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

τ_max = Tr/J +F/A

Substitusi τ_max = 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 = K_s[(8FD)/(πd³)]

di mana K_s adalah faktor koreksi tegangan geser dan didefinisikan oleh persamaan

K_s = (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 = K_w[(8FD)/(πd³)]

Faktor Wahl K_w = [(4C-1)/(4C-4)] + 0.615/C

Faktor Bergstrasser K_B = (4C+2)/(4C-3)

Faktor koreksi kelengkungan sekarang dapat diperoleh dengan meniadakan efek dari bentuk gaya geser langsung K_B, dengan demikian

K_C = K_B/K_S = 2C(4C+2)/[(4C-3)(2C+1)]

Untuk menghitung tegangan geser maksimal dapat dihitung dengan rumus

τ = K_B[(8FD)/(πd³)]

>>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL TENTANG ELEMEN MESIN 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://www.slideshare.net/bcet96/springsdegin (diakses pada tanggal 28 Desember 2021)

Author: admin