STUDI EKSPERIMENTAL SINYAL VIBRASI TORSIONAL PADA TRANSMISI RODA GIGI LURUS DENGAN VARIASI PUTARAN SKRIPSI

Transkripsi

1 STUDI EKSPERIMENTAL SINYAL VIBRASI TORSIONAL PADA TRANSMISI RODA GIGI LURUS DENGAN VARIASI PUTARAN SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik PURWATMO DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2014

2

3

4

5

6

7 ABSTRAK Sejalan dengan perkembangan teknologi, pendeteksian getaran mesin dengan metode klasik yaitu interaksi antara manusia (operator) dan mesin dengan cara mendengarkan suara mesin dan menyentuh/meraba (hearing and touching) tidak lagi handal untuk dilakukan, karena mesin-mesin modern dirancang berjalan secara otomatis dan beroperasi pada putaran dan kecepatan tinggi, untuk itu dibutuhkan peralatan uji ataupun peralatan pengukur sebagai bagian proses kegiatan CBM. Penelusuran getaran yang terjadi pada mesin dapat berupa getaran translasi maupun rotasi. Penelitian ini bertujuan menganalisis getaran torsional sebagai bukti adanya peningkatan getaran yang dipengaruhi variasi putaran dan penyimpangan sumbu poros pada sistem transmisi roda gigi lurus. Metode penelitian eksperimental ini dilakukan dengan menggunakan Vibrometer laser ometron VQ-400-A-F. Roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus dengan jumlah gigi 36. Dengan kondisi roda gigi normal, roda gigi aus, roda gigi sompel, dan roda gigi patah yang dipasangkan secara bergantian dengan roda gigi penggerak. Dengan pengambilan data pada kecepatan 400rpm, 500rpm, 600rpm, 700rpm, 800rpm, 900rpm, 1000rpm, 1100rpm, dan 1200rpm. Hasil penelitian menunjukan bahwa amplitudo maksimum pada roda gigi normal sebesar mm/s, sedangkan pada roda gigi yang mengalami kerusakan (aus, pecah, dan patah) mempunyai amplitudo maksimum sebesar mm/s. Dapat disimpulkan bahwa kerusakan yang terjadi pada roda gigi mempengaruhi besarnya amplitudo yang dihasilkan oleh roda gigi. Penelitian menunjukkan bahwa kecepatan putaran dari motor mempengaruhi besarnya amplitudo yang dihasilkan oleh roda gigi lurus. Semakin besar kecepatannya maka semakin meningkat amplitudonya. Kata kunci: Roda gigi, Deteksi kerusakan, Vibration torsional, Predictive maintenance, Vibration monitoring.

8 ABSTRACT In line with developments in technology, vibration detection engine with classical methods, namely the interaction between man (operator) and the engine by means of listening to the sound of the engine, hearing and touching isn t longer reliable to do, because modern engines are designed runs automatically and operates at high speed rotation, for the required test equipment or measuring equipment as part of the CBM activities. Search vibration that occurs in the machine can be translational and rotational vibration. This study aims to analyze the torsional vibration as evidence of an increase in vibration that influenced variation and deviation axis rotation shaft on the transmission system of spur gear. The method of experimental research was conducted using a laser Vibrometer ometron VQ- 400-AF. Gear used is spur gear to the number of gear 36. In normal conditions of gears, gear wear, gear fracture, and broken gears alternately paired with the drive gear. By collecting data at a speed of 400rpm, 500rpm, 600rpm, 700rpm, 800rpm, 900rpm, 1000rpm, 1100rpm, and 1200rpm. The results showed that the maximum amplitude normal gears of mm/s, while the gears are damaged (wear, fracture, and broken) has a maximum amplitude of mm/s. It can be concluded that the damage to the gears affect the magnitude of the amplitude produced by gears. Research shows that the speed rotation of the motor influences the amplitude generated by a spur gear. The greater of the speed, the increasing amplitude. Keywords: Gears, damage detection, torsional vibration, predictive maintenance, vibration monitoring.

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia berupa kesehatan sehingga saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penyusunan skripsi ini merupakan suatu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Skripsi ini adalah Studi Eksperimental Sinyal Vibrasi Torsional Pada Transmisi Roda Gigi Lurus Dengan Variasi Putaran. Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Kedua Orang tua saya yang telah memberikan segala sesuatunya dengan penuh ikhlas. 2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah sabar dan banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga hingga Skripsi ini dapat terselesaikan. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak Richard dan bapak sukendi selaku team research yang telah banyak memberi bimbingan dan nasehat. 5. Saudara Toto Wibowo, Irwan Rosyadi, Yogi aldiansyah, Nazwir Fahmi, Afrizal Nurfi, Jeffry Machmuriza, Budi Harry Cipta dan teman-teman mahasiswa Mesin USU khususnya untuk stambuk 2010, kemudian penulis juga menucapkan kepada abangda Fadly Kurniawan selaku coordinator laboratorium NVC yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai i

10 manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Medan, Desember 2014 Penulis, Purwatmo ii

11 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR...i DAFTAR ISI...iii DAFTAR TABEL...vi DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR NOTASI...xii BAB I PEN DAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Perumusan Masalah Manfaat Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan...5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Analisa Getaran Karakteristik Getaran Gerak Harmonik Gerak Periodik Getaran Bebas (Free Vibration) Free Vibration Tanpa Redaman Free Vibration Dengan Redaman...15 iii

12 Getaran Paksa (Force Vibration) Force Vibration Tanpa Redaman Force Vibration Dengan Redaman Getaran Torsional Teori Dasar Roda Gigi Lurus Perbandingan Putaran Model Dinamis Roda Gigi Lurus Parameter Pengukuran Standart Pengukuran Getartan Pengolahan Data Vibrasi Time Domain...29 BAB III METODE PENELITIAN Tempat Penelitian Bahan Dan Alat Bahan Alat Yang Digunakan Metode Penelitian Set Up Peralatan Pengolahan Analisa Data Variabel Yang Diamati Pelaksanaan Penelitian...39 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN Perhitungan Getaran Roda Gigi Lurus Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi LurusDengan iv

13 Variasi Putaran Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Normal Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Aus Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Patah Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Sompel Simpangan Terbesar (Amplitudo) Simpangan Maksimum (Amplitudo) 400rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 500rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 600rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 700rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 800rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 900rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 1000rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 1100rpm Simpangan Maksimum (Amplitudo) 1200rpm Gaya-Gaya Pada Roda Gigi Lurus Getaran Torsional Getaran Torsional Roda Gigi Normal 400rpm GetaranTorsional Roda Gigi Aus 400rpm Getaran Torsional Roda Gigi Sompel 400rpm Getaran Torsional Roda Gigi Patah 400rpm Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Roda Gigi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel Satuan Yang Digunakan Tiap Karakteristik Tabel Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran Tabel 2.4. Pedoman Bagi Kelayakan Permesinan ISO Tabel 3.1. Bahan Yang Digunakan Penelitian Tabel 4. 1.Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Normal Pada Putaran 400Rpm Table4.3. Hasil Perhitungan Displecement Roda Gigi Normal Pada Putaran 400Rpm Table 4.4. Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm Table 4.5. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm Table 4.6. Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm Table 4.7. Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm Table 4.8. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm Table 4.9. Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Pada Putaran 400 Rpm vi

15 Table Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Table 4.11 Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Table Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Tabel Amplitudo Maksimum Roda Gigi Tabel Amplitudo Maksimum 500rpm Tabel Amplitudo Maksimum 600rpm Tabel Amplitudo Maksimum 700rpm Tabel Amplitudo Maksimum 800rpm Tabel Amplitudo Maksimum 900rpm Tabel Amplitudo Maksimum 1000rpm Tabel Amplitudo Maksimum 1100rpm Tabel Amplitudo Maksimum1200rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi Normal 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Normal 400rpm Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Normal 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Normal 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi Aus 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Aus 400rpm vii

16 Tabel Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Aus 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Aus 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi Sompel 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Sompel 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Sompel 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Sompel 400rpm Tabel Hasil Angular Displacement Roda Gigi Patah 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Patah 400rpm Tabel Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Patah 400rpm.. 96 Tabel Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Patah 400rpm Tabel Torsional Vibration Vs Rpm Pada Roda Gigi Normal viii

17 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Sistem Getaran Sederhana... 9 Gambar 2.2. Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan Dan Percepatan Getaran... 9 Gambar 2.3. Skematik Phase Getaran... 9 Gambar 2.4. Gerak Periodik Gelombang Sinyal Segi Empat Dan Gelombang Pembentuknya Dalam Domain Waktu Gambar 2.5. Pegas Linier Gambar 2.6. Redaman Gambar 2.7. Benda Tegar Gambar 2.8. Sistem 1 Dof Tanpa Redaman Gambar 2.9. Sistem Pegas Massa Dan Diagram Benda Bebas Gambar Sistem Teraksitasiakibat Gaya Tanpa Redaman Gambar Sistem Teraksitasi Akibat Gaya Dengan Redaman Gambar Ekuivalen Getaran Linear Dan Torsional Gambar Roda Gigi Lurus Gambar Bagian-Bagian Dari Roda Gigi Lurus Gambar Model Dinamis Gambar Karakteristik Sinyal Statik Dan Dinamik Gambar 3.1 Konstruksi alat uji Gambar 3.2 Roda gigi normal Gambar 3.3 Roda gigi aus Gambar 3.4 Roda gigi sompel Gambar 3.5 Roda gigi patah Gambar 3.6 Vibrometer Laser Ometron Vq-400-A-F Gambar 3.7 Labjack U3-Lv Gambar 3.8 Probe Analog Dan Usb Cable Gambar 3.9 Tachometer ix

18 Gambar 3.10 Kabel USB Gambar 3.11 Power Supplay Gambar 3.12 Tripod Gambar 3.13 Voltmeter Gambar 3.14 Vernier Calliper Gambar 3.15 Kunci Pas Gambar 3.16 Kunci L Gambar 3.17 Meteran Gambar 3.18 Rangkaian Analisa Pengukuran Data Getaran Gambar 3.19 Pengukuran Time Domain Gambar 3.20 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Gambar 4.1 Velocity Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.2 Acceleration Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.3 Displecement Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.4 Velocity Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.5 Acceleration Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.6 Displecement Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.7 Velocity Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.8 Acceleration Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.9 Displecement Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.10 Velocity Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.11 Acceleration Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.12 Displecement Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm Gambar 4.13 Grafik Amplitudo Maksimum 400rpm Gambar 4.14 Grafik Amplitudo Maksiamum 500rpm Gambar 4.15 Grafik Amplitude Maksimum 600rpm Gambar 4.16 Grafik Amplitudo Maksimum 700rpm Gambar 4.17 Grafik Amplitudo Maksimum 800rpm x

19 Gambar 4.18 Grafik Amplitudo Maksimum 900rpm Gambar 4.19 Grafik Amplitudo Maksimum 1000rpm Gambar 4.20 Grafik Amplitudo Maksimum 1100rpm Gambar 4.21 Grafik Amplitudo Maksimum 1200rpm Gambar 4.22 Angular Displacement Roda Gigi Normal 400rpm Gambar 4.23 Angular Velocity Roda Gigi Normal 400rpm Gambar 4.24 Angular Acceleration Roda Gigi Normal 400rpm Gambar 4.25 Torsional Vibration Roda Gigi Normal 400rpm Gambar 4.26 Angular Displacement Roda Gigi Aus 400rpm Gambar 4.27 Angular Velocity Roda Gigi Aus 400rpm Gambar 4.28 Angular Acceleration Roda Gigi Aus 400rpm Gambar 4.29 Torsional Vibration Roda Gigi Aus 400rpm Gambar 4.31 Angular Displacement Roda Gigi Sompel 400rpm Gambar 4.32 Angular Velocity Roda Gigi Sompel 400rpm Gambar 4.33 Angular Acceleration Roda Gigi Sompel 400rpm Gambar 4.34 Torsional Vibration Roda Gigi Sompel 400rpm Gambar 4.35 Angular Displacement Roda Gigi Patah 400rpm Gambar 4.36 Angular Velocity Roda Gigi Patah 400rpm Gambar 4.37 Angular Acceleration Roda Gigi Patah 400rpm Gambar 4.38 Torsional Vibration Roda Gigi Patah400rpm Gambar 4.39 Grafik Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Roda Gigi Normal Gambar Torsional Vibration Vs Rpm Pada Roda Gigi Normal xi

20 DAFTAR NOTASI Simbol Satuan A Amplitudo (m) a Percepatan (m/s 2 ) c Redaman / damping (N/(m/s)) Koefisien redaman kritis D Diameter rodagigi (mm) Diameter tusuk (mm) F Gaya (N) f Frekuensi (Hz) k Kekakuan / stiffness (N/m) m Massa (kg) n Putaranrodagigi (rpm) N Daya W t Waktu (s) Perioda (s) Kecepatan gelinding (m/s) Kecepatan sudut (rad/s) w Berat (N) Frekuensi natural (Hz) Perpindahan / displacement (m) Kecepatan / velocity (m/s) Percepatan / acceleration (m/s 2 ) Rasio redaman beda fase simpangan ( o ) Massa jenis (kg/m 3 ) M Moment puntir (torsi) (N.m) xii