Beban Fatigue pada Pegas Tekan Heliks

Pembebanan fatigue pada dasarnya berarti pembebanan terus menerus suatu bahan dengan gaya yang besar sampai mengalami keretakan. Fatigue adalah efek di mana material retak setelah tidak ada tegangan. Tidak ada tegangan yang melebihi tegangan tarik ultimate.

Pegas hampir selalu mengalami pembebanan fatigue. Dalam banyak kasus jumlah siklus hidup yang dibutuhkan mungkin kecil, katakanlah, beberapa ribu untuk pegas padlock atau pegas toggle-switch. Tapi pegas katup mesin otomotif harus menopang jutaan siklus operasi tanpa kegagalan, sehingga pegas harus dirancang untuk siklus yang sangat lama.

Pembebanan fatigue biasanya melibatkan nilai tegangan minimum dan nilai tegangan maksimum. Dua nilai tersebut dilambangkan dengan F_max dan F_min. Analisis utama adalah menemukan dua nilai yaitu gaya rata-rata (F_m) dan gaya tegangan variabel atau amplitudo gaya (F_a).

F_m = (F_max + F_min) / 2

F_a = (F_max – F_min) / 2

Tegangan geser amplitudo adalah

τ_a = K_B [(8F_aD)/(πd³)]

Tegangan geser rata-ratanya adalah

τ_m = K_B [(8F_mD)/(πd³)]

Untuk pegas, faktor keamanan untuk umur ketahanan torsional adalah

n_s = S_se / τ_a

Hasil percobaan telah membuktikan bahwa untuk pegas baja batas ketahanan torsi tidak secara langsung berhubungan dengan ukuran, kekuatan tarik, atau bahan untuk kawat di bawah diameter 10mm. Nilai yang dihasilkan dari percobaan telah ditentukan sebagai

• S’_se = 310 MPa untuk pegas yang belum dilubangi dan 465 MPa untuk pegas yang dilubangi
• S’_sa = 241 MPa untuk pegas yang belum dilubangi dan 398 MPa untuk pegas yang dilubangi
• S’_sm = 379 MPa untuk pegas yang belum dilubangi dan 534 MPa untuk pegas yang dilubangi

Untuk pegas yang mengalami pembebanan siklis/statis rendah, faktor keamanan luluh untuk torsi adalah

n_s = S_sy / (τ_a+τ_m)

Secara umum aman untuk menggunakan kekuatan luluh torsi 40% dari kekuatan tarik ultimate yaitu S_sy dari 0,4S_ut

Jika aplikasi pegas antara 10³ dan 10⁶ siklus, kekuatan geser torsional yang dimodifikasi ( S_fs ) dapat digunakan untuk menentukan faktor keamanan.

n_s = S_sf / τ_a

S_sf adalah kekuatan lelah geser yang dimodifikasi. Ini dapat ditentukan kira-kira jika batas daya tahan ( S’_se ) dan kekuatan kelelahan pada 10³ siklus ( S’sl ) yang tersedia kekuatan kelelahan siklus tinggi.

Kriteria Kegagalan Goodman

Desain kelelahan pegas umumnya melibatkan salah satu dari sejumlah kriteria kegagalan, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Persamaan berpotongan untuk kriteria Goodmans adalah

S_sa/S_se + S_sm/S_sut = 1

Faktor keamanan yang relevan dihitung sebagai berikut:

n_s = 1/ [(τ_a / S_se)+(τ_m / S_sut)]

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor : Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.

https://roymech.org/Useful_Tables/Springs/Springs_fatigue.html (diakses pada tanggal 4 Januari 2022)