jurnal getaran mekanik

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 156 - 162

Kajian Teoritik Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan

Joni Dewanto

Dosen Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin - Universitas Kristen Petra

Abstrak

Getaran yang terjadi pada mesin-mesin biasanya menimbulkan efek yang tidak dikehendaki; seperti ketidaknyamanan, ketidak tepatan dalam pengukuran atau rusaknya struktur mesin.

Getaran terjadi karena adanya eksitasi baik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistem akan tetapi efek getaran yang ditimbulkannya sangat tergantung dari frekuensi eksitasi tersebut dan elemen-elemen dari sistem getaran itu sendiri.

Untuk meredam getaran yang terjadi dapat dilakukan dengan cara memasang sistem peredam dinamik pada sistem yang bergetar atau memasang sistem tersebut pada tumpuan yang baik sesuai dengan frekuensi eksitasinya.

Kata kunci : peredam getaran.

Abstract

Vibration that happen on machines usually produces unexpected effect, such as unconfortablelity and inaccuration mesurement or distruction on machine’s structure.

Effect of vibration due to both external or internal excitation is influence by this frequency of excitation and elements of vibration system its self.

An effort to damped this vibration effect can be done by attach a dynamic absorber to the system or by mounting the system on the proper suspension according to their axcitation frequency.

Keywords : vibration damping.

1. Pendahuluan

Getaran mekanik dapat didefinisikan seba-gai gerak osilasi dari sistem mekanik di sekitar titik/posisi seimbang. Getaran terjadi karena adanya gaya eksitasi. Hampir semua mesin yang bergerak akan bergetar meskipun mungkin intensitasnya sangat kecil. Karena secara praktis tidak mungkin menghilangkan eksitasi getaran sama sekali. Eksitasi dapat terjadi karena adanya ketidakseimbangan pada mesin itu sendiri atau dari sumber di luar mesin. Pada banyak hal biasanya terjadinya getaran sangat tidak diinginkan karena getaran dapat mengganggu kenyamanan, menimbulkan ketidak presisian atau menurunkan kwalitas kerja mesin-mesin perkakas. Bahkan getaran juga dapat merusak konstruksi mesin. Untuk itu banyak upaya dilakukan untuk meredam getaran. Meredam getaran pada dasarnya dapat dilakukan dengan meminimalkan gaya gaya eksitasi akan tetapi juga dapat dilakukan

Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1 Januari 2000. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan pada Jurnal Teknik Mesin Volume 2 Nomor 1 April 2000.

dengan memasang sistem peredam. Tulisan ini membahas bagaimana getaran yang terjadi karena gaya-gaya tersebut dapat diredam tanpa mengubah besarnya gaya eksitasi yang diberikan. Getaran yang dibahas dimodelkan sebagai sistem massa diskret dan dinyatakan sebagai persamaan gerak (simpangan) dari massa tersebut. Untuk itu meredam getaran berarti menurunkan simpangan massa yang terjadi karena gaya eksitasi getaran.

2. Elemen Sistem Getaran

Elemen-elemen dari sistem getaran ditun-jukkan sebagaimana gambar 1 di bawah. Masing-masing diidealisasikan sebagai massa (m), pegas (k), peredam ©, dan eksitasi (F). Tiga elemen pertama menunjukkan kondisi fisik dari sistem. Keadaan fisik suatu sistem dapat dinyatakan sebagai massa, pegas dan peredam yang tersusun misalnya seperti pada gambar 1. Massa (m) diasumsikan sebagai body kaku (rigid) yang tidak memiliki elastisitas dan redaman. Sebaliknya pegas juga dianggap hanya memiliki elastisitas (k) saja sehingga massa dan redamannya diabaikan. Demikian

¹⁵⁶                  Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

Kajian Teoritik Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan (Joni Dewanto)

halnya, peredam juga dianggap hanya memiliki sifat redaman saja.

massa kontinyu memiliki n derajat kebebasan yang tak berhingga. Ketiga model klasifikasi getaran tersebut ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 1. Elemen sistem getaran

Persamaan gerak massa (m) merupakan respon karena adanya eksitasi gaya (F). Karakteristik getaran biasanya ditunjukkan sebagai persamaan perpindahan, bukan per-samaan kecepatan ataupun persamaan per-cepatan dari massa (m).

Gaya pegas terjadi hanya jika terdapat defleksi relatif antara kedua ujung-ujungnya. Menurut hukum Hooke's besarnya gaya pegas sebanding dengan defleksi relatif tersebut. Konstanta kesebandingannya disebut konstan-ta pegas (k) dan dinyatakan dalam satuan gaya per satuan panjang. Untuk peredam viscous besarnya gaya redaman sebanding dengan kecepatan dan faktor kesebandingan disebut koefsien redaman ©.

3. Klasifikasi Getaran

Getaran dapat diklasifikasikan menurut ada tidaknya eksitasi yang bekerja secara kontinyu, menurut derajat kebebasannya atau menurut sistem massanya. Menurut klasifikasi yang pertama getaran dibedakan sebagai getaran bebas atau getaran paksa. Disebut sebagai getaran paksa jika pada sistem getaran terdapat gaya eksitasi periodik yang bekerja kuntinyu sebagai fungsi waktu. Pada sistem getaran bebas getaran terjadi karena adanya eksitasi sesaat seperti gaya impulsif atau adanya simpangan awal. Menurut derajat kebebasannya getaran dapat dibedakan sebagai getaran derajat satu, dua, atau n derajat sesuai dengan banyakya koordinat bebas (indepen-dence) yang diperlukan untuk mendefinisikan persamaan gerak sistem tersebut. Pada sistem getaran massa diskret setiap massa dianggap sebagai bodi kaku dan tidak mempunyai elastisitas. Sebaliknya pada sistem massa kontinu, massa yang bergetar tidak dianggap sebagai bodi kaku tetapi mempunyai elastisitas sehingga dimungkinkan adanya gerak relatif di antara titik-titik pada massa tersebut. Sistem

(a)    Sistem getaran bebas massa diskret dua derajat kebebasan

(b)    Sitem getaran paksa massa diskret satu derajat kebebasan

(c)    Sistem getaran paksa massa kontinyu

Gambar 2. Model klasifikasi getaran

4.  Sistem Getaran Paksa Massa Diskret Satu Derajat Kebebasan

Pada sistem getaran ini bekerja gaya eksitasi F yang merupakan fungsi sinus dengan amplitudo F0 dan frekuensi w. Persamaan gerak massa m sebagai respon dari adanya gaya tersebut dapat ditentukan dari analisa gaya-gaya yang bekerja pada massa m ketika posisinya tersimpang sejauh x dari posisi seimbang statisnya. Dalam kondisi keseimbang-an dinamis maka dapat disusun persamaan diferensial sebagai berikut :

mx&& + cx& + kx = F0 sin wt			(1)
dimana :
mx&&	=	Ggaya inersia massa
cx&	=	Gaya   redaman   viscous	(sebanding
		dengan kecepatan)
kx	=	Gaya pegas

dan x&& , x& dan x masing-masing adalah simpang-an, kecepatan dan percepatan massa m.

Persamaan diferensial (PD) di atas mem-punyai dua solusi masing-masing disebut sebagai solusi parsial (xp) dan komplementer (xk) dimana solusi umumnya x (t) = xp + xk. Solusi komplementer menyatakan persamaan kondisi transien, diperoleh dari solusi PD homogen. Sedang solusi parsial menyatakan persamaan kondisi steady, diperoleh dari solusi PD lengkap. Solusi PD homogen secara umum dapat dinyatakan sebagai xk = e^st. Dengan mensubstitusi harga xk dan turunan-turunanya pada PD homogen persamaan 1 maka diperoleh persamaan karakteristik sebagai berikut :

s2 + c/m s + k/m = 0

(2)

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra	157
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

Konstanta-konstanta A, B atau X dan j dapat ditentukan dari kondisi awal yang

§ Pada kondisi kurang teredam harga ( c/2m)2 < k/m dengan demikian s menjadi bilangan imajiner sehingga xk merupakan fungsi yang berosilasi dan meluruh karena ada suku

gerak transiennya adalah xk

dan akar-akar karakteristiknya dapat ditentu-kan sebagai berikut :

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 156 - 162

s_1,2 = -   ^c

2m

Jadi   solusi

	æ	c  ö		2	k
±	ç		÷	-
					m
	è	2m ø

komplementer   atau

_{= Ae} ^s1^t

Persamaan gerak untuk kondisi steady dapat dimisalkan sebagai xp = Xp sin (wt-q) Substitusi persamaan xp dan turunan-turunannya pada

₍₃₎             persamaan 1 maka diperoleh persamaan sbb :

-mw²Xpsin (wt-q) + cwXpcos (wt-q) + k Xpsin (wt-

persamaan	q) = Fo sin wt	(7)
	Dari  persamaan	tersebut  amplitudo  sim-
+ Be s2t
	pangan Xp dan sudut q masing masing dapat

ditentukan sebagai berikut :

X p =

Fo

dan

e-(c/2m)t.

(k - mw 2 )2 + (cw )2

q = tan -1

cw

§ Pada kondisi sangat teredam (over damped)

(8)

k - mw

harga (c/2m)2  > k/m sehingga s merupakan

bilangan riel dan xk bukan merupakan fungsi

Dengan w2n = k/m dan

z = c/ cc persamaan di

yang berosilasi.

atas

dapat

dinyatakan

dalam

bentuk

§ Pada

kondisi   redaman   kritis   koefisien

nondimensional sebagai berikut :

redaman   c   dinyatakan   sebagai   cc    dan

X p k

1

memenuhi persamaan (c/2m)2  = k/m = wn  (

=

dan

wn disebut frekuensi natural ).

Fo

é

æ

w

ö

2 ù

2

é

æ

w

öù

2

ê

ú

Selanjutnya

jika

z

didefinisikan  sebagai

ratio

ç

÷

+ ê2z

ç

÷

1

- ç

w

÷

ú

ç

w

÷ú

redaman z = c/cc  , maka persamaan (3) dapat

ê

è

n ø

ê

è

ú

ë

û

dinyatakan sebagai :

ë

n øû

æ

w

ö

2

2z

ç

÷

s

= (-z ±

z

-1)w

(4)

n

ç

÷

1,2

tanq =

è wn ø

(9)

Sehingga

untuk

gerak

berosilasi

kurang

æ

w

ö

teredam

dimana z< 1 maka persamaan gerak

1 -

ç

÷

pada kondisi transien dapat dinyatakan sbb :

ç

÷

èwn ø

x

æ

2

wnt + Be-i  1-z

2

ö

(5)

k

= e-zwnt ç Aei

1-z

wnt ÷

Sehingga

pada

kondisi

steady

massa  m

ç

÷

è

ø

bergetar dengan amplitudo tetap Xp dan dengan

Persamaan di atas juga dapat ditulis sebagai :

frekuensi

yang

sama

dengan

frekuensi

-zw

t

æ

ö

xk

= Xe

n

1 - z

2

wnt + j

(6)

eksitasinya.

sinç

÷

Solusi lengkap dari PD pada persamaan 1

è

ø

dapat ditulis sebagai :

diketahui  dan   w_n  1 - z ² menyatakan  freku-

ensi getaran teredam (wd). Kurva tersebut dapat ditunjukkan sebagaimana gambar 3 di bawah.

x(t) =

Fo

sin w

+

k   é

æ

w ö

2 ù2

é

w ù2

ê1 - ç

÷

ú +

2z

(10)

w

ú

ê

ç w

÷

ú

ê

ë

è

n ø

û

ë

n û

Xe^-zwn^t sin( 1 - z² w_n t + j)

5. Gerak Penopang

Pada beberapa kasus getaran, gaya eksitasi tidak bekerja pada massa m secara langsung akan tetapi diberikan melalui penopangnya. Kasus getaran ini terjadi misalnya ketika sebuah mobil melewati jalan yang ber-gelombang. Kondisi jalan yang bergelombang

_{Gambar 3. Getaran teredam z < 1}              memberi  eksitasi  getaran  pada  bodi  mobil melalui  sistem  penopang  atau  suspensinya.

¹⁵⁸                Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

Dalam bentuk eksponensial y, z dan x masing-amsing dapat ditulis sbb :

Jika z adalah simpangan relatif antara simpangan massa m dan penopangnya, maka z = x-y sehingga persamaan 11 dapat ditulis sebagai :

Katakanlah jalan yang bergelombang yang dilewati merupakan fungsi sinus y = Y sin 2p x/L. Y dan L masing-masing adalah amplitodo dan panjang gelombang jalan. Jika mobil bergerak dengan kecepatan konstan ke arah u maka, jarak u yang ditempuh mobil setelah t detik adalah u = v. t, dimana v adalah kecepatan mobil. Dengan demikian fungsi y dapat dinyatakan : y = Y sin 2p vt/L. Model ini dapat disederhanakan sebagaimana gambar 4

(b) dengan sebuah massa m mendapat eksitasi melalui penopangnya. Gaya eksitasi tersebut dapat dinyatakan sebagai y = Y sinwt dimana w = 2pv/L dan simpangan massa m adalah x. Diagram bodi bebas (DBB) massa m ketika tersimpang x dari posisi seimbangnya ditunjuk-kan pada gambar 4 (c). Dari DBB tersebut, maka dapat disusun PD :

Gambar 4. Gerak penopang

Kajian Teoritik Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan (Joni Dewanto)

Untuk  keperluan  analisis  kasus  ini  dapat

æ

w

ö

dimodelkan sebagaimana gambar 4.

1

+

ç

2z

÷

X

ç

÷

=

è

wn ø

(14)

Y

2

é

æ

w

ö

2

ù

é

w ù

2

ê

ú

-

ç

÷

+ ê2z

ú

1

ç

÷

ú

ê

è wn

ø

ë

wn û

ë

û

m&x& - c( y& - x&) - k ( y - x) = 0

m&z&+ cz& + kz = -m&y& = mw ²Y sin wt

y = Ye^iwt ; z = Ze^{i(wt -q )} dan _{x = Xe}i(wt -f)

Persamaan 14 untuk beberapa harga z sebagai fungsi w/wn dapat diplot sebagaimana kurva pada gambar 5. Untuk setiap harga z, perbandingan X/Y maksimum terjadi pada w/wn = 1 atau w = wn dan amplitudo maksimum makin besar untuk z yang makin kecil. Ketika w

= wn, w disebut frekuensi resonansi. Untuk setiap z harga X/Y sama dengan 1 pada w/wn = 0 dan w/wn = V2. Harga X/Y < l ketika w/wn > V2. Jika X/Y =1 maka berarti besarnya amplitudo respon getaran sama dengan amplitudo eksitasinya.

Getaran akan teredam ketika X/Y < 1 dan besarnya redaman makin besar pada harga z yang makin kecil. Jadi nampak disini bahwa faktor redaman diperlukan untuk membatasi amplitudo maksimum pada frekuensi resonansi. Pada frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi resonansi faktor redaman justru tidak diperlukan karena untuk z yang makin kecil justru akan menghasilkan redaman yang makin besar. Besarnya redaman yang terjadi dapat diatur dari harga w dan wn.

⁽¹¹⁾       Redaman makin besar ketika w/wn makin besar, yaitu ketika w makin besar atau wn makin kecil atau keduanya. Basarnya w ditentukan oleh eksitasinya. Dalam hal ini w tergantung dari kecepatan mobil (v) dan panjang gelombang permukaan jalan (L). w

makin      besar      ketika      v     makin       besar      dan

(12)

pengaruh L akan memberi pengaruh yang berlawanan. Sedang wn ditentukan oleh karak-teristik sistem, w makin besar jika kekakuan pagas k makin besar atau massa m makin kecil atau keduanya.

(13)

Dengan substitusi persamaan 13 dan turunannya ke persamaan 12, maka dapat diperoleh perbandingan amplitudo simpangan massa (X) dan simpangan jalan (Y).

X		=	k 2 + (wc)2
					atau
Y			(k - mw 2 )2
				+ (cw )2

Gambar 5. Kurva X/Y terhadap w/w_n

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra	159
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

Amplitudo X yang terjadi karena gaya F0sinwt diberikan oleh persamaan 8 maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi :

6. Isolasi Getaran

Gaya-gaya penggetar yang ditimbulkan oleh mesin-mesin seringkali tidak dapat dihindari. Akan tetapi pengaruhnya dalam sistem dinamik dapat dikurangi dengan cara memasang mesin -mesin tersebut di atas sistem tumpuan yang baik. Sistem tumpuan yang baik akan berfungsi sebagai isolator sehingga getaran yang ditimbulkan mesin tidak akan diteruskan pada dasar atau alas mesin.

Katakanlah bahwa Fo sin wt adalah gaya eksitasi yang bekerja pada suatu sistem getaran (mesin) satu derajat kebebasan maka gaya yang diteruskan ke alas dari sistem tersebut melalui pegas dan peredam adalah :

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 156 - 162

1

TR =              (17) 2

^æç ^{w ö}÷ -1 ^ç_èw_n ^÷_ø

7. Sistem Getaran Dua Derajat Kebebasan

FT  =  (kX )	2	+ (cwX )	2		æ cw ö2
				= kX	1 + ç		÷
						k
					è		ø

æ cw ö2

æ

w ö2

F

1 + ç

k

÷

1

+ ç

2z

÷

è

ø

è

wn ø

T

=

=

Fo

ù2

2

ù2

é

mw

2

écw ù

é

æ

w

ö

2

é

w ù

2

ê1 -

ú

+

ê

ú

ê

k

ú

ê

k

ú

1

- ç

÷

ú

+

ê2z

w

ú

ë

û

ê

ç w

÷

ë

n û

ë

û

ë

è

n ø

û

Sistem getaran dengan dua derajat kebebas-an memiliki dua frekuensi natural dan memerlukan dua koordinat untuk menyatakan persamaan geraknya. Bila getaran terjadi pada salah frekuensi tersebut maka terdapat hubungan yang pasti antara amplitudo-amplitudo kedua koordinat dan konfigurasinya dinyatakan sebagai ragam normal. Sehingga sistem getaran ini akan memiliki dua bentuk

ragam        normal         sebagaimana         frekuensi

⁽¹⁵⁾          naturalnya.

Pada sistem getaran paksa maka frekuensi yang terjadi adalah frekuensi eksitasi dan amplitudo kedua koordinat akan terjadi maksimum pada kedua frekuensi naturalnya. Model dari sistem getaran dengan dua derajat

(16)         kebebasan yang sederhana ditunjukkan pada gambar 6.

Ternyata persamaan di atas sama dengan persamaan 14. Jadi secara matematis masalah mengisolasi massa dari gerakan penopangnya identik dengan mengisolasi gaya pengganggu pada lingkungannya.

Kedua perbandingan tersebut masing-masing disebut transmisibilitas (TR). Sebagai-mana gambar 5 transmisibilitas gaya < 1 untuk w/wn > V2 . Dengan demikian isolasi getaran hanya mungkin terjadi jika w/wn > V2 berapa-pun harga redaman (z) yang dipakai. Akan tetapi pegas tanpa redaman dapat memberi efek redaman yang paling baik. Nampak di sana bahwa redaman justru diperlukan pada saat melewati kondisi resonansi.

Ketika w/wn =1 amplitudo yang dicapai makin besar untuk z yang makin kecil. Sehingga untuk membatasi besarnya amplitudo yang terjadi diperlukan redaman yang besar. Amplitudo getaran yang besar dapat dikurangi dengan menopang mesin pada masa (M) yang besar atau mengganti pegas yang kekakuannya lebih kecil. Dengan demikian diperoleh harga w/wn yang besar lebih dari V2. Bila redaman diabaikan maka transmisibilitas pada persama-an 16 dapat ditulis sebagai :

Gambar 6. Sistem getaran dua derajat kebebasan

Dengan memakai koordinat x1 dan x2 maka persamaan gerak untuk masing-masing massa dapat ditulis sbb :

m&x&₁ = -k (x₁ - x₂ ) - kx₁

(18)

2m&x&₂ = k (x₁ - x₂ ) - kx₂

Ragam normal getaran dapat ditentukan ketika tiap massa bergetar harmonik dengan frekuensi yang sama pada salah satu frekuensi naturalnya sehingga setiap massa juga akan melewati posisi seimbang pada saat yang sama. Untuk gerakan demikian maka persamaan simpangan masing-masing massa dapat ditulis sbb :

x₁ = A₁e^iw.t

(19)

x₂ = A₂e^iw.t

Substitusi persamaan-persamaan di atas keparsamaan 18 akan diperoleh:

¹⁶⁰                  Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

Kedua ragam normal di atas secara grafis ditunjukan pada gambar 7 berikut ini.

Sebagaimana persamaan 19 pada getaran dengan ragam normal maka amplitudo kedua massa akan dicapai pada saat yang sama.

Untuk harga = 0,634 k/m kedua amplitudo mempunyai arah simpangan yang sama sedang untuk = 2,366 k/m kedua simpangan ber-lawanan arah. Mode getaran yang terjadi masing-masing ditunjukkan pada gambar 8 (a) dan (b).

Substitusi frekuensi natural ini ke dalam persamaan 20 dapat diperoleh perbandingan amplitudo amplitudo atau yang disebut sebagai ragam normal. Untuk w1 dan w2 masing-masing perbandinagan tersebut adalah :

Kajian Teoritik Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan (Joni Dewanto)

(2k - w ²m) A₁ - kA₂ = 0

(20)

-  kA₁ + (2k - 2w ²m) A₂ = 0

Persamaan tersebut dipenuhi untuk tiap A1 dan A2 jika nilai determinan berikut ini adalah nol.

..........

	(2k - w 2 m)....... - k			Gambar 7. Bentuk ragam normal sistem dua massa
			= 0	(21)
	- k	.....(2k - 2w 2 m)

Dengan mengambil w² = l determinan di atas menghasilkan persamaan karakteristik

	2	æ		k ö		3		k		2
l		- ç	3		÷l +		(		)		= 0	(22)
						2		m
		è		m ø

Akar dari kedua persamaan ini adalah :

(a).  w² = 0,634 k/m   (b) w² = 2,366 k/m

l	= (	3			-	1			3)		k		= 0,634	k
1	2				2					m				m
l2	= (		3		+		1		3)		k		= 2,366		k
											m				m
	2				2

Sehingga frekuensi natural sistem adalah

w1 = l11		/ 2 =		0,634		k
					m
w2	= l1 / 2		=	2,366		k
						m
	2

(	A1	)(1) =		k		=			1		= 0,731
									2 - 0,634
	A2		2k -w12 m
(	A1	)(2) =		k	=				1	= -2,73
				2k - w22					- 2,366
	A2				2

Gambar 8. Mode getaran dua derajat kebebasan

⁽²³⁾          Sebagaimana persamaan 19 pada getaran dengan ragam normal maka amplitudo kedua

massa akan dicapai pada saat yang sama. Untuk harga = 0,634 k/m kedua amplitudo

mempunyai arah simpangan yang sama sedang untuk = 2,366 k/m kedua simpangan ber-lawanan arah. Mode getaran yang terjadi masing-masing ditunjukkan pada gambar 8 (a)

⁽²⁴⁾            dan (b).

8. Peredam Getaran Dinamik

Pada sebuah mesin yang memiliki rotor yang eksentris atau mesin torak yang kecepatan geraknya berubah-ubah. akan timbul gaya inersia yang berubah-ubah pula sehingga dapat menimbulkan getaran yang eksitasinya berasal dari dalam mesin itu sendiri. Contoh tersebut ditunjukkan pada gambar 9 (a); yaitu sebuah

(25)        mesin torak (m1) yang ditumpu dengan dua buah pegas masing-masing konstantanya ada-lah k1/2. Antara torak dengan poros dihubung-kan dengan batang penghubung sehingg ketika mesin bekerja akan tibul gaya inersia yang berubah terhadap waktu secara harmonis. Untuk meredam getaran yang terjadi dapat dilakukan denga memasang sistem massa-pegas yang lain yang berfungsi sebagai penyerap getaran. Prisip kerja penyerap getaran dinamik dapat ditunjukkan dengan model sistem getaran paksa dua derajat kebebasan yang merupakan sistem yang equivalent dengan sistem tersebut (gambar 9 (b)).

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra	161
http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 156 - 162

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa X1 menjadi nol pada frekuensi resonansi sistem peredam getaran yaitu ketika w = V(k2/m2). Sistem peredam dinamik tanpa redaman (z) semacam ini biasanya di atur untuk k1 /m1 = k2 /m2 sehingga X1 akan berharga nol pada frekuensi resonansi sistem utama. Dengan demikian getaran dari sistem utama dapat diredam.

(a) Sistem getaran                   (b) Sistem equivalent

Gambar 9. Penyerap getaran dinamik

9. Kesimpulan

Katakanlah sistem utamanya adalah m1 dan

§ Getaran  dapat  diredam  dengan  memasang

k1  yang tidak dapat diubah dan akan diredam

sistem   peredam   getaran   dinamik   pada

getarannya serta sistem penyerap getarannya

sistem  yang  bergetar  atau  merencanakan

adalah m2  dan k2. Dari model sistem dinamik

sistem tumpuannya yang baik

tersebut dapat disusun persamaan diferensial

§ Pada sistem peredam dinamik (non viscous),

sbb :

getaran sistem utama dapat diredam ketika

m1&x&1 + k1x1 + k2 (x1 - x1 ) = F.sin w.t

(26)

frekuensi   sistem   utama   sama   dengan

m2 x2 + k2 (x2 - x1 ) = 0

frekuensi resonansi sistem peredam.

§ Amplitudo   maksimum   pada   frekuensi

Jika   eksitasinya   harmonik   maka   dari

resonansi  dapat  dibatasi  dengan  sistem

tumpuan dengan ratio redaman yang besar.

persamaan di atas dapat disusun

Dan sebaliknya pada daerah frekuensi yang

ék

+ k

-w 2m .......... - k

ùìX

ü

ìF ü

lebih besar dari frekuensi resonansi (w/wn  >

V2 ) efek redaman terbesar  ( TR < 1 ) dapat

ê 1

2

1

2

úí

X

1

ý

= í

ý

(27)

dicapai   bila   sistem   tumpuan   redaman

ê

2 ...............k2 -w

2

m2

ú

2

þ

0

þ

memiliki rasio redaman yang kecil.

ë...... - k

ûî

î

Katakanlah sistem utamanya adalah m1 dan

k1  yang tidak dapat diubah dan akan diredam

Daftar Pustaka

getarannya serta sistem penyerap getarannya

adalah m2  dan k2. Dari model sistem dinamik

1.  Meirovitcs,   L.,   Element   of   Vibration,

tersebut dapat disusun persamaan diferensial

McGraw-Hill, Inc., 1975

sbb :

2.  Tse, F.S., Morse, I.E., Hinkle, R.T. Mechani-

m1&x&1 + k1x1 + k2 (x1 - x1 ) = F.sin w.t

cal Vibration Theory and Applications, Allyn

(26)

m2 x2 + k2 (x2 - x1 ) = 0

and Isacon Inc., 1978

Jika eksitasinya harmonik maka dari per-samaan di atas dapat disusun

ék

+ k

- w 2 m .......... - k

ù

ìX

ü

ìF ü

(27)

ê 1

2

1

2

ú

í

X

1

ý

= í

0

ý

ê

2 ...............k2 - w

2

m2

ú

î

2 þ

î

þ

ë...... - k

û

Dimana X1 dan X2 masing-masing adalah amplitudo simpangan m1 dan m2. Sebagaimana persamaan 21 persamaan frekuensi diperoleh dengan cara menyamakan determinan (Dw) dari koefisien matrik X sama dengan nol.

D(w) = (k1 + k2 - w 2 m1 )(k2 -w 2 m2 ) - k22 = 0					(28)
Sehingga  X1  dan  X2  masing-masing  dapat
dihitung sebagai berikut:
X1 =	1	(k2 - w 2 m2 )F.....dan...X 2 =	1	k2 F	(29)
	Dw		Dw

3.   Thomson, W.T., Theory of Vibration with Applications, Translated by Lea Prasetio, Erlangga 1981.

4.   Ewin D. J., Modal Testing Theory and Practice, Research Studies Press, England, 1986.

¹⁶²                  Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petra

http://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/