BAB 6 P E G A S M E K A N I S

Transkripsi

1 BAB 6 P E G A S M E K A N I S Pegas, aalah suatu elemen mesin yang memperoleh gaya bila iberi perubahan bentuk. Pegas mekanis ipakai paa Mesin untuk menesakan gaya, untuk menyeiakan lenturan an untuk menyimpan atau menyerap energi. Paa umumnya, pegas apat igolongkan : Pegas awai Pegas aun Pegas berbentuk khusus an setiap golongan ini masih teriri ari ari beberapa jenis. Pegas awai mencakup pegas ulir ari kawat bulat atau persegi an ibuat untuk menahan beban tarik, tekan atau puntir. Dalam pegas aun termasuk jenis yang menganjur (cantilever) an yang berbentuk ellips, pegas aya pemutar motor atau pemutar jam an pegas aun penahan baut yang biasannya isebut pegas Belleville. 80

2 F F F T D Gambar 6.1 (a) Pegas helical yang iberi beban aksial (b) Diagram free boy yang Menunjukan bahwa kawat mengalami gaya geser langsung an gaya-gaya torsi. Paa gambar iatas menujukkan bahwa pegas ulir tekan ari kawat bulat yang ibebani engan gaya aksial F. D inyatakan sebagai iameter pegas rata-rata (mean spring iameter, an aalah iameter kawat (wire iameter). Paa gambar (b) pegas tersebut ipotong paa suatu titik sebagian ari pegas isingkirkan an pengaruh ari bagian yang isingkirkan iganti oleh gaya alam. Seperti terlihat paa gambar, bagian yang terpotong tersebut akan menesakkan suatu gaya geser langsung F an suatu puntiran T paa bagian pegas tersisa. Dengan menggunakan superposisi, tegangan maksimum alam kawat apat ihitung engan menggunakan persamaan, Tr F max (a) J A imana Tr / J aalah rumus puntiran, engan mengganti bagian bagian alam persamaan tersebut engan T = FD / 2, r = / 2, J = 4 / 32 an A = 4 / 4 an memberikan persamaan : 8FD 4F Tana positif paa persamaan (a) ipertahankan, an karenannya persamaan (b) menyatakan tegangan geser paa serat pegas sebelah alam. (b) 81

3 Maka apat itetapkan Ineks Pegas (spring inex) : C = D Sebagai suatu ukuran ari kelengkungan gulungan, engan persamaan ini persamaan (b) apat iubah menjai : 8FD 0. 5 = 3 1 C maka Ks = 1 + atau engan menyatakan : 0.5 C 8FD Ks 3 imana Ks isebut sebagai factor perkalian tegangan geser (shear stress multiplication factor). Untuk kebanyakan pegas, C akan berkisar antara 6 sampai 12. Ini memberikan tegangan geser maksimum paa kawat an tegangan ini terjai paa serat sebelah alam ari pegas. 8FD Persamaan lain : K 3 Dimana K isebut factor koreksi Wahl. Faktor ini mencakup geseran langsung, bersama engan pengaruh lain terhaap kelengkungan. Seperti paa gambar ibawah ini, kelengkungan ari kawat memperbesar tegangan isebelah alam ari pegas tetapi mengurangi tegangan hanya seikit i sebelah luarnnya. Harga K bisa iapat ari persamaan : K = 4C C 4 C Dengan menyatakan iapatkan, K = Kc Ks, imana Kc aalah khusus untuk pengaruh kelengkungan K Kc = Ks 82

4 (a) (b) ( c) () Gambar 6.2 Superposisi tegangan paa suatu pegas ulir Keterangan gambar : (a). Tegangan puntiran murni (b). Tegangan geser langsung (c ). Resultante ari tegangan tegangan geser langsung an puntiran (). Resultante ari tegangan tegangan geser puntiran an kelengkungan 6.1. Defleksi paa pegas ulir Untuk menapatkan persamaan bagi lenturan (eflektion) paa suatu pegas ulir akan iperhatikan suatu elemen ari kawat yang ibentuk oleh ua penampang yang saling berekatan. Seperti paa gambar 6.3 yang menunjukan bahwa engan panjang x, potongan ari kawat beriameter. Paa garis ab paa permukaan kawat yang sejajar engan sumbu pegas. Setelah eformasi akan berputar sejauh suut an menempati posisi baru ac. 83

5 a b c x x Gambar 6.3 Elemen penampang ari suatu pegas ulir Dalam Hukum Hooke untuk puntiran, iapatkan : 8FD = 3 G 6.2 Pegas Tarik Paa pegas ini harus mempunyai beberapa alat untuk meminahkan beban ari tumpuannya ke baan pegas. Walau apat ilakukan engan suatu sumbat berulir atau suatu cantelan berputar. 1. Cantelan yang itekuk penek 2. Cantelan yang inaikan 3. Cantelan yang setengah lingkaran terbuka 4. Cantelan yang itekuk Penuh Tarikan awal Bila pegas tarik i buat engan gulungan yang menempel satu sama lain, isebut sebagai gulungan rapat (close woun). Tarikan awal ibuat paa proses gulungan engan memuntirkannya ketika igulungkan paa batng penggulung. Bila pegas telah selesai ibuat 84

6 an ilepas ari batang penggulungan, tarikan awal akan terkunci ialamnya karena pegas tiak apat bergerak lebih penek. F y F k l F F I A y (a) (b) (c) F Keterangan : (a). tanpa gaya luar, pegas menekan blok A engan gaya awal l F (b). pegas memanjang paa jarak y engan gaya luar F (c). hubungan gaya-lenturan Gambar 6.4 Simulasi ari suatu pegas tarik engan tarikan awal Arah ari tegangan tegangan seperti paa gambar iatas. Paa gambar (a) blok A mesimulasi pengaruh ari gulungan bertingkat tersebut, an panjang bebas ari pegas aalah panjang l F tanpa aanya gaya luar F, yang menyebabkan pegas memanjang sejauh sejauh y, tegangan alam pegas aalah paa arah yang sama paa gambar (a) an (b) an F harus melebihi gaya tarik awal F i sebelum suatu lenturan y terjai. 85

7 6.3 Pegas Tekan Suatu pegas engan ujung polos (plain ens) mempunyai suatu gulungan ulir yang tiak terganggu ; ujungnya aalah sama seperti suatu pegas yang panjang yang ipotong potong menjai beberapa bagian. Pegas engan ujung yang polos yang bersegi atau irapatkan iapat engan merubah bentuk ujungnya kesuatu suut ulir nol erajat. Jenis ujung yang ipakai menghasilkan gulungan gulungan yang mati atau tak aktif paa setiap ujung pegas tersebut an ini harus ikurangi ari jumlah gulungan total untuk menapatkan jumlah gulungan yang aktif. Rumusnya aalah : N = N T N D imana : N = jumlah gulungan yang aktif N T = jumlah gulungan total N D = jumlah gulungan yang tak aktif 6.4. Bahan Pegas Pegas ibuat melalui proses kerja panas ataupun ingin, tergantung paa : Ukuran ari bahan Ineks pegas Sifat-sifat yang iinginkan. 86

8 Paa umumnya, kawat yang iberi perkerasan awal ipakai kalau D / < 4 atau kalau > ¼ in. Penggulungan pegas menimbulkan tegangan-tegangan sisa melalui lenturan. Sejumlah variasi ari bahan pegas termasuk : Baja karbon biasa Baja campuran Baja tahan karat Bahan Non ferro seperti : Perunggu Phosphor Kuningan pegas Tembaga Beryllium an berbagai campuran Nikel Perencanaan pegas ulir engan beban statis Persyaratan untuk suatu pegas Ulir aalah : a. Kekuatan menerima suatu beban/gaya b. Kekakuan c. Biaya an jumlah yang iinginkan. Konisi lingkungan, seperti suhu an uara yang korosif e. Harga gaya-gaya an lenutan yang bekerja f. Ruang ke alam mana pegas harus ipasang an bekerja g. Teloransi an variasi yang iizinkan alam spesifikasi Pegas Ulir Tarik : Pegas ulir yang apat mengalami beban tarik, an prinsipnya sama engan pegas tekan. Pegas tarik tiak mempunyai kemampuan untuk mencegah terjainya Overloa. Paa pegas tekan, meskipun suah rusak / patah masih apat menahan gaya, tiak seperti paa pegas tarik. 87

9 Perencanaan Pegas Mula-mula yang harus iketahui aalah besarnya beban pegas. Keaaan lain yang perlu iketahui berhubung engan pemakaiannya aalah : Besar lenutan yang iizinkan Besar energi yang akan iserap Besar ruangan yang apat iseiakan Kekerasan pegas akan ibuat tetap atau bertambah engan membesarnya beban Bagaimana cara beban, berat seang atau ringan an engan kejutan atau tiak Bagaimana lingkungan kerjanya ; korosif atau temperatur tinggi ll Beberapa pegas mempunyai lenutan yang besarnya sebaning engan beban. Dalam hal ini jika (mm) aalah lenutan yang terjai paa beban W1(kg), maka terapat hubungan : W1 = k. Dimana k aalah konstanta pegas (kg/mm). Kekuatan pegas itentukan oleh besarnya tegangan geser atau tegangan lentur, seangkan kekakuannya itentukan oleh Moulus Elastisitas E (kg/mm 2 ) atau Moulus Gesernya G (kg/mm 2 ). Bila tarikan atau kompresi bekerja paa pegas uli, besarnya momen punter T (kg/mm) aalah tetap untuk seluruh penampang kawat yang bekerja. Untuk iameter lilitan rata-rata (iukur paa sumbu kawat) D (mm), besar momen puntir tersebut aalah : T = ( D/2 ). W1 Jika iameter kawat aalah (mm), maka besarnya momen tahanan puntir kawat aalah : Zp = an tegangan gesernya ; (kg/mm 2 ) apat ihitung ari ; = T Zp DW. 1 x 2 Tegangan maksimal yang terjai ipermukaan alam lilitan pegas ulir aalah : 8. DW. 1 = k D W1 = k..( ). 2 W 1 =.. 8. kd 3 88

10 6.6. Sifat Pegas Sifat pegas yang terpenting aalah : Kemampuan menerima kerja lewat perubahan bentuk elastic an ketika mengenur, mengerahkan kembali kerja tersebut, yang isebut engan sifat pegas. Gambar 6.5 Kerja an sifat pegas Paa bahan yang biasa igunakan untuk pegas, gaya F alam aerah elastic sepaan engan perpinahan F titik tangkap gaya. Hal ini itunjukan paa iagram pegas ibawah ini : b a c b = Pegas kaku F Fa A c = Pegas lemah A = Garis pemegasan/karakteristik pegas O fb fa fc f Gambar 6.6 Diagram pegas Garis A alam iagram pegas aalah garis pemegasan atau karakteristik pegas paa sebuah pegas. Garis B aalah karakteristik pegas sebuah pegas yang lebih kaku an garis C aalah garis sebuah pegas yang lebih lemah, karena fb < fa an fc > fa. Perbaningan tetap antara gaya an perpinahan F / f isebut engan tetapan pegas C, F C = f 89

11 Luas yang terletak antara garis A an sumbu menatar merupakan kerja yang terhimpun alam pegas yang itegangkan. Pegas apat berfungsi sebagai : Pelunak tumbukan atau kejutan, seperti paa pegas kenaraan Sebagai penyimpan energi seperti paa jam Untuk mengukur seperti paa timbangan Sebagai penegang atau penjepit Sebagai pembagi rata tekanan Alat pencegah an peream getaran Disamping pegas logam aa juga alat yang igunakan untuk mencegah an meream getaran. Aa beberapa jenis gabungan antara pegas logam engan alat ini yang apat meream getaran yang sangat baik, seperti : 1. Pegas Karet : - Mempunyai sifat menyerap getaran - Amplituo kecil kerana elastisitasnya yang sangat besar - Tiak cenrung untuk memperbesar getaran Keuntungan Kelemahan Mencegah penerusan getaran an Menjai lapuk alam waktu bunyi ari sumbernya. yang relativ penek jika ibaningkan engan logam. Kurang tahan terhaap minyak, asam an panas. 2. Pegas Uara. : Memanfaatkan sifat kompresibilitas uara yang ikurung alam suatu bellows. Pegas ini umumnya ipakai paa kenaraan karena apat menyerap getaran. Bellows : Bahan yang berining tipis an bergelombang seperti harmonica, sehingga muah mengembang atau mengempis menurut tekanan ialamnya. 90

12 Bellows-large-foot-pump Metallic-Bellows Bellows Camera Gambar 6.7 Jenis-jenis bellows 6.7 Nilai Pegas Elastisitas, aalah sifat suatu bahan yang memungkinkan ia kembali ke bentuknya semula setelah mengalami perubahan bentuk. Gambar 6.6 menunjukkan sebuah gelagar lurus engan panjang l yang itumpu secara seerhana paa ujung-ujungnya an iberi beban gaya melintang F. Besar efleksi y mempunyai hubungan yang linear engan gaya, sejauh batas elastis bahan itu tiak ilampaui, seperti terlihat paa grafik gelagar ini isebut sebagai suatu pegas linear. Dalam gambar sebuah gelagar lurus itumpu oleh ua siliner seemikian rupa sehingga jarak antara ua titik tumpuan akan berkurang sementara gelagar melenut akibat gaya F. Gaya yang lebih besar iperlukan untuk melenutkan gelagar yang lebih penek an karena itu, makin besar gelagar iefleksikan ia semakin kaku. Juga, gaya tiak berhubungan secara linear engan efleksi, ank arena itu gelagar ini isebut sebagai pegas yang mengeras secara non-linear. 91

13 Soal : 1. Pegas ulir tekan seperti paa gambar, terbuat ari baja kawat pegas yang mempunyai kekuatan mengalah puntir sebesar 640 MPa. a. Carilah nilai pegas tersebut b. Berapa gaya yang iperlukan untuk merapatkan pegas ke tinggi paatnya. c. Setelah pegas rapat sampai tinggi paatnya an gaya tekan tersebut ilepas, apakah pegas ini akan kembali ke panjang bebasnya yang semula. 120 mm 50 mm 3.4 mm 2. Sebuah pegas ulir tekan terbuat ari senar musik No. 16 (0.037). Diamater luar pegas aalah 7/16 in. Ujungnya iratakan an mempunyai 12 ½ gulungan total. a. Taksirlah kekuatan menyerah puntiran ari senar tersebut b. Carilah beban statis maksimum sesuai engan kekuatan menyerah. c. Berapa skala ari pegas tersebut.. Berapa lenutan yang terjai karena beban paa point b e. Hitung tinggi paat ari pegas. 92

14 3. Sebuah pegas puntir seperti gambar ibawah ini, terbuat ari senar musik in an mempunyai 4 ¼ gulungan total. a. Carilah aya putar operasi maksimum an perputaran suut. b. Hitunglah iameter alam sesuai engan hasil yang iapat i (a) c. Carilah aya putar operasi maksimum an perputaran suut untuk umur operasi alam jumlah siklus yang tak terhingga. 2 F F 2 93