BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Tugas paper ini merupakan tugas yang diberikan guna melengkapi nilai tugas mahasiswa pada Jurusan Teknik Instrumentasi Elektronika Minyak dan Gas, STT Migas Balikpapan, pada jenjang Diploma. Selain hal tersebut, tugas ini juga berguna untuk meningkatkan kemampuan mahasiswa dalam mata kuliah Alat – Alat Mesin.
Dalam paper kali ini, penulis mencoba mengangkat materi tentang salah satu elemen mesin, yaitu Pegas. Pegas merupakan sebuah elemen mesin elastis yang berfungsi untuk mencegah distorsi (perubahan bentuk yang tidak diinginkan) pada saat pembebanan dan menahan pada posisi semula saat posisinya dirubah.
Pegas dapat berfungsi sebagai pelunak tumbukan atau kejutan seperti pegas kendaraan. Sebagai penyimpan energy seperti pada jam, untuk pengukur seperti pada timbangan, dll.
Beberapa contoh spesifik aplikasi pegas adalah :
1. Untuk menyimpan dan mengembalikan energi potensial, seperti misalnya pada ‘gun recoil mechanism’
2. Untuk memberikan gaya dengan nilai tertentu, seperti misalnya pada relief valve
3. Untuk meredam getaran dan beban kejut, seperti pada auto mobil 4. Untuk indikator / 1ontrol beban, contohnya pada timbangan.
5. Untuk mengembalikan komponen pada posisi semua, contohnya pada
‘brake pedal’
1.2.RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana sejarah penemuan dan perkembangan pegas?
2. Apakah yang dimaksud dengan pegas?
3. Bagaimana prinsip dan klasifikasi pegas?
4. Apa saja jenis dan fungsi pegas?
5. Bagaimana aplikasi pegas?
1.3. TUJUAN PENULISAN
1. Untuk mengetahui asal – usul dan perkembangan pegas 2. Untuk mengetahui apa yang dimaksud tentang pegas.
3. Untuk mengetahui prinsip dan klasifikasi pegas.
4. Untuk mengetahui apa saja jenis dan fungsi pegas.
5. Untuk mengetahui aplikasi pegas.
1.4. BATASAN MASALAH
Karena dalam masalah ilmu elemen mesin pegas adalah sangat luas, menyakut berbagai macam disiplin ilmu, maka dilakukan pembatasan masalah.
Permasalahan yang akan dibahas pada perencanaan elemen mesin tentang Pegas antara lain :
a. Pegas Helix Tarik dan Tekan.
b. Pegas Plat Spiral.
c. Pegas Daun.
BAB 2 PEMBAHASAN
2.1. SEJARAH PENEMUAN DAN PERKEMBANGAN obert Hooke lahir
di Freshwater, Isle of Wight, Inggris pada tanggal 18 Juli 1635, ia adalah seorang penemu, ahli kimia dan matematika, arsitek serta filsuf. Ia adalah putra seorang pendeta. Ayahnya bernama John Hooke seorang kurator pada museum Gereja All Saints. Pada masa kecil Hooke belajar pada ayahnya. Karena orang tuanya miskin, Hooke tidak leluasa untuk memilih tempat belajar dan akhirnya dia
tertarik dengan seni, dan kemudian ia dikiriiim ke London untuk belajar pada seorang pelukis Peter Lely. Ia kemudian berubah minat dan akhirnya ia mendaftarkan diri di sekolah Westminter untuk belajar karya-karya klasik dan matematika. Selanjutnya ia belajar di Universitas Oxford selama dua tahun dan kemudian ia ditunjuk sebagai asisten Robert Boyle berkat rekomendasi Profesor Kimia Thomas Willis yang membimbing Hooke. Robert Boyle ketika itu baru datang dari Oxford dan sedang mencari asisten untuk membantu dalam pembuatan pompa udara. Robert Hooke menghabiskan waktu dengan Boyle selama dua dekade dan menghasilkan kemajuan luar biasa pada bidang mekanika.
Pada tahun 1662, Hooke diterima sebagai anggota Curator Royal Society tugas utamanya adalah mengusulkan dan membuat beberapa macam percobaan untuk diajukan pada pertemuan mingguan kelompok itu. Dua tahun berikutnya, Hooke menduduki posisi sebagai profesor bidang geometri pada Gresham Collage, menggantikan posisi Issac Borrow yang mundur dari jabatan itu. Di
R
tengah kesibukannya sebagai Kurator Royal Society pada tahun 1665 Hooke menerbitkan buku yang diberi judul Mikrographia, buku ini yang merupakan buku bidang biologi disebut-sebut sebagai buku yang hanya dibuatnya, tetapi juga berisi sejumlah yang indah dan tidak lazim dari seorang yang memiliki keahlian menggambar.
Kepiawaian Hooke sebagai ilmuan yang serba bisa ditunjukkan pada tahun 1666, ketika terjadi kebakaran besar di kota London. Hooke yang memiliki kemampuan menggambar seperti layaknya seorang arsitek membuat master plan dan perencanaan kembali gedung-gedung yang telah rusak karena terbakar.
Dewan kota kemudian memilih Hooke untuk menjadi perencana pembangunan kota dibawah pengawsan Sir Cristopher Wren, salah seorang yang kemudian menjadi sahabat dekat Hooke menemukan peran oksigen dalam sistem pernapasan.
Robert Hooke memiliki perhatian yang sangat luas di bidang keilmuan, mulia dari astronomi sampai geologi, hukum kekekalan (elastisitas) masih memakai namanya. Ia memberikan sumbangan besar ke arah menerangkan gerakan planet dengan mengatakan bahwa orbit planet-planet itu akibat dari gabungan inersia menuruni garis lurus dan gaya tarik matahari.
Hukum Hooke yang ditemukan dengan rumus dimana tanda (-) menyatakan bahwa arah F berlawanan denagn arah perubahan panjang x. Menurut Hooke , dengan x diukur dengan posisi keseimbangan pegas. Tanda (-) menunjukkan bahwapegas diregangkan (L > 0), gaya yang dikerjakan pegas mempunyai arah sehingga menyusutkan L. Sebaiknya, waktu mendesak pegas (L < 0), gaya pegas pada arah L yang positif sedangkan k disebut konstanta pegas, mempunyai dimensi gaya/panjang.
Robert Hooke dapat dikatakan hidupnya kurang bahagia. Ia mudah tersinggung terutma jika ia curiga bahwa seseorang akan mencuri idenya, sering sakit dan terus menerus menderita sakit pencernaan, pusing dan tidak bisa tidur, bahkan tidurnya hanya tiga atau empat jam di malam hari. Ia juga menderita penyakit diabetes yang menahun, kakinya meradang dan menjadi buta pada tahun
1702 dan satu tahun berikutnya, tepatnya pada tanggal 3 Maret 1703 Robert Hooke meninggal dunia di Gresham College London Inggris
2.2. KLASIFIKASI PEGAS
Pegas dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis fungsi dan beban yang bekerja yaitu pegas tarik, pegas tekan, pegas torsi, dan pegas penyimpan energi. Tetapi klasifikasi yang lebih umum adalah berdasarkan bentuk fisiknya. Klasifikasi berdasarkan bentuk fisik adalah :
1. Wire form spring (helical compression, helical tension, helical torsion, custom form)
2. Spring Washer (curved, wave, finger, Belleville) 3. Flat spring (cantilever, simply supported beam)
4. Flat wound spring (motor spring, volute, constant force spring)
Pegas ‘helical compression’ dapat memiliki bentuk yang sangat bervariasi.
Gambar 1.1(a) menunjukkan beberapa bentuk pegas helix tekan. Bentuk yang standar memiliki diameter coil, pitch, dan spring rate yang konstan. Pitch juga dibuat bervariasi sehingga spring rate-nya juga bervariasi. Penampang kawat umumnya bulat, tetapi juga ada yang berpenampang segi empat. Pegas konis biasanya memiliki spring rate yang non-linear, meningkat jika defleksi bertambah besar. Hal ini disebabkan bagian diameter coil yang kecil memiliki tahanan yhang lebih besar terhadap defleksi, dan coil yang lebih besar akan terdefleksi lebih dahulu. Kelebihan pegas konis adalah dalam hal tinggi pegas, dimana tingginya dapat dibuat hanya sebesar diameter kawat. Bentuk barrel dan hourglass terutama digunakan untuk mengubah frekuensi priibadi pegas standar.
(b) (c) (d)
Gambar 2.1 Wire form spring : (a) Helical compressiona spring, (b) Helical extension spring, (c) drawbar spring, (d) torsion spring
Pegas helix tarik perlu memiliki pengait (hook) pada setiap ujungnya sebagai tempat untuk pemasangan beban. Bagian hook akan mengalami tegangan yang relatif lebih besar dibandingkan bagian coil, sehingga kegagalan umumnya terjadi pada bagian ini. Kegagalan pada bagian hook ini sangat berbahaya karena segala sesuatu yang ditahan pegas akan terlepas. Salah satu metoda untuk mengatasi kegagalan hook adalah dengan menggunakan pegas tekan untuk menahan beban tarik seperti ditunjukkan pada gambar 10.1(c). Pegas wire form juga dapat untuk memberikan/menahan beban torsi seperti pada gambar 10.1(d). Pegas tipe ini banyak digunakan pada mekanisme ‘garage door counter balance’, alat penangkap tikus, dan lain-lain.
Spring washer dapat memiliki bentuk yang sangat bervariasi, tetapi lima tipe yang banyak digunakan ditunjukkan pada gambar 10.2(a). Spring washer hanya mampu menyediakan beban tekan aksial. Pegas jenis ini memiliki defleksi yang relatif kecil, dan mampu memberikan beban yang ringan. Volute spring, seperti pada gambar 10.2(b) mampu memberikan beban tekan tetapi ada gesekan dan histerisis yang cukup signifikan.
Beam spring dapat memiliki bentuk yang bevariasi, dengan menggunakan prinsip kantilever atau simply supported. Spring rate dapat dikontrol dari bentuk dan panjang beam. Pegas beam mampu memberikan atau menahan beban yang relatif besar, tetapi dengan defleksi yang terbatas.
(a)
(b) (c) (d)
Gambar 2.2 Spring Washer dan flat spring : (a) lima tipe spring washer, (b) Volute spring, (c) Beam Spring, (d) Power spring
Power spring seperti ditunjukkan pada gambar 10.2(d) sering juga disebut pegas motor atau clock spring. Fungsi utamanya adalah menyimpan energi dan menyediakan twist. Contoh aplikasinya adalah pada windup clock, mainan anak- anak. Tipe yang kedua disebut dengan constant force spring. Kelebihan pegas ini adalah defleksinya atau stroke yang sangat besar dengan gaya tarik yang hampir konstan.
2.3. JENIS – JENIS PEGAS
a. Pegas tekan atau kompresi b. Pegas tarik
c. Pegas puntir d. Pegas volut e. Pegas daun
f. Pegas piring (plat) g. Pegas cincin
h. Pegas torsi atau batang puntir
Gambar 2.3 Jenis – Jenis Pegas
2.4. MATERIAL
Pegas dapat dibuat dari berbagai jenis bahan sesuai pemakaiannya. Bahan baja dengan penampang lingkaran adalah material yang paling banyak
diimplementasikan.
Tabel 2.1 Material Pegas
Untuk pegas yang mendapat beban dinamik, kekuatan fatigue adalah merupakan pertimbangan utama dalam pemilihan material. Kekuatan ultimate dan yield yang tinggi dapat dipenuhi oleh baja karbon rendah sampai baja karbon tinggi, baja paduan, stainless steel, sehingga material jenis ini paling banyak digunakan untuk pegas. Kelemahan baja karbon adalah modulus elastisitasnya yang tinggi. Untuk beban yang ringan, paduan copper, seperti berylium copper serta paduan nikel adalah material yang umum digunakan. Tabel 1.2 menampilkan sifat-sifat mekanik beberapa material yang sangat umum digunakan.
Tabel 2.2 Sifat – sifat mekanik material pegas
Kekuatan ultimate material pegas bervariasi secara signifikan terhadap ukuran diameter kawat. Hal ini adalah sifat material dimana material yang memiliki penampang sangat kecil akan memiliki kekuatan ikatan antar atom yang sangat tinggi. Sehingga kekuatan kawat baja yang halus akan memiliki kekuatan ultimate yang tinggi. Fenomena ini ditunjukkan dalam kurva semi-log pada gambar 10.4 untuk beberapa jenis material pegas.
Gambar 2.4 Kekuatan ultimate kawat material pegas vs diameter kawat(spring design)
Data sifat material pada Gambar 1.4 diatas dapat didekati dengan persamaan eksponensial
dimana A dan b diberikan pada Tabel 10.2 untuk range ukuran kawat yang tertentu. Fungsi empiris ini sangat membantu dalam perancangan pegas karena proses iterasi dapat dilakukan dengan bantuan komputer. Perlu dicatat bahwa untuk A dalam ksi maka d harus dalam inch, sedangkan jika A dalam satuan Mpa maka d harus dalam satuan mm.
Dalam perancangan pegas, tegangan yang diijinkan adalah dalam kekuatan geser torsional. Hasil penelitian untuk material pegas menunjukkan bahwa kekuatan geser torsional adalah sekitar 67% dari kekuatan ultimate tarik.
Tabel 2.3 Koefisien dan eksponen kekuatan ultimate material pegas
