## Analisis  kekuatan bearing type NU 314, Bearing QJ 314, dan bearing 22316  pada mesin Screw  Conveyor

## Strength analysis of bearing type NU 314, Bearings QJ 314, and bearings 22316 on screw conveyor machine
Jatira 1 , Yadi Heryadi 2 , Edi Ismanto 3 1,2,3 Program Study Teknik Mesin Sekolah  Tinggi Teknologi Wastukancana
1 jatira@wastukancana.ac.id, 2 y4dibnz@gmail.com, 3 gambarteknik@gmail.com, Corresponding author: gambarteknik@gmail.com
Abstrak.  Dalam  proses  produksi  salah  satu  kegiatan  yang  umum  adalah  material  handling  yaitu penanganan  atau  pemindahan  bahan  baku  dari  satu  proses  ke  proses  yang  lainya.  Proses pemindahan  material  atau  material  handling  dibutuhkan  pesawat  angkat  dan  angkut.  Salah  satu pesawat  angkut  yang  digunakan  adalah  mesin Screw  conveyor .  Mesin  digunakan  untuk memindahkan  material  berupa clay yaitu  berupa  butiran  butiran  tanah  yang  sudah  dikondisikan dengan  ukuran  tertentu  yaitu  berukuran  5mm  sampai  30mm.  Bagian  pada  mesin  ini  yang  sering mengalami  kerusakan  adalah  bagian bearing, hal  ini  dikarenakan  semua  beban untuk  mendorong material  bertumpu  langsung  dengan bearing .  Untuk  menentukan  kekuatan bearing yang  dipakai maka harus  dibuat dulu rancangan  dasar dari mesin  tersebut, yaitu kapasitas mesin, jenis material, gaya  yang  bekerja  pada  bagian  bearing.  Disini  telah  didapatkan  data  kapasitas  mesin screw conveyor adalah  11.000  kg/jam, kekuatan  bearing secara  perhitungan  yaitu Bearing QJ304: 15.637 jam, Bearing NU304:  38.683  jam,  dan Bearing 22316:  50.937  jam.  Untuk  mendapatkan  kondisi aktual bagian bearing yaitu  pengukuran  vibrasi.  Dalam  hal  vibrasi  alat  ukur  akan  menunjuk an besarnya velocity . Velocity adalah jumlah waktu yang dibutuhkan ketika terjadinya displacement atau kecepatan  getaran  suatu  benda.  Secara  garis  besar Velocity mewakili  kondisi kerusakan  bearing yang diaktualisaikan  dengan  niali  0-11  yaitu  merujuk  pada Standard ISO  10816-3.  Sehingga  akan didapatkan hasil perbandingan dari perhitungan  perencanaan  mesin dan aktualnya.
Kata kunci: screw conveyor, bearing, vibrasi, velocity
Abstract. In  the  production  process,  one  of  the  common  activities  is  material  handling,  namely handling  or  moving  raw  materials  from one  process to  another.  The  process  of moving  materials  or material  handling  requires  lift and  transport  aircraft.  One  of  the  transport  aircraft  used  is  a  screw conveyor  machine.  Machines  are  used  to  move  material  in  the  form  of clay, namely  in  the  form  of ground  granules  that have been  conditioned  to a certain size, namely 5mm to 30mm. The  part of this machine  that  often  experiences  damage  is  the  bearing,  this  is  because  all  the  load  to  push  the material  rests directly on the bearing.  To determine  the strength  of the bearings  used, a basic design of the machine  must first be made,  namely  machine  capacity, type of material,  and  forces acting on the  bearing  parts.  Here,  data  has  been  obtained  for  the capacity of  the screw  conveyor  machine  to be  11,000  kg/hour,  the calculated  strength  of the bearings  is Bearing  QJ304:  15,637  hours,  Bearing NU304:  38,683  hours, and Bearing  22316: 50,937  hours. To obtain the actual condition of the bearing parts, namely  vibration measurements.  In terms of vibration,  the measuring  instrument  will show  the magnitude  of the  velocity. Velocity is the  amount  of time  required  for  the  displacement  or  vibration speed  of  an  object to  occur. In general,  Velocity represents  the condition  of bearing  damage  which is actualized  with a value of 0-11,  which refers  to Standard  ISO 10816-3.  So you will get comparison results from the  machine  planning  and  actual calculations.
Keywords:  screw  conveyor, bearing,  vibration,  velocity

## 1 Pendahuluan
Proses  pemindahan  material  atau  material  handling  dibutuhkan  pesawat  angkat  dan  angkut. Pesawat angkat atau angkut adalah alat yang digunakan untuk memindahkan, mengangkat muatan, baik bahan  atau  barang atau  orang secara  vertical dan atau horizontal  dalam jarak  yang ditentukan (Peraturan  Menteri  Tenaga  Kerja  No.  PER/05/MEN/1985).  Alat  angkut    yang  banyak  dipakai diperusahaan  keramik  adalah  tipe Conveyor .  Mesin Conveyor mempunyai  beberapa  tipe  yang sering  digunakan  yaitu  tipe belt Conveyor dan screw  Conveyor .  Material  utama  pembuat keramik berupa clay yaitu  berupa  butiran  butiran  tanah  yang  sudah  dikondisikan dengan  ukuran  tertentu. Ukuran  rata rata  material  ini kurang  lebih 5 mm sampai 30 mm. Material   ini   terdiri   dari   berbagai macam    material    alam  berupa  batu  kapur,  tanah  liat  dan  lain  lain  yang  masih  cukup  banyak mengandung  air.  Sehingga  dalam  proses  transf er  material  ini  diperlukan  mesin  yang  mampu memindahkan  dan  mendorong  material  yang  cukup  lengket.  Untuk  proses  ini  paling  cocok menggunakan    mesin  bertipe screw  Conveyor .  Dan  didalam  makalah  skripsi  ini  penulis  akan membuat  analisa  dan komparasi untuk  bagian Bearing screw  Conveyor untuk  proses pemindahan material clay pada proses pembuatan keramik.

## 2 Kajian Pustaka
Tahapan  dalam  proses penelitian  ini  adalah  mengumpulkan  data  data  berupa  jenis  material yang  diproses,  data  dan  spesif ikasi  mesin.  Untuk  selanjutnya  menghitung  secara  teoritis kemampuan  mesin dalam menerima  beban terutama  pada bagian bearingnya.
2.1 Kapasitas mesin screw conveyor :
Volume material  pada screw  conveyor: V = Volume x Berat jenis (ᵧ) = A x L x ᵧ = 𝜋 4 𝐷 2 - 𝜋 4 𝑑 2 x L x ᵧ…..(1)
Kapasitas mesin  screw conveyor per jam:
Q/jam =60 𝜋 𝐷2 4 S n 𝜑 ᵧ C…..(2)
Dimana: V = Volume material  yang ditampung dalam screw conveyor (m³) Q = Kapasitas Conveyor (m³/jam) ᵧ = berta curah bahan, ton/m³ C = Faktor koreksi karena  inklinasi konveyor D = diameter screw S = screw pitch, S= 0,8D 𝜑 = loading ef f iciency n = Putaran screw (rpm)
2.2 Umur Bearing dengan kondisi putaran  konstan dan berdasarkan  jam pemakaian  ( Life  Time )
L ℎ  = ( 𝐶 𝑃 ) 𝑏 106 60 𝑛 …..(3)
Dimana: L10  = umur Bearing berdasarkan  putaran Bearing Lh  = umur Bearing berdasarkan  jam pemakaian C = beban dinamis Bearing ( kN ) P = ekivalen  beban Bearing ( kN ) b =  Konstanta  beban Bearing ( Ball Bearing = 3, Roller  Bearing 10/3) n = putaran  (rpm)
Tabel  2.8 Tabel Sepesifikasi  Bearing  (katalog  FAG)
No Bearing  Screw  konveyor Belakang Depan Tipe Bearing NU  314 QJ  314 22316 1 d (Inside  Diameter)  mm 70 70 80 2 D (Outside Diameter)  mm 150 150 170 3 B (Width) mm 35 35 58 4 C (Dynamic load) kN 204 183 415 5 Co (Static load) kN 220 166 500 6 Speed rating (rpm) 5300 5.300 3.200 Tabel  2.5 Umur rancangan  untuk  bantalan  (Rusdi  Nur  dan Suyuti  2018) No Penggunaan Umur  Rancangan  (L10,jam) 1 Peralatan  rumah  tangga 1.000-2.000 2 Mesin pesawat  terbang 1.000-4.000 3 Otomotif 1.500-5.000 4 Alat-alat  pertanian 3.000-6.000 5 Elevator, kipas angina  industri, gigi perseneleng 8.000-15.000 6 Motor listrik, blower dan mesin industri umum 20.000-30.000 7 Pompa dan kompresor 40.000-60.000 8 Peralatan  kritis yang beropersi 24 jam 100.000-200.000

## 3 Metode
Dalam  penelitian  analisis  kekuatan  bearing  pada mesin  screw  conveyor ini  pertama  dilakukan adalah  pengumpulan  data  berupa  data  material  yang  diproses  dan  data  kapasitas  mesin, Selanjutnya  dibuat  gambar  design mesin  terutama  pada  konstruksi bearing  dan  dilakukan  analisa kekuatan   bearing secara  teoritis. Tahap  selanjutnya  adalah  pengambilan data vibrasi bearing yang ada dimesin.
Pengumpulan  data bearing mesin screw konveyor menggunakan  alat ukur  yaitu:
1.  Tachometer merupakan  alat ukur  untuk menghitung  putaran  benda atau mesin, yaitu untuk mengetahui  putaran  mesin  agar  bisa kita sesuaikan  dengan yang diharapkan.
Gambar  3.1   Tachometer
Spesif ikasi:
a.  Contact / Non Contact Digital Tachometer
b.  Contact Test Range  (rpm)  2 to 20,000
c.  Non-contact Test Range  (rpm)  2 to 99999 d.  Total Test  Range  (rpm)  1 to 99999 e.  Accuracy +/-(0.05  % + 1 digit)
f. Resolution (rpm) 0.1  (2 to 9999.9)
2. Vibration  meter merupakan  alat  untuk  mengukur  besarnya  Getaran  yang  terjadi    pada bearing pada saat mesin beroperasi .
Gambar  3.2  Vibration  meter
Spesif ikasi: a.  Measurement  range  of  acceleration 0.1~199.9m/s2  peak b.  Measurement  range  of  velocity 0.1~199.9mm/s rms
c.  Measurement  range  of  displacement 0.001~1.999mm
d.  Measurement  accuracy 5%+2  digits e.  Frequency  range  of  acceleration 10Hz~1KHz  (LO)  1KHz~15KHz  (HI)
f. Frequency  range  of  velocity 10Hz~1KHz  (LO)
g.  Frequency  range  of  displacement 10Hz~1KHz  (LO)
h.  Operating temperature  range  0~40 C°
i. Operating humidity range 30~90%  RH

## 4 Hasil dan Pembahasan
4.1 Data data screw conveyor aktual
Berat curah bahan (ᵧ) = 1.500 kg/m Faktor koreksi  inklinasi konveyor ( C )  = 1 Diameter screw (D)  = 0,18  m Diameter shaft (d)  = 0,05  m Screw pitch (S) = 0,16 m 𝐿 oading  efficiency ( 𝜑) = 0,25 Putaran screw (n)  = 150  rpm Berat   jenis material  besi (Bj)= 7.850  kg/m3 Ukuran  Hopper = 0,25 x 0,45 x 0,45 m
4.1.1 Kapasitas per jam (Q)  = 60 𝜋 𝐷2
4 S n 𝜑 ᵧ C kg/jam (didapat pada rumus 2) = 60 𝑥 3.14𝑥 0.182 4 x0.16x150  x0.25 x1500 x 1 kg/jam = 60x0.25x0.16x150x0.25x1500x1  kg/jam = 13.734   kg/jam
Kondisi terisi 80%  = 13.734  ton/jam x 80% = 10.987  kg/jam = 11 ton/jam (pembulatan)
4.1.2 Material  didalam Screw  (V1)   = 𝜋 4 𝐷 2 - 𝜋 4 𝑑 2 x L x ᵧ kg (didapat pada  1)
= 3.14
4 0.18 2 - 3.14 4 0.05 2 x 1.28  x 1500  kg
= (0.25-0.0019)  x 1.28  x 1500  kg = 57 kg
4.1.3 Material  didalam Hopper (V2) = P x L x T x ᵧ kg (minimal 1.2 x V1) = 0.45  x 0.45 x 0.25 x 1500  kg
= 75  kg
4.1.4 Berat  shaf t  antara   kedua bantalan (Pa)  = 𝜋 4 𝑑1 2 x L1  x Bj kg = 3.14 4 0,08 2 x 0,25x 7850  kg = 0,005x  0,25  x 7850  kg = 9,8  kg = 10  kg (dibulatkan) 4.1.5 Berat  shaf t + daun screw  (Pb) = = {( 𝜋 4 𝑑2 2 x L2)  + ( 𝜋 4 𝑑3 2 x L3)   + [( 𝜋 4 𝐷 2 - 𝜋 4 𝑑3 2 )  x n x t) ]} x Bj kg = {( 3,14 4 0,095 2 x 0,07)  + ( 3,14 4 0,05 x 1,28)  + [( 3,14 4 0,18 2 - 3,14 4 0,05 2 )  x  8   x 0,008) ]} x  7.850 kg = [( 0,0005 ) + ( 0,0025 )   + ( 0,0015)]  x 7.850  kg = 0,0045  x 7.850  kg = 35 kg

## 4.2. Beban pada bearing mesin screw conveyor
Berat  beban  pada  P1  adalah  berat  shaf t   antara    2  bantalan  (Pa)  =  10  kg  (didapat  dari perhitungan  (1.1.4)
Berat beban pada P2 adalah  ;berat shaf t dan daun  screw (Pb) + berat material  dalam hopper (V1) + berat material  dalam screw  (V2) P2 = 35 kg (4.1.5)  + 57 kg (4.1.2)  + 75 kg (4.1.3)  =167  kg
Berat  beban pada P3 adalah  berat shaf t dan daun  screw (Pb) + berat material  dalam screw (V2) P2 = 35 kg (4.1.5)  + 75 kg (4.1.3)  =110  kg
Gaya  yang diterima bearing  : Gaya  (F1)  =  m x g x φ
Dimana: m= massa (kg) g= gravitasi = 9,8 m/s² φ=loading efisiensi = 0,25 (1:4) (didapat pada  Tabel 2.2)
F1 = P1 x g x φ N = 10  kg x 9,8 m/s² x 4 = 392  N = 0,392  kN
F2 = P2 x g x φ N = 167  kg x 9,8 m/s² x 4 = 6.546  N = 6.55  kN
F3 = P3 x g x φ N = 110  kg x 9,8 m/s² x 4 = 4.312  N = 4.3 kN

## 4.3. Reaksi gaya pada bearing
Gambar  4.2 Reaksi  gaya  pada  Bearing
Dimana:     a = 0,125  m b = 0,125  m c = 1,35 m
Reaksi gaya  terhadap Bearing RBA =
ƩRBA = 0 (F1  x a ) + (F2  x (a+b+c) – [RBB x (a+b)] = 0 (0,39  x 0,125)+[  (6,55x (0,125+0,125+1,35)] –[RBB  x (0,125+0,125)]  = 0
(0,39  x 0,125)  + (6,55  x 1,6) – (RBB x 0,25) = 0
0,049+  10,48 – (RBB x 0,25) = 0
10,53 – (RBB x 0,25) = 0 RBB = 10,53 0,25 RBB  = 42,12  kN
Reaksi gaya  terhadap Bearing RBB =
ƩRB B = 0 -(F2  x c ) + (F1x b) – [RBA x (a+b)] = 0 -(6,55  x 1,35)  + (0,39  x 0,125) – [RBA x (0,125+0,125)]  = 0 - 8,843  + 0,048 – (RBA x 0,25)  = 0 -8,795 – (RBA x 0,25) = 0 RBA  = −8,795 0,25 RBA  = -35,18  kN
ƩFy = 0 (Cek keseimbangan gaya) (RBB  + RBA) – (F1 + F2)              = 0 [42,12+  (-35,18)] – (0,392 + 6,55) = 0 6,94 –  6,94 = 0 (oke)

## 4.4 Perhitungan umur Bearing (bantalan)
Sesuai  dengan    Tabel  2.5  umur    rancangan  untuk    bantalan  untuk    mesin  mesin  industri umum  adalah  20.000-30.000  jam  operasional.  Mesin  ini  beroperasi  selama  20-22  jam  per  hari selama  7 hari  penuh.
4.4.1 Ball Bearing QJ314 Dimana, Lh  = umur Bearing berdasarkan  jam pemakaian b =  3 C = 183 kN (Katalog  FAG bearing  tabel 2.8) P = 35,18 kN  (RBA) n = 150  rpm
L ℎ  = ( 𝐶 𝑃 ) 𝑏 106 60 𝑛 (didapat pada rumus   3)
= ( 183 35,18 ) 3 106 60 .150 = (5,2) 3 106 9000 = 140,74  x 111 = 15.637  jam
4.4.2 Roller  Bearing NU  314 Dimana, Lh  = umur Bearing berdasarkan  jam pemakaian b =  3,33 C = 204 kN (Katalog  FAG bearing  tabel 2.8) P = 35,18 kN (RBA) n = 150  rpm
L ℎ  = ( 𝐶 𝑃 ) 𝑏 106 60 𝑛 (didapat pada rumus   3)
= ( 204
35,18 ) 3,33 106
60 .150
= (5,8) 3,33 106 9000 = 348,5  x 111 = 38.683  jam
4.4.3 Spherical  Roller  Bearing 22316
Beban Eqivalen untuk Bearing 22316
Tabel  4.1 Tabel beban  eqivalen Type  bearing C Dynamic  (kN) e Fa/Fr  e (Y) Fa/Fr >e (Y) 22314 415 0,34 1,99 2,96
Dimana: Fa =  4,3  kN (F3) Fr  = 42,12  kN (RBB) V   = 1,0 (konstanta untuk ring dalam berputar) 1,2 (konstanta untuk  ring luar  berputar) Fs = 1,3
𝐹𝑎 𝐹𝑟 = 4,3 42,12 = 0,10
Sesuai tabel 4.1 diatas, maka: e = 0,34 (untuk Spherical  Roller  Bearing 22316)

## 𝐹𝑎
𝐹𝑟  e, sehingga X=1, Y = 1,99 P = Fs (V. X . Fr  + Y. Fa) = 1,3  x [(1 x 1 x 42,12)  + (1,99x  4,3)] = 1,3 x (42,12  + 8,55) = 1,3 x 50,67 P = 65,87  kN
Dimana: Lh  = umur Bearing berdasarkan  jam pemakaian b =  3,33 C = 415 kN (Katalog  FAG bearing  tabel 2.8) P = 65,87  kN n = 150  rpm
L ℎ  = ( 𝐶 𝑃 ) 𝑏 106 60 𝑛 didapat pada rumus  3)
= ( 415 65,87 ) 3,33 106
60 .150 = (6,3) 3,33 106 9000 = 458,9  x 111 = 50.937  jam
Dari hasil perhitungan  umur bearing diatas maka didapatkan hasil  sebagai berikut: 1. Ball Bearing QJ 314  adalah  15. 637  jam
2. Roller  Bearing NU  314  adalah  38.683  jam
3. Spherical  Roller  Bearing 22316  adalah  50.937  jam
Gambar  4.3  Grafik  Perhitungan  umur Bearing

## 4.5 Pengukuran Velocity Bearing
Velocity  adalah  jumlah  waktu  yang  dibutuhkan  ketika  terjadinya  displacement  atau kecepatan  getaran  suatu  benda dan  biasa  menggunakan  satuan  (inch/s,  mm/s). Velocity  untuk melihat  ukuran  kecepatan  dari  benda  tersebut  saat  sedang  bergerak  atau  bergetar  selama terisolasi. Velocity  bisa  dikatakan  sebagai  indikator  yang  paling  baik  untuk  mengetahui  apakah terjadi  suatu  masalah  vibrasi  ketika  sebuah  bearing  berput ar  atau  bekerja.  Pengukuran  Velocity sesuai  dengan Standard ISO  10816-3  yaitu  tentang  kriteraia  untuk  mengevaluasi  getaran  pada mesin,  menurut  pengukuran  yang  dilakukan  pada  bagian  yang  tidak  berputar  yaitu  pada  bagian tumpuan  bantalan  atau housing bantalan.
Tabel  4.2Tabel  Velocity
Gambar  4.4  Pengambilan data  Velocity
Proses pengkuran velocity bearing dilakukan  dengan periode tertentu  atau  sesuai  dengan  putaran bearing yang telah  dicapai. Disini akan  dilakukan  pengambilan data dalam  5 tahap  yaitu pada saat dipasang, 5.000  jam, 10.000  jam, 15.000  jam  dan 20.000  jam (tidak tercapai).

## Tabel  4.3 Hasil pengukuran  Velocity  Bearing
No Type  Bearing 0 Jam 5.000  Jam 10.000  Jam 15.000  Jam 20.000  Jam 1 QJ-314 1,3 6,5 10,9 11 2 NU-314 1,5 4,8 7,7 10,1 3 22316 1,4 4,2 6,8 9,7
Gambar  4.5 Grafik  nilai Velocity  Bearing

## 5 Kesimpulan
Setelah  selesainya  penelitian  ini dapat disimpulkan bahwa:
1.  Umur bearing pada mesin screw conveyor berada antara  50%  - 75% dari hasil  perhitungan rencana.
2. Ball  Bearing QJ-314  sebagai  sustitusi  Roller  Bearing  NU-314  masih  bisa  dipergunakan walaupun  umurnya  lebih pendek.
3.  Umur  dari bearing sangat tergantung dari kondisi lingkungan sekitarnya karena  sif at bearing yang harus  bebas dari kontaminasi benda benda lain, selain  untuk pelumasan.

## Saran
1.  Agar mencapai  kekuatan  yang maksimal  maka kondisi ideal untuk  bearing   harus  dipenuhi yaitu terbebas dari kontaminasi benda asing.
2.  Dipastikan  preventif   mainteance  secara  rutin  agar  umur  mesin  lebih  awet  dan  bekerja dengan mendapatkan  hasil  maksimal.
3. Perlu  dipersiapkan  alternatif   spare  parts  untuk  bagian  bagian  yang  sif atnya  konsumabel parts atau  penggantian yang rutin .

## Referensi
Abdul  Rahman,  tahun  2017 “Prototype Screw  Conveyor  Mesin  Pendaur  Ulang  Pasir  Cetak  10 Ton/jam”               .
Ach. Muhib Zainuri,  ST, MT,  tahun  2008 “Mesin Pemindah Bahan”. Penerbit Andi. Yogyakarta.
FAG Bearing  Catalog Book, PT. Gerindo Super Teknik,  Jakarta.
H. Darmawan  Harsokoesoemo ,  tahun  2004 “Pengantar  Perancangan  Teknik” penerbit ITB.
Jordhy Imanda1,  Sri  Waluyo2, Dwi Dian Novita3, Tahun  2015 “Pengaruh  Sudut Ulir dan Komoditas Terhadap   Kinerja  Alat Screw  Conveyor Pada Variasi Kecepatan Putar”. Mikell P. Groover tahun  2010 “ Fundamentals  of Modern  Manufacturing ”.
Muhamad  Riva’i1  ,  Nanda  Pranandita2,  tahun  2018  Journal  “Analisa  kerusakan  Bantalan Bola (ball bearing) Berdasarkan Signal Getaran”.
Rusdi,  Nur,  S.  ST,  M.T,  Ph.D      dan      Muhammad    Arsyad    Suyuti,    S.T,    M.T,  tahun  2018. “Perancangan  Mesin Mesin Industri”. Depublish.
Sajima1, Deddy Hasnurrofiq2, Sudaryadi3, tahun 2012 “Rancang  Bangun Screw Feeder   Sebagai
Perangkat Dukung Peleburan  Konsentrat Zirkon”.
Satria  Ika  Dinwasiba1,  Ahmad  Widodo, Ismoyo Haryanto3,  Journal  Undip  tahun  2021. “Diagnosis Kerusakan Bearing Dengan  Analisis Sinyal Getaran  Pada Program Matlab ”.
Sularso    dan    Kiyokatsu    Suga,  tahun  1983  “Dasar    Perencanaan    dan    Pemilihan    Elemen
Mesin” Pradnya Paramita.
Yadi  Heryadi, Vol  9  No  2  (2019):  Jurnal  Teknologika  “Kaji  Eksperimen  Kerusakan  Bantalan Luncur  Pada Mesin Gilas Statis Roda Baja”.