BANTALAN PDF

Preview

Summary

BANTALAN A. PENGERTIAN Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang peranan cukup penting, karena berfungsi untuk menumpu sebuah poros sehingga poros dapat berputar tanpa mengalai gesekan yang berlebihan dan putaran gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus dan am...

Description

BANTALAN A.

PENGERTIAN Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin yang memegang

peranan cukup penting, karena berfungsi untuk menumpu sebuah poros sehingga poros dapat berputar tanpa mengalai gesekan yang berlebihan dan putaran gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus dan aman. Bantalan harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Umumnya bantalan dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu: 1. Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros. a. Bantalan luncur Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara permukaan poros (tap) dengan permukaan bantalan. Guna melicinkan gesekan-gesekan tersebut digunakanlah minyak pelumas sebagai lapisan perantaranya.

Gambar-1 Bantalan luncur b. Bantalan gelinding Pada bantalan ini, terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol, rol jarum dan rol bulat.

Gambar-2 Bantalan gelinding

1

Balls or rollers Fixed element

Fixed element

Moving element

(a) Sliding contact bearing

Moving element

(b) Rolling contact bearing

Gambar-3 Slidding dan roliing contact bearing 2. Berdasarkan beban yang bekerja pada bantalan: a. Bantalan aksial disebut trust bearing, yaitu arah beban yang ditumpu bantalan adalah sejajar dengan sumbu poros. b. Bantalan radial disebut jurnal bearing, dimana arah beban yang ditumpu bantalan adalah tegak lurus terhadap sumbu poros. c. Bantalan aksial radial atau disebut dengan bantalan khusus, dimana beban yang ditumpu oleh bantalan mempunyai arah sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros. Moving element

F

Fixed element

F

Fixed element

(a) Bantalan aksial

Moving element

(b) Bantalan radial

Gambar-4 Bantalan aksial dan radial

2

B.

BANTALAN LUNCUR Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban

besar, konstruksinya sederhana, serta dapat dibuat dan dipasang dengan mudah. Karena gesekannya besar pada waktu awal jalan, maka bantalan ini memerlukan momen awal yang besar dan memerlukan pelumasan yang tidak sederhana. Panas yang timbul akibat gesekan cukup besar, terutama pada beban yang besar memerlukan pendinginan khusus. Karena adanya lapisan pelumas, bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran, sehingga hampir tidak bersuara. Tingkat ketelitiannya tidak setinggi bantalan gelinding, sehingga harganya lebih murah. Pada umumnya konstruksi bantalan luncur berbentuk silinder atau silinder yang dibelah dua yang pada bagian dalamnya biasanya dilapisi oleh bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti : a) Mempunyai kekuatan yang cukup untuk menahan beban statis dan beban dinamis. b) Tahan aus. c) Mampu membenamkan kotoran atau partikel-partikel halus. d) Dapat menyesuaikan diri terhadap lenturan poros atau geometri poros. e) Tahan korosi. f) Koefisien gesek yang rendah. g) Mempunyai ketahanan terhadap pengelupasan lapisan. Ada beberapa jenis bahan yang biasa digunakan sebagai lapisan pada rangka bantalan, yaitu paduan timah putih (Tin base alloy) dan paduan timah hitam (Lead base alloy). Paduan ini biasa disebut logam putih (white metal) atau logam Babbitt. Logam Babbitt ini relatif lunak, sehingga untuk meningkatkan kemampuannya dalam menumpu beban maka harus ditumpu oleh rangka bantalan (bearing shell) yang lebih kuat. Rangka bantalan biasanya terbuat dari Baja, Besi cor atau paduan Tembaga. Logam Babbitt ini kemudian dilapiskan pada permukaan dinding dalam dari rangka bantalan dengan cara pengecoran, pengelasan, metal spray atau elektro plating. Lapisan babbit ini harus dapat melekat dengan kuat pada rangka bantalan. Kekuatan ikatan antara logam babbit dan rangka bantalan dapat dicapai dengan baik jika preparasi dari permukaan rangka bantalan dilakukan dengan sempurna. Logam putih dikenal sebagai bahan yang paling baik untuk bahan bantalan karena kekerasannya yang lebih rendah (23 - 33 HV ) dari shaft serta mempunyai 3

sifat mampu bentuk dan mampu benamnya yang lebih baik dibanding dengan material-material lain yang digunakan sebagai bantalan. Logam ini digunakan secara luas pada mesin-mesin diesel kapal laut, turbin, alternator dan peralatanperalatan yang berputar. Logam putih dibagi kedalam 3 type yaitu : High tin-alloy, high lead-alloy dan intermediate alloy. Logam putih atau babbitt ini pertama kali ditemukan pada tahun 1839 oleh Isaac Babbitt yang membuat komposisi sekitar : Sn = 89 %, Sb = 9 % dan Cu = 2 %.

(a) Bantalan radial polos (b) Bantalan radial berkerah (c) Bantalan aksial berkerah (d) Bantalan aksial (e) Bantalan radial ujung (f) Bantalan radial tengah

Gambar-5 Jenis-jenis bantalan luncur Keuntungan penggunaan bantalan luncur adalah: -

Mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban geser.

-

Dapat dibuat dan dipasang dengan mudah,

-

Mudah menggantinya bila aus,

-

Dapat meredam getaran dan tumbukan sehingga hampir tidak bersuara.

Kelemahannya : -

Memerlukan momen awal yang besar,

-

Pelumasannya tidak begitu sederhana (agak rumit).

-

Gesekan besar pada awal putaran.

-

Panas yang timbul dari gesekan besar sehingga memerlukan pendinginan khusus.

4

Cara Pelumasan Untuk Bantalan Luncur: a) Pelumasan tangan, b) Pelumasan tetes, c) Pelumasan pompa, d) Pelumasan grafitasi, 1. Perencanaan Bantalan Luncur Radial Beberapa petunjuk yang harus diikuti: a. Jika beban bantalan dan putaran poros diberikan: -

Periksa apakah beban perlu dikoreksi.

-

Tentukan beban rencana

-

Pilihlah bahan bantalan,

-

Tekanan bantalan yang diizinkan, diturunkan secara empiris.

-

Tentukan panjang bantalan (l).

-

Periksa bahan bantalan dan tentukan diameter poros sedemikian rupa hingga tahan terhadap lenturan.

-

Periksa juga tekanan bantalan dan (l / d).

b. Bila diameter poros sudah ditentukan terlebih dahulu: -

Mulailah dengan kekuatan bantalan.

-

Selanjutnya periksa tekanan bantalan,

-

Harga pν dan ( l / d ).

a. Kekuatan Bantalan Jika terdapat suatu beban yang terbagi merata dan bekerja pada bantalan dari sebelah bawah, seperti gambar-6 dengan panjang bantalan l (mm), beban persatuan panjang w (kg/mm) dan beban bantalan F (kg), reaksi pada titik tumpuan dihitung, maka: F  w

Besarnya momen lentur maksimum yang ditimbulkan oleh gaya-gaya diatas adalah:

M

w  2 F    2 2

Sedangkan momen tahan lentur untuk lingkaran pejal Z adalah:

Z

  d3 32

5

F

½F

½F F

Gambar-6 Bantalan radial ujung dan radial tengah Jika  a adalah tegangan lentur yang diijinkan, maka: M  a  Z

   d3 F   a   2  32

  

  a   d3  a  d3   min 16F 5,1F



d3

5,1F   a

(i)

Untuk bantalan radial tengah seperti pada gambar, ambil L = 1,5l, dan pandanglah suatu batang yang ditumpu kedua ujungnya, maka: M

F  L 1,5F    8 8

M  a  Z

   d3 1,5F     a   8  32 

a  d3   max  1,9F

d3

   (ii)

1,9F   a

6

b. Pemilihan l/d Untuk bantalan luncur, perbandingan antara panjang dan diameternya adalah sangat penting sehingga dalam perencanaan perlu diperhatikan hal-hal berikut: -

Semakin kecil l/d, semakin rendah kemampuannya untuk menahan beban.

-

Semakin besar l/d, semakin besar panas yang timbul karena gesekan.

-

Dengan memperbesar l/d kebocoran pelumas pada ujung bantalan dapat diperkecil.

-

Harga l/d yang terlalu besar akan menyebabkan tekanan yang tidak merata, sebaiknya digunakan harga menengah. Jika kelonggaran antara bantalan dan poros akan diperkecil atau jika sumbu poros agak miring terhadap sumbu bantalan maka l/d harus dikurangi.

-

Jika pelumas kurang dapat diratakan dengan baik ke seluruh permukaan bantalan, harga l/d harus dikurangi.

-

Semakin besar l/d, temperatur bantalan juga akan semakin tinggi, hal ini dapat membuat lapisan bantalan meleleh.

-

Untuk menentukan l/d dalam merencana, perlu diperhatikan berapa besar ruangan yang tersedia di dalam mesin.

-

Harga l/d juga tergantung pada kekerasan bahan bantalan, bahan lunak memerlukan l/d yang besar.

Harga l/d yang umum dipakai terletak antara 0,4 ~ 4,0 atau lebih baik antara 0,5 ~ 2,0. Jika l/d melebihi 2,0 maka tekanan permukaan terjadi secara lokal (tidak merata) sehingga lubang bantalan perlu dibuat tirus. Harga yang terlalu kecil sebaliknya akan mengurangi kemampuannya membawa beban. Untuk l/d yang kecil lebih cocok untuk bantalan gelinding. c. Tekanan Bantalan Tekanan bantalan adalah beban radial dibagi luas proyeksi bantalan, yang besarnya sama dengan beban rata-rata yang diterima oleh permukaan bantal, dinyatakan dalam p ( kg/mm2). p

dengan ;

W .d

d = diameter poros (mm) l = panjang bantalan (mm).

7

Jika p diganti dengan pa dan F dikeluarkan dari persamaan (i), maka pada bantalan ujung diperoleh persamaan:

  d

1 a 5,1 p a

dan untuk bantalan tengah diperoleh persamaan:

 1 a  d 1,9 p a Maka dari persamaan diatas untuk taksiran harga l/d dapat diperoleh. Harga tekanan yang diizinkan pa tergantung pada bahan bantalan seperti diperlihatkan pada tabel berikut: Tabel-1 Sifat-sifat bahan bantalan luncur Kekerasan

Bahan Bantalan

HB

Tekanan maksimum

Temperatur

yang diijinkan Pa

maksimum yang

2

o

(kg/mm )

diijinkan ( C)

Besi cor

160 – 180

0,3 – 0,6

150

Perunggu

50 – 100

0,7 – 2,0

200

Kuningan

80 – 150

0,7 – 2,0

200

Perunggu fosfor

100 – 200

1,5 – 6,0

250

Logam putih berdasar Sn

20 – 30

0,6 – 1,0

150

Logam putih berdasar Pb

15 – 20

0,6 – 1,8

150

Paduan Cadmium

30 – 40

1,0 – 1,4

250

Kelmet

20 – 30

1,0 – 1,8

170

Paduan Alumunium

45 – 80

2,8

100 – 150

Paduan timah hitam

40 – 80

2,0 – 3,2

220 – 250

d. Tekanan Bantalan Pada celah antara permukaan poros dan bantalan terdapat selaput minyak tipis. Selaput minyak ini bergerak karena tertarik oleh permukaan yang bergerak serta karena kekentalannya. Tegangan geser  (dyn/cm2) dari minyak dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

  Z1.R Dimana; Z1 = viskositas minyak pelumas (dyn.s/cm2 = poise = P), R = kecepatan selaput minyak per satuan tebal selaput (cm/s)

8

A

Ft

h

ν

Gambar-7 Elemen sembarang dari selaput minyak pelumas Lapisan tipis dari selaput minyak seperti gambar-7, dengan gaya tarik Ft (dyn) yang bekerja secara tangensial pada luas A (cm2) maka; 

Ft A

Jika kecepatan permukaan atas selaput tersebut adalah ν (cm/s) dan tebalnya adalah h1 (cm), maka: R

v h1

Dari ketiga persamaan diatas maka diperoleh;

Ft v  Z1 A h1 Ft  Z1  A 

v h1

Gambar-8 Poros yang diselubungi selaput minyak secara merata Pada bantalan yang menahan beban ringan dan putaran sangat tinggi maka poros akan terangkat oleh selaput minyak sedemikian tinggi hingga sumbunya akan berimpit dengan sumbu bantalan dan tebal selaput minyak disekeliling poros akan merata seperti gambar-8. Jika putaran poros n (radian per detik), kelonggaran (clearance) antara permukaan bantalan dan poros c (mm), tebal 9

selaput minyak pelumas h (mm), panjang bantalan l , A  h1 

d , 1000

v

dn , 60

c  10 maka: 2

   Z d dn   2 Ft   1   10 c       2  

 2 2 .Z1.d2 .n.    10 2 Ft    c  



Ft dalam dyn

Maka besarnya gaya tangensial (Ft’) dalam kg, adalah:

 2 2 .Z.d2 .N.    1,7  10 12 Ft'   c   Dimana;

Ft’ = gaya tangensial (kg) Z = viskositas minyak pelumas (cP = centi Poise) N = putaran poros (rpm)

Besarnya momen gesek T (kg.mm) adalah:

  2 .Z.d3 .N.    1,7  10 12 T   c   Persamaan ini dikenal dengan persamaan Petroff. Jika Ft’ (kg) dibagi dengan F= p.l.d, maka diperoleh kooefisien gesek sebesar:

Ft'  d  ZN   2 2    1,7  10 12 F c p Harga ZN/p yang muncul dalam persamaan diatas merupakan suatu faktor penting dalam pemilihan minyak dan harus lebih besar dari pada harga yang terdapat dalam tabel-2 Metal bantalan

 cP  rpm   ZN/p minimum  2   kg / mm 

Logam putih berdasar Sn

28000

Logam putih berdasar Pb

14000

Paduan Cd

5000

Kelmet

5000

Ag – Pb – In

3000

10

C.

BANTALAN GELINDING Bantalan gelinding adalah suatu bagian atau komponen yang berfungsi untuk

menahan/mendukung suatu poros agar tetap pada kedudukannya. Bantalan gelinding mempunyai elemen yang berputar dan bagian yang diam saat bekerja yang terletak antara poros dan rumah bantalan. Elemen gelinding seperti bola atau rol dipasang antara cincin luar dan dalam, dengan memutar salah satu cincin tersebut bola atau rol akan melakukan gerakan gelinding sehingga gesekan akan jauh lebih kecil. Karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincin sangat kecil (ketelitian tinggi), maka material yang dipakai harus memiliki ketahanan dan kekerasan yang sangat tinggi. Bantalan gelinding umumnya lebih cocok untuk beban kecil dibandingkan dengan bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya. Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut, keunggulan dari bantalan ini adalah gesekannya sangat rendah. Pelumasan juga sangat sederhana, cukup dengan gemuk, bahkan ada yang memakai sil sendiri tidak perlu pelumasan lagi. Meskipun ketelitiannya sangat tinggi, namun karena adanya gerakan elemen gelinding dan sangkar, pada putaran tinggi bantalan ini agak berisik dibandingkan dengan bantalan luncur. Keuntungan penggunaan bantalan gelinding: -

Keausan dan panas yang ditimbulkan berkurang.

-

Gesekan yang terjadi relatif konstan.

-

Pemakainan pelumas minimum.

-

Ukuran lebarnya kecil.

-

Mudah penggantiannya.

-

Ukurannya sudah distandarisasikan sehingga mudah mendapatkan.

-

Hampir tidak memerlukan perawatan.

Kerugiannya: -

Untuk beban kejut (getaran karena ketidak seimbangan komponen mesin) bantalan gelinding lebih cepat rusak.

-

Lebih sensitive terhadap debu dan kelembaban.

-

Lebih mahal karena ketelitiannya tinggi.

-

Pada putaran tinggi bantalan ini agak berisik.

11

1. Tipe Bantalan gelinding dan Penerapannya Ada tiga bagian utama pada bantalan gelinding (bearing), yaitu : a. Elemen yang berputar (ball, cylinder, barrels, taper, needle) selalu dipasang pada jarak yang telah ditentukan dan letaknya selalu dalam “sangkarnya”. b. Cincin dalam (inner ring) merupakan bagian yang berputar dan kecepatan putarnya sama dengan poros. c. Cincin luar (outer ring) merupakan bagian yang diam dan dipasang pada lubang.

(a) Ball bearing

(b) Roller bearing

(c) Radial ball bearing

(d) Trust ball bearing

Gambar-5 Bantalan gelinding dan penerapannya Bearing yang beredar sekarang terdiri dari berbagai macam bentuk dengan kelebihan dan kekurangan masing-masing. Hal yang perlu diketahui dalam pemilihan bearing antara lain: a. Mengetahui kemungkinan penyebab terjadinya kesalahan dan akibatnya. Bearing yang telah rusak akan menimbulkan bunyi yang berisik. Dengan mengetahui dan memahami penyebab kesalahan dan kesalahannya dapat digunakan sebagai dasar untuk mengatasi masalah selanjutnya. b. Mengetahui standar bearing, hal ini untuk memudahkan pemesanan/ pembeliannya jika ada penggantian bearing. Jenis-jenis bearing antara lain: a. Single row groove ball bearings b. Double row self aligning ball bearings c. Single row angular contact ball bearings d. Double row angular contact ball bearings e. Double row barrel roller bearings f. Single row cylindrical bearings g. Tapered roller bearings 12

h. Single direction thrust ball bearings i.

Double direction thrust ball bearings

j.

Ball and socket bearings

Secara umum jenis bearing dibagi berdasarkan jenis diatas, namun pada kenyataannya bentuk dan ukurannyapun bervariasi. Keadaan ini biasanya disebutkan dalam katalog yang dibuat oleh pabrik yang bersangkutan. Variasi-variasi itu biasanya adalah : -

Diameter poros

-

Lubang bearing cincin dalam

-

Lebar bearing

-

Seal

-

Cara pasang

a. Single row groove ball bearings Bearing ini mempunyai alur dalam pada kedua cincinnya. Karena memiliki alur, maka jenis ini mempunyai kapasitas dapat menahan beban secara ideal pada arah radial dan aksial. Maksud dari beban radial adalah beban yang tegak lurus terhadap sumbu poros, sedangkan beban aksial adalah beban yang searah sumbu poros.

b. Double row self aligning ball bearings Jenis ini mempunyai dua baris bola, masing-masing baris mempunyai

alur

sendiri-sendiri

pada

cincin

bagian

dalamnya. Pada umumnya terdapat alur bola pada cincin luarnya. Cincin bagian dalamnya mampu bergerak sendiri untuk menyesuaikan posisinya. Inilah kelebihan dari jenis ini, yaitu dapat mengatasi masalah poros yang kurang sebaris.

13

c. Single row angular contact ball bearings Berdasarkan konstruksinya, jenis ini ideal untuk beban radial. Bearing ini biasanya dipasangkan dengan bearing lain, baik

itu dipasang secara pararel maupun bertolak

belakang, sehingga mampu juga untuk menahan beban aksial.

d. Double row angular contact 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 tersedia tidak mencukupi.

e. Double row barrel roller bearings 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.

f. Single row cylindrical bearings Jenis ini mempunyai dua alur pada satu cincin yang biasanya ...