelumas dan Pengarahan Pdros pada Journal Bearing RadialTekanan Permukaan Rata-rata
Untuk menghitung tekanan permukaan rata-rata dapat digunakan rumus
dimana :
p : tekanan permukaan rata-rata (n/m2)
F : gaya (N)
b : lebar bantalan terpakai (m)
d : diameter nominal journal bearing radial (m)
Clearance Radial/Kelonggaran BantalanKelonggaran bantalan relatif didapatkan dengan rumus :
dimana :
d2 : diameter bearing (m)
d1 : diameter journal (m)
s : kelonggaran bearing (m)
d = d1 : diameter nominal journal bearing
Kelonggaran ini sangat dipengaruhi oleh karakteristik operasi journal bearing
radial. Bila kelonggaran kecil akan dapat mengakibatkan pemanasan tinggi
pada journal bearing. Namun bila kelonggaran besar, memungkinkan
adanya penyimpangan. Nilai kelonggaran dapat dilihat pada tabel 2.
Nilai standar dari kelonggaran bantalan relatif dalam 10' untuk bantalan
logarn dalam konstruksi mesin[N/cm2) u [m/s)
<20 20 — 100>100
<200 0,3 — 0,6 0,6 — 1,2 1,2 — 2,0200 — 1000 0,6 — 1,2 1,2 — 2,0 2,0 — 3,0>1000 1,2 — 2,0 2,0 — 3,0 3,0
— 4,5
(1) Untuk bantalan mesin perkakas untuk pengarahan poros yang teliti = 0,05.. 0,25
dan Rt 1 m(2) Untuk bantalan bahan pres disebabkan
bahaya peleburan 5. Selanjutnya nilai minimal berikut tidak boleh dilampaui:Untuk bantalan plastik min 3; Bantalan besi tuang kelabu 1; Bantalan logam sinter 1,5; Bantalan logam ringan 1,3; Ultramid — B 7,5; Bantalan perunggu timah hitam 1.
Tabel 2. Nilai Standar dari Kelonggaran Bantalan Relatif dalam 10-3
untuk Bantalan Logam dalam Konstruksi MesinAngka Sommerfeld (So)Angka ini merupakan besaran tanpa dimensi yang menunjukkan
karakteristik gesekan total dari bantalan. Menurut Vogelpohl dibedakan dua
daerah
S0> 1 untuk daerah beban berat
So < 1 untuk daerah kecepatan tinggi
Besar angka Sommerfeld adalah :
dimana :
: viskositas dinamis dalam operasi (Ns/m2)
n : putaran (rps)
Gesekan
Untuk daerah beban berat menghasilkan angka gesekan :
Untuk daerah kecepatan tinggi angka gesekan :
Faktor k = 3 yang merupakan angka rata-rata untuk bantalan tertutup.
Pada putaran awal dari journal bearing radial mengalami berbagai
kondisi gesekan. Angka gesekan ditentukan dari momen gesek MR dengan :
Angka gesekan menurun dari nilai gesek o dari keadaan diam (gesekan badan
tetap) kedalam daerah gesekan campuran dengan cepat, mencapai nilai
minimum min dan kembali meningkat perlahan dalam daerah gesekan cairan.
Titik transisi dari gesekan campuran menjadi gesekan cairan terletak pada putaran
transisi. Sebuah journal bearing dapat diukur dengan benar kalau bekerja cukup
luas pada putaran transisinya, sehingga keausan karena tekanan oli sendiri yang
mendukung beban.
Tebal Film PelumasTebal film pelumas minimal yang diijinkan adalah hmin, seperti terlihat pada
gambar 6 harus cukup besar dari tebal film pelumas hou pada titik transisi, hou,
selalu lebih besar daripada kedalaman kekasaran Rt. Pada perlambatan maka
bantalan kembali memasuki daerah gesekan campuran. Kemudian karena
viskositas bahan pelumas yang rendah (bantalan panas) dan lamanya proses
perlambatan dapat diperlukan suatu pengereman.
Gambar 6. Nilai Standar Tebal Film Pelumas yang Diijinkan,Kedalaman Kekasaran dan Toleransi Bentuk menurut DIN 7182
Tebal film pelumas dapat dicari juga dengan menggunakan gambar 7.
Dimana karakteristik dari bearing perlu terlebih dahulu untuk dicari dengan :
dimana :
S : angka karakteristik bearing (tanpa dimensi)
rj : jari-jari journal (m)
c : radial clearance (m)
: viskositas absolut (reyns) (gambar 8)
n : kecepatan relatif antara journal dan bearing (dalam beberapa kasus
dinyatakan dalam rpm, namun akibatnya S'dalam detik/min, namun
secara langsung dibuat tanpa dimensi.
P : beban persatuan luas dari journal (Pa)
Tebal film pelumas dapat dicari juga dengan menggunakan gambar 7.
Dimana karakteristik dari bearing perlu terlebih dahulu untuk dicari dengan :
dimana :
S’ : angka karakteristik bearing (tanpa dimensi)
rj : jar-jari journal (m)
c : radial clearance (m)
: viskositas absolut (reyns)
n : kecepatan relatif antara journal dan bearing (dalam
beberapa kasus dinyatakan dalam rpm, namun akibatnya S' dalam
detik/min, namun secara langsung dibuat tanpa dimensi.
P : beban persatuan luas dari journal (Pa)
Besar P bisa dihitung dengan rumus :
dimana :
W : beban (N)
L : panjang bearing (m)
Gambar 7. Tebal Film Minimum terhadap Karakteristik BearingTemperature. °C
Gambar 8. Diagram Viskositas-Temperatur
Hukum PetroffPersamaan Petroff dapat digunakan untuk menentukan kerugian gesek dalam
journal bearing yang beroperasi tanpa beban. Journal dan bearing yang
digunakan adalah konsentrik. Jika beban yang terjadi kecil dan kecepatan putar
cukup tinggi, nilai tertentu dapat dicapai. Dengan menggunakan persamaan
Petroff untuk memperkirakan kerugian gesekan dilakukan beberapa langkah.
Hukum Newton.
Langkah Percobaan :1. Mengisikan oli bersih yang dianjurkan kedalam journal bearing
hingga batas ketinggian yang diberikan.
2. Memposisikan kecepatan pada tingkat kecepatan I (putaran output paling
cepat) .
3. Menyalakan motor listrik.
4. Mengukur putaran dengan menggunakan tachometer.
5. Mengusahakan posisi tachometer sedekat mungkin namun jangan sampai
bersentuhan dengan tanda yang ada.
6. Mengukur ketinggian kenaikan oli dimasing-masing pipa (ada 12 pipa atau
selang).
7. melakukan pengukuran beberapa kali (minimal 3 kali).
8. Mengulangi langkah nomor 2 - 6 dengan tingkat kecepatan yang lebih
lambat. (total ada 4 tingkat kecepatan)
Data ketinggian selang 1-12 (cm) tiap-tiap pulley:Pulley 1
RPM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 587.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02 588.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 03 586.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Avg. 587.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Pulley 2
RPM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 1087 0 0 0 0 0 3 3.5 2 0 0 0 02 1090 0 0 0 0 0 2.7 3.5 2.1 0 0 0 03 1088 0 0 0 0 0 2.8 3.5 2.1 0 0 0 0 Avg. 1088.333 0 0 0 0 0 2.83 3.5 2.07 0 0 0 0
Pulley 3
RPM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 1911 0 0 0 0 0 14.5
20.2 17.9 12.9
8.9
2.6 0
2 1912 0 0 0 0 0 13 20.9 19.1 14.1
9.6
2.1 0
3 1912 0 0 0 0 0 12.1
19.6 17.8 13.8
8.8
3 0
Avg. 1911.667
0 0 0 0 0 13.2
20.23
18.27
13.6
9.1
2.567
0
Pulley 4
RPM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 3498
4.5 0 0 0 3.6
39.5 48.1 37.5
30.7 30.7 23.3 21.5
2 3499
4.5 0 0 0 0 27.6 45.3 40.5
32.5 25.4 17.3 18
3 3497
11.5 0 0 0 0 35 38.2 34.5
27.5 22.3 14.2 17.4
Avg. 3498
6.833
0 0 0 1.2
34.03
43.87
37.5
30.23
26.13
18.27
18.97
Pertanyaan :1. Kerugian Journal Bearing :
- potensi gesekan yang terjadi cukup tinggi
- butuh energi yang lebih besar dibanding ball bearing
- cepat panas
Keuntungan :
- dapat menanggung beban yang besar dengan putaran yang cepat
- karena lapisan film oli pelumas journal bearing bertekanan membuat
mekanisme journal bearing lebih halus dan tidak berisik
2.
Pulley
Tekanan Pada Titik (Pa)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 24.60 30.39 17.94 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 114.60 175.66 158.59 118.07 79.00 22.28 0
4 59.33 0 0 0 10.42 295.47 380.84 325.57 262.48 226.89 158.59 164.67
Contoh Perhitungan:
Pulley 2 pada selang nomor 7
P= ρ. g . h
P=0.885× 9.81 ×3.5 ×10−2=30.39 Pa
3. Grafik Pulley 1 (587.3 rpm):
1 3 5 7 9 110
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
Pulley 1
Nomor Selang
Teka
nan
(kPa
)
Grafik Pulley 2 (1088.3 rpm):
1 3 5 7 9 1105
101520253035
Pulley 2
Nomor selang
Teka
nan
(kPa
)
Grafik Pulley 3 (1911.67 rpm):
1 3 5 7 9 110
20406080
100120140160180200
Pulley 3
Nomor selang
Teka
nan
(kPa
)
Grafik Pulley 4 (3498):
1 4 7 100.00
50.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00
Pulley 4
Nomor selang
Teka
nan
(kPa
)
4. Berikut adalah perbandingan grafik tekanan tiap-tiap kecepatan:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
50
100
150
200
250
300
350
400
Pulley 1Pulley 2Pulley 3Pulley 4
Perubahan tekanan terjadi karena dipengaruhi oleh beban dari poros, dan
kecepatan putaran (RPM) pada journal bearing.
5. Pulley I = 587,3 rpm
T r=π2 . μ . L .rj3 . n15. c
T r=3,142 .0,02 . 0,095 . 0,0443 . 587,315 . 0,0865
T r=0.00072231 Nm
Fhp=T f . n
63000
Fhp=0,00072231.587,3
63000
Fhp=6,73 ×10−6hp
Pulley II = 1088,3 rpm
T r=π2 . μ . L .rj3 . n15. c
T r=3,142 .0,02 . 0,095 . 0,0443 . 1088,315 . 0,0865
T r=0,00134 Nm
Fhp=T f . n
63000
Fhp=0,00134.1088,3
63000
Fhp=2,314 ×10−5 hp
Pulley III = 1911,67 rpm
T r=π2 . μ . L .rj3 . n15. c
T r=3,142 .0,02 . 0,095 . 0,0443 . 1911,6715 .0,0865
T r=0,00235 Nm
Fhp=T f . n
63000
Fhp=0,00235.1911,67
63000Fhp=7,131× 10−5 hp
Pulley IV = 3498 rpm
T r=π2 . μ . L .rj3 . n15. c
T r=3,142 .0,02 . 0,095 . 0,0443 . 349815 . 0,0865
T r=0,0043 Nm
Fhp=T f . n
63000
Fhp=0,0043.3498
63000
Fhp=2,388 ×10−4 hp6. Hal yangperlu dipertimbangkan dalam mendesain journal bearing ialah lebar
Clearance berpengaruh pada tebal lapisan oli, diameter jurnal mempengaruhi
beban yang dapat ditanggung, panjang bearing, mekanisme pelumasan agar
journal bearing dapat berjalan dengan baik, kecepatan journal, dan Torsi yang
mengakibatkan gesekan.
7. Terjadi perbedaan antara hasil percobaan dengan teoritis, hal ini terjadi
karena sewaktu percobaan factor suhu diabaikan, padahal suhu sangat
berpengaruh pada viskositas fluida. Karena viskositasnya berubah ketinggian
dan tekanan fluida akan berubah sehingga menyebabkan hasil yang diperoleh
ketika praktek berbeda dengan hasil yang diperoleh secara teoritis.
Analisa dan Kesimpulan :
Kesimpulan : Tekanan oli pada journal bearing berbeda di setiap titiknya.
Tekanan oli pada bagian atas bearing paling besar jika dibandingkan dengan titik
lain pada bearing. Hal ini terjadi karena ada celah pada journal bearing (journal
bearing parsial).
Analisa: Hasil percobaaan berbeda dengan yang teoritis, karena pada teoritis
memperhitungkan pengaruh suhu pada nilai viskositas fluida sedangkan pada
percobaan diabaikan. Kemudian tekanan di selang yang sama berbeda-beda
tergantung pada kecepatan pulley.
Daftar Pustaka :1. Sudarsono, Bambang., C Rinaldi, Andre. Mekanisme Bantalan Luncur. Tugas
Perencanaan Elemen I, Jurusan Teknik Mesin UK Petra. 1999.2. Welsh, R.J. Plain Bearing Design Handbook. Butterworths, 1983.3. Niemann, G., Budiman, Anton., Priambodo, Bambang., Elemen Mesin Jilid 1.
Penerbit Erlangga, edisi kedua, 1994.4. Aaorn, Deutchsman, Machine Design Theory and Practice, Macmillan
Publishing co., Inc, 1975.5. Plint and Partners, Journal Bearing Pressure Distribution Module.
Top Related