Aulia ramadhani: JURNAL METODOLOGI PENELITIAN GETARAN

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 156 - 162

Kajian Teoritik Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan

Joni Dewanto

Dosen Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin - Universitas Kristen Petra

Abstrak

Getaran yang terjadi pada mesin-mesin biasanya menimbulkan efek yang tidak dikehendaki; seperti ketidaknyamanan, ketidak tepatan dalam pengukuran atau rusaknya struktur mesin.

Getaran terjadi karena adanya eksitasi baik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistem akan tetapi efek getaran yang ditimbulkannya sangat tergantung dari frekuensi eksitasi tersebut dan elemen-elemen dari sistem getaran itu sendiri.

Untuk meredam getaran yang terjadi dapat dilakukan dengan cara memasang sistem peredam dinamik pada sistem yang bergetar atau memasang sistem tersebut pada tumpuan yang baik sesuai dengan frekuensi eksitasinya.

Kata kunci : peredam getaran.

Abstract

Vibration that happen on machines usually produces unexpected effect, such as unconfortablelity and inaccuration mesurement or distruction on machine’s structure.

Effect of vibration due to both external or internal excitation is influence by this frequency of excitation and elements of vibration system its self.

An effort to damped this vibration effect can be done by attach a dynamic absorber to the system or by mounting the system on the proper suspension according to their axcitation frequency.

Keywords : vibration damping.

1. Pendahuluan

Getaran mekanik dapat didefinisikan seba-gai gerak osilasi dari sistem mekanik di sekitar titik/posisi seimbang. Getaran terjadi karena adanya gaya eksitasi. Hampir semua mesin yang bergerak akan bergetar meskipun mungkin intensitasnya sangat kecil. Karena secara praktis tidak mungkin menghilangkan eksitasi getaran sama sekali. Eksitasi dapat terjadi karena adanya ketidakseimbangan pada mesin itu sendiri atau dari sumber di luar mesin. Pada banyak hal biasanya terjadinya getaran sangat tidak diinginkan karena getaran dapat mengganggu kenyamanan, menimbulkan ketidak presisian atau menurunkan kwalitas kerja mesin-mesin perkakas. Bahkan getaran juga dapat merusak konstruksi mesin. Untuk itu banyak upaya dilakukan untuk meredam getaran. Meredam getaran pada dasarnya dapat dilakukan dengan meminimalkan gaya gaya eksitasi akan tetapi juga dapat dilakukan dengan memasang sistem peredam. Tulisan ini membahas bagaimana getaran yang terjadi karena gaya-gaya tersebut dapat diredam tanpa mengubah besarnya gaya eksitasi yang diberikan. Getaran yang dibahas dimodelkan sebagai sistem massa diskret dan dinyatakan sebagai persamaan gerak (simpangan) dari massa tersebut. Untuk itu meredam getaran berarti menurunkan simpangan massa yang terjadi karena gaya eksitasi getaran.

2. Elemen Sistem Getaran

Elemen-elemen dari sistem getaran ditun-jukkan sebagaimana gambar 1 di bawah. Masing-masing diidealisasikan sebagai massa (m), pegas (k), peredam ©, dan eksitasi (F). Tiga elemen pertama menunjukkan kondisi fisik dari sistem. Keadaan fisik suatu sistem dapat dinyatakan sebagai massa, pegas dan peredam yang tersusun misalnya seperti pada gambar 1. Massa (m) diasumsikan sebagai body kaku (rigid) yang tidak memiliki elastisitas dan redaman. Sebaliknya pegas juga dianggap hanya memiliki elastisitas (k) saja sehingga massa dan redamannya diabaikan. Demikian

halnya, peredam juga dianggap hanya memiliki sifat redaman saja.

Gambar 1. Elemen sistem getaran

Persamaan gerak massa (m) merupakan respon karena adanya eksitasi gaya (F). Karakteristik getaran biasanya ditunjukkan sebagai persamaan perpindahan, bukan per-samaan kecepatan ataupun persamaan per-cepatan dari massa (m).

Gaya pegas terjadi hanya jika terdapat defleksi relatif antara kedua ujung-ujungnya. Menurut hukum Hooke's besarnya gaya pegas sebanding dengan defleksi relatif tersebut. Konstanta kesebandingannya disebut konstan-ta pegas (k) dan dinyatakan dalam satuan gaya per satuan panjang. Untuk peredam viscous besarnya gaya redaman sebanding dengan kecepatan dan faktor kesebandingan disebut koefsien redaman ©.

3. Klasifikasi Getaran

Getaran dapat diklasifikasikan menurut ada tidaknya eksitasi yang bekerja secara kontinyu, menurut derajat kebebasannya atau menurut sistem massanya. Menurut klasifikasi yang pertama getaran dibedakan sebagai getaran bebas atau getaran paksa. Disebut sebagai getaran paksa jika pada sistem getaran terdapat gaya eksitasi periodik yang bekerja kuntinyu sebagai fungsi waktu. Pada sistem getaran bebas getaran terjadi karena adanya eksitasi sesaat seperti gaya impulsif atau adanya simpangan awal. Menurut derajat kebebasannya getaran dapat dibedakan sebagai getaran derajat satu, dua, atau n derajat sesuai dengan banyakya koordinat bebas (indepen-dence) yang diperlukan untuk mendefinisikan persamaan gerak sistem tersebut. Pada sistem getaran massa diskret setiap massa dianggap sebagai bodi kaku dan tidak mempunyai elastisitas. Sebaliknya pada sistem massa kontinu, massa yang bergetar tidak dianggap sebagai bodi kaku tetapi mempunyai elastisitas sehingga dimungkinkan adanya gerak relatif di antara titik-titik pada massa tersebut. Sistem massa kontinyu memiliki n derajat kebebasan yang tak berhingga. Ketiga model klasifikasi getaran tersebut ditunjukkan pada gambar 2.

(a) Sistem getaran bebas massa diskret dua derajat kebebasan

(b) Sitem getaran paksa massa diskret satu derajat kebebasan

Gambar 2. Model klasifikasi getaran

4. Sistem Getaran Paksa Massa Diskret Satu Derajat Kebebasan

Pada sistem getaran ini bekerja gaya eksitasi F yang merupakan fungsi sinus dengan amplitudo F0 dan frekuensi w. Persamaan gerak massa m sebagai respon dari adanya gaya tersebut dapat ditentukan dari analisa gaya-gaya yang bekerja pada massa m ketika posisinya tersimpang sejauh x dari posisi seimbang statisnya. Dalam kondisi keseimbang-an dinamis maka dapat disusun persamaan diferensial sebagai berikut :

mx&& + cx& + kx = F₀ sin wt			(1)
dimana :
mx&&	=	Ggaya inersia massa
cx&	=	Gaya redaman viscous	(sebanding
		dengan kecepatan)
kx	=	Gaya pegas
dan x&&		, x& dan x masing-masing adalah simpang-

an, kecepatan dan percepatan massa m.

Persamaan diferensial (PD) di atas mempunyai dua solusi masing-masing disebut sebagai solusi parsial (xp) dan komplementer (xk) dimana solusi umumnya x (t) = xp + xk. Solusi komplementer menyatakan persamaan kondisi transien, diperoleh dari solusi PD homogen. Sedang solusi parsial menyatakan persamaan kondisi steady, diperoleh dari solusi PD lengkap. Solusi PD homogen secara umum dapat dinyatakan sebagai xk = e^st. Dengan mensubstitusi harga xk dan turunan-turunanya pada PD homogen persamaan 1 maka diperoleh persamaan karakteristik sebagai berikut :