Apa itu Getaran Torsional? Penyebab dan Akibat • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Getaran Torsional? Penyebab dan Akibat • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Getaran Torsi? Penyebab dan Akibat

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Getaran Torsi pada Mesin Berputar

Definisi: Apa itu Getaran Torsional?

Getaran torsional adalah osilasi sudut poros yang berputar di sekitar sumbu rotasinya—pada dasarnya gerakan memutar dan melepaskan putaran di mana bagian-bagian poros yang berbeda berputar dengan kecepatan yang sedikit berbeda pada suatu saat tertentu. Tidak seperti getaran lateral (gerakan dari sisi ke sisi) atau getaran aksial (gerakan maju mundur), getaran torsional tidak melibatkan perpindahan linier; sebaliknya, poros mengalami percepatan sudut positif dan negatif bergantian.

Walaupun getaran torsional biasanya memiliki amplitudo yang jauh lebih kecil daripada getaran lateral dan sering kali sulit dideteksi, getaran ini dapat menimbulkan tegangan bolak-balik yang sangat besar pada poros, kopling, dan roda gigi, yang berpotensi menyebabkan kegagalan kelelahan yang fatal tanpa peringatan.

Mekanisme Fisik

Bagaimana Getaran Torsional Terjadi

Getaran torsi dapat divisualisasikan sebagai berikut:

  • Bayangkan poros panjang yang menghubungkan motor ke beban yang digerakkan
  • Poros bertindak seperti pegas torsi, menyimpan dan melepaskan energi saat berputar
  • Ketika diganggu oleh torsi yang bervariasi, poros berosilasi, dengan bagian-bagian berputar lebih cepat dan lebih lambat dari kecepatan rata-rata
  • Osilasi ini dapat terbentuk jika frekuensi eksitasi sesuai dengan frekuensi alami torsional

Frekuensi Alami Torsi

Setiap sistem poros memiliki frekuensi alami torsi yang ditentukan oleh:

  • Kekakuan Torsi Poros: Tergantung pada diameter poros, panjang, dan modulus geser material
  • Inersia Sistem: Momen inersia komponen berputar yang terhubung (motor rotor, kopling, roda gigi, beban)
  • Beberapa Mode: Sistem kompleks memiliki beberapa frekuensi alami torsional
  • Efek Kopling: Kopling fleksibel menambah kepatuhan torsi, menurunkan frekuensi alami

Penyebab Utama Getaran Torsional

1. Torsi Variabel dari Mesin Reciprocating

Sumber yang paling umum dalam banyak aplikasi:

  • Mesin Diesel dan Bensin: Peristiwa pembakaran menciptakan torsi berdenyut
  • Perintah Penembakan: Menciptakan harmonik kecepatan mesin
  • Jumlah Silinder: Silinder yang lebih sedikit menghasilkan variasi torsi yang lebih banyak
  • Risiko Resonansi: Kecepatan operasi mesin mungkin bertepatan dengan kecepatan kritis torsional

2. Gaya Jaring Roda Gigi

Sistem roda gigi menghasilkan eksitasi torsi:

  • Frekuensi mesh roda gigi (jumlah gigi × RPM) menciptakan torsi osilasi
  • Kesalahan jarak gigi dan ketidakakuratan profil berkontribusi
  • Backlash roda gigi dapat menyebabkan beban benturan
  • Beberapa tahap roda gigi menciptakan sistem torsi yang kompleks

3. Masalah Motor Listrik

Motor listrik dapat menghasilkan gangguan torsi:

  • Frekuensi Melewati Tiang: Interaksi antara rotor dan stator menciptakan torsi berdenyut
  • Batang Rotor Rusak: Menciptakan pulsa torsi pada frekuensi slip
  • Penggerak Frekuensi Variabel (VFD): Peralihan PWM dapat membangkitkan mode torsi
  • Transien Awal: Osilasi torsi besar selama start-up motor

4. Variasi Beban Proses

Beban variabel pada peralatan yang digerakkan:

  • Peristiwa lonjakan kompresor
  • Kavitasi pompa menciptakan lonjakan torsi
  • Beban siklus pada mesin penghancur, penggilingan, dan pengepres
  • Gaya yang melewati bilah pada kipas dan turbin

5. Masalah Kopling dan Sistem Penggerak

  • Kopling yang aus atau rusak dengan permainan atau serangan balik
  • Sambungan universal yang beroperasi pada sudut yang menciptakan eksitasi torsi 2×
  • Slip dan getaran penggerak sabuk
  • Aksi poligon penggerak rantai

Tantangan Deteksi dan Pengukuran

Mengapa Getaran Torsi Sulit Dideteksi

Tidak seperti getaran lateral, getaran torsional menghadirkan tantangan pengukuran yang unik:

  • Tidak Ada Perpindahan Radial: Akselerometer standar pada rumah bantalan tidak mendeteksi gerakan torsional murni
  • Amplitudo Sudut Kecil: Amplitudo tipikal adalah pecahan derajat
  • Peralatan Khusus yang Diperlukan: Memerlukan sensor getaran torsional atau analisis yang canggih
  • Sering Terabaikan: Tidak termasuk dalam program pemantauan getaran rutin

Metode Pengukuran

1. Pengukur Regangan

  • Dipasang pada sudut 45° terhadap sumbu poros untuk mengukur regangan geser
  • Membutuhkan sistem telemetri untuk mengirimkan sinyal dari poros yang berputar
  • Pengukuran langsung tegangan torsi
  • Metode paling akurat tetapi rumit dan mahal

2. Sensor Getaran Torsi Probe Ganda

  • Dua sensor optik atau magnetik mengukur kecepatan di lokasi poros yang berbeda
  • Perbedaan fase antara sinyal menunjukkan getaran torsional
  • Pengukuran non-kontak
  • Dapat dipasang sementara atau permanen

3. Vibrometer Torsi Laser

  • Pengukuran optik variasi kecepatan sudut poros
  • Non-kontak, tidak memerlukan persiapan poros
  • Mahal tapi ampuh untuk pemecahan masalah

4. Indikator Tidak Langsung

  • Analisis tanda arus motor (MCSA) dapat mengungkap masalah torsi
  • Pola keausan kopling dan gigi roda gigi
  • Lokasi dan orientasi retak lelah poros
  • Pola getaran lateral yang tidak biasa yang mungkin terkait dengan mode torsional

Konsekuensi dan Mekanisme Kerusakan

Kegagalan Kelelahan

Bahaya utama getaran torsional:

  • Kegagalan Poros: Retakan kelelahan biasanya pada sudut 45° terhadap sumbu poros (bidang tegangan geser maksimum)
  • Kegagalan Kopling: Keausan gigi kopling roda gigi, kelelahan elemen fleksibel
  • Kerusakan Gigi Roda Gigi: Dipercepat oleh osilasi torsional
  • Kerusakan Kunci dan Alur Pasak: Fretting dan keausan akibat torsi osilasi

Karakteristik Kegagalan Torsional

  • Seringkali terjadi secara tiba-tiba dan membawa bencana tanpa peringatan
  • Permukaan fraktur pada sudut sekitar 45° terhadap sumbu poros
  • Tanda pantai pada permukaan patahan menunjukkan perkembangan kelelahan
  • Dapat terjadi bahkan ketika tingkat getaran lateral dapat diterima

Masalah Kinerja

  • Masalah kontrol kecepatan pada penggerak presisi
  • Keausan berlebihan pada gearbox dan kopling
  • Kebisingan akibat getaran roda gigi dan benturan kopling
  • Ketidakefisienan transmisi daya

Analisis dan Pemodelan

Analisis Torsi Selama Desain

Desain yang tepat memerlukan analisis torsi:

  • Perhitungan Frekuensi Alami: Tentukan semua kecepatan kritis torsional
  • Analisis Respons Paksa: Memprediksi amplitudo torsi pada kondisi operasi
  • Diagram Campbell: Tunjukkan frekuensi alami torsional vs. kecepatan operasi
  • Analisis Stres: Hitung tegangan geser bolak-balik pada komponen kritis
  • Prediksi Kehidupan Kelelahan: Perkirakan umur komponen di bawah beban torsional

Alat Perangkat Lunak

Perangkat lunak khusus melakukan analisis torsi:

  • Model massa tergabung multi-inersia
  • Analisis torsi elemen hingga
  • Simulasi domain waktu dari peristiwa sementara
  • Analisis harmonik domain frekuensi

Metode Mitigasi dan Pengendalian

Solusi Desain

  • Margin Pemisah: Pastikan frekuensi alami torsi berjarak ±20% dari frekuensi eksitasi
  • Pembasahan: Menggabungkan peredam torsi (peredam kental, peredam gesekan)
  • Kopling Fleksibel: Tambahkan kepatuhan torsional ke frekuensi alami yang lebih rendah di bawah rentang eksitasi
  • Penyetelan Massal: Tambahkan roda gila atau modifikasi inersia untuk menggeser frekuensi alami
  • Perubahan Kekakuan: Ubah diameter poros atau kekakuan kopling

Solusi Operasional

  • Pembatasan Kecepatan: Hindari pengoperasian terus-menerus pada kecepatan kritis torsional
  • Akselerasi Cepat: Melewati kecepatan kritis dengan cepat saat memulai
  • Manajemen Beban: Hindari kondisi yang menimbulkan mode torsi
  • Penyetelan VFD: Sesuaikan parameter penggerak untuk meminimalkan eksitasi torsional

Pemilihan Komponen

  • Kopling Redaman Tinggi: Kopling elastomerik atau hidrolik yang menghilangkan energi torsi
  • Peredam Torsi: Perangkat khusus untuk penggerak mesin resiprokal
  • Kualitas Perlengkapan: Roda gigi presisi dengan toleransi ketat mengurangi eksitasi
  • Bahan Poros: Bahan dengan kekuatan lelah tinggi untuk poros kritis torsional

Aplikasi dan Standar Industri

Aplikasi Kritis

Analisis torsi sangat penting untuk:

  • Penggerak Mesin Bolak-balik: Generator diesel, kompresor mesin gas
  • Poros Penggerak Panjang: Penggerak laut, pabrik penggilingan
  • Gearbox Daya Tinggi: Turbin angin, penggerak roda gigi industri
  • Penggerak Kecepatan Variabel: Aplikasi motor VFD, sistem servo
  • Sistem Multi-Tubuh: Sistem penggerak yang kompleks dengan beberapa mesin yang terhubung

Standar yang Relevan

  • API 684: Dinamika rotor termasuk prosedur analisis torsi
  • API 617: Persyaratan torsi kompresor sentrifugal
  • API 672: Analisis torsi kompresor resiprokal paket
  • ISO 22266: Getaran torsional mesin berputar
  • VDI 2060: Getaran torsi pada sistem penggerak

Hubungan dengan Jenis Getaran Lainnya

Meskipun berbeda dengan getaran lateral dan aksial, getaran torsional dapat berpasangan dengan keduanya:

  • Kopling Lateral-Torsional: Dalam geometri tertentu, mode torsi dan lateral berinteraksi
  • Jaring Gigi: Getaran torsional menciptakan beban gigi yang bervariasi yang dapat menimbulkan getaran lateral
  • Sambungan Universal: Ketidaksejajaran sudut menggabungkan masukan torsi dengan keluaran lateral
  • Tantangan Diagnostik: Tanda-tanda getaran kompleks mungkin memiliki kontribusi dari berbagai jenis getaran

Memahami dan mengelola getaran torsional sangat penting untuk keandalan pengoperasian sistem transmisi daya. Meskipun kurang mendapat perhatian dibandingkan getaran lateral dalam pemantauan rutin, analisis getaran torsional sangat penting selama perancangan dan pemecahan masalah sistem penggerak daya tinggi atau presisi di mana kegagalan torsional dapat berakibat fatal.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp