Tugas elemen mesin 1

ROBERTUS

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDalam dunia industri, penulis sering menjumpai macam-macam bearing. Dimana bearing biasa digunakan sebagai bantalan poros supaya pada saat perpindahan daya, mengurangi terjadinya kehilangan daya akibat gesekan.

1.2 Tujuan PenulisanTujuan pertama dari penulisan ini ialah untuk memaksimalkan perolehan persentase sistem penilaian Tugas Elemen Mesin I sehingga diharapkan dapat membantu nilai UTS/UAS dan tujuan kedua ialah : Meningkatkan pemahaman tentang teori bantalan yang mana didalamnya juga terdapat perhitungan beban dan umur bantalan luncur yang telah diperoleh dalam perkuliahan. Mampu menentukan pemilihan bahan dasar yang tepat disesuaikan dengan fungsi bantalan tersebut. Mampu merencanakan sebuah bantalan luncur yang sesuai dengan subjek yang akan mengunakan bantalan luncur (poros engkol/crankshaft). Setelah membaca dan memahami teori pelepasan dan pemasangan bantalan, penulis diharapkan mampu : Menentukan dan menggunakan pelumas yang sesuai untuk bantalan dan poros dengan baik dan benar.

1.3 Batasan MasalahAgar permasalahan dalam penelitian ini tidak terlalu melebar dari tujuan yang ingin dicapai, maka perlu ditentukan batasan masalah, adapun batasan permasalahan adalah sebagai berikut: Perencanaan bantalan luncur. Perencanaan pelumasan.

1.4 Sistematika PenulisanSistematika penulisan karya tulis ini meliputi :BAB I. PENDAHULUANDalam bab ini berisi latar belakang pemilihan topik, latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika penulisan.BAB II. TEORI DASARDalam bab ini menguraikan tentang teori yang mendasar tentang bearing, pelumasan bearing dan poros.BAB III . PERENCANAAN DAN ANALISA PERHITUNGAN Dalam bab ini berisi tentang perhitungan perencanaan bantalan dan perhitungan pertencanaan pelumasan.BAB IV. KESIMPULAN Kesimpulan, dalam bab ini menjelaskan tentang kesimpulan dan saran tentang hasil dari pengujian yang telah dilakukan.DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRANBAB II TEORI DASAR

2.1 Bantalan ( Bearing )Bantalan (bearing) adalah Elemen Mesin yang digunakan untuk menumpu poros yang berbeban, sehingga putaran atau gesekan bolak baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan tahan atau memisahkan antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam. Bantalan tersebut dapat memikul beban radial, aksial dan kombinasi serta harus kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik.

A. Jenis-jenis bantalan.

a. Bantalan bola radial alur baris tunggal. b. Bantalan bola radial alur baris tunggal

c. Bantalan bola kontak sudut baris tunggal. d. Bantalan bola baris kontak sudut ganda.

e. Bantalan rol bulat ganda.f. Bantalan rol silinder baris tunggal.

g. Bantalan bola aksial arah ganda.g. Bantalan rol silinder.h. Bantalan bola aksial satu arah.

B. Klasifikasi Bantalan.a. Berdasarkan arah beban terhadap poros. Bantalan radial/radial bearing : menahan beban dalam arah radial Bantalan aksial/thrust bearing : menahan beban dalam arak aksial Bantalan kombinasi : mampu menahan kombinasi beban dalam arah radial dan arah aksial.

Gambar 1.1 Arah beban pada bantalan

Gambar 1.2 Bantalan radial

Gambar 1.3 Bantalan aksial

b. Berdasarkan gerakan terhadap poros.1. Bantalan luncura. Bantalan radial Arah beban yang di tumpu bantalan ini adalah tegak lurus terhadap sumbu poros.b. Bantalan aksialArah beban bantalan ini adalah sejajar sumbu poros.2. Bantalan gelindinga. Bantalan bolab. Bantalan peluruc. Bantalan jarum d. Bantalan rol bulat e. Bantalan rol kerucut

A. Bantalan luncurPada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.

Keuntungan Bantalan Luncur : Mudah dipasang. Baik pada putaran tinggi. Mudah dibuat. Sangat baik Pada goncangan dan getaran yang 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).

Gambar 2.0 Poros engkol (crank shaft)

1. Hal penting dalam desain bantalan luncur.a. Kekuatan bantalan. b. Pemilihan perbandingan panjang dan diameter bantalan (l/d).c. Tekanan pada bantalan.d. Harga tekanan dan kecepatan (pv).e. Tebal minimum selaput minyak pelumas. f. Kenaikkan temperature.

2. Prosedur desain bantalan luncur. a. Hitung panjang bantalan dengan memilih l/d dari tabel bantalan luncur.b. Hitung tekanan bantalan

c. Tentukan viskositas pelumas (Z) yang diperlukan. d. Hitung modulus bantalan (perbandingan): = Dengan n putaran poros.

e. Hitung ratio clearance (dari tabel) : c/d = f. Hitung koefisien gesekan :

() = : faktor koreksi = 0,002 untuk l/d dengan nilai (0,75 2,8)

g. Hitung panas yang timbul = .W.v (kg-m/min)= (kcal/min)

Dimana:

h. Hitung panas yang dapat dipindahkan :

= C.A ( )

C : koefisien perpindahan panas A : luas proyeksi = d x l: temperatur bantalan : temperatur udara

3. Catatan dalam desain. Modulus bantalan Z x n / p = k Z x n /p normal = 3k Z x n /p beban berat = 15k

Pemilihan l/d 1. Semakin kecil l/d, maka semakin rendah pula kemampuan bantalan menahan beban. 2. Semakin besar l /d , maka semakin besar pula panas yang timbul. 3. Dengan memperbesar l /d, kebocoran pelumas di ujung bantalan dapat diperkecil. 4. Semakin besar l /d, menyebabkan tekanan tidak merata. 5. Jika pelumas tidak merata, maka l /d diperkecil. 6. Semakin besar l /d, temperatur makin tinggi. 7. l/d harus ditentukan berdasarkan lokasi yang tersedia. 8. l /d tergantung dari jenis bahan bantalan, makin lunak maka l /d makin besar.

Harga koefisien perpindahan panas ( C) 1. Bantalan dengan ventilasi : 0,0007 0,0020 2. Bantalan tanpa ventilasi : 0,0002 0,0006, satuan kkal/min./

Temperatur bantalan :

( ) = 0,5 ( )

: temperatur bantalan : temperatur udara. : temperatur lapisan pelumas, tidak boleh lebih dari

B. Bantalan gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.Sifat dari Bantalan Gelinding : Gerakan awal jauh lebih kecil. Gesekan kerja lebih kecil sehingga penimbulan panas lebih kecil pada pembebanan yang sama. Pelumasan yang terus menerus yang sederhana. Kemampuan dukung yang lebih besar setiap lebar bantalan.

Kelemahan Bantalan gelinding : Kebisingan pada bantalan Bantalannya dipecah-pecah Kejutan yang kuat pada putaran bebas

a. Gesekan luncur b. Gesekan gelindingGambar 2.1 Gesekan pada bantalan luncur dan gelinding.

Kerja gesekan (kerja yang hilang) pada bantalan gelinding ditimbulkan secara bersama-sama dari : Kehilangan histerisis (peredaman bahan pada perubahan bentuk elastis). Luncuran dari badan gelinding pada sarangan dan pinggirannya. Tahan melalui benda asing (debu dan serpihan). Kerugian ventilasi (gesekan udara) pada bantalan kecepatan tinggi.

Kerja yang hilang tersebut dapat dikurangi melalui : Pendekapan yang efektif, sehingga benda asing dari luar tidak dapat masuk. Menggunakan gesekan cairan pada permukaan luncur. Jumlah dan viskositas yang cukup dari bahan pelumas dan sistem pelumas yang sesuai. Pemilihan bantalan yang sesuai dengan mesin / alat yang digunakan.

Bagian terpenting dari bantalan gelinding : Ring luar dan ring dalam Bola atau bagian yang menggelinding Ring pemisah (untuk memisahkan bola satu dengan yang lain)

c.Rumus dasar bantalanRumus yang digunakan pada saat perencanaan bantalan yaitu : Beban bantalanW = w/lDimana :W = beban batalan (kg)l = panjang bantalan (mm)w = beban persatuan panjang (kg/mm)

Tekanan bantalanp = (kg/mm2)Dimana :d = diameter poros ( mm )l = panjang bantalan ( mm )w = beban persatuan panjang ( kg / ) Tebal minimum selaput minyak Gambar 2.2 Jarak h terhadap jarak e

h = c / 2 ( (mm)Dimana :h = tebal selaput minyak (mm)D = diameter dalam (mm)d = diameter poros (mm)jarak pusat (mm) perbandingan eksentrisitas.

c = kelonggaran diametral c = D dHarga kelonggaran yang dikehendaki kira - kira sebesar 1/1000 diameter.

C. PelumasanDalam sistem transmisi pada mesin mesin yang bergerak, diperlukan suatu sistem pelumasan guna mengurangi hubungan kontak dari dua bagian yang bergerak. Apabila tidak ada pelumasan maka akan mempercepat terjadinya kerusakan pada komponen mesin tersebut.

a. Klasifikasi pelumasanSistem pelumasan dalam dunia permesinan dapat dikellompokkan menjadi dua jenis yaitu :

1. Pelumasan menurut bentuknya Pelumasan padat. Pelumasan semi padat. Pelumasan cair.2. Pelumasan menurut caranya Pelumasan tangan : Dipakai untuk beban yang ringan dan kerja yang tidak kontinu. Pelumasan tetes : Minyak diteteskan dengan jumlah yang teratur melalui sebuah katup jarum. Pelumasan sumbu : Pelumasan dengan menggunakan sumbu untuk menghisap minyak. Pelumasan percik : Minyak dari bak penampung dipercikkan dan biasanya digunakan dalam pelumasan torak, silinder motor yang mempunyai putaran tinggi. Pelumasan cincin : Pelumasan ini dengan menggunakan cincin yang digantung pada poros sehingga ikut berputar bersama poros dan mengangkat minyak dari bawah. Pelumasan pompa : Disini pompa digunakan untuk mengalirkan minyak ke bantalan karena sifat minyak yang kental. Pelimasan gravitasi : Dari sebuah tangki di atas bantalan minyak dialirkan oleh gaya beratnya sendiri.

b. Tujuan dan fungsi pelumasan1. Mengurangi daya energi pada bagian bagian mesin yang saling bergesekan.2. Untuk memelihara ukuran sebenarnya ( menahan keausan ) dari bagian mesin yang bergerak.3. Membuang kotoran kotoran yang diakkibatkan oleh pergesekan antara koponen yang bergerak

2.2 PorosPoros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk, atau sproket rantai, dan lain lain.

A. Macam-macam poros 1. GandarPoros ini hanya untuk menopang bagian mesin yang diam, berayun atau berputar, tetapi tidak menderita momen putar. Dengan demikian tegangan utamanya adalah tekukan (bending).

Gambar 2.3 Poros gandar

2. SpindelPoros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesinperkakas dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil.

Gambar 2.4 Poros spindle

3. Poros transmisi Poros macam ini mendapat beban puntiran murni, atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, pully sabuk, sproket rantai dan lain-lain.

Gambar 2.5 Poros transmisiB. Hal-hal penting dalam perencanaan poros1. Kekuatan poros. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat menahan beban yang diberikan.2. Kekakuan porosKekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam-macam mesin yang akan dilayani oleh poros tersebut. 3. Korosi Poros-poros yang sering terjadi kontak dengan fluida yang korosif, bahan-bahan tahan korosi harus dipilih.4. Bahan porosBaja khrom-nikel, baja khrom-nikel-molibden, dll.

C. Poros dengan beban puntirPoros ini mendapat pembebanan utama berupa torsi, seperti pada poros motor dengan sebuah kopling. Jika diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari pada yang dibayangkan. Tata cara perencanaan diberikan dalam sebuah diagram aliran. Hal hal yang perlu diperhatikan akan diuraikan seperti dibawah ini.

Pertama kali ambilah suatu kasus dimana daya harus ditransmisikan dan putaran poros (rpm) diberikan. Dalam hal ini perlu dilakukan pemeriksaan terhadap daya tersebut. Jika adalah daya output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah maka daya rencana (kW) sebagai patokan.

Jika daya diberikan dalam daya kuda (PS), maka harus dikalikan dengan 0,733 untuk mendapatkan daya dalam kW, sehingga :

Bila momen rencana dibebankan pada suatu diameter poros , maka tegangan geser yang terjadi adalah :

Untuk harga 5,6, ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan untuk bahan S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan dinyatakan dengan . Untuk memasukan pengaruh pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Sehingga dapat dihitung dengan :

Tabel 1.1. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, .Daya yang akan ditransmisikan

Daya rata rata yang diperlukanDaya maksimum yang diperlukanDaya normal1,2 2,00,8 1,21,0 1,5

Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros sebagai berikut :

Dimana : : 1,0 beban dikenakan secara halus.1,0 1,5 sedikit kejutan atau tumbukan.1,5 3,0 beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar

: jika diperkirakan akan terjadi pemakaian beban lentur yang harganya 1,2 2,3D. Poros dengan beban lentur murniPoros dengan beban lentur murni biasanya terjadi pada gandar dari kereta tambang dan lengan robot yang tidak dibebani dengan puntiran, melainkan diasumsikan mendapat pembebanan lentur saja. Meskipun pada kenyataannya gandar ini tidak hanya mendapat beban statis, tetapi juga mendapat beban dinamis.

E. Poros dengan beban puntir dan lentur

Dengan : = Daya rencana (HP)

= Faktor koreksi

= Daya nominal output dari motor penggerak (HP)

T = 9,74.10Dengan : T = Momen puntir (N.mm) n = putaran motor penggerak (rpm) Tegangan geser :

Maka diameter poros untuk beban puntir dan lentur :

d

Dengan : d= Diameter poros (mm)

= Tegangan geser (kg/mm)

k= Faktor korelasi

k = Faktor koreksi Tegangan geser maksimum

BAB IIIDATA DAN SPESIFIKASI

A. Data Spesifikasi Mesin Diesel Model : Dong Feng Diesel Engine R175A Tipe: Mendatar, 4 Langkah, Pendinginan Air Jumlah Silinder : Satu Silinder Diameter x Langkah (mm): 75x80 Sistem Pembakaran: Indirect Isi Silinder (cc): 353 Tenaga Maksimum (HP/rpm): 7/2600 Tenaga Kontiniu (HP/rpm): 6/2600 Daya input: 4.41 kw Daya output : 5.59 kw Sistem Pendingin: Hopper Cara Menghidupkan: Dengan Engkol Arah Putaran: Berlawanan arah jarum jam dilihat dari sisi roda penerus (FlyWheel) FlyWheel: 30 kg Ukuran (PxLxT) (mm): 589x341x463 Berat Bersih (Kg): 65

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA

a. Analisa gaya gaya Skema gaya - gaya

30 kg1324,6 kg

BA

Persamaan keseimbangan

+ RB 30

kg

kg

Beban tekanan pada pistonTekanan pembakaran motor bakar 4 langkah : Langkah kompresi 30-40 kg/ Langah kerja/usaha 80-110 kg/P = F = p x A = = 1324,6 kg

Tekanan efektif rata-rata pada piston

Volume langkah piston

=

b. Perhitungan bantalanBerdasarkan Tabel 1.2, nomor bantalan yang digunakan adalah 310 , dengan spesifikasi:Jenis bantalan : Bantalan gelinding Diameter luar bantalan (D) = 110 mm Diameter dalam bantalan (D) = 50 mm Lebar bantalan (b) = 27 mm Kapasitas nominal dinamis spesifik (C) = 4,8 kgKapasitas nominal statis (Co ) = 3,55 kg1. Perhitungan beban ekivalen Pr =X V Fr + Y Fa= 0,56. 1.1324,6+1,45.0= 741,77 kg2. Perhitungan umur nominal Factor kecepatanfn = = = = 0,004 Factor umurfh = = 0,004 = = 0,000025 Umur nominalLn= = 500.= 1,9. Umur BantalanL= = = jam= 0,0064 jam Menentukan beban rata-rata P

= 1= 741,77 kgDimana:P = 3 untuk bantalan bola = 1 karena tanpa variasi beban dan putaran.

Tabel 1. 2 Nomor bantalan gelindingTable 1.2 Harga Xr dan Ya Untuk Beban Dinamis Ekuivalen

c. Perhitungan bantalan Data spesifikasi :Daya (P) = 4.41 kwDiameter poros (d) = 50 mmPutaran mesin (n) = 2600 rpm

a. Bahan bantalan Bahan yang di gunakan = PerungguTekanan permukaan yg diizinkan = 0,7 - 2,0 kg/Faktor tekanan kecepatan yang diizinkan = 0,2Tabel 1.1 Sifat-sifat bahan bantalan luncurBahan bantalanKekerasan Tekanana maks. yang di perbolehkan (kg/)Temperatur maks. yang di perbolehkan (

Besi cor160-1800,3-0,6150

Perunggu50-1000,7-2,0200

Kuningan 80-1500,7-2,0200

Perunggu fosfor100-2001,5-6,0250

Logam putih berdasarkan Sn20-300,6-1,0150

Logam putih berdasarkan Pb15-200,6-0,8150

Paduan cadmium30-401,0-1,4250

Kelmet 20-301,0-1,8170

Padun alumunium 45-502,8100-150

Perunggu timah hitam 40-802,0-3,2220-250

b. Panjang bantalan l/d diambil dari tabel 1.2Panjang bantalan dari tabel ( no. 6 ) : 1 2 Asumsi panjang bantalan : 1,5l = 1.5 x d = 1.5 x 50 = 75 mmJadi panjang bantalan yang sebenarnya adalah 75 mm

c. Tekanan bantalan Asumsi W = 28 kg = = = 0,0074 kg/ = = = 6,8 (m/s)

Harga tekanan dapat di terima perunggu , dimana Pa = 0,7-2,0 kg/ sedangkan nilai tekanan pada perhitungan tidak melebihi batas maksimum, itu artinya masih aman untuk digunakan.

d. Harga tekanan dan kecepatan .

0,0074 kg/x 6,8 m/s

e. Viskositas pelumasDari tabel pelumas untuk tipe minyak pelumas SAE 10Temperatur udara ruang kerja = 15,5 Temperatur lapisan pelumas to = 65.Diperoleh viskositas pelumas (Z) = 0,012 kg/cm-s. 1 cp = 0,01 poise = 0,01 dyne-s/

Tabel 2.3 viskositas absolut

f. Modulus bantalan aktual

teoritis dari tabel = 28Pemeriksaan terhadap harga K minimum beban normal

= 3K dengan

K = = 9,33

Ternyata K aktual (4216,2 ) telah di atas nilai K minimum (9.33), maka bantalan aman.

g. Ratio clearance 0,0013 untuk generator, motor dan pompa sentifugal.

h. Koefisien gesekan

==

i. Panas yang timbul

= 0,13 x 4082= 530,66 kcal/min

j. Panas yang dapat dipindahkan

CA(- ) kcal/min = C .l .d. (- ) (- ) = 0,5 ( ) = 0,5 ( 65 15,5 ) = 24,75C = 0,0004 kcal/min// = 0,371 kcal/min