Bahan kuliah Elemen Mesin II minggu ke X

Bahan kuliah Elemen Mesin II, minggu ke X PEGAS 1. Pendahuluan Pegas didefinisikan sebagai benda elastis, yang fungsinya untuk memberikan simpangan ketika dibebani dan untuk mengembalikan ke bentuk asalnya ketika beban dilepaskan. Aplikasi pegas adalah sebagai berikut : Untuk menahan atau energi kendali akibat goncangan (shock) lain atau getaran seperti dalam pegas mobil, penyangga rel, sok breker, dan peredam getaran. Untuk mempergunakan gaya-gaya, seperti dalam rem, kopling tidak tetap dan pegas pada katup.

Aplikasi pegas (Lanjutan) Untuk mengendalikan gerak dengan menahan kontak antara dua elemen seperti pada cam. Untuk mengukur gaya-gaya, seperti dalam indicator mesin. Untuk menyimpan energi, seperti pada arloji, mainan anak-anak dan lain-lain.

Tipe Pegas Ada bermacam-macam jenis pegas yang penting untuk diketahui sebagai berikut : 1. Helical springs (pegas helix). Pegas helix dibuat dari gulungan kawat berbentuk helix dan terutama menahan beban tekan (dinamakan pegas tekan) dan tarik (dinamakan pegas tarik) seperti pada Gambar 1 (a) dan (b). Bentuk penampang kawat pegas adalah bisa lingkaran, persegi atau bujur sangkar.

2. Conical dan volute springs (pegas kerucut). Seperti ditunjukkan pada Gambar 2, adalah digunakan dalam penerapan khusus dimana sebuah pegas teropong. Gambar 2 : Conical dan volute springs

3. Torsion springs (pegas torsi). Pegas ini bisa digolongkan jenis pegas helix atau spiral seperti pada Gambar 3. tipe helix digunakan hanya dalam penerapan dimana beban cenderung untuk memutar pegas dan digunakan dalam mekanika listrik. Tipe spiral juga digunakan dimana beban cenderung untuk menaikkan jumlah coil yang digunakan pada jam dinding. Gambar 3: Pegas torsi

4. Laminated atau leaf spring (pegas daun). Pegas daun terdiri dari sejumlah plat tipis dengan panjang bervariasi yang ditahan bersamaan oleh clamp dan baut, seperti pada Gambar 4. Pegas ini banyak digunakan dalam automobile. Gambar 4 Pegas daun

5. Disc atau bellevile springs (pegas piringan). Pegas ini terdiri dari piringan kerucut yang ditahan bersamaan berlawanan dengan pusat baut seperti pada Gambar 5. Pegas ini digunakan dalam aplikasi dimana membutuhkan laju pegas yang tinggi. Gambar 5 : Pegas piringan

3. Pegas helix Material 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 adalah baja karbon, kawat stainless steel, kawat musik, phosphor bronze (perunggu) dan brass (kuningan). Gambar 6 : Pegas helix

4. Tegangan dalam pegas helix berkawat lingkaran Gambar : Pegas helix tekan

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 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 ditunjukkan dalam Gambar 8 (a). Tegangan geser utama (τ2) akibat beban W :

Diagram tegangan geser utama ditunjukkan pada Gambar 8 (b). Sedangakan diagram resultan tegangan geser torsional dan resultan tegangan geser utama ditunjukkan pada Gambar 9 (a). Gambar 8 : Tegangan dalam pegas helix tekan

Gambar 9 : Tegangan pada pegas helix tekan Resultan tegangan geser yang terjadi dalam kawat :

Tanda positif digunakan untuk bagian dalam kawat dan tanda negatif digunakan untuk bagian luar kawat. Ketika tegangan adalah maksimum pada bagian dalam kawat, sehingga; Tegangan geser maksimum yang terjadi dalam kawat: = Tegangan geser torsional + tegangan geser utama

Pengaruh geser utama adalah sama seperti lengkungan pada kawat, sebuah factor tegangan Wahl’s yang ditemukan oleh A. M. Wahl’s bisa digunakan. Diagram resultan tegangan torsional, geser utama, dan geser lengkungan ditunjukkan pada Gambar 8. 9 (b). Tegangan geser maksimum yang terjadi dalam kawat adalah:

5. 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 Hubungan torsi dengan tegangan geser adalah:

6. Energi yang tersimpan dalam pegas helix berkawat lingkaran :