ISSN  0216-7492

## STUDI EKSPERIMENTAL VIBRASI TORSIONAL DENGAN VARIASI PUTARAN PADA RODA GIGI LURUS
Purwatmo 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Syahrul Abda 4 , Farida Ariani 5
1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail : purwatmoo@ymail.com
Sejalan  dengan  perkembangan  teknologi,  pendeteksian  getaran  mesin  dengan  metode  klasik  yaitu interaksi  antara  manusia  (operator)  dan  mesin  dengan  cara  mendengarkan  suara  mesin  dan menyentuh/meraba  ( hearing  and  touching )  tidak  lagi  handal  untuk  dilakukan,  karena  mesin-mesin modern dirancang berjalan secara otomatis dan beroperasi pada putaran dan kecepatan tinggi. Untuk itu  dibutuhkan  peralatan  uji  ataupun  peralatan  pengukur  sebagai  bagian  proses  kegiatan Condition Based  Maintenance (CBM).  Penelusuran  getaran  yang  terjadi  pada  mesin  dapat  berupa  getaran translasi maupun rotasi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh variasi putaran terhadap getaran  torsional.  Instrumen  eksperimental  ini  dilakukan  dengan  menggunakan Vibrometer    laser ometron VQ-400-A-F. Roda gigi yang distudi adalah roda gigi lurus dengan jumlah gigi 36.
Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  nilai  getaran  torsional  pada  kecepatan  400  rpm  sebesar 0,000822726 kg.m.s dan getaran torsional pada  putaran 1200 rpm sebesar 0,000307676 kg.m.s, dapat disimpulkan  bahwa  semakin  besar  kecepatan  putaran  pada  mesin  maka  semakin  kecil  getaran torsional yang dihasilkan.
Kata  kunci:  Roda  gigi , Deteksi  kerusakan, Vibration  torsional,  Predictive maintenance,  Vibration monitoring.

## 1. PENDAHULUAN
Getaran torsional adalah gerakan sudut yang menimbulkan puntiran pada poros, gerakan osilasi  ditumpangkan  pada  gerak  rotasi  stabil  dari  sebuah  mesin  yang  berputar.  Meskipun getaran ini tidak dapat diteksi dengan alat ukur khusus, amplitudonya dapat merusak. Sebagai contoh sepasang roda gigi yang mengubah kecepatan sistem transmisi daya mengirimkan ke casing.  Demikian  pula,  mekanisme  mesin  silinder  dalam  suatu  mesin  kompresor mengkonversi  torsi  untuk  kekuatan  radial  yang  dapat  dilihat  oleh  persepsi  manusia  tetapi tidak terukur karena ketidakpekaan alat uji dan latar belakang kebisingan. Jika gear box atau mesin  torak  adalah  bagian  dari drive  train ,  kelebihan  kebisingan  dan  getaran  dapat menunjukkan  masalah.  Standar  dan  metode  pengukuran  yang  berhubungan  dengan  besaran yang diterima getaran radial, gerak jarang menjadi perhatian dengan getaran torsional kecuali mempengaruhi fungsi sistem. Tekanan ini yang mempengaruhi integritas struktural dan umur komponen dengan demikian menentukan besarnya yang diijinkan getaran torsional. Gerakan getaran  torsional  dapat  menghasilkan  tegangan  yang  menyebabkan  kelelahan  logam.  Selain itu,  faktor  konsentrasi  tegangan  diasosiasikan  dengan  komponen  mesin  untuk  mengurangi efektivitas bahan beban [1].
Dari  itu  penulis  melakukan  penelitian  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  putaran terhadap getaran torsional pada transmisi roda gigi lurus.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Karakteristik Getaran
Getaran secara teknik didefenisikan sebagai gerak osilasi dari suatu objek terhadap posisi objek  awal/diam.    Kondisi  getaran  suatu  mesin  dan  masalah-masalah  mekanik  yang  terjadi dapat  diketahui  dengan  mengukur  karakteristik  getaran  yang  timbul.  Karakteristik  utama getaran yaitu:
ISSN  0216-7492
1) Frekuensi  merupakan  karakteristik  dasar  pengukuran  dan  menggambarkan  jumlah gerak osilasi tiap detik.
2) Perpindahan mengindikasikan berapa jauh suatu objek bergetar
3) Kecepatan mengindikasikan berapa cepat objek bergetar
4) Percepatan mengindikasikan suatu objek bergetar terkait dengan gaya penyebab getaran

## 2.2. Gerak Harmonik
Getaran dari sebuah mesin merupakan resultan dari sejumlah getaran individu komponen yang  muncul.  Setiap  komponen  individu  yang  bergetar  memiliki  gerak  periodik.  Gerakan akan  berulang  pada  periode  waktu  pengulangan  ( τ) disebut  perioda  osilasi  diukur  dalam satuan detik dan kebalikannya adalah frekuensi dengan rumusan [2]:
 1 = f .............................(2.1)
Frekuensi lingkaran atau kecepatan sudut dapat dihitung dengan rumus:
f     2 1 2 = = ..................(2.2)
Kecepatan sudut ( ω) biasanya diukur dalam radian per detik (rps). Bentuk sederhana dari  gerak  periodik  adalah  gerak  harmonik,  pada  gerak  harmonik,  hubungan  antara perpindahan maksimum dan waktu dinyatakan dengan:
t A x  sin = ........................(2.3)
Kecepatan  dalam  gerak  harmonik  berdasarkan  persamaan  (2.3)  dapat  diperoleh  dari  hasil diferensial perpindahan terhadap waktu, yaitu:
t A x dt dx   cos = =  ...........(2.4)
Sedangkan percepatan harmonik diperoleh dari hasil diferensial kecepatan terhadap waktu:
t A x dt d   sin 2 2 2 − = =   ..... (2.5)
Amplitudo melekat pada ketiga besaran perpindahan, kecepatan, dan percepatan.

## 2.3. Getaran Torsional
Penelusuran  getaran  yang  terjadi  pada  mesin  dapat  berupa  getaran  translasi  maupun rotasi. Getaran translasi dapat terjadi dalam arah lateral ataupun aksial. Getaran lateral terjadi pada  arah  tegak  lurus  sumbu  poros,  sedangkan  getaran  aksial  terjadi  dalam  searah  sumbu poros. Getaran rotasi merupakan getaran yang terjadi dalam arah putar sering disebut sebagai getaran torsional. Getaran torsional adalah getaran penyimpangan sudut periodik yang terjadi diakibatkan bekerjanya eksitasi gaya torsi ( momen ) pada poros elastis. Osilasi torsional pada poros berdasarkan perumusan sebagai berikut:
lpG L M t = ) (  ...................(2.6)
Ekuivalen getaran linear dan torsional dapat dilihat pada Gambar 2.1.

## Gambar.2.1. Ekuivalen getaran linear dan torsional

## 2.4. Roda Gigi lurus
Roda  gigi    digunakan  untuk  mentransmisikan  daya    dan  putaran  yang  tepat,  sering digunakan  karena  dapat  meneruskan  putaran  dan  daya  yang  lebih  bervariasi  dan  tepat daripada  menggunakan  alat  transmisi  yang  lainnya,  selain  itu  rodagigi  juga  memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu [3]:
- Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar.
- Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana.
- Kemampuan menerima beban lebih tinggi.
- Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil.
- Kecepatan  transmisi  rodagigi  dapat  ditentukan  sehingga  dapat  digunakan  dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian  ini  dilaksanakan  sejak  tanggal  22  Mei  2014  pengesahan  usulan  oleh pengelola program studi sampai dinyatakan selesai yang direncanakan berlangsung selama ± 4 bulan. Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Research Center Noise/Vibration Control and  Knowledge  Based  in  Engineering ,  Program  Magister  Teknik  Mesin,  Fakultas  Teknik, Universitas Sumatera Utara

## 3.2. Peralatan Subjek Penelitian
Subjek  penelitian  ini  adalah  pompa  sentrifugal  yang  dipasang  sesuai  model  instalasi sederhana skala laboratorium.
Tabel.3.1 Daftar spesifikasi perangkat penelitian
No Nama Spesifikasi Jumlah 1 Meja Uk. 500x500x500. 1 unit 2 Poros Ø 20x300 mm 1 buah 3 Poros Ø 20x500 mm 1 buah 4 Pillow Block bearing NTN, Tipe P204 4 unit 5 Dudukan pillow block bearing 40 x 100 x 127 mm 4 unit 6 Spur gear Z= 33, M= 2,5 2 buah 7 V-Pulli Ø 60 mm, Tipe-A 2 buah 8 V-belt Mitsubosi, 1 Buah
A39
9 Elektromotor LM-MOTOR, 1Hp(0,75KW), 1380 rpm 1 unit 10 Inverter Sumitomo 1 HP 1 unit
Gambar 3.1 kontruksi alat penelitian A. Peralatan pengukuran
1. Vibrometer laser Ometron VQ-400-A-F untuk Mengukur getaran pada rodagigi.
2. Tachometer DT-2236 untuk Mengukur Rpm pada poros
3. Jangka Sorong dengan Akurasi 0,02 mm untuk Mengukur kesejajaran antar poros.
4. Labjack UE-9Pro untuk Mengubah sinyal getaran menjadi data digital
5. Laptop dengan dilengkapi software Matlab untuk  Mengolah data digital.
Gambar 3.2 Vibration meter Ometron VQ400AF Gambar 3.3 Tachometer DT2236

## 3.3. Metodologi
Metode  pengujian  rencananya  dilakukan  yaitu  pengujian  langsung,  dimana  pada pengujian ini, seluruh  variabel nilainya didapat dari hasil pengukuran dan digunakan bahan pengamatan  atau  analisis.  Pada  pengujian  ini  variabel  yang  digunakan  terdiri  dari  sinyal getaran dan fenomena getaran.
Penyelidikan  sinyal  getaran  yang  timbul  akibat  variasi  putaran,  gaya-gaya  yang  di timbulkan roda  gigi, dengan titik pengukuran searah Horizontal, Vertikal, dan Aksial dengan kecepatan  400rpm,  500rpm,  600rpm,  700rpm,  800rpm,  900rpm,  1100rpm  dan  1200rpm. Pengukuran dilakukan pada titik yang telah ditentukan dengan pengambilan berdasarkan time domain, dimana titik berat pengukuran berada pada roda gigi.
Set  up peralatan  pengujian  dilakukan  untuk  memperoleh  data  eksperimental  sebagai berikut:
a. Hubungkan Vibrometer dengan power supplay dan labjack.
b. Hubungkan Labjack dengan Vibrometer dengan menggunakan probe analog.
c. Hubungkan labjack ke PC dengan mengunakan USB cable. d. Pasang  dan  operasikan vibrometer dengan  tegangan  12  Volt/1A  yang  arusnya  diatur melaui power supplay.
e. Kondisikan jarak antara vibrometer dengan roda gigi dengan jarak 376 mm.
f. Arahkan vibrometer  laser kearah  roda  gigi  kemudian  arahkan  lasernya  pada  posisi Horizontal, Vertikal, dan Aksial.
g. Hidupkan motor untuk mengerakkan roda gigi.
h. Pada  arah  Horizontal  lakukan  pengambilan  data  dengan  kecepatan  putaran  yaitu 400rpm,  500rpm,  600rpm,  700rpm,  800rpm,  900rpm,  1000rpm,  1100rpm  dan 1200rpm  dengan  menggunakan  inverter.  Lakukan  hal  yang  sama  pada  arah  Vertikal dan Aksial.
Gambar 3.5. Rangkaian analisa pengukuran data getaran

## 3.4. Variabel Yang Diamati
Sesuai  dengan  maksud  penelitian,  variable  ini    menjadi  focus  perhatian  yang  perlu dikondisikan  untuk  pengolahan  data  guna  mendapatkan  suatu  hasil  yang  mendekati sempurna.
Adapun variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah :
1. Pada saat pemasangan roda gigi, poros harus sejajar dan di ukur dengan jarak yang sama antara poros penggerak dengan poros yang digerakkan menggunakan vernier calliper .
2. Jarak Vibrometer laser ometron VQ-400-A-F ke roda gigi.
3. Putaran motor yang di ubah dengan inverter.
4. Getaran pada  roda gigi lurus.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hubungan Putaran Dengan getaran torsional roda gigi
Hubungan putaran terhadap getaran torsional dapat dilihat pada gambar 4.3 berikut ini .
Gambar 4.1.  Torsional vibration vs rpm pada roda gigi normal
Jika  dilihat  dari  grafik  4.1.  di  atas  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  kecepatan  putaran mesin  mempengaruhi  getaran  torsional  yang  terjadi.  Semakin  besar  kecepatan  putaran  pada mesin maka getaran torsionalnya akan semakain kecil.

## 5. KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1. Kesimpulan
Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  nilai  getaran  torsional  pada  kecepatan  400  rpm sebesar  0,000822726  kg.m.s  dan  getaran  torsional  pada    putaran  1200  rpm  sebesar 0,000307676  kg.m.s,  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin  besar  kecepatan  putaran  pada mesin maka semakin kecil getaran torsional yang dihasilkan.

## 5.2. Saran
Untuk  pengembangan  lebih  lanjut  dalam  penelitian  selanjutnya,  maka  dapat disampaikan saran-saran sebagai berikut:
• Penelitian selanjutnya gunakan alat uji khusus untuk vibration torsional.
• Penelitian  selanjutnya  menggunakan  variasi  kekentalan  pelumas  untuk  mengurangi getarannya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].Timothy  R.  Griffin  “ Computer-Aided  Design  Software  for  Torsional  Analysis ” Mechanical  Engineering  Faculty  of  the  Virginia  Polytechnic  Institute  and  State University. Blacksburg, Virginia. March 5, 1998.
ISSN  0216-7492
[2].Scheffer,  C.  dan  Girdhar  P. Practical  Machinery  Vibration  Analysis  and  Predictive Maintenance . Netherlands, IDC Technologies. 2004.
[3].Spotts  M.  F,  “ Design  Of  Machine  Elements ”  Fifth  Edition,  Mechanical  Engineering Departement The Technological Institute Northwestern niversity