Frekuensi Kritis pada Pegas Heliks

Jika gelombang dibuat oleh gangguan di salah satu ujung kolam renang, gelombang ini akan berjalan di sepanjang kolam, dipantulkan kembali di ujung terjauh, dan terus melakukan gerakan bolak-balik sampai akhirnya teredam. Efek yang sama terjadi pada pegas heliks, dan ini disebut gelombang pegas. Jika salah satu ujung pegas tekan ditahan terhadap permukaan datar dan ujung lainnya terganggu, gelombang tekan dibuat bergerak bolak-balik dari satu ujung ke ujung yang lain persis seperti gelombang kolam renang.

Produsen pegas telah membuat film gerak lambat lonjakan katup pegas otomotif. Gambar-gambar tersebut menunjukkan gelombang yang sangat keras, dengan pegas benar-benar melompat tidak bersentuhan dengan pelat ujung. Gambar di bawah adalah foto kegagalan yang disebabkan oleh gelombang seperti itu.

Foto kegagalan pegas akibat gelombang

Ketika pegas heliks digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan gerak cepat bolak-balik, perancang harus yakin bahwa dimensi fisik pegas tidak sama dengan frekuensi getaran alami yang mendekati frekuensi gaya yang diterapkan. Jika tidak, resonansi dapat terjadi, mengakibatkan tegangan yang merusak, karena redaman internal bahan pegas cukup rendah.

Free body diagram pegas heliks sederhana. Sumber: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/shm2.html

Persamaan yang mengatur getaran translasi pegas yaitu

2u / ∂x2 = (W/kgl2) (∂2u / ∂t2)

dimana

  • k = Konstanta kekakuan pegas
  • g = percepatan gravitasi
  • l = panjang pegas
  • W = berat pegas
  • x = panjang pegas pada sumbu x
  • u = perpindahan partikel pada sumbu x

Persamaan ini digunakan untuk gerakan harmonik dan tergantung pada sifat fisik yang diberikan serta kondisi akhir pegas. Gerakan harmonis pegas yang ditempatkan di antara dua pelat datar dan sejajar, dalam radian per sekon, adalah

ω = m π (kg/W)1/2 ; m = 1, 2, 3, ……..

di mana frekuensi dasar ditentukan oleh m = 1, harmonik kedua untuk m = 2, dan seterusnya. Umumnya, frekuensi disajikan dalam siklus per detik; sejak = 2π f. Rumus frekuensi dasar dalam hertz adalah

f = 1/2 (kg/W)1/2

Berat bagian aktif pegas heliks adalah

W = A L γ = (πd2/4) (πDNa) (γ)

dimana γ adalah berat jenis pegas.

Frekuensi kritis fundamental harus lebih besar dari 15 sampai 20 kali frekuensi besarnya gaya atau gerak pegas untuk menghindari resonansi dengan harmonik. Jika frekuensi tidak cukup tinggi, pegas harus didesain ulang untuk meningkat k atau turunkan W.

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.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/shm2.html (diakses pada tanggal 3 Januari 2022)

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments