Pengertian Getaran Pada mesin..
Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu
tertentu. Getaran berhubungan dengan gerak osilasi benda dan gaya yang
berhubungan dengan gerak tersebut. Semua
benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi kebanyakan
mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai derajat
tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.
Pentingnya Belajar Getaran Mekanik
Salah satu tujuan
belajar getaran adalah mengurangi efek negatif getaran melalui desain mesin
yang baik
Hampir semua alat
gerak mempunyai masalah getaran karena adanya ketidak seimbangan mekanisme,
contohnya :
- Mechanical failures karena material
fatigue
- Getaran dapat mengakibatkan
keausan yang lebih cepat
- Dalam proses manufaktur, getaran dapat
menyebatkan hasil akhir yang buruk
Selain efek yang
merusak, getaran dapat digunakan untuk hal hal yang berguna.
- Getaran digunakan dalam conveyors
getar, mesin cuci, sikat gigi elektrik.
- Getaran juga digunakan dalam pile
driving, vibratory testing of materials.
- Getaran digunakan untuk menaikan
efisiensi dari proses permesinan seperti casting dan forging.
Pengelompokkan Getaran
Getaran Bebas dan Paksa
Getaran Teredam dan tak teredam
Getaran Deterministic dan Random
1. Getaran Bebas Dan Getaran Paksa
Getaran Bebas
Getaran bebas terjadi
jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri
(inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas
akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat
sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua
sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau
getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.
Getaran Paksa
Getaran paksa adalah getaran
yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut berosilasi
maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika frekuensi
rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan didapat
keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi. Kerusakan
pada struktur besar seperti jembatan, gedung ataupun sayap pesawat terbang,
merupakan kejadian menakutkan yang disebabkan oleh resonansi. Jadi perhitungan
frekuensi natural merupakan hal yang utama.
2. Getaran Teredam dan Tak Teredam
Damping
Dalam system dynamic bekerja dissipative forces –
friction, structural resistances
Umumnya, damping dalam structural systems adalah kecil
dan mempunyai efek yang kecil terhadap natural frekuensi
Tetapi, damping mempunyai pengaruh yang besar dalam mengurangi
resonant pada structural system
3. Getaran Deterministic dan Random
Getaran Deterministic
Sinyal disebut deterministic, selama harga dari sinyal dapat
diprediksi.
Getaran Random
- Tidak memiliki sinyal yang periodik maupun harmonik
- Harga dari getaran random tidak dapat di prediksi
- Tetapi getaran random bisa di gambarkan secara statistik
Getaran bebas tanpa peredam
Model massa-pegas sederhana
Pada model yang paling sederhana redaman dianggap dapat
diabaikan, dan tidak ada gaya luar yang memengaruhi massa (getaran bebas).
Dalam keadaan ini gaya yang berlaku pada pegas Fs sebanding dengan panjang peregangan x, sesuai dengan hukum
Hooke, atau bila dirumuskan secara matematis:
Gerakan harmonik
sederhana sistem benda-pegas. Bila kita menganggap bahwa kita memulai getaran
sistem dengan meregangkan pegas sejauh A kemudian melepaskannya, solusi persamaan di
atas yang memerikan gerakan massa adalah:
Solusi ini menyatakan bahwa massa akan berosilasi dalam gerak harmonis sederhana yang memiliki amplitudo A dan frekuensi fn. Bilangan fn adalah salah satu
besaran yang terpenting dalam analisis getaran, dan dinamakan frekuensi
alami takredam. Untuk sistem massa-pegas sederhana, fndidefinisikan sebagai:
Catatan: frekuensi sudut ω (ω = 2πf) dengan satuan radian
per detik kerap kali digunakan dalam persamaan karena menyederhanakan
persamaan, namun besaran ini biasanya diubah ke dalam frekuensi “standar”
(satuan Hz) ketika menyatakan frekuensi sistem.
Bila massa dan
kekakuan (tetapan k)
diketahui frekuensi getaran sistem akan dapat ditentukan menggunakan rumus di
atas.
Getaran bebas dengan redaman
Bila peredaman diperhitungkan, berarti gaya
peredam juga berlaku pada massa selain gaya yang disebabkan oleh peregangan
pegas. Bila bergerak dalam fluidabenda akan mendapatkan peredaman karena
kekentalan fluida. Gaya akibat kekentalan ini sebanding dengan kecepatan benda.
Konstanta akibat kekentalan (viskositas) c ini dinamakan koefisien peredam, dengan satuan
N s/m (SI)
Dengan menjumlahkan semua gaya yang berlaku pada benda kita
mendapatkan persamaan
Solusi persamaan ini
tergantung pada besarnya redaman. Bila redaman cukup kecil, sistem masih akan
bergetar, namun pada akhirnya akan berhenti. Keadaan ini disebut kurang redam,
dan merupakan kasus yang paling mendapatkan perhatian dalam analisis vibrasi.
Bila peredaman diperbesar sehingga mencapai titik saat sistem tidak lagi
berosilasi, kita mencapai titik redaman kritis. Bila peredaman ditambahkan melewati titik kritis ini sistem
disebut dalam keadaan lewat redam.
Nilai koefisien
redaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis pada model
massa-pegas-peredam adalah:
Untuk
mengkarakterisasi jumlah peredaman dalam sistem digunakan nisbah yang dinamakan nisbah redaman. Nisbah ini adalah perbandingan
antara peredaman sebenarnya terhadap jumlah peredaman yang diperlukan untuk
mencapai titik redaman kritis. Rumus untuk nisbah redaman (ζ) adalah
Sebagai contoh
struktur logam akan memiliki nisbah redaman lebih kecil dari 0,05, sedangkan
suspensi otomotif akan berada pada selang 0,2-0,3.
Solusi sistem kurang
redam pada model massa-pegas-peredam adalah
Dari solusi tersebut
perlu diperhatikan dua hal: faktor eksponensial dan fungsi cosinus. Faktor
eksponensial menentukan seberapa cepat sistem teredam: semakin besar nisbah
redaman, semakin cepat sistem teredam ke titik nol. Fungsi kosinus melambangkan
osilasi sistem, namun frekuensi osilasi berbeda daripada kasus tidak teredam.
Frekuensi dalam hal
ini disebut “frekuensi alamiah teredam”, fd, dan terhubung dengan frekuensi alamiah
takredam lewat rumus berikut.
Frekuensi alamiah
teredam lebih kecil daripada frekuensi alamiah takredam, namun untuk banyak
kasus praktis nisbah redaman relatif kecil, dan karenanya perbedaan tersebut
dapat diabaikan. Karena itu deskripsi teredam dan takredam kerap kali tidak
disebutkan ketika menyatakan frekuensi alamiah.