ELEMEN MESIN MODUL 3

1

MODUL 3

Pertemuan ke : 3

Topik belajar : Perencanaan kopling dan bantalan

Alokasi waktu : 200 menit

Tujuan pembelajaran :

- Mahasiswa mampu menjelaskan fungsi dan macam kopling

- Mahasiswa mampu menjelaskan kekuatan dan perancangan kopling

- Mahasiswa mampu merencanakan kopling

- Mahasiswa mampu merencanakan bantalan

Materi 1

Kopling

Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebahgai penerus putaran

dari poros penggerak ke poros yang digerakkan. Kopling ada dua macam yaitu kopling

tetap (coupling) dan kopling tidak tetap (clutch).

Kopling tetap adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus

putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan secara

pasti (tanpa terjadi slip), dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada

satu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya.

Kopling tak tetap adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus

putaran dan daya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan. Putaran

pada kopling tidak tetap dapat dilepaskan atau dihubungkan bila diperlukan.

Kopling jenis ini biasanya dipakai pada kendaraan bermotor.

2

Kopling tetap (coupling) Kopling tidak tetap (clutch)

Modul ini akan membahas kopling tetap yaitu kopling flens kaku dan kopling karet

ban. Kopling tetap jenis kopling flens kaku dipergunakan bila kedua poros harus

dihubungkan dengan sumbu segaris. Kopling flens kaku digunakan pada kopling mesin

dan transmisi umum di pabrik-pabrik. Kopling karet ban dipergunakan bila kedua sumbu

poros yang dihubungkan tidak segaris atau tidak benar-benar lurus. Kopling karet ban

dapat meredam tumbukan dan getaran yang terjadi pada transmisi akibat kedua sumbu

poros yang dihubungkan tidak segaris.

Penggunaan koplng untuk menghubungkan dua poros sangat banyak digunakan

karena mempunyai berbagai macam keunggulan yaitu:

Pemasangan yang mudah dan cepat.

Konstruksi pemasangan kopling sangat mudah dan sederhana artinya tidak

membutuhkan tambahan peralatan dan sangat cepat dilakukan. Pemasangan

kopling hanya membutuhkan kopling yang mempunyai diameter lubang yang

sama dengan diameter poros yang akan dihubungkan dan untuk

menetapkannya dibutuhkan pasak sebagai pengunci agar kopling berputar

bersama-sama dengan poros.

Ringkas dan ringan.

Konstruksi pemasangan kopling sangat ringkas dan ringan. Artinya berat

kopling relatif ringan sehingga tidak mempengaruhi kekuatan poros dan

pemasangannya ringkas dan tidak menggunakan banyak ruang sehingga

dapat dipasang dengan mudah.

Aman pada putaran tinggi; getaran dan tumbukan kecil.

3

Konstruksi pemasangan kopling sangat aman pada putaran rendah maupun

tinggi karena dapat dipasang dengan kuat sehingga mengurangi

kemungkinan terjadi getaran yang cukup kuat dan juga dapat menahan jika

ada tumbukan,tumbukan yang kecil. Pada waktu pemasangan, sumbu kedua

poros harus terlebih dahulu diusahakan segaris dengan tepat sebelum baut-

baut flens dikeraskan. Untuk dapat menyetel lurus kedua sumbu poros secara

mudah, permukaan flens yang satu dapat dibubut kedalam dan dan

permukaan flens yang menjadi pasangannya dibubut menonjol sehingga

dapat saling mengepas.

Perencanaan Kopling Flens Kaku

Kopling flens kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan

sumbu segaris. Kopling jenis ini banyak digunakan pada kopling mesin dan sistem

transmisi di pabrik. Kopling flens kaku terdiri atas naf dengan flens yang dibuat dari besi

cor atau baja cor, dan dipasang pada ujung poros dengan diberi pasak serta diikat

dengan baut pada flensnya. Ada juga naf kopling yang dipasang pada poros dengan

sambungan pres atau kerut.

Untuk merencanakan kopling pertama harus diketahui besarnya daya (P) dan

putaran (n) yang akan diteruskan poros penggerak. Diameter poros penggerak seperti

pada poros motor listrik harus diperiksa agar diameter tersebut sama dengan poros

yang digerakkan. Sifat dari daya yang akan diteruskan harus dperiksa untuk

menentukan faktor koreksi daya, baru kemudian dapat dihitung besarnya daya rencana

(Pd). Kemudian dapat dihitung momen rencana (T).

Bahan baut dapat ditentukan sesuai dengan standar, sehingga kekuatannya

daoat diketahui dengan jelas. Jika bahan baut dibuat dari baja liat maka faktor-faktor

keamanan yang dipakai cukup besar sehingga pada umumnya ukuran yang ditentukan

akan memenuhi semua persyaratan pada hampir semua pemeriksaan. Namun

demikian jika ternyata masih kurang kuat, dapat diambil bahan baut yang mempunyai

kadar karbon yang lebih tinggi, atau ambil bahan lain untuk flensnya.

Bagian yang perlu diperiksa adalah baut. Jika ikatan antara kedua flens

dilakukan dengan baut-baut pas, dimana lubang-lubangnya dirim, maka meskipun

diusahakan ketelitian yang tinggi, distribusi tegangan geser pada semua baut tetap

4

tidak dapat dijamin seragam. Makin banyak jumlah baut yang digunakan, makin si lit

untuk menjamin keseragaman tersebut. Sehingga contoh dalam hal kopling yang

mempunyai ketelitian rendah, dapat terjadi bahwa hanya satu baut saja yang menerima

seluruh beban transmisi hingga dalam waktu singkat akan putus. Jika setelah baut ini

putus terjadi lagi pembebanan pada satu baut, maka seluruh baut dapat mengalami hal

yang sama dan putus secara bergantian.

Biasanya dalam perhitungan dianggap bahwa hanya 50(%) saja dari seluruh

baut yang berjumlah n buah menerima seluruh beban secara merata. Jika jumlah baut

efektif yang menanggung beban dinyatakan dengan ne maka besarnya tegangan geser

pada baut dapat dihitung sbb.

)mm.kg(2

Bnd

4T eb

2

b

T = momen punter (kg.mm)

db = diameter baut (mm)

b = tegangan geser (kg/mm2)

ne = jumlah baut efektif

B = jarak antara dua sumbu baut (mm)

)mm/kg(Bnd

T8 2

e

2

b

b

bab

ba adalah suatu harga tegangan geser izin bahan baut yang diperoleh misalnya

dengan membagi kekuatan tarik 41 (kg/mm2) dari bahan SS41 dengan faktor

keamanan Sf = 6. Bagian yang mengalami konsentrasi tegangan seperti bagian ulir

baut harus dijauhkan dari permukaan kontak dari kopling. Jika kemungkinan akan

terjadi tumbukan, maka b harus dikalikan dengan faktor Kb (faktor tumbukan) yang

dipilih antara 1.5 dan 3.

5

Bagian kopling yang perlu direncanakan berikutnya adalah flens. Jika kopling

dipergunakan untuk menghubungkan turbin dengan generator, maka pemakaian baja

tempa perlu digunakan untuk menghindari adanya bagian yang keropok. Untuk

pemakaian lain dapat digunakan baja cor. Karena bagian yang keropok peka terhadap

tumbukan, maka faktor koreksi Kb harus diambil sebesar 2 atau 3 dan dikalikan pada

.f

2

CCFT f

C = diameter naf (mm)

F = tebal flenz pada sambungan baut (mm)

FC

T22f

Faf

Jika baut pas dipakai, gesekan antara kedua flens dapat juga meneruskan

momen tetapi gesekan ini biasanya diabaikan.

Ada juga flens yang ditempa menjadi satu dengan poros pada ujung poros dan

disebut poros flens tempa. Keuntungannya adalah diameter flens dapat dibuat kecil

karena tidak memerlukan naf.

Contoh soal.

Rencanakan kopling flens kaku yang dipasang pada poros baja liat dengan sebuah

pasak untuk meneruskan daya sebesar 50 (kW) pada putaran 180 (rpm), dan periksa

kekuatan baut dan flens.

Penyelesaian soal

1. P= 50 (kW), n1 = 180 (rpm)

2. fc = 1,2

6

3. Pd = 1,2 x 50 = 60 (kW)

4. T = 9,74 x 105 x 60/180 = 4,12 x 105 (kg.mm)

5. Dengan mengambil kadar karbon untuk baja liat sebesar 0,20 (%), maka

kekuatan tarik B adalah

B = 0,20 x 100 + 20 = 40 (kg/mm2)

Sf1 = 6,0, Sf2 = 2,0

6. )mm/kg(33,3)0,2x0,6/(40 2

sa

7. 0,1C,0,2K bt

8. )(100)(2,981012,40,10,23,33

1,53/1

5 mmmmxxxxds

9. Dari Tabel 2.1, A = 355 (mm), C = 180 (m), L = 125 (mm)

A = 25 (mm), n = 8

10. 48x5,0n,5,0 e

11. )mm/kg(21,1260x4x25x

10x10,3x8 2

2

5

b

12. Dengan bahan baut SS41B, )mm/kg(41 2

B

Faktor keamanan Sfb = 6,

Faktor koreksi Kb = 3,0

13. )mm/kg(94,0)3x6/(41 2

ba

14. 1,21<2,28 baik

15. Bahan flens FC20,F = 35,5 (mm), ,6Sf),mm/kg(17 F

2

B

Faktor koreksi KF =3

7

16. )mm/kg(94,0)3x6/(17 2

Fa

17. 3,0 x 0,17=0,51 < 0,94 (kg.mm2), baik

18. Diameter luar kopling A = 355 (mm) kopling standar

ds = 100 (mm), baut; M25 x 8(pcs)

bahan baut; SS41. Bahan flens : FC20

Kopling karet ban

Mesin-mesin yang dihubungkan dengan penggeraknya melalui kopling flens

kaku, memerlukan penyetelan yang sangat teliti agar kedua sumbu poros yang saling

dihubungkan dapat menjadi satu garis lurus. Selain itu, getaran dan tumbukan yang

terjadi dalam penerusan daya antara mesin penggerak dan yang digerakkan tidak dapat

diredam, sehingga dapat memperpendek umur mesin serta menimbulkan bunyi berisik.

Untuk menghindari kesulitan-kesulitan dapat digunakan kopling karet ban.

Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun kedua poros yang dihubungkannya

tidak benar-benar lurus. Selain itu kopling ini juga dapat meredam tumbukan dan

getaran yang terjadi pada transmisi.

Meskipun terjadi kesalahan dalam pemasangan poros, dalam batas-batas

tertentu seperti diperlihatkan pada gambar, kopling ini masih dapat meneruskan daya

dengan halus. Pemasangan dan pelepasan juga dapat dilakukan dengan mudah

karena hubungan dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Variasi beban juga

dapat diserap oleh ban karet, sedangkan hubungan listrik antara kedua poros dapat

dicegah.

8

Karena keuntungannya demikian banyak, pemakaian kopling ini semakin luas.

Meskipun harganya agak lebih tinggi dibandingkan dengan kopling flens kaku, namun

keuntungannya yang diperoleh sari segi-segi lain sangat besar.

Beberapa produsen kopling ini menyediakan ukuran-ukuran standar. Untuk

merencanakan atau melakukan penelitian, perlu diketahui dulu besarnya daya yang

akan diteruskan, putaran poros, mesin yang dipakai, persyaratan kerja, dll. Seperti

perencanaan pada kopling flens. Setelah tipe yang sesuai dipilih, kemudian diperiksa

kekuatan bagian-bagiannya serta beban yang dipakai.

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan pada kopling karet ban yaitu pada

taksiran variasi momen puntir, sebagai tambahan atas momen yang dihitung dari daya

dan putaran poros.

Misalkan momen puntir yang diteruskan bervariasi seperti dalam gambar, garis

putus-putus menunjukkan momen puntir Tm (kg.mm) yang dihitung dari daya nominal P

9

(kW) dan putaran n1 (rpm) dari suatu motor listrik, motor tersebut mampu memberikan

daya tambahan yang cukup besar sesuai denagan permintaan diatas daya rata -rata

yang sesungguhnya.

)mm.kg(n/xP10x74,9T 1

5

m

Bila terdapat variasi momen, kalikan harga Tm dengan faktor koreksi fc untuk

tumbukan dan umur ban.

Bila variasi momen sangat besar seperti dikemukakan diatas, kalikan harga Tmax

(kg.mm) yang terbesar dalam satu putaran dengan faktor koreksi yang sama fc seperti

di atas.

maxcd TfT

Pilihlah ukuran sedemikian rupa sehingga momen Td (kg.mm) lebih rendah dari

pada momen normal maksimum dari kopling standar Tu (g.mm).

Perlu juga diperiksa apakah momen awal yang dikenakan beberapa kali dalam

sehari juga lebih rendah dari harga Td ini.

Untuk perhitungan diameter poros, faktor koreksi K t untuk poros sudah tercakup

didalam Td. Faktor koreksi lenturan Cb ditentukan atas dasar perkiraan apakah kopling

tersebut dimasa mendatang akan diganti dengan alat lain yang menimbulkan momen

lentur pada poros. Biasanya perhitungan didasarkan atas harga Cb = 1, yaitu dengan

anggapan tidak akan ada pergantian kopling dengan alat lain.

Dengan demikian rumus untuk diameter poros adalah

3/1

d

a

s T1,5

d

Bagian yang menempel dapat dibagi atas bagian piringan dan bagian silinder.

Luas tempelan S1 dan Ss (mm). Jika diameter luar bagian piringan dan silinder adalah

10

d1 dan d2 (mm), maka tegangan geser )mm/kg( 2

t yang timbul pada bagian yang

menempel adalah

dt

22

211 T

2

dS

4

ddS

2

dS

4

ddS/T 2

221

1dt

Tegangan geser yang diizinkan Ta antara ban kopling dan logam pemasang

adalah 0,04 (kg/mm2).

tat

Pemeriksaan selanjutnya dilakukan pada baut pengikat antara flans dengan

logam pemasang kopling ban.

Dalam hal kopling flens kaku yang diikant dengan baut pas, perhitungan

kekuatan didasarkan pada setengah dari jumlah semua baut, karena distribusi gaya

gesek yang tidak merata. Tetapi pada kopling karet ban, karena flens pada semua baut.

Dengan pemakaian baut tanam ini, tegangan geser terjadi pada ulir baut sehingga

konsentrasi tegangan harus diperhatikan. Disini konsentrasi tegangan dapat diambil

sebesar 3,0. Maka besarnya tegangan geser yang diizinkan pada baut adalah

21Bba xSfSf/( )

Jika diameter inti baut adalah dr, maka

xBxnd

T8

e

2

r

maxb

ne = n

Akhirnya, pada kopling yang dipergunakan untuk meneruskan daya dari suatu

penggerak mula dengan momen puntir yang sangat bervariasi seperti sebuah motor

11

torak dengan jumlah si linder sedikit, ayau kopling untuk menggerakkan mesin dengan

beban yang bervariasi secara periodic, maka getaran puntir harus diperiksa.

Jika jumlah puncak momen tiap putaran adalah v, dan putaran poros adalah n1

(rpm), maka frekuensi variasi momen puntir adalah vn1. Sekarang akan dihitung

frekwensi pribadi dari poros, momen inersia poros yang digerakkan dinyatakan dengan

ll (kg.cm.s2). Jika )m.kg(GD 22

tdiberikan, maka )980x4/(xGD10l 2

t

4

l . Ini adalah jumlah

inersia beban dan ½ dari momen inersia kopling. Momen inersia dari satu flens dapat

diperoleh dari tabel 2.6, yang besarnya adalah setengah dari selisih antara momen

inersia logam pemasang dan momen inersia badan kopling.

Momen inersia dari badan motor induksi 2

mGD adalah )980x4/(xGD10 2

m

4 dan ½

dari momen inersia kopling adalah Im.

Jika roda gigi reduksi dipakai antara motor dan kopling, maka GD2 dari motor

dan pinyon harus dikalikan dengan kuadrat dari perbandingan reduksi i(i>l). hasil

perkalian tersebut setelah ditambah dengan GD2 dari roda gigi kemudian dikalikan

dengan (104/4 x 980).

Jika konstanta pegas kopling ban adalah k (kg.cm/rad), maka harga ukuran-

ukuran yang bersangkutan adalah seperti tertera dalam tabel 2.6, putaran krisisnya nc

(rpm) adalah

ml

cl

l

l

lk

2

60n

Adalah suatu hal yang dapat dipandang baik jika frekwensi variasi momen puntir

vn1 tidak lebih dari 0,8 nc.

Contoh soal

Sebuah kompresor yang menimbulkan variasi momen puntir seperti dalam gambar

dalam satu putaran poros, digerakkan oleh sebuah motor induksi sebesar 5,5 (kW)

pada 960(rpm). Pilihlah suatu kopling karet ban untuk menghubungkan kedua mesin

tersebut. Motor tersebut mempunyai poros dengan diameter 42 (mm), GD2 sebesar

12

0,22 (kg.m2), dan 6 buah kutub, sedang kompresor mempunyai GD2 sebesar 0,12

(kg.m2).

Penyelesaian soal.

1. P = 5,5 (kW), n1 = 960 (rpm)

2. Tm = 9,74 x 105 x 5,5/960 = 5580 (kg.mm)

3. Tmax = 11000 (kg.mm), v=2

4. dari tabel 2.7,fc = 3,0

5. Td = 3,0 x 11000 = 33000 (kg.mm)

6. no. 265 A = 265 (mm)

momen normal maksimum Tu=36(kg.m) > 33000(kg.mm).

B = 140 (mm), C = 100(mm), L=71(mm), F=14(mm), d=12(mm),

n = 2 x 6

7. Bahan poros S45C

0,6Sf),mm/kg(58 1

2

B

Dengan alur pasak Sf2 = 2,5

Pengaruh tangga poros adalah kecil

8. )mm/kg(87,35,2x0,6

58 2

a

9. )mm(1,3533000x87,3

1,5d

3/1

s

Diameter poros sebesar 35(mm) dapat dipandang cukup. Tetapi karena diameter

poros motor adalah 42 (mm), maka diameter yang sama juga harus diambil

untuk poros yang digerakkan.

10. Dengan diameter naf kopling sebesar 100(mm), diameter lunang poros

maksimum adalah 56(mm). Jadi diameter poros sebesar 42(mm) adalah cukup

baik.

13

11. Periksa konsentrasi tegangan pada alur pasak.

Untuk diameter poros sebesar 38 sampai 44(mm), ukuran pasak adalah 12 x 8.

Jari-jari filet r1, r2 = 0,25 sampai 0,40(mm) => ambil 0,4 (mm), Maka 0,4/42 =

0,0095, 32

Konsentrasi tegangan ternyata lebih besar dari taksiran semula yaitu sebesar

2,5. Karena itu perlu diadakan koreksi.

3,87 x 2,5/3,2 = 3,02 (kg/mm2)

Periksa apakah tegangan geser yang diperoleh dengan mengalihkannya dengan

Td = 33000(kg.mm) untuk poros tanpa pasak adalah lebih kecil dari 3,02

(kg/mm2) atau tidak.

5,1 x 33000/423 = 2,27 < 3,02 (kg/mm2) => baik.

12. Luas penempelan antara ban dengan logam pemasang.

Bagian piringan S1 = 10287 (mm2).

Bagian silinder S2 = 6180 (mm2).

).mm/kg(04,0),mm(164d),mm(200d 2

ta21

13. )mm/kg(023,02

1646180

4

16420010287/33000 2

14. 0.023 < 0,04, baik

15. Bahan baut S20C, ).mm/kg(41 2

B

3f,3Sf,6Sf,6n),mm(140B),mm(863,10d c211b

16. )mm/kg(28,2)3x6/(41 2

ba

17. )mm/kg(283,0140x6x)863,10(x

11000x8 2

2b

18. 3,0 x 0,283 =0,849 < 2,28, baik

19. Kompresor: GD2 = 0,12 (kg.m2)

)cm.kg(306,0)980x4/(12,0x10l 24

14

Kopling: lc = (0,83-0,38)=0,45(kg.cm.s2)

Sisi digerakkan l1 = 0,560+(0,45/2)=0,531 (kg.cm.s2)

Motor GD2 = 0,22 (kg.m2), l=104 x 22/(4 x 980) = 0,560 (kg.cm.s2)

Sisi penggerak lm = 0,560 + (0,45/2) = 0,785 (kg.cm.s2)

Konstanta pegas puntiran : k = 6,07 x 104 (kg.cm./rad)

20. )rpm(4180785,0

1

531,0

110x07,6

2

60n 4

c

21. 2 x 960/4180 = 0,46 < 0,8, baik

22. No. 265 diameter luar 265 (mm)

Diameter poros 42 (mm).

Bahan poros S45C

Baut M12 x 6(buah) x dua sisi.

Bahan baut S20C

Materi 2

Bantalan Gelinding

Bantalan gelinding dapat diklasifikasikan atas: bantalan radial, yang terutama

membawa beban radial dan sedikit beban aksial, dan bantalan aksial yang membawa

beban yang sejajar sumbu poros. Menurut bentuk elemen gelindingnya, dapat pula

dibagi atas bantalan bola dan bantalan rol. Demikian pula dapat dibedakan menurut

banyaknya baris dan kontruksi dalamnya. Bantalan yang cincin dalam dan cincin

luarnya dapat saling dipisahkan disebut macam pisah.

Menurut diameter luar atau diameter dalamnya, bantalan gelinding dapat dibagi atas:

Diameter luar lebih dari 800(mm) ultra besar

Diameter luar 180-800 (mm) Besar

Diameter luar 80-180 Sedang

Diameter dalam 10 (mm) atau lebih, dan Kecil

Diameter luar sampai 80 (mm)

15

Diameter dalam kurang dari 10 (mm), dan Diameter kecil

Diameter luar 9 (mm) atau lebih

Diameter luar kurang dari 9 (mm) Miniatur

Menurut pemakaiannya, dapat digolongkan atas bantalan otomobil, bantalan

mesin, dan bantalan instrument. Bantalan gelinding biasa terdapat dalam ukuran metris

dan inc, dan distandartkan menurut ISO dengan nomer kode internasional menurut

ukurannya. Namun demikian perlu diketahui bahwa bantalan otomobil dapat

mempunyai ukuran kusus sesuai dengan pemakaiannya.

16

Kemampuan Bantalan Gelinding

1. Kemampuan Membawa Beban Aksial

Bantalan radial yang mempunyai sudut kontak yang besar antara elemen

gelinding dan cincinnya, dapat menerima sedikit beban aksial. Bantalan bola macam

alur dalam, bantalan bola kontak sudut, dan bantalan rol kerucut merupakan macam

bantalan yang akan dibebani beban kecil. Bantalan mapan sendir dapat

menyesuaikan diri dengan defleksi poros. Namun demmikian kemampunannya

menahan daya aksial adalah kecil. Bantalan rol silinder pada umumnya hanya dapat

menerima beban radial. Meskipun demikian diantaranya terdapat pula yang

mempunyai konstruksi khusus untuk dapat menerima gaya aksial.

2. Kemampuan Terhadap Putaran

Diameter poros d (mm) dikalikan dengan putaran permenit n (rpm) disebut harga

d.n. Harga ini untuk suatu bantalan mempunya batas empiris yang besarnya

tergantung pada macamnya dan cara pelumasannya, Tabel 4.7 merupakan suatu

pedoman dalam perencanaan bantalan. Bantalan bola alur dalam dan bantalan bola

sudut serta bantalan rol silinder pada umumnya dipakai untuk putaran tinggi;

bantalan rol kerucut dan bantalan mapan sendiri untuk putaran sedang; bantalan

aksial untuk ptaran rendah. Harha-harga yang diberikan pada tabel diatas

merupakan batas untuk kondisi kerja terus-menerus dalam keadaan bias. Untuk

bantalan yang diameter dalamnya dibawah 10 (mm), atau lebih dari 200 (mm),

terdapat harga-harga yang lebih rendah. Dalam hal pelumasan dengan gemuk,

harga-harga batas tersebut adalah untuk umur gemuk 1000jam. Untuk pelumasan

celup, 2-2,5 kali harga didalam tabel dapat diterima; untuk pelumasan dengan

pompa, 3-5 kai harga dalam tabel dapat diterima.

3. Kemampuan Terhadap Gesekan

Bantalan bola dan bantalan rol mempunyai gesekan yang relative kecil

dibandingkan dengan bantalan macam lain. Untuk alat-alat ukur, gesekan bantalan

merupakan hal yang menentukan ketelitiannya.

17

4. Kemampuan Terhadap Bunyi Dan Getaran

Hal ini dipengaruhi oleh kebulatan bola dan rol, kebulatan cincin, kekasaran

elemen-elemen tersebut, keadaan sangkarnya, dan kelas mutunya. Faktor lain yang

mempengaruhi adalah ketelitian pemasangan, konstruksi mesin (yang memakai

bantalan tersebut), dan kelonggaran dala bantalan, bunyi atau getaran adalah

pengaruh gabungan dari berbagai faktor. Sampai saat ini belum ada perencanaan

yang memuaskan dan sempurna.

Bahan Bantalan Gelonding

Cincin dan elemen gelinding pada bantalan umumnya terbuat dari baja bantalan

khrom karbon tinggi. Baja bantalan dapat memberikan efek stabil pada perlakuan

panas. Baja ini dapat memberikan umur panjang dengan kerusakan yang sangat

kecil.

Dengan kemajuan dalam teknik hampa pada akir-akir ini, telah dikembangkan

baja bantalan cair hampa. Baja macam ini tidak sesuai dengan produksi masa dan

sangat mahal sehingga hanya dipakai dimana diperlikan 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 meneluarkan gas-gas yang

terkurung didalamnya. Proses ini diikuti dengan pembuatan ingot.

Untuk bantaln yang memerlukan ketahanan kusus terhadap kejutan, dipakai baja

paduan karbon rendah yang kemudian diberi perlakuan panas dengan sementasi.

Baja semen yang kedalaman sementasinya dan kekerasa dari inti dan

permukaannya adalah sedang, dapat menahan tembukan yang besarnya beberapa

kali kemampuan baja bantalan.

Untuk bantalan yang tahan panas dan tahan karat terdapat baja kecepatan tinggi

atau deretan martensit dari baja tahan karat.

Bahan untuk sangkar, yang akan mengalami kontak gesekan dengan elemen

gelinding, harus tahan aus dan tidak mudah patah. Sangkar untuk bantalan kecil

dibuat dengan mengepres pita baja yang difinis dari baja karbon rendah atau baja

plat yang difinis. Untuk pemakaian kusus, plat kuningan atau plat baja tahan karat

juga sering dipakai. Untuk beberapa macam bantalan putaran tinggi dapat dibuat

18

dari plastic. Sebagai paku keeling untuk sangkar dipergunakan baja karbon rendah

bermutu baik.

Nomor Nominal Bantalan Gelinding

Dalam praktek, bantalan gelinding standart dipilih dari catalog bantalan. Ukuran

utama bantalan gelinding adalah diameter lubang, diameter luar, lebar, dan

lengkungan sudut. Pada umumnya, diameter lubang diambil sebagai patokan,

dengan mana berbagai diameter luar dan lebar digabungkan.

Nomor nominal bantalan gelinding terdiri dari nomor dasar dan pelengkap.

Nomor dasar yang terdapat merupakan lambang jenis, lambang ukuran (lambang

lebar, diameter luar), nomor diameter lubang, dan lubang sudut kontak.

Lambang-lambang pelengkap mencakup lambang sangkar, lambang skat(sil),

bentuk cincin, pemsangan, kelonggaran, dan kelas. Jika hal-hal tersebut tidak

doperinci, maka lambang-lambang diatas tidak dituliskan.

Lamnbang jenis menyatakan jenis bantalan. Baris tunggal alur dalam diberi tanda

6; rol silinder diberi tanda huruf seperti N, NF, dan NU, yang menyatakan macam

kerahnnya.

Lambang ukuran merupakan lebar untuk bantalan radial dan tinggi untuk

bantalan aksial; dapat juga menyatakan diameter luar dari bantalan-bantalan

tersebut. Untuk bantalan radial, tidak mendapat lambang lebar. Diameter membesar

dalam ukuran; 7,8,9,0,1,2,3 dan 4. lambang diameter luar 0,2, dan 3 pada umumnya

banyak dipakai. Juga lambang lebar, 0,1,2, dan 3 lazim dipergunakan. Lambang

diameter luar 0 dan 1 menyaakan jenis beban yang sangat ringan ; 2, jenis beban

ringan; 3, jenis beban sedang dan 4, jenis beban berat.

Nomor diameter lubang dinyatakan dengan dua angka. Untuk bantalan yang

berdiameter 20-500 (mm), kalikanlah 2 angka lubang tersebut dengan 5 untuk

mendapatkan diameter lubang yang sebenarnya (dalam mm). nomor tersebut

bertingkat, dengan kenaikan sebesar 5 (mm), nomor 00 menyatakan 10 (mm); 01,

12 (mm); 02, 15(mm); dan 03, 17(mm) diameter lubang. Untuk diameter lubang

dibawah 10(mm), nomor tanda adalah sama dengan diameter lubangnya.

Dibawah ini akan diberikan contoh nomor nominal dan artinya.

19

1. 6312 ZZ C3 P6

6 menyatakan bantalan bola baris tunggal alur dalam

3 adalah singkatan dari lambang 03, dimana 3 menunjukkan diameter

luar 130(mm) untuk diameter lubang 60 (mm)

12 berarti 12 x 5 = 60 (mm) diameter lubang

ZZ berarti bersil 2

C3 adalah kelonggaran C3

P6 berarti kelas ketelitian 6

2. 22220 K C3

2 menyatakan bantalan rol mapan sendiri

22 menunjukkan diameter luar 180 (mm) dan lebar 46 (mm) untuk diameter

lubang 110 (mm)

20 berarti 20 x 5 = 100 (mm) diameter lubang

K berarti 1/12 tirus lubang, kelas ketelitian 0

C3 kelonggaran C3

Sebagai tambahan, untuk bantalan rol kerucut dalam inc dapat ditemui dalam

standar AFBMA, dan untuk bantalan miniature dalam USAS. Untuk perusahaan

kereta api nasional jepang terdapat nomor nominal dengan lambang-lambang

seperti diatas disamping penomoran menurut JIS.

Kapasitas Nominal Bantalan Gelinding

Ada dua macam kapasitas nominal, yaitu kapasitas nominal dinamis spesifik dan

kapasitas nominal statis spesifik.

Misalkan sejumlah bantalan membawa beban tanpa variasi dalam arah yang

tetap. Jika bantalan tersebut adalah bantalan radial, maka bebannya adalah radial

murni, cincin luar diam dan cincin dalam berputar. Jika bantalan tersebut adalah aksial,

maka kondisi bebannya adalah aksial murni, satu cincin diam dam cincin yang lain

berputar. Jumlah putaran adalah 1.000.000 (atau 33,3 rpm selama 500 jam). Setelah

menjalani putaran tersebut, jika 90 (%) dari jumlah bantalan tersebut tidak menunjukkan

20

kerusakan karena kelelahan oleh beban gelinding pada cincin atau elemen

gelindingnya, maka besarnya beban tersebut dinamakan kapasitas nominal dinamis

spesifik, dan umur yang bersangkutan disebut umur nominal.

Jika bantalan membawa beban dalam keadaan diam (atau berayun-ayun), dan

pada titik kontak yang menerima tegangan maksimum besarnya deformasi cincin

menjadi 0.0001 kali diameter elemen gelinding, maka beban tersebut dinamakan

kapasitas nominal statis spesifik.

Kedua macam beban diatas merupakan faktor dasar yang pertama dalam

pemilihan bantalan. Rumus-rumus perhitungan beban dinamis spesifik dulu belum

diseragamkan diseluruh dunia. Hal ini dapat dolihat pada perbedaan besarnya harga

beban dinamis spesifik C dari bantalan yang sama ukurannya tetapi dibuat oleh pabrik

yang berbeda.

Dalam tahun 1959, persamaan teoritis dari lundberg dan palmgrens diterima oleh

ISO, dan dimasukkan dalam JIS B 1518. pada saat ini, semua produsen bantalan

menggunakan standar perhitungan tersebut sehingga harga C yang terdapat dalam

catalog bantalan dari berbagai pabrik sama besarnya untuk bantalan yang sama

ukurannya. Persamaan untuk C pada bantalan bola dan rol radial adalah sebagai

berikut.

Untuk diameter bola 25,4 (mm) atau kurang

C = fc (i cos 8,1

a

3/27,0 DZ)

Untuk diameter bola lebih dari 25,4 (mm)

C = fc (i cos 4,13/27,0 Da647,3Z)

Untuk bantalan rol

27/29

a

4/39/7

ac DZ)cosil(fc

Dimana

C: adalah kapasitas nominal stasis spesifik

21

I: jumlah baris bola dalam satu bantalan

: sudut kontak nominal

Da: diameter bola,

Fc: faktor yang besarnya tergantung pada jenis,kelas ketelitian

La: panjang efektif rol.

Perhitungan Beban Dan Umur Bantalan Gelinding

Perhitungan beban ekivalen

Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa sehingga memberikan umur yang

sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut

beban ekivalen dinamis.

Jika suatu deformasi permanent, ekivalen dengan deformasi permanent

maksimum yang terjadi Karena kondisi beban statis yang sebenarnya pada bagian

dimana elemen gelinding membuat kontak dengan cincin pada tegangan maksimum,

maka beban yang menimbulkan deformasi tersebut dinamakan beban ekivalen statis.

Misalkan sebuah bantalan membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa

(kg), maka beban ekivalen dinamis Pr (kg) adalah sebagai berikut.

Untuk bantalan radial (kecuali bantalan rol si linder)

Pr = XVFr + YFa

Untuk bantalan aksial, beban aksial ekivalen dinamis Pa (kg)

Pa = XFr + YFa

Faktor V sama dengan l untuk pembedaan pada cincin dalam yang berputar, dan

1,2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar. Harga-harga X dan Y

terdapat dalam tabel 4.9.

22

Beban radial ekivalen statis Po (kg), dan beban aksial ekivalen statis Poa (kg) untuk

suatu bantalan yang membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg), dapat

ditentukan dengan persamaan berikut.

tanF3,2FP

,FP

FYFXp

raoa

r0

a0r00

di ambil yang lebih besar Hara-harga

faktor X0 dan Y0 juga terdapat dalam tabel 4.9

Perhitungan Umur Nominal

Umur nominal L (90% dari jumlah sample, setelah berputar satu juta

putaran, tidak memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding) dapat ditentukan

sebagai berikut.

Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban

ekivalen dinamis, maka faktor kecepatan fn adalah:

23

Untuk bantalan bola,

3/1

nn

3,33f

Untuk bantalan rol,

10/3

nn

3,33f

Faktor umur adalah:

Untuk kedua bantalan, P

Cff nh

Umur nominal Ln adalah:

Untuk bantalan bola, 3

hh f500L

Untuk bantalan rol, 3/10

hh f500L

Dengan bertambah panjangnya umur karena adanya perbaikan besar dalam

mutu bahan dank arena tuntutan keandalan yang lebih tinggi, maka bantalan

modern direncanakan dengan Lh yang dikalikan dengan faktor koreksi. Jika Ln

menyatakan keandalan umur (100-n)(%), maka

h321n L.a,a,aL

Dimana:

a1: adalah faktor keandalan (tabel 4.10). a1 = 1 bila keandalan 90(%) dipaka

seperti biasanya, atau 0,21 bila keandalan 99 (%) dipakai.

a2: adalah faktor bahan. a2 = 1 untuk bahan baja bantalan yang dicairkan

secara terbuka, dan kurang lebih = 3 untuk baja bantalan de-gas hampa.

a3: adalah faktor kerja. a3 = 1 untuk kondisi kerja normal, dan kurang dari 1

untuk hal-hal berikut ini (karena kondisinya tidak menguntungkan umur

bantalan):

24

Bantalan bola, dengan pelumasan minyak berviskositas 13(cSt) atau

kurang.

Bantalan rol, dengan pelumasan minyak berviskositas 20 (cSt) atau

kurang.

Kecepatan rendah, yang besarnya sama dengan atau kurang dari

10000 (rpm) dibagi diameter jarak bagi elemen gelinding.

Jika bantalan tinggal diam, bila cincin dalam, cincin luar, dan elemen gelinding

berputar bersama sebagai satu kesatuan (tidak ada gerakan relative antara

ketiga bagian tersebut), atau bantalan berputar dengan putaran tidak lebih dari

10 (rpm), atau berayun-ayun, maka perhitungan L tidak dilakukan. Dalam hal ini

keadaan beban dianggap statis, dan perhitungan hanya didasarkan pada beban

ekivalen statis yang harus lebih rendah dari pada beban nominal statisnya.

Untuk menentukan apakah umur yang dihitung perlu dihitung lagi dengan

nomor bantalan yang lain, harus dipertimbangkan berdasarkan harga-harga

standard alam tabel 4.11.

25

26

Soal evaluasi

1. Kopling flenz kaku berfungsi untuk

a. penerus putaran

b. penurun putaran

c. pemercepat putaran

d. pemutus putaran

2. Kopling karet ban berfungsi untuk

a. sumbu poros yang dihubungkan segaris

b. sumbu poros yang dihubungkan tidak segaris.

c. sumbu poros yang dihubungkan sejajar

d. sumbu poros yang dihubungkan berpotongan

3. Jika sumbu poros yang dihubungkan tidak segaris, kopling yang tepat adalah

a. Kopling flenz kaku

b. Kopling karet ban

c. Kopling bus

d. Kopling tempa

4. Tujuan dari penggunaan kopling adalah untuk

a. perawatannya mudah dan cepat

b. pemasangannya mudah dan cepat

c. pemasangan poros mudah dan cepat

d. pemasangan baut mudah dan cepat

5. Rencanakan sebuah kopling untuk memindahkan daya dari sebuah motor listrik

sebesar 5 (kW) pada putaran 1000 (rpm). Poros mengalami sedikit beban

tumbukan, dan dipakai selama 16 jam. Bahan harus dipilih sendiri yang sesuai.

6. Rencanakan bantalan gelinding untuk sebuah poros yang memindahkan daya dari sebuah

motor listrik sebesar 5 (kW) pada putaran 1000 (rpm). Poros mengalami beban puntir, dan

juga beban lentur karena ada 2 puli yang terpasang. besarnya beban lentur yang terjadi

dapat dilihat pada gambar. Pada poros dibuat alur pasak untuk memasang puli dan dibuat

bertangga untuk memasang bantalan, jika sehari poros ini dipakai selama 16 jam dengan

tumbukan ringan. Bahan harus dipilih sendiri yang sesuai.

27

7. Rencanakan bantalan gelinding untuk sebuah poros dipasang roda gigi transmisi

dengan ukuran diameter 15 cm dan lebar 3 cm. Daya yang ditransmisikan 5 kW,

pada putaran 200 Rpm dan bahan poros yang dipakai S35C.

roda gigi

bantalan 15 cm bantalan

12 cm 12 cm

28

Kunci soal evaluasi

1. a

2. b

3. b

4. b

29

Rangkuman.

Kopling adalah suatu elemen mesin yang berfungsi sebahgai penerus putaran

dari poros penggerak ke poros yang digerakkan. Kopling ada dua macam yaitu kopling

tetap (coupling) dan kopling tidak tetap (clutch). Kopling tetap yang dibahas yaitu

kopling flens kaku dan kopling karet ban. Kopling tetap jenis kopling flens kaku

dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan sumbu segaris. Kopling

flens kaku digunakan pada kopling mesin dan transmisi umum di pabrik-pabrik. Kopling

karet ban dipergunakan bila kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak segaris atau

tidak benar-benar lurus. Kopling karet ban dapat meredam tumbukan dan getaran yang

terjadi pada transmisi akibat kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak segaris.

Penggunaan koplng untuk menghubungkan dua poros sangat banyak digunakan

karena mempunyai berbagai macam keunggulan yaitu pemasangannya yang mudah

dan cepat, ringkas, ringan dan aman tehadap putaran tinggi; getaran dan tumbukan

kecil.

Bantalan gelinding dapat diklasifikasikan atas: bantalan radial, yang terutama

membawa beban radial dan sedikit beban aksial, dan bantalan aksial yang membawa

beban yang sejajar sumbu poros. Menurut bentuk elemen gelindingnya, dapat pula

dibagi atas bantalan bola dan bantalan rol.

30

Daftar pustaka

Holowenko, dkk. , 1980 , Machine Design, Asian Student Edition, Schaums

Outline Series, New York : McGraw-Hill Book, Inc.

Khurmi, R.S., Gupta, J.K., 1980 , Machine Design, New Delhi: Eurasia Publishing

House.

Shigley, J.E., Mitchell, L.D., 1986, Perencanaan Teknik Mesin Jakarta :

Erlangga.

Sularso, Kiyokatsu Suga, 1980, Elemen Mesin, Jakarta: Pradnya Paramita.