Bantalan dan Pengertian

1. Pengertian Bantalan
   

Bantalan merupakan elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran dapat berlangsung secara halus, aman dan tahan lama. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja secara semestinya.

1. Klasifikasi Bantalan
   

   Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
   

1. Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros

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

1. Bantalan Radial, arah bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros
   
2. Bantalan radial, bantalan ini sejajar dengan sumbu poros
   
3. Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpi beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
   

   
    

1. Bahan bantalan
   

1. Bantalan Luncur

    Bahan bantalan luncur harus memenuhi persyaratan berikut :

1. Mempunyai kekuatan cukup (tahan terhadap beban dan kekerasan)
   
2. Dapat menyusaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil.
   
3. Mempunyai sifat anti las (tidak menempel) terhadap poros jika terjadi kontak atau gesekan antara logam dan logam
   
4. Sangat tahan karat.
   
5. Cukup tahan aus
   
6. Dapat mebenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalan
   
7. Murah harganya
   
8. Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature
   

 

Tabel 1. Sifat-sifat bahan bantalan luncur.

Bahan Bantalan	Kekearasan Hn	Tekanan maksimum yang diperbolehkan (Kg/mm2)	Temperatur Maksimal yang diperbolehkan (ºC)
Besi Cor Perunggu Kuningan Perunggu fosfor Logam Putih berdasarkan Sn Logam Putih berdasarkan Pb Paduan Cadmium Kelmet Paduan Alumunium Perunggu Timah Hitam	160 -180 50-100 80-150 100-200 20-30 15-20 30-40 20-30 45-50 40-80	0,3 - 0,6 0,7 – 2,0 1,5 – 6,0 0,6 – 1,0 0,6 - 1,0 1,0 - 1,4 1,0 – 1,4 1,0 – 1,8 2,8 2,0 – 3,2	150 200 200 250 150 150 250 170 100 – 150 220 - 250

Sumber : Sularso (109)

 

2. Bahan bantalan Umum

a. 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. logam putih, termasuk dalam golongan ini adalah loga putih berdasar Sn (yang biasa disebut logam babit) dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan pada logam pendukungnya.

 

3. Bahan Untuk Bantalan Tanpa Pelumasan

Bahan ini mengandung pelumas di dalamnya sehingga dapat dipakai sebagai bantalan yang melumasi sendiri. Bantalan semacam ini dipakai bila tidak memungkinkan perawatan secara biasa, yaitu :

1. Jika letak bantalan tidak memungkinkan pemberian pelumasan dari luar, atau jika pemakaian minyak tidak dikehendaki.
   
2. Jika bantalan mempunyai gerak bolak-balik
   
3. Untuk alat kimia dan pengolahan air
   
4. Untuk kondisi khusu seperti beban besar, temperature tinggi, temperature rendah, atau keadaan hampa.
   

1. Bantalan plastic, plastic adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat melumasi sendiri dengan baik, sifatnya yang tahan korosi memungkinkan bahan ini bekerja di dalam air atau bahan kimia
   
2. Bahan logam yang diresapi minyak, contoh khas dari macam ini adalah bantalan besi cord an logam sinter yang diresapi minyak, dalam hal besi cor yang diresapi minyak dipakai besi cor yang berpori dengan perlakuan panas berulang kali. Bahan ini mempnyai bentuk yang mantap karena kekakuannya yang tinggi dan ketahanannya terhadap keausan. Logam sinter dibuat dari serbuk logam yang dipres dan minyak yang diresapkan dapat tinggal didalamnya, namun demikian, bantalan dengan bahan ini lebih cepat kehabisan minya k dan kondisi yang lebih berat lebih cepat aus.
   
3. Pelumas padat, Bahan pelumas macam ini dipakai untuk keadaan khusus (temperature tinggi, kena bahan kimia, beban besar) diluar batas pemakaian tertentu . bahan bantalan yang dipakai sebagai bahan dasar dimana pelumas padat dibenamkan adalah : untuk temperature tinggi, besi cor, dan tembaga, untuk bekerja di dalam bahan kimia
   

 

3. Bantalan Luncur Hidrostatik

    Bantalan semacam ini dipakai dibantalan utama meesin pada mesin perkakas presisi tinggi, misalnya pada meja putar mesit bubut vertical besar. Bahan bantalan dapat berupa minyak atau udara. Dalam hal ini minyak dan udara dialirkan dengan tekanan kedalam celah bantalan untuk mengangkat beban dan menghindari keausan atau penepalan pada waktu mesin berputar dengan putaran yang sangat rendah atau waktu start dimana lapisan minyak yang tidak ada atau belum mempunyai tekanan yang cukup tinggi.

 

4. Bahan Bantalan Khusus

a. Bantalan Kayu, bahan khas untuk bantalan ini adalah lignum vitas persyaratan yang penting selain ketahanan, juga harus bebas dari zat-zat yang merusak serta anti las. Bantalan kayu dipakai dalam mesin pengolahan makanan dan perusahaan susu. Juga sering digunakan pada pompa air dan baling-baling kapal dimana pelumasannya dilakukan dengan air.

 

b. Bantalan karet,dengan air sebagai pelumas, bantalan karet mempnyai koefesien gesek yang rendah. Karet mempunyai ketahanan yang baik terhadap keausan. Selain itu juga dapat meredam bunyi dan getaran. Sebagai bantalan , dapat dipakai karet yang disemen atau karet melulu. Beban rata-rata yang dapat ditanggung adalah 0,5 (kg/mm²) atau kurang.

 

c. Bantalan grafit karbon, grafit arang adalah bahan yang sepenuhnya dapat melumasi sendiri dan dapat bekerjda pada temperature tinggi. Karena secara kimia sanagt sukar bereaksi maka bahan ini mempunyai pemaikan yang sangat luas, penambahan serbuk babit, perak, atau tembaga, dapat memperbaiki sifat-sifatnya sebagai bantalan, perbedaan antara koefesien gesek kinetis (dalam keadaan bergerak) pada grafit karbon kecil.

 

d.bantalan permata, pada alat ukur banyak dipakai bantalan dari batu akik seperti batu delima (ruby), batu nilam (sapphire). Batu nilam yang mengalamai perlakukan panas dapat menjadi sekeras intan.

 

5. Bahan Bantalan Gelinding

    Perkembangan teknik hampa pada akhir-akhir ini, telah dikembangkan baja bantalan cari hampa, baja macam ini tidak sesuai dengan produksi masa dan sangat mahal sehingga hanya dipakai dimana diperlukan baja murni.

    Produksi masa dari baja bantalan de gas hampa telah menghasilkan umur bantalan yang lebih panjang. Dalam proses ini, baja yang mula-mula dicairkan dalam udara, dikenakan tekanan hampa tinggi untuk mengeluarkan gas-gas yang terkurung du dalamnya. Proses ini diikuti dengan pembuatan igot

 

Hal yang diperhatikan dalam perencanaan Bantalan Radial

1. Kekuatan Bantalan
   

Misalkan terdapat suatu beban yang terbagi rata dan bekerja pada bantalan dari sebelah bawah. Panjang bantalandinyatakan dengan l (mm), beban persatuan panjang dengan w (kg/mm), dan beban bantalan dengan W (kg), serta reaksi pada tumpuan dihitung. Maka :

W = wl    (1)

Besarnya momen lentur maksimum yang ditimbulkan gaya-gaya di atas adalah :

M = wl²/2 = Wl/2    (2)

Besarnya momen tahanan lentur untuk poros lingkaran pejal adalah z=πd³/32 dan dimana (kg/mm²) adalah tegangan lentur yang diizinkan maka

 

    (3)

    (4)

 

 

1. Pemilihan l/d
   

       Untuk bantalan, perbandingan antara panjang dan diameternya adalah sangat penting, sehingga dalam perencanaan perlu diperhatikan hal-hal berikut :
   

   1. Semakin kecil l/d , semakin rendah kemampuannya untuk menahan beban
      
   2. Semakin l/d, semakin besar pula panas yang timbul karena gesekan
      
   3. Dengan membesarkan l/d kebecoran pelumas pada ujung bantalan dapat diperkecil
      
   4. Harga l/d yang terlalu besar menyebabkan tekanan yang tidak merata.
      
   5. Jika pelumas kurang diratakan dengan baik ke seluruh permukaan bantlan, harga l/d harus dikurangi.
      
   6. Semakin besar l/d, temperature bantalan juga akan semakin tinggi, hal itu dapat membuat lapisan bantalan menjadi leleh.
      
   7. Untuk menentukan l/d dalam merencana, perlu diperhatikan beberapa besar ruangan yang tersedia untuk bahan bantalan tersebut didalam mesin.
      
   8. Harga l/d juga tergantung pada kekerasan bahan bantalan, bahan lunak memerlukan i/d yang besar.
      

   Atas dasar hal-hal diatas dapat dipilih l/d yang akan dipakai , harga l/d tersebut terletak 0,4- 4.0 atau lebih baik antara 0,5-2,0 .
   

   
    

2. Tekanan Bantalan
   

   Yang dimaksud tekanan bantalan adalah beban radial dibagi luas proyeksi bantalan. Jika dinyatakan dengan ρ (kg/mm²), beban rata-rata yang diperlukan adalah
   

       (5)
   

   
    

3. Harga ργ
   

   Dicelah antara bantalan dan poros terdapat selaput minyak, selaput minyak ini bergerak karena tertarik oleh permukaan yang bergerak serta karena kekentalannya, Tegangan geser τ (dyn/cm²) dari minyak dinyatakan pada persamaan berikut :
   

       (6)
   

   
    

   Dimana adalah Viscositas (kekentalan) minyak (satuannya adalah dyn*s/cm² =poise = P) dan R (cm/s/cm) adalah kecepatan selaput minyak per satuan tebal selaput. Gaya Tarik (dyn) yang bekerja secara tangensial pada luas A (cm²). maka
   

    (7)

 

 

5. Pelumasan

5.1 Pelumasan Bantalan Luncur

a. Kodisi Pelumasan

    Tergantung pada Keadaan, terdapat perlbagai kondisi pelumasan

• Yang dibicarakan adalah kondisi "tidak pelumasan" (gesekan kering) jika tidak ada beban pelumasan dan beban seluruhnya dipindahkan oleh kontak metalik.
  
• Tepi lainya ialah pelumasan sepenuhnya, jika bidang luncur sepenuhnya dipisahkan oleh bahan-bahan pelumas dan sama sekali tidak terdapat kontak metalik , beban seluruhnya dipindahkan oleh film pelumas. Satu-satunya gesekan ialah dalam bahan pelumas itu sendiri.
  
• Antara kondisi a dan b terletak daerah pelumasan tidak sempurna . dalam hal ini beban untuk sebagian dipindahkan oleh kontak metalik dan untuk sebagian oleh film pelumas.
  

 

b. Bahan pelumasan

    Bahan pelumasan terdapat baik dalam keadaan cair, maupun dalam keadaan padat serta dalam keadaan berbentuk gas. Bahan pelumasan cair adalah yang terbanyak diterapkan, terutama minyak. Bahan yang juga penting adalah gemuk (grease) yaitu campuran minyak pelumas dan sabun logam. Gemuk lebih baik dari pada minyak untuk tap (journal) yang berputar perlahan dan jarang dan apalagi kalau tap itu berada diruang berdebu .

 

    Akhir-akhir ini juga ada tambahan semakin banyak gas (udara, asam karbon, oksigen , uap) yang memenuhi syarat sebagai bahan pelumasan pada kecepatan keliling tap sangat tinggi ( 100000 perp/meni dan lebih dapat dijumpai) dimana minyak akan mengembangkan terlampau banyak kalor, dimana poros harus berputar ditempat sama sekali tidak dimungkin dihampiri .

 

c. Suplay minyak pelumas

    Dalam hal ini kita dapat bekerja dengan dua cara prinsip yang berbeda-beda. MInyak dapat suplai kepada tap dengan berselang atau terus menerus melalui sebuah lubang pelumas. Minyak dipress keluar antar metal, dibiarkan mengalir keluar , cara ini dinamakan pelumasan aliran dimana minyak keluar hilang.

 

1. Cara Pelumasan bantalan Luncur
   

• Pelumasan Tangan : cara ini sesuai untuk beban ringan, kecepatan rendah, atau kerja yang tidak terus menerus.
  
• Pelumasan Tetes, dari sebuah wadah minyak ditetes kan dalam jumlah yang tetap dan teratur melalui sebuah katub jarum.
  
• Pelumasan Sumbu, carai ini menggunakan sumbu yang dicelupkan dalam mangkok minyak sehingga minyak terisap oleh sumbu tersebut
  
• Pelumasan percik, dari bak penampung, minyak dipercikan, cara ini digunakan untuk pelumasan torak dan silinder motor bakar torak yang berputar tinggi.
  
• Pelumasan cicin, pelumasan ini menggunakan cincin yang digantungkan pada poros sehingga berputar bersama poros sambil mengangkat minyak dari bawah, cara ini dipakai beban sedang.
  
• Pelumasan Pompa, disini dipergunakan untuk mengalirkan minyak ke dalam bantalan. Cara ini dipakai untuk melumasi bantalan yang sulit letaknya seperti bantalan utama yang berputar tinggi.
  
• Pelumasan grafitasi, dari sebuah tangki diletakan diatas bantalan, minyak dialirkan oleh gaya beratnya. Cara ini dipakai untuk kecepatan sedang dan tinggi pada kecepatan sebesar 10 – 15 (m/s).
  
• Pelumasan celup, sebagian bantalan yang dicelupkan kedalam minyak, cara ini cocok untuk bantalan poros tegak, seperti pada turbin air.
  
• Pelumasan gemuk
  
• Dan pelumasan kabut.
  

5.2 Pelumasan Bantalan Gelinding

    Perlumasan bantalan gelinding dimaksudkan untuk mengurangi gesekan dan keausan pada elemen gelinding dan sangkar, membawa keluar panas yang terjadi serhta mencegah korosi dan masuknya debuk. Cara pelumasannya ada 2 macam,yaitu :

1. Pelumasan Gemuk.
   

   Pelumasan gemuk lebih disukai karena penyekatnya lebih sederhana, semua gemuk bermutu baik dan memberikan umur panjang kepada bantalan, cara yang umum pada penggemukan adalah dengan mengisi bagian dalam bantalan dengan gemuk sebanyak mungkin, untuk ruang yang cukup besar.
   

2. Pelumasan dengan minyak merupakan cara yang berguna untuk kecepatan tinggi atau temperature tinggi.
   

 

6. Umur Bantalan

a. Perhitungan Umur Bantalan Nominal

    Umur Nominal L (90 % dari jumlah sample, setelah berputar 1 Juta Putaran, tidak memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding) dapat ditentukan sebagai berikut :

Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban ekuivalen dinamis, maka factor kecepatan adalah :

Untuk bantalan bola     (8)

Untuk Bantalan rol     (9)

 

 

Faktor Umur adalah :

 

Untuk umur bantalan     (10)

 

Untuk nominal adalah

Untuk bantalan bola,     (11)
Untuk bantalan rol,     (12)

 

 

•     Faktor umur bantalan gilinding (fg)
  

 

fh         (13)    

 

dimana : Lh = umur bantalan = 10.000 jam

    

tabel 2. bantalan untuk pemesinan beserta umurnya

 

 

• Beban dinamis spesifik (Cd)
  

    (14)

 

Tabel 3. Standart Bantalan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Soal Latihan

Sebuah poros tegak mempunyai telapak berdiameter 140 (mm) dan berputar pada 250 (rpm) besarnya gaya aksial adalah 1500 (kg) termasuk berat poros, rencanakan bantalannya

 

Penyelesaian :

1. = 1500 (kg), N = 250 (rpm),
   
2. = 1,0
   
3. 
   
4. Poros : Baja lunak, Bantalan : perunggu
   

   = 0,17 [kg.m/(mm².s)]
   

5. C=30000 x 0,17 = 5100 [kg.m/(mm².s)]
   
6. 
   
7. 
   

 

2. Perencanaan Bantalan pada kopling kendaraan motor Suzuki Shogun 125

Daya        : 9,5 Ps

Putaran     : 7500 rpm

Diameter poros (d_s) = 16 mm

Bahan bantalan

Dalam perhitungan ini diambil bahan 600.1. Bearing dengan nomor 6002 C15. Lihat tabel 4.1.3(Sularso,Elemen Mesin, hal. 143)

Nomor Bantalan			Ukuran luar			Kapasitas nominal dinamis spesifik C (kg)	Kapasitas nominal statis spesifik Co (kg)
Jenis terbuka	Dua sekat	Dua sekat tanpa kontak	d	D B	r
6000 6001 6002 6003 6004 6005	6001 ZZ 02 ZZ 6003 ZZ 04 ZZ 05 ZZ	6001 VV 02 VV 6003 VV 04 VV 05 VV	10 12 15 17 20	26 8 28 8 32 9 35 10 42 12	0,5 0,5 0,5 0,5 1	360 400 440 470 735	196 229 263 296 465

 

Dari tabel diperoleh data-data sebagai berikut:

d    =    diameter dalam     = 12 mm

D    =    Diameter luar     = 28 mm

B    =    Tebal bantalan     = 8 mm

C    =    Kapasitas nominal dinamis spesifik = 400 kg

 

1. Beban radial ekivalen statis (Po)
   

   Po    =    Xo . Fr + Yo . Fa (kg)……………Sularso,Elemen Mesin,hal.135)
   

   Dimana
   

   Xo
   

       Harga faktor pada garis tunggal
   

   Yo
   

   
    

   Maka diperoleh
   

   Xo    =    0,6
   

   Yo    =    0,5
   

b. Beban radial (Fr)

Fr    =    

    =    

    =    136,06 kg

1. Beban aksial (Fa)
   

   Fa    =    
   

   Dimana
   

   D₂    =    Diameter luar plat gesek
   

   D₁    =    Diameter dalam plat gesek
   

   Pa    =    Tekanan permukaan yang diizinkan = 0,01
   

   Maka :
   

   Fa =
   

       =    45,34 kg
   

   maka didapat
   

   Po    =    0,6 × 136,06 + 0,5 × 4,5,34
   

       =    81,636 + 22,67
   

       =    14,306 kg
   

2. Beban radial ekivalen dinamis (Pr)
   

   Pr    =    X. V. Fr + Y. Fa (kg)……………Sularso, Elemen Mesin, hal.135)
   

   Dimana
   

   X    =    Faktor aksial = 0,56
   

   Y    =    Faktor radial = 1,45
   

   V    =    1 (untuk pembebanan pada cincin dalam yang berputar)
   

   Fr    =    Beban radial = 136,06 kg
   

   Fa    =    Beban aksial = 45,34 kg
   

   Pr    =    0,56 × 1 . 136,06 + 1,45 × 45,34
   

       =    76,1936 + 65,743
   

       =    141,93 kg
   

3. Jika c (kg) beban nominal dinamis spesifik dan Fr (kg) beban ekivalen dinamis, maka faktor kecepatan (Fn) pada bantalan radial adalah
   

   n    =    7500 rpm
   

   Fn    =    
   

       =    
   

       =    (0,00444)^1/3
   

       =    0,164
   

 

Faktor Umur Kedua Bantalan

1. Umur normal bantalan (L_h)
   

   Dari tabel 4.41 didapat harga umur Lh untuk otomobil 5000-15000 jam dimana L_h = umur nominal bantalan
   

• Faktor umur untuk bantalan kedua
  

  f_h     =    
  

  Umur nominal bantalan diambil 10000 jam, maka
  

  f_h    =    
  

      =    
  

      =    2,71 jam
  

• Beban dinamis yang timbul adalah
  

  Cd    =    
  

  Dimana Pr adalah beban aksional ekivalen dinamis yaitu:
  

  Pr    =    X. Fr + Y . Fa
  

  Cd    =    
  

  Cd    =    2345,30 kg