Tegangan pada Pegas Heliks (Helical Springs)
Pegas heliks adalah kawat lilitan spiral dengan diameter kumparan konstan dan pitch seragam. Bentuk pegas heliks yang paling umum adalah pegas kompresi tetapi pegas tegangan (tension) juga banyak digunakan. Pegas heliks umumnya dibuat dari kawat bundar. Pegas jarang dibuat dengan bentuk persegi atau persegi panjang. Kekuatan baja yang digunakan merupakan salah satu kriteria yang paling penting untuk dipertimbangkan dalam merancang pegas. Kebanyakan pegas heliks diproduksi massal oleh organisasi spesialis.
Gambar a menunjukkan pegas kompresi heliks kawat bundar yang dibebani oleh gaya aksial F. D sebagai diameter kumparan rata-rata dan d sebagai diameter kawat. Sekarang bayangkan bahwa pegas dipotong di beberapa titik (gambar b), sebagian dilepas, dan efeknya dari bagian yang dihilangkan digantikan oleh reaksi internal bersih. Kemudian, seperti yang ditunjukkan pada gambar, dari keseimbangan bagian yang dipotong akan mengandung gaya geser langsung F dan torsi T = FD/2.
Tegangan maksimum pada kawat dapat dirumuskan menjadi
τmax = Tr/J +F/A
Substitusi τmax = τ, T = FD/2, r = d/2, J= πd4/32, dan A = πd4/4 menjadi
τ = (8FD)/(πd3)+(4F)/(πd2)
Sekarang kita tentukan indeks pegas
C = D/d
yang merupakan ukuran kelengkungan kumparan. Nilai C yang disukai berkisar dari 4 hingga 12. Dengan hubungan ini, persamaan 2 dapat ditulis ulang menjadi
τ = Ks[(8FD)/(πd3)]
di mana Ks adalah faktor koreksi tegangan geser dan didefinisikan oleh persamaan
Ks = (2C+1)/2C
Penggunaan kawat persegi atau persegi panjang tidak disarankan untuk pegas kecuali keterbatasan ruang. Pegas bentuk kawat khusus tidak dibuat di jumlah besar, tidak seperti kawat bundar; mereka tidak mendapat manfaat dari pemurnian pengembangan dan karenanya mungkin tidak sekuat pegas yang terbuat dari kawat bundar. Ketika ruang sangat terbatas, penggunaan pegas kawat bulat bersarang harus selalu dipertimbangkan.
Tegangan pada Pegas Heliks dengan Curvature Effect
Untuk pegas di mana diameter kawat sebanding dengan diameter kumparan, pada segmen pegas tertentu, panjang bagian dalam segmen pegas relatif lebih pendek daripada panjang luar. Oleh karena itu, untuk besar torsi tertentu, regangan geser lebih banyak di segmen dalam daripada segmen luar. Regangan geser yang tidak sama ini disebut efek kelengkungan (curvature effect).
Curvature effect berkurang dengan meningkatnya indeks pegas. Jadi semakin tinggi indeks pegas (C= D/d) semakin kecil curvature effect. Misalnya, suspensi di gerbong kereta api menggunakan pegas heliks. Pegas ini memiliki diameter kawat yang besar dibandingkan dengan diameter pegas itu sendiri. Dalam hal ini curvature effect akan dominan tinggi.
Untuk menjaga efek kelengkungan, persamaan sebelumnya untuk tegangan geser maksimum pada kawat pegas dimodifikasi menjadi,
τ = Kw[(8FD)/(πd3)]
Faktor Wahl Kw = [(4C-1)/(4C-4)] + 0.615/C
Faktor Bergstrasser KB = (4C+2)/(4C-3)
Faktor koreksi kelengkungan sekarang dapat diperoleh dengan meniadakan efek dari bentuk gaya geser langsung KB, dengan demikian
KC = KB/KS = 2C(4C+2)/[(4C-3)(2C+1)]
Untuk menghitung tegangan geser maksimal dapat dihitung dengan rumus
τ = KB[(8FD)/(πd3)]
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
Sumber:
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
https://www.slideshare.net/bcet96/springsdegin (diakses pada tanggal 28 Desember 2021)
Leave a Reply
Want to join the discussion?Feel free to contribute!