Bantalan Luncur

BANTALAN LUNCUR ( SLEEDING CONTACT BEARING )

I.Pengertian Bantalan Luncur. Bantalan 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 lainnya bekerja dengan bekerja dengan baik.  baik.

II.Klasifikasi II.Klasifikasi bantalan. Pada umumya bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu : A.Berdasarkan A.Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros. 1. Bantalan Gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui melalui elemen elemen gelinding seperti seperti bola, rol, rol, dan rol bulat. bulat.

Gbr.1.Contoh Bantalan gelinding.

1

2.Bantalan Luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena  permukaan  permukaan poros ditumpu oleh permukaan permukaan bantalan dengan perantaraan perantaraan lapisan  pelumas.  pelumas.

Pada bantalan ini : -Bekerja pada permukaan pelumasan yang besar -Peredaman ayunan -Kejutan dan kebisingan -Kurang peka terhadap goncangan dan kemasukan debu (pelumasan gemuk sebagai pencegah debu).

Keuntungan Bantalan Luncur : - Mudah dipasang - Pada putaran tinggi Mudah dibuat - Pada goncangan dan getaran kuat - Jauh lebih murah dari bantalan gelinding - Memerlukan diameter pemasangan yang lebih kecil. Pada bantalan luncur tidak ada elemen lain antara bantalan dengan bagian yang bergerak. Bantalan ini dipakai pada

poros-poros yang berputar

dengan kecepatan

tinggi dan contoh pemakaiannya adalah pada poros engkol (crankshaft).

2

B.Berdasarkan B.Berdasarkan arah beban terhadap poros. 1.bantalan Radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu.

2.Bantalan 2.Bantalan Aksial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. III.Jenis bantalan luncur. Berdasarkan Berdasarkan konstruksinya, bantalan luncur terbagi menjadi 3 Jenis, yaitu: 1. Bantalan luncur radial (Jurnal bearing) Bantalan ini untuk mendukung gaya radial dari batang torak saat berputar. Konstruksinya terbagi / terbelah menjadi dua agar dapat dipasang pada  poros engkol. 2. Bantalan luncur aksial (Thrust bearing) Bantalan ini menghantarkan poros engkol menerima gaya aksial yaitu terutama pada saat terjadi melepas / menghubungkan plat kopling saat mobil berjalan. Konstruksi bantalan ini juga terbelah / terbagi menjadi dua dan dipasang pada poros jurnal bagian paling tengah.

3

Berdasarkan Berdasarkan sudut kontak bantalan dengan jurnal : 1.Full Journal Bearing. Ketika sudut kontak bantalan dengan jurnal aalah 360 derajat. 2.Partial Journal Bearing. Ketika sudut kontak bantalan dengan jurnal adalah 120 derajat. Jenis  bantalan ini memiliki memiliki gesekan gesekan yang lebih kecil dari dari full journal bearing, bearing, dan hanya dapat digunakan untuk beban satu arah. Bantalan jurnal parsial umumnya ditemukan pada as kereta api dan mobil. Bantalan Jurnal penuh dan parsial dapat disebut sebagai bantalan izin karena diameter jurnalnya lebih rendah dari bantalannya. 3.Fitted Bearing. Ketika bantalan jurnal parsial tidak memiliki izin yaitu diameter jurnal dan bantalan yang sama , maka bantalan disebut bantalan pas ( Fitted Bearing). menurut ketebalan lapisan pelumas antara bantalan dan jurnal, bantalan luncur juga dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1.Bantalan 1.Bantalan film tebal (Thick film bearing). Bantalan film tebal adalah dimana permukaan kerja bantalan  benar-benar  benar-benar terpisah dari satu sama lain dengan pelumas. Jenis bantalan ini  juga sering disebut bantalan bantalan pelumas hidrodinamik. hidrodinamik. 2.Bantalan 2.Bantalan film tipis (Thin film bearing). Bantalan film tipis adalah bantalan yang dilapisi pelumas, tapi sebagian  permukaan kerja masih saling menghubungi. Bantalan ini juga sering disebut bantalan dilumasi terbatas. 3.Bantalan tanpa film (zero film bearing). Bantalan Bantalan ini beroperasi tanpa pelumas apapun. 4.Bantalan 4.Bantalan dengan pelumas bertekanan hidrostatik atau eksternal. Bantalan ini dapat mendukung beban yang stabil tanpa gerak relatif antara  jurnal dan bantalan. Hal ini dicapai dengan cara memaksa pelumas  bertekanan eksternal eksternal antar anggota.

4

IV.Hidrodinamika pelumasan bantalan. Berikut ini adalah asumsi dasar yang digunakan dalam teori hidrodinamika pelumasan Bantalan : 1.Pelumas mematuhi hukum newton tentang viskositas aliran fluida. 2.Tekanan disumsikan konstan sepanjang ketebalan film. 3.Pelumas disumsikan bersifat incompressible Fluid. 4.Viskositas diasumsikan konstan sepanjang film. 5.Alirannya satu dimensi (dengan kemungkinan kebocoran samping diabaikan).

V.Faktor penting untuk Pembentukan tebal Oli Film . Menurut Reynold, faktor-faktor faktor-faktor ini sangat penting dalam pembentukan tebal oli film dalam hidrodinamika pelumasan bantalan, yaitu : 1.Suplai oli yang berkelanjutan (terus-menerus ada). 2.gerak relatif antara dua permukaan dalam arah tangensial kepermukaan. kepermukaan. 3.Kemampuan salah satu permukaan untuk mengambil kecenderungan kecil ke permukaan lain diarah gerak relatif . 4.Garis aksi tekanan minyak yang dihasilkan harus sesuai dengan garis kerja dari beban eksternal antara permukaan.

5

VI.Tipe Pelumasan. Berdasarkan derajat pemisahan permukaan oleh pelumas, secara umum modus pelumasan dapat dibedakan menjadi menjadi 3 jenis, yaitu : full-film lubrication, lubrication, mixed film lubrication, dan boundary lubrication.

1.Pada full film lubrication, permukaan sliding sepenuhnya dipisahkan lapisan pelumas sehingga tak ada kontak sama sekali antara kedua  permukaan. Beban yang cenderung membuat kedua permukaan berkontak ditahan oleh pelumas bertekanan diantara dua permukaan.Jadi secara ideal tidak terjadi keausan dan rugi gesekan hanya terjadi pada pelumas yang mengalami geseran. Koefisien gesekan pada full film biasanya antara 0,002 sampai 0,010, sedangkan tebal fil pelumas antara 0,008 sampai 0,02 mm.

2.Pada mixed film lubrication beberapa puncak permukaan bersentuhan dan  pada bagian lain terbentuk lapisan pelumas, Koefisien gesekan pada mode ini antara 0,004 sampai 0,10.

3.Pada boundary lubricaton terjadi kontak terus menerus antara kedua  permukaan, tetapi pelumas juga terus menerus melumuri permukaan. permukaan. Dengan demikian koefisie gesekan menjadi rendah. Koefisien gesekan untuk mode ini biasanya sekitar 0,05 sampai 0,20.

VII. Teori pelumasan Hidrodinamik. Consentric journal bearing Seperti dijelaskan sebelumnya, bahwa hydrodynamic bearing adalah  jenis bantalan sliding sliding bearing yang paling banyak banyak digunakan saat ini. Disini kita akan membahas teori pelumasan hidrodinamik dan aplikasinya pada  journal bearing. Pertama kita akan membahas journal bearing konsentris yang belum mendapat bebas antara journal dan bearing sangatlah kecil. Biasanya sekitar 1/1000 kali diameter journal. Karna itu kita dapat memodelkannya sebagai 2 buah permukaan datar sebab gap h sangat kecil sekali dibandingkan dengan radius lengkungan bearing.

6

Jika permukaan bawah dijaga tetap diam dan permukaan atas digerakkan dengan kecepatan U, maka pelumas akan mengalami geseran. Gradient kecepatn akan menyebabkan distorsi sebesar β=dx/dy. Tegangan geser yang terjadi pada elemen fluida pelumas. Adalah proporsional dengan laju geseran

yaitu :

Dimana n(efisiensi cari dewek) adalh viskositas jika tebal film h konstan maka gradient kecepatan du/dy = u/h= konstan jadi gaya yang diperlukan untuk menggerakkan plat adalah tegangan diklikan luas permukaan yaitu :

Pada gambar 11.14 ditunjukan bantalan luncur dengan sitem kordinat yang  pusatnya terletak pada tepi bantalan. dalam analisis ini dianggap bahwa  bantalan dalam keadaan diam sedangkan journal bergerak. bergerak. Dari gambar tersebut juga diketahui adanya kecepatan tangen sial U untuk bantalan dan

7

kecepatan tangensial t 2  untuk jurnal. Perhatikan bahwa arahnya berbeda akibat adanya eksentrisitas. T 2 kemudian diurai menjadi 2 komponen yaitu U2 pada arah x dan V2  pada arah y. karena sudut antara T 2 dan U2s sangat kecil sehingga nilai kosinusnya mendekati 1 maka dapat diasumsikan  bahwa U 2 = T2 adapun adanya komponen V2 pada arah y diakibatkan oleh menutup atau membukanay celah h pada saat berotasi sehingga V 2= delta h/delta x

Dengan menggunakan asumsi diatas dapat dituliskan persamaan Reynold yang menghubungkan tebal celah h, kecepatan relative antara bantalan dan  journal V2 dan U1-U2 dan tekanan fluida t sebagai fungsi 2 dimensi x dan z, serta dengan mengasumsikan bahwa journal dan bantalan adalah parallel  pada arah z dan dan viskositas n adalah adalah konstan. konstan.

Dimana U = Ut + U2

8

Solusi long bearing : Persamaan diatas hanya bisa dipecahkan secara numeric. Raimondi dan  boyd menemukan metode pemecahannya yang menggunakan berbagai grafik. Namun reynold kemudian menemukan solusi pendek untuk

 permasalahan  permasalahan tersebut dengan mengasumsikan bahwa bantalan mempunyai  panjang tak hingga pada arah z. asumsi ini mengakibatkan aliran menjadi nol

dan

ditribusi

tekanan

sepanjang

arah

z

konstan.

Dengan

 penyederhanaan  penyederhanaan ini persamaan persamaan reynold menjadi menjadi :

Solusi tersebut memberikan tekanan p pada lapisan pelumas sebagai fungsi  posisi angular sekeliling bntalan untuk dimensi d imensi tertentu dari radius journal r. radial clearance c, rasio eksentrisitas, kecepatan permukaan U, dan viskositas . ro 0 merupakan tekanan suplai pada posisi = 0 Jika p dihtung untuk rentang = 0 sampai 2pi. Karena fluida tidak dapat menahan tekanan negative yang besar tanpa kapitasi, persamaan tersebut  biasanya dievaluasi hanya untuk rentang =0 sampai pi sementara tekanan  pada belahan sisi yang laindiasumsikan laindiasumsikan sebagai ro 0. Somerfeld juga menentukan persamaan untuk beban total P pada long bearing sebagai  berikut

9

Solusi Short Bearing Dalam dunia modern, bantalan panjang (long bearing) sangat jarang digunakan karena beberapa alas an seperti batasan dimensi, pengangkutan, dsb. Rasio I/ d pada bantalan modern biasanya adalah sekitar seperermpat sampai satu. Solusi long bearing mengasumsikan bahwa tidak ada kebocoran pelumas samping pada bantalan, namun pada rasio I/d, yan kecil ini, kebocoran samping dapat merupakan faktor yang sangat signifikan. Ocvirk dan Dubois, memecahkan persamaan reynold yang melibatkan faktor kebocoran samping.

Persamaan ini juga dapat diintegrasikan diintegrasikan untk memberikan persamaan persamaan dalam  bentuk tekanan tekanan dalm lapisan lapisan pelumas sbagai sbagai fungsi teta nari dewek.

10

Persamaan ini disebut sebagai solusi ocvirk atau solusi short bearing. Persamaan ini biasanya dievaluasi untuk teta cari dewek =0 =0 sampai π dengan mengasumsikan mengasumsikan tekana sama dengan 0npada belahan sisi yang lain. Distribusi tekana p pada arah z adalah parabolik dan puncaknya pada tengah panjang bantalan l dan 0 pada z kurang lebih 1/2 . tekana p  bervariasi secara non linear pada seluruh teta dan memuncak pada kuadran 2.  Nilai teta maks pada p maks maks dapat dihitung dihitung denaga persamaan persamaan : Dan nilai p maks dapat ditemukan dengan mensubstitusikan z=0 dan  teta= teta maks pada solusi short bearing

Sudut antara arah gaya p dengan sumbu teta=π digambarkan sebagai diameter  besar

sudut

menggunakan persamaan:

11

lambing

diameter

dapat

dicari

dengan

Dan besarnya gaya resultan p sebgai fungsi parameter bantalan sebagai  berikut: Dimana kc adalah parameter tak berdimensi yang merupakan fungsi dari rasio eksentrisitas: Kemudian dengan mensubtitusikan U=πdn, dan c sama dengan c2/2, dapat diperoleh:

RUGI-RUGI DAYA DAN TORSI PADA BANTALAN LUNCUR Gambar 11.15 menunjukan lapisan fluida yang mengalami geseran antara  jurnal dengan bantalan gaya gesera yang bekerja pada tipa elemen menimbulkan torsi yang saing berlawanan T1 ada elemen yang berputar dan Ts pada elemen yang diam. Namun kedua torsi ini tidak sama besar karena danya eksentrisitas. Pasangan gaya p, 1. Bekerja pusat journal Ol dan yang lainnya bekerja pada pusat banlan Ox. Membentuk kopel dengan  besar PE sin teta. Sehingga besarnya rotating torque :

12

Perhatikan bahwa persamaan diatas = persamaan petrof untuk journal konsentrik, torsi tanpa beban, T 0. Dapat dibentuk rasio torsi stasionery pada  bantalan eksentrik eksentrik terhadap terhadap torsi tanpa beban sebagai berikut.

Rugi-rugi daya teta pada bantalan dapat dihitung dari rotating rotating rokoe Tr dan kecepatan rotasi n’ Adapun koefisien gesekan pada bantalan dapat ditentukan pada rasio antar gaya geser tangensial dan gaya normal yang bekerja P.

Perancangan Bantalan Hidrodinamik

Perancangan

bantalan

dilakukan

untuk

menemukan

kombinasi

diameter bantalan dan ataupun panjang yang dapat beropasi dengan viskositas tertentu, mempunyai clearance yang masuk akal dan dapat dibuat, serta mempunyai ratio eksentrisitas yang akan mencegah metal to

13

metal contact. Pada kondisi pembebanan yang ditentukan. Faktor beban design- bilangan OCVIRK. Pendekatan yang baik untuk memecahkan persoalan perancangan ini dilakukan dengan melakukan faktor beban. Tak berdimensi dengan yang digunakan untuk memplot dan menghitung parameter bantalan yang lain. Persamaan gaya resulltan pada solusi short bearing dapat disusun ulang untuk memyediakan faktor beban ini, sebagai berikut :

Dengan menganti faktor gaya resultan dengan tekanan rata-rata diperoleh : Suku yang berada ( adalah faktor beban yang tidak berdimensi atau  bilangan OVRICK OVRICK Gambar dibawah ini menunjukan grafik ratio eksentrisitas sebagai fungsi dari bilangan Ovrick dan juga menunjukan data eksperimental. Kurva hubungan antaran rasio eksentrisitas dengan bilangan ovrick diuat dengan melakukan kurva vitting pada data yang ada. Adapun kurva empiric dapat diaproksimasi diaproksimasi dengan :

14

Adapun perhitungan parameter-parameter bantalan lain dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan persamaan-persamaan diatas. Prosedur perancangan beban dan kecepatan biasanya sudah diketahui, jika  poros sudah dirancang untuk beban dan defleksi tertentu maka diameternya akan diketahui. Adapun panjang atau rasio I/d harus dipilih dengan  pertimbangan  pertimbangan pengemasannya. Semakin besar rasio I/d maka akan memberikan tekanan lapisan pelumas yang lebih rendah. Rasio clearance didefisinikan sebagai Cd/d. biasanya rasio clearance ini berkisar antara 0,001-0,002 dan kadang kadang sampai mencapai 0,003. Semakin besar rasio clearance akan meningkatkan faktor beban. Semakin besar bilangan ovrick akan memberikan eksentrisitas, tekanan, dan torsi yang lebih besar tetapi peningkatannya akan semakin kecil pada bilangan nilai ovrick yang semakin besar.

15

Keuntungan rasio clearance adalah aliran pelumas yang semakin besar yang akan megakibatkan pendinginan yang semakin cepat. Adapun rasio I/d yang semakin besar akan memerlukan rasio clearance yang lebih besar untuk mencegah metal to metal contact akibat defleksi poros. Bilangan ovrick dapat dipilih, sedangkan viskositas pelumas yang diperluka dapat dihitung dengan persamaan-persamaan yang sesuai. Jika dimensi poros belum ditentukan, diameter dan panjang bantalan dapat diliterasi dengan menggunakan bilangan ovrick yang diasumsikan. Jenis pelumas dipilih dengan trial and error dan viskositasnya dicari dengan menggunakan temperature temperature operasi yang diasumsikan dengan menggunakan grafik pada

gambar 11.7 . setelah bantalan dirancang analisi aliran fluida dan  perpindahan panas dapat dilakukan dengan menentukan laju pelumas yang diperlukan. Analisis ini dilakukan menggunakan beberapa metode seperti  pada machinery machinery data handbook dan dan sebagainya. sebagainya. Gambar 11.18 11.18

16

Rasio tekanan dan rasio torsi vs bilangan orvick untuk bantalan pendek. Pemilihan bilangan ovrick mempunyai efek yang signifikan terhadap rancangan. Untuk itu B.B Dubois telah menawarkan beberapa panduan dengan menyarankan nilai bilangan orvick O N = 30(epsilon 0,82) sebagai  batas atas untuk pembebanan pembebanan moderate O N = 60( epsilonnya 0,90) sebagai  batas untuk kondisi pembebanan Heavy dan O N = 90(epsilon 0,93) sebagai  batas untuk kondisi pembebanan pembebanan Severe.pada bilangan ovrick yang lebih  besar dari 30 harus diberikan perhatian ekstra untuk mengcontrol toleransi  pembuatan, defleksi dan surface finishing. untuk pembuatan bantalan secara umum akan lebih baik bila bilangan ovrick dijaga dibawah 30.

17

VII. Sifat Pelumas Meskipun terdapat banyak sifat prinsip yang sebuah pelumas sebaiknya lolos, tetapi berikut ini penting dari titik pandang subjek yang dilumasi. 1. Viskositas Ini adalah ukuran penting derajat fluiditas (daya alir) dari sebuah cairan. Ini adalah sifat fisik melalui bentuk dimana sebuah oli membentuk, mempertahankan dan memberikan ketahanan terhadap  pemisahan lapisan bantalan di bawah tekanan dan panas. Semakin  besar panas dan tekanan, semakin besar pula viskositas diperlukan dari sebuah pelumas untuk mencegah penipisan dan penyemprotan keluar dari pelapisan. Viskositas pelumas diukur oleh saybolt universal viscometer. Ini menentukan waktu yang di tentukan untuk sebuah volume standar dari oli pda temperature tertentu untuk mengalir dibawah ketinggian tertentu melalui sebuah tube (tabung) diameter dan panjang standar. Untuk mengubah saybolt universal viscositas dalam second keviskositas absolut (dalam centipoise) rumusan berikut ini bisa digunakan.

Dimana : Z = viskositas absolut pada temperatur t, dalam centipoise. S = saybolt universal viscosity, dalam seconds. ρ.t = spesifik gravity dari pelumas pada temperature t

Catatan : dapat dilihat pada tabel di atas bahwa viskositas oli menurun ketika temperaturnya meninggkat. Satuan viskositas absolut adalah poise, tetapi biasanya digunakan sebagai centipoise, 1 centipoise sama dengean 0,01 poise sama dengan 0,01 dyne.sec/cm2. Poise adalah gaya dalam dyne yang diperlukan untuk menggerakan salah satu muka dari 1 cm3 cairan dengan sebuah kecepatan/detik relatif terhadap muka yang berlawanan.

18

2. Oilines (kebasahan oleh oli) Ini adalah sifat kesatuan dari pelumas dan permukaan bantalan dalam kon-tak. Ini adalah ukuran kualitas pelumas dibawh kondisi  batas dimana metal dasar terhadap metal dicegah hanaya oleh lapisan yang terserap. Tidak ada ukuran yang mutlak daru oiliness. 3. Spesifik grafity Saat ini tidak mempunyai hubungan terhadap nilai pelumasan tetapi  berguna dalam mengubah viskositas kinematic ke viskositas absolut. Secara matematika viskositas absolut = ρ x viskositas kinematic (dalam centistokes) Dimana : ρ = spesifik grafity dari oli Spesifik grafity dari kebanyakan oli pada 15.5 c bervariasi dari 0,86 sampai 0.95. spesifik grafity pada tiap temperature yang lain t bisa diperoleh dari persamaan berikut ini :

4. Viscositas index (VI) Istilah viskositas indekx digunakan untuk menandai drajad variasi viscosi-tas dengan temperature. 5. Flash point Ini adalah temperature terendah pada mana oli untuk memberikan  penguapan yang cukup untuk mendukung penyalaan sesaat tanpa secara nyata menyalakan api terhadap oli ketika sebuah api dibawa sekitar 6 [mm] pada permukaan oli. 6. Titik api Ini adalah temperature dimana sebuah oli memberikan penguapan yang cukup untuk membakarnya secara terus menerus ketika dinyalakan. 7. Titik tuang atau titik pembekuan Ini adalah temperature dimana sebuah oli akan berhenti untuk mengalir ketika didinginkan.

19

Angka karakteristik dan modulus bantalan journal Koefisien gesek dalam design bantalan adalah sangat penting, karena ini memberikan sebuah cara untuk menentukan kerugian tenaga (power) karena gesekan bantalan. Ini telah ditunjukan oleh  percobaan bahwa koefisen gesek untuk bantalan jurnal berpelumas  penuh adalh sebuah sebuah fungsi dari tiga variabel variabel yaitu: i) ZN / p Ii) d /c Iii) l / d Oleh karena itu koefisien gesek bisa dinyatakan sebagai, μ = Ø [ ZN /p, d /c l / d ] Dimana : μ = koefisien gesek  Ø = hubungan fungsional Z = viscositas absolut pelumas dalam centipoise  N = kecepatan kecepatan journal dalam rpm P = tekanan bantalan pada luasan proyeksi bantalan L = panjang bantalan [ cm ] D = diameter bantalan [ cm ] C = perbedaan diameter bishing dan diameter journal [ cm ]

Besaran ZN/p, diistilahakan sebagai angka karakteristik bantalan (bearing characteristic number) dan adalah anka tanpa dimensi. Boundary lubrication atau pelumasan tidak sempurna berada antara r dan s pada kurva. Ini adalah daerah dimana viskositas berhenti untuk menjadi sebuah ukuran karakteristik gesekan kecuali oilness  pelumas adalah efektif dalam mencegah kontak metal ke metal sempurna dan mengauskan suku cadang. Ini

mungkin

bisa

dicatat

bahwa

bagian

pq

dari

kurva

menggambarkan kondisi operasi stabil, karena dari tiap titik stabilitas sebuah penurunan dalam viskositas z akan mengurang ZN/p. Ini akan mengakibatakan penurunan dalam koefisien gesek

20

yang diikuti oleh sebuah penurunan tempeatu bantalan yang akan mengangkat viskositas z Koefisien gesek bantalan journal

Untuk menentukan koefisen gesek untuk bantalan jurnal penuh yang dilumasi dengan baik hubungan emprik berikut ini didasarkan pada data eksperimental biasa digunakan. Koefisien gesek, 10

Μ = 33 / 10 [ ZN / p ] [ d / c ] + k Dimana Z, N, p, d, dan c mempunyai arti yang sama seperti yang didiskusikan didepan. K = faktor koreksi untuk kebocoran ujung.  Nilai operasi dari ZN / p sebaiknya dibandingkan dibandingkan dengan nilai yang diberikan dalam tabel untuk memastikan batas aman antara kondisi operasi dan titik pecahnya lapisan pelumas. Catatan : 1) Tekanan pada mana lapisan oli pecah sehingga memicu kontak metal ke metal diketahui sebagai tekanan kritis atau tekanan operasi minimum. Hal ini diperoleh melalui hubungan empiris berikut : 6

2

P = ZN / 475 x 10  [ d /c ]  [ l / l+ d] 2) Untuk tujuan desain 2

9

ZN / p [ d/ c ]  = 1,43 x 10 disebut sebagai sommrfeld number 3) Kelonggaran diametral c dalam sebuah bantalan sebaiknya cukup kecil untuk menghasilkan gradient kecepatan yang diperlukan sehingga tekanan yang terbentuk akan mendukung beban. Juga kelonggaran yang kecil keuntungan penurunan kebocoran sisi. Bagaimanapun kelebihan harus dibuat untuk toleransi manufaktur dalam journal dan bantalan bushing. Kelonggaran yang umum digunakan dalam mesin -mesin industri adalah 0,025 [mm] per cm diemeter journal. Ketebalan minimum lapisan oli bisa diasumsikan sebagai

c/ 4.

4) Ratio kelonggaran diametral dan diameter journal [ c/d] dikenal sebagai ratio kelonggaran diametral.

21

5) Jika panjang journal sama dengan diameter journal maka bantalan dikatakan sebagai bantalan persegi (square bearing ). Sebaliknya jika I/D < 1 maka disebut short bearing dan jika I/D>1 maka disebut long bearing. 6) Karena kebocoran samping pelumas dari bantalan, maka tekanan dalam lapisan adalah atmosfer pada ujung bantalan. Tekana rata-rata akan menjadi lebih tinggi untuk bearing panjang dari pada bearing pendek atau square. Oleh karna itu dari titik pandang kebocoran samping sebuah bearing dengan ratio I/D yang besar lebih disukai. Bagaiomanapun persyaratan ruang, toleransi, manufaktur dan defleksi poros lebih baik dipenuhi dengan  bearing pendek. Nilai i/d bisa diambil 1 sampai 2 untuk mesin industri umum. Dalam bantalan poros engkol ratio sering diambil kurang dari 1. Panas yang dibangkitkan dalam bantalan journal

Panas yang dibangkitkan dalam sebab bantalan adalah karena gesekan cairan dan gesekan suku cadang yang mempunyai gerakan relatif. Secara matematika matematika panas yang dibangkitkan bantalan, Hg = μ W V [Kg.m/menit] Hg = μ W V / J [kcal/menit] μ = koefisien gesek  W = beban pada bantalan V = keceatan penggesekan  N = kecepatan kecepatan journal J = persamaan panas mekanik = 427 [Kg.m/kcal] [Kg.m/kcal]

Setelah kesetimbangan panas tercapai panas akan dilepas pada permukaan luar bantalan dengan pada laju yang sama ketika panas tersebut dibangkitkan dalam lapisan oli. Jumlah panas yang dibuang akan tergantung pada perbedaan temperatur, ukurna, massa dari permukaan yang menyebarkan dan pada jumlah udara yang mengalir pada sekeliling

22

 bantalan. Bagaimanapun Bagaimanapun untuk desain bantalan yang baik luas pembuangan  panas sebenarnya sebenarnya dapat dinyatakan dinyatakan dalam istilah luas proyeksi proyeksi dari journal. Panas yang dibuang oleh bantalan Hd = C.A (tb-ta) [ kcal/ment] C = koefisien pembuangan panas. A = luasan proyeksi bantalan Tb = temperatur permukaan permukaan bantalan Ta = temperatur udara sekeliling  Nilai C telah ditentukan secara eksperimental oleh O.Lasche. Nilai tersebut  jenis bantalan, bantalan, ventilasinya, ventilasinya, dan perbedaan perbedaan tempertur. tempertur.  Nilai rata-rata rata-rata dari C untuk bantalan journal bisa diambil diambil sebagai sebagai beriukut Bantalan tidak berventilasi : 0,0002 sampai 0,0006 Bantalan berventilasi berventilasi baik : 0,0007 sampai 0,0020 Ini telah ditunjukan dalam percobaan bahwa temperatur dari bantalan (tb) kira-kira ditengah tengah antara temperatur lapisan oli (t0) dan temperatur udara luar tb-ta = 1/2 [t0-ta] Catatan: 1.Untuk deasin bantalan yang baik temperatir lapisan oli sebaiknya tidak lebih dari 60 derajat celcius jika tidak viskositas oli menurun secara cepat dan operasi bantalan akan menderita. Temperatur lapisan oli sering kali disebut operating temperatur bantalan. 2.Jika temperatur lapisan oli lebih tinggi maka bantalan tersebut didinginkan oleh sirkulasi air melaui lilitan yang dibentuk dalam bantalan. 3.Massa oli untuk embuang panas yang dibangkitkan pada bantalan dapat diperoleh melaui penyamaan panas yang dibangkitkan terhadap panas yang dikeluarkan oleh oli.

23

Prosedur desain bantalan journal

Prosedur ini dapat dipakai dalam mendesain bantalan journal ketika beban  bantalan, diameter diameter,, dan kecepatan poros poros dketahui. 1.Tentukan panjang bantalan dengan memilih ratio I/d dari tabel. 2.Periksa tekana bantalan p= W/id dari tabel untuka angka yang mungkin memenuhi. 3.Asumsikan sebuah pelumas dari tabel dan temperatur operasinya. 4.Temperatur ini sebaiknya berada diantara 26,5 dan 60 derajat celcius dengan 82 derajat celcius sebagai temperatur tinggi untuk seperti turbin uap. 5.Tentukan nilai operasi dari ZN/p untuk temperatur bantalan yang diasumsikan dan periksa nilai ini dengan nilai yang berhbungan dalam tabel untuk menentukan kemungkinan menjaga operasi lapisan fluid. 6.Asumsikan kelonggaran ratio 7.Tentuika

koefisien

gesek

c/d dengan

menggunakan

hubungan

yang

didiskusikan dalam paragraf sebelumnya. 8.Tentuikan panas yang dibangkitkan dengan persamaan dalam paragraf sebelumnya. 9.Tentukan panas yang dibuang dengan memenuhi persamaan pada  paragraf sebelumnya. sebelumnya. 10.Tentukia kesetimbangan thermal untuk melihat bahwa panas yang dibuang menjadi paling tidak sama dengan panas yang dibangkitkan. Dalam kasus panas yang dibangkitkan lebih besar dari panas yang dibuang, maka bearing harus dirancang ulang atau secara artifisial didinginkan dengan air. Bantalan journal Solid

Bantalan solid adalah bentuk palimnhg sedrhana dari bantalan journal. Ini dari sebuah blok besi tuang dengan lubang utnukmporos yang memberikan running fit (suaian jalan putar). Bagian bawah dari blok tersebut diperlebar untuk embentuk plat dasar atau alas dengan dua lubang untuk rumah baut untuk mengencangkannya pada rangka mesin. Kerugian utama dari bearing ini adalah :

24

1.Tidak 1.Tidak ada bagian penyesuaian jika aus. 2.Poros harus lolos masuk kedalam bearing secara aksial.

Karena tidak ada bagian penyesuaian keausan, oleh karena itu tipe bantalan ini digunakan jika kecepatan poros tidak sangat tinggi dan poros hanya membawa beban ringan. Bantalan Bushing

Bantalan bushing adalah bantalan solid yang diperbaiki denga

disediakan

sebuah bush dari perunggu atau metal gun. Sisi luar dari bush adalah suiaian yang bergerak dalam lubang dari casting, sementara itu sisi dalamnya adalah suaian jalan putar untuk poros. Ketika bush terauskan, maka akan mudah digantikan. Dalam bantalan kecil, gaya geseknya sendiri menahan bantalan pada posisinya tetapi utnuk poros yang memindahkan  power yang tinggi digunakan baut tanam untuk mencegah rotasi dan  pergeseran  pergeseran dari bushing. bushing. Bantalan belah (split) atau plummer blok

Sebuah bantalan split digunakan untuk poros yang berputar pada kecepatan tinggi dan membawa beban berat. Sebuah bantalan split terdiri dari landasan besi tuang yang disebut juga blok atau pedestal, metal senjata atau phosphor bronze brasses, bushing yang dibuat dalam dua bagian dan sebuah tutup besi tuang. Dua bagian dari  perunggu ditahan bersama oleh sebuah tutup dengan baut baja dan mur. mur. Kadang kadang shim / ganjal tipis disisipkan antara tutup dan landasan untuk mengatur penyesuaian karena keausan. Ketika bagian bawah aus, satu atau dua shim dilepaskan dan kemudian ditutup dikencangkan melauim  baut. Brases disediakan dengan collar atau flange pada kedua sisi untuk mencegah gerakan aksial. Untuk mencegah putarannya bersama poros, empat metoda berikut biasa digunakan :

25

1.Penyempitan 1.Penyempitan diberikan pada sisi. 2.Sebuah tonjolan sempit dibuat pada bagian atas , yang pas bagian dalam . Lubang oli ditembuskan melaui snug atau tonjolan menggunakan bor. bor. 3.Dibuat tangga segi empat pada sisi luar dan mereka dibuat untuk sesuai dengan bagian dalam lubang yang berkaitan . 4.Tangga dibuat oktagonal pada sisi luar dan mereka dibuat untuk sesuai dengan bagian dalam lubang berkaitan.

Desain tutup dan bantalan baut

Ketika digunakan bantalan split, tutup bantalan dikencangkan pada bagian atas. Beban biasanya dibawa oleh bantalan , bukan tutup, teteapi dalam  beberapa kasus, misalnya ujung bantalan penghubung split dalam mesin uap kerja ganda, beban dapat dipertimbangkan datang pada tutup ari  bantalan. Oleh karena itu tutup dan baut yang menahan kebawah harus didesain untuk beban penuh. Tutup bantalan umunya diarahkan sebagai  beam yang didukung secara sederhana , didukung olehg penahan baut kebawah dan dibebani pada pusat. Pastikan W = beban yang didukung pada pusat. A = jarak antara pusat untuk penahan kebawah L = panjang bantalan T = ketebalan tutup Kita tahu bahwa momen bending pada pusat M = W.a/4 Dan modulus penampang tutup Z = 1/6 l.t

26

2

Catatan: Ketika sebuah lubang oli dibuat pada tutup, maka diameter lubang tersebut sebaiknya dikurangkan dari panjang bantalan. Tutup bantalan tersebut sebaiknya juga diteliti untuk kekakuannya. Kita tahu unutk beam yang didukung sederhana yang dobebani pada pusat maka defleksinya 3

48 E.I

Δ = W.A

T = 0,63 a

3

√W / Ei δ

Defleksi tutup sebaiknya dibatasi sekitar

0,025 [mm]

Untuk mendesain baut penahan kebawah, beban pada masing-masing baut diambil 33% lebih tinggi dari pada beban normal pada tiap baut.

Bantalan pivot atau foot step

Sebuah tupe sederhana dari bantalan footstep sesuaimuntuk boros beban ringan yang berputar pelan. Jika poros poros tersebut terbuat dari baja, ujungnya harus dipaskan dengan permukaan baja. Poros tersebut dipandu dalam sebuah bushing gunmetal, dipres ke dalam pedestal dan doicegah dalam perputaran dengan peralatan pin. Karena keausan proporsional terhadap kecepatan penggoresan permukaan, dimana (mis, kecepatan penggoresan ) meningkat dengan jarak dari sumbu (radius) dari bantalan , oleh karena itu keausan akan berbeda pada radius yang berbeda. Karena keausan ini, distribusi dari tekanan diatas  permukaaan bantalan adalah seragam. Ini bisa dicatat bahwa keausan adalah maksimum pada radius luar dan nol pada pusat. Untuk mengkompensasi mengkompensasi keausan ujung, dua metode ini bida diterapkan. 1.Poros dilubangi pada ujungnya. 2.Poros didukung pada sebuah tumpukan cakram, ini praktik biasa untuk memberikan cakram pengganti dari material yang berbeda seperti baja dan  perunggu, sehingga sehingga cakram aus aus karena pelumasan pelumasan yang tidak tidak benar. benar.

27

Ini bisa dicatat

bahwa bantalan footstep sulit untuk melumasi ketika oli

terhisap keluar dari pusat oleh gatya sentrifugal. Dalam merancang, ini dianggap bahwa tekanan adalah tersebar seragam ke seluruh permukaan bantalan. Pastikan : W = beban yang dipindahkan diatas permukaan bantalan R = radius permukaan bantalan / poros A = luas penampang permukaan bantalan P = tekanan bantalan per satuan luas permukaan bantalan antara permukaan yang menggores μ = koefisien gesek   N = kecepatan kecepatan poros [rpm]

Ketika tekana didistribusikan secara merata diatas luasan bantalan maka P = W /A 2

P = W / π R 

Dan total torsi gesekan T = 2/3 μ WR  Jadi tenaga kuda yang hilang dalam gesekan P = 2π NT / 4500 [Hp] Dimana T = torsi [Kg.m]

Bantalan collar

Dalam sebiah bantalan collar, poros memanjang melewati bantalan. Poros tersebut bisa vertikal maupun horisontal dengan collar tunggal atau collar  banyak. Collar adalah juga bagian integral dari poros atau dipasangkan secara kuat ke poros. Diameter luar collar biasanya diambil 1,4 sampai 1,8 kali diameter dalam collar (diameter dalam poros). Ketebalan collar terjaga 1 /6 diameter poros dan kelonggarannya antara collar 1 / 3 diameter poros. Dalam merancang, ini diasumsikan bahwa tekanan disebarkan secara merata diatas permukaan bantalan.

28

Pastikan : W= beban yang dipindahkan diatas permukaan bantalan  N= jumlah collar collar R= radius luar collar r = radius dalam collar A = penampang permukaan bantalan P= tekanan bantalan, per satuan luas permukaan bantalan antara bantalan yang bergesekan.  N = kecepatan kecepatan poros [rpm] μ= koefisien gesek 

VIII.Bahan VIII.Bahan bantalan luncur dan sifatnya. Beberapa sifat yang dicari pada material bantalan adalah relative softness, kekuatan yang cukup, machinabillity, lubricity, ketahanan temperatur temperatur dan korosi, dan pada beberapa kasus, porositas (untuk menyerap  pelumas). Kekerasan material bantalan tidak boleh melebihi sepertiga kekerasan material yang bergesekan dengannya untuk mempertahankan embedability dari partikel abrasiv.

29

Ringkasan

Bantalan luncur (sliding bearing) atau bantalan journal bekerja dengan gesekan luncuran, beban yang bekerja bisa radial ataupun aksial (trust), bila luncuran berbentuk lingkaran (mengelilingi) maka biasa disebut sebagai  bushing atau bantalan journal. Factor yang berpengaruh dalam merancang  bantalan journal antara lain beban yang bekerja koefisien gesek antara material bantalan dan journal atau poros, pelumasan dan system  pelumasannya,  pelumasannya, dimensi bantalan, panas yang dibangkitkan akibat gesekan dan laju pembuangan panas, kerugian power akibat gesekan.

Contoh Soal 1.

Rancanglah sebiah bantalan journal untuk pompa sentrifugal dari

data-data

berikut ini : Beban pada journal = 4300 [kg] Diameter journal Kecepatan

= 15 [cm] = 900 [rpm]

Temperatur sekeliling = 15,5 derajat celcius Jenis oli

= SAE 10

Jawab : Diketahui : Beban pada journal journal = 4300 [kg] Diameter journal Kecepatan

= 15 [cm] = 900 [rpm]

Temperatur sekeliling = 15,5 derajat celcius a.

Menentukan panjang bantalan, kita temukan dari tabel 5.3 bahwa

rasio I/d

untuk pompa sentrifugal dari 1 sampai 2 diasumsikan =

1,6 Jadi

I = 1,6 x d = 1,6 x 15 = 24 [cm]

 b. Kita tahu bahwa tekanan bnatalan,  p = W / I x d 2

= 4000 / 24 x 15 = 11,1 [kg/cm ]

30

Karena tekanan bantalan untuk pompa sentrifugal bervariasi dari 7 2

sampai 14 [kg/cm ], oleh karena itu ini aman. c.

Asumsikan bahwa temperature lapisan oli pelumas (t0) = 55

derajat celcius. Dari tabel 5.2, kita temukan bahwa pada 55 derajat celcius viskositas absolut

oli SAE 10 adalah 17 [centipoise]

d. Jadi nilai, ZN/p = 17 x 900/11,1 = 1378 Dari tabel 5.3, kita temukan bahwa nilai operasi dari ZN/p = 2800 Dalam diskusi pada paragraph sebelumnya bahwa nilai minimum dari

modulus bantalan dimana lapisan oli akan pecah ditetapkan

oleh. 3K = Zn/p Jadi modulus bantalan pada titik gesekan minimum, K = 1/3 {ZN/p} = 1/3 x 2800 = 933,3 Karena nilai modulus bantalan terhitung, ZN/p = 1378 adalah > dari pada 933,3 Maka bantalan akan beroperasi dibawah kondisi hidrodinamik. e.

Dari tabel 5.3, kita temukan bahwa untuk pompa sentrifugal ratio kelonggaran, c/d = 0,0013

f.

Kita tahu bahwa koefisien gesek, 10

µ = 33 / 10 {ZN/p} {d/c} + k 10

= 33 / 10  x 1378 x 1/0,0013 + 0,002 = 0,0055 g. Panas yang dibangkitkan Hg = µ x W x V / J [kcal/menit] = µ x W / J {π x d x N x N / 100} [kcal/menit] = 21,85 [kcal/menit] [kcal/menit] Dimana : V = π x d x N / 100 [m/menit] h. Panas yang dibuang Hd = C x A (t b - ta) [kcal/menit] = C x l x d (t b - ta) [kcal/menit] Kita tahu bahwa,

31

t b - ta = ½ (to - ta) = 1/2 (55 –  (55 –  15,5)  15,5) = 19,75 derajat celcius Dan untuk bantalan berventilasi, 2

C = 0,00176 kcal / menit.cm . derajat celcius Jadi, Hd = 0,00176 x 24 x 15 x 19,75 = 12,51 [kcal / menit]

Ternyata panas yang dibangkitkan lebih besar dari pada panas yang dibuang sehingga menunjukan bahwa bantalan menjadi panas. Oleh karena itu  bantalan sebaiknya dirancang ulang dengan mengambil t0 = 65 derajat celcius atau bantalan sebaiknya didinginkan secara artifisial oleh air.

32