PRAKTIKUM JOURNAL BEARING
TUJUAN PERCOBAAN : 1. Mengetahui tekanan yang terjadi dalam journal bearing. 2.
Mengetahui distribusi tekanan yang terjadi pada journal bearing untuk berbagai variasi kecepatan.
3.
Mampu menganalisa pengaruh putaran poros terhadap distribusi tekanan pada journal bearing.
Spesifikasi alat : Journal Bearing : Motor AC 0.5, HP 1420 rpm. Diameter journal = 88 mm. Diamater bearing = 95 mm. Lebar journal = 86,5 min. Beban = 3 kg. Oli= SAE 20. DASAR TEORI : Bearing Bearing banyak digunakan dalam mendesain suatu mekanisme berputar. Tujuannya yaitu untuk memperhalus gerak putar dan men gurangi gesekan antara dua permukaan yang bergerak relatif satu sama lain. Bearing mempunyai beberapa jenis yaitu 1.
Journal bearing
2.
Rolling Bearing
Journal bearing Journal bearing merupakan pendukung beban dalam kondisi radial. Penggunaannya dapat dipertimbangkan dari kemampuan menerima beban yang sangat tinggi. Journal bearing terdiri dari dua bagian utama, yaitu poros dan lubang silinder seperti pada gambar 1. Poros dikenal sebagai journal dan lubang silinder sebagai bearing. Poros yang berbantalan luncur dapat menghasilkan putaran yang sangat tinggi.
Gambar 1. Sebuah Journal Bearing Pada journal bearing, permukaan pelumasannya besar, dapat meredam ayunan, kejutan maupun kebisingan. Untuk mengurangi gesekan antara poros dan lubang, silinder dapat dengan menggunakan pelumas. Pelumas yang digunakan dapat dalam bentuk cair, padat maupun gas. Jenis pelumas, akan mempengaruhi distribusi tekanan yang terjadi. Dalam aplikasi gerakannya dapat berupa : 1.
journal berputar, bearing diam
2.
journal diam, bearing berputar
3.
journal berputar, bearing berputar
Jenis journal bearing ada dua macam, yaitu 1.
Full journal bearing, lingkaran luar journal dibuat dengan ukuran memenuhi lingkaran dalam bearing.
2.
Partial journal bearing, lingkaran antara journal dan bearing mempunyai clearance.
Perbedaan dari full journal bearing dan partial journal bearing dapat diiihat pada gambar 2.
(1)
Gb 2. Full Journal Bearing Dan Partial Journal Bearing Tekanan dapat diukur dengan menggunakan manometer. Bagian utama dari manometer adalah tabung U yang terbuat dari plastik ataupun kaca yang berisi fluida. Fluida yang digunakan dapat berupa air raksa, alkohol, air dan oli. Perbedaan tekanan dapat diukur dengan : dimana : P
: beda tekanan (kPa)
ρ
: massa jenis fluida (kg,/m2)
g
: percepatan gravitasi (m/s 2)
h
: tinggi kolom (m)
Tekanan Pelumas Distribusi tekanan pelumas untuk journal bearing radial, dapat digambarkan seperti pada gambar 3. Pada putaran tinggi dengan beban rendah, putaran harus stabil. Untuk mendapatkan kondisi ini dapat digunakan permukaan luncur yang lebih luas seperti pada gambar 4.
Gambar 3. Distribusi Tekanan Pelumas pada Radial Journal Bearing
a
b
c
Kemungkinan-kemungkinan untuk pembentukan baji pelumas dan pengarahan poros pada bantalan radial, a) Mangkok bantalan lingkaran bulat biasa dengan pembentukan baji pelumas melalui kelonggaran bantalan D — d, b) Mangkok dengan „kelonggaran sitsun" menghasilkan suatu bantalan permukaan ganda atau bantalan baji ganda (mangkoknya ditutup dengan suatu penutup dalam sambungannya dan tanpa penutup yang terpasang di dalam, atau dibagi oleh sebuah bus yang tidak terpisah dengan penampang tebal). c) Mangkok dengan kelonggaran sitrun „berseling" menurut Klemencic (mangkoknya dibor eksentris dan terpasang dalam posisi yang berputar), d) Bantalan permukaan tiga, dicapai melalui dudukan pres dari bus yang semula lingkaran bulat di antara tiga beban menurut Mackensen, e) Bantalan permukaan empat, f) Bantalan seginen miring radial. Gambar 4. Kemungkinan Pem-bentukan Baji Pelumas dan Pengarahan Pdros pada Journal Bearing Radial Tekanan Permukaan Rata-rata Untuk menghitung tekanan permukaan rata-rata dapat digunakan rumus
dimana : p
: tekanan permukaan rata-rata (n/m2)
F
: gaya (N)
b
: lebar bantalan terpakai (m)
d
: diameter nominal journal bearing radial (m)
Clearance Radial/Kelonggaran Bantalan Kelonggaran bantalan relatif didapatkan dengan rumus :
dimana : d2
: diameter bearing (m)
d1
: diameter journal (m)
s
: kelonggaran bearing (m)
d = d1
: diameter nominal journal bearing
Kelonggaran ini sangat dipengaruhi oleh karakteristik operasi journal bearing radial. Bila kelonggaran kecil akan dapat mengakibatkan pemanasan tinggi pada journal bearing. Namun bila kelonggaran besar, memungkinkan adanya penyimpangan. Nilai kelonggaran dapat dilihat pada tabel 2. Nilai standar dari kelonggaran bantalan relatif dalam 10' untuk bantalan logarn dalam konstruksi mesin [N/cm2) u [m/s) <20 20 — 100 >100 <200 200 — 1000 >1000
0,3 — 0,6 0,6 — 1,2 1,2 — 2,0
0,6 — 1,2 1,2 — 2,0 2,0 — 3,0
1,2 — 2,0 2,0 — 3,0 3,0 — 4,5
(1) Untuk bantalan mesin perkakas untuk pengarahan poros yang teliti = 0,05.. 0,25 dan R t 1m (2) Untuk bantalan bahan pres disebabkan bahaya peleburan 5. Selanjutnya nilai minimal berikut tidak boleh dilampaui: Untuk bantalan plastik min 3; Bantalan besi tuang kelabu 1; Bantalan logam sinter 1,5; Bantalan logam ringan 1,3; Ultramid — B 7,5; Bantalan perunggu timah hitam 1.
Tabel 2. Nilai Standar dari Kelonggaran Bantalan Relatif dalam 10-3 untuk Bantalan Logam dalam Konstruksi Mesin Angka Sommerfeld (So) Angka ini merupakan besaran tanpa dimensi yang menunjukkan
karakteristik gesekan total dari bantalan. Menurut Vogelpohl dibedakan dua daerah S0> 1
untuk daerah beban berat
So < 1
untuk daerah kecepatan tinggi
Besar angka Sommerfeld adalah :
dimana :
: viskositas dinamis dalam operasi (Ns/m 2 )
n
: putaran (rps)
Gesekan Untuk daerah beban berat menghasilkan angka gesekan :
Untuk daerah kecepatan tinggi angka gesekan :
Faktor k = 3 yang merupakan angka rata-rata untuk bantalan tertutup. Pada putaran awal dari journal bearing radial mengalami berbagai kondisi gesekan. Angka gesekan ditentukan dari momen gesek MR dengan :
Angka gesekan menurun dari nilai gesek o dari keadaan diam (gesekan badan tetap) kedalam daerah gesekan campuran dengan cepat, mencapai nilai minimum min dan kembali meningkat perlahan dalam daerah gesekan cairan. Titik transisi dari gesekan campuran menjadi gesekan cairan terletak pada putaran transisi. Sebuah journal bearing dapat diukur dengan benar kalau bekerja cukup luas pada putaran transisinya, sehingga keausan karena tekanan oli sendiri yang mendukung beban. Tebal Film Pelumas Tebal film pelumas minimal yang diijinkan adalah hmin, seperti terlihat pada gambar 6 harus cukup besar dari tebal film pelumas hou pada titik transisi, hou, selalu lebih besar daripada kedalaman kekasaran Rt. Pada perlambatan maka bantalan kembali memasuki daerah gesekan campuran. Kemudian karena viskositas bahan pelumas yang rendah (bantalan panas) dan lamanya proses perlambatan dapat diperlukan suatu pengereman.
Gambar 6. Nilai Standar Tebal Film Pelumas yang Diijinkan, Kedalaman Kekasaran dan Toleransi Bentuk menurut DIN 7182 Tebal film pelumas dapat dicari juga dengan menggunakan gambar 7. Dimana karakteristik dari bearing perlu terlebih dahulu untuk dicari dengan :
dimana : S
: angka karakteristik bearing (tanpa dimensi)
rj
: jari-jari journal (m)
c
: radial clearance (m)
: viskositas absolut (reyns) (gambar 8)
n
: kecepatan relatif antara journal dan bearing (dalam beberapa kasus dinyatakan dalam rpm, namun akibatnya S'dalam detik/min, namun secara langsung dibuat tanpa dimensi.
P
: beban persatuan luas dari journal (Pa)
Tebal film pelumas dapat dicari juga den gan menggunakan gambar 7. Dimana karakteristik dari bearing perlu terlebih dahulu untuk dicari dengan :
dimana : S’
: angka karakteristik bearing (tanpa dimensi)
rj
: jar-jari journal (m)
c
: radial clearance (m)
: viskositas absolut (reyns)
n
: kecepatan
relatif
antara
journal
dan
bearing
(dalam
beberapa kasus dinyatakan dalam rpm, namun akibatnya S' dalam
detik/min, namun secara langsung dibuat tanpa dimensi. P
: beban persatuan luas dari journal (Pa)
Besar P bisa dihitung dengan rumus :
dimana : W
: beban (N)
L
: panjang bearing (m)
Gambar 7. Tebal Film Minimum terhadap Karakteristik Bearing Temperature. °C
Gambar 8. Diagram Viskositas-Temperatur Hukum Petroff Persamaan Petroff dapat digunakan untuk menentukan kerugian gesek dalam journal bearing yang beroperasi tanpa beban. Journal dan bearing yang digunakan adalah konsentrik. Jika beban yang terjadi kecil dan kecepatan putar cukup tinggi, nilai tertentu dapat dicapai. Dengan menggunakan persamaan Petroff untuk memperkirakan kerugian gesekan dilakukan beberapa langkah. Hukum Newton.
Langkah Percobaan : 1. Mengisikan oli bersih yang dianjurkan kedalam journal bearing hingga batas ketinggian yang diberikan. 2.
Memposisikan kecepatan pada tingkat kecepatan I (putaran output paling cepat) .
3.
Menyalakan motor listrik.
4.
Mengukur putaran dengan menggunakan tachometer.
5.
Mengusahakan posisi tachometer sedekat mungkin namun jangan sampai bersentuhan dengan tanda yang ada.
6.
Mengukur ketinggian kenaikan oli dimasing-masing pipa (ada 12 pipa atau selang).
7.
melakukan pengukuran beberapa kali (minimal 3 kali).
8.
Mengulangi langkah nomor 2 - 6 dengan tingkat kecepatan yang lebih lambat. (total ada 4 tingkat kecepatan)
Data ketinggian selang 1-12 (cm) tiap-tiap pulley: Pulley 1 1 2 3 Avg. Pulley 2 1 2 3 Avg. Pulley 3 1 2 3 Avg.
RPM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
587.3 588.5 586.1 587.3
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
RPM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1087 1090 1088 1088.333
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
3 2.7 2.8 2.83
3.5 3.5 3.5 3.5
2 2.1 2.1 2.07
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
RPM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1911 1912 1912 1911.667
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
14.5 13 12.1 13.2
20.2 20.9 19.6 20.23
17.9 19.1 17.8 18.27
12.9 14.1 13.8 13.6
8.9 9.6 8.8 9.1
2.6 2.1 3 2.567
0 0 0 0
Pulley RPM 1 4 1 3498 4.5
2
3
4
5
0
0
0
6
7
8
3.6 39.5
48.1
9
10
11
12
37.5 30.7
30.7
23.3
21.5
2
3499 4.5
0
0
0
0
27.6
45.3
40.5 32.5
25.4
17.3
18
3
3497 11.5
0
0
0
0
35
38.2
34.5 27.5
22.3
14.2
17.4
Avg.
3498 6.833 0
0
0
1.2 34.03 43.87 37.5 30.23 26.13 18.27 18.97
Pertanyaan : 1. Kerugian Journal Bearing : - potensi gesekan yang terjadi cukup tinggi - butuh energi yang lebih besar dibanding ball bearing - cepat panas Keuntungan : - dapat menanggung beban yang besar dengan putaran yang cepat - karena lapisan film oli pelumas journal bearing bertekanan membuat mekanisme journal bearing lebih halus dan tidak berisik 2. Tekanan Pada Titik (Pa) Pulley 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
24.60
30.39
17.94
0
0
0
0
3
0
0
0
0
0
114.60
175.66
158.59 118.07
79.00
22.28
0
4
59.33
0
0
0
10.42 295.47
380.84
325.57 262.48 226.89 158.59 164.67
Contoh Perhitungan: Pulley 2 pada selang nomor 7
3.
Grafik Pulley 1 (587.3 rpm):
Tekanan (kPa)
1 0.8 0.6 0.4
Pulley 1
0.2 0 1
3
5
7
9
11
Nomor Selang
Grafik Pulley 2 (1088.3 rpm): 35 Tekanan (kPa)
30 25 20 15
Pulley 2
10 5 0 1
3
5
7
9
11
Nomor selang
Grafik Pulley 3 (1911.67 rpm):
Tekanan (kPa)
200 150 100 Pulley 3
50 0 1
3
5
7
9
Nomor selang
Grafik Pulley 4 (3498):
11
Tekanan (kPa)
400.00 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00
Pulley 4
1 3 5 7 9 11 Nomor selang
4.
Berikut adalah perbandingan grafik tekanan tiap-tiap kecepatan: 400 350 300 250
Pulley 1
200
Pulley 2 Pulley 3
150
Pulley 4
100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Perubahan tekanan terjadi karena dipengaruhi oleh beban dari poros, dan kecepatan putaran (RPM) pada journal bearing. 5. Pulley I = 587,3 rpm
Pulley II = 1088,3 rpm
Pulley III = 1911,67 rpm
Pulley IV = 3498 rpm
6.
Hal yangperlu dipertimbangkan dalam mendesain journal bearing ialah lebar Clearance berpengaruh pada tebal lapisan oli, diameter jurnal mempengaruhi beban yang dapat ditanggung, panjang bearing, mekanisme pelumasan agar journal bearing dapat berjalan dengan baik, kecepatan journal, dan Torsi yang mengakibatkan gesekan.
7. Terjadi perbedaan antara hasil percobaan dengan teoritis, hal ini terjadi karena sewaktu percobaan factor suhu diabaikan, padahal suhu sangat berpengaruh pada viskositas fluida. Karena viskositasnya berubah ketinggian dan tekanan fluida akan berubah sehingga menyebabkan hasil yang diperoleh ketika praktek berbeda dengan hasil yang diperoleh secara teoritis.
Analisa dan Kesimpulan : Kesimpulan : Tekanan oli pada journal bearing berbeda di setiap titiknya. Tekanan oli pada bagian atas bearing paling besar jika dibandingkan dengan titik lain pada bearing. Hal ini terjadi karena ada celah pada journal bearing (journal bearing parsial). Analisa: Hasil percobaaan berbeda dengan yang teoritis, karena pada teoritis memperhitungkan pengaruh suhu pada nilai viskositas fluida sedangkan pada percobaan diabaikan. Kemudian tekanan di selang yang sama berbeda-beda tergantung pada kecepatan pulley. Daftar Pustaka : 1. Sudarsono, Bambang., C Rinaldi, Andre. Mekanisme Bantalan Luncur. Tugas Perencanaan Elemen I, Jurusan Teknik Mesin UK Petra. 1999. 2. Welsh, R.J. Plain Bearing Design Handbook. Butterworths, 1983. 3. Niemann, G., Budiman, Anton., Priambodo, Bambang., Elemen Mesin Jilid 1. Penerbit Erlangga, edisi kedua, 1994. 4. Aaorn, Deutchsman, Machine Design Theory and Practice, Macmillan Publishing co., Inc, 1975. 5. Plint and Partners, Journal Bearing Pressure Distribution Module.
