Apa itu Gaya Sentrifugal pada Mesin Berputar? • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Gaya Sentrifugal pada Mesin Berputar? • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Gaya Sentrifugal pada Mesin Berputar?

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Gaya Sentrifugal pada Mesin Berputar

Definisi: Apa itu Gaya Sentrifugal?

Gaya sentrifugal adalah gaya luar nyata yang dialami oleh suatu massa yang bergerak dalam lintasan melingkar. Dalam mesin berputar, ketika suatu rotor memiliki ketidakseimbangan—artinya pusat massanya bergeser dari sumbu rotasi—massa eksentrik menciptakan gaya sentrifugal berputar saat poros berputar. Gaya ini diarahkan secara radial ke luar dari pusat rotasi dan berputar dengan kecepatan yang sama dengan poros.

Gaya sentrifugal akibat ketidakseimbangan adalah penyebab utama getaran dalam mesin berputar dan merupakan gaya yang menyeimbangkan Prosedur bertujuan untuk meminimalkan. Memahami besarnya dan perilakunya sangat penting untuk dinamika rotor dan analisis getaran.

Ekspresi Matematika

Rumus Dasar

Besarnya gaya sentrifugal diberikan oleh:

  • F = m × r × ω²
  • Di mana:
  • F = gaya sentrifugal (Newton)
  • m = massa ketidakseimbangan (kilogram)
  • r = jari-jari eksentrisitas massa (meter)
  • ω = kecepatan sudut (radian per detik) = 2π × RPM / 60

Formulasi Alternatif Menggunakan RPM

Untuk perhitungan praktis menggunakan RPM:

  • F (N) = U × (RPM/9549)²
  • Dimana U = ketidakseimbangan (gram-milimeter) = m × r
  • Formulir ini secara langsung menggunakan unit ketidakseimbangan yang umum dalam spesifikasi penyeimbangan

Wawasan Utama: Hubungan Kecepatan-Kuadrat

Karakteristik paling penting dari gaya sentrifugal adalah ketergantungannya pada kuadrat kecepatan putar:

  • Menggandakan kecepatan akan meningkatkan gaya sebesar 4× (2² = 4)
  • Menggandakan kecepatan akan meningkatkan gaya sebesar 9× (3² = 9)
  • Hubungan kuadrat ini menjelaskan mengapa ketidakseimbangan yang dapat diterima pada kecepatan rendah menjadi kritis pada kecepatan tinggi

Efek pada Getaran

Hubungan Gaya dengan Getaran

Gaya sentrifugal akibat ketidakseimbangan menyebabkan getaran melalui mekanisme berikut:

  1. Gaya sentrifugal berputar yang diterapkan pada rotor
  2. Gaya yang ditransmisikan melalui poros ke bantalan dan penyangga
  3. Sistem elastis (rotor-bantalan-fondasi) merespons dengan membelokkan
  4. Defleksi menciptakan getaran terukur pada bantalan
  5. Hubungan antara gaya dan getaran bergantung pada kekakuan dan redaman sistem

Pada Resonansi

Saat beroperasi di kecepatan kritis:

  • Bahkan gaya sentrifugal kecil dari ketidakseimbangan sisa menciptakan getaran besar
  • Faktor amplifikasi bisa 10-50× tergantung pada pembasahan
  • Amplifikasi resonansi inilah yang menyebabkan operasi kecepatan kritis menjadi berbahaya

Di Bawah Resonansi (Operasi Rotor Kaku)

  • Getaran kira-kira sebanding dengan gaya
  • Oleh karena itu getaran ∝ kecepatan² (karena gaya ∝ kecepatan²)
  • Kecepatan dua kali lipat melipatgandakan amplitudo getaran

Contoh Praktis

Contoh 1: Impeller Kipas Kecil

  • Ketidakseimbangan: 10 gram pada radius 100 mm = 1000 g·mm
  • Kecepatan: 1500 putaran per menit
  • Perhitungan: F = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 N (2,5 kgf)

Contoh 2: Impeller yang Sama pada Kecepatan yang Lebih Tinggi

  • Ketidakseimbangan: Sama 1000 g·mm
  • Kecepatan: 3000 RPM (digandakan)
  • Perhitungan: F = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 N (10,1 kgf)
  • Hasil: Kekuatan meningkat 4x dengan peningkatan kecepatan 2x

Contoh 3: Rotor Turbin Besar

  • Massa Rotor: 5000 kg
  • Ketidakseimbangan yang Diizinkan (G 2.5): 400.000 g·mm
  • Kecepatan: 3600 putaran/menit
  • Gaya sentrifugal: F = 400.000 × (3600/9549)² ≈ 56.800 N (gaya 5,8 ton)
  • Implikasi: Bahkan rotor yang “seimbang” pun menghasilkan gaya yang signifikan pada kecepatan tinggi

Gaya Sentrifugal dalam Penyeimbangan

Vektor Gaya Ketidakseimbangan

Gaya sentrifugal dari ketidakseimbangan adalah besaran vektor:

  • Besarnya: Ditentukan oleh jumlah dan kecepatan yang tidak seimbang (F = m × r × ω²)
  • Arah: Menunjuk secara radial ke arah luar menuju titik yang berat
  • Rotasi: Vektor berputar pada kecepatan poros (frekuensi 1×)
  • Fase: Posisi sudut gaya pada suatu saat

Prinsip Keseimbangan

Menyeimbangkan bekerja dengan menciptakan gaya sentrifugal yang berlawanan:

  • Berat koreksi ditempatkan 180° dari titik berat
  • Menciptakan gaya sentrifugal yang sama dan berlawanan
  • Jumlah vektor gaya asli dan gaya koreksi mendekati nol
  • Gaya sentrifugal bersih diminimalkan, getaran berkurang

Penyeimbangan Multi-Pesawat

Untuk penyeimbangan dua bidang:

  • Gaya sentrifugal pada setiap bidang menciptakan gaya dan momen
  • Bobot koreksi harus membatalkan ketidakseimbangan gaya dan ketidakseimbangan kopel.
  • Penjumlahan vektor gaya dari kedua bidang menentukan gaya total

Implikasi Beban Penahan

Beban Statis vs. Beban Dinamis

  • Beban Statis: Beban bantalan konstan dari berat rotor (gravitasi)
  • Beban Dinamis: Beban berputar dari gaya sentrifugal (ketidakseimbangan)
  • Beban Total: Jumlah vektor bervariasi di sekitar keliling saat rotor berputar
  • Beban Maksimum: Terjadi ketika beban statis dan dinamis sejajar

Menanggung Dampak Kehidupan

  • Umur bantalan berbanding terbalik dengan beban pangkat tiga (L10 ∝ 1/P³)
  • Peningkatan kecil pada beban dinamis secara signifikan mengurangi umur bantalan
  • Gaya sentrifugal akibat ketidakseimbangan menambah beban bantalan
  • Kualitas keseimbangan yang baik penting untuk umur panjang bantalan

Gaya Sentrifugal pada Berbagai Jenis Mesin

Peralatan Kecepatan Rendah (< 1000 RPM)

  • Gaya sentrifugal relatif rendah
  • Beban statis dari gravitasi seringkali dominan
  • Toleransi keseimbangan yang lebih longgar dapat diterima
  • Ketidakseimbangan absolut yang besar dapat ditoleransi

Peralatan Kecepatan Sedang (1000-5000 RPM)

  • Gaya sentrifugal signifikan dan harus dikelola
  • Sebagian besar mesin industri dalam kisaran ini
  • Nilai kualitas keseimbangan G 2,5 hingga G 16 tipikal
  • Penyeimbangan penting untuk masa pakai bearing dan pengendalian getaran

Peralatan Kecepatan Tinggi (> 5000 RPM)

  • Gaya sentrifugal dominan terhadap beban statis
  • Toleransi keseimbangan yang sangat ketat diperlukan (G 0,4 hingga G 2,5)
  • Ketidakseimbangan kecil menciptakan kekuatan yang sangat besar
  • Penyeimbangan presisi sangat penting

Gaya Sentrifugal dan Kecepatan Kritis

Amplifikasi Gaya pada Resonansi

Pada kecepatan kritis:

  • Masukan gaya sentrifugal yang sama
  • Respons sistem diperkuat oleh faktor Q (biasanya 10-50)
  • Amplitudo getaran jauh melebihi operasi di bawah kritis
  • Menunjukkan mengapa kecepatan kritis harus dihindari

Perilaku Rotor Fleksibel

Untuk rotor fleksibel di atas kecepatan kritis:

  • Poros melengkung karena gaya sentrifugal
  • Pembelokan menciptakan eksentrisitas tambahan
  • Efek pemusatan diri di atas kecepatan kritis mengurangi beban bantalan
  • Berlawanan dengan intuisi: getaran mungkin berkurang di atas kecepatan kritis

Hubungan dengan Standar Penyeimbangan

Ketidakseimbangan dan Gaya yang Diizinkan

Nilai kualitas seimbang dalam ISO 21940-11 didasarkan pada pembatasan gaya sentrifugal:

  • Angka G yang lebih rendah memungkinkan ketidakseimbangan yang lebih sedikit
  • Membatasi gaya proporsional pada kecepatan berapa pun
  • Memastikan gaya sentrifugal tetap dalam batas desain yang aman
  • Berbagai jenis peralatan memiliki toleransi gaya yang berbeda

Pengukuran dan Perhitungan

Dari Getaran ke Gaya

Meskipun gaya tidak diukur secara langsung dalam penyeimbangan medan, gaya dapat diperkirakan:

  • Mengukur amplitudo getaran pada kecepatan operasi
  • Perkirakan kekakuan sistem dari koefisien pengaruh
  • Hitung gaya: F ≈ k × defleksi
  • Berguna untuk menilai kontribusi beban bantalan dari ketidakseimbangan

Dari Ketidakseimbangan menjadi Kekuatan

Perhitungan langsung jika ketidakseimbangan diketahui:

  • Gunakan rumus F = m × r × ω²
  • Atau F = U × (RPM/9549)² dimana U dalam g·mm
  • Memberikan kekuatan yang diharapkan untuk setiap jumlah dan kecepatan yang tidak seimbang
  • Digunakan dalam perhitungan desain dan verifikasi toleransi

Gaya sentrifugal adalah mekanisme fundamental yang menyebabkan ketidakseimbangan getaran pada mesin berputar. Hubungan kuadratnya dengan kecepatan menjelaskan mengapa kualitas keseimbangan menjadi semakin penting seiring dengan peningkatan kecepatan putar dan mengapa ketidakseimbangan kecil sekalipun dapat menghasilkan gaya yang sangat besar dan getaran yang merusak pada peralatan berkecepatan tinggi.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp