Elemen Mesin Pegas : Penjelasan Lengkap

Mengenal Elemen Mesin Pegas pegas

Elemen Mesin Pegas – Pegas mendefinisikan sebagai benda elastis, yang fungsinya untuk memberikan simpangan ketika meneriman beban dan untuk mengembalikan ke bentuk asalnya ketika bebandapat lepas. Aplikasi pegas yaitu sebagai berikut:

1. menahan atau energi kendali akibat goncangan (shock) lain atau getaran seperti dalam pegas mobil, penyangga rel, sok breker, dan peredam getaran.
   • mempergunakan gaya-gaya, seperti dalam rem, kopling tidak tetap dan pegas pada katup.
   • mengendalikan gerak dengan menahan kontak antara dua elemen seperti pada cam.
   • mengukur gaya-gaya, seperti dalam indicator mesin.
   • menyimpan energi, seperti pada arloji, mainan anak-anak dan lain-lain.

Tipe Pegas

Ada bermacam-macam jenis pegas yang penting untuk diketahui sebagai berikut:

Helical springs (pegas helix) – Pegas heliks terbuat dari gulungan kawat berbentuk helix dan terutama menahan beban tekan (pegas tekan) dan tarik (pegas tarik) seperti pada Gambar 8.1 (a) dan (b). Bentuk penampang kawat pegas yaitu bisa lingkaran, persegi atau bujur sangkar.

• Conical dan volute springs (pegas kerucut). Seperti pada Gambar 8.2, yaitu berfungsi untuk penerapan khusus untuk sebuah pegas teropong.

• Torsion springs (pegas torsi). Pegas ini bisa golongannya yaitu jenis pegas helix atau spiral seperti pada Gambar 8.3. tipe helix hanya berfungsi dalam penerapan agar beban cenderung untuk memutar pegas dan berfungsi dalam mekanika listrik. Tipe spiral juga dapat berguna yang beban cenderung untuk menaikkan jumlah coil yang fungsinya pada jam dinding.

• Laminated atau leaf spring (pegas daun). Pegas daun terdiri dari sejumlah plat tipis dengan panjang bervariasi yang menahan bersamaan oleh clamp dan baut, seperti pada Gambar 8.4. Pegas ini banyak menggunakannya untuk automobile.

• Disc atau bellevile springs (pegas piringan). Adapun Pegas ini terdiri dari piringan kerucut yang menahan bersamaan berlawanan dengan pusat baut seperti pada Gambar 8.5. Pegas ini berfungsi dalam aplikasi yang membutuhkan laju pegas yang tinggi.

Pegas helix

Material pegas pegas helix harus mempunyai kekuatan fatik yang tinggi, keuletan yang tinggi, gaya pegas yang tinggi dan tahan creep (deformasi dalam waktu lama). Pemilihan material pegas sebagian besar tergantung pada penggunaan dan gaya-gaya yang bekerja. Material pegas antara lain yaitu baja karbon, kawat stainless steel, kawat musik, phosphor bronze (perunggu) dan brass (kuningan).

Tegangan dalam pegas helix berkawat lingkaran

Perhatikan pegas helix tekan pada Gambar 8.7 (a) dan (b).

(b) Kawat menerima geser torsional

(a) Pegas tekan memberikan beban aksial dan geser utama

Misalkan:        

D = Diameter rata-rata lilitan pegas

d = Diameter kawat pegas,

n = Jumlah lilitan,

G = Modulus kekakuan untuk material pegas,

W = Beban aksial pada pegas,

τ = Tegangan geser maksimum yang terjadi pada kawat,

C = Indek pegas = D/d,

p = Pitch (kisar) dari lilitan,

δ = Defleksi pegas sebagai akibat beban aksial W.

Perhatikan pegas tekan pada Gambar 8.7 (b), beban W cenderung memutar kawat akibat momen puntir (T) pada kawat. Sehingga tegangan geser torsional bisa terjadi dalam kawat.

Momen puntir T :

Diagram tegangan geser torsional pada Gambar 8.8 (a). Tegangan geser utama (τ₂) akibat beban W:

Diagram tegangan geser utama pada Gambar 8.8 (b). Sedangakan diagram resultan tegangan geser torsional dan resultan tegangan geser utama terdapat pada Gambar 8.9 (a).

Resultan tegangan geser yang terjadi dalam kawat:

Tanda positif berfungsi untuk bagian dalam kawat dan tanda negatif berfungsi untuk bagian luar kawat. Ketika tegangan yaitu maksimum pada bagian dalam kawat, sehingga; Tegangan geser maksimum yang terjadi dalam kawat:

Pengaruh geser utama yaitu sama seperti lengkungan pada kawat, sebuah factor tegangan Wahl’s yang penemunya yaitu A.M.Wahl’s . Diagram resultan tegangan torsional, geser utama, dan geser lengkungan terdapat pada Gambar 8.9 (b).

Tegangan geser maksimum yang terjadi dalam kawat yaitu:

K_S = Faktor tegangan akibat geser,

K_C = Faktor konsentrasi tegangan akibat lengkungan

8.1               Defleksi pada pegas helix

Pada artikel sebelumnya, kita telah membahas tegangan geser maksimum dalam

kawat.

Total panjang kawat:

l = π.D.n

θ = Defleksi sudut dari kawat ketika menerima torsi T.

Defleksi aksial dari pegas, δ = θ.D/2                                                                          (8-5a)

Hubungan torsi dengan tegangan geser yaitu:

Sehingga defleksi sudut menjadi:

Substitusi persamaan (8-5a) dan (8-5b):

dan kekakuan (stiffness) pegas atau laju pegas:

Energi yang tersimpan dalam pegas helix berkawat lingkaran

Pegas yang berfungsi untuk menyimpan energi yaitu sama dengan kerja yang dilakukan oleh beberapa beban eksternal.

Misalkan          W = Beban pada pegas, dan

δ = Defleksi aksial

dengan asumsi bahwa beban mengaplikasikannya secara bertahap, maka energi simpan dalam pegas yaitu:

Tegangan geser yang terjadi dalam kawat pegas yaitu:

Kita mengetahui bahwa defleksi pegas yaitu:

Substitusi persamaan (8-8a), (8-8b), dan (8-8c):

8.1               Beban fatik pada pegas helix

Pegas helix yang menerima beban fatik merancang dengan menggunakan “metode garis Soderberg”. Material pegas biasanya menguji untuk kekuatan ketahanan torsional (torsional endurance strength) di bawah tegangan berulang-ulang yang bervariasi dari nol

sampai maksimum. Ketika pegas biasanya membebani hanya satu arah, maka sebuah diagram Soderberg yaitu yang digunakan untuk pegas, seperti pada Gambar 8.10.

Batas endurance (ketahanan) untuk beban balik ditunjukkan pada titik A yang tegangan geser rata-rata sama dengan τ_e/2 dan tegangan geser variable juga sama dengan τ_e/2. Garis AB (titik yield dalam geser, τ_y), yaitu garis tegangan gagal Soderberg. Jika faktor keamanan (SF) diterapkan sampai tegangan yield (τ_y), garis tegangan aman CD digambar sejajar dengan garis AB. Perhatikan desain titik P pada garis CD. Nilai faktor keamanan dapat diperoleh dengan cara sebagai berikut:

Dari persamaan segitiga PQD dan AOB, kita peroleh:

Dengan membagi kedua sisi dengan τ_e.τ_y , diperoleh:

Jadi faktor keamanan (SF) yaitu:

Nilai tegangan geser rata-rata (τ_m) dapat dihitung dengan menggunakan faktor tegangan geser (K_s), sementara tegangan geser variable dihitung dengan menggunakan nilai penuh factor Wahl’s (K). Sehingga tegangan geser rata-rata:

Elemen Mesin Pegas pegas