MAKALAH BANTALAN LUNCUR

DISUSUN OLEH NABIL ASWARNIM 09103035UNTUK MEMENUHI TUGAS MATA KULIAH ELEMEN MESIN

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUSA PUTRAJl. Raya Cisaat No.76 Sukabumi

KATA PENGANTAR

Rasa syukur yang dalam kita sampaikan ke hadirat Allah Yang Maha Pemurah, karena berkat kemurahanNya makalah ini dapat saya selesaikan sesuai yang diharapkan. Dalam makalah ini saya membahas Bantalan Luncur, suatu elemen mesin yang sangat vital dalam sebuah system pemesinan. Makalah ini dibuat dalam rangka memperdalam pemahaman masalah elemen mesin yang sangat diperlukan dalam suatu harapan mendapatkan keamanan dalam memanfaatkan teknologi terutama yang menggunakan mesin dan sekaligus melakukan apa yang menjadi tugas mahasiswa yang mengikuti mata kuliah Elemen Mesin, tentunya dalam penyusunan makalah ini sangat jauh dari kesempurnaan, kritik dan saran yang membangun sangat saya harapkan dari semua pihak.

Demikian makalah ini saya buat semoga bermanfaat,

Sukabumi,23 Mei 2011 Penyusun

Nabil Aswar

1. BANTALANBantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tak dapat bekerja secara semestinya. Jadi, bantalan dalam pemesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung, 2. KLASIFIKASI BANTALANBantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :( 1 ). Atas dasar gerakan bantalan terhadap porosa. Bantalan Luncur . Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.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.( 2 ). Atas Dasar Arah Beban Terhadap Porosa. Bantalan Radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.b. Bantalan Radial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

2. KLASIFIKASI BANTALAN LUNCURBantalan luncur dapat diklasifikasikan menurut beberapa cara :Menurut bentuk dan letak bagian poros yang di tumpu bantalan --- yaitu bagian yang disebut jurnal--- bantalan ini dapat di klasifikasikan menurut macam macamnya adalah sebagai berikut (1). Bantalan Radial. Yang dapat berbentuk silinder, belahan silinder, elips, dll.(2). Bantalan Aksial. Yang dapat berbentuk engsel, kerah Michel, dll.(3). Bantalan khusus. Yang berbentuk bola, dll.Menurut pemakaiannya terdapat bantalan untuk penggunaan umum, bantalan poros engkol, bantalan utama mesin perkakas, bantalan roda kereta api, dll.Dalam teknik otomobil bantalan luncur dapat berupa bus, bantalan logam sinter, dan bantalan plastic.3. BAHAN UNTUK BANTALAN LUNCURBahan untuk bantalan luncur harus memenuhi syarat sebagai berikut:I. Mempunyai kekuatan cukup ( tahan beban dan kelelahan )II. Dapat menyesuaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil.III. Mempunyai sifat anti las ( tidak dapat menempel ) terhadap poros jika terjadi kontak dan gesekan antara bagian logam dan logamIV. Sangat tahan karatV. Cukup Tahan ausVI. Dapat membenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalanVII. Murah harganyaVIII. Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature.

Dalam praktek, bahan yang mempunyai semua sifat diatas jarang terdapat.3.1. Bahan bahan untuk bantalan umuma. Paduan tembaga, termasuk dalam golongan ini adalah perunggu, perunggu fosfor, dan perunggu timah hitam, yang sangat baik dalam kekuatan, ketahanan terhadap karat, ketahanan terhadap kelelahan, dan dalam penerusan panas. Kekakuannya membuat bahan ini sangat baik untuk bantalan mesin perkakas. Kandungan timah yang lebih tinggi dapat mempertinggi sifat anti las .b. Logan putih, Termasuk dalam golongan ini adalah logam putih berdasar Sn ( yang biasa disebut logam babit ), dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan pada logam pendukungnya.Bahan bantalan yang konvensional ini telah mengalami perbaikan dengan memakai berbagai tambahan sekalipun ketahanannya terhadap temperature dan kelelahan serta kekuatannya menjadi berkurang. Sebagai contoh, Sb dan Cu ditambahkan untuk menaikan ketahanannya terhadap korosi, atau ditambahkan Pb untuk menambah kemampuan menyesuaikan diri terhadap perubahan bentuk. Aneka ragam bahan ini mempunyai pemakaian yang paling luas.4.2 Bahan Untuk bantalan Tanpa Pelumasan

Bahan ini mempunyai pelumasan didalamnya sehingga dapat dipakai sebagai bantalan yang melumasi sendiri. Bantalan semacam ini dipakai bila tidak memungkinkan perawatan secara biasa, yaitu:a. Jika letak bantalan tidak memungkinkan pemberian pelumas dari luar, atau jika pemakaian minyak tidak dikehendaki.b. Jika bantalan mempunyai gerakan bolak balik sehingga kemungkinan terbentuknya lapisan minyak sangat kecil.c. Untuk alat alat kimia atau pengolahan aird. Untuk kondisi khusus seperti beban besar, temperature tinggi, atau keadaan hampa.Bantalan tanpa minyak terdapat dalam bentuk bantalan plastic, bantalan yang mengandung minyak, dan bantalan dengan pelumasan zat padat.a. Bantalan plastic, adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat melumasi sendiri dengan baik. Sifatnya yang tahan korosi memungkinkan bahan inibekerja didalam air atau bahan kimia. Bahan semacam ini mempunyai koefisien gesek yang rendah mudah membenamkan kotoran, dan anti las. Plastic , jika diisi dengan bahan pelumas padat, serta gelas, atau serbuk logam, akan menjadi sangat kuat dan tahan aus sehingga dapat dipakai untuk kondisi- kondisi yang cukup berat.Keburukan adalah bahwa dalam kondisi pelumasan batas ( lapisan pelumas terlalu tipis ) akan terjadi panas gesekan yang mengakibatkan pembesaran koefisien muainya. Hal ini harus diperhitungkan dalam menentukan besar celah antara poros dan bantalan.b. Bantalan logam yang diresapi minyak. Contoh yang khas dari macam ini adalah bantalan besi cor dan logam sinter yang diresapi minyak. Dalam hal ini besi cor yang diresapi minyak dipakai besi cor berpori dengan perlakuan panas berulang kali. Bahan ini mempunyai bentuk yang mantap karena kekakuannya yang tinggi dan ketahanannya terhadap keausan.Logam sinter dbuat dari serbuk logam yang dipres, dan minyak yang diresapkan dapat tinggal didalamnya. Namun demikian, bantalan dengan bahan ini lebih cepat kehabisan minyak, dan pada kondisi yang lebih berat lebih cepat aus.c. Pelumas padat, bahan pelumas macam ini dipakai untuk keadaan khusus ( temperature tinggi , kena bahan kimia, beban besar ) diluar batas pemakainan tertentu. Bahan bantalan yang dapat dipakai sebagai bahan dasar dimana pelumas padat dibenamkan adalah : untuk temperature tinggi, besi cor dan tembaga : untuk bekerja didalam bahan kimia, bahan tahan karat , beban besar paduan kuningan kekuatan tinggi.Pelumas padat berbeda yang satu dari yang lain dalam hal unsure utama dan tambahanya, tergantung pada penggunaanya. Pelumas padat untuk temperature tinggi dapat menahan suhu sampai diatas 2000 C sebagai unsure utama terdapat grafit molibden disulfide.Pilihan lain untuk bantalan temperature tinggi adalah bantalan keramik, yang terdiri atas baja tahan panas dilapisi keramik yang terutama berupa oksida timah hitam. Bantalan ini dapat tahan temperature 5000 C sampai 8000 4.3 Bantalan luncur hidrostatikBantalan semacam ini dipakai sebagai bantalan utama pada mesin perkakas presisi tinggi, misalnya pada meja putar mesin bubut vertical besar. Bahan bantalan dapat berupa minyak atau udara . dalam hal ini , minyak atau udara dialairkan dengan tekanan kedalam celah bantalan untuk mengangkat beban dan menghindari keausan atau penempelan pada waktu mesin berputar dengan putaran sangat rendah atau waktu start dimana lapisan minyak yang ada tidak atau belum mempunyai tekanan yang cukup tinggi. Macam yang menggunakan mminyak pada saat ini sudah diperdagangkan , sedangkan yang menggunakan udara masih dalam pengembangan.4.4. Hal hal penting dalam perencanaan bantalan radialJika beban bantalan dan putaran poros diberikan, pertama perlu diperiksa apakah bahan perlu dikoreksi. Selanjutnya tentukan beban rencana, dapilihlah bahan bantalan. Kemudian tekanan bantalan yang diijinkan dan harga pv yang diijinkan diturunkan secara empiris.Tentukan panjang bantalan l sedemikian hingga tidak terjadi pemanasan yang berlebihan. Setelah itu periksalah bahan bantalan dan tentukan diameter poros sedemikian rupa hingga tahan terhadap lenturan. Periksalah juga tekanan bantalan dan (l/d) adalah penting.Jika pemilihan bahan pelumas, cara pelumasan dan pendinginan terus menerus akan dilakukan atas dasar jangka waktu kerja, kondisi pelayanan dan lingkungannya perlu ditentukan jumlah aliran minyak persatuan waktu.(1). Kekutan bantalanMisalkan terdapat suatu beban yang terbagi rata dan bekerja pada bantalan dari sebelah bawah. Panjang bantalan dinyatakan dengan l (mm) beban persatuan panjang dengan w(kg/mm), dan beban bantalan dengan W(kg), serta reaksi pada tumpuan dihitung. MakaW = wl(4.1)Besarnya moment lentur maksimum yang ditimbulkan oleh gaya-gaya di atas adalahM = wl2/2 = Wl/2(4.2)Besarnya moment tahanan lentur untuk poros lingkaran pejal adalah dan Ma Z dimana a (kg/mm2) adalah tegangan lentur yang diijinkan . MakaWl/2a ((4.3) l d3 = = lmaxd a (4.4)Untuk bantalan radial tengah ambil L = 1,5 l dan pandanglah suatu batang yang di tumpu pada kedua ujungnya. MakaM = WL/8 =1,5Wl/81 x d3 = d3 =lmax(4.5)(2). Pemilihan l/d Untuk bantalan perbandingan antara panjang dan diameternya adalah sangat penting, sehingga dalam perencanaan perlu diperhatikan hal hal berikut ini.i. Semakin kecil l/d semakin rendah kemampuan untuk menahan beban.ii. Semakin besar l/d semakin besar pula panas yang timbul karena gesekaniii. Dengan memperbesar l/d kebocoran pelumas pada ujung bantalan dapat diperkeciliv. Harga l/d yang terlalu besar akan menyebabkan tekanan yang tidak merata.Jadi lebih baik dipakai harga menengah. Jika kelonggaran antara bantalan dan poros diperkecil atau jika sumbu poros agak miring terhadap sumbu bantalan maka l/d harus di kurangiv. Jika pelumas kurang dapat diratakan dengan baik keseluruh permukaan bantalan maka l/d harus dikurangi.vi. Semakin besar l/d , temperature bantalan juga akan semakin tinggi. Hal ini dapat membuat lapisan bantalan menjadi leleh.vii. Untuk menentukan l/d dalam merencana, perlu diperhatikan berapa besar ruangan yang tersedia untuk bantalan tersebut didalam mesin.viii. Harga l/d juga tergantung pada kekerasan bahan bantalan. Bahan lunak memerlukan l/d yang besar.Atas dasar hal hal diatas dapat dipilih l/d yang akan dipakai. Harga l/d tersebut terletak antara 0,4-4,0 atau lebih baik antara0.5-2.0 bila l/d melebihi 2,0 maka tekanan permukaan terjadi secara local ( tidak merata ) sehingga lubang bantalan perlu dibuang tirus. Harga yang terlalu kecil sebaliknya akan mengurangi kemampuannya membawa beban. Untuk l/d yang kecil, bantalan gelinding lebih menguntungkan.(3). Tekanan bantalanBantalan dapat berbentuk silinder, bola atau kerucut. Yang paling banyak adalah yang berbentuk silinder, yang dimaksud tekanan bantalan adalah beban radial dibagi luas proyeksi bantalan, yang besarnya sama dengan beban rata- rata yang diterima oleh permukaan bantalan. Jika dinyatakan denan p ( kg/mm), beban rata-rata ini adalahP = (4.6)Dimana l (mm) adalah panjang bantalan, d (mm) adalah diameter poros, bila l dan d dinyatakan dalam cm, satuan p adalah kg/cm2 . Untuk bantalan dengan lubang minyak atau alur tersebut untuk menghitung p.Harga tekanan yang dijinkan pa tergantung pada bahan bantalan seperti diperlihatkan dalam table 4.1 dan dipilih dengan pengalaman menurut macam mesin dalam table 4.2. dengan adanya bahan pelumas yang lebih baik dan ketelitian yang lebih tinggi pada permukaan finis, harga tekanan dapat dipertinggi.Jika p diganti dengan pa dalam persamaan 4.5 dan W dikeluarkan dari pers 4.4 dapat diperoleh untuk bantalan ujung.

Table 4.1. Sifat-sifat bahan bantalan luncur.Bahan bantalanKeteranganHB Tekanan maksimumYang diperbolehkan(kg/mm2 )Temperatur maks.Yangdiperbolehkan(oC)

Besi corPerungguKuninganPerunggu fosforLogam putih berdasar snLogam putih berdasar pbPaduan CadmiumKelmetPaduan AluminiumPerunggu timah hitam160-180

50-100

80-150

100-200

20-30

15-20

30-40

20-30

45-50

45-500,3-0,6

0,7-2,0

0,7-2,0

1,5-6,0

0,6-1,0

0,6-0,8

1,0-1,4

1,0-1,8

2,8

2,0-3,2150

200

200

250

150

150

250

170

100-150

220-250

MesinBantalanPerbandinganLebar/diameterStandar l/dTekanan maks. YangDiizinkanPa(kg/mm2 )Factor tekanan kecepatan maksimumYang diijinkan(pv)a(kg/mm2 m/s)ViskositasPada 380 CZ (cp)Harga minimum yang diijinkan

OtomobilMotorPesawat terbangBantalan utamaPena engkolPena torak0,8-1,80,7-1,41,5-2,2

0,6+-1,21x+-3,51,5x=+-42040-7-82x1041,4x1041x104

Pompa dan kompresorTorakBantalan utamaPena engkolPena torak1,0-2,00,9-2,01,5-2,00,2x0,4x0,7x+0,2-0,30,3-0,430-804x1042,8x1041,4x104

Mesin uapTorakPoros penggerakPena engkolPena torak1,6-1,80,7-2,00,8-2,00,41,41,81x1,51,5-21004030

4x1040,7x1040,7x104

KendaraanRelporos1,8-2,00,351-1,51007x104

Turbin UapBantalan utama1,0-2,00,1x-0,242-1615x104

GeneratorMotor,pompasentrifugalBantalan rotor1,0-2,00,1x-0,20,15x-0,15x

0,2-0,32525x104

Poros transmisiBeban ringanMapan sendiriBeban berat2,0-3,02,5-4,02,0-3,00,02x0,1x0,1x0,1-0,225-6014x1044x1044x104

Mesin perkakasBantalan utama1,0-2,00,05-0,20,05-0,1400,15x104

PelubangMesin gunting1,0-2,01,0-2,02,8x5,5x-100100-

Mesin giling bajaBantalan utama1,1-1,525-8501,4x104

Roda gigi reduksiBantalan2,0-4,00,05-0,20,5-130-505x104

Tabel 4.2 Tekanan maksimum yang diijinkan , dll.,

(4.7)Dan untuk bantalan tengah

(4.8)

Dari persamaan persamaan ini, harga taksiran untuk l/d dapat diperoleh.4. Harga pvDicelah antara permukaan poros dan bantalan terdapat selaput minyak tipis selaput minyak ini bergerak kaena tertarik oleh permukaan yang bergerak serta karena kekentalannya. Tegangannya geser (dyn/cm2 ) dari minyak dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : = Z1R (4.9)di mana Z1 adalah viskositas minyak satuannya adalah dyn.s/cm2 =poise = P dan R ( cm/s/c/) adalah kecepatan selaput minyak / satuan tebal selaput.Bayangkan suatu lapisan tipis dari selaput minyak dengan gaya tarik Ft yang bekerja secata tangensial pada luas A ( cm2 ). Maka = Ft /AJika kecepatan permukaan atas selaput adalah ( cm/s ) dan teba;nya adalah h1 ( cm ) makaR = /h1Dari ketiga persamaan diatas dapat diperoleh

Ft = Z1 A (4.10)

Karena peristiwa ini, beban W dapat diangkat oleh tekanan selaput minyak Pf bila poros berputar dengan kecepatan cukup tinggi, selaput minyak yang terbentuk akan cukup tebal ( sampai 0,1 mm ) sehingga tidak terjadi kontak antara permukaan poros dan bantalan yang salinga meluncur. Keadaan semacam ini disebut pelumasan.Bila beban W bertambah atau kecepatan dari permukaan luncur berkurang, maka tebal selaput minyak akan berkurang. Lapisan yang menipis pada suatu batas tertentu akan mengakibatkan kontak antara permukaan poros dan bantalan. Pada keadaan ini gesekan tidak lagi terjadi secara hidrodinamis melainkan molekuler. Daerah dimana terjadi gesekan semacam ini disebut daerah gesekan molekuler atau gesekan campuran, dan terjadi pada tebal selaput kurang dari 0,1 (micron). Disini dapat terjadi deformasi plastis pada permukaan logam yang bergesek, keausan yang cepat, dank arena selaput minyak yang terkelupas sama sekali.Pada bantalan yang menahan beban ringan dan putaran sangat tinggi, poros akan terangkat oleh selaput minyak sedemikian tinggi hingga sumbunya akan berimpit dengan sumbu bantalan dan tebal selaput minyak di sekeliling poros akan merata. Untuk keadaan ini nyatakan putaran poros dengan n (r/s atau putaran perdetik), kelonggaran antaran permukaan bantalan dan poros dengan c(mm), tebal selaput minyak dengan h (cm), diameter dengan d dan panjang poros dengan panjang bantalan dengan l. karena A = dl/100x10 , = dn/10, dan h1 = c/2 x 10 makaFt(dyn) = {Z1(dl)(dn)/(c/2)}x 10-2 = {22 z1d2 . n . l/c} x 10 -2 (4.11)

Jika viskositas dinyatakan dengan Z (cP atau centi Poise ), Ft dalam kg dan putaran dengan N (rpm) makaFt (kg) = x1,7 x10-12(4.12)Momen gesekan T (kg.mm) dapat dituliskan sebagaiT(kg.mm) = x1,7 x 10-12 (4.13)Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Petroff. Jika Ft(Kg) dibagi dengan W ( kg) =pld,, diperoleh koefisien gesek. = =22 ()x1,7 x 10-12 (4.14)Harga ZN/p yang muncul dalam persamaan diatas merupakan suatu factor penting dalam pemilihan minyak dan harus lebih besar daripada harga yang terdapat dalam table 4.2 dan 4.3 dalam perencanaan, harga tersebut harus dikalikan dengan factor keamanan sebesar 2-3.Tabel 4.3 ZN/p minimumMetal bantalanZN/p minimum ()

Logam putih berdasar SnLogam Putih berdasar PbPaduan CdKelmetAg-Pb-In2800014000500050003000

Rumus rumus yang diperlukan untuk konversi satuan adalah sbb,1 (dyn) = 1 (g) x 1 (cm/s2 )1(kg) = 1000 (g) x 980(cm/s2 ) = 0,98 x 104 (dyn)1(P) = 1 (dyn.s/cm2)1(cP) = 1 x 10-2(dyn.s/cm2)=1,02x10-8 (kg.s/cm2) = 1,70 x 10-10 (kg.min/cm2) Gaya gesekan F (kg) antara poros dan bantalan dikalikan dengan kecepatan (m/s), yaitu F. (kg.m/s) adalah daya gesekan. Jika harganya dibagi dengan ekivalen panas J = 427 (kg.m/Kcal) akan memberikan panas persatuan waktu Q(Kcal/s) yang timbul dari gesekanQ=F/J(4.15)Panas Q ini akan diteruskan ke bantalan, dan minyak pelumas. Tinggi temperature Vbantalan atau permukaannya T akan berbanding lurus dengan F..TF(4.16)

Pada umumnya gaya gesekan diberikan dalam bentuk yang agak berbeda dengan Petroff, yaitu

F = C1 + C2P + C3

Di mana C1 adalah gaya yang diperlukan untuk menggeser selaput pelumas dan tidak tergantung pada tekanan bantalan. Bila pelumas yang dipakai adalah minyak , maka suku ini dapat diganti dengan Ft dari persamaan petroff. C2 adalah koefisien gesek yang diturunkan dari geseran pada titik adesi antara bahan bantalan dan poros. Pada suku ini merupakan yang terbesar. Dalam beberapa hal tertentu, suku suku lain dapat diabaikan. C3 adalah gaya yang diperlukan untuk memulai gesekan antara permukaan poros dan bantalan pada saat poros akan berputar.F = C1v+C2pv+C3vTC1v+P2pv = C3v(4.17)Jika C1 dan C3 dapat diabaikan maka denga memasukan sebagai pengganti C2 diperoleh

T.p(4.18)Persamaan ini menyatakan antara hubungan antara kerja yang disebabkan oleh tahanan geser antara bagian bagian yang meluncur dan temperature bantalan. Perlu diingat bahwa jika temperature T naik melebihi suatu batas tertentu, logam bantalan akan melunak dan meleleh. Harga pv yang terdapat dalam persamaan diatas merupakan ukuran bagi keamanan terhadap temperature dan kemampuan menahan beban dari bahan bantalan. Batas pv yang didasarkan atas hasil percobaan atau pengalamandisebut factor tekanan kecepatan maksimum yang diizinkan atau harga pv yang diijinkan. Harga ini merupakan suatu patokan yang penting dalam pemeriksaan kekuatan, dan dapat dilihat table 4.2 selanjutnya karena(pv)a ,=Maka l. (4.19)

diagram aliran untuk merencanakan bantalan luncur secara sederhana

START

Beban bantalan W0 (kg) putaran poros N (rpm)

2. Faktor koreksi ft

3. beban rencana W (kg)

4. bahan bantalan tekanan permukaan yang diizinkan Pa (kg/mm2 ) (pv)a (kg m/mm2 s)

5. panjang bantalan l (mm)

6. bahan poros. Kekuatan tarik B ( kg/mm2 ) tegangan lentur yang diijinkan a(kg/mm2 )

7. diameter poros d (mm)

8.l/d

T9.l/d daerah standar

Y

10. tekanan permukaan p (kg/mm2 )Kecepatan keliling v ( m/s ) Harga pv, ()