Pegas ekstensi menyerap dan menyimpan energi serta menciptakan resistensi terhadap gaya tarik. Pegas ini biasanya terpasang di kedua ujungnya ke komponen lain dan ketika komponen ini bergerak terpisah, pegas mencoba menyatukannya kembali. Ini adalah tegangan awal yang menentukan seberapa erat pegas digulung. Tegangan awal ini dapat dimanipulasi untuk mencapai persyaratan beban aplikasi tertentu. Desain biasanya memiliki kait, mata, atau geometri antarmuka lainnya di ujungnya yang menempel pada komponen yang berlawanan. Pegas ini sering digunakan untuk memberikan gaya balik ke komponen yang memanjang dalam posisi yang digerakkan.
Gambar 1. Jenis-jenis ujung pada extension spring
Gambar 2. Free body diagram pada ujung extension spring
Tegangan di badan pegas ekstensi ditangani sama seperti kompresi mata air. Dalam merancang pegas dengan ujung kait, tekukan dan puntiran pada kait harus disertakan dalam analisis. Pada Gambar 2a dan 2b metode yang umum digunakan untuk merancang tampilan akhir. Tegangan tarik maksimum di A, karena torsi dan pembebanan aksial, dirumuskan menjadi
σA = F {(K)A [(16D/πd3) + (4/πd2)]}
di mana (K)A adalah faktor koreksi tegangan bending untuk kelengkungan, yang dirumuskan
(K)A = [4C12-C1-1] / [4C1(C1-1)] ; C1 = 2r1/d
Tegangan torsi maksimal pada titik B yaitu
τB = (K)B (8FD/πd3)
di mana faktor koreksi tegangan untuk kelengkungan, (K)B, adalah
(K)B = [4C2-1] / [4C2-4)] ; C2 = 2r2/d
Gambar 2c dan 2d menunjukkan desain yang ditingkatkan karena diameter kumparan yang berkurang.
Gambar 3. a) Geometri gaya F dan kurva ekstensi y dari pegas ekstensi ; b) geometri pegas ekstensi; c) tegangan torsi akibat tegangan awal sebagai fungsi dari indeks pegas C dalam pegas ekstensi.
Ketika pegas ekstensi dibuat dengan kumparan yang bersentuhan satu sama lain, hal ini disebut sebagai close-wound. Pabrikan pegas lebih menyukai ketegangan awal dalam pegas close-wound untuk menahan panjang bebas lebih akurat. Defleksi beban yang sesuai kurva ditunjukkan pada gambar 3a, di mana y adalah perpanjangan di luar panjang bebas. L0 dan Fi adalah tegangan awal pegas yang harus dilampaui sebelum pegas cacat. Hubungan beban-defleksi adalah
F =Fi + ky
dimana k adalah konstanta pegas. Panjang bebas L0 pegas diukur di dalam ujungnya loop atau kait seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b dapat dinyatakan sebagai:
L0 = 2(D-d) + (Nb+1)d = (2C-1+Nb)d
di mana D adalah diameter kumparan rata-rata, Nb adalah jumlah kumparan tubuh pegas, dan C adalah indeks pegas. Dengan loop ujung bengkok biasa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b, untuk memperhitungkan defleksi loop dalam menentukan laju pegas k, jumlah ekivalen dari heliks aktif adalah Na yang dirumuskan menjadi
Na = Nb + G/E
di mana G dan E adalah modulus elastisitas geser dan tarik.
Jumlah tegangan awal yang dapat dipakai oleh perancang pegas secara rutin adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3c. Rentang pilihan tersebut dapat dinyatakan dengan tegangan torsi tidak terkoreksi τi
τi = [33 500 /exp(0.105C)] ± 1000 [4-(c-3)/6.5] ; C adalah indeks pegas
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
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 Fmax dan Fmin. Analisis utama adalah menemukan dua nilai yaitu gaya rata-rata (Fm) dan gaya tegangan variabel atau amplitudo gaya (Fa).
Fm = (Fmax + Fmin) / 2
Fa = (Fmax – Fmin) / 2
Grafik tegangan geser vs waktu pada getaran pegas
Tegangan geser amplitudo adalah
τa = KB [(8FaD)/(πd3)]
Tegangan geser rata-ratanya adalah
τm = KB [(8FmD)/(πd3)]
Untuk pegas, faktor keamanan untuk umur ketahanan torsional adalah
ns = Sse / τa
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
ns = Ssy / (τa+τm)
Secara umum aman untuk menggunakan kekuatan luluh torsi 40% dari kekuatan tarik ultimate yaitu Ssy dari 0,4Sut
Jika aplikasi pegas antara 103 dan 106 siklus, kekuatan geser torsional yang dimodifikasi ( Sfs ) dapat digunakan untuk menentukan faktor keamanan.
ns = Ssf / τa
Ssf 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
Ssa/Sse + Ssm/Ssut = 1
Faktor keamanan yang relevan dihitung sebagai berikut:
ns = 1/ [(τa / Sse)+(τm / Ssut)]
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!
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)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2022/01/grafik-tegangan-geser-pegas-terhadap-waktu.jpg140311adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2022-01-04 14:11:172026-03-11 10:33:31Beban Fatigue pada Pegas Tekan 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!
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)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2022/01/diagram-sederahana-getaran-pegas-e1641183508625.jpg200518adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2022-01-03 04:19:532026-03-11 10:33:10Frekuensi Kritis pada Pegas Heliks
Pegas dibuat dengan proses pengerjaan panas atau dingin, tergantung pada ukuran bahan, indeks pegas, dan sifat-sifat yang diinginkan. Secara umum, kawat pre-hardened tidak boleh digunakan jika D/d < 4 atau jika d > 1/4 in. Kumparan pegas menginduksi tegangan sisa melalui tekukan, tetapi tegangan ini normal terhadap arah tegangan kerja torsional pada kumparan pegas. Cukup sering dalam pembuatan pegas, pegas menjadi bebas tegangan, setelah dibentuk berliku, dengan perlakuan termal ringan.
Berbagai macam bahan pegas tersedia untuk perancang, seperti baja karbon polos, baja paduan, dan baja tahan korosi, serta bahan nonferrous seperti perunggu fosfor, kuningan pegas, tembaga berilium, dan berbagai nikel paduan. Deskripsi dari baja yang paling umum digunakan dapat dilihat di tabel bawah ini.
Bahan Pegas
Spesifikasi
Keterangan
Music wire, 0.80–0.95C
UNS G10850 AISI 1085 ASTM A228-51
Ini yang terbaik, terberat, dan paling banyak digunakan dari semua bahan pegas untuk pegas kecil. Bahan ini memiliki kekuatan tarik tertinggi dan dapat menahan tegangan lebih tinggi pada pembebanan berulang dari bahan pegas lainnya. Tersedia di diameter 0,12 hingga 3 mm (0,005 hingga 0,125 inci). Jangan gunakan di atas 120 ° C (250 ° F) atau pada suhu di bawah nol.
Oil-tempered wire, 0.60–0.70C
UNS G10650 AISI 1065 ASTM 229-41
Baja pegas serba guna ini digunakan untuk berbagai jenis kumparan pegas di mana biaya music wire mahal dan dalam ukuran lebih besar dari music wire. Tidak cocok untuk beban kejut. Tersedia di diameter 3 hingga 12 mm (0,125 hingga 0,5000 in), tetapi ukurannya lebih besar dan lebih kecil dapat diperoleh. Jangan digunakan di atas 180 ° C (350 ° F) atau di bawah nol.
Hard-drawn wire, 0.60–0.70C
UNS G10660 AISI 1066 ASTM A227-47
Bahan untuk tujuan umum termurah dari baja pegas dan hanya boleh digunakan di mana umur pegas, akurasi, dan defleksi tidak terlalu penting. Tersedia di diameter 0,8 hingga 12 mm (0,031 hingga 0,500 inci). Jangan digunakan di atas 120 ° C (250 ° F) atau di bawah nol.
Chrome-vanadium
UNS G61500 AISI 6150 ASTM 231-41
Bahan ini adalah baja paduan paling populer untuk kondisi yang melibatkan tegangan lebih tinggi daripada yang dapat digunakan dengan baja karbon tinggi dan digunakan pada ketahanan lelah dan daya tahan lama. Bahan ini juga bagus untuk beban kejut dan beban impak. Bahan ini banyak digunakan untuk pegas katup mesin pesawat pada suhu hingga 220 ° C (425 ° F). Tersedia dalam anil atau pretempered ukuran 0,8 hingga 12 mm (0,031 hingga 0,500 in) dalam diameter.
Chrome-silicon
UNS G92540 AISI 9254
Paduan ini adalah bahan yang sangat baik untuk pegas tekanan tinggi yang membutuhkan umur panjang dan mengalami beban kejut. Tingkat kekerasan Rockwell dari C50 ke C53 cukup umum, dan bahan dapat digunakan hingga 250 ° C (475 °F). Tersedia dari 0,8 hingga 12 mm (0,031 hingga 0,500 inci) dalam diameter.
Tabel Bahan Pegas
Tabel sifat bahan pegas
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
Compression Springs adalah pegas heliks kumparan terbuka yang dililitkan atau dibuat untuk melawan gaya tekan di sepanjang sumbu lilitan. Kompresi heliks adalah konfigurasi pegas logam yang paling umum. Pegas lilitan ini dapat bekerja secara independen, meskipun sering dipasang di atas batang pemandu atau dipasang di dalam lubang. Ketika Anda meletakkan beban pada pegas koil kompresi, membuatnya lebih pendek, ia mendorong kembali beban dan mencoba untuk kembali ke panjang aslinya. Pegas kompresi memiliki ketahanan terhadap gaya kompresi linier (dorongan), dan sebenarnya merupakan salah satu perangkat penyimpanan energi paling efisien yang tersedia.
Empat jenis ujung yang umumnya digunakan untuk pegas tekan diilustrasikan pada gambar di bawah. Pegas dengan ujung polos memiliki helikoid tak terputus; ujung-ujungnya sama seperti jika pegas panjang telah dipotong menjadi beberapa bagian. Sebuah pegas dengan ujung polos yang berbentuk persegi atau tertutup diperoleh dengan mendeformasi ujung-ujungnya menjadi sudut heliks nol derajat. Pegas seharusnya dipasang secara tepat dan kuat untuk aplikasi penting, karena transfer yang lebih baik dari beban diperoleh.
Jenis-jenis ujung pegas ada pegas tekan
Tabel rumus dimensi pegas tekan
Tabel di atas menunjukkan bagaimana jenis ujung yang digunakan mempengaruhi jumlah kumparan dan panjang spring. Perhatikan bahwa angka 0, 1, 2, dan 3 yang muncul pada tabel sering digunakan tanpa pertanyaan. Beberapa di antaranya perlu dicermati lebih dekat karena mungkin bukan bilangan bulat. Ini tergantung pada bagaimana perancang membentuk ujungnya.
Parameter Kunci
Laju (rate): Laju pegas adalah perubahan beban per satuan defleksi dalam pound per inci (lbs/in) atau Newton per milimeter (N/mm).
Tegangan: Dimensi, bersama dengan persyaratan beban dan defleksi, menentukan tegangan pada pegas. Ketika pegas kompresi dibebani, kawat yang digulung mengalami tegangan puntir. Tegangan paling besar pada permukaan kawat; saat pegas dibelokkan, beban bervariasi, menyebabkan berbagai tegangan operasi. Tegangan dan rentang tegangan berdampak pada umur pegas. Semakin lebar rentang tegangan operasi, semakin rendah tegangan maksimum yang harus dicapai untuk mendapatkan umur yang sebanding. Tegangan yang relatif tinggi dapat digunakan ketika rentang tegangan operasi sempit atau jika pegas hanya dikenai beban statis.
Diameter Luar: Diameter selubung silinder yang dibentuk oleh permukaan luar gulungan pegas.
Diameter Lubang: Ini adalah ukuran ruang di mana Anda akan memasukkan pegas tekan. Ini adalah diameter bagian yang dikawinkan dengan pegas tekan dan sering kali disalahartikan sebagai dimensi pegas itu sendiri. Diameter lubang harus dirancang lebih besar dari toleransi pemfaktoran diameter luar pegas dan ekspansi pegas di bawah beban.
Diameter Batang: Ini adalah ukuran batang yang melewati bagian dalam pegas kompresi. Pada dasarnya bagian kawin, batang ini dapat bekerja sebagai poros pemandu untuk meminimalkan tekuk pegas di bawah beban. Diameter batang harus dirancang lebih kecil dari toleransi pemfaktoran diameter dalam pegas. Namun, jangan terlalu kecil atau kehilangan kemampuan untuk meminimalkan tekukan pegas.
Free Length: Panjang pegas saat tidak dibebani. CATATAN: Dalam hal pegas ekstensi, hal ini termasuk ujung jangkar.
Diameter Kawat: Ini adalah ukuran bahan baku yang digunakan untuk membentuk pegas. Pegas konvensional dibuat dengan kawat bundar yang ditentukan dengan diameter.
Solid height: Ini adalah dimensi panjang pegas kompresi pada kondisi beban maksimumnya. Secara efektif, ini adalah tinggi pegas kompresi ketika semua kumparan ditekan bersama.
SpringSet: Ini adalah kejadian ketika pegas dibebani melebihi kekuatan elastis materialnya. Ini adalah jenis deformasi permanen yang terlihat ketika pegas tidak kembali ke panjang aslinya setelah melepaskan beban defleksi. Tergantung pada aplikasinya, set pegas dapat diinginkan atau tidak diinginkan.
Beban pada solid height: Ini adalah pengukuran gaya yang diperlukan untuk sepenuhnya membelokkan pegas tekan ke tempat kumparan ditekan sepenuhnya bersama-sama.
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
Gambar a dan gambar b menunjukkan tampilan skema pegas, sebuah salib bagian dari kawat pegas dan segmen pegas kecil dengan panjang dl. Hal ini ditindaklanjuti oleh gaya F. Dari geometri sederhana kita akan melihat bahwa defleksi δ (atau pada buku-buku tertentu y) pada pegas heliks.
Skema defleksi pada pegas heliks. Sumber: https://nptel.ac.in/content/storage2/courses/112105125/pdf/mod7les1.pdf
Hubungan gaya defleksi cukup mudah diperoleh dengan menggunakan teorema Castigliano. Energi regangan total untuk pegas heliks terdiri dari komponen torsi dan komponen geser. Energi regangan adalah
U = T2l/2GJ + F2l/2AG
Substitusi T=F/D, l = π DN, J = πd4/32, dan A = πd2/4 menjadi
U = 4F2D3N/d4G + 2F2DN/d2G
dimana N = Na = jumlah kumparan aktif. Menurut teorema Castigliano, Defleksi adalah turunan pertama dari energi regangan terhadap gaya F.
y = ∂U/∂F = 8FD3N/d4G + 4FDN/d2G
karena C = D/d, maka
y = 8FD3N/d4G (1+1/2C2) = 8FD3N/d4G -> nilai C dapat diabaikan karena sangat kecil
Springs rate (laju pegas), juga disebut skala pegas, adalah k = F/y, sehingga
k = d4G/8D3N
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
https://nptel.ac.in/content/storage2/courses/112105125/pdf/mod7les1.pdf (diakses pada tanggal 29 Desember 2021)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/12/skema-defleksi-pegas-heliks.jpg489494adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-12-29 07:30:522026-03-11 10:26:18Defleksi 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.
Free Body Diagram Pegas Heliks
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!
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)
https://pttensor.com/wp-content/uploads/2021/12/free-body-diagram-pegas-heliks-e1640688728900.jpg200263adminhttps://pttensor.com/wp-content/uploads/2025/05/cropped-Logo-tensor-karya-nusantara-2-300x300.pngadmin2021-12-28 10:52:302026-03-11 10:26:04Tegangan pada Pegas Heliks (Helical Springs)
Penggunaan pegas mekanis sering dijumpai pada suatu konstruksi termasuk pada mesin. Pegas mekanis adalah perangkat elastis yang menyimpan energi potensial mekanik ketika berubah bentuk baik oleh kompresi, ekstensi atau torsi. Pegas mekanis adalah perangkat yang berubah bentuk ketika gaya eksternal diterapkan dan kembali ke bentuk aslinya ketika dihilangkan. Energi yang diserap disimpan dalam pegas dan dapat diperoleh kembali jika pegas kembali ke bentuk semula.
Fungsi Pegas Mekanis
Pegas dapat berfungsi sebagai:
Elemen tenaga (power element), contohnya sebagai pengukur gaya atau beban
Peredam beban sodokan (shock absorber)
Sumber gerakan, contohnya jam tangan pegas
Pembagian Pegas
Jenis pegas yang paling umum meliputi:
Tension Springs
Compression Springs
Torsion Springs
Tension Springs
Pegas jenis ini dililitkan dengan sangat kencang dan ketika digulung rapat, pegas dianggap dalam keadaan diam. Jenis pegas ini dirancang untuk memungkinkan gaya luar menghasilkan tegangan dan kemudian menarik komponen kembali bersama-sama. Jenis pegas ini memiliki pengait, sumbat sekrup, atau loop yang terpasang pada salah satu ujungnya untuk tujuan pemasangan. Pegas tension (tegangan) ditemukan di trampolin, pintu garasi, robot industri, dan kunci pintu.
Compression Springs
Pegas kompresi tidak dililit dengan kencang dan sering dibuat dari kawat pengukur yang lebih besar. Desainnya dimaksudkan untuk menahan gaya tekan, dan ketika berada dalam posisi diperpanjang itu sebenarnya diam. Jenis pegas ini adalah jenis yang paling umum dan digunakan di banyak mesin dan produk yang berbeda. Contohnya jam tangan, kasur, ponsel, sakelar listrik, kompresor, kunci pintu, dan tongkat pogo. Pegas kompresi digunakan di hampir setiap industri, termasuk infrastruktur, otomatisasi, pulp dan kertas, dan pembangkit listrik.
Torsion Springs
Pegas torsi adalah pegas heliks dengan torsi atau gaya putar. Ujung pegas torsi terhubung ke komponen lain, dan saat komponen tersebut berputar di sekitar pusat pegas, pegas mencoba memaksanya kembali ke posisi semula. Pegas torsi lebih rentan terhadap tegangan lentur daripada tegangan puntir, terlepas dari namanya. Dengan membelokkan kaki di sepanjang sumbu garis tengah pegas, pegas ini dapat menyimpan dan melepaskan energi rotasi atau menjaga perangkat tetap di tempatnya secara statis. Pegas torsi dapat dirancang untuk berfungsi baik dalam putaran searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
Bahan Pegas
Pemilihan bahan yang akan digunakan dalam desain dan fabrikasi pegas bergantung pada pemahaman tentang kekuatan tarik dan luluh dari berbagai logam paduan. Bahan-bahan ini terdiri dari baja pegas karbon tinggi, baja pegas paduan, baja pegas tahan karat, paduan pegas berbasis tembaga, dan paduan pegas berbasis nikel.
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
https://www.thomasnet.com/articles/metals-metal-products/types-of-spring-materials/ (diakses pada tanggal 27 Desember 2021)
https://mellingperformancesprings.com/technical/spring-materials/ (diakses pada tanggal 27 Desember 2021)
https://www.engineeringchoice.com/mechanical-spring/ (diakses pada tanggal 27 Desember 2021)
Adhesive Bonding adalah proses menyatukan dua permukaan, biasanya dengan menciptakan ikatan yang halus. Proses ini melibatkan penggunaan lem, epoksi, atau salah satu dari berbagai bahan plastik yang mengikat baik melalui penguapan pelarut atau melalui pengawetan melalui panas, waktu, atau tekanan. Adhesive bonding mirip dengan menyolder dan mematri logam di mana ikatan metalurgi tidak terjadi meskipun permukaan yang disambung dapat dipanaskan tetapi tidak meleleh.
Adhesive cenderung membuat sambungan yang relatif lemah tetapi dengan penggunaan perekat baru yang dapat menyembuhkan sendiri ikatan ini sekarang mendekati kekuatan bahan itu sendiri. Akibatnya, adhesive sekarang menjadi metode penyambungan yang disukai untuk banyak aplikasi, terutama bila ikatan tidak terkena panas atau pelapukan yang berkepanjangan.
Skema Adhesive Bonding pada Mobil.
Gambar di atas mengilustrasikan banyak tempat di mana perekat digunakan pada mobil modern. Memang banyak fabrikasi modern kendaraan, perangkat, dan struktur tergantung pada perekat.
Pada sambungan yang dirancang dengan baik dan dengan prosedur pemrosesan yang tepat, penggunaan perekat adhesive dapat menghasilkan penurunan berat yang signifikan. Menghilangkan pengencang mekanis menghilangkan berat pengencang, dan juga penggunaan bahan pengukur yang lebih tipis karena konsentrasi tegangan yang terkait dengan lubang dihilangkan. Kemampuan dari perekat polimer untuk menghilangkan energi secara signifikan dapat mengurangi kebisingan, getaran, dan kekerasan. Hal tersebut penting dalam kinerja mobil modern. Perekat adhesive dapat digunakan untuk merakit bahan atau komponen peka panas yang mungkin rusak oleh lubang pengeboran untuk pengencang mekanis. Mereka dapat digunakan untuk menggabungkan bahan yang berbeda atau gagang pengukur tipis yang tidak dapat digabungkan dengan cara lain.
Jenis-jenis Adhesive Bonding
Ada banyak jenis adhesive bonding untuk berbagai aplikasi. Mereka dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara tergantung pada zat kimianya (misalnya, epoksi, poliuretan, polimida), bentuknya (mis., pasta, cairan, film, pelet, pita), jenisnya (mis., lelehan panas, reaktif lelehan panas, termoseting, sensitif tekanan, kontak), atau kemampuan pembawa muatannya (struktural, semistruktural, atau nonstruktural).
Adhesive struktural adalah perekat yang relatif kuat yang biasanya digunakan dengan baik di bawah suhu transisi gelas mereka; contoh umumnya epoksi dan akrilik tertentu. Perekat tersebut dapat membawa tekanan yang signifikan, dan mereka cocok untuk aplikasi struktur. Untuk banyak aplikasi rekayasa, aplikasi semistruktural (di mana kegagalan akan kurang kritis) dan aplikasi nonstruktural (dari headliners, dll, untuk estetika) juga sangat menarik bagi insinyur desain, serta perakitan produk jadi yang hemat biaya. Hal ini termasuk adhesive kontak, di mana larutan atau emulsi yang mengandung perekat elastomer dilapisi ke kedua perekat, pelarut dibiarkan menguap, kemudian kedua perekat tersebut dibawa ke dalam kontak. Contohnya adalah semen karet dan perekat yang digunakan untuk mengikat laminasi untuk countertops.
Pressure-sensitive adhesives adalah elastomer modulus sangat rendah yang berubah bentuk dengan mudah di bawah tekanan kecil, memungkinkan mereka untuk membasahi permukaan. Ketika substrat dan perekat dibawa ke dalam kontak yang dekat, gaya van der Waals cukup untuk mempertahankannya kontak dan memiliki ikatan yang relatif tahan lama. Pressure-sensitive adhesive biasanya dibeli dalam bentuk kaset atau label untuk aplikasi nonstruktural, meskipun ada juga dua sisi pita busa yang dapat digunakan dalam aplikasi semistruktural.
Adhesive anaerobik digunakan dalam ruang sempit yang kekurangan oksigen. Bahan seperti itu telah banyak digunakan dalam aplikasi teknik mesin untuk mengunci baut atau bantalan pada tempatnya. Curing perekat lain dapat disebabkan oleh paparan sinar ultraviolet atau berkas elektron, atau dapat dikatalisis oleh bahan-bahan tertentu yang dapat digunakan di berbagai jenis permukaan seperti air.
Tabel di bawah menyajikan sifat kekuatan penting dari perekat adhesive yang umum digunakan.
Praktik desain yang baik biasanya mengharuskan sambungan adhesive dibuat sedemikian rupa sehingga adhesive membawa beban dalam gaya geser lebih daripada tegangan. Ikatan biasanya jauh lebih kuat ketika dibebani gaya geser daripada tegangan melintasi pelat ikatan. Sambungan lap-shear merupakan klasifikasi penting dari sambungan, baik untuk spesimen uji untuk mengevaluasi sifat perekat dan untuk penggabungan aktual ke dalam desain praktis. Jenis umum sambungan (lap) pangkuan yang umum muncul diilustrasikan pada gambar di bawah.
Sambungan lap joint yang umum digunakan pada adhesive. (a) single lap; (b) double lap; (c) scarf; (d) bevel; (e) step; (f ) butt strap; (g) double butt strap; (h) tubular lap.
Kelebihan dan Kekurangan Adhesive Bonding
Salah satu keuntungan utama dari ikatan adhesive adalah memungkinkan distribusi beban tegangan yang merata, sehingga mengurangi tegangan pada sambungan. Karena diterapkan di dalam sambungan, perekat juga tidak terlihat di dalam rakitan.
Sifat-sifat lem dapat membentuk perekat dan sealant pada saat yang sama, juga menahan getaran dan tegangan lentur. Kemampuan untuk bertindak sebagai segel memungkinkan perekat adhesive membantu melindungi sambungan dari korosi.
Sementara ikatan perekat dapat diterapkan pada logam-ke-logam, plastik, kaca, karet, keramik dan banyak kombinasi bahan lainnya, prosesnya dapat digunakan untuk menggabungkan permukaan yang berbentuk tidak beraturan serta hampir tidak ada perubahan dalam dimensi atau geometri bagian-bagiannya.
Perekat juga menambahkan sangat sedikit berat pada bahan yang digabungkan dan dapat digunakan untuk mengikat substrat yang berbeda dengan cepat dan bahan yang peka terhadap panas. Salah satu keuntungan terbesar dari ikatan adhesive adalah keserbagunaannya, memungkinkan untuk menggabungkan berbagai bahan serta mudah untuk diotomatisasi.
Namun demikian, ada sejumlah keterbatasan dalam menggunakan perekat adhesive. Pertama, mereka rentan terhadap kegagalan saat terkena panas tinggi atau pelapukan. Perekat adhesive juga membutuhkan waktu untuk diperbaiki sepenuhnya dan memperoleh kekuatan penuh. Mereka juga sering membutuhkan perawatan persiapan permukaan termasuk membersihkan permukaan bahan yang akan disambung. Perekat adhesive juga dapat menyebabkan masalah yang berkaitan dengan pembongkaran jika dibandingkan dengan teknik penyambungan yang non-permanen lainnya.
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!
Budynas, Richard G dan J. Keith Nisbett. 2011. Shigley’s Mechanical Engineering Design: Ninth Edition. Amerika Serikat: The McGraw-Hill Companies, Inc.
https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/adhesive-bonding (diakses pada tanggal 24 Desember 2021)
https://www.clinecollisioncenter.com/adhesive-bonding-game-changer/ (diakses pada tanggal 24 Desember 2021)
