Jenis - Jenis Bearing

Gambar 1. Journal bearing dan deep groove ball bearing

Fungsi dari bearing adalah untuk menahan beban khususnya pada poros. Di samping menahan beban, bearing juga harus memungkinkan terjadinya gerak relatif antara poros dengan elemen mesin lainnya. Bearing memiliki banyak jenis akan tetapi secara umum bisa dibagi menjadi dua kategori yaitu:

1. Sliding bearing

Sliding bearing juga dikenal dengan nama journal bearing atau plain surface bearing. Pada bearing jenis ini, gerakan (motion) difasilitasi oleh lapisan tipis pelumas.

2. Rolling element bearing

Pada rolling element bearing, gerakan (motion) difasilitasi oleh kombinasi antara rolling element dan pelumas. Pembahasan lebih lanjut mengenai rolling element bearing bisa dilihat disini.

Pelumas sangat penting bagi bearing untuk mengurangi gesekan antara dua permukaan dan mengurangi panas. Gambar 1 memperlihatkan gambar journal bearing sedangkan Gambar 2 memperlihatkan deep groove ball bearing.

Gambar 2. Klasifikasi bearing

Gambar 3 bisa digunakan untuk menentukan beban maksimum yang bisa diterima oleh suatu jenis bearing jika kecepatan dan ukuran poros diketahui.

Gambar 3. Pemilihan bearing berdasarkan beban dan kecepatan

Tabel 1. Perbandingan performa bearing untuk putaran terus menerus

A. Sliding Bearing

Sliding bearing atau bantalan geser adalah bearing yang memiliki dua permukaan dan permukaan tersebut saling bergerak relatif antara satu dengan lainnya. Supaya tidak terjadi gesekan dan keausan antara dua permukaan bearing tersebut maka di antara dua permukaan tersebut terdapat pelumas yang akan diperas oleh gerakan komponen.

Gambar 4. Plain surfaces, journal atau sliding bearing

Ada tiga cara pelumasan pada sliding bearing antara lain:

a. Boundary lubrication

b. Mixed-film lubrication

c. Full film lubrication

Boundary lubrication biasanya terjadi jika kecepatan relatif antara journal dan permukaan bearing adalah rendah dan memiliki karakteristik terjadinya kontak fisik. Walaupun pelumasan ada, tekanan yang dihasilkan tidak begitu signifikan dan menyebabkan terjadinya kontak permukaan secara periodik. Mixed film lubrication terjadi ketika kecepatan relatif antara permukaan adalah cukup untuk menghasilkan tekanan yang cukup tinggi pada lapisan pelumas sehingga bisa memisahkan dua buah permukaanbearing pada waktu tertentu. Full-film lubrication terjadi pada kecepatan yang relatif tinggi. Gerakan pada permukaan menghasilkan tekanan yang tinggi pada pelumas sehingga memisahkan antara dua komponen. Semua jenis pelumasan ini bisa dilakukan pada bearing tanpa memerlukan tekanan eksternal. Jika pelumas dengan tekanan yang tinggi diberikan pada bearing untuk memisahkan dua permukaan dinamakan dengan hydrostatic bearing.

Gambar 5. Representasi kekasaran permukaan untuk sliding bearing

Kinerja sliding bearing tergantung dari jenis pelumasan yang diberikan. Secara umum, boundary lubrication digunakan untuk penggunaan dengan kecepatan rendah dengan kecepatan permukaan kurang dari 1,5 m/s. Mixed-film lubrication jarang digunakan karena sulit untuk menghitung nilai koefisien gesek.

Ketika membahas pelumasan maka tidak akan lepas dari membahas kekentalan pelumas. Kekentalan (viscosity) adalah ukuran dari sebuah fluida dalam menahan geser. Pelumas dapat berbentuk padat, cair atau gas, tetapi yang umum diketahui adalah oli dan greases (gemuk). Pelumas secara umum terbagi dua yaitu mineral oil dan synthetic oil. Kekentalan pelumas sangat tergantung dari temperatur sebagaimana terlihat pada Gambar 1.6. Pelumas biasanya berbentuk padat pada temperatur di bawah -35 derajat Calcius, tipis seperti paraffin pada temperatur 100 derajat Calcius dan terbakar pada temperatur di atas 240 derajat Calcius.

Gambar 6. Variasi kekentalan dan temperatur pada pelumas

Variasi kekentalan dengan temperatur pada oli sudah distandarisasi dan tersedia dalam berbagai kode seperti SAE 10, SAE 20, SAE 30, SAE 40, SAE 5W, SAE 10W dan lain sebagainya. Asal dari sistem identifikasi tersebut dikembangkan oleh Society of Automotive Engineers. Semakin kecil nilai angka pada kode oli maka oli semakin tipis dan kekentalannya semakin rendah. Simbol W digunakan untuk musim dingin (Winter). Sistem identifikasi lain juga tersedia yaitu dari International Organization for Standardization (ISO 3448).

B. Boundary Lubrication Bearing

Boundary lubrication bearing digunakan untuk kecepatan rendah seperti bushes dan linkages. Contoh penggunaannya adalah pada roda mesin pemotong rumput dan kunci rachet. Pertimbangan umum dalam merancang boundary lubrication bearing antara lain:

• Koefisien gesek (statis dan dinamis)

• Kapasitas beban

• Kecepatan relatif antara komponen yang diam dan komponen yang bergerak

• Temperatur pengoperasian

• Keterbatasan pemakaian

• Kapabilitas produksi

Sebuah ukuran yang berguna dalam merancang boundary lubrication bearing adalah PV faktor (kapasitas beban × kecepatan periperal), yang mengindikasikan kemampuan dari material bearing untuk mengakomodasi energi gesekan yang dihasilkan. Jika nilai PV melebihi batas maka temperatur tidak akan stabil dan akan terjadi kerusakan yang lebih cepat. Nilai PV untuk berbagai jenis material bearing diperlihatkan pada Tabel 2. Desain awal dari boundary lubrication bearing adalah mengatur proporsi bearing yaitu panjang bearing dan diameter bearing serta memilih material bearing sesuai dengan nilai PV. Adapun langkah-langkah mendesain bearing antara lain:

• Menentukan kecepatan putar bearing dan beban yang harus diterima.
• Menentukan proporsi bearing. Praktek umum adalah mengatur rasio panjang-ke-diameter antara 0,5 hingga 1,5. Jika diameter diketahui maka atur panjang sama dengan diameter.
• Hitung kapasitas beban dengan menggunakan persamaan:

dimana, P = kapasitas beban (N/m^2)

W = beban (N)

L = panjang bearing (m)

D = diameter bearing (m)

• Menentukan kecepatan tangensial maksimum dari journal.
• Menghitung PV faktor.
• Mengalikan nilai PV yang diperoleh dengan factor of safety 2.
• Menentukan material bearing yang cocok digunakan dengan melihat Tabel 1.2 berdasarkan nilai PV yang diperoleh.

Referensi:

mhasanalbana, Childs, Peter R.N, Mechanical Design Engineering Handbook., Elsevier, 2014

Share this post