Instruksi Penyeimbangan Poros Dinamis: Statis vs Dinamis, Prosedur Lapangan & Tingkat ISO 21940
Semua yang dibutuhkan engineer lapangan untuk menyeimbangkan rotor di lokasi — dari fisika ketidakseimbangan hingga putaran verifikasi akhir. Prosedur tujuh langkah, rumus beban uji, pengukuran sudut koreksi, dan tabel toleransi ISO. Berdasarkan pekerjaan lapangan Vibromera pada kipas, mulcher, crusher, dan poros.
Apa Itu Penyeimbangan Dinamis?
Penyeimbangan dinamis Penyeimbangan dinamis adalah proses mengukur dan mengoreksi distribusi massa yang tidak merata pada benda berputar (rotor) saat berputar pada kecepatan operasi. Tidak seperti penyeimbangan statis, yang mengoreksi pergeseran massa dalam satu bidang, penyeimbangan dinamis mengatasi ketidakseimbangan dalam dua pesawat atau lebih secara bersamaan, menghilangkan gaya sentrifugal dan momen goyang yang menyebabkan getaran bantalan.
Setiap bagian yang berputar — dari rotor mesin penghancur kayu seberat 200 kg hingga spindel bor gigi seberat 5 g — memiliki ketidakseimbangan residual. Toleransi manufaktur, ketidaksesuaian material, korosi, dan endapan yang terakumulasi menggeser pusat massa menjauh dari sumbu rotasi geometris. Hasilnya adalah gaya sentrifugal yang meningkat sebanding dengan kuadrat kecepatan: dua kali lipat RPM dan gaya tersebut menjadi empat kali lipat.
Rotor yang berputar pada 3.000 RPM dengan ketidakseimbangan hanya 10 g pada radius 150 mm menghasilkan gaya putar sekitar 150 N — cukup untuk merusak bantalan dalam hitungan minggu. Penyeimbangan dinamis mengurangi gaya ini ke tingkat yang ditentukan oleh standar internasional (ISO 21940-11, sebelumnya ISO 1940), memperpanjang masa pakai bantalan dari beberapa bulan menjadi beberapa tahun dan mengurangi waktu henti yang disebabkan oleh getaran.
Keseimbangan Statis vs Keseimbangan Dinamis
Pusat gravitasi rotor bergeser dari sumbu rotasi. satu bidang. Saat diletakkan di atas penyangga yang tajam, sisi yang lebih berat akan menggelinding ke bawah — Anda dapat mendeteksi hal ini tanpa perlu memutarnya.
Koreksi: Tambahkan atau kurangi massa pada satu posisi sudut yang berlawanan dengan titik berat. Satu bidang koreksi sudah cukup.
Berlaku untuk: komponen sempit berbentuk cakram di mana L/D berada di bawah sekitar 0.5 - roda gila, batu gerinda, impeller cakram tunggal, mata gergaji, cakram rem.
Dua (atau lebih) offset massa berada di pesawat yang berbeda di sepanjang panjang rotor. Mereka mungkin saling meniadakan secara statis — rotor diam di atas ujung pisau — tetapi menciptakan kopel yang asyik saat berputar. Kopel ini tidak dapat dideteksi atau dikoreksi tanpa rotasi.
Koreksi: Dua beban penyeimbang pada dua bidang terpisah. Instrumen menghitung massa dan sudut untuk setiap bidang dari matriks koefisien pengaruh.
Berlaku untuk: rotor memanjang — poros, kipas dengan impeler lebar, rotor penghancur, rol, impeler pompa multi-tahap, turbin.
Empat Jenis Ketidakseimbangan
ISO 21940-11 membedakan empat pola ketidakseimbangan mendasar. Memahami pola mana yang dominan akan membantu dalam memilih strategi penyeimbangan yang tepat.
Dalam praktiknya, hampir setiap rotor yang Anda temui di lapangan memiliki ketidakseimbangan dinamis — kombinasi komponen gaya dan momen kopel. Itulah mengapa penyeimbangan dua bidang adalah prosedur standar untuk setiap rotor yang bukan cakram tipis.
Kapan Menggunakan Penyeimbangan Satu Bidang vs Dua Bidang
Faktor penentunya adalah rotornya. rasio geometri L/D (panjang aksial terhadap diameter luar) dikombinasikan dengan kecepatan operasinya.
| Kriteria | Bidang Tunggal (1 sensor) | Dua Bidang (2 sensor) |
|---|---|---|
| Rasio L/D | L/D < 0.5 (rotor sempit mirip cakram) | L/D >= 0.5, atau distribusi massa aksial yang signifikan |
| Bagian-bagian umum | Roda gerinda, roda gila, impeler cakram tunggal, puli, cakram rem, mata gergaji | Rotor kipas, mesin penghancur, poros, rol, pompa multi-tahap, turbin, penghancur |
| Jenis ketidakseimbangan telah diperbaiki. | Hanya statis (gaya) | Statis + kopel + dinamis (gaya + momen) |
| Bidang koreksi | 1 | 2 |
| Pengukuran berjalan | 2 (awal + 1 percobaan) | 3 (percobaan awal + 2 percobaan, satu per pesawat) |
| Waktu di lokasi | 15–20 menit | 30–45 menit |
Standar Kualitas Keseimbangan ISO 21940-11
ISO 21940-11 (pengganti ISO 1940-1) menetapkan setiap kelas mesin berputar sebuah Keseimbangan kualitas kelas G, didefinisikan sebagai kecepatan maksimum yang diizinkan dari pusat gravitasi rotor dalam mm/s. Ketidakseimbangan spesifik sisa yang diizinkan eper (dalam g·mm/kg) diperoleh dari tingkatan dan kecepatan operasi:
G — tingkat kualitas keseimbangan (misalnya 6,3 berarti 6,3 mm/s)
ω — kecepatan sudut, rad/s
RPM — kecepatan operasi, putaran/menit
| Kelas | e-ω, mm/s | Jenis mesin |
|---|---|---|
G 0,4 |
0.4 | Giroskop, poros mesin gerinda presisi |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2,5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Kipas angin, pompa, mesin pengolahan, roda gila, sentrifugal, mesin industri umum |
G 16 |
16 | Mesin pertanian, mesin penghancur, poros penggerak (kardan), suku cadang mesin penghancur |
G 40 |
40 | Roda mobil penumpang, rakitan poros engkol (produksi massal) |
G 100 |
100 | Rakitan poros engkol mesin diesel cepat dengan enam silinder atau lebih |
Contoh Soal: Rotor Kipas
Rotor kipas sentrifugal memiliki berat 80 kg, beroperasi pada 1.450 RPM, dan radius koreksinya adalah 250 mm. Kelas yang dibutuhkan: G 6.3.
Pada radius koreksi 250 mm: massa sisa maksimum = 3320 / 250 = 13,3 g massa sisa total
Untuk pekerjaan dua bidang, distribusikan total toleransi itu di antara bidang; pembagian sama sederhana menghasilkan sekitar 6.6 g per bidang.
Standar terkait: ISO 21940-11 (rotor kaku), ISO 21940-12 (rotor fleksibel), ISO 10816-3 (batas tingkat keparahan getaran), ISO 1940 (pendahulu warisan).
Prosedur Penyeimbangan Lapangan Tujuh Langkah
Ini adalah metode koefisien pengaruh untuk penyeimbangan medan dua bidang, yang diterapkan dengan instrumen portabel seperti Balanset-1A. Logika yang sama berlaku untuk semua penganalisis penyeimbangan dua saluran.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) di mana Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kgetaran = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = radius pemasangan (cm), N = RPM. Atau gunakan milik kami kalkulator berat uji coba online — masukkan parameter rotor Anda dan dapatkan massa yang direkomendasikan secara instan.
Perhitungan Berat Percobaan
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — massa rotor, gram
Bahasa Inggris: Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Bahasa Inggris: Kgetaran — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — radius pemasangan beban percobaan, cm
N — kecepatan operasi, RPM
Tidak mau menghitung secara manual? Gunakan alat kami. kalkulator berat badan percobaan online ↗ — Masukkan parameter rotor Anda, jenis penyangga, dan tingkat getaran, lalu dapatkan massa yang direkomendasikan secara instan.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kgetaran = 1.0)
| Mesin | Massa rotor | RPM | Jari-jari | Trial weight (Kmendukung = 3, Kgetaran = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor penghancur | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Kipas angin industri | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 g |
| Drum sentrifugal | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135.000 / (15 × 900) = 10 g |
| Poros penghancur | 250 kg | 900 | 25 cm | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kgetaran = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Pengukuran Sudut Koreksi
Instrumen penyeimbang menghasilkan dua angka per bidang: massa (berapa beratnya) dan sudut (di mana harus meletakkannya). Sudut selalu mengacu pada posisi beban percobaan.
Cara Mengukur Sudut
- Titik acuan (0°): Posisi sudut tempat Anda meletakkan beban percobaan. Tandai dengan jelas pada rotor sebelum uji coba.
- Arah pengukuran: selalu searah dengan putaran rotor.
- Membaca sudutnya: the result window shows the Correction mass dan Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Jika menghilangkan massa: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
Pembagian Beban ke Posisi Tetap
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Posisi bebas, Posisi tetap, Alur melingkar, Dan Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Bidang Koreksi & Penempatan Sensor
Bidang koreksi adalah posisi aksial pada rotor tempat Anda menambah atau mengurangi massa. Sensor mengukur getaran pada bantalan terdekat. Beberapa aturan penting:
- Sensor dipasang pada rumah bantalan. — sedekat mungkin dengan garis tengah bantalan, dalam arah radial (horizontal lebih disukai).
- Pesawat 1 sesuai dengan Sensor 1, Bidang 2 ke Sensor 2. Jaga agar penomoran tetap konsisten, jika tidak, perangkat lunak akan menukar bidang koreksi.
- Maksimalkan pemisahan bidang: Semakin jauh jarak antara kedua bidang koreksi, semakin baik resolusi momennya. Jarak minimum yang praktis adalah ⅓ dari rentang bantalan.
- Pilih posisi yang mudah diakses: Bidang koreksi harus berupa lokasi di mana Anda dapat secara fisik memasang beban — tepi flensa, lingkaran baut, pelek, atau permukaan pengelasan.
Pada foto di atas, rotor mesin penghancur kayu sedang disiapkan untuk penyeimbangan dua bidang. Penanda biru 1 dan 2 menunjukkan posisi sensor pada rumah bantalan. Penanda merah 1 dan 2 menunjukkan bidang koreksi — dalam hal ini, ujung berflensa badan rotor tempat pemberat akan dilas.
Rotor Kantilever (Menggantung)
Rotor kantilever — impeler kipas, roda gila yang dipasang di luar rentang bantalan, impeler pompa — memerlukan tata letak sensor dan bidang yang berbeda. Kedua bidang koreksi berada di sisi yang sama dari bantalan, dan penempatan sensor harus memperhitungkan ketidakseimbangan kopel penguat massa yang menggantung.
Aplikasi berdasarkan Jenis Mesin
Metode Pemasangan Beban
| Metode | Lampiran | Terbaik untuk | Batasan |
|---|---|---|---|
| Pengelasan | Ring atau pelat baja yang dilas sementara ke tepi rotor. | Mesin penghancur, mesin pemotong, rotor industri berat | Permanen. Tidak dapat digunakan pada aluminium atau baja tahan karat tanpa batang khusus. |
| Baut dan mur | Baut dimasukkan melalui lubang yang sudah dibor sebelumnya dengan mur pengunci. | Impeller kipas, roda gila, flensa penghubung | Membutuhkan lubang yang sudah ada atau pengeboran baru. |
| Penjepit selang | Penjepit selang baja tahan karat dengan pemberat di antaranya | Poros, rol, rotor silindris di lapangan | Bersifat sementara atau semi-permanen. Periksa torsi penjepit. |
| Klip sekrup pengunci | Pemberat jepit siap pakai (seperti pemberat ban) | Bilah kipas, pelek tipis, rotor ringan | Rentang massa terbatas. Dapat tergelincir pada RPM tinggi. |
| Perekat (epoksi) | Beban yang ditempelkan ke permukaan | Rotor presisi, lingkungan bersih | Membutuhkan permukaan yang bersih dan kering. Batas suhu ~120°C |
| Penghapusan material | Mengebor atau menggerinda material menjauh dari sisi yang berat. | Turbocharger, spindel kecepatan tinggi, impeler | Permanen dan tepat, tetapi tidak dapat dibatalkan. Gunakan saat menambah beban tidak aman. |
Kesalahan Umum dalam Penyeimbangan Lapangan
| # | Kesalahan | Konsekuensi | Memperbaiki |
|---|---|---|---|
| 1 | Sensor terpasang pada pelindung atau penutup. | Resonansi penutup mendistorsi pembacaan amplitudo dan fase → koreksi yang salah | Selalu pasang pada permukaan logam rumah bantalan. |
| 2 | Berat uji coba terlalu ringan | Perubahan fase dan amplitudo berada dalam batas noise → koefisien pengaruh tidak dapat diandalkan | Pastikan perubahan amplitudo 20-30% atau pergeseran fase 20-30 derajat pada setidaknya satu sensor |
| 3 | Variasi kecepatan antar sesi lari | Getaran pada 1× berubah seiring dengan RPM² — bahkan perubahan kecepatan 5% merusak data. | Gunakan tachometer untuk pelacakan RPM yang tepat. Tunggu hingga kecepatan stabil. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Mencampuradukkan Pesawat 1 dan Pesawat 2 | Bobot koreksi ditempatkan pada bidang yang salah → getaran meningkat | Beri label pada sensor dan pesawat dengan jelas. Sensor 1 → Pesawat 1, Sensor 2 → Pesawat 2 |
| 6 | Mengukur sudut yang berlawanan dengan rotasi | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Konfirmasikan arah putaran sebelum memulai. Selalu ukur searah putaran. |
| 7 | Pertumbuhan termal selama pengoperasian | Perubahan celah bantalan antara pengujian start dingin → pengukuran yang bergeser | Lakukan pemanasan hingga mencapai kondisi stabil sebelum lari ke-0, atau selesaikan semua lari dengan cepat (<5 menit antar lari). |
| 8 | Menggunakan bidang tunggal pada rotor panjang | Ketidakseimbangan kopel tetap tidak terkoreksi → getaran bahkan dapat meningkat pada bantalan yang jauh. | Gunakan penyeimbangan dua bidang untuk rotor apa pun dengan L/D >= 0.5, jarak antar bidang signifikan, atau koreksi satu bidang memengaruhi bantalan yang jauh |
Laporan Lapangan: Penyeimbangan Rotor Mesin Pemotong Rumput
Mesin: Mesin penghancur kayu Maschio Bisonte 280, rotor 165 kg, kecepatan PTO 2.100 RPM. Klien melaporkan getaran hebat setelah mengganti 8 bilah penghancur kayu.
Pengaturan: Dua akselerometer pada rumah bantalan, tachometer laser pada poros PTO. Mode dua bidang Balanset-1A.
Jalankan 0: Sensor 1 = 12,4 mm/s @ 47°, Sensor 2 = 8,9 mm/s @ 213°. ISO 10816-3 zona D (bahaya).
Uji coba: Beban percobaan 500 g digunakan di kedua bidang. Respons yang jelas — perubahan amplitudo >60% pada kedua sensor.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kgetaran = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kgetaran factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Koreksi: Pesawat 1: 340 g dilas pada sudut 128°. Pesawat 2: 215 g dilas pada sudut 276°.
Verifikasi: Sensor 1 = 0,8 mm/s, Sensor 2 = 0,6 mm/s. Zona ISO A (baik). Tidak perlu uji coba penyesuaian.
Penyeimbangan Dinamis Dua Bidang pada Kipas
Kipas industri — sentrifugal, aksial, dan aliran campuran — termasuk di antara rotor yang paling umum diseimbangkan di lapangan. Prosedur di bawah ini menjelaskan pekerjaan dua bidang nyata pada kipas radial menggunakan Balanset-1A.
Menentukan Bidang dan Memasang Sensor
Bersihkan permukaan tempat pemasangan sensor dari kotoran dan oli. Sensor harus terpasang rapat pada permukaan logam rumah bantalan — jangan pernah memasangnya pada penutup, pelindung, atau panel lembaran logam yang tidak ditopang.
- Sensor 1 (merah): Pasang lebih dekat ke bagian depan kipas (sisi Pesawat 1).
- Sensor 2 (hijau): Pasang lebih dekat ke bagian belakang kipas (sisi Pesawat 2).
- Pesawat 1 (zona merah): Bidang koreksi pada cakram impeler, lebih dekat ke bagian depan.
- Pesawat 2 (zona hijau): Bidang koreksi lebih dekat ke pelat belakang atau hub.
Hubungkan kedua sensor getaran dan tachometer laser ke Balanset-1A. Pasang pita reflektif pada poros atau hub untuk referensi RPM.
Proses Penyeimbangan
Nyalakan kipas dan lakukan pengukuran getaran awal (Percobaan 0). Pasang beban percobaan dengan massa yang diketahui pada Bidang 1 di titik sembarang, nyalakan kipas, dan catat perubahan getaran (Percobaan 1). Pindahkan beban percobaan ke Bidang 2 di titik sembarang, nyalakan kipas lagi, dan catat (Percobaan 2). Perangkat lunak Balanset-1A menggunakan ketiga pengukuran tersebut untuk menghitung massa dan sudut koreksi untuk setiap bidang.
Pengukuran Sudut untuk Bobot Koreksi Kipas
Sudut diukur dari posisi beban percobaan searah putaran kipas — persis seperti yang dijelaskan dalam Pengukuran Sudut Koreksi bagian di atas. Tandai tempat beban percobaan diletakkan (referensi 0°), lalu hitung sudut yang ditunjukkan sepanjang arah rotasi untuk menemukan posisi beban koreksi.
Berdasarkan sudut dan massa yang dihitung oleh perangkat lunak, pasang beban koreksi pada Bidang 1 dan Bidang 2. Jalankan kipas sekali lagi dan verifikasi bahwa getaran telah turun ke tingkat yang dapat diterima. ISO 21940-11 (biasanya G 6.3 untuk kipas serbaguna). Jika getaran sisa masih di atas target, lakukan satu kali uji coba penyesuaian.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Peralatan untuk Penyeimbangan Lapangan
Balanset-1A adalah instrumen portabel dua saluran yang menangani penyeimbangan dinamis bidang tunggal dan dua bidang, serta analisis getaran (kecepatan keseluruhan, spektrum, bentuk gelombang). Alat ini dikirim sebagai satu set lengkap:
- 2x sensor getaran MEMS (akselerometer berbasis ADXL335) dengan dudukan magnet
- Tachometer laser (sensor RPM non-kontak) dengan pita reflektif
- Unit pengukuran USB (dapat dihubungkan ke laptop Windows mana pun)
- Perangkat lunak: wizard penyeimbangan, pengukur getaran, penganalisis spektrum
- Tas jinjing berisi semua kabel dan aksesori.
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
0 Comments