1

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 bekerja dengan baik.

II.Klasifikasi bantalan.

Pada umumya bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu :

A.Berdasarkan gerakan bantalan terhadap poros.

1. Bantalan Gelinding.

Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar

dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola, rol, dan rol bulat.

Gbr.1.Contoh Bantalan gelinding.

2

2.Bantalan Luncur.

Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena

permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan

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).

3

B.Berdasarkan arah beban terhadap poros.

1.bantalan Radial.

Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu.

2.Bantalan Aksial.

Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.

III.Jenis bantalan luncur.

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.

4

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 gesekan yang lebih kecil dari full journal 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 film tebal (Thick film bearing).

Bantalan film tebal adalah dimana permukaan kerja bantalan

benar-benar terpisah dari satu sama lain dengan pelumas. Jenis bantalan ini

juga sering disebut bantalan pelumas hidrodinamik.

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 ini beroperasi tanpa pelumas apapun.

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 antar anggota.

5

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 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.

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.

6

VI.Tipe Pelumasan.

Berdasarkan derajat pemisahan permukaan oleh pelumas, secara umum

modus pelumasan dapat dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu :

full-film 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.

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 bearing yang paling 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.

7

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. Dari gambar

tersebut juga diketahui adanya kecepatan tangen sial U untuk bantalan dan

8

kecepatan tangensial t2 untuk jurnal. Perhatikan bahwa arahnya berbeda

akibat adanya eksentrisitas. T2 kemudian diurai menjadi 2 komponen yaitu

U2 pada arah x dan V2 pada arah y. karena sudut antara T2 dan U2s sangat

kecil sehingga nilai kosinusnya mendekati 1 maka dapat diasumsikan

bahwa U2 = T2 adapun adanya komponen V2 pada arah y diakibatkan oleh

menutup atau membukanay celah h pada saat berotasi sehingga V2= 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 viskositas n adalah konstan.

Dimana U = Ut + U2

9

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 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 ini persamaan reynold menjadi :

Solusi tersebut memberikan tekanan p pada lapisan pelumas sebagai fungsi

posisi angular sekeliling bntalan untuk dimensi 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 sebagai ro 0. Somerfeld juga

menentukan persamaan untuk beban total P pada long bearing sebagai

berikut

10

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 untk memberikan persamaan dalam

bentuk tekanan dalm lapisan pelumas sbagai fungsi teta nari dewek.

11

Persamaan ini disebut sebagai solusi ocvirk atau solusi short bearing.

Persamaan ini biasanya dievaluasi untuk teta cari dewek=0 sampai π

dengan 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 dapat dihitung denaga 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 lambing diameter dapat dicari dengan

menggunakan persamaan:

12

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 :

13

Perhatikan bahwa persamaan diatas = persamaan petrof untuk journal

konsentrik, torsi tanpa beban, T0. Dapat dibentuk rasio torsi stasionery pada

bantalan eksentrik terhadap torsi tanpa beban sebagai berikut.

Rugi-rugi daya teta pada bantalan dapat dihitung dari 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

14

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

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 dengan :

15

Adapun perhitungan parameter-parameter bantalan lain dapat dihitung

dengan menggunakan 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 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.

16

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 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 data handbook dan sebagainya. Gambar 11.18

17

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 ON = 30(epsilon 0,82) sebagai

batas atas untuk pembebanan moderate ON = 60( epsilonnya 0,90) sebagai

batas untuk kondisi pembebanan Heavy dan ON = 90(epsilon 0,93) sebagai

batas untuk kondisi 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.

18

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.

19

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.

20

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 fungsi dari tiga 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 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

21

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,

Μ = 33 / 1010

[ 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 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 :

P = ZN / 475 x 106 [ d /c ]

2 [ l / l+ d]

2) Untuk tujuan desain

ZN / p [ d/ c ]2 = 1,43 x 10

9 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.

22

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 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 journal

J = persamaan panas mekanik = 427 [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

23

bantalan. Bagaimanapun untuk desain bantalan yang baik luas pembuangan

panas sebenarnya dapat dinyatakan dalam istilah luas 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 bantalan

Ta = temperatur udara sekeliling

Nilai C telah ditentukan secara eksperimental oleh O.Lasche. Nilai tersebut

jenis bantalan, ventilasinya, dan perbedaan tempertur.

Nilai rata-rata dari C untuk bantalan journal bisa diambil sebagai beriukut

Bantalan tidak berventilasi : 0,0002 sampai 0,0006

Bantalan 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.

24

Prosedur desain bantalan journal

Prosedur ini dapat dipakai dalam mendesain bantalan journal ketika beban

bantalan, diameter, dan kecepatan 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 c/d

7.Tentuika koefisien gesek 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.

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 :

25

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 dari 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.

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 :

26

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.

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.t2

27

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

Δ = W.A3

48 E.I

T = 0,63 a3 √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 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 cakram aus karena pelumasan yang tidak benar.

28

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 poros [rpm]

Ketika tekana didistribusikan secara merata diatas luasan bantalan maka

P = W /A

P = W / π R2

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.

29

Pastikan :

W= beban yang dipindahkan diatas permukaan bantalan

N= jumlah 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 poros [rpm]

μ= koefisien gesek

VIII.Bahan bantalan luncur dan sifatnya.

Beberapa sifat yang dicari pada material bantalan adalah relative

softness, kekuatan yang cukup, machinabillity, lubricity, ketahanan

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.

30

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, 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 = 15 [cm]

Kecepatan = 900 [rpm]

Temperatur sekeliling = 15,5 derajat celcius

Jenis oli = SAE 10

Jawab :

Diketahui : Beban pada journal = 4300 [kg]

Diameter journal = 15 [cm]

Kecepatan = 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

= 4000 / 24 x 15 = 11,1 [kg/cm2]

31

Karena tekanan bantalan untuk pompa sentrifugal bervariasi dari 7

sampai 14 [kg/cm2], 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,

µ = 33 / 1010

{ZN/p} {d/c} + k

= 33 / 1010

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 / 100} [kcal/menit]

= 21,85 [kcal/menit]

Dimana : V = π x d x N / 100 [m/menit]

h. Panas yang dibuang

Hd = C x A (tb - ta) [kcal/menit]

= C x l x d (tb - ta) [kcal/menit]

Kita tahu bahwa,

32

tb - ta = ½ (to - ta)

= 1/2 (55 – 15,5) = 19,75 derajat celcius

Dan untuk bantalan berventilasi,

C = 0,00176 kcal / menit.cm2. 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.