RANCANG BANGUN TRIBOMETER TIPE PIN ON DISK DAN STUDI EKSPERIMENTAL KARAKTERISTIK TRIBOLOGI POLIMER – POLIMER Oleh : Tegar Prayogi 2102 100 073 Dosen Pembimbing : Ir. Yusuf Kaelani, MSc.E PROGRAM SARJANA JURUSAN TEKNIK MESIN FTI – ITS 2010
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG •
Material yang bergesekan akan mengalami keausan
•
Dibutuhkan suatu alat uji untuk mengukur laju keausan pada material
•
Material polimer memiliki beberapa kelebihan dibanding material lain
BAB 1. PENDAHULUAN
1.2 PERUMUSAN MASALAH • Rancang bangun yang akan dibuat adalah sebuah alat uji Tribometer tipe pin on disk, dengan 2 parameter uji yang bisa divariasikan, yaitu variasi pembebanan dan variasi kecepatan. • Studi karakteristik tribologi dari polimer – polimer pada alat uji tribometer dengan permukaan kontak berpelumas dan tanpa pelumasan. • Specific wear rate akan digunakan sebagai indikator karakteristik tribologi.
BAB1. PENDAHULUAN
1.3 BATASAN MASALAH •
Putaran AC motor dan load dianggap uniform
•
Tidak ada material debris yang ikut menambah keausan
•
Material PE1000 isoparametrik
•
Kenaikan temperatur hanya disebabkan karena gesekan pada pin dan disk
•
Kajian hanya dilakukan pada temperatur kerja PE1000
BAB1. PENDAHULUAN
1.4 TUJUAN 1. Rancang bangun tribometer tipe pin on disk 2. Mengetahui specific wear rate pada gesekan polimer - polimer PE1000 sebagai efek variabel sliding speed dan efek variabel load 3. Mengetahui efektifitas pelumas pada specific wear rate
BAB1. PENDAHULUAN
1.5 MANFAAT •
Tribometer yang dapat digunakan untuk memprediksi umur komponen dengan mengetahui volume keausan
•
Jenis material yang diujikan dapat diganti sesuai kebutuhan (metal - metal, polimer - metal, polimer polimer, dan sebagainya)
•
Pengujian dapat dilakukan dengan berbagai jenis pelumasan (oli, grease, parafin, dan sebagainya)
BAB2. DASAR TEORI
ARCHARD EQUATION
V
W .L k. H W .v k. H
K
k H
Keterangan: V : volume keausan k : koefisien keausan W : load N L : panjang lintasan H : hardness material Ψ : wear rate v : sliding speed K : Specific wear rate
mm3
m Pa m3/s m/s mm3/N.m
BAB2. DASAR TEORI
TRIBOMETER
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
pin-on-disk pin-on-flat pin-on-cylinder thrust washer pin-into-bushing rectangular flats on rotating cylinder crossed cylinder (g) four ball
BAB3. METODOLOGI START
Studi Pustaka dan Predesign Alat Uji
Rancang Bangun Alat Uji (kelebihan) - Speed Control (Selectable) - Load Control (Adjustable)
DIAGRAM ALIR
Persiapan Spesimen Uji - Pin specimen : Silinder pejal - Disk specimen : Silinder pejal - Properties : rho (gr/m3) - Radius : R (m)
Pengujian 1 : Dry Sliding
K
V F .L
K
m F .L.
Pengujian 1.1 sd 1.25 Dry Sliding with variable sliding speed v (m/s) and variable load (Newton) - Fixed : s = 600 m - Var : v1, v2, v3, v4, v5 (m/s) - Var : F1, F2, F3, F4, F5 (N)
A
BAB3. METODOLOGI A
Pengujian 2 : Oil Lubrication
DIAGRAM ALIR (LANJUTAN)
K
V F .L
K
m F .L.
Pengujian 2.1 sd 2.25 Oil Lubrication with variable sliding speed (m/s) and variable load Control (Newton) - Fixed : s = 600 (m) - Var : v1, v2, v3, v4, v5 (m/s) - Var : F1, F2, F3, F4, F5 (N)
Penyusunan data dan pembuatan Grafik "Specific wear rate" dry sliding and oil lubrication versus : - v (sliding speed) - F (load)
Analisa dan Pembahasan Grafik "specific wear rate" sebagai : - Effect of variable speed - Effect of variable load - Effect of lubrication
END
BAB3. METODOLOGI
HASIL RANCANG BANGUN TRIBOMETER Sliding speed range
8.37 – 250 mm/s
Disc rotation speed
8 - 60 rpm
Maximum normal load
150 N
Frictional force
0 - 150 N
Wear measurement 10 mm range Pin size
8 – 15 mm diameter / diagonal
Disc size
100 mm diameter x 20 mm tebal
Wear track diameter
20 – 80 mm
BAB3. METODOLOGI
KALIBRASI SPEED CONTROL Rpm
Diameter wear track d (m)
Panjang track s (m)
t (menit)
t (menit)
20
17.5
0.08
600
136.3636364
136
40
31.3
0.08
600
76.24164972
76
60
44.4
0.08
600
53.74692875
54
80
53.4
0.08
600
44.68845761
45
100
59.9
0.08
600
39.83912582
40
Speed control
BAB3. METODOLOGI
PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin
3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan
BAB3. METODOLOGI
PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin
3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan
BAB3. METODOLOGI
PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin
3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan
BAB3. METODOLOGI
PERSIAPAN PENGAMBILAN DATA 1. Kondisi initial yang sama 2. Penimbangan pin
3. Pemasangan posisi pin pada pencengkeram pin 4. Penyetelan pegas dan pengaturan kecepatan
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.1 Efek load terhadap laju keausan polimer untuk kondisi dry sliding
DRY SLIDING LOAD > SC. KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.2 Efek load terhadap laju keausan polimer untuk kondisi grease lubrication
GREASE LUBRICATION LOAD > SC. KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.3 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer untuk kondisi dry sliding
DRY SLIDING SC > LOAD KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.4 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer untuk kondisi grease lubrication
GREASE LUBRICATION LOAD > SC. KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.5 Efek load terhadap laju keausan polimer gabungan dry siding dan grease lubrication
GABUNGAN LOAD > SC. KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.6 Efek sliding speed terhadap laju keausan polimer gabungan dry siding dan grease lubrication
GABUNGAN LOAD > SC. KONSTAN
BAB4. ANALISA HASIL
PENGUJIAN PIN DAN DISK PADA LOAD 2 KG DAN SPEED CONTROL 80
Pin
Disk
BAB4. ANALISA HASIL
PENGUJIAN PIN DAN DISK DRY SLIDING PADA LOAD 10 KG DAN SPEED CONTROL 100
Pin
Disk
BAB4. ANALISA HASIL
Gambar 4.7 Kenaikan temperatur gesekan pin dan disk pada kondisi dry sliding dan grease lubrication
BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan 1.
Pada kondisi dry sliding dengan sliding speed konstan dan penambahan load didapatkan nilai
specific wear rate K yang naik, sebagai contoh pada sliding speed 0.073529412 m/s (speed control 20) pada : •
load 2 kg didapat nilai K = 0,9027.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
load 4 kg didapat nilai K = 2,1665.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
load 6 kg didapat nilai K = 4,9648.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
load 8 kg didapat nilai K = 5,1454.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
load 4 kg didapat nilai K = 10,1283.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
2.
Pada kondisi dry sliding dengan load konstan dan penambahan sliding speed didapatkan nilai
specific wear rate K yang naik, sebagai contoh load 8 kg pada : •
Sliding speed 0.0735 nilai K = 5,1454.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
Sliding speed 0.1316 nilai K = 7,7181.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
Sliding speed 0.1852 nilai K = 10,7872.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
Sliding speed 0.2222 nilai K = 11,2386.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
•
Sliding speed 0.25 nilai K = 11,1032.〖10〗^(-4) 〖mm〗^3/Nm
BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan (Lanjutan)
3.
Pengujian keausan pada kondisi grease lubrication menghasilkan nilai specific wear rate yang
relatif konstan K < 0.2. 10 ^(-4)
mm ^3/Nm. Hal ini disebabkan karena dengan adanya pelumas,
mampu menurunkan nilai koefisien gesekan, akibatnya laju keausan pun rendah. 4.
Grease sangat efektif untuk mengurangi laju keausan karena grease berfungsi sebagai pelumas
untuk menurunkan laju keausan dan berfungsi sebagai pendingin untuk menurunkan temperatur gesekan antara pin dan disk.
BAB5. KESIMPULAN DAN SARAN
Saran •
Pengembangan desain rancang bangun tribometer dengan menggunakan
load cell dengan digital meter, sehingga akurasi dan pembacaan pembebanan pada pin akan lebih baik. •
Pengembangan studi untuk variasi tipe polimer yang berbeda.
•
Pengembangan studi untuk variasi beberapa jenis pelumas yang berbeda.
•
Pengembangan studi untuk variasi panjang lintasan pin pada disk.
•
Pengembangan studi untuk pembebanan yang berbeda, dengan hanya
mengganti jenis pegas yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR PUSTAKA • Bhushan, Bharat, Principles and Applications of Tribology, John Wiley & Sons Inc., 1999 • Jia, Bin-Bin, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, and Pei-Hong Cong, Tribological behaviors of several polymer–polymer sliding combinations under dry friction and oil-lubricated condition, Journal at www.sciencedirect.com, Wear 262 pp 1353–1359, Elsevier, 2007 • Kato, Koji, Modern Tribology Handbook : Ch.7 Wear Mechanisms, CRC Press LLC, 2001 • K.C. Ludema, Friction, Wear, Lubrication : A Textbook in Tribology, CRC Press Inc., 1996 • www.matweb.com
LAMPIRAN (PROPERTIES PE1000)
MEKANISME KEAUSAN
BAGIAN HOLDER
Bin-Bin Jia, Tong-Sheng Li, Xu-Jun Liu, Pei-Hong Cong
Tribometer pin on disk
Gambar 2.22 Efek variasi load (grafik kiri) dan efek variasi sliding speed (grafik kanan) terhadap specific wear rate material polimer (a) PTFE (b) PA66
