PENGUKURAN SINYAL GETARAN PADA MESIN BUBUT GALLIC 16N DENGAN MENGGUNAKAN MULTYCHANNEL SPECTRUM ANALYZER

Transkripsi

1 PENUKURAN SINYAL ETARAN PADA MESIN BUBUT ALLIC 6N DENAN MENUNAKAN MULTYCANNEL SPECTRUM ANALYZER endra () () Staf Pengajar Universitas Bengkulu ABSTRACT Design of machine tools is the high stiffness. Stiffness of machine tools is the static and dynamic. Static of stiffness relevance is the deflection and dynamic of stiffness is the dynamic characteristic of machine tools example natural frequency and mode shape. Measurement of dynamic of characteristic can be used MSA (multi channel of spectrum analyzer). MSA can be known to dynamic characteristic. Result the research as natural frequency machine tools and mode shape. Keywords: Machine Tool, Natural frekuensi, R, MSA. PENDAULUAN Mesin perkakas dirancang dengan menggunakan konsep high speed dan high power. Konsep ini menuntut rancangan mesin perkakas harus memiliki kekakuan yang tinggi. Kekakuan tinggi ini digunakan untuk meredam getaran yang muncul pada waktu pengoperasian mesin perkakas. Kekakuan tinggi biasanya diikuti dengan volume rancangan mesin perkakas yang besar. al ini sangat merugikan karena volume rancangan yang besar membutuhkan jumlah material yang besar juga. Untuk itu dirancang sistem kekakuan mesin perkakas yang lebih kaku dengan menggunakan ribbing. Sehingga getaran mesin perkakas dapat diredam oleh mesin perkakas yang memiliki kekakuan tinggi tapi volumenya tidak besar. Efek getaran yang muncul pada mesin perkakas sangat besar pengaruhnya. Itu dapat dilihat pada produk yang dihasilkan, umur pahat dan umur mesin perkakas yang digunakan. etaran yang tinggi akan mengakibatkan kualitas benda kerja menjadi kurang bagus, umur pahat menjadi rendah dan mesin tidak tahan lama. Untuk mengetahui level getaran pada mesin perkakas dilakukan pengujian dengan menggunakan mesin perkakasnya yaitu mesin bubut. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin bubut allic 6N dan penganalisis sinyal getaran (MSA/Multichannel Spectrum Analyzer). MSA dapat menganalisis sinyal getaran mesin perkakas seperti frekuensi pribadi, bentuk modus getar dan redaman mesin perkakas. Penelitian ini dilakukan untuk melihat pengaruh level getaran pada mesin perkakas. Besarnya getaran yang terjadi diukur dengan menggunakan perangkat penganalisis sinyal getaran yaitu MSA (Multichannel Spectrum Analyzer). Dari MSA diperoleh karakteristik dinamik mesin perkakas seperti frekuensi pribadi, modus getar dan redaman mesin perkakas. Dengan mengetahui frekuensi pribadi, modus getar dan redaman dapat dirancang kekakuan mesin perkakas yang mampu menahan pengaruh getaran akibat gaya pemotongan besar. Mesin perkakas dirancang dengan memperhatikan aspek kekakuan statik dan dinamik. Misalnya ditinjau dari aspek kekakuan dinamik yaitu deformasi relatif antara pahat dengan benda kerja dan getaran pada proses pemotongan. Masalah dinamik pada mesin perkakas berkaitan dengan getaran yang timbul karena adanya gaya eksitasi (getaran paksa), gaya eksitasi sesaat (getaran bebas) dan getaran karena adanya getaran eksitasi diri. etaran mesin perkakas berpengaruh terhadap mesin perkakas, kondisi pemotongan, getaran benda kerja dan umur pahat. Pengaruh getaran pada kondisi pemotongan dapat dilihat dari perubahan geram yang mana akibat perubahan gaya pemotongan juga menghasilkan perubahan geram.. TINJAUAN PUSTAKA etaran Mesin Perkakas etaran ditandai oleh perubahan secara periodik dari suatu besaran. etaran merupakan suatu fungsi periodik yang dinyatakan sebagai : X t X t T dimana: t = waktu (s) T= perioda getaran (s) () rekuensi merupakan kebalikan dari perioda yaitu jumlah getaran per satuan waktu (z)[]. Dalam prakteknya terdapat dua jenis getaran yaitu getaran bebas dan getaran paksa. etaran bebas terjadi jika tidak ada gaya luar yang bekerja selama sistem tersebut bergetar dan getaran paksa terjadi jika ada

2 Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No, Desember 006 ISSN gaya luar yang bekerja selama sistem tersebut bergetar. Dalam proses pemotongan terdapat suatu getaran yaitu getaran eksitasi diri dimana getaran ini terjadi jika energi yang mengeksitasi berasal dari proses pemotongan itu sendiri. etaran eksitasi diri dalam proses pemotongan tergantung diantaranya pada faktor kondisi pemotongan dan kekakuan sistem pemotongan. Suatu sistem getaran bebas cenderung bergetar pada frekuensi pribadinya. rekuensi pribadi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan getaran bebas yaitu : dimana: x A e x A e jt jt x A e jt m x kx 0 () dengan memasukkan ke dalam Persamaan () diperoleh: m jt jt A e ka e 0 m k 0 Besar frekuensi pribadi adalah: k (3) m Jumlah frekuensi pribadi suatu sistem tergantung pada derajat kebebasan sistem tersebut. Sistem getaran derajat kebebasan (SDO) memiliki frekuensi pribadi dan sistem getaran banyak derajat kebebasan (MDO) memiliki banyak frekuensi pribadi. Sistem etaran Derajat Kebebasan (SDO) Sistem getaran derajat kebebasan (SDO) dapat dilihat pada ambar (). ambar Model sistem getaran satu derajat kebebasan[] Persamaan kesetimbangan gayanya adalah: m x cx kx 0 (4) dimana mx adalah gaya inersia, c x (gaya redaman) dan kx (gaya pegas). Persamaan (7) merupakan persamaan gerak differensial linier orde dua dengan koefisien yang konstan. Kurva simpangan getaran terhadap waktu dari sistem getaran tak teredam dapat dilihat pada ambar (). x A ambar Respon sistem getaran tak teredam [] Setiap sistem selalu memiliki redaman. Jika jt jt persamaan x A e, x A e dan jt x A e dimasukkan ke Persamaan (7) akan diperoleh persamaan karakteristik berikut: m jt jt jt A e c A e k A e 0 (5) persamaan ini akan memiliki dua akar riil negatif (akar kompleks) tergantung pada besarnya harga c relatif terhadap nilai kritisnya yaitu: Rasio redamannya adalah: c c km (6) c c (7) c km c sehingga besarnya frekuensi pribadi teredam adalah: ungsi Respon rekuensi T d n (8) ungsi respon frekuensi merupakan perbandingan antara sinyal keluaran dengan sinyal masukan dari suatu sistem dalam domain frekuensi. Sinyal masukannya berupa sinyal sinus. Ada tiga jenis fungsi respon frekuensi yaitu: Receptance, responnya berupa perpindahan. x Mobility, responnya berupa kecepatan. x Y j Inertance, responnya berupa percepatan. x A. ungsi respon frekuensi dapat diturunkan dari persamaan: jt jt jt jt m Xe cjxe kxe e k m jc X t 00

3 Pengukuran Sinyal etaran pada Mesin Bubut allic 6N dengan Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer (endra) X k m jc k j n n (9) dimana besar magnitude dan sudut fasa dari Persamaan (9) adalah: k m jc k n n c n tan tan k m n (0) () ungsi respon frekuensi dapat diperoleh dengan mengukur spektrum frekuensi dari sinyal masukan dan sinyal keluaran. Respon etaran Mesin Bubut[][] Sinyal hasil pengukuran getaran pada mesin bubut merupakan respon dari sinyal yang berasal baik dari mesin bubut maupun luar mesin bubut. Untuk mengetahui bentuk sinyal dari suatu sumber getar biasanya dilakukan pengukuran dalam domain waktu, karena menggambarkan wujud asli dari sinyal getaran yang diukur. Sinyal dalam domain waktu pada sistem yang sederhana mudah dianalisis. Sinyal akan menjadi rumit dan sulit dianalisis apabila sinyal tersebut berasal dari suatu sistem yang kompleks. Domain frekuensi didapat dari teori ourier yang menyatakan bahwa pada dasarnya setiap sinyal periodik merupakan hasil penjumlahan dari sinyalsinyal sinus atau kosinus yang memiliki frekuensi berbeda-beda. Koherensi didefinisikan sebagai normalisasi fungsi korelasi silang dalam domain frekuensi yang mempunyai ciri tidak berdimensi dan berharga antara 0 dan, juga menunjukkan hubungan antara masukan dan keluaran yang merupakan fraksi dari spektrum daya. Apabila koherensi berada antara 0 dan satu berarti ada sinyal gangguan dari luar (noise) yang ikut terukur. Koherensi dapat dinyatakan dengan rumus: f yx f f f () dimana: (f) = spektrum daya diri dari sinyal masukan x (t) yy (f) = spektrum daya diri sinyal keluaran y (t) yy h (t) (f) yx (f) = spektrum daya silang dari sinyal masukan dan keluaran f X f X f f Y f Y f f Y f X f yy yx h (t) (f) n (t) y (t) N (f) ambar 3 ubungan sinyal masukan keluaran pada sistem linear dengan sinyal pengganggu Keluaran spektrum Y pada sistem linear tersebut terdiri atas komponen masukan, keluaran dan komponen sinyal gangguan. Sehingga dapat ditulis: Y X N (3) dimana : = fungsi transfer dari sistem linear N = sinyal gangguan (noise) Spektrum daya diri dari sinyal masukan ( yy ) dapat ditulis sebagai: yy Y Y X N X N nn xn sedangkan spektrum daya silangnya adalah: yy Y X xn X N xn (4) (5) dengan anggapan sinyal masukan tidak berkorelasi dengan sinyal gangguan, maka pengukuran dilakukan berkali-kali. Dengan demikian spektrum korelasi xn menjadi sangat kecil (mendekati nol) sehingga persamaan fungsi koherensi menjadi: f Persamaan (9) memberi informasi bahwa: Koherensi nn daya masukan yang berasal dari keluaran nn daya keluaran total (6) ungsi respon frekuensi dapat menunjukkan besarnya amplitudo getaran dan frekuensi pribadi. Arah modus getar dapat diketahui pada bagian imaginer kurva R seperti ambar (4) berikut: 0

4 Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No, Desember 006 ISSN ambar 4 Cara menentukan modus getar 3. METODE PENELITIAN Pengujian dilakukan dengan satu tahap. Disini dilakukan pengujian parameter dinamik. Pengujian ini merupakan pengukuran R (fungsi respon frekuensi) yang mana bertujuan untuk memperoleh frekuensi pribadi, modus getar dan redaman. Pengujian tahap kedua yaitu pengujian pemotongan dilakukan untuk melihat hubungan kondisi pemotongan dengan level getaran. Pengujian parameter dinamik dilakukan dengan uji eksitasi langsung menggunakan exciter. Exciter diposisikan agar gaya eksitasinya searah dengan gaya pemotongan (P) dan respon getaran diukur searah gaya eksitasinya. Kondisi yang harus diperhatikan dalam pengujian yaitu:. Kondisi titik eksitasi sedekat mungkin dengan kondisi saat uji pemotongan.. Eksitasi searah dengan respon getaran yang akan diukur (arah vertical dan horizontal). 3. Pengukuran dilakukan dalam kondisi mesin perkakas tidak berfungsi atau diam. Set up peralatan pengujian dapat dilihat pada ambar (5). Peralatan yang digunakan:. Multichannel spectrum analyzer berfungsi sebagai sumber sinyal eksitasi, penganalisis spectrum dan data akuisisi.. Loadcell berfungsi mengukur gaya eksitasi getaran. Spesifikasinya yaitu sensitifitas ref. 50 z, 3 0 C:3.93 pc/n 3. Accelerometer berfungsi mengukur respon percepatan getaran. 4. Conditioning amplifier berfungsi untuk mengkondisikan dan memperkuat sinyal dari Loadcell. 5. Charge amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal dari accelerometer. Spesifikasinya yaitu sensitivitas tranducer 0,-0,99 pc/ms, sensitivitas amplifier 0,0-0 V/pC dan rentang frekuensi ukur 0,3-0 Kz. 6. Power amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal eksitasi dari MSA. Spesifikasinya adalah kapasitas output 80 VA, kapasitas tegangan output V RMS, kapasitas arus output 7,5 A RMS untuk range dibawah 5 z, 5 A RMS untuk range 40 z - 0 Kz dan A RMS untuk 5 Kz. Jangkauan frekuensi penuh 40 z 0 Kz, kapasitas reduksi DC-00 Kz dan temperatur operasi 5 0 C Permanent magnet vibration exciter berfungsi mengubah sinyal elektrik dari power amplifier menjadi getaran (gaya mekanik). P engukuran A rah orizontal E xcite r Alat Bantu C h. 3 C h u ck C h. 3 Tail stock Accelerom eter S p in d le C h. C h. Am plifier A m p lifier C o n d tio n in g A m p lifie r P C M S A ambar 5 Skema Alat Uji R 0

5 Pengukuran Sinyal etaran pada Mesin Bubut allic 6N dengan Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer (endra) 4. ASIL DAN PEMBAASAN Pengujian Karakteristik Dinamik Pada ambar (6) diperlihatkan hasil pengukuran R dengan titik eksitasi pada spindel dan pahat arah vertikal dan horizontal. Kurva R menunjukkan frekuensi pribadi pada dudukan pahat dan spindel. ambar 8 Arah modus getar pada mesin bubut gallic 6N Dari hasil pengujian Mesin bubut allic memiliki frekuensi pribadi pada arah horizontal adalah 3,5 z, 43 z, 46 z, 88 z, 3 z dan 355 z. Pada arah vertikal adalah 80 z dan 364 z. 5. KESIMPULAN Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa:. Mesin bubut allic memiliki frekuensi pribadi pada arah horizontal adalah 3,5 z, 43 z, 46 z, 88 z, 3 z dan 355 z. Pada arah vertikal adalah 80 z dan 364 z. (a) rafik R Arah orizontal Spindel. Kegagalan proses pada penggunaan mesin perkakas dapat dihindari dengan mengetahui frekuensi pribadi mesin perkakas, sehingga daerah kerja tidak berada pada daerah frekuensi pribadi mesin perkakas tersebut. PUSTAKA. Paryana Puspa Putra, Pengujian erakan Untuk Analisis Kerusakan Elemen Rotasi pada Rumah Transmisi Mesin Bubut Celtic N4 Indonesia, ITB, Bandung, Trihono Sewoyo, Kaji Teoritik Sistem etaran Mekanik Redaman Tak Sebanding, ITB, Bandung, 990 (b) rafik R Arah Vertikal Spindel ambar 6 Kurva Karakteristik Dinamik 3. Nunang idayat, Pengkajian Chatter Proses Bubut Muka pada Mesin CNC, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Ewin, DJ, Modal Testing-Theory and Practice, Bruel&Kjaer, Research Studies Press Ltd, Letchwoot, Mc. Connel, K., Vibration Testing, Theory and Practice, by Jhon Willey&Sons, Inc, Rivalino, Pengujian R, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Rochim, Taufiq, Teori dan Teknologi Proses Pemesinan, Lab. Teknik Produksi dan Metrologi Industri, Institut Teknologi Bandung. ambar 7 Kurva Sinyal etaran Pada Spindel Mesin Bubut allic 6N 8. Koenigsberger,,J. Tlusty, Machine Tools Structure, Vol., Pergamon Press Ltd, New York,

6 Jurnal Teknik Mesin Vol. 3, No, Desember 006 ISSN Lab. Dinamika Struktur, PAU-IR ITB, Diktat Kursus Singkat etaran Pemesinan Tingkat Dasar, Bandung, Lab. Dinamika Struktur, PAU-IR ITB, Diktat Kursus Singkat etaran Pemesinan Tingkat Lanjut, Bandung, 993. Curriculum Vitae: endra S.T., M.T., N.I.P: , adalah Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Bengkulu. Pendidikan Sarjana Teknik Universitas Andalas Padang dan Magister Teknik Mesin Bidang Teknik Produksi Departemen Teknik Mesin akultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung 04

7 Pengukuran Sinyal etaran pada Mesin Bubut allic 6N dengan Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer (endra) 05