Studi Eksperimental Sinyal Vibrasi Torsional Pada Transmisi Roda Gigi Lurus Dengan Variasi Putaran

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL SINYAL VIBRASI TORSIONAL

PADA TRANSMISI RODA GIGI LURUS DENGAN VARIASI

PUTARAN

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

PURWATMO

100401002

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2014

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

ABSTRAK

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 CBM. Penelusuran getaran yang terjadi pada mesin dapat berupa getaran translasi maupun rotasi. Penelitian ini bertujuan menganalisis getaran torsional sebagai bukti adanya peningkatan getaran yang dipengaruhi variasi putaran dan penyimpangan sumbu poros pada sistem transmisi roda gigi lurus. Metode penelitian eksperimental ini dilakukan dengan menggunakan Vibrometer laser

ometron VQ-400-A-F. Roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus dengan

jumlah gigi 36. Dengan kondisi roda gigi normal, roda gigi aus, roda gigi sompel, dan roda gigi patah yang dipasangkan secara bergantian dengan roda gigi penggerak. Dengan pengambilan data pada kecepatan 400rpm, 500rpm, 600rpm, 700rpm, 800rpm, 900rpm, 1000rpm, 1100rpm, dan 1200rpm. Hasil penelitian menunjukan bahwa amplitudo maksimum pada roda gigi normal sebesar 0.161763 mm/s, sedangkan pada roda gigi yang mengalami kerusakan (aus, pecah, dan patah) mempunyai amplitudo maksimum sebesar 2.4547 mm/s. Dapat disimpulkan bahwa kerusakan yang terjadi pada roda gigi mempengaruhi besarnya amplitudo yang dihasilkan oleh roda gigi. Penelitian menunjukkan bahwa kecepatan putaran dari motor mempengaruhi besarnya amplitudo yang dihasilkan oleh roda gigi lurus. Semakin besar kecepatannya maka semakin meningkat amplitudonya.

Kata kunci: Roda gigi, Deteksi kerusakan, Vibration torsional, Predictive maintenance, Vibration monitoring.

(8)

ABSTRACT

In line with developments in technology, vibration detection engine with classical methods, namely the interaction between man (operator) and the engine by means

of listening to the sound of the engine, hearing and touching isn’t longer reliable

to do, because modern engines are designed runs automatically and operates at high speed rotation, for the required test equipment or measuring equipment as part of the CBM activities. Search vibration that occurs in the machine can be translational and rotational vibration. This study aims to analyze the torsional vibration as evidence of an increase in vibration that influenced variation and deviation axis rotation shaft on the transmission system of spur gear. The method of experimental research was conducted using a laser Vibrometer ometron VQ-400-AF. Gear used is spur gear to the number of gear 36. In normal conditions of gears, gear wear, gear fracture, and broken gears alternately paired with the drive gear. By collecting data at a speed of 400rpm, 500rpm, 600rpm, 700rpm, 800rpm, 900rpm, 1000rpm, 1100rpm, and 1200rpm. The results showed that the maximum amplitude normal gears of 0.161763 mm/s, while the gears are damaged (wear, fracture, and broken) has a maximum amplitude of 2.4547 mm/s. It can be concluded that the damage to the gears affect the magnitude of the amplitude produced by gears. Research shows that the speed rotation of the motor influences the amplitude generated by a spur gear. The greater of the speed, the increasing amplitude.

Keywords: Gears, damage detection, torsional vibration, predictive maintenance, vibration monitoring.

(9)

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia berupa kesehatan sehingga saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penyusunan skripsi ini merupakan suatu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik (ST) di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Skripsi ini adalah “Studi Eksperimental Sinyal Vibrasi Torsional Pada Transmisi Roda Gigi Lurus Dengan Variasi Putaran”. Selama penulisan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Kedua Orang tua saya yang telah memberikan segala sesuatunya dengan penuh ikhlas.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah sabar dan banyak memberikan arahan, bimbingan, nasehat, dan pelajaran berharga hingga Skripsi ini dapat terselesaikan.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Richard dan bapak sukendi selaku team research yang telah banyak memberi bimbingan dan nasehat.

5. Saudara Toto Wibowo, Irwan Rosyadi, Yogi aldiansyah, Nazwir Fahmi, Afrizal Nurfi, Jeffry Machmuriza, Budi Harry Cipta dan teman-teman mahasiswa Mesin USU khususnya untuk stambuk 2010, kemudian penulis juga menucapkan kepada abangda Fadly Kurniawan selaku coordinator laboratorium NVC yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi ini.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai

(10)

ii manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya.

Medan, Desember 2014 Penulis,

Purwatmo

(11)

iii

DAFTAR NOTASI ...xii

BAB I PEN DAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang ...1

1.2. Tujuan Penelitian ...4

1.3. Perumusan Masalah ...5

1.4. Manfaat Penelitian ...5

1.5. Batasan Masalah...5

1.6. Sistematika Penulisan ...5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...7

2.1. Analisa Getaran ...7

2.1.1. Karakteristik Getaran ...8

2.1.2. Gerak Harmonik ...10

2.1.3. Gerak Periodik ...11

2.1.4. Getaran Bebas (Free Vibration) ...13

2.1.4.1. Free Vibration Tanpa Redaman ...14

2.1.4.2. Free Vibration Dengan Redaman ...15

(12)

iv

2.1.5. Getaran Paksa (Force Vibration) ...17

2.1.5.1 Force Vibration Tanpa Redaman ...17

2.1.5.2. Force Vibration Dengan Redaman ...18

2.2. Getaran Torsional ...19

2.3. Teori Dasar Roda Gigi Lurus ...20

2.3.1 Perbandingan Putaran ...21

2.3.2. Model Dinamis Roda Gigi Lurus ...24

2.4. Parameter Pengukuran ...26

2.5. Standart Pengukuran Getartan ...27

2.6. Pengolahan Data Vibrasi ...29

2.6.1. Time Domain...29

BAB III METODE PENELITIAN ...30

3.1. Tempat Penelitian...30

3.2. Bahan Dan Alat ...30

3.2.1. Bahan ...30

3.2.2. Alat Yang Digunakan ...32

3.3. Metode Penelitian...36

3.4. Set Up Peralatan ...37

3.5. Pengolahan Analisa Data ...38

3.6. Variabel Yang Diamati ...39

3.7. Pelaksanaan Penelitian ...39

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ...41

4.1.Perhitungan Getaran Roda Gigi Lurus ...41 4.2.Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi LurusDengan

(13)

v

Variasi Putaran...41

4.2.1.Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Normal...41

4.2.2.Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Aus ...46

4.2.3.Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Patah ...51

4.2.4.Karakteristik Getaran Pada Roda Gigi Sompel...56

4.3.Simpangan Terbesar (Amplitudo) ...61

4.3.1.Simpangan Maksimum (Amplitudo) 400rpm ...61

4.4.Gaya-Gaya Pada Roda Gigi Lurus ...70

4.5.Getaran Torsional ...72

4.5.1.Getaran Torsional Roda Gigi Normal 400rpm ...72

4.5.2.GetaranTorsional Roda Gigi Aus 400rpm ...79

4.5.3.Getaran Torsional Roda Gigi Sompel 400rpm ...86

4.5.4.Getaran Torsional Roda Gigi Patah 400rpm ...93

4.6.Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Roda Gigi ...100

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...102

5.1. Kesimpulan ...102

5.2. Saran ...102

DAFTAR PUSTAKA ...103

LAMPIRAN

(14)

vi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2. 1. Satuan Yang Digunakan Tiap Karakteristik ... 10

Tabel 2. 2. Panduan Pemilihan Parameter Pengukuran ... 26

Tabel 2.4. Pedoman Bagi Kelayakan Permesinan ISO 2732 ... 27

Tabel 3.1. Bahan Yang Digunakan Penelitian ... 30

Tabel 4. 1.Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm ... 42

Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Normal Pada Putaran 400Rpm ... 44

Table4.3. Hasil Perhitungan Displecement Roda Gigi Normal Pada Putaran 400Rpm ... 45

Table 4.4. Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm ... 47

Table 4.5. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm ... 49

Table 4.6. Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Aus Pada Putaran 400Rpm ... 50

Table 4.7. Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm ... 52

Table 4.8. Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm ... 54

Table 4.9. Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Pada Putaran 400 Rpm ... 55

(15)

vii Table 4.10. Hasil Pengukuran Velocity Roda Gigi Sompel Pada

Putaran 400 Rpm ... 57

Table 4.11 Hasil Perhitungan Acceleration Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm ... 59

Table 4.12. Hasil Perhitungan Displacement Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm ... 60

Tabel 4.13. Amplitudo Maksimum Roda Gigi ... 62

Tabel 4.14. Amplitudo Maksimum 500rpm ... 63

Tabel 4.21. Amplitudo Maksimum1200rpm ... 69

Tabel 4.22. Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi Normal 400rpm ... 73

Tabel 4.23. Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Normal 400rpm ... 74

Tabel 4.24 Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Normal 400rpm ... 75

Tabel 4.25. Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Normal 400rpm ... 77

Tabel 4.26. Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi Aus 400rpm ... 80

Tabel 4.27. Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Aus 400rpm ... 81

(16)

viii Tabel 4.28. Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Aus 400rpm ... 82

Tabel 4.29. Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Aus 400rpm ... 83

Tabel 4.30. Hasil Perhitungan Angular Displacement Roda Gigi

Sompel 400rpm ... 87

Tabel 4.31. Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Sompel 400rpm ... 88

Tabel 4.32. Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Sompel 400rpm ... 89

Tabel 4.33. Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Sompel 400rpm ... 90 ...

Tabel 4.34. Hasil Angular Displacement Roda Gigi Patah 400rpm ... 93

Tabel 4.35. Hasil Perhitungan Angular Velocity Roda Gigi Patah 400rpm ... 95

Tabel 4.36. Hasil Perhitungan Angular Acceleration Roda Gigi Patah 400rpm .. 96

Tabel 4.37. Hasil Perhitungan Torsional Vibration Roda Gigi Patah 400rpm ... 97

Tabel 4.38. Torsional Vibration Vs Rpm Pada Roda Gigi Normal ... 100

(17)

ix DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Sistem Getaran Sederhana ... 9

Gambar 2.2. Hubungan Antara Perpindahan, Kecepatan Dan Percepatan Getaran ... 9

Gambar 2.3. Skematik Phase Getaran ... 9

Gambar 2.4. Gerak Periodik Gelombang Sinyal Segi Empat Dan Gelombang Pembentuknya Dalam Domain Waktu ... 12

Gambar 2.5. Pegas Linier ... 13

Gambar 2.6. Redaman ... 14

Gambar 2.7. Benda Tegar ... 14

Gambar 2.8. Sistem 1 Dof Tanpa Redaman ... 15

Gambar 2.9. Sistem Pegas Massa Dan Diagram Benda Bebas ... 16

Gambar 2.10. Sistem Teraksitasiakibat Gaya Tanpa Redaman ... 17

Gambar 2. 11 Sistem Teraksitasi Akibat Gaya Dengan Redaman... 18

Gambar 2. 12 Ekuivalen Getaran Linear Dan Torsional... 20

Gambar 2. 13 Roda Gigi Lurus ... 21

Gambar 2. 14 Bagian-Bagian Dari Roda Gigi Lurus ... 24

Gambar 2. 15 Model Dinamis ... 25

Gambar 2. 16 Karakteristik Sinyal Statik Dan Dinamik ... 29

Gambar 3.1 Konstruksi alat uji ... 31

Gambar 3.2 Roda gigi normal ... 31

Gambar 3.3 Roda gigi aus ... 31

Gambar 3.4 Roda gigi sompel ... 32

Gambar 3.5 Roda gigi patah... 32

Gambar 3.6 Vibrometer Laser Ometron Vq-400-A-F ... 32

Gambar 3.7 Labjack U3-Lv ... 32

Gambar 3.8 Probe Analog Dan Usb Cable ... 33

Gambar 3.9 Tachometer ... 33

(18)

x

Gambar 3.10 Kabel USB... 33

Gambar 3.11 Power Supplay... 34

Gambar 3.12 Tripod ... 34

Gambar 3.13 Voltmeter ... 35

Gambar 3.14 Vernier Calliper ... 35

Gambar 3.15 Kunci Pas... 35

Gambar 3.16 Kunci L ... 36

Gambar 3.17 Meteran... 36

Gambar 3.18 Rangkaian Analisa Pengukuran Data Getaran ... 37

Gambar 3.19 Pengukuran Time Domain ... 38

Gambar 3.20 Diagram Alir Proses Pelaksanaan ... 40

Gambar 4.1 Velocity Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm ... 42

Gambar 4.2 Acceleration Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm ... 45

Gambar 4.3 Displecement Roda Gigi Normal Pada Putaran 400 Rpm ... 46

Gambar 4.4 Velocity Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm ... 47

Gambar 4.5 Acceleration Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm ... 50

Gambar 4.6 Displecement Roda Gigi Aus Pada Putaran 400 Rpm ... 51

Gambar 4.7 Velocity Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm ... 52

Gambar 4.8 Acceleration Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm ... 55

Gambar 4.9 Displecement Roda Gigi Patah Pada Putaran 400 Rpm ... 56

Gambar 4.10 Velocity Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm ... 57

Gambar 4.11 Acceleration Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm ... 60

Gambar 4.12 Displecement Roda Gigi Sompel Pada Putaran 400 Rpm... 61

Gambar 4.13 Grafik Amplitudo Maksimum 400rpm ... 62

Gambar 4.14 Grafik Amplitudo Maksiamum 500rpm ... 63

Gambar 4.15 Grafik Amplitude Maksimum 600rpm ... 64

(19)

xi

Gambar 4.22 Angular Displacement Roda Gigi Normal 400rpm... 74

Gambar 4.23 Angular Velocity Roda Gigi Normal 400rpm ... 75

Gambar 4.24 Angular Acceleration Roda Gigi Normal 400rpm ... 76

Gambar 4.25 Torsional Vibration Roda Gigi Normal 400rpm ... 77

Gambar 4.26 Angular Displacement Roda Gigi Aus 400rpm ... 80

Gambar 4.27 Angular Velocity Roda Gigi Aus 400rpm ... 82

Gambar 4.28 Angular Acceleration Roda Gigi Aus 400rpm ... 83

Gambar 4.29 Torsional Vibration Roda Gigi Aus 400rpm... 84

Gambar 4.31 Angular Displacement Roda Gigi Sompel 400rpm... 87

Gambar 4.32 Angular Velocity Roda Gigi Sompel 400rpm ... 89

Gambar 4.33 Angular Acceleration Roda Gigi Sompel 400rpm ... 90

Gambar 4.34 Torsional Vibration Roda Gigi Sompel 400rpm ... 91

Gambar 4.35 Angular Displacement Roda Gigi Patah 400rpm ... 94

Gambar 4.36 Angular Velocity Roda Gigi Patah 400rpm ... 95

Gambar 4.37 Angular Acceleration Roda Gigi Patah 400rpm ... 96

Gambar 4.38 Torsional Vibration Roda Gigi Patah400rpm ... 98

Gambar 4.39 Grafik Hubungan Putaran Dengan Amplitudo Roda Gigi Normal ... 100

Gambar 4.40. Torsional Vibration Vs Rpm Pada Roda Gigi Normal ... 101

(20)

xii

D Diameter rodagigi (mm)

Diameter tusuk (mm)

F Gaya (N)

f Frekuensi (Hz)

k Kekakuan / stiffness (N/m)

m Massa (kg)

n Putaranrodagigi (rpm)

N Daya W

t Waktu (s)

Perioda (s)

Kecepatan gelinding (m/s)

Kecepatan sudut (rad/s)

w Berat (N)

Frekuensi natural (Hz)

Perpindahan / displacement (m)

Kecepatan / velocity (m/s)

Percepatan / acceleration (m/s2)

Rasio redaman

beda fase simpangan (o)

Massa jenis (kg/m3)

M Moment puntir (torsi) (N.m)