Factor Keamanan Untuk Pegas Torsional
Kegagalan yield terjadi pada bagian dalam coil, faktor keamanannya adalah :
Data fatigue dan endurance yang tersedia adalah untuk tegangan repeated (komponen rata-rata dan alternating sama besar), faktor keamanan fatigue :
Dengan :
2.2 Pegas daun
Pegas daun ini biasanya dibuat dari plat baja yang memiliki ketebalan 3 – 6 mm.susunan pegas daun terdiri atas 3 – 10 lembar plat yang diikat menjadi satumenggunakan baut atau klem pada bagian tengahnya. Pada ujung plat terpanjangdibentuk mata pegas untuk pemasangannya. Sementara itu bagian belakang dariplat baja paling atas dihubungkan dengan kerangka menggunakan ayunan yang
dapat bergerak bebas saat panjang pegas berubah-ubah karena pengaruh perubahan beban.
Gambar 1.15pegas daun 1
Pemasangan pegas daun : yaitu pegas daun dipasang diatas poros roda belakang dan pegas daun dipasang dibawah poros roda belakang. Kebanyakan pegas daun dipasang tepat ditengah-tengah panjang pegas tersebut sehingga bagian depan dan belakang sama panjang. Tetapi ada juga pemasangan pegas daun yang tidak tepat ditengah, yaitu bagian depan lebih pendek dari bagian belakang, getaran yang timbul ketika kendaraan direm atau meluncur dapat dikurangi. Pada kendaraan-kendaraan yang berat seperti truk dan bus, pegas daun mengalami beda tekanan pada saat kosong dan berisi muatan penuh. Untuk memenuhi beban saat pengangkutan pada kendaraan berat biasanya menggunakan pegas ganda, yaitu pegas primer dan sekunder. Saat kendaraan berat tidak menerima beban berat maka yang digunakan saat itu pegas primer, sedangkan saat diberi beban berat maka pegas primer dan sekunder akan bekerja bersama-sama.
Sampai saat ini banyak kendaraan darat yang menggunakan suspensi model pegas daun. Jenis suspensi ini terdiri dari beberapa susunan lempeng. Penelitian ini difokuskan sebatas test laboratorium saja dan tidak menggunakan pengujian lapangan atau ekperimen karenanya hasil atau kesimpulan yang diperoleh bersifat teoritis. Besarnya harga frekuensi natural dari semua mode getaran berdasarkan hasil modal analisis diperoleh harga diatas 100 Hz yang melampaui batas aman baik dari segi kemanan desain konstruksi suspensi itu sendiri maupun bagi keamanan penumpangnya. Tetapi dengan menggunakan simulasi harmonik dengan input frekuensi sebesar 1 Hz samapi dengan 10 Hz dihasilkan besarnya simpangan atau ampltudo getar tidak lebih dari 20 mm yang masih masuk batas aman untuk kenyamanan penumpang atau manusia berdasarkan diagram kenyamanan menurut Jane Way. Hal inilah yang menyebabkan masih terpakainya suspensi jenis pegas daun untuk kendaraan darat oleh masyarakat pengguna otomotif.
Pegas daun bisa disederhanakan menjadi kantilever segitiga sederhana seperti pada gambar 1.16(b) atau papan segitiga seperti pada gambar 1.16(b). Papan segitiga dibagi menjadi n strip dengan lebar b, ditumpuk menjadi seperti gambar 1.16 (b).
Gambar 1.16Pegas daun, (a) Papan segitiga, pegas kantilever (b) Pegas daun
Untuk pegas kantilever dengan penampang segi emapat, lebar penampang b, tinggi t, dibebani bending :
Momen maksimum terjadi pada x=l bagian luar, sehingga :
Dalam merancang pegas daun, tegangan sepanjang beam diusahakan konstan dengan cara membuat t konstan dan b bervariasi, atau sebaliknya :
Persamaan 10.725 linear, dan menghasilkan bentuk segitiga, seperti pada gambar 1.16(a) dengan tegangan konstan sepanjang x. Pegas kantilever segitiga dan pegas daun bertumpuk ekivalennya mempunyai tegangan dan defleksi yang sama, kecuali pada kondisi :
Gesekan antar pegas daun yang bertumpuk, menghasilkan efek redaman, Pegas daun bertumpuk hanya bisa menahan beban penuh pada satu arah. Defleksi dan spring rate untuk pegas daun ideal :
Pegas daun yang umumnya digunakan pada mobil adalah bentuk semi-elliptikal seperti ditunjukkan pada Gambar 1.17. Pegas daun ini terbentuk dari sejumlah pelat-pelat (berbentuk seperti daun). Daun-daun ini biasanya mempunyai ciri dilengkungkan
sehingga daun-daun itu akan melayani untuk melentur menjadi lurus oleh karena kerja beban.
Gambar 1.17Pegas Daun Semi-elliptical
Daun-daun itu disatukan bersama oleh sabuk seperti gelang yang disusutkan melingkarinya pada posisi tengah atau dengan baut yang menembusnya di tengah. Sabuk tersebut menggunakan efek kuat dan kokoh, oleh karena itu panjang efektif pegas untuk melentur akan menjadi panjang keseluruhan pada pegas dikurangi lebar dari sabuk. Dalam hal sabuk tengah (centre bolt), dua per tiga jarak di antara pertengahan sabuk-U (U-bolt) akan dikurangi dari panjang keseluruhan pegas agar mendapatkan panjang efektif. Pegas ditumpukkan pada rumah poros dengan menggunakan sabuk-U.
Daun yang lebih panjang dikenal sebagai daun utama (main leaf atau master
leaf) dengan ujung dibentuk menyerupai lubang mata yang mana dipasang dengan baut
untuk mengikat pegas pada tumpuannya. Biasanya pada mata tersebut, pegas disematkan pada sengkang (shackle), yang juga diberikan bantalan yang terbuat dari bahan anti gesekan seperti perunggu (bronze) atau karet (rubber). Daun pegas yang lainnya dikenal sebagai graduated leaves. Agar mencegah terjadinya gesekanatau
desakan pada daun yang berbatasan, ujung-ujung dari graduated leaves diatur dalam bermacam-macam bentuk seperti diperlihatkan oleh gambar 1.17.
Analisis Pegas Daun
Pada kasus plat tunggal, salah satu ujungnya dijepit dan ujung lainnyadiberikan beban W seperti ditunjukkan pada Gambar 1.18. Plat ini dapatdigunakan sebagai pegas datar.
Gambar 1.18Analisa pegas daun
t = Tebal pelat, b = Lebar pelat, dan
L = Panjang pelat atau jarak dari beban W ke ujung kantilever. Momen lentur maksimum pada titik A,
M = WL Modus permukaan :
Z = 1/6 x bt2
Tegangan lentur pegas :
Defleksi maksimum untuk kantilever dengan beban terkonsentrasi pada ujung bebas adalah :
Jika pegas bukan tipe kantilever tetapi seperti balok tumpuan sederhana (untuk konstruksi dimana pegas ditumpu pada kedua ujungnya), dengan panjang 2L dan beban di tengah 2W, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.19
Gambar 1.19 Pegas daun dua tumpuan
Maka :
Momen bending maksimum di tengah, M = WL Modulus permukaan ,
Z = bt2/6 Tegangan bending maksimum,
Defleksi maksimum balok sederhana berada ditengah, yaitu :
Dari atas kita melihat bahwa pegas seperti pegas mobil dengan panjang 2L di pusat dan diberikan beban 2W, dapat diperlakukan sebagai kantilever ganda.
Selanjutnya jika plat kantilever dipasang seperti ditunjukkan pada Gambar 1.20 maka persamaan (i) dan (ii) dapat ditulis sebagai :
Gambar 1.20 Pegas dengan plat jamak
Hubungan di atas memberikan tegangan dan defleksi pegas daun seragam. Ada dua kondisi susunan pegas, yaitu susunan pegas triangular menyamping/mendatar seperti ditunjukkan pada Gambar. 1.21 (a), dan susunan pegas triangular yang lebarnya
seragam dimana ditempatkan satu di bawah yang lain (susunan menurun / vertikal), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.21 (b).
Gambar 1.21 susunan pegas
Maka persamaan pegas triangular :
Dengan pengaturan di atas pegas menjadi kompak sehingga ruang yang ditempati oleh pegas dapat berkurang. Kita lihat dari persamaan (iv) dan (vi) bahwa untuk defleksi yang sama, tegangan pada pegas susunan penuh (rata) lebih besar 50% dari pegas sususan triangular dengan asumsi bahwa setiap unsur pegas adalah elastis. Jika F dan G digunakan untuk menunjukkan perbandingan pegas daun susunan penuh dan pegas daun susunan triangular, maka :
Pengembangan dari persamaan di atas diperoleh : Tegangan lentur maksimum :
Defleksi :
Sebuah pegas daun umum digunakan dalam mobil adalah bentuk semielips seperti ditunjukkan pada Gambar. 1.22 Hal ini dibangun dari sejumlah pelat (dikenal sebagai daun). Daun biasanya diberikan kelengkungan awal atau melengkung. Daun disatukan dengan menggunakan band atau baut. Band dapat memberikan efek yang kaku dan memperkuat.
Gambar 1.22 Kontruksi Pegas daun
Seperti telah disampaikan didepan bahwa tegangan pada susunan rata lebih besar 50% dari susunan bertingkat, sehingga konstruksi pegas daun hal tersebut tidak diijinkan. Untuk itu harus disamakan tegangannya dengan cara sebagai berikut :
Ketebalan plat pegas pada susunan penuh dibuat lebih tipis dari susunan bertingkat
Radius kelengkungan pegas pada susunan penuh dibuat lebih besar dari susunan bertingkat, kemudian disatukan
Gambar 1.23 Menyamakan tegangan
Pertimbangkan bahwa dalam kondisi beban maksimum, tegangan semua daun sama. Kemudian pada beban maksimum, defleksi total susunan daun bertingkat akan melebihi defleksi total susunan daun rata.
Cara diatas dapat dirumuskan sebagai berikut :
Dimana C adalah selisih.
Karena tegangan dibuat sama, maka :
Beban Wb yang dipakai untuk merapatkan pegas daun :
Tegangan akhir dari pegas daun :