Getaran Linier dan Nonlinier. Menyeimbangkan Objek Nonlinier

Getaran Linier dan Nonlinier, Ciri-cirinya, dan Metode Penyeimbangannya

Mekanisme putar ada di sekitar kita di mana-mana – dari kipas mini di komputer hingga turbin raksasa di pembangkit listrik. Pengoperasiannya yang andal dan efisien secara langsung bergantung pada penyeimbangan – proses menghilangkan ketidakseimbangan massa yang menyebabkan getaran yang tidak diinginkan. Getaran, pada gilirannya, tidak hanya mengurangi kinerja dan umur peralatan tetapi juga dapat menyebabkan kecelakaan dan cedera serius. Oleh karena itu, penyeimbangan merupakan prosedur penting dalam produksi, pengoperasian, dan pemeliharaan peralatan putar.

Penyeimbangan yang berhasil memerlukan pemahaman tentang bagaimana suatu objek bereaksi terhadap penambahan atau pengurangan massa. Dalam konteks ini, konsep objek linear dan nonlinear memegang peranan penting. Memahami apakah suatu objek bersifat linear atau nonlinear memungkinkan pemilihan strategi penyeimbangan yang tepat dan membantu mencapai hasil yang diinginkan.

Objek linear memiliki tempat khusus di bidang ini karena prediktabilitas dan stabilitasnya. Objek linear memungkinkan penggunaan metode diagnostik dan penyeimbangan yang sederhana dan andal, sehingga studi objek linear menjadi langkah penting dalam diagnostik getaran.

Apa itu Objek Linear?

Objek linear adalah sistem yang getarannya berbanding lurus dengan besarnya ketidakseimbangan.

Objek linear, dalam konteks penyeimbangan, adalah model ideal yang dicirikan oleh hubungan proporsional langsung antara besarnya ketidakseimbangan (massa tidak seimbang) dan amplitudo getaran. Ini berarti bahwa jika ketidakseimbangan berlipat ganda, amplitudo getaran juga akan berlipat ganda, asalkan kecepatan putar rotor tetap konstan. Sebaliknya, mengurangi ketidakseimbangan akan mengurangi getaran secara proporsional.

Tidak seperti sistem nonlinier, di mana perilaku suatu objek dapat bervariasi tergantung pada banyak faktor, objek linear memungkinkan tingkat presisi yang tinggi dengan upaya minimal.

Selain itu, prinsip-prinsip ini berfungsi sebagai dasar untuk pelatihan dan praktik bagi para penyeimbang. Memahami prinsip-prinsip objek linear membantu mengembangkan keterampilan yang nantinya dapat diterapkan pada sistem yang lebih kompleks.

Representasi Grafis Linearitas

Bayangkan sebuah grafik di mana sumbu horizontal menggambarkan besarnya massa yang tidak seimbang (ketidakseimbangan), dan sumbu vertikal menggambarkan amplitudo getaran. Untuk objek linear, grafik ini akan menjadi garis lurus yang melewati titik asal (titik di mana besarnya ketidakseimbangan dan amplitudo getaran sama dengan nol). Kemiringan garis ini mencirikan kepekaan objek terhadap ketidakseimbangan: semakin curam kemiringannya, semakin besar getaran untuk ketidakseimbangan yang sama.

Grafik 1: Hubungan Antara Amplitudo Getaran (µm) dan Massa Tidak Seimbang (g)

Grafik 1 menggambarkan hubungan antara amplitudo getaran (µm) dari objek penyeimbang linier dan massa rotor yang tidak seimbang (g). Koefisien proporsionalitasnya adalah 0,5 µm/g. Membagi 300 dengan 600 menghasilkan 0,5 µm/g. Untuk massa yang tidak seimbang sebesar 800 g (UM=800 g), getarannya akan menjadi 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Perhatikan bahwa ini berlaku pada kecepatan rotor yang konstan. Pada kecepatan putaran yang berbeda, koefisiennya akan berbeda.

Koefisien proporsionalitas ini disebut koefisien pengaruh (koefisien sensitivitas) dan memiliki dimensi µm/g atau, dalam kasus yang melibatkan ketidakseimbangan, µm/(g*mm), di mana (g*mm) adalah satuan ketidakseimbangan. Dengan mengetahui koefisien pengaruh (IC), kita juga dapat memecahkan masalah invers, yaitu menentukan massa tidak seimbang (UM) berdasarkan besarnya getaran. Untuk melakukannya, bagi amplitudo getaran dengan IC.

Misalnya, jika getaran yang diukur adalah 300 µm dan koefisien yang diketahui adalah IC=0,5 µm/g, bagi 300 dengan 0,5 untuk mendapatkan 600 g (UM=600 g).

Koefisien Pengaruh (IC): Parameter Kunci Objek Linear

Karakteristik penting dari objek linear adalah koefisien pengaruh (IC). Secara numerik, koefisien ini sama dengan tangen sudut kemiringan garis pada grafik getaran versus ketidakseimbangan dan menunjukkan seberapa besar amplitudo getaran (dalam mikron, µm) berubah ketika satuan massa (dalam gram, g) ditambahkan pada bidang koreksi tertentu pada kecepatan rotor tertentu. Dengan kata lain, IC adalah ukuran sensitivitas objek terhadap ketidakseimbangan. Satuan pengukurannya adalah µm/g, atau, ketika ketidakseimbangan dinyatakan sebagai hasil kali massa dan jari-jari, µm/(g*mm).

IC pada dasarnya adalah karakteristik "paspor" dari objek linear, yang memungkinkan prediksi perilakunya saat massa ditambahkan atau dihilangkan. Mengetahui IC memungkinkan penyelesaian masalah langsung – menentukan besarnya getaran untuk ketidakseimbangan tertentu – dan masalah terbalik – menghitung besarnya ketidakseimbangan dari getaran yang diukur.

Masalah Langsung:

• Amplitudo Getaran (µm) = IC (µm/g) * Massa Tidak Seimbang (g)

Masalah Invers:

• Massa Tidak Seimbang (g) = Amplitudo Getaran (µm) / IC (µm/g)

Fase Getaran pada Objek Linear

Selain amplitudo, getaran juga dicirikan oleh fasenya, yang menunjukkan posisi rotor pada saat deviasi maksimum dari posisi keseimbangannya. Untuk objek linier, fase getaran juga dapat diprediksi. Fase ini merupakan jumlah dari dua sudut:

1. Sudut yang menentukan posisi massa rotor yang tidak seimbang secara keseluruhan. Sudut ini menunjukkan arah di mana ketidakseimbangan primer terkonsentrasi.
2. Argumen koefisien pengaruh. Ini adalah sudut konstan yang mencirikan sifat dinamis objek dan tidak bergantung pada besarnya atau sudut pemasangan massa yang tidak seimbang.

Dengan demikian, dengan mengetahui argumen IC dan mengukur fase getaran, maka sudut pemasangan massa yang tidak seimbang dapat ditentukan. Hal ini memungkinkan tidak hanya perhitungan besaran massa korektif tetapi juga penempatannya yang tepat pada rotor untuk mencapai keseimbangan optimal.

Menyeimbangkan Objek Linear

Penting untuk dicatat bahwa untuk objek linear, koefisien pengaruh (IC) yang ditentukan dengan cara ini tidak bergantung pada besarnya atau sudut pemasangan massa uji, maupun pada getaran awal. Ini adalah karakteristik utama linearitas. Jika IC tetap tidak berubah saat parameter massa uji atau getaran awal diubah, dapat dipastikan bahwa objek tersebut berperilaku linear dalam rentang ketidakseimbangan yang dipertimbangkan.

Langkah-Langkah Menyeimbangkan Objek Linear

1. Mengukur Getaran Awal:
   Langkah pertama adalah mengukur getaran pada kondisi awalnya. Amplitudo dan sudut getaran, yang menunjukkan arah ketidakseimbangan, ditentukan.
2. Memasang Massa Uji:
   Massa dengan berat yang diketahui dipasang pada rotor. Ini membantu untuk memahami bagaimana objek bereaksi terhadap beban tambahan dan memungkinkan parameter getaran dihitung.
3. Mengukur Ulang Getaran:
   Setelah memasang massa percobaan, parameter getaran baru diukur. Dengan membandingkannya dengan nilai awal, kita dapat menentukan bagaimana massa mempengaruhi sistem.
4. Menghitung Massa Korektif:
   Berdasarkan data pengukuran, massa dan sudut pemasangan pemberat korektif ditentukan. Pemberat ini ditempatkan pada rotor untuk menghilangkan ketidakseimbangan.
5. Verifikasi Akhir:
   Setelah memasang beban korektif, getaran harus dikurangi secara signifikan. Jika getaran sisa masih melebihi tingkat yang dapat diterima, prosedur dapat diulang.

Objek linear berfungsi sebagai model ideal untuk mempelajari dan menerapkan metode penyeimbangan secara praktis. Properti objek linear memungkinkan para insinyur dan ahli diagnostik untuk fokus pada pengembangan keterampilan dasar dan pemahaman prinsip dasar dalam bekerja dengan sistem rotor. Meskipun penerapannya dalam praktik nyata terbatas, studi objek linear tetap menjadi langkah penting dalam memajukan diagnostik dan penyeimbangan getaran.

Objek-objek ini menjadi dasar pengembangan metode dan alat yang kemudian diadaptasi untuk bekerja dengan sistem yang lebih kompleks, termasuk objek nonlinier. Pada akhirnya, memahami pengoperasian objek linier membantu memastikan kinerja peralatan yang stabil dan andal, meminimalkan getaran, dan memperpanjang masa pakainya.

Perangkat

Penyeimbang portabel & Penganalisis getaran Balanset-1A

€1,751.00

Bagian

Sensor getaran

€90.00

Bagian

Sensor Optik (Laser Tachometer)

€124.00

Perangkat

Balanset-4

€6,803.00

Bagian

Magnetic Stand Insize-60-kgf

€46.00

Bagian

Rekaman reflektif

€10.00

Perangkat

Penyeimbang dinamis "Balanset-1A" OEM

€1,561.00

Objek Nonlinier: Ketika Teori Berbeda dengan Praktik

Apa itu Objek Nonlinier?

Objek nonlinier adalah sistem yang amplitudo getarannya tidak proporsional dengan besarnya ketidakseimbangan. Tidak seperti objek linier, yang hubungan antara getaran dan massa ketidakseimbangannya digambarkan dengan garis lurus, dalam sistem nonlinier hubungan ini dapat mengikuti lintasan yang kompleks.

Di dunia nyata, tidak semua objek berperilaku linier. Objek nonlinier menunjukkan hubungan antara ketidakseimbangan dan getaran yang tidak berbanding lurus. Ini berarti koefisien pengaruhnya tidak konstan dan dapat bervariasi tergantung pada beberapa faktor, seperti:

• Besarnya Ketidakseimbangan: Meningkatkan ketidakseimbangan dapat mengubah kekakuan penopang rotor, yang menyebabkan perubahan nonlinier dalam getaran.
• Kecepatan Rotasi: Fenomena resonansi yang berbeda dapat muncul pada kecepatan putaran yang berbeda-beda, yang juga mengakibatkan perilaku nonlinier.
• Adanya Kesenjangan dan Kesenjangan: Celah dan celah pada bantalan dan sambungan lainnya dapat menyebabkan perubahan mendadak pada getaran dalam kondisi tertentu.
• Suhu: Perubahan suhu dapat memengaruhi sifat material dan, akibatnya, karakteristik getaran objek.
• Beban Eksternal: Beban eksternal yang bekerja pada rotor dapat mengubah karakteristik dinamisnya dan menyebabkan perilaku nonlinier.

Mengapa Objek Nonlinier Menantang?

Nonlinieritas memperkenalkan banyak variabel ke dalam proses penyeimbangan. Pekerjaan yang berhasil dengan objek nonlinier memerlukan lebih banyak pengukuran dan analisis yang lebih kompleks. Misalnya, metode standar yang berlaku untuk objek linier tidak selalu menghasilkan hasil yang akurat untuk sistem nonlinier. Hal ini memerlukan pemahaman yang lebih mendalam tentang fisika proses dan penggunaan metode diagnostik khusus.

Tanda-tanda Nonlinier

Objek nonlinier dapat diidentifikasi dengan tanda-tanda berikut:

• Perubahan getaran yang tidak proporsional: Saat ketidakseimbangan meningkat, getaran mungkin tumbuh lebih cepat atau lebih lambat dari yang diharapkan untuk objek linier.
• Pergeseran fase dalam getaran: Fase getaran dapat berubah tak terduga karena variasi ketidakseimbangan atau kecepatan putaran.
• Kehadiran harmonik dan subharmonik: Spektrum getaran mungkin menunjukkan harmonik yang lebih tinggi (kelipatan frekuensi rotasi) dan subharmonik (fraksi frekuensi rotasi), yang menunjukkan efek nonlinier.
• Histerisis: Amplitudo getaran mungkin bergantung tidak hanya pada nilai ketidakseimbangan saat ini tetapi juga pada riwayatnya. Misalnya, ketika ketidakseimbangan meningkat dan kemudian menurun kembali ke nilai awalnya, amplitudo getaran mungkin tidak kembali ke level semula.

Nonlinieritas memperkenalkan banyak variabel ke dalam proses penyeimbangan. Diperlukan lebih banyak pengukuran dan analisis kompleks agar operasi berhasil. Misalnya, metode standar yang berlaku untuk objek linier tidak selalu menghasilkan hasil akurat untuk sistem nonlinier. Hal ini memerlukan pemahaman yang lebih mendalam tentang fisika proses dan penggunaan metode diagnostik khusus.

Representasi Grafis Nonlinier

Pada grafik getaran versus ketidakseimbangan, nonlinieritas terlihat jelas dalam penyimpangan dari garis lurus. Grafik tersebut mungkin menampilkan lengkungan, kelengkungan, loop histeresis, dan karakteristik lain yang menunjukkan hubungan kompleks antara ketidakseimbangan dan getaran.

Grafik 2. Objek Nonlinier

50g; 40μm (kuning),
100g; 54,7μm (biru).

Objek ini memperlihatkan dua segmen, dua garis lurus. Untuk ketidakseimbangan kurang dari 50 gram, grafik mencerminkan sifat objek linear, dengan mempertahankan proporsionalitas antara ketidakseimbangan dalam gram dan amplitudo getaran dalam mikron. Untuk ketidakseimbangan lebih dari 50 gram, pertumbuhan amplitudo getaran melambat.

Contoh Objek Nonlinier

Contoh objek nonlinier dalam konteks penyeimbangan meliputi:

• Rotor dengan retakan: Retakan pada rotor dapat menyebabkan perubahan nonlinier dalam kekakuan dan, akibatnya, hubungan nonlinier antara getaran dan ketidakseimbangan.
• Rotor dengan jarak bebas bantalan: Jarak bebas pada bantalan dapat menyebabkan perubahan getaran yang tiba-tiba dalam kondisi tertentu.
• Rotor dengan elemen elastis nonlinier: Beberapa elemen elastis, seperti peredam karet, mungkin menunjukkan karakteristik nonlinier, yang memengaruhi dinamika rotor.

Jenis-jenis Nonlinier

1. Nonlinieritas Lembut-Kaku

Dalam sistem seperti itu, dua segmen diamati: lunak dan kaku. Dalam segmen lunak, perilakunya menyerupai linearitas, di mana amplitudo getaran meningkat secara proporsional terhadap massa yang tidak seimbang. Namun, setelah ambang batas tertentu (titik henti), sistem beralih ke mode kaku, di mana pertumbuhan amplitudo melambat.

2. Nonlinier Elastis

Perubahan kekakuan penyangga atau kontak dalam sistem membuat hubungan getaran-ketidakseimbangan menjadi rumit. Misalnya, getaran dapat tiba-tiba meningkat atau menurun saat melewati ambang batas beban tertentu.

3. Nonlinieritas Akibat Gesekan

Dalam sistem dengan gesekan yang signifikan (misalnya, pada bantalan), amplitudo getaran mungkin tidak dapat diprediksi. Gesekan dapat mengurangi getaran dalam satu rentang kecepatan dan memperkuatnya di rentang kecepatan yang lain.

Menyeimbangkan Objek Nonlinier: Tugas Kompleks dengan Solusi Nonkonvensional

Menyeimbangkan objek nonlinier merupakan tugas yang menantang yang memerlukan metode dan pendekatan khusus. Metode massa uji standar, yang dikembangkan untuk objek linier, dapat menghasilkan hasil yang salah atau sama sekali tidak dapat diterapkan.

Metode Penyeimbangan untuk Objek Nonlinier

• Penyeimbangan langkah demi langkah:
  Metode ini melibatkan pengurangan ketidakseimbangan secara bertahap dengan memasang pemberat korektif di setiap tahap. Setelah setiap tahap, pengukuran getaran dilakukan, dan pemberat korektif baru ditentukan berdasarkan kondisi objek saat ini. Pendekatan ini memperhitungkan perubahan koefisien pengaruh selama proses penyeimbangan.
• Menyeimbangkan pada beberapa kecepatan:
  Metode ini mengatasi efek fenomena resonansi pada kecepatan rotasi yang berbeda. Penyeimbangan dilakukan pada beberapa kecepatan mendekati resonansi, sehingga memungkinkan pengurangan getaran yang lebih seragam di seluruh rentang kecepatan operasi.
• Menggunakan model matematika:
  Untuk objek nonlinier yang kompleks, model matematika yang menggambarkan dinamika rotor sambil memperhitungkan efek nonlinier dapat digunakan. Model ini membantu memprediksi perilaku objek dalam berbagai kondisi dan menentukan parameter keseimbangan yang optimal.

Pengalaman dan intuisi seorang spesialis memainkan peran penting dalam menyeimbangkan objek nonlinier. Penyeimbang yang berpengalaman dapat mengenali tanda-tanda nonlinier, memilih metode yang tepat, dan menyesuaikannya dengan situasi tertentu. Menganalisis spektrum getaran, mengamati perubahan getaran saat parameter operasi objek berubah, dan mempertimbangkan fitur desain rotor semuanya membantu dalam membuat keputusan yang tepat dan mencapai hasil yang diinginkan.

Cara Menyeimbangkan Objek Nonlinier Menggunakan Alat yang Dirancang untuk Objek Linier

Ini pertanyaan yang bagus. Metode pribadi saya untuk menyeimbangkan objek semacam itu dimulai dengan memperbaiki mekanisme: mengganti bantalan, mengelas retakan, mengencangkan baut, memeriksa jangkar atau isolator getaran, dan memverifikasi bahwa rotor tidak bergesekan dengan elemen struktural yang diam.

Selanjutnya, saya mengidentifikasi frekuensi resonansi, karena mustahil menyeimbangkan rotor pada kecepatan yang mendekati resonansi. Untuk melakukannya, saya menggunakan metode impak untuk penentuan resonansi atau grafik rotor coast-down.

Kemudian, saya menentukan posisi sensor pada mekanisme: vertikal, horizontal, atau miring.

Setelah uji coba, perangkat menunjukkan sudut dan berat beban korektif. Saya mengurangi setengah berat beban korektif tetapi menggunakan sudut yang disarankan oleh perangkat untuk penempatan rotor. Jika getaran sisa setelah koreksi masih melebihi tingkat yang dapat diterima, saya melakukan uji coba rotor lagi. Tentu saja, ini membutuhkan waktu lebih lama, tetapi hasilnya terkadang menginspirasi.

Seni dan Ilmu Penyeimbangan Peralatan Berputar

Menyeimbangkan peralatan yang berputar merupakan proses rumit yang menggabungkan unsur sains dan seni. Untuk objek linear, penyeimbangan melibatkan perhitungan yang relatif sederhana dan metode standar. Namun, bekerja dengan objek nonlinier memerlukan pemahaman mendalam tentang dinamika rotor, kemampuan menganalisis sinyal getaran, dan keterampilan memilih strategi penyeimbangan yang paling efektif.

Pengalaman, intuisi, dan peningkatan keterampilan yang berkelanjutan adalah hal-hal yang menjadikan seorang penyeimbang benar-benar ahli dalam bidangnya. Bagaimanapun, kualitas penyeimbangan tidak hanya menentukan efisiensi dan keandalan pengoperasian peralatan, tetapi juga memastikan keselamatan manusia.