Bantalan gelinding dan luncur: jenis, kode, beban, umur, pelumasan, pemasangan, dan tanda kerusakan

Bantalan utama sebuah washer-extractor di laundry hotel diganti dua kali dalam setahun, padahal pabrik mesin menjanjikan umur yang jauh lebih panjang. Teknisi yang merawatnya rajin: setiap bulan ia memompa gemuk dengan pistol gemuk pneumatik sampai gemuk keluar dari celah segel, "supaya pasti penuh". Saat penggantian, bantalan baru dipasang dengan memukul cincin luarnya ke poros memakai palu dan pipa. Setelah penggantian kedua, oli bekas dari rumah bantalan berwarna susu dan magnet sumbat kurasnya penuh serbuk logam.

Bantalan jarang rusak sendiri. Sebagian besar kerusakan berasal dari pelumasan, pemasangan, kontaminasi, dan beban yang tidak semestinya. Bab ini menjelaskan cara memilih, melumasi, memasang, dan memeriksa bantalan, dengan data dari manual servis mesin.

Batas pembahasan

Bab ini membahas tugas dan jenis bantalan, kode bantalan, umur nominal, pelumasan, bantalan rol tirus dan shim, pemasangan dan pelepasan, segel dan kontaminasi, bantalan luncur, dan pemeriksaan lapangan. Narasi disiplin Teknik Mekanikal dan Mekatronika memuat sedikit kutipan tentang bantalan, sehingga sumber utama bab ini adalah manual servis washer-extractor kaku milik pemilik, terutama bagian perawatan pencegahan, rakitan bantalan utama, dan perawatan motor, ditambah pengetahuan teknik umum yang ditandai di peta sumber.

Jenis kerusakan bantalan menurut ISO 15243, keausan saat diam, erosi listrik pada motor ber-VFD, dan getaran dasar sudah dibahas di Bab 44 · Kelistrikan & Kendali, dan dinamika rotor serta ketidakseimbangan di Fisika 207. Kode, beban dasar, celah, suaian, suhu pemanasan, jenis dan jumlah pelumas, serta interval pelumasan untuk bantalan tertentu diambil dari pabrik bantalan dan pabrik mesin. Angka di bab ini adalah contoh dari manual sumber, nilai literatur umum, atau angka latihan, dan ditandai.

Tugas bantalan

Bantalan menumpu poros yang berputar, menahan beban radial (tegak lurus poros) dan beban aksial (searah poros), dan menjaga poros tetap di tempatnya dengan gesekan sekecil mungkin. Pada washer-extractor, bantalan utama menahan berat drum, cucian, dan air, gaya sabuk, dan gaya tak seimbang saat ekstraksi. Pada motor, bantalan menahan rotor dan tarikan sabuk. Pada pompa, bantalan menahan poros impeler dan gaya hidraulik.

Bantalan gelinding memakai bola atau rol di antara dua cincin, sehingga gesekannya kecil sejak mulai berputar. Bantalan luncur memakai lapisan pelumas di antara poros dan selongsong; gesekannya rendah setelah lapisan pelumas terbentuk, tetapi lebih besar saat mulai berputar.

Jenis bantalan gelinding

Jenis yang paling sering ditemui teknisi:

1. Bantalan bola alur dalam: paling umum, untuk beban radial dan beban aksial ringan sampai sedang; dipakai di motor, pompa kecil, dan kipas.
2. Bantalan bola kontak sudut: untuk beban radial dan aksial bersamaan, sering dipasang berpasangan.
3. Bantalan rol silinder: untuk beban radial besar, hampir tanpa kemampuan menahan beban aksial; poros dapat bergeser aksial, sehingga cocok di sisi bebas poros yang memuai.
4. Bantalan rol tirus: untuk beban radial dan aksial besar; dipasang berpasangan dan disetel celah aksialnya. Rakitan bantalan utama dalam manual sumber memakai pasangan bantalan rol tirus, terdiri atas kerucut dan mangkuk, dengan shim penyetel.
5. Bantalan rol bola (spherical): untuk beban berat dengan poros yang dapat sedikit tidak lurus.
6. Bantalan dorong: khusus untuk beban aksial.

Handbook teknik manufaktur dalam narasi mencatat bantalan hibrida dengan bola keramik pada cincin baja, yang dipakai pada putaran sangat tinggi dan sebagai salah satu cara memutus arus bantalan pada motor ber-VFD.

Membaca kode bantalan

Kode bantalan gelinding mengikuti pola umum: angka pertama atau huruf menunjukkan jenis, angka berikutnya seri ukuran, dan dua angka terakhir kode diameter lubang. Untuk lubang 20 mm ke atas, diameter lubang sama dengan dua angka terakhir dikali 5 mm (nilai literatur umum). Manual sumber, dalam bagian perawatan motor, mencantumkan bantalan sisi poros beberapa ukuran rangka motor beserta diameter luar dan lebarnya:

Sufiks setelah kode memberi keterangan penting: tutup logam di satu atau dua sisi, segel karet di satu atau dua sisi, celah dalam yang lebih besar dari normal untuk poros yang panas, dan bahan sangkar. Arti huruf sufiks berbeda antarpabrik, sehingga dibaca dari katalog pabrik bantalan. Bantalan pengganti harus sama jenis, ukuran, celah, dan jenis tutup atau segelnya. Bantalan bertutup dua sisi yang dipasang di tempat yang dirancang untuk dilumasi ulang tidak akan pernah menerima gemuk baru.

Umur bantalan dan pengaruh beban

Umur nominal bantalan gelinding, $L_{10}$, adalah jumlah putaran yang dicapai atau dilampaui 90 persen bantalan yang sama pada beban yang sama sebelum muncul kelelahan bahan. Rumus dasarnya

$L_{10} = \left(\frac{C}{P}\right)^p \times 10^6 \text{ putaran}$

dengan $C$ beban dinamis dasar dari katalog, $P$ beban ekuivalen, dan $p = 3$ untuk bantalan bola dan $10/3$ untuk bantalan rol (nilai literatur umum). Dalam jam, $L_{10h} = L_{10} / (60 \, n)$ dengan $n$ dalam rpm.

Pangkat tiga membuat beban sangat menentukan. Beban dua kali lipat memotong umur bola menjadi seperdelapan. Sabuk yang terlalu kencang, poros yang tidak lurus, dan ketidakseimbangan drum menambah beban bantalan dan memotong umurnya jauh lebih banyak daripada yang dibayangkan (Contoh 3). Umur nominal juga mengandaikan pelumasan dan kebersihan yang baik; kontaminasi dan pelumasan buruk memendekkan umur jauh di bawah $L_{10}$.

Pelumasan bantalan

Bantalan dilumasi gemuk atau oli. Gemuk mudah ditahan di rumah bantalan dan cukup untuk kebanyakan motor dan pompa; oli dipakai untuk putaran tinggi, suhu tinggi, atau rumah bantalan besar. Manual sumber memperlihatkan keduanya pada satu keluarga mesin: satu model memakai rumah bantalan berisi oli yang dikuras dan diisi ulang berkala, sedangkan model lain memakai rumah bantalan berisi gemuk yang segel dan bantalannya digemuki berkala.

Jumlah dan interval. Daftar perawatan dalam manual sumber mencantumkan, sebagai contoh dari mesin itu, pengisian ulang oli rumah bantalan 22 ons (634 gram) setiap empat bulan dengan oli mesin berat satu kekentalan SAE 30 sampai 50 (ISO 100 sampai 220), tanpa deterjen bila tersedia, dan untuk model bergemuk, satu kali pompa gemuk pada segel dan dua kali pompa pada bantalan di dua titik setiap bulan. Untuk motor, bagian perawatan motor menghitung interval pelumasan dari ukuran rangka dan putaran, lalu mengalikannya dengan faktor kondisi kerja: 1,0 untuk kondisi standar, 0,5 untuk berat, dan 0,1 untuk ekstrem, dan membaginya dua bila motor memakai bantalan rol. Contoh 4 memakai tabel itu.

Cara memompa gemuk. Manual sumber memberi aturan yang langsung menjelaskan kasus pembuka:

1. Jangan memakai pistol gemuk pneumatik. Pistol gemuk dapat membangun tekanan sangat tinggi yang mendorong segel keluar dari tempatnya sehingga bocor.
2. Pompa pelan, 10 sampai 12 detik untuk setiap tekanan tuas.
3. Berikan jumlah yang ditetapkan. Pelumasan berlebih sama merusaknya dengan pelumasan kurang; sumbat pelepas tekanan tidak melindungi dari pelumasan berlebih.
4. Jangan memompa sampai gemuk keluar dari sumbat pelepas.
5. Kalibrasi pistol: manual mengandaikan satu tekanan tuas memberi 1,77 gram, sehingga 16 tekanan memberi satu ons (28,3 gram); bila pistol Anda berbeda, jumlah tekanan disesuaikan (Contoh 5).

Gemuk berlebih teraduk oleh elemen gelinding, memanas, dan mengalir ke tempat yang tidak semestinya. Manual sumber mengingatkan bahwa gemuk berlebih pada motor dapat terdorong ke belitan, dan pada motor ekstraksi dapat masuk ke saklar sentrifugal sehingga saklar itu gagal.

Jangan mencampur gemuk. Manual sumber mengingatkan bahwa mencampur gemuk berbahan dasar berbeda dapat merusak bantalan dan segel, dan meminta berkonsultasi dengan pabrik pelumas sebelum memakai gemuk yang tidak ditetapkan. Bab pelumasan dan tribologi di rak ini membahas kekentalan dan jenis gemuk lebih dalam.

Bantalan rol tirus, celah aksial, dan shim

Bantalan rol tirus yang dipasang berpasangan harus disetel: terlalu longgar, poros bergoyang dan rol menumbuk; terlalu ketat, bantalan panas dan cepat rusak. Penyetelan dilakukan dengan mengatur celah aksial, yaitu gerak bebas poros searah sumbu, atau prapembebanan kecil bila pabrik memintanya. Handbook istilah teknik mesin dalam narasi mencatat bahwa prapembebanan biasanya disetel dengan cincin berulir atau shim.

Rakitan bantalan utama dalam manual sumber memakai shim tipis berwarna dengan tebal 0,003, 0,005, 0,0075, dan 0,010 inci, yang digabungkan untuk mencapai celah yang ditetapkan (Contoh 7). Celah diukur dengan jam ukur pada ujung poros sambil poros didorong dan ditarik searah sumbu dan diputar agar rol duduk. Angka celah yang benar diambil dari dokumen perakitan mesin.

Pemasangan dan pelepasan

Kebanyakan bantalan rusak saat dipasang. Aturan dasar:

1. Gaya pasang hanya melalui cincin yang dipasang sesak. Bila cincin dalam sesak pada poros, tekan cincin dalam; bila cincin luar sesak di rumah, tekan cincin luar. Gaya yang melewati bola atau rol membuat lekuk kecil di jalur gelinding yang kemudian menjadi awal kerusakan, seperti pemasangan dengan palu pada kasus pembuka.
2. Pakai alat yang sesuai: selongsong tekan yang menyentuh seluruh muka cincin, alat tekan hidraulik, atau pemanas induksi.
3. Pemanasan, bukan pukulan, untuk suaian sesak besar. Cincin dalam yang dipanaskan memuai sehingga meluncur ke poros tanpa gaya (Contoh 6). Suhu pemanasan dibatasi menurut pabrik bantalan, karena suhu terlalu tinggi mengubah sifat baja dan merusak segel dan gemuk. Pemuaian termal dijelaskan di Fisika 183.
4. Kebersihan. Bantalan baru dibuka dari bungkusnya tepat sebelum dipasang; poros dan rumah dibersihkan dari serpihan dan karat.
5. Pelepasan dengan penarik yang menarik cincin yang sesak. Gambar rakitan dalam manual sumber menunjukkan lubang pemasangan penarik dan baut pemasangan bantalan sementara, tanda bahwa pabrik merancang pelepasan dengan alat, bukan dengan pukulan.

Setelah bantalan terpasang, baut rumah bantalan dikencangkan menurut dokumen perakitan dengan urutan bersilang, seperti di bab baut dan sambungan ulir.

Segel dan kontaminasi

Musuh terbesar bantalan adalah air dan kotoran. Air menurunkan kekuatan lapisan pelumas dan menimbulkan karat di jalur gelinding; debu keras menggerus. Rakitan bantalan utama dalam manual sumber memakai beberapa segel bibir dengan ukuran tertentu dan saluran bocoran yang mengalirkan air yang lolos dari segel sebelum mencapai bantalan. Segel dibahas lebih dalam di bab segel dan perapat.

Oli bekas dan sumbat kuras memberi petunjuk. Manual sumber meminta, saat menguras rumah bantalan, memeriksa bocoran, oli yang dikuras, dan sumbat kuras bermagnet terhadap air dan serpihan logam, karena keduanya dapat menunjukkan segel dan bantalan yang aus atau rusak. Oli berwarna susu pada kasus pembuka berarti air sudah masuk; serbuk logam berarti jalur gelinding sudah terkelupas.

Bantalan luncur dan bus

Bantalan luncur, atau bus, adalah selongsong dari perunggu, logam berlapis, atau plastik teknik tempat poros berputar atau bergeser. Handbook teknik manufaktur dalam narasi mencatat bahwa celah harus dijaga antara poros yang berputar dan bus. Celah itu tempat lapisan pelumas terbentuk; terlalu sempit, poros macet saat memuai; terlalu lebar, poros bergoyang dan bus aus cepat.

Bantalan luncur sering ditemukan di engsel pintu mesin, tuas, rol konveyor ringan, dan pompa tertentu. Bus berbahan plastik teknik dapat bekerja tanpa pelumas tambahan, tetapi tidak tahan suhu tinggi; bus perunggu berpori menyimpan oli di pori-porinya. Keausan bus terlihat sebagai celah radial yang membesar, diukur dengan menggoyang poros dan membandingkan dengan data pabrik.

Memeriksa bantalan di lapangan

Pemeriksaan rutin bantalan yang dicatat:

1. Suhu rumah bantalan, dengan termometer inframerah di titik yang sama setiap kali, dibandingkan dengan catatan saat sehat dan suhu ruang.
2. Bunyi, dengan stetoskop mekanik atau batang pendengar: dengung halus normal; bunyi menggerus, mencicit, atau berdetak tidak normal.
3. Getaran, seperti dijelaskan di Bab 44 · Kelistrikan & Kendali.
4. Pelumas: warna, bau hangus, air, dan serpihan pada oli atau gemuk yang keluar.
5. Kebocoran di segel dan saluran bocoran.

Manual sumber, dalam bagian keselamatan, meminta segera menyelidiki komponen penggerak seperti motor, gearbox, dan bantalan yang mendengung, menggerus, berasap, atau menjadi panas tidak normal. Kenaikan suhu atau bunyi yang bertahap lebih bermakna daripada satu pembacaan.

Contoh kerja

Contoh 1. Membaca kode. Bantalan 6311: seri 63, kode lubang 11, sehingga lubang $11 \times 5 = 55$ mm. Diameter luar 120 mm dan lebar 29 mm sesuai tabel manual. Bantalan pengganti 6311 dengan sufiks yang sama dipesan; kode 6211 yang lubangnya juga 55 mm tetapi dari seri yang lebih ringan tidak dapat menggantikannya.

Contoh 2. Umur nominal. Bantalan 6311 dengan beban dinamis dasar 74,1 kN (nilai katalog umum) menahan beban ekuivalen 5 kN pada 1.500 rpm: $L_{10} = (74{,}1/5)^3 = 3.255$ juta putaran, atau $3{,}255 \times 10^9 / (60 \times 1.500) = 36.200$ jam.

Contoh 3. Sabuk terlalu kencang. Tarikan sabuk berlebih menaikkan beban ke 7 kN. $L_{10} = (74{,}1/7)^3 = 1.186$ juta putaran, atau 13.200 jam, berkurang 64 persen walaupun bebannya hanya naik 40 persen.

Contoh 4. Interval pelumasan motor. Motor dengan rangka di kelompok yang tabel manualnya memberi 9.500 jam pada sekitar 1.800 rpm bekerja dalam kondisi berat, misalnya ruang panas berdebu serat: $9.500 \times 0{,}5 = 4.750$ jam. Bila motor memakai bantalan rol, interval dibagi dua: 2.375 jam. Jumlah gemuk untuk ukuran bantalan itu menurut tabel manual 9,1 gram.

Contoh 5. Kalibrasi pistol gemuk. Pistol Anda mengeluarkan 28,3 gram dalam 12 tekanan, bukan 16. Setiap tekanan $28{,}3/12 = 2{,}36$ gram. Untuk 9,1 gram diperlukan $9{,}1/2{,}36 = 3{,}9$, atau sekitar 4 tekanan, bukan 5 seperti yang dihitung dengan pistol standar manual.

Contoh 6. Pemanasan cincin dalam. Cincin dalam berlubang 55 mm dipanaskan 80 K di atas suhu poros. Dengan koefisien muai baja $12 \times 10^{-6}$ K⁻¹ (nilai literatur), lubangnya membesar $12 \times 10^{-6} \times 55 \times 80 = 0{,}053$ mm, lebih besar daripada suaian sesak puluhan mikrometer yang umum, sehingga cincin meluncur ke poros tanpa dipukul.

Contoh 7. Menyusun shim. Celah aksial terukur 0,25 mm, sedangkan dokumen perakitan meminta sekitar 0,05 mm (angka latihan). Shim yang perlu dikurangi 0,20 mm atau 0,0079 inci. Kombinasi shim 0,005 dan 0,003 inci memberi 0,008 inci atau 0,203 mm. Setelah perakitan, celah diukur lagi.

Contoh 8. Jumlah gemuk per bulan. Untuk model bergemuk, satu tekanan pada segel dan dua tekanan pada bantalan di dua titik: $1 + 2 \times 2 = 5$ tekanan, sekitar $5 \times 1{,}77 = 8{,}9$ gram per bulan. Pistol pneumatik yang memompa sampai gemuk keluar dari segel dapat memberi puluhan gram, berkali-kali lipat jumlah itu.

Contoh 9. Pengaruh ketidakseimbangan. Beban statis bantalan 5 kN ditambah gaya tak seimbang 4,2 kN saat ekstraksi (Contoh 7 di bab baut). Pada puncaknya beban menjadi 9,2 kN, dan bila beban ekuivalen dianggap sekitar 7 kN (angka latihan), umurnya turun seperti Contoh 3. Pemuatan cucian yang merata dan sakelar getaran yang bekerja melindungi bantalan sama pentingnya dengan pelumas.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan bila:

1. Bantalan akan dilumasi dengan drum atau poros berputar tanpa pelindung sabuk dan puli terpasang, atau dibongkar sebelum mesin dimatikan, dikunci, dan diberi tanda. Manual sumber meminta pelumasan tertentu dilakukan dengan drum berputar dan pelindung terpasang; ikuti persis prosedurnya dan Bab 1 · Keselamatan.
2. Oli rumah bantalan berwarna susu, berbau hangus, atau penuh serpihan logam. Jangan isi ulang dan jalankan; bantalan dan segel diperiksa.
3. Rumah bantalan panas tidak normal, berasap, atau bantalan mengeluarkan bunyi menggerus atau berdetak keras.
4. Gemuk atau oli pengganti tidak sesuai dengan yang ditetapkan, atau jenis gemuk lama tidak diketahui.
5. Bantalan akan dipasang dengan pukulan melalui elemen gelinding, atau dipanaskan dengan api terbuka tanpa kendali suhu.
6. Kode atau sufiks bantalan pengganti berbeda dari yang ditetapkan.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Makin banyak gemuk makin awet." Gemuk berlebih memanaskan bantalan dan merusak segel; jumlahnya ditetapkan.

"Pistol gemuk pneumatik lebih praktis dan sama saja." Tekanannya dapat mendorong segel keluar dari tempatnya.

"Bantalan baru boleh dipukul asal pelan." Pukulan yang melewati bola atau rol meninggalkan lekuk awal kerusakan.

"Semua gemuk sama." Gemuk berbahan dasar berbeda dapat tidak cocok dan merusak bantalan dan segel.

"Bantalan yang berbunyi masih boleh jalan sampai rusak." Bantalan yang runtuh dapat merusak poros, rumah, dan segel, dan pada drum yang berputar cepat menimbulkan bahaya.

"Umur bantalan berbanding lurus dengan beban." Umur berbanding terbalik dengan pangkat tiga beban untuk bantalan bola.

Hubungan dengan bab lain

Bab 44 · Kelistrikan & Kendali memberi jenis kerusakan bantalan motor dan getaran dasar, Fisika 207 ketidakseimbangan rotor, Fisika 183 pemuaian termal, bab baut dan sambungan ulir pengencangan rumah bantalan, Bab 1 · Keselamatan kondisi berhenti, Bab 10 · Laundry washer-extractor, dan Bab 1 torsi dan daya. Bab poros dan kopling, bab sabuk, dan bab pelumasan di rak ini melanjutkan pembahasan.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Berapa diameter lubang bantalan 6307?
2. Bantalan bola dengan $C = 50$ kN menahan $P = 5$ kN. Berapa $L_{10}$ dalam juta putaran?
3. Beban bantalan bola naik dua kali lipat. Berapa bagian umur yang tersisa?
4. Interval tabel 12.000 jam, kondisi berat. Berapa interval pelumasannya?
5. Mengapa bantalan tidak boleh dipasang dengan memukul cincin yang tidak sesak?
6. Apa arti oli rumah bantalan yang berwarna susu?

Kunci jawaban beralasan

1. $07 \times 5 = 35$ mm, sesuai tabel manual untuk bantalan 6307 berdiameter luar 80 mm.
2. $L_{10} = (50/5)^3 = 1.000$ juta putaran, karena pangkat 3 untuk bantalan bola.
3. $(1/2)^3 = 1/8$ dari umur semula, sehingga beban berlebih sangat memendekkan umur.
4. $12.000 \times 0{,}5 = 6.000$ jam, karena faktor kondisi berat dalam manual adalah 0,5.
5. Gaya pasang lalu melewati bola atau rol dan meninggalkan lekuk kecil di jalur gelinding yang menjadi awal kerusakan.
6. Air sudah masuk ke rumah bantalan, sehingga segel perlu diperiksa dan bantalan dinilai sebelum mesin dijalankan.

Referensi