Pegas Fix.docx

7/30/2019 Pegas Fix.docx

1/18

PEGAS

Pegas mekanis digunakan untuk menghasilkan gaya, kelenturan, menyimpan dan menyerap

energy. Pegas mekanis dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Pegas dawai: pegas ulir bulat dan persegi untuk beban tarik, tekan dan puntir.2. Pegas daun: pegas daun kantilever, pegas daya pemutar motor atau pemutar jam,

pegas daun penahan baut (pegas Belleville).

Tegangan Pada Pegas. Tegangan kerja yang aman pada sebuah pegas tergantung beberapa

hal, antara lain:

1) Jenis pegas (pegas tekan, pegas tarik, pegas puntir atau jenis lainnya).2) Ukuran pegas (besar, kecil, panjang atau pendek).3) Bahan pegas.4) Bentuk material pegas.5) Jenis layanan pegas (ringan, rata-rata atau jarang). Layanan ringan, pegas ini untuk

beban dan defleksi kecil dan digunakan pada sekering bom, proyektil dan safety

devices. Pegas ini melayani defleksi antara 1,000 - 10,000. Layanan Medium:frekuensi normal untuk defleksi tidak melebihi 18,000 per jam atau melayani defleksi

antara 100,000 - 1,000,000. Layanan Berat. Pegas ini melayani defleksi di atas

1,000,000. Pegas ini digunakan untuk pembebanan kejut seperti pneumatic hammers,

hydraulic controls and valves.

6) Rata-rata tegangan (rendah, medium atau tinggi).7) Pembebanan (statis, dinamis atau tumbukan).8) Suhu kerja.9) Disain pegas (indeks pegas, tekukan tajam atau hook).10)Umur pakai pegas (korosi, buckling, friction, and hydrogen embrittlement decrease

spring life; manufacturing operations such as high-heat stress-equalizing, presetting,

and shot-peening increase spring life.

Bila sebuah pegas memiliki diameter pegas rata-rata (mean spring diameter, D) dan d adalah

diameter kawat (wire diameter). Dengan menggunakan metode superposisi, tegangan

maksimum dalam kawat dapat dihitung dengan persamaan:

Dengan mengganti:

Kita peroleh:

Indeks pegas (spring index) adalah ukuran dari kelengkungan gulungan:


2/18

Maka persamaan tegangan geseran menjadi:

( )

Maka:

Atau dengan menyatakan:

Ks adalah factor perkalian tegangan geser (shear stress multiplication factor). Nilai C berkisar

antara 6 12.

Tegangan kawat dapat juga dinyatakan sebagai:

Dimana, K adalah factor koreksi Wahl (Wahl correction factor). Harga K diperoleh dengan

persamaan:

Dengan menyatakan

, dimana

adalah pengaruh kelengkungan, maka:

Penelitian menunjukkan tegangan geser kelengkungan terpusat pada bagian dalam pegas.

Pegas yang mendapat beban statis akan menghasilkan tegangan serat sebelah dalam. Artinya

untuk beban statis factor kelengkungan dapat diabaikan. Untuk beban lelah, disebutsebagai factor pengurangan kekuatan lelah (fatigue-strength reduction factor).

Lenturan Pegas Ulir. Hukum Hooke untuk puntiran dinyatakan dengan:

Jarak dan sudut dinyatakan dengan:

Bila jumlah gulungan yang aktif dinyatakan dengan N, panjang kawat total adalah .Dengan demikian sudut defleksinya adalah:


3/18

Beban F mempunyai tangan momen sebesar, maka lenturannya:

Energy regangan untuk puntiran adalah:

Dengan persamaan-persamaan terdahulu:

Dengan metode energy regangan, maka besar lenturannya adalah:

Konstanta pegas dapat ditentukan dari rumus berikut:

Atau persamaan konstanta pegas rata-rata adalah;

Nilai rata-rata G untuk baja yag digunakan sebagai pegas adalah 11,500,000 psi atau 79,300

MPa.

Jika Q adalah jumlah ujung pegas yang tidak aktif, maka panjang total pegas adalah dan luas melintang kawat pegas adalah , maka volume bahan pegas adalah:

Volume Minimum Bahan Pegas Spiral pada Pembebanan Statis. Volume minimum

bahan pegas dapat ditentukan melalui perumusan berikut ini:

Nilai B yang diperoleh kemudian digunakan untuk menentukan nilai indeks pegas, C.

Sehingga pegas yang dibebani statis akan memiliki muatan terkecil yang paling

memungkinkan, yaitu:


4/18

Table. 2. Design Constants for Most Efficient Helical Compression Spring with Static

Load

C B C B C B C B C B

3.0

3.1

3.2

3.33.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

4.0

94

105

118

131145

161

178

196

215

235

257

4.1

4.2

4.3

4.44.5

4.6

4.7

4.8

4.9

5.0

280

305

331

359387

420

453

487

524

563

5.1

5.2

5.3

5.45.5

5.6

5.7

5.8

5.9

6.0

603

646

690

737783

837

891

947

1,005

1,066

6.1

6.2

6.3

6.46.5

6.6

6.7

6.8

6.9

7.0

1,130

1,196

1,346

1,3371,412

1,489

1,570

1,654

1,741

1,830

7.1

7.2

7.3

7.47.5

7.6

7.7

7.8

7.9

8.0

1,924

2,020

2,121

2,2242,331

2,443

2,557

2,675

2,798

2,924

Contoh Soal:

Sebuah pegas heliks kompresi dibuat dari kawat nomor 8 dan membawa beban static 100 lb

pada lendutan 1 inch. Tegangan geser maksimum tidak lebih dari 80,000 psi. Jumlah pegas

yang tidak aktif pada ujung pegas 2. Tentukan diameter pegas rata-rata, jumlah pegas yang

aktif dan volume bahan pegas!

Jawab:

a) Dengan menggunakan pers (1) diperoleh:

b) Dengan menggunakan pers (8) diperoleh:

c) Dengan menggunakan pers (12) kita peroleh:

SIFAT MATERIAL PEGAS

Nama BahanSpesifikasi yang

samaKeterangan

Senar music 0,8-

0,95C

UNS G10850

AISI 1085

ASTM A228-51

Paling liat, kekuatan tarik paling tinggi, tahan

terhadap beban berulang.Banyak digunakan untuk pegas kecil.

Diameter 0,12 3 mm (0,005 0,125 inch).

Tidak cocok pada suhu di atas 120oC atau di

bawah nol.


5/18

Kawat yang

disepuh dalam oli

0,60 0,70C

UNS G10650

AISI 1065

ASTM 229-41

Tidak cocok pada pembebanan kejut, di atas

180oC atau di bawah nol.

Tersedia dalam ukuran 3 12 mm (0,125-

0,500) inch.

Digunakan untuk ukuran yang lebih besar dari

kawak music.

Kawat yang

dikeraskan dengan

penarikan 0,60

0,70oC

UNS G10660

AISI 1066

ASTM 227-47

Untuk pemakaian umum dan biaya murah

dimana umur, ketelitian dan kelenturan bukan

masalah penting.

Tersedia dalam ukuran 0,8 12 mm (0,031-

0,400) inch.

Tidak cocok pada suhu di atas 120oC atau di

bawah nol.

Vanadium-chrom

UNS G61500

AISI 6150ASTM 231-41

Memiliki tegangan yang lebih baik dai baja

karbon tinggi dan memerlukan ketahanan dan

kelelahan yang panjang. Cocok untuk beban

kejut dan tumbukan.Banyak digunakan untuk pegas katub mesin

pesawat terbang sampai suhu 220oC.

Tersedia dalam ukuran 0,8 - 12 mm.

Silicon chromUNS G92540

AISI 9254

Cocok untuk pegas tegangan tinggi yang

memerlukan umur panjang dan pembebanan

kejut.

Kekerasan Rockwell C50-C53 dan tahan

sampai suhu 250oC.

Tersedia dalam ukuran 0,8 12 mm.

Kekuatan luluh terhadap puntiran dalam perencanaan pegas dinyatakan sebagai:

Dan dengan teori energy distorsi diperoleh:

.Toleransi yang besar pada pegas memberikan keuntungan ekonomis. Besarnya toleransi yangdianjurkan sebesar 1,5% dari diameternya. Toleransi diameter gulungan berkisar antaralain:

a. 5% : indeks pegas b. 25% : indeks pegas

Pada pegas kompresi tidak dianjurkan memiliki tinggi yang terlalu besar, karena

kemungkinan buckling besar sekali. Untuk itu panjang pegas maksimal adalah:


6/18

Contoh soal:

Sebuah pegas ulir tekan terbuat dari senar music No. 16 (0,037inch). Diameter luar pegas

7/16 inch. Ujungnya diratakan dan memiliki 12,5 gulungan total. Tentukan:

a. Kekuatan luluh puntiran.b. Beban statis maksimum.c.

Skala pegas.d. Lendutan karena pembebanan.

e. Tinggi padatan pahat.f. Panjang pegas.g. Kemugkinan terjadi tekukan.

Jawab:

a. Dari table diperoleh nilai

b. Diameter pegas rata-rata adalah .

Maka indeks pegasnya .

Maka:

c. Jumlah gulungan aktif, . Dengan nilai G = 11,5 Mpsi, kita dapattentukan skala pegas:

d. Lendutan karena pembebanan.

e. Tinggi padatan pegas adalah jumlah gulungan x diameter kawat. f. Panjang pegas.

g. Kemungkinan terjadi tekukan. Dari gambar 10-4 (perencanaan teknik mesin, Joseph E. shigley dan Larry D.

Mitchell, hal 6), kemungkinan terjad tekukan sangat besar.

PERTIMBANGAN DISAIN PEGAS

Dalam merencanakan suatu pegas perlu dipertimbangkan hal-hal berikut ini:

1. Ruang pegas dipasang dan bekerja.2. Gaya dan lendutan yang bekerja.


7/18

3. Ketelitian dan keandalan yang dikehendaki.4. Toleransi dan variasi yang diijinkan dalam spesifikasi.5. Kondisi lingkungan.6. Biaya dan jumlah yang dikehendaki.

FREKUENSI PEGAS ULIR

Kejutan pegas (spring surge) adalah terganggunya kawat-kawat pegas yang lain karenaadanya gangguan pada salah satu ujung kawat pegas. Mische, Wolford dan Smith membuat

persamaan gelombang pada pegas di antara dua pelat datar dan sejajar sebagai berikut:

Dimana, k : nilai pegas

: percepatan gravitasi : panjang pegas antara kedua pelat : berat pegasy : koordinat sepanjang pegas

: gerakan setiap partikel pada jarak y

Tabel 4.2. Steel Spring Wire. Minimum Tensile Strength,

, and ASTM Designations

W&M

Gage No

Diameter d,

inch

Hard-Drawn

Class 1, A

227-93

Music Wire

A228-93

Oil-

tempetered

Class 1,

A229-93

302 Stainless

Steel, Class

1, A313-92

25

24

23

22

21

2019

18

17

16

15

14

13

12

1110

9

8

7

0.0204

0.0230

0.0258

0.0286

0.0317

0.03480.0410

0.0475

0.0540

0.0625

0.0720

0.0800

0.0915

0.1055

0.12050.1350

0.1483

0.1620

0.1770

283,000

279,000

275,000

271,000

266,000

261,000255,000

248,000

243,000

237,000

232,000

227,000

220,000

216,000

210,000206,000

203,000

200,000

195,000

350,000

343,000

337,000

332,000

327,000

323,000314,000

306,000

301,000

293,000

287,000

282,000

275,000

269,000

263,000258,000

253,000

249,000

245,000

293,000

289,000

286,000

283,000

280,000

274,000266,000

259,000

253,000

247,000

241,000

235,000

230,000

225,000

220,000215,000

210,000

205,000

200,000

296,000

292,000

291,000

285,000

282,000

280,000275,000

267,000

265,000

258,000

250,000

246,000

238,000

227,000

222,000217,000

205,000

198,000

194,000


8/18

6

5

4

inch

5/16 inch

3/8 inch

0.1920

0.2070

0.2253

0.2500

0.3125

0.3750

192,000

190,000

186,000

182,000

174,000

167,000

241,000

238,000

235,000

230,000

-

-

195,000

190,000

188,000

185,000

183,000

180,000

188,000

182,000

175,000

168,000

155,000

145,000

Tabel 4.3. Alloy Steel Spring Wire. Minimum Tensile Strength, Diameter,

inch

Cr-V A231-

96

Cr-Si A401-

96

Diameter,

inch

Cr-V A231-

96

Cr-Si A401-

96

0.020

0.032

0.041

0.054

0.062

0.080

0.092

0.105

0.120

0.135

0.162

300,000

290,000

280,000

270,000

265,000

255,000

-

245,000

-

235,000

225,000

-

300,000

298,000

292,000

290,000

285,000

280,000

-

275,000

270,000

265,000

0.177

0.192

0.219

0.244

0.250

0.283

0.312

0.375

0.438

0.500

-

220,000

-

210,000

-

205,000

203,000

200,000

195,000

190,000

260,000

260,000

255,000

-

250,000

-

245,000

240,000

235,000

230,000

Tabel 4.4. Carbon Steel Value Spring Wire. Minimum Tensile Strength, (ASTMSPEC. A230-93)

Diameter, inch Strength, psi

0.093-0.128

0.129-0.162

0.163-0.192

0.193-0.225

0.226-0.250

Over 0.250

235,000

230,000

225,000

220,000

215.000

210.000

Tabel 4.5. Phosphor Bronze Wire. H08 (Spring Temper) UNS No. C51000 Round or

Square Wire. (ASTM SPEC. B159-93)

Diameter, inch Strength, psi

0.025 and under

0.025-0.0625

0.0625-0.125

0.125-0.250

0.250-0.375

0.375-0.500Sn, 4.2-5.8%; Ph 0.03-

0.35%; Cu+Sn+Ph,

remainder

145,000

135,000

130,000

125,000

120.000

105.000


9/18

Tabel 4.6. Brass Wire. Minimum Tensile Strength, , for Rectangular Other ThanSquare Wire, Extra Spring Temper (ASTM SPEC. B134-93)

Copper

Alloy No.

Copper

%

Lead

Maximum

%

Iron

Maximum

%

Zinc

Minimum

Tensile

Strength

UNS

C21000UNS

C22000

UNS

C23000

UNS

C24000

UNS

C26000

UNSC26800

UNS

C27400

94.0-96.0

89.0-91.084.0-86.0

78.5-81.5

68.5-71.5

63.0-68.5

61.0-64.0

0.05

0.050.05

0.05

0.07

0.10

0.10

0.05

0.050.05

0.05

0.05

0.07

0.05

Remainder

RemainderRemainder

Remainder

Remainder

Remainder

Remainder

61,000

72,00082,000

89,000

95,000

90,000

90,000

Table 4.7. Ratio of Yield Strength in Shear, , and Endurance Limit in Shear (Zero toMaximum), , to Ultimate Strength,

Type

Hard-drawn wire

Music wire

Oil-tempered wire

302 stainless steel

wire, 18-8

Cr-V and Cr-Si alloy

wire

0.42

0.40

0.45

0.46

0.51

0.21

0.23

0.22

0.20

0.20

Getaran pada Pegas Spiral. Tekanan yang terjadi pada ujung pegas spiral akan

mengakibatkan gelombang/getaran pada seluruh panjang pegas. Frekuensi alami pegas dapat

dinyatakan sebagai:

Dengan nilai g sebesar 386 in/sec2. adalah berat bahan pegas dalam pci. Untuk pegas bajanilai G = 11,500,000 psi dan = 0.285 lb/inch

3, sehingga persamaan tersebut dapat diubah

menjadi:


10/18

Sedangkan Wolford dan Smith menyatakan bahwa frekuensi yang terjadi sebesar:

Berat pegas ulir dinyatakan sebagai:

Frekuensi kritis dasar harus berada 15 20 kali frekuensi dari gaya atau gerakan pegas.

Contoh soal:

Tentukan frekuensi terendah untuk pegas katub dengan diameter kawat nomor 4 dengan

gulungan aktif 10 buah dan diameter rata-rata pegas spiral 2 inch!

Jawab: nilai R = 1 inch, d = 0.2253 inch

PEMBEBANAN LELAH

Komponen gaya dinyatakan sebagai:

Komponen tegangan dinyatakan sebagai:

Kegagalan puntir akan terjadi bila:

Percobaan Zimmerli membuktikan bahwa:

untuk pegas yang tidak ditempa. untuk pegas tempa.Harga modulus kepatahan (kekuatan akhir puntiran) dinyatakan:

Contoh Soal. Sebuah pegas tekan dari senar music ukuran 0.091 inch mempunyai diameter

luar inch, panjang bebas inch, jumlah gulungan aktif 21 dan ujungnya datar dan


11/18

digerinda. Pegas dipasangkan dengan beban awal 10 lb dan akan beroperasi sampai beban

maksimum 50 lb selama pemakaian. Carilah factor keamanan terhadap suatu kegagalan lelah

didasarkan pada umur 50,000 siklus dan keandalan 99%.

Jawab. Diameter rata-rata adalah. Maka C=D/d=

Maka komponen gaya dapat ditentukan sebagai berikut:

Komponen tegangan dinyatakan sebagai:

Batas ketahanan adalah harus dikoreksi terhadap keandalan, pemusatantegangan dan umurnya. Factor keandalan dapat ditentukan berdasarkan table berikut ini:

Keandalan RVariabel

standar Faktorkeandalan 0.50

0.90

0.95

0.990.999

0.999 9

0.999 99

0.999 999

0.999 999 9

0.999 999 99

0.999 999 999

0

1.288

1.645

2.3263.091

3.719

4.265

4.753

5.199

5.612

5.997

1.000

0.897

0.868

0.8140.753

0.702

0.659

0.620

0.584

0.551

0.520

Factor kelengkungan adalah:


12/18

Kepekaan takikan dari baja pegas hamper mendekati satu karena kekuatan tariknya yang

begitu besar, maka . Factor modifikasi terhadap pemusatan tegangan adalah:

Bahan

Daerah

ukuran

m

Daerah

ukuran

mm

Ekspone

n m

Konstanta A

kpsi MPa

Senar music 0.146 196

Kawat yang disepuh dalam oli

Kawat yang dikeraskan dengan

penarikan0.192 1750

Silicon chrom

Kemudian kekuatan pada 50,000 siklus adalah:

Factor keamanan terhadap kegagalan adalah:

Nilai konstanta pegas:

Bila = 0.282 lb/inch3, berat pegas adalah:

frekuensi operasi sebesar: 193/20 = 10 cycles/s.


13/18

PEGAS ULIR PUNTIR

Pegas ini digunakan untuk engsel pintu dan starter mobil. Tegangan lentur dinyatakan

sebagai:

Fktor pemusatan tegangan dinyatakan:

Notasi o dan I menunjukkan serat luar dan dalam. Bila momen lentur adalah M = Fr, maka:

Energy tegangan dalam lenturan pegas adalah:

Dengan menggunakan teorema Castigliano, lendutan sejauh:

Maka lendutan sudut pegas dalam radial adalah:

Dengan demikian konstanta pegas dinyatakan sebagai:

Konstanta pegas dapat juga dinyatakan sebagai daya torsi yang diperlukan untuk memutar

pegas satu putaran.

Diameter dalam pegas puntir ketika dibebani sebesar:

Contoh Soal. Sebuah pegas seperti pada gambar di bawah terbuat dari senar music 0.070

inch dan mempunyai gulungan total 4,25. Tentukan:

a. Daya putar operasi maksimum dan perputaran sudut.b. Diameter dalamnya.


14/18

c. Daya putar operasi maksimum dan perputaran sudut untuk umur operasi dalamjumlah siklus yang tak berhingga.

Untuk senar music diperoleh: m = 0.146 dan A = 196 kpsi.

Kekuatan mengalah diperkirakan sebesar:

Diameter rata-rata adalah D = 0.593 0.070 = 0.523 inch dan indeks pegasnya, C = D/d =

0.523/0.070 = 7.47. factor pemusatan tegangansebelah dalam dan luar adalah:

Dari analisa, tegangan kritis terjadi pada sebelah dalam gulungan. Daya putar operasi

maksimum dinyatakan:

Jadi daya putar 6.577 akan memutar pegas:

Lendutan sudutnya sebesar:

Dengan tanpa beban diameter dalam pegasnya:

Maka kita dapatkan diameter dalam baru sebesar:


15/18

Karena dan factor pengerjaan dan nilai {

Dengan asumsi keandalan pegas

PEGAS SPIRAL DENGAN DENGAN KAWAT PERSEGI PANJANG

Ketika sebuah kawat persegi panjang digunakan untuk membuat pegas, maka tegangan geser

dapat ditentukan sebagai berikut:

Nilai dapat dilihat pada table berikut ini:b/

c

1.00 1.20 1.50 1.75 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00 8.00 10.0

0

0.208 0.219

0.23

1

0.23

9

0.24

6

0.25

8

0.26

7

0.28

2

0.29

1

0.29

9

0.30

7

0.31

2

0.33

3

0.208 0.23

5

0.26

9

0.29

1

0.30

9

0.33

6

0.35

5

0.37

8

0.39

2

0.40

2

0.41

4

0.42

1

0.1406

0.16

6

0.19

6

0.21

4

0.22

9

0.24

9

0.26

3

0.28

1

0.29

1

0.29

9

0.30

7

0.31

2

0.33

3

Tegangan ini harus ditambahkan ke tegangan geser transversal sebesar 1,5P/A ke titik A1 dan

A2. Maka lendutan pegas adalah:

PEGAS DAUN

Tegangan dan deformasi pegas daun yang berbentuk segiempat untuk defleksi kecil dapat

menggunakan persamaan balok (beam). Untuk kasus dimana lebar batang pegas lebih besar

dibandingkan dengan ketebalannya, maka perlu dikalikan dengan , dimana adalahperbandingan Poisson.


16/18

Contoh Soal:

Dari gambar di atas tentukan besarnya defleksi yang dialami meja tersebut!

Jawab:

(

)

Maka,

Dengan demikian defleksi total pada meja adalah 2(0.3276) = 0.6552 inch

Dari gambar, untuk defleksi yang kecil, persamaan untuk kantilever yang berbentuk trapezoid

dengan pembebanan pada ujung dinyatakan sebagai:

Dimana tergantung pada perbandingan luas sesuai dengan kurva di bawah ini.


17/18

Bahan yang biasa digunakan untuk pegas daun dapat dilihat pada table berikut ini:

Draw

tempoF

1095 Plain

Carbon

6150 chromium-

vanadium

8660 chromium-

nickel-

molybdenum

9262 silicon-

mangenese

ultimate yield ultimate Yield ultimate yield ultimate yield

850

9501050

1150

192,000

188,000172,000

151,000

128,000

120,000107,000

92,000

220,000

198,000180,000

162,000

203,000

185,000168,000

152,000

206,000

190,000171,000

150,000

193,000

170,000150,000

129,000

243,000

214,000188,000

167,000

212,000

182,000156,000

137,000

ENERGI YANG DISIMPAN PEGAS

Pegas biasanya digunakan untuk menyimpan energy atau untuk menyerap energy pada

pembebanan kejut. Ketika gaya dan defleksi terjadi secara proporsional, energy yang

disimpan sebesar

. energy regangan pada pegas spiral dengan kawat bulat yang

dibebani statis adalah:

Bila:

Dengan demikian, kita peroleh:

Pada pegas puntir, energinya sebanding dengan

. Dimana

. Bila kawat

berbentuk segiempat, maka , sehingga akan diperoleh: Bila pegas berbentuk bulat, maka dan persamaannya menjadi:

Untuk kantilever yang berbentuk segiempat dengan beban F pada ujungnya, besar defleksi

dinyatakan dengan , sehingga:


18/18

Dan jika kantilever berbentuk segitiga ( ), maka:

Number of active

coils per mm (inch)

Tolerances, mm/mm (inch/inch) of free lengthSpring Index, D/d

4 6 8 10 12 14 16

0.02

(0.5)

0.04

(1)

0.08

(2)

0.2

(4)

0.3

(8)

0.5

(12)

0.6

(16)

0.8

(20)

0.010

0.011

0.013

0.016

0.019

0.021

0.022

0.023

0.011

0.013

0.015

0.018

0.022

0.024

0.026

0.027

0.012

0.015

0.017

0.021

0.024

0.027

0.029

0.031

0.013

0.016

0.019

0.023

0.026

0.030

0.032

0.034

0.015

0.017

0.020

0.024

0.028

0.032

0.034

0.036

0.016

0.018

0.022

0.026

0.030

0.034

0.036

0.038

0.016

0.019

0.023

0.027

0.032

0.036

0.038

0.040

Pegas Fix.docx

Documents

Transcript of Pegas Fix.docx