## Manutech :
Jurnal Teknologi Manufaktur
Vol. 13, No. 02, (2021) p-ISSN : 2089-5550 e-ISSN : 2621-3397
Analisis Kerusakan Bantalan Gelinding Pada Sistem Variable Speed Dengan Menggunakan Spektrum Getaran (Ariyanto)

## Analisis Kerusakan Bantalan Gelinding Pada Sistem Variable Speed Menggunakan Spektrum Getaran

## Ariyanto
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung, Sungailiat
Ariyanto2176@gmail.com
Received : 29 September 2021; Received in revised form : 10 Desember 2021; Accepted : 13 Desember 2021

## Abstract
The measurement of the overall vibration value on the variable speed transmission system of the knee type milling machine has entered the damaged condition area and further action needs to be taken. More  specific  measurements  are  made  by  observing  the  frequency  of  the  vibration  produced  and compared with the theoretical frequency of the component, this method can estimate the component that has decreased ability to damage. Based on the data from the previous history, there was damage to the 3304  bearing.  To  determine  whether  the  damage  to  the  3304  bearing  was  repeated,  vibration measurements were made at the observed component frequency. The observed frequencies were Ball Pass Frequency Inner (BPFI), Ball Pass Frequency Outer (BPFO), Fundamental Train Frequency (FTF) and rolling elements/  Ball  Spin  Frequency  (BSF).  Observations  were  made  using  Vibroport  80  and  Report  and Examiner. The results of data processing are obtained measuring frequency values that coincide with the calculated frequency values of BSF and BPFI, this indicates damage has occurred in the bearings. Corrective action in the form of replacing damaged bearings with new similar bearings, followed by measuring the overall vibration of the transmission system to see the level of vibration that occurs and referring to the applicable standards
Keyword ; Overall, Bearing 3304,BPFI, BPFO, FTF, BSF

## Abstrak
Pengukuran  nilai  getaran  overall  pada  sistem  transmisi  variable  speed  mesin  frais  type  knee sudah  memasuki  daerah  kondisi  rusak  dan  perlu  dilakukan  tindakan  lanjutan.  Pengukuran  yang  lebih spesifik  dilakukan  dengan  mengamati  frekuensi  getaran  yang  dihasilkan  dan  dibandingkan  dengan frekuensi teoritis komponen, metode ini dapat memperkirakan komponen yang mengalami penurunan kemampuan  hingga  mengalami  kerusakan.  Berdasarkan  data  riwayat  kerusakan  mesin  sebelumnya terjadi kerusakan pada komponen bantalan 3304 yang menerima beban dari sistem Pully dan Belt. Untuk memastikan  apakah  kerusakan  pada  bantalan  3304  terulang  kembali  dilakukan  pengukuran  getaran pada frekuensi komponen yang diamati. Frekuensi Pengamatan yang dilakukan adalah pada  Ball  Pass Frequency Inner  (BPFI), Ball Pass Frequency Outer  (BPFO), Fundamental Train Frequensy  (FTF) dan Ball Spin  Frequency  (BSF).  Pengamatan  dilakukan  dengan  mengukur  sinyal  getaran  menggunakan  alat Vibroport 80 dan pengolahan data dengan meggunakan aplikasi perangkat lunak Report and Examiner. Hasil pengolahan data diperoleh nilai frekuensi ukur yang berhimpitan dengan nilai frekuensi hitung BSF dan  BPFI,  hal  ini  mengindikasikan  kerusakan  terjadi  pada  bantalan.  Tindakan  perbaikan  berupa penggantian bantalan yang mengalami kerusakan dengan bantalan baru yang sejenis, kemudian diikuti dengan  pengukuran  getaran  overall  sistem  transmisi  untuk  melihat  tingkat  getaran  yang  terjadi  dan merujuk kepada standard yang berlaku.
Kata kunci ; Overall, bantalan 3304, BPFI, BPFO, FTF, BSF

## 1. PENDAHULUAN
Pengamatan tingkat getaran dapat dimulai dengan mengamati tingkat getaran overall pada suatu mesin.  Pengamatan  ini  akan  menampilkan  tingkat  getaran  secara  keseluruhan,  jika  tingkat  getaran tersebut sudah memasuki daerah yang dapat menyebabkan kerusakan pada mesin, dilakukan tindakan lanjutan berupa penghentian operasi mesin. Penghentian operasi mesin dilakukan untuk perbaikan dan penggantian suku cadang. Secara umum kerusakan  yang disebabkan oleh tingkat getaran yang tinggi pada mesin adalah unbalance, misalignment, bentshaft, kerusakan bantalan, kerusakan roda gigi,  bad drive, torque yang bervariasi, loosenes, rubbing dan resonansi  [1]. Untuk mengetahui komponen mana yang kemungkinan  mengalami  kerusakan  atau  penurunan  fungsi  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan analisis getaran. Penerapan analisis getaran antara lain adalah untuk mengetahui mechanical looseness yang terjadi pada Cooling Water Pump [2], atau untuk mengetahui kerusakan bantalan pada condensate Pump [3].
Salah  satu  mesin  perkakas  yang  umum  digunakan  adalah  mesin  milling.  Untuk  proses pemotongan  mesin  milling  dilengkapi  dengan  sistem  transmisi  yang  berfungsi  untu  mengatur  putaran spindel mesin. Pengaturan  putaran  spindle mesin dapat dilakukan oleh variable  speed. Rentang waktu pemakaian  mesin  yang  lama  akan  mengakibatkan  komponen-komponen  sistem  transmisi  mengalami keausan,  seperti  penggunaan  mesin  milling  type  knee  untuk  proses  belajar  mengajar  dan  proses pembuatan suku cadang. Selama pemakaian mesin ini pernah mengalami   kerusakan sistem transmisi variable  speed  pada  tahun  2008.  Metoda  pengamatan    yang  dilakukan  saat  itu  adalah  dengan  cara mendengar  sumber  bunyi  yang  berasal  dari  sistem  variable  speed  menggunakan  indra  pendengaran dengan  asumsi  jika  bunyi  pada  sistem  transmisi  menjadi  kasar  maka  kemungkinan  terjadi  kerusakan. Tindakan  yang  dilakukan  setelah  bunyi  sistem  transmisi  menjadi  kasar  adalah  dengan  membongkar sistem, melihat dan mengamati komponen-komponen yang dibongkar apakah ada yang rusak secara fisik. Hasil  pembongkaran  tersebut  ditemukan  kerusakan  pada  bantalan  dengan  nomor  seri  3304.  Bantalan 3304 merupakan bantalan jenis Double Row Angular Contact Ball Bearings.
Setelah  penggantian  bantalan  dilakukan  dan  penggunaan    mesin  yang  cukup  lama,  sistem trnsmisi  kembali  mengalami  peningkatan  bunyi  sehingga  bunyi  sistem  transmisi  menjadi  kasar.  Untuk menghindari  pembongkaran  sistem  transmisi  dan  menyiapkan  komponen  yang  akan  diganti  maka diperlukan  penerapan  metoda  pengamatan  yang  berbeda,  salah  satu  pengamatan  tersebut  adalah melihat tingkat getaran overall yang diikuti dengan  analisis spektrum. Langkah awal pada pengamatan tingkat  getaran  diperoleh  nilai  overall  maksimum  sebesar  4,66  mm/s  rms  pada  arah  aksial  sumbu transmisi  [4]  dan  dikatagorikan  mesin  rusak.  Nilai  overall  yang  terjadi  tidak  terjadi  secara  tiba-tiba memasuki daerah katagori rusak akan tetapi terjadi peningkatan terus menerus sesuai dengan keausan yang  terjadi  pada  komponen  mesin.  Berdasarkan  hasil  data  kerusakan  tahun  sebelumnya  maka pengamatan lanjutan dilakukan  pada komponen bantalan 3304.
Pengamatan  getaran  lanjutan  dilakukan  dengan  mengamati  frekuensi  yang  ditimbulkan  oleh inering/Ball Pass Frequency Inner (BPFI), outering/Ball Pass Frequency Outer (BPFO), cage/Fundamental Train Frequency (FTF) dan elemen gelinding/Ball Spin Frequency (BSF) [5].  Dengan pengamatan frekuensi- frekuensi tersebut akan diketahui apakah kerusakan pada sistem transmisi variable speed terjadi pada bantalan  dengan  nomor  seri  3304  terulang  kembali  dan  dapat  mengetahui  kerusakan  sedini  mungkin dengan cara mengamati peningkatan peak frekuensi komponen bantalan 3304.

## 2. BAHAN DAN METODE 2.1   Fast Fourier Transform (FFT)
Fast  Fourier  Transform  (FFT)  adalah”  suatu  algoritme  untuk  menghitung  transformasi  Fourier diskrit. Penerapan FFT antara lain adalah [6]:
1.  Pengolahan sinyal digital.
2.  Memecahkan persamaan diferensial parsial
3.  Algoritme
4.  Mengalikan bilangan bulat besar.
Persamaan Transformasi Fourier DiskrIt dapat dilihat pada persamaan 1
X k = ∑ 𝜒 𝑛 𝑒 − 2𝜋𝑖 𝑁 𝑛−1 𝑛=0
......................................................................................( 1)

## 2.2.   Pengamatan Kerusakan Bantalan Gelinding
Metode  yang  dilakukan  untuk  mengetahui  kerusakan  pada  komponen  bantalan  dilakukan dengan cara mengamati frekuensi yang dihasilkan oleh [5]:
a. Cacat Lokal pada Lintasan Dalam (Inner Race)
Adalah frekuensi yang ditimbulkan oleh adanya cacat lokal yang terjadi pada lintasan dalam. Untuk mengamati frekuensi BPFI dapat dilakukan dengan dengan menggunakan persamaan 2
𝑓out (H) = 𝑛 2 𝑓𝑟(1 + 𝐵 𝑝 cos 𝛽 ) .................................................................(2)
b. Cacat lokal pada lintasan luar
Dapat diamati dengan menggunakan persamaan 3 𝑓out (H) = 𝑛 2 (1 − 𝐵 𝑝 cos 𝛽 ) ............................................................................(3)
c. Cacat pada sangkar/cage FTF (Fundamental Train Frequensy )
Nilai FTF dapat diamati dengan persamaan 4
𝑓out (H) = 1 2 (1 − 𝐵 𝑝 cos 𝛽 ) ..........................................................................(4)
d. Cacat Lokal pada elemen gelinding
Ball Spin Frequency (BSF). Besarnya dapat dihitung dengan persamaan 5.
𝑓bal (H) = 𝑓 𝑟 𝑝 2𝐵 [1 − ( 𝐵 𝑝 cos 𝛽 ) 2 ] . ..............................................................(5)
Keterangan fr = putaran poros n = jumlah bola B = Diameter bola D = Diameter pitch Β = sudut contact

## 2.3.   Mesin Milling Type Knee
Mesin milling yang digunakan merupakan mesin  milling yang dioperasikan untuk pemotongan benda kerja latihan mahasiswa dan pembuatan suku cadang. Mesin mempunyai dimensi panjang 1894 mm, tinggi 2030 mm. Untuk lebih jelas bentuk mesin milling yang digunakan dapat dilihat pada Pambar 1.

## Gambar 1. Mesin Milling Type Knee

## 2.4.   Pengambilan Spektrum Vibrasi
Pengambilan  dan  pengumpulan  spektrum  getaran  pada  sistem  variable  speed  mesin  milling menggunakan alat ukur vibroport 80 setelah terukur dan tersimpan di alat Vibroport 80 selanjutnya data getaran tersebut dipindahkan ke komputer untuk dilakukan pengolahan dan analisis. Untuk membantu mengolah dan menganalisis data getaran tersebut digunakan perangkat lunak Report dan Examiner. Alat vibroport 80 dan perangkat lunak Report dan Examiner dapat dilihat pada Gambar 2.
(a)
(b)
Gambar 2. a. Vibroport 80, b. Perangkat Lunak Report dan Examiner

## 2.5. Bantalan 3304
Bantalan  3304  adalah  bantalan  angular  contact  ball  bearing  yang  dapat  menerima  beban kombinasi atau beban dari arah radial dan aksial. Bantalan 3304 mempunyai dimensi diameter dalam 20 mm, diameter luar 52 mm, lebar 22,2 mm. Bantalan 3304 yang digunakan pada sistem transmisi variable speed  mesin  milling  menggunakan  seal  pada  kedua  buah  sisi  dan  bantalan  ini  sudah  berisi  pelumas grease. Bentuk bantalan 3304 dapat dilihat pada Gambar 3[7].
Gambar 3. Bantalan Gelinding 3304
Penempatan bantalan pada sistem transmsi dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Sistem Transmisi Variable Speed Mesin Milling Type Knee

## 2.5. Alur Pelaksanaan
Pelaksanaan  kegiatan  penelitian  ini  dilakukan  dengan  beberapa  langkah  sistematis.  Tujuan langkah-langkah tersebut adalah agar kegiatan yang dilakukan dapat dilaksanakan dengan maksimal. Pada penelitian sebelumnya sistem  variable  speed mesin milling yang telah  diukur nilai getaran  overall dan dinyatakan rusak kemudian dilakukan pengambilan spektrum getaran.
Spektrum  getaran  yang  telah  diperoleh  kemudian  ditransfer  ke  komputer.  File  yang  telah ditransfer  dibuka,  diolah  dan  dianalis  menggunakan  perangkat  lunak  Report  dan  Examiner.  Perangkat lunak  Report dan Examiner akan menghitung dan menampilkan frekuensi yang diambil oleh alat vibroport 80. Dengan memasukan parameter bantalan yang dianalisis pada perangkat lunak Report dan Examiner, maka perangkat lunak tersebut akan memberikan catatan di nilai frekuensi komponen bantalan yang di analisis.
Proses  analisis  bantalan  dilakukan  dengan  memasukan  parameter  bantalan  3304  kemudian dilihat apakah ada frekuensi ukur yang berhimpit dengan frekuensi hitung pada perangkat lunak Report dan Examiner. Jika ada frekuensi yang berhimpitan antara frekuensi ukuran dan hitung maka dilakukan tindakan perbaikan. Tindakan perbaikan yang dilakukan adalah dengan cara membongkar, membersihkan
Lokasi bantalan 3304
unit dan mengganti bantalan yang rusak dengan bantalan baru. Type bantalan yang diganti harus sesuai dengan type bantalan yang rusak.
Untuk  memastikan  apakah  sistem  variable  speed  sudah  baik  dan  layak  digunakan  kembali, dilakukan pengujian akhir berupa pengukuran tingkat getaran overall. Jika getaran yang dihasilkan masuk ke daerah baik maka mesin milling type knee siap di operasikan kembali.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pengukuran tingkat getaran overall dan diperoleh nilai pada Tabel 1. Tabel 1 menjelaskan terjadi kondisi rusak pada sistem transmisi variable speed, hal ini terjadi karena ketika sistem transmisi beroperasi  pada putaran 862 nilai getaran overall mencapai nilai 4,66 mm/s rms, kondisi ini sudah memasuki kondisi rusak mengacu pada standar getaran ISO 2372. Hasil pengukuran overall keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 1 [4].
Tabel 1. Nilai Pengukuran  Overall Putaran (Rpm) Arah pengukuran Aksial (mm/s rms) Kondisi Arah pengukuran radial (mm/s rms) Kondisi 669 2,8 Operasi terbatas 1,32 Baik 763 3,28 Operasi terbatas 1,8 Baik 862 4.66 Rusak 3,47 Operasi terbatas

## 3.1. Analisis Spektrum FFT
Pengolahan  sinyal  getaran  dilakukan  menggunakan  perangkat  lunak  Report  and  Examiner. Perangkat lunak ini dapat menampilkan spektrum getaran dan nilai frekuensi cacat lokal bantalan 3304. frekuensi cacat lokal bantalan 3304 beserta harmonik dapat dilihat pada Tabel 2, untuk tampilan spektrum getaran hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 6. Pada Gambar 6 arah sumbu x adalah nilai frekuensi dalam  satuan  Hz  dan  pada  arah  sumbu  y  adalah  nilai  amplitudo  getaran  yang  diukur  dalam  satuan percepatan mm/s 2 .
Tabel 2. Nilai Cacat Lokal Bantalan Beserta Nilai Harmonik
Cacat Lokal 1X 2X 3X 4X FTF 5,65 Hz 11,30 Hz 16,95 Hz 22,60 Hz BSF 29,07 Hz 58,13 Hz 87,20 Hz 116,27 Hz BPFO 45,21 Hz 90,42 Hz 135,63 Hz 180,84 Hz BPFI 69,79 Hz 139,58 Hz 209,37 Hz 279,16 Hz
Pada Gambar 6 spektrum yang dihasilkan oleh bantalan lama dan mengalami kerusakan, terlihat ada dua peak sinyal yang berhimpitan dengan frekuensi cacat lokal  yaitu pada  4 x Fb atau 4 x nilai BSF dan  frekuensi cacat lokal 3 Fi atau 3 x nilai BPFI. Frekuensi Peak dan frekuensi cacat lokal yang berhimpitan mengindikasikan  terjadi  cacat  pada  bantalan  [8].  Hasil  Pengukuran  pada  sistem  variable  speed  mesin Milling type knee menghasilkan selisih antara frekuensi cacat lokal teoritis dan frekuensi peak hingga 2,84 Hz. Selisih antara frekuensi teoritik dan peak bisa mencapai nilai 0,95 Hz [9] dapat juga mencapai nilai 3,7 Hz [10].
Gambar  7  adalah  spektrum  FFT  yang  dihasilkan  oleh  bantalan  baru.  Pada  Gambar  7  tersebut terlihat nilai frekuensi peak untuk BSF (Fb) dan BPFI (Fi) sudah mengalami penurunan, yang diikuti dengan frekuensi frekuensi lainnya.
Gambar 6. Spektrum Vibrasi Frekuensi Bantalan Rusak
Gambar 7. Spektrum Getaran Frekuensi Bantalan Baru
Hasil pengukuran getaran bantalan yang mengalami indikasi kerusakan dapat dilihat pada Tabel 3 dan 4. Nilai BSF (Fb) dapat dilihat pada Tabel 3, sedangkan untuk nilai BPFI (Fi) dapat dilihat pada Tabel 4. Gambar 8 dan 9 memperlihatkan grafik hubungan antara frekuensi cacat lokal dan frekuensi peak ketika bantalan dalam kondisi rusak dan kondisi sudah dilakukan penggantian bantalan baru.
Tabel 3. Nilai BSF (Fb) Hasil Perhitungan dan Pengukuran
1X BSF 2X BSF 3X BSF 4X BSF Frekuensi BSF 29,07 58,13 87,2 116,27 Frekuensi Peak 29,1 58,1 87,3 116 Amplitudo Peak 0,001 0,0082 0,0036 0,0648 Tabel 4. Nilai BPFI (Fi) Hasil Perhitungan dan Pengukuran 1X BPFI 2X BPFI 3X BPFI 4X BPFI Frekuensi BPFI 69,79 139,58 209,37 279,16 Frekuensi Peak 70,7 141 212 282 Amplitudo Peak 0,0081 0,021 0,198 0,124
Gambar 8. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Cacat Lokal dan Frekuensi Peak BSF
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0 2 4 6
A mp lit ud o mm/ s 2 Frekuensi Hz Hubungan Frekuensi dan Amplitudo BSF Bantalan normal Bantalan rusak
Gambar 9. Grafik Hubungan Antara Frekuensi Cacat Lokal dan Frekuensi Peak BPFI
Peningkatan amplitudo frekuensi peak BSf terjadi pada harmonik ke-4 mengindikasikan terjadi keausan  dan  kerusakan  pada  elemen  gelinding  bantalan.  Elemen  gelinding  merupakan  bagian  dari bantalan yang  berputar mengelilingi jalur yang terdapat pada bagian outer ring dan inerr ring bantalan. Peningkatan  amplitudo  frekuensi  peak  BPFI  terjadi  pada  harmonik  ke-3  mengindikasikan  terjadi kerusakan pada bagian inerr ring bantalan. Kerusakan pada ke dua komponen bantalan mengakibatkan nilai  overall  meningkat.  Jika  kondisi  dibiarkan  maka  akan  terjadi  kerusakan  pada  komponen  bantalan lainya seperti seal dan cage sehingga bantalan akan menjadi macet serta menghasilkan panas yang tinggi.

## 4. SIMPULAN
Dari hasil pengukuran dan analisis yang telah dilakukan menunjukan kerusakan komponen yang terjadi pada sistem variable speed mesin milling type knee yang digunakan untuk proses belajar mengajar dan pembuatan suku cadang adalah sama, yaitu kerusakan pada bantalan 3304. Kerusakan bantalan 3304 diperoleh dengan cara melihat hasil frekuensi hitung dan frekuensi peak yang berhimpitan di frekuensi harmonik BSF dan BPFI. Bantalan yang mengalami kerusakan mempunyai amplitudo frekuensi peak BSF dan  BPFI  yang  besar.  Dengan  diketahui  kerusakan  bantalan  3304  pada  sistem  variable  speed  maka dilakukan tindakan penggantian  bantalan 3304 tersebut. Setelah dilakukan penggantian bantalan 3304 nilai-nilai  frekuensi  peak  yang  berhimpitan  tersebut  (harmonik  BSF  dan  BPFI)  mengalami  penurunan, untuk memastikan bahwa sistem transmisi sudah layak digunakan dilakukan pengukuran getaran overall dan menunjukan nilai getaran masuk ke dalam katagori baik berdasarkan standard getaran ISO 2372.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].   A. Hamid, Praktikal Vibrasi Mekanik Teori dan Praktik, Yogyakarta: Graha Ilmu, 2012.
[2].   D. S. F. Novrian Carnegie, “ANALISA LEVEL GETARAN COOLING WATER PUMP 1,” Rekayasa Mekanika, vol. 4, pp. 25-32, 2020.
[3].   I. W. S. Ganong Zainal Abidin, “Deteksi Kerusakan Bearing Pada Condensate Pump Dengan Analisis Sinyal Vibrasi,” flywheel, vol. 8, pp. 60-67, 2017.
[4].   Ariyanto, “Pengukuran Getaran Untuk Menentukan Tingkat Getaran Pada Sistem Transmisi Variable Speed Mesin Milling Dengan Menggunakan Getaran Overall,” Manutech, vol. 2, pp. 57- 63, 2019.
[5].   Basic Vibration Course, Jakarta: PT.Cistech Alpha Indonesia Jakarta, Indonesia, 2008.
[6].   “Wikipedia,” [Online]. Available: https://id.wikipedia.org/wiki/Transformasi_Fourier_cepat. [Diakses juli 2020].
[7].   Rolling Bearings, SKF, 2016, p. 522.
[8].   T. Wahyudi, Soeharsono dan N. Eddy, “ Mendeteksi Kerusakan Bantalan Dengan Menggunakan Sinyal Vibrasi,” Sinergi, vol. 20, pp. 123-128, 2016.
[9].   B. P. Kamiel, Mulyani dan Sunard, “ Deteksi Cacat Bantalan Bola Pada Pompa Sentrifugal Menggunakan Spektrum Getaran,” Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, vol. 20, pp. 204-215, 2017.
[10].  R. Maladzi, T. Prahasto dan A. Widodo, “ Analisis Kerusakan Bantalan Gelinding Dengan Variasi Kecepatan Putar Berdasarkan Pola Getaran Menggunakan Metoda Envelope Analysis,” Jurnal Teknik Mesin S-1, vol. 5, pp. 32-41, 2017.
0 0,1 0,2 0,3 0 5 A mpl it udo mm/ s 2 Frekuensi Hz Hubungan Frekuensi dan Amplitudo BPFI Bantalan normal Bantalan rusak