BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Bantalan merupakan suatu
elemen yang berfungsi mengurangi gesekan yang terjadi diantara
bagian mesin yangberputar dengan yang diam (stasioner) bantalan
dirancang untuk memperkecil keausan, dapat diganti, dan mencegah
kerusakan pada bagian mesin yang biasanya relatif mahal. Agar
bantalan dapat beroperasi sesuai dengan masa penggunaannya beberapa
faktor penting tidak dapat diabaikan seperti pelumasan, pemasangan
bantalan, dan perawatan agar sesuai dengan fungsinya. Dalam
perkem-bangannya bantalan (bearing) selalu diperbaharui,salah
satunya adalah bantalan gelinding. sedikit gesekan sehingga
temperatur pengoperasian menjadi lebih rendah. Bantalan dibuat
melalui proses manukfaktur dengan ketelitian yang tinggi. Suatu
proses yang teliti akan menghasilkan bantalan dengan kualitas
presisi yang sesuai dengan standarisasi bantalan. Bantalan harus
diperlakukan dengan teliti, dan pemeliharaan yang sesuaiakan
menjamin bahwa bantalan dapat digunakan secara maksimal sesuai
dengan masa penggunaannya
1.2 Tujuan Tugas Elemen Mesin
seperti yang telah di jelaskan di latar belakang, bantalan
gelinding/bearing adalah bagian mesin dimana bagian-bagian mesin
yang lain berputar atau bergeser. Bearing memiliki tiga fungsi
utama : 1. mengurangi gesekan 2. menahan beban. 3. Mengatur posisi
elemen yang bergerak. Gesekan adalah hambatan yang ada pada dua
permukaan yang saling bergerak bersentuhan.Jika gesekan yang
terjadi akibat gerak kedua benda terlalu besar maka dapat
merusakkan komponen mesin itu sendiri. Bearing mampu mengurangi
gesekan tersebut.Gesekan antara dua benda besarnya tergantung pada
bidang kontak dan bahan/material benda itu. Pada poros yang
berputar terjadi gesekan antara poros dan bantalan/bearing. Gesekan
yang terjadi dapat dikurangi dengan cara memperkecil bidang kontak
dengan menggunakan elemen gulir (bola atau rol) sehingga
menghasilkan rolling friction (gesekan putar). Pemilihan bahan yang
tahanan geseknya kecil juga dapat mengurangi gesekan. Pada situasi
ini gesekan yang terjadi dinamakan sliding friction (gesekan
geser). Bearingadalah bagian dari mesin yang memikul beban. Istilah
beban berarti gaya yang diterima oleh bearing. Beban yang diterima
oleh bearing dapat berupa :a. Beban yang diterima oleh poros dan
diteruskan ke bearingb. Gaya berat poros sendiri. c. Gaya tambahan
yang tercipta karena gerak poros Fungsi bearing yang ketiga adalah
mengatur posisi elemen yang bergerak, atau menahan agar bagian yang
bergerak tetap pada posisinya. Selain harus mampu menahan agar
tidak terjadi pergerakan ke satu arah atau lebih, bearing harus
memungkinkan terjadinya pergerakan ke arah yang lain.
BAB IILANDASAN TEORI2.1 BATALANBantalan/bearing adalah elemen
mesin yang menumpu poros yang mempunyai beban, sehingga putaran
atau gerakan bolak- baliknya dapat berlangsung secara halus, aman,
dan mempunyai umur yang panjang. Bearing harus cukup kokoh untuk
memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.
Jika earing tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh
sistem tidak dapat bekerja secara semestinya. Sejarah penggunaan
bantalan untuk mengurangi efek gesekan dapat ditelusuri dari hasil
penemuan kereta sederhana yang telah berumur 5000 tahun di
Euphrates di dekat Sungai Tigris. Penggunaan bantalan yang lebih
maju terlihat pada kereta Celticsekitar 2000 tahun yang lalu
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Kereta ini menggunakan
bantalan kayu dan pelumas dari lemak hewan.
Gambar 2.1 Kereta celtic dan bearing kayu yang digunakanpada
kereta celtic.Dalam sejarah modern, desain dan penggunaan bearing
yang terdokumentasi dengan baik dimulai oleh Leonardo Davinci. Dia
menggunakan roller bearing untuk kincir angin dan penggilingan
gandum. Paten pertama tentang bearing didaftarkan di Perancis 400
tahun kemudian.Selanjutnya catalog bearing pertama di dunia
diterbitkan di inggris pada tahun 1900.Saat ini, penggunaan bearing
sebagai komponen anti gesek telah digunakan secara luas dengan
variasi ukuran, variasi beban, variasi putaran yang sangat
lebar.Contoh penggunaan bantalan untuk peralatan berat
dipertambangan ditunjukkan pada Gambar 2.2. Bantalan untuk
peralatan ini haruslah mampu menahan beban yang sangat besar serta
umur teknis yang lama
Gambar 2.2 Bucket wheel excavator dan jenis bearing yang
digunakanPada excavator
1. Bantalan GelindingBantalan gelinding adalah nama lain dari
pendukung poros yang mempunyai elemen yang berputar. Elemen yang
berputar tersebut terletak antara poros dengan rumah
bantalan.Pendukung poros dengan tanpa elemen berputar disebut
dengan bantalan luncur. Secara prinsip, berdasarkan tipe elemen
yang berputar pada bantalan gelinding dapat dibedakan menjadi
antara lain :a. Bantalan bola (ball bearing) b. Bantalan tong
(barrels bearing) c. Bantalan silinder (Cylinder bearing) d.
Bantalan kerucut (taper bearing) e. Bantalan jarum (needle
bearing)Dasar-dasar bantalan gelinding yang dipakai sampai dengan
pada saat ini sebenarnya sudah sangat tua. Pada waktu itu untuk
memudahkan pemindahan benda yang sangat berat, masyarakat membuat
suatu alat yang dibuat secara tradisional yaitu dari cabang kayu
yang bulat. Batang kayu tersebut diletakkan dibawah benda, diberi
air atau lemak kemudian benda tersebut didorong dengan mudah.
Prinsip tersebut yang digunakan sampai saat ini. Pada sekitar tahun
1870, siklus industri mulai berkembang dalam sekala yang cukup
besar memacu penciptaan untuk mengganti bantalan luncur dengan
bantalan gelinding yang gesekannya lebih kecil. Industri bantalan
gelinding seperti yang sekarang terjadi tidak begitu saja muncul
sampai sekitar tahun 1900 tetapi merupakan berkat kehadiran
industri otomobil. Dalam industri ini terdapat permintaan bantalan
gelinding yang komponen standart dan dapat dipertukarkan.
BAB III PEMBAHASAN DAN PERANCANGAN
3.1 Mekanisme Kerja Bantalan Gelinding
Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding
yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur.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. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dengan bentuk dan
ukurannya merupakan suatu keharusan.Karena luas bidang kontak
antara bola dan rol dengan cincin sangat kecil, maka besarnya beban
yang dipakai harus memiliki ketahanan dan kekerasan yang sangat
tinggi.berikut kerja bantalan gelinding.
a. Membawa beban aksial
Bantalan radial mempunyai sudut kontak yang besar antara elemen
dan cincinnya, dapat menerima sedikit beban aksial. Bantalan bola
macam alur dalam, bantalan bola kontak sudut, dan bantalan rol
kerucut merupakan bantalan yang dibebani gaya aksial kecil.b.
Kelakuan terhadap putaran
Diameter d (mm) dikalikan dengan putaran permenit n (rpm)
disebut harga d.n. Harga ini untuk suatu bantalan yang mempunyai
bantalan empiris, yang besarnya tergantung pada macamnya dan cara
pelumasannya.c. Kelakuan gesekan
Bantalan bola dan bantalan rol silinder mempunyai gesekan yang
relatif kecil dibandingkan dengan bantalan yang lainnya.Untuk
alat-alat ukur, gesekan bantalan merupakan penentuan
ketelitiannya.
d. Kelakuan dalam bunyi dan getaran.
Hal ini dipengaruhi oleh kebulatan bola dan rol, kebulatan
cincin, kekerasan elemen-elemen tersebut, keadaan sangkarnya, dan
kelas mutunya. Faktor lain yang mempengaruhi adalah ketelitian
pemasangan, konstruksi mesin (yang memakai bantalan tersebut), dan
kelonggaran dalam bantalan.
3.2 Bentuk Bantalan Gelinding
1. Single row groove ball bearingsBearing 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.
Gambar,3.2.1. Baris bantalan bola alur
2. Double row self aligning ball bearingJenis 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.
Gambar, 3.2.2. Baris ganda bantalan menyelaraskan diri ball
3. Single row angular contact ball bearingBerdasarkan
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.
Gambar, 3.2.3. Baris sudut kontak bantalan bola
4. Double row angular contact ball bearingsDisamping dapat
menahan beban radial, jenis ini jgua 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.
Gambar, 3.2.4. Baris ganda sudut kontak bantalan bola
5. Double row barrel roller bearingsBearing 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.
Gambar, 3.2.5. Baris ganda bantalan rol barel6. Single row
cylindrical bearingJenis ini mempunyai dua alur pada satu cincin
yang biasanya terpisah. Eek 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 cincinya akan dengan mudah
menyesuaikan posisinya. Jenis ini mempunyai kapasitas beban radial
yang besar pula dan juga cocok untuk kecepatan tinggi.
Gambar, 3.2.6. Baris tunggal bantalan silinder
7. Tapered roller bearingsDilihat dari konstriksinya, jenis ini
ideal untuk beban aksial maupun radial. Jenis ini dapat dipisah,
dimana cincin dalamnya dipasang bersama dengan rollernya dan cincin
luarnya terpisah.
Gambar, 3.2.7. Bantalan rol tirus
8. Single direction thrust ball bearingsBearing jenis ini hanya
cocok untuk menahan beban aksila dalam satu arah saja.Elemenya
dapat dipisahkan sehingga mudah melakukan pemasangan.Beban aksial
minimum yang dapat ditahan tergantung dari kecepatannya.Jenis ini
sangat sensitif terhadap ketidak sebarisan (misalignment) poros
terhadap rumahnya.
Gambar, 3.2.8. Satu arah dorong bantalan bola. 9. Double
direction thrust ball bearingsBearing jenis ini hanya cocok untuk
menahan beban aksila dalam satu arah saja. Elemenya dapat
dipisahkan sehingga mudah melakukan pemasangan.Beban aksial minimum
yang dapat ditahan tergantung dari kecepatannya.Jenis ini sangat
sensitif terhadap ketidaksebarisan (misalignment) poros terhadap
rumahnya.
Gambar, 3.2.9. Arah dorong ganda bantalan bola 10. Ball and
socket bearingsBearing jenis ini mempunyai alur dalam berbentuk
bola, yang bisa membuat elemennya berdiri sendiri. Kapasitasnya
sangat besar terhadap beban aksial.Selain itu juga dapat menahan
beban radial secara simultan dan cocok untuk kecepatan yang
tinggi.
Gambar, 3.2.10. Bola dan soket bantalan
3.3 Kegunaan Bantalan Gelinding
Bantalan gelinding menggunakan elemen rolling untuk mengatasi
gesekan antara dua Komponen yang bergerak. Diantara kedua permukaan
ditempatkan elemen gelinding seperti misalnyan bola,rol, taper dan
lain-lain. Kontak gelinding terjadi antara elemen ini dengan
komponen lain yang berarti pada permukaan kontak tidak ada gerakan
relatif. Pada poros/as roda yang digunakan adalah bantalan
gelinding (bearing), karena bantalan gelinding mampu menahan beban
berat.Bearing di pasang di kiri dan kanan roda, serta bushing yang
di pasang di tengah. Bushing sendiri memiliki fungsi untuk menahan
bearing dan as roda agar segaris lurus (horizontal) dan tetap
stabil bila terjadi guncangan yang keras susunannya
BAB IVPERHITUNGAN BEBAN DAN UMUR BANTALAN GELINDING
4.1 Perhitungan Beban Ekivalen Beban Suatu beban yang besarnya
sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang
diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut beban
ekivalen dinamis. Jika suatu derformasi permanen, ekivalen dengan
deformasi maksimum yang terjadi karena kondisi beban statis yang
sebenarnya pada bagian dimana elemen gelinding membuat kontak
dengan cicin pada tegangan maksimum, maka beban yang menimbulkan
deformasi tersebut dinamakan beban ekivalen statis .Misalkan sebuah
bantalan membawa beban radial Fr(kg) dan beban aksial Fa (kg). maka
beban ekivalen dinamis P (kg) adalah sebagai berikut.Untuk bantalan
radial (kecuali bantalan rol silinder)Pr = XVFr + YFaUntuk bantalan
aksial P = XFr + YFaFactor F sama dengan satu untuk pembebanan pada
cicin dalam yang berputar, 1,2 untuk pembebanan pada cicin luar
yang berpuatar. Harga-harga X danY terdapat pada table 1.
Table 4.1 faktor-faktor V,X,Y, dan X0,Y0.Jenis bantalanBeben
putaran pada cicin dlamBeben putaran pada cicin luarBaris
tunggalBaris ganda
eBaris tunggalBaris ganda
Fa/VF,>eFa/VF,eFa/VFr>e
VXYXYXYXYXoYoXoYo
Bantalan bola ulur
dalamFa/C0=0,14=0,028=0,056=0,084=0,11=0,17=0.28=0,42=0,56
1
1,2
0,62,301,991,711,551,451,311,151,041,00
1
0
0,562,301,901,711,551,451,311,151,041,000,190,220,260,280,300,340,380,420,44
0,6
0,5
0,6
0,5
Bantalan bola sudute=20=25=30=35=40
1
1,20,430,410,390,370,351.000,870,760,660,57
11,090,920,780,660.550,700,670,630,600,571,631,411,241,070,930,570,680,800,951,14
0,50,420,380,330,290,26
10,840,760,660,580,52
Untuk bantalan baris tunggal, bila Fa/VFr e, X=1, Y = 0Beban
radial ekivalen statis Po (kg), dan beban aksial ekivalen statis
Poa(kg)Untuk suatu bantalan yang membawa beban radial Fr (kg) dan
beban aksial Fa (kg),Dapat ditentukan dengan persamaan berikut
Po =XoFr + YoFaPo=Fr diambil yang lebih besar
factor(4.1.1)Poa=Fa + 2,3F, tan aHarga-harga factor Xo dan Yo juga
terdapat dalam table 1.
4.2 Umur Bantalan GelindingUmur nominal bantalan L (90% dari
jumlah sempel, setelah berputar satu Juta putaran, tidak
memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding) dapat
ditentukan sebagai berikut. Jika C (kg) menyatakan beban dinamis
spesifik dan P (kg) beban ekivalen dinamis, maka faktor kecepatan
fn adalah:
untuk bantalan bola, fn=((4.2.2)untuk bantalan rol, fn=(
faktor umur adalah:untuk kedua bantalan, fh=fn(4.2.3)
umur nominal Lh adalah:untuk bantalan bola, Lh=500(4.3.4)untuk
bantalan rol, Lh= 500
dengan bertambah panjang umur karena adanya perbaikan besar
dalam mutu bahan dank arena tuntutan keandalan yang lebih tinggi,
maka bantalan modern direncanakan dengan Lh yang dikaliakan dengan
faktor koreksi. Jika Ln menyatakan keandalan umur (100-n)
(%),makaLn=a1,a2,a3,Lh(4.4.5)
Di mana:a1: adalah faktor keandalan (tabel 2). a1= 1 bila
keandalan 90(% ) dipakai seperti biasanya, atau 0,21 bila keandalan
90 (%) dipakai.a2: adalah faktor bahan. a2= 1 untuk bahan baja
bantalan yang dicairkan secara terbuka, kurang lebih= 3 untuk baja
bantalan de-gas hampa.a3: adalah faktor kerja, a3= 1 untuk kondisi
kerja normal, dan kurang dari satu untuk hal-hal berikut ini
(karena kondisi ini tidak menguntungkan umur bantalan):i. bantalan
bola, dengan pelumasan minyak berviskositas 13 (cst) atau
kurang.ii. bantalan rol, dengan pelumsan minyak berviskositas 20
(cst) atau kurang.iii. Kecepatan rendah, yang besarnyasama dengan
atau kurang 10000 (rpm) dibagi diameter jarak bagi elemen
gelinding.Jika bantalan tinggal dia, bila cicin dalam, cicin luar,
dan elemen gelinding berputar bersama sebagai satu kesatuan (tidak
ada gerakan relative antara ketiga bagian tersebut), atau bantalan
berputar dengan putara tidak lebih dari 10 (rpm), atau
berayun-ayun, maka perhitungan L tidak dilakukan. Dalam hal ini
keadaan beban dianggap statis, dan perhitungan hanya berdasarkan
pada beban ekivalen statis yang harus lebih rendah dari pada beban
nominal statisnya .
Untuk menetukan apakah umur yang dihitung perlu dihitung lagi
dengan nomor bantalan yang lain, harus dipertimbangkan berdasarkan
harga-harga standar dalam table 3.
Table 4.2 harga faktor keandalan.
Faktor keandalan (%)Lna1
909596979899L10L5L4L3L2L110,620,530,440,330,21
Table 4.3 bantalan untuk permesinan serta umurnya
Umur Ln
Faktor beban Fn 2000-4000 jam3000-15000 jam20000-30000
jam46000-60000 jam
Pemakaian jarangPemakaian tidak terus-menerusPemakaian
terus-menerusPemakaian terus-menerus dengan keandalan tinggi
1-1.1Kerja bebas tanpa tumbukanAlat listrik rumah tangga,
sepedaKonveyor, mesin pengangkat, lift, tangga berjalanPompa,poros
tranmisi, mesin pekakas, motor listrikPoros transmisi yang memegang
peranan penting, motor-motor listrik yang penting
1.1-1.3Kerja biasaGerenda tanganOtomobilMesin jahitMotor
kecil,roda gigi reduksiPompa penguras, mesin pabrik kertas, motor
utama kereta rel listrik
1.2-1.5Kerja dengan getaran atau tumbukanAlat-alat besar, unit
roda gigi dengan getaran besarpenghancur
Table 4.4 bantalan bola sudut dalam keadaan terpasang
510152025
111
1,231,361,431,481,52
0,780,55
0,72
1,791,972,082,142,21
1,240,93
0,510,470,440,420,410,800,14
tabel 4.5 nomor bantalan dan ukuranyaNomor bantalanUkuran luar
(mm)
dDBr
7303 A DB7304 A DB7305 A DB7306 A DB7307 A DB7308 A DB7309 A
DB7310 A DB7311 A DB7303 B DB 04 B DB 05 B DB7306 B DB 07 B DB 08 B
DB7309 B DB 10 B DB 11 B
DB1720253035404550554752627280901001101202830343842465054581,52222,52,52,5330,81111,21,21,21,51,5
tabel 4.6 nomor bantalan dan
ukuranyaNomorbantalanKapsiatasNominalDinamisSpesifik C
(kg)KapsiatasNominalstatisSpesifik C0(kg)
7303 A DB7304 A DB7305 A DB7306 A DB7307 A DB7308 A DB7309 A
DB7310 A DB7311 A
DB20232390335042505100620080509400110001660199030003900490061008200970011400
Nomor nominal A menyatakan , B menyatakan , dan C (ditiadakan
dari table) menyatakan NomorbantalanKapsiatasNominalDinamisSpesifik
C (kg)KapsiatasNominalstatisSpesifik C0(kg)
7303 B DB7304 B DB7305 B DB7306 B DB7307 B DB7308 B DB7309 B
DB7310 B DB7311 B
DB18902230310039004700570075008700101001500179026803600440054507000870010300
4.3 Diagram Alir Pemilihan Bantalan Gelinding
20.ulangi 9 s/d 181. Momen yang akan di transmisikan T (kg mm)
putaran poros maksimum umur bantalan yang diminta START2. Putaran
poros proporsi frekwensi 3. Bantalan a,b, diameter poros (mm)5.
Gaya langensial Kl (kg), dan arahnya. Gaya pisah Kp(kg) dan
arahnya. Gaya aksial Ka (kg) dan arahnya4. jarak titik beban dan
titik tumpu , (mm)6. Reaksi di tumpuan Fn(kg) karena Kr dan
arahnya.Reaksi di tumpuan Fn(kg) karena Kr dan arahnya.Reaksi di
tumpuan Fn(kg) karena Kr dan arahnya7.Beban radial gabungan r
(kg)Beban aksial gabungan a (kg)a8. Bantlan Aab9. nomor nominal
yang dipilih sementaraKapasitas nominal dinamis spesifikC
(kg)Kapasitas nominal statis spesifik Co (kg)10. faktor beban fw11.
factor-faktor e,V,X,Y12. Beban radial ekivalen Pr(kg)beban radial
ekivalen untuk masing-masing putaran Pr113. putaran rata-rata
(rpm)14. Beban rata-rata (kg)15.Faktor putaran faFactor umur
fh16.umurLh (h)Umur keandalan Ln (h)17.Lh atau Ln:lhnbb