Makalah Pegas 2

PEGAS Mata Kuliah Elemen Mesin

Disusun Oleh : Dhany Ardhian Syah

(14503241029)

Yuono Imam Pangestu

(14503241030)

Dovie Arga Aprilliyas

(14503241036)

Muhammad Kartika Candra (14503244003) Komang Sutegar

(14503244014)

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2016

Kata Pengantar Puji syukur kita panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kita tetap berada di dalam lindungan-Nya, sehingga Kami dapat menyelesaikan tugas makalah tentang pengikat (fastener) dengan lancar tanpa halangan suatu apapun. Dengan dibuatnya makalah ini diharapkan kami telah memenuhi kewajiban kami mengerjakan tugas tentang pengikat. Kami sadar bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, karena itu izinkan kami memohon maaf bila terdapat kekurangan dan kesalahan dari makalah ini. Akhirnya, pada kesempatan ini penyusun menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam pelaksanaan pembuatan dan penyelesaian makalah ini. Saran dan kritik dari pembaca dan siapapun selalu kami harapkan dalam penyempurnaan makalah ini. Penulis berharap semoga hasil dari penulisan makalah ini dapat berguna untuk siapa saja. Yogyakarta, 17 Desember 2016

Tim Penyusun

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Dengan kondisi pembebanan yang diterima tersebut, material pegas harus memiliki kekuatan elastik tinggi dan diimbangi juga dengan ketangguhan yang tinggi. Salah satu jenis pegas yang umum digunakan pada kendaraan bermotor roda empat adalah pegas daun. Pada apalikasinya pegas daun digunakan untuk menahan beban kendaraan roda empat pada bagian roda belakang. Jenis model pegas yang ada sangatlah bermacam-macam, diantaranya pegas daun, pegas koil, pegas helix, pegas torsi,pegas cakram dan lain-lain. Jenisjenis pegas tersebut memiliki karakteristik yang berbeda satu dan lainya. Disamping itu juga memiliki perbedaan pada material yang digunakan dan sifat mekaniknya, hal ini disesuaikan dengan standar proses pembuatan pegas yang ada. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk beban tekan, beban tarik, beban torsi, beban kejut/getaran. Pegas umumnya beroperasi dengan ‘high working stresses’ dan beban yang bervariasi secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah : 1. Untuk menyimpan dan mengembalikan energi potensial, seperti misalnya pada ‘gun recoil mechanism’ 2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief valve 3. untuk meredam getaran dan beban kejut, seperti pada auto mobil 4. untuk indikator/kontrol beban, contohnya pada timbangan 5. untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada ‘brake pedal’

BAB II PEMBAHASAN A. Definisi Pegas Pegas merupakan elemen mesin yang mempunyai fungsi memberikan gaya, melunakkan tumbukan, menyerap / menyimpan energi, mengurangi / menambah getaran. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk beban tekan, beban tarik, beban torsi, beban kejut/getaran. Pegas umumnya beroperasi dengan ‘high working stresses’ dan beban yang bervariasi secara terus menerus. Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah : 1. Untuk menyimpan dan mengembalikan energi potensial, seperti misalnya pada ‘gun recoil mechanism’ 2. untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief valve 3. untuk meredam getaran dan beban kejut, seperti pada auto mobil 4. untuk indikator/kontrol beban, contohnya pada timbangan 5. untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada ‘brake pedal’ B. Klasifikasi Pegas Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang bekerja, yaitu: a. Pegas tekan b. Pegas tarik c. Pegas puntir d. Pegas Volute e. Pegas daun f. Pegas piring (plat) g. Pegas cincin h. Pegas batang puntir

Gambar 1. Jenis Pegas Berdasarkan Fungsi dan Beban yang Bekerja Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah diberdasarkan bentuk fisiknya. Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah : a. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical torsion, spiral torsion) b. Spring washers (curved, wave, finger, belleville) c. Flat spring (cantilever, simply supported beam) d. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring)

Gambar a. helical compressionGambar b. helical tension

Gambar c. Helical Torsion

Gambar d. Spiral torsion spring.

Gambar e. Disc or bellevile springs Gambar f. Laminated or leaf springs. C. Pembahasan 1. Pegas Helix Tekan Pegas heliks dibuat dari sebuah kawat yang digulung dan dibentuk heliks dan pegas itu terutama ditujukan beban tekan. Penampang dari pegas heliks bisa dibuat dalam bentuk segi empat, persegi, atau lingkaran. Pegas heliks bisa dikatakan menjadi sangat erat saat kawat pada pegas tergulung rapat dan kawat tersebut mengalami puntiran. Dalam kata lain, pada pegas heliks yang terbebani, sudut heliks akan menjadi sangat kecil, biasanya kurang dari 10. Tegangan terbesar yang dihasilkan pada pegas heliks adalah tegangan geser karena pegas tersebut melintir. Pada pegas heliks yang terbuka, kawat pegas yang tergulung menyebabkan sebuah celah atau gap antara dua konsektuif gulungan kawat, ini menyebabkan sudut pegas heliks menjadi besar. Pegas helix tekan yang paling umum adalah pegas kawat dengan penampang bulat, diameter coil konstan, dan picth yang konstan. Geometri utama pegas helix adalahdiameter kawat d, diameter rata-rata coil D, panjang pegas bebas Lf, jumlah lilitan Nt, danpitch p. Pitch adalah jarak yang diukur dalam arah sumbu coil dari posisi center sebuah lilitan ke posisi center lilitan berikutnya. Indeks pegas C, yang menyatakan ukuran kerampingan pegas

didefinisikan sebagai perbandingan antara diameter lilitan dengan diameter kawat. Tegangan pada kawat lurus adalah tegangan geser torsi, sedangkan pada penampang kawat sudah dibentuk helix akan terjadi tegangan geser akibat beban torsi dan tegangan geser akibat gaya geser.  Kondisi Ujung Dan Panjang Pegas Ujung lilitan dapat menimbulkan beban yang eksentris, sehingga dapat meningkatkan tegangan pada satu sisi pegas. Empat tipe ujung lilitan yang umum digunakan ditunjukkan pada gambar.

Performa pada aplikasi beban dan bentuk akan lebih baik lagi jika ujungnya digerinda yang ditunjukkan pada gambar (d). Tipe ini memerlukan biaya paling mahal, tetapi ini adalah bentuk yang direkomendasikan untuk kompenen mesin kecuali diameter kawat sangat kecil (< 0,02 in atau < 0,5 mm). Buckling Pegas tekan memiliki sifat seperti kolom yang dapat mengalami buckling jika terlalu ramping. Faktor kerampingan pegas dinyatakan dengan perbandingan antara panjang pegas terhadap terhadap diameter lilitan Lf/D. Gambar dibawah menunjukkan daerah kondisi kritis dimana pegas dapat mengalami buckling untuk pemasangan paralel dan nonparalel. Masalah buckling dapat dihindari dengan menempatkan pegas di dalam lubang atau pada batang.

Gambar 3. Kondisi critical buckling pegas untuk ujung paralel dan nonparalel Kekuatan Ijin Untuk Pegas Tekan Data pengujian yang cukup banyak tersedia untuk kekuatan pegas tekan yang terbuat dari kawat berpenampang bulat, baik untuk beban statik maupun beban dinamik. Batas-batas kekuatan yang diperlukan dalam perancangan pegas adalah : a) Torsional Yield Strength, Ssy Kekuatan yield torsional dari kawat pegas tergantung pada jenis bahan b) Torsional Fatigue Strength, Ssf c) Torsional Endurance Limit, Sse Torsional endurance limit tidak tergantung pada ukuran, jenis paduan, dan kekuatan ultimatetarik material. Se hanya tergantung pada proses peening, yaitu proses pengerjaan permukaan yang menimbulkan compressive residual stress dan mempertangguh permukaan. Faktor Keamanan Untuk Pegas Tekan Untuk pegas yang mendapat beban statik, faktor keamanan dapat dihitung terhadap kekuatan yield torsional yang diijinkan. Faktor keamanan terhadap beban statis :

S F 6=

S sy S π d3 = sy , no curvature effect τ max 8 D K s P 3

S S πd S F 6= sy = sy , curvature effect τ max 8 D K w P Untuk pegas yang mengalami beban cyclic, ada tiga faktor keamanan pegas yang perlu dipertimbangkan yaitu :  Faktor keamanan terhadap torsional endurance limit fatigue : S S F 6= se τa  Faktor keamanan terhadap torsional yielding adalah : S S F 6= se τ a+ τ m  Faktor keamanan terhadap torsional fatigue strength adalah : S S F δ = st τa 

Istilah Yang Ada Pada Pegas Tekan Panjang Solid, keadaan yang menunjukan saat pegas tekan

dikenai suatu beban yang membuat ulir dari pegas tersebut saling menempel satu sama lain. Panjang Bebas, panjang bebas dari pegas tekan merupakan panjang dari pegas dalam keadaan tidak ada beban yang menimpa pegas. Indeks Pegas, merupakan rasio antara rata diameter pegas tekan dengan diameter dari kawat pada pegas. Kekakuan Pegas, kekakuan pegas dihitung dengan cara beban yang diperlukan per satuan unit defleksi pada pegas. Pitch, pitch merupakan jarak antara kawat pegas yang berdekatan saat kondisi pergas tersebut tidak dikenakan beban. Beberapa keuntungan dari pegas heliks adalah: a) Mudah untuk diproduksi. b) Banyak tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran. c) Lebih dipercaya. d) Kualitasnya bisa diprediksikan secara akurat. Karakteristik pegas heliks bisa diatur dengan cara mengubah dimensinya 2. Pegas Helix Tarik

Untuk mengaplikasikan beban pada pegas tarik diperlukan konstruksi khusus pada ujung pegas berupa hook (kait) atau loop. Dimensi utama pegas tarik beserta dimensi hook. Bentuk standar hook didapatkan dengan menekuk lilitan terakhir sebesar 90° terhadap badan lilitan. Mengingat bentuk hook, adanya konsentrasi tegangan biasanya membuat hook atau loop mengalami tegangan yang lebih besar dibandingkan tegangan pada lilitan. Karena itu, dalam perancangan pegas, faktor konsentrasi tegangan perlu diminumkan dengan menghindari bentuk tekukan yang terlalu tajam, seperti misalnya dengan membuat radius r2 sebesar mungkin.

Gambar 4. Pegas helix tarik. (a) geometry; (b) bentuk hook konvensional; (c) pandangan samping; (d) improved design; (e) pandangan samping Gaya Awal Pegas Tarik Besarnya beban awal yang harus diberikan dapat dirancang pada saat pembuatan dan harus dijaga supaya tegangan geser awal τi pada kawat masih dalam daerah yang diinginkan. Tegangan Maksimum Pada Pegas Tarik Tegangan geser pada bagian lilitan dapat dihitung dengan cara yang sama untuk pegas tekan, baik pada pembebanan statik maupun pembebanan dinamik. Jadi tegangan geser akibat beban statik adalah :

Tegangan alternating dan tegangan rata-rata untuk beban cyclic dapat dihitung dengan persamaan :

Pada hook terdapat dua daerah yang potesial mengalami tegangan kritis yaitu pada penampang A dan B, seperti ditunjukkan pada gambar 5. Pada penampang A akan terjadi tegangan akibat bending dan gaya dalam, sedangkan pada penampang B akan terjadi tegangan geser torsional yang tinggi karena pada titik ini radius lengkungan paling kecil.

Gambar 5. Lokasi tegangan kritis pada hook 3. Pegas Heliks Torsional Pegas helix bisa dibebani secara tosrional, baik tekan maupun tarik. Ujungnya diperpanjang pada arah tangensial untuk menahan beban momen. Ujung pegas jenis ini mempunyai berbagai macam bentuk, tergantung penggunaannya. Kebanyakan coilnya rapat seperti pegas tarik, tanpa adanya initial tension, tetapi kadang juga renggang seperti pegas tekan untuk menghindari adanya gesekan. Momen yang bekerja menyebabkan kawat mengalami beban bending. Untuk menggunakan pegas jenis ini, momen yang bekerja harus disusun

sedemikan hingga menyebabkan merapatnya coil, karena tegangan sisa pada coil lebih baik dalam menerima momen yang menyebabkan merapatnya coil. Beban dinamik harus fluctuating atau repeated dengan rasio tegangannya R≥0. Sepesifikasi pembuatan pegas helix torsional adalah diameter kawat, diameterluar coil, jumlah lilitan dan spring rate, serta variabel yang terdapat pada gambar 6. Untuk menahan beban bending, lebih efesien digunakan kawat dengan penampang segiempat (nilai I lebih besar untuk dimensi yang sama). Tetapi, karena harganya lebih murahdan variasi ukuran dan material lebih baik, kawat dengan penampang bulat lebih sering digunakan.

Gambar 6. Spesifikasi pegas helix torsional Tegangan Coil Tegangan tekan maksimum terjadi pada bagian dalam coil (pada saat dibebani menyebabkan coil merapat) :

Dengan :

Pada pegas torsional, kegagalan statik (yield) terjadi pada bagian dalam karena tegangan tekan maksimum. Tetapi, kegagalan fatigue (fenomena tegangan tarik) terjadi karena tegangan tarik maksimum pada bagian luar coil. 4. Pegas Daun Pegas daun ini biasanya dibuat dari plat baja yang memiliki ketebalan 3 – 6 mm, susunan pegas daun terdiri atas 3 – 10 lembar plat yang diikat menjadi satu menggunakan baut atau klem pada bagian tengahnya. Pada ujung plat terpanjang dibentuk mata pegas untuk pemasangannya. Sementara itu bagian belakang dari plat baja paling atas dihubungkan dengan kerangka menggunakan ayunan yang dapat bergerak bebas saat panjang pegas berubah-ubah karena pengaruh perubahan beban.

Gambar 7. Pegas daun Pemasangan pegas daun : yaitu pegas daun dipasang diatas poros roda belakang dan pegas daun dipasang dibawah poros roda belakang. Kebanyakan pegas daun dipasang tepat ditengah-tengah panjang pegas tersebut sehingga bagian depan dan belakang sama panjang. Tetapi ada juga pemasangan pegas daun yang tidak tepat ditengah, yaitu bagian depan lebih pendek dari bagian belakang, getaran yang timbul ketika kendaraan direm atau meluncur dapat dikurangi. Pada kendaraan-kendaraan yang berat seperti truk dan bus, pegas daun mengalami beda tekanan pada saat kosong dan berisi muatan penuh.

Untuk memenuhi beban saat pengangkutan pada kendaraan berat biasanya menggunakan pegas ganda, yaitu pegas primer dan sekunder. Saat kendaraan berat tidak menerima beban berat maka yang digunakan saat itu pegas primer, sedangkan saat diberi beban berat maka pegas primer dan sekunder akan bekerja bersama-sama. Sampai saat ini banyak kendaraan darat yang menggunakan suspensi model pegas daun.

Gambar 7. Konstruksi Pegas Daun Tegangan pada susunan rata lebih besar 50% dari susunan bertingkat, sehingga konstruksi pegas daun hal tersebut tidak diijinkan. Untuk itu harus disamakan tegangannya dengan cara sebagai berikut :  Ketebalan plat pegas pada susunan penuh dibuat lebih tipis dari susunan bertingkat  Radius kelengkungan pegas pada susunan penuh dibuat lebih besar dari susunan bertingkat, kemudian disatukan 5. Pegas Belleville Nama pegas ini diambil dari penemunya, J.F. Belleville. Pegas ini berbentuk washers. Bentuk dan dimensinya bisa dilihat pada gambar 8. Pegas ini biasanya digunakan pada pembebanan yang besar dengan defleksi kecil.

Pegas ini sering digunakan untuk mendapatkan preload pada baut. Penggunaan lainnya adalah pada clutch dan seal.

Gambar 8. (a) Pegas Belleville yang ada di pasaran (b) Dimensi pegas Belleville (posisi bebas/tidakterdefleksi) Tegangan pada pegas Belleville yang terjadi tidak terdistribusi seragam, dan terkonsentrasi pada bagian tepi. Biasanya parameter perancangan yang digunakan pada adalah tegangan tekan σc, tetapi karena tegangan terkonsentrasi pada tepi, akan terjadi yield lokal yang akan memperkecil tegangan tersebut. Karena σc lebih besar dari tegangan rata-rata, σc bisa dibandingkan dengan dengan suatu harga yang lebih besar daripada kekuatan tekan Suc. Karena defleksi maksimum pegas Belleville kecil, maka untuk mendapatkan defleksi total yang lebih besar, pegas ditumpuk secara seri. Gaya yang diperlukan untuk mendefleksi sama besar, tetapi defleksi yang terjadi bertambah besar. Susunan pararel akan menghasilkan defleksi total yang sama dengan gaya yang lebih besar. Kombinasi seri-pararel bisa dilakukan. Susunan seri dan seri-pararel tidak stabil, dan diperlukan guide pin atau lubang, dimana gesekan yang terjadi akan mengurangi beban yang tersedia. Pada susunan pararel juga akan gesekan antar daun.

Gambar 9. Susunan pegas Belleville 6. Pegas puntir Pegas puntir adalah pegas yang dapat menahan beban puntir secara maksimal, bentuknya bermacam-macam. Ada yang menyerupai pegas helik dan juga ada yang menyerupai lembaran kawat yang berbentuk spiral. Pegas ini juga termasuk dalam pegas ulir puntir atau pegas spiral seperti yang terlihat dalam Gambar 10. Pegas ulir puntir biasanya digunakan untuk menahan beban secara konstan seperti pada meja gambar teknik atau juga pada peralatan elektronik, dan pegas spiral biasanya digunakan pada jam tangan dan jam dinding.

Gambar 10. Pegas Ulir Puntir dan Pegas Spiral

Sifat-sifat a) Memerlukan sedikit tempat

b) c) d) e) f)

Energi yang diabsorsi lebih besar daripada pegas lain Tidak mempunyai sifat meredam getaran sendiri Dapat menyetel tinggi bebas mobil Langkah pemegasan panjang Mahal

7. Pegas plat spiral Pegas

plat

spiral

terdiri

dari

bahan

tipis, panjang

dan

merupakanmaterial elastis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11. Sering digunakan pada jam dan produk yang membutuhkan sebagai media untuk menyimpan energi.

Gambar 11. Pegas Plat Spiral 8. Pegas Cakram dan Pegas Spesial Pegas cakram terbentuk dengan gabungan beberapa cakram yang disatukan dengan baut atau tube di tengah. Pegas ini biasanya digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan pegas yang padu atau padat, kekakuan tinggi. Pegas spesial bisa berbentuk cairan atau udara (air suspensions), pegas karet, pegas cincin, dan yang lainnya. Fluida bisa bertindak sebagai “pegas berkompresi”. Pegas ini hanya digunakan untuk kepentingan khusus. 9. Pegas Ulir Tekan Konis dan Penampang Segi Empat Panjang Pegas yang ditujukan pada Gambar 12. merupakan pegas ulir tekan konis dan pegas ulir tekan dengan penampang segi empat panjang. Pegas ini biasa digunakan untuk aplikasi khusus dan tingkat ulirnya semakin bertambah

sesuai dengan beban yang dibutuhkan. Pegas ulir tekan konis mempunyai bentuk yang puncaknya lancip sedangkan pegas ulir tekan penampang segi empat panjang mempunyai puncak berbentuk parabol.

Gambar 12. Conical Spring dan Volute Spring D. Material pegas Material pegas yang ideal adalah material yang memiliki kekuatan ultimate yang tinggi, kekuatan yield yang tinggi, dan modulus elastisitas atau modulus geser yang rendah untuk menyediakan kemampuan penyimpanan energi yang maksimum. Parameter loss coefficient, Δv yang menyatakan fraksi energi yang didisipasikan pada siklus stress-strain juga merupakan faktor penting dalam pemilihan material. Material pegas yang baik haruslah memiliki sifat loss coefficient yang rendah. Untuk pegas yang mendapat beban dinamik, kekuatan fatigue adalah merupakan pertimbangan utama dalam pemilihan material. Kekuatan ultimate dan yield yang tinggidapat dipenuhi oleh baja karbon rendah sampai baja karbon tinggi, baja paduan, stainlesssteel, sehingga material jenis ini paling banyak digunakan untuk pegas. Kelemahan baja karbon adalah modulus elastisitasnya yang tinggi. Untuk beban yang ringan, paduancopper, seperti berylium copper serta paduan nikel adalah material yang umum digunakan. Kekuatan ultimate material pegas bervariasi secara signifikan terhadap ukuran diameter kawat. Hal ini adalah sifat material dimana material yang memiliki penampang sangat kecil akan memiliki kekuatan ikatan antar atom yang sangat tinggi. Sehingga kekuatan kawat baja yang halus akan memiliki kekuatan ultimate yang tinggi. Tabel 1. Nilai Shear stress, Modulus of rigidity, dan Modulus Elastisitas

Sumber : A Textbook of Machine Design by R.S.KHURMI AND J.K.GUPTA

Tabel 2. Standard wire gauge (SWG) number and Corresponding diameter of spring wire

Sumber : A Textbook of Machine Design by R.S.KHURMI AND J.K.GUPTA

Tabel 3. Sifat material yang biasa digunakan untuk pegas daun

Sumber : A Textbook of Machine Design by R.S.KHURMI AND J.K.GUPTA

DAFTAR PUSTAKA Khurmi, R.S., Gupta, J.K. (2005). Machine Design. New Delhi : Eurasia Publishing House. Yuniarso A.D, et.al. (2014), Makalah Elemen Mesin 1, Pegas. Jakarta: Teknik Mesin Produksi Politeknik Negeri Jakarta. Academia.com. (2016). Pegas Elemen Mesin. Diakses tanggal 19 Desember 2016. https://www.academia.edu/19715210/PEGAS_ELEMEN_MESIN_ Scrib.com. (2016). Tugas Elemen Mesin Pegas. Diakses tanggal 19 Desember 2016. Pegas

https://www.vbook.pub.com/doc/215641672/Tugas-Elemen-Mesin-i-