Definisi: Apa yang dimaksud dengan Frekuensi Alami?

Jawaban Cepat

Frekuensi alami adalah frekuensi di mana sistem mekanis berosilasi secara bebas setelah tergeser dari kesetimbangan. Hal ini ditentukan oleh sistem massa dan kekakuan: Fn = (1/2π) × √(k/m), dengan k adalah kekakuan (N/m) dan m adalah massa (kg). Ketika frekuensi gaya eksternal sesuai dengan frekuensi alami, resonansi terjadi - amplitudo getaran dapat meningkat 10-50× dan menyebabkan kegagalan besar. Pada mesin yang berputar, mesin kecepatan kritis (RPM) = fn × 60. Perkiraan cepat di lapangan menggunakan defleksi statis: Fn ≈ 15.76 / √δmm.

A frekuensi alami adalah frekuensi spesifik di mana objek fisik atau sistem akan berosilasi ketika diganggu dari posisi keseimbangannya dan kemudian dibiarkan bergetar secara bebas, tanpa ada gaya pendorong eksternal yang berkelanjutan. Ini adalah sifat yang melekat dan mendasar dari objek, yang ditentukan sepenuhnya oleh karakteristik fisiknya - terutama massa (inersia) dan kekakuan (elastisitas). Setiap benda fisik, dari senar gitar hingga bentang jembatan hingga alas penyangga mesin, memiliki satu atau lebih frekuensi alami.

Frekuensi alami kadang-kadang disebut frekuensi eigen (dari kata Jerman "eigen" yang berarti "milik sendiri" atau "karakteristik"), dan pola getaran yang sesuai disebut bentuk mode atau mode eigen. Struktur yang kompleks seperti dasar mesin mungkin memiliki ratusan frekuensi alami, masing-masing terkait dengan pola deformasi yang unik - menekuk, memutar, bernapas, bergoyang, dan sebagainya.

Mengapa Frekuensi Alami Penting dalam Analisis Getaran

Pada mesin yang berputar, masalah getaran sering kali tidak disebabkan oleh gaya eksitasi yang berlebihan (seperti ketidakseimbangan), tetapi karena kebetulan frekuensi eksitasi yang tidak cocok dengan frekuensi alami struktural. Jumlah ketidakseimbangan yang dapat diterima dengan sempurna dapat menghasilkan getaran yang merusak jika mesin beroperasi pada atau di dekat resonansi struktural. Oleh karena itu, mengidentifikasi frekuensi alami merupakan salah satu langkah diagnostik terpenting saat menyelidiki getaran tinggi yang tidak dapat dijelaskan.

Hubungan Antara Massa, Kekakuan, dan Frekuensi Alami

Hubungan mendasar antara massa, kekakuan, dan frekuensi alami adalah salah satu konsep terpenting dalam teknik getaran. Konsep ini bersifat intuitif dan tepat secara matematis.

Pemahaman Intuitif

  • Kekakuan (k): Benda yang lebih kaku memiliki lebih tinggi frekuensi alami. Bayangkan senar gitar: mengencangkan senar (meningkatkan tegangan/kekakuan) akan meningkatkan nada (frekuensi). Balok baja tebal bergetar pada frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada strip aluminium tipis dengan panjang yang sama.
  • Massa (m): Objek yang lebih masif memiliki lebih rendah frekuensi alami. Bayangkan sebuah penggaris yang menjulur dari tepi meja: penggaris yang lebih panjang dan lebih berat akan berosilasi lebih lambat (frekuensi lebih rendah) daripada penggaris yang lebih pendek dan lebih ringan. Menambah berat pada sebuah struktur selalu menurunkan frekuensi alaminya.

Rumus Dasar

Untuk sistem derajat kebebasan tunggal (SDOF) sederhana - sebuah massa yang terhubung ke pegas - frekuensi alami tak teredam adalah:

Frekuensi Alami Tanpa Redaman
Fn = (1 / 2π) × √(k / m)
Fn dalam Hz, k dalam N/m, m dalam kg. Juga: ωn = √(k/m) dalam rad/s

Formula ini memiliki implikasi praktis yang mendalam:

  • Untuk meningkatkan Fn sebesar 2×, Anda harus meningkatkan kekakuan sebesar 4× (karena akar kuadrat) - atau mengurangi massa sebesar 4×
  • Untuk mengurangi Fn sebesar 2×, Anda harus mengurangi kekakuan sebesar 4× - atau menambah massa sebesar 4×
  • Perubahan pada kekakuan dan massa memiliki pengembalian yang semakin berkurang: setiap penggandaan dari fn membutuhkan perubahan parameter sebanyak 4 kali

Jalan Pintas Defleksi Statis

Salah satu rumus praktis yang paling berguna dalam teknik getaran menghubungkan frekuensi alami secara langsung dengan defleksi statis di bawah gravitasi:

Frekuensi Alami dari Defleksi Statis
Fn = (1 / 2π) × √(g / δ) ≈ 15,76 / √δ
Fn dalam Hz, δ dalam mm, g = 9810 mm/s². Sangat praktis untuk perkiraan cepat!

Hal ini sangat berguna karena defleksi statis sering kali mudah untuk diukur atau diperkirakan: cukup ukur seberapa besar defleksi struktur akibat beban mesin. Sebuah mesin yang merosot 1 mm pada penyangganya memiliki frekuensi alami vertikal sekitar 15,8 Hz (948 RPM). Mesin yang melorot 0,25 mm memiliki fn ≈ 31,5 Hz (1890 RPM).

Perkiraan Lapangan Cepat

Perlu estimasi frekuensi natural yang cepat tanpa instrumen? Tempatkan indikator dial di bawah rumah bantalan mesin dan amati defleksi statis saat beban mesin diterapkan (misalnya, selama pemasangan). Rumus fn ≈ 15.76/√δmm memberikan perkiraan pertama yang sangat baik dari frekuensi natural vertikal fundamental.

Beberapa Derajat Kebebasan

Struktur nyata bukanlah sistem SDOF yang sederhana - struktur ini memiliki banyak massa yang terhubung melalui kekakuan yang terdistribusi, sehingga menghasilkan banyak frekuensi alami. Sebuah benda kaku sederhana dengan penopang elastis memiliki enam frekuensi alami yang sesuai dengan enam derajat kebebasan: tiga translasi (vertikal, lateral, aksial) dan tiga rotasi (roll, pitch, yaw). Struktur yang fleksibel memiliki mode yang tak terbatas, meskipun hanya beberapa mode terendah yang biasanya menjadi perhatian praktis.

Prinsip kuncinya adalah: jumlah frekuensi natural sama dengan jumlah derajat kebebasan dalam model. Balok sederhana yang dimodelkan dengan 10 massa yang disatukan memiliki 10 frekuensi alami; model elemen hingga dengan 10.000 node memiliki 30.000 (3 DOF per node) frekuensi alami, meskipun hanya beberapa lusin saja yang berada dalam rentang frekuensi yang diinginkan.

Efek Peredaman

Sistem nyata selalu memiliki beberapa redaman - gesekan, histeresis material, radiasi ke dalam struktur di sekitarnya, tarikan fluida, dll. Redaman memiliki dua efek:

  • Sedikit menurunkan frekuensi resonansi aktual: Frekuensi alami yang teredam adalah fD = fn × √(1 - ζ²), di mana ζ adalah rasio redaman. Untuk struktur mekanis yang umum (ζ = 0,01-0,05), efek ini dapat diabaikan - kurang dari 0,1% pengurangan.
  • Membatasi amplitudo pada resonansi: Tanpa peredaman, amplitudo resonansi secara teoretis tidak akan terbatas. Faktor amplifikasi Q (faktor kualitas) pada resonansi kira-kira Q = 1/(2ζ). Untuk struktur yang teredam ringan dengan ζ = 0,02, Q = 25 - yang berarti amplitudo getaran pada resonansi adalah 25× lipat dari amplitudo saat tidak beresonansi. Inilah sebabnya mengapa ketidakseimbangan dalam jumlah kecil pun dapat menghasilkan getaran yang sangat besar pada kecepatan kritis.

Frekuensi dan Resonansi Alami: Hubungan Penting

Konsep frekuensi alami sangat penting dalam bidang teknik khususnya karena hubungannya langsung dengan fenomena resonansi.

Apa itu Resonansi?

Resonansi terjadi ketika gaya eksternal periodik diterapkan pada sistem pada frekuensi yang sama atau sangat dekat dengan salah satu frekuensi alaminya. Ketika hal ini terjadi, sistem menyerap energi dari gaya eksternal dengan efisiensi maksimum, menyebabkan amplitudo getaran bertambah secara dramatis. Setiap siklus fungsi pemaksaan menambahkan energi ke sistem dalam sinkronisasi yang tepat dengan osilasi alami sistem, membangun amplitudo siklus demi siklus hingga redaman membatasi pertumbuhan lebih lanjut atau struktur gagal.

Faktor Amplifikasi

Pembesaran getaran pada resonansi sangat bergantung pada peredaman sistem. Faktor pembesaran dinamis (DMF) menggambarkan seberapa besar respons dinamis dibandingkan dengan defleksi statis yang dihasilkan oleh gaya yang sama:

Faktor Pembesaran Dinamis
DMF = 1 / √[(1 - r²)² + (2ζr)²]
r = fmemaksa/fn (rasio frekuensi), ζ = rasio redaman. Pada r = 1: DMF ≈ 1/(2ζ)
Rasio Redaman (ζ) Sistem Umum Faktor Q (≈ 1/2ζ) Amplifikasi pada Resonansi
0.005 Struktur baja yang dilas, tidak teredam 100 100 × defleksi statis
0.01 Rangka baja, sambungan baut 50 50 × defleksi statis
0.02 Struktur mesin yang khas 25 25 × defleksi statis
0.05 Fondasi beton, sambungan yang dibaut 10 10 × defleksi statis
0.10 Dipasang dengan karet, dan diredam dengan baik 5 5 × defleksi statis
0.20 Sangat teredam (peredam kental) 2.5 2,5 × defleksi statis

Mengapa Resonansi Berbahaya

Resonansi sangat berbahaya karena amplitudo getaran bisa 10-100 kali lebih besar dari yang diperkirakan berdasarkan besaran gaya saja. Rotor dengan eksentrisitas ketidakseimbangan 50 µm yang menghasilkan getaran 1 mm/detik pada kecepatan non-resonansi dapat menghasilkan 25-50 mm/detik pada saat resonansi - cukup untuk merusak bantalan, baut kelelahan, las retak, dan menyebabkan kerusakan peralatan bertingkat.

Contoh Sejarah - Jembatan Sempit Tacoma (1940)

Runtuhnya Jembatan Tacoma Narrows tetap menjadi salah satu demonstrasi resonansi yang paling dramatis dalam sejarah teknik. Gaya angin pada frekuensi yang mendekati frekuensi alami torsi jembatan menyebabkan dek jembatan berosilasi dengan amplitudo yang semakin meningkat hingga terjadi kegagalan struktur. Peristiwa ini menyebabkan perubahan mendasar dalam rekayasa jembatan dan dipelajari dalam setiap mata kuliah dinamika struktur di seluruh dunia. Insinyur modern secara rutin melakukan analisis modal untuk memastikan struktur didesain jauh dari frekuensi eksitasi yang dapat diperkirakan.

Kecepatan Kritis Mesin yang Berputar

Pada mesin yang berputar, manifestasi terpenting dari frekuensi natural adalah kecepatan kritis - kecepatan rotasi di mana frekuensi rotasi poros (1 × RPM) bertepatan dengan frekuensi alami dari sistem penyangga rotor-bantalan. Ketika mesin beroperasi pada kecepatan kritis, gaya ketidakseimbangan 1× menggairahkan frekuensi alami, menghasilkan getaran resonansi yang parah.

Jenis-jenis Kecepatan Kritis

  • Kritis tubuh yang kaku: Terjadi ketika kecepatan poros sesuai dengan frekuensi alami rotor pada penyangga bantalannya, dengan poros itu sendiri pada dasarnya tetap lurus. Ini biasanya merupakan kritis pertama dan kedua (mode pantulan dan guncangan) dan terjadi pada kecepatan yang lebih rendah. Kritis tubuh kaku dapat dimodifikasi dengan mengubah kekakuan bantalan atau massa struktur pendukung.
  • Kritis rotor fleksibel (kritis lentur): Terjadi ketika kecepatan poros sesuai dengan frekuensi alami yang terkait dengan deformasi pembengkokan poros. Kritis pembengkokan pertama biasanya melibatkan pembengkokan poros menjadi bentuk setengah sinus. Ini lebih berbahaya karena melibatkan defleksi besar pada midspan poros dan tidak dapat dikontrol dengan perubahan bantalan saja - geometri poros itu sendiri harus dimodifikasi.

Margin Pemisahan

Standar industri (misalnya, API 610, API 617) mensyaratkan minimal margin pemisahan antara kecepatan operasi dan kecepatan kritis:

  • Persyaratan khas API: Kecepatan pengoperasian harus minimal 15-20% dari kecepatan kritis lateral (tidak teredam)
  • Praktik umum yang baik: Margin 20% dianggap minimum; 30% lebih disukai untuk peralatan penting
  • Peralatan yang digerakkan oleh VFD: Penggerak frekuensi variabel mengubah kecepatan operasi, yang berpotensi menyapu semua titik kritis. Seluruh rentang operasi harus diperiksa, dan titik kritis dalam rentang tersebut harus diidentifikasi dan dikecualikan atau diprogram transit cepat.
Implikasi Praktis untuk Penyeimbangan Lapangan

Ketika menyeimbangkan mesin yang beroperasi di dekat (tetapi aman di atas) kecepatan kritis, hubungan fase antara ketidakseimbangan dan respons getaran akan berbeda dari apa yang diharapkan untuk mesin "di bawah resonansi". Sinyal getaran mungkin 90-180° di depan titik berat, bukan dalam fase. Baik peralatan penyeimbang menangani hal ini secara otomatis melalui pengukuran respons percobaan-berat, tetapi analis harus menyadari bahwa operasi yang mendekati kritis akan mempersulit analisis vektor sederhana.

Bagaimana Frekuensi Alami Diidentifikasi?

Mengidentifikasi frekuensi alami mesin atau struktur adalah keterampilan diagnostik yang mendasar. Beberapa metode tersedia, mulai dari yang sederhana hingga yang canggih:

1. Uji Dampak (Uji Benturan)

Metode eksperimental yang paling umum dan praktis untuk mengidentifikasi frekuensi natural struktural. Prosedur ini melibatkan pemukulan pada mesin atau struktur (selagi masih bukan berjalan) dengan palu tumbukan yang terinstrumentasi dan mengukur getaran yang dihasilkan dengan akselerometer. Pukulan palu memasukkan energi pada rentang frekuensi yang luas secara serentak, dan struktur secara alami "berdering" pada frekuensi alaminya, menghasilkan puncak yang jernih dalam spektrum FFT yang dihasilkan.

Prosedur Praktis

Siapkan Peralatan

Pasang akselerometer pada struktur pada titik yang diinginkan (biasanya rumah bantalan atau struktur pendukung). Sambungkan ke penganalisis FFT atau pengumpul data yang dikonfigurasikan untuk pengujian benturan (pemicu domain waktu, rentang frekuensi yang sesuai, biasanya 0-1000 Hz untuk resonansi struktural).

Pilih Ujung Palu

Ujung palu tumbukan dengan kekerasan yang berbeda menggairahkan rentang frekuensi yang berbeda. Ujung karet lunak menggairahkan 0-200 Hz; ujung plastik sedang menggairahkan 0-500 Hz; ujung baja keras menggairahkan 0-5000 Hz. Pilih ujung yang mencakup rentang frekuensi yang diminati untuk pengujian tertentu.

Mogok dan Rekam

Pukul struktur dengan kuat dengan satu pukulan yang bersih. Hindari pukulan ganda (memantul). Penganalisis harus menangkap bentuk gelombang waktu yang menunjukkan dampak dan peluruhan getaran bebas yang dihasilkan. FFT dari respon ini menunjukkan frekuensi alami sebagai puncak.

Rata-rata Beberapa Hit

Ambil 3-5 rata-rata untuk meningkatkan rasio signal-to-noise dan mengonfirmasi konsistensi. Jika Fungsi Respons Frekuensi (FRF) bervariasi secara signifikan di antara hit, periksa apakah ada hit ganda, pemasangan akselerometer yang buruk, atau kondisi batas yang berubah.

Mengidentifikasi Frekuensi Alami

Frekuensi natural muncul sebagai puncak dalam plot magnitudo FRF. Konfirmasikan dengan menggunakan plot fase (frekuensi alami menunjukkan pergeseran fase 180°) dan fungsi koherensi (harus mendekati 1,0 pada frekuensi alami). Catat frekuensi dan bandingkan dengan kecepatan operasi dan harmonisa.

Kiat-kiat Bump Test dari Lapangan

Selalu lakukan uji benturan dengan mesin dirakit tapi tidak berjalan. Frekuensi alami dapat berubah secara signifikan ketika rotor dilepas (perubahan massa) atau ketika mesin berjalan (efek giroskopis, perubahan kekakuan bantalan dengan kecepatan, efek termal). Uji dalam berbagai arah (vertikal, horizontal, aksial) untuk menemukan semua mode yang relevan. Ulangi setelah modifikasi struktural apa pun untuk memverifikasi bahwa perubahan tersebut mencapai efek yang diinginkan.

2. Uji Run-Up / Pantai-Bawah

Untuk mesin yang sedang berjalan, uji run-up atau coast-down adalah cara yang paling praktis untuk mengidentifikasi frekuensi alami yang tereksitasi oleh gaya berputar. Saat kecepatan alat berat berubah, gaya ketidakseimbangan 1× (dan gaya lain yang bergantung pada kecepatan) menyapu berbagai frekuensi. Ketika frekuensi pemaksaan melintasi frekuensi alami, amplitudo getaran menunjukkan puncak yang berbeda - mengidentifikasi frekuensi alami tersebut sebagai kecepatan kritis.

Pengujian ini memerlukan pengukuran getaran dan sinyal tachometer (keyphasor) secara simultan untuk mengkorelasikan amplitudo dan fase getaran dengan kecepatan poros. Data biasanya ditampilkan sebagai plot Bode (amplitudo dan fase vs RPM) atau plot polar (vektor amplitudo × fase vs RPM). Keduanya dengan jelas menunjukkan kecepatan kritis sebagai puncak amplitudo yang disertai dengan pergeseran fase ~180°.

3. Analisis Plot Air Terjun / Cascade

Plot air terjun (atau kaskade) adalah representasi 3D dari beberapa spektrum FFT yang diambil pada kecepatan alat berat yang berbeda selama run-up atau coast-down. Plot ini menampilkan frekuensi (horizontal), amplitudo (vertikal), dan kecepatan (sumbu kedalaman). Dalam format ini:

  • Garis yang bergantung pada kecepatan (perintah) muncul sebagai garis diagonal: 1×, 2×, 3×, dst., bergerak ke kanan seiring dengan peningkatan kecepatan
  • Frekuensi alami muncul sebagai puncak vertikal (frekuensi tetap terlepas dari kecepatan) - puncak tersebut tidak bergerak seiring perubahan kecepatan
  • Resonansi terlihat di mana garis orde yang bergantung pada kecepatan melintasi frekuensi alami, menghasilkan lonjakan amplitudo lokal

Ini adalah salah satu alat diagnostik yang paling ampuh untuk membedakan getaran yang bergantung pada kecepatan (dari ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, dll.) dari masalah resonansi struktural.

4. Analisis Elemen Hingga (FEA)

Selama fase desain, para insinyur menggunakan model komputer untuk memprediksi frekuensi alami komponen, mesin, dan struktur pendukung sebelum dibangun. FEA mendiskritisasi struktur menjadi ribuan elemen kecil, menerapkan sifat material yang benar (kepadatan, modulus elastisitas, rasio Poisson), memodelkan kondisi batas (sambungan baut, penyangga bantalan, pondasi), dan memecahkan masalah nilai eigen untuk mengekstrak frekuensi alami dan bentuk mode.

FEA sangat berharga untuk:

  • Merancang struktur untuk menghindari masalah resonansi sebelum fabrikasi
  • Melakukan analisis "bagaimana-jika": apa yang terjadi jika kita menambahkan pengaku? Mengubah rentang bantalan? Menggunakan material yang berbeda?
  • Memprediksi perilaku modal dari geometri kompleks yang sulit diuji secara eksperimental
  • Memvalidasi hasil eksperimen dengan mengkorelasikan frekuensi alami yang diukur dan yang diprediksi

5. Analisis Modal Operasional (OMA)

Teknik yang relatif modern yang mengekstrak frekuensi alami dan bentuk mode dari mesin yang sedang berjalan hanya dengan menggunakan data respons - tidak perlu eksitasi terkontrol (hammer atau shaker). OMA menggunakan algoritme canggih (misalnya, identifikasi subruang stokastik) yang memperlakukan gaya operasi mesin sebagai eksitasi "derau putih". Hal ini sangat berharga untuk peralatan besar atau kritis yang tidak dapat dimatikan untuk pengujian benturan atau di mana kondisi batas operasional berbeda secara signifikan dari kondisi berhenti.

Contoh Praktis dalam Mesin Industri

Kasus 1: Getaran Berlebihan Pompa Vertikal

Masalah: Pompa turbin vertikal yang berjalan pada 1780 RPM (29,7 Hz) menunjukkan getaran 12 mm/detik pada 1× RPM di bagian atas motor. Upaya penyeimbangan mengurangi getaran untuk sementara waktu, namun getaran akan kembali dalam beberapa minggu.

Penyelidikan: Uji benturan pada rakitan motor/pompa menunjukkan frekuensi alami pada 28,5 Hz - hanya 4% di bawah kecepatan operasi. Sistem ini beroperasi dalam pita resonansi.

Solusi: Penopang penyangga baja ditambahkan ke bangku motor, meningkatkan kekakuan. Uji benturan pasca modifikasi menunjukkan frekuensi alami telah berpindah ke 42 Hz (42% di atas kecepatan operasi). Getaran turun menjadi 2,5 mm/s tanpa koreksi keseimbangan apa pun - mengonfirmasi bahwa penyebab utamanya adalah resonansi, bukan ketidakseimbangan.

Kasus 2: Resonansi Fondasi Kipas Angin

Masalah: Kipas angin induksi besar pada pondasi rangka baja bekerja pada 990 RPM (16,5 Hz). Fondasi menunjukkan getaran 8 mm/s pada 1× RPM, sedangkan kipas itu sendiri hanya menunjukkan 2 mm/s pada rumah bantalan.

Penyelidikan: Fakta bahwa pondasi bergetar lebih banyak daripada sumbernya (kipas angin) adalah indikator resonansi klasik. Uji benturan menunjukkan frekuensi alami lateral pondasi adalah 17,2 Hz - dalam 4% dari kecepatan operasi.

Solusi: Dua opsi yang dipertimbangkan: (1) menambahkan massa ke fondasi (menurunkan fn), atau (2) menambah kekakuan (menaikkan fn). Penyangga silang ditambahkan ke rangka pondasi, menaikkan fn hingga 24 Hz. Getaran pondasi turun hingga 1,8 mm/dtk.

Kasus 3: Resonansi Perpipaan di BPF Pompa

Masalah: Perpipaan yang terhubung ke pompa sentrifugal 5 baling-baling yang berjalan pada 1480 RPM menunjukkan getaran yang parah pada 123 Hz (= 5 × 24,7 Hz, frekuensi putaran baling-baling). Klem pipa kendor dan muncul retakan akibat kelelahan pada penyangga yang dilas.

Penyelidikan: Uji benturan pada rentang pipa yang terpengaruh menunjukkan frekuensi alami pada 120 Hz - hampir tepat pada frekuensi lintasan sudu pompa (5× RPM = 123 Hz).

Solusi: Penopang pipa tambahan dipasang di bagian tengah bentang, untuk meningkatkan frekuensi alami bentang menjadi 185 Hz. Sebagai alternatif, untuk beberapa instalasi, menambahkan peredam getaran yang disetel (peredam dinamis) pada antinode pipa bisa efektif. Setelah penambahan penyangga, getaran pipa turun sebesar 85%.

Strategi untuk Menghindari Masalah Resonansi

Waktu terbaik untuk mengatasi resonansi adalah selama desain, tetapi juga bisa dikoreksi di lapangan. Ada tiga strategi mendasar:

1. Detune - Mengubah Frekuensi Alami

Pindahkan frekuensi alami dari frekuensi eksitasi. Memerlukan margin pemisahan minimum (biasanya 20-30%). Opsi termasuk:

  • Meningkatkan kekakuan: Tambahkan penyangga, pengaku, buhul, pelat yang lebih tebal, atau timbunan beton. Hal ini akan meningkatkan fn. Perbaikan paling umum untuk struktur yang beresonansi di bawah kecepatan operasi.
  • Tambahkan massa: Pasang massa tambahan (pelat baja, beton). Hal ini akan menurunkan fn. Digunakan apabila frekuensi natural tepat di atas frekuensi eksitasi dan lebih mudah untuk memindahkannya lebih rendah.
  • Memodifikasi kekakuan bantalan: Untuk poros kritis, mengubah jarak bebas bantalan, preload, atau jenis dapat menggeser kecepatan kritis. Bantalan yang lebih kaku meningkatkan kecepatan kritis; bantalan yang lebih lembut menurunkannya.
  • Mengubah geometri poros: Untuk kritis lentur, meningkatkan diameter poros meningkatkan kecepatan kritis (kekakuan meningkat lebih cepat daripada massa). Memperpendek rentang bantalan juga meningkatkan kritis.

2. Lembab - Kurangi Amplitudo pada Resonansi

Jika frekuensi natural tidak dapat dipindahkan dari eksitasi, tambahkan redaman untuk membatasi amplitudo resonansi. Pilihannya meliputi:

  • Peredaman lapisan yang dibatasi: Bahan viskoelastik yang diapit di antara pelat struktural - sangat efektif untuk resonansi panel dan rumah
  • Peredam kental: Peredam film pemerasan atau peredam dashpot kental, biasanya digunakan pada penyangga bantalan untuk mesin turbin
  • Peredam getaran yang disetel: Sistem pegas massa yang disetel ke frekuensi masalah, yang melekat pada struktur yang bergetar. Absorber bergetar dalam anti-fase, membatalkan gerakan struktur pada frekuensi target
  • Sambungan yang dibaut: Meningkatkan jumlah sambungan yang dibaut (vs. dilas) memperkenalkan redaman gesekan melalui selip mikro pada antarmuka sambungan

3. Kurangi Kekuatan yang Menggairahkan

Jika detuning maupun peredaman tidak praktis, kurangi besaran pemaksaan:

  • Keseimbangan yang lebih baik: Kurangi eksitasi 1× dengan menyeimbangkan ke yang lebih ketat Kelas G - meskipun tidak pada resonansi, hal ini mengurangi gaya yang tersedia untuk membangkitkan resonansi apa pun
  • Penyelarasan yang presisi: Mengurangi 2× eksitasi dari ketidaksejajaran
  • Perubahan kecepatan: Jika mesin digerakkan oleh VFD, kecualikan kecepatan resonansi dari rentang operasi atau programkan transit cepat melalui pita resonansi
  • Isolasi: Pasang isolator getaran untuk mencegah eksitasi mencapai struktur resonansi
Aturan Jempol 20%

Dalam praktiknya, usahakan setidaknya 20% pemisahan antara frekuensi alami dan frekuensi eksitasi yang signifikan. Untuk aplikasi kritis (pembangkit listrik, lepas pantai, kedirgantaraan), 30% atau lebih disukai. Hal ini tidak hanya berlaku untuk 1 × RPM tetapi juga untuk 2 × (misalignment), frekuensi blade/vane pass, frekuensi gear mesh, dan eksitasi berkala lainnya. Analisis penghindaran resonansi yang komprehensif membandingkan semua frekuensi eksitasi terhadap semua frekuensi alami dalam sistem.

Memahami frekuensi alami - dan hubungannya yang berbahaya dengan resonansi - merupakan hal yang mendasar dalam praktik analisis getaran dan rekayasa keandalan mesin. Setiap analis getaran harus kompeten dalam mengidentifikasi frekuensi alami melalui pengujian, menafsirkan hubungannya dengan kondisi operasi, dan merekomendasikan tindakan korektif yang tepat ketika resonansi ditemukan berkontribusi terhadap masalah getaran.

← Kembali ke Indeks Glosarium