MODUL ELEMEN MESIN

PEGAS

 

1. Pendahuluan

Pegas merupakan sebuah elemen mesin elastis yang berfungsi untuk mencegah distorsi pada saat pembebanan dan menahan pada posisi semula pada saat posisinya dirubah. Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan gaya, torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. Energi disimpan pada benda padat dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi. Energi di-recover dari sifat elastis material yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk gaya tarik, gaya tekan, atau torsi (twist force). Pegas umumnya beroperasi dengan high working stresses dan beban yang bervariasi secara terus menerus.

2. Fungsi

Pegas banyak digunakan dalam sebuah konstruksi mesin. Dapat berfungsi sebagai penekan, perapat dan pengunci suatu komponen atau pasangan yang lainnya. Atau berfungsi sebagai penahan kejutan, penyerap getaran, penyimpan energi, pengukur dan sebagainya.

Dalam kehidupan sehari-hari pegas juga diaplikasikan dalam beberapa hal sebagai berikut :

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/kontrol beban, contohnya pada timbangan

5.      Untuk mengembalikan komponen pada posisi semula, contonya pada brake pedal

 

3. Jenis-jenis Pegas

1.      Pegas ditinjau dari arah gaya yang bekerja pada pegas itu sendiri terdiri atas :

●       Pegas Tarik

●       Pegas Tekan

●       Pegas Puntir

2.      Pegas ditinjau dari bentuknya terdiri atas :

●       Pegas Ulir

●       Pegas Volut

●       Pegas Daun

Pegas daun terdiri dari sejumlah plat tipis dengan panjang bervariasi yang menahan bersamaan oleh clamp dan baut, seperti pada Gambar 8.4. Pegas ini banyak menggunakannya untuk automobile.

●       Pegas Piring

Adapun Pegas ini terdiri dari piringan kerucut yang menahan bersamaan berlawanan dengan pusat baut seperti pada Gambar 8.5. Pegas ini berfungsi dalam aplikasi yang membutuhkan laju pegas yang tinggi.

●       Pegas Cincin

●       Pega Batang Puntir

●       Pegas Spiral/Jam

4. Perhitungan Pegas

Perhitungan pegas tekan atau pegas tarik ini meliputi perhitungan momen yang terjadi pada pegas dan defleksi akibat pembebanan pada pegas, yang selanjutnya di gunakan untuk merencanakan pegas yaitu menghitung diameter-pegas, diameter kawat pegas, jumlah lilitan, bahan dan gaya maksimum yang diizinkan pada pegas itu sendiri.

1) Momen puntir yang terjadi

Jika pegas mempunyai ukuran diameter D (mm) bekerja gaya F (N) maka pada pe gas akan terjadi momen puntir yaitu:

2) Momen puntir yang diizinkan

Jika kawat pegas mempunyai ukuran d (mm) dengan bahan yang mempunyai tegangan puntir yang di izinkan , maka momen puntir yang diizinkan adalah:

 

Pada perencanaan pegas besarnya momen puntir yang terjadi harus sama atau lebih kecil dari Momen puntir yang di izinkan atau dapat ditulis Mp ≤ Mp'.

3. Perencanaan diameter kawat pegas (d) dan diameter pegas (D).

Jika perencanaan diameter kawat pegas dan diameter pegas berdasarkan momen

4. Defleksi pada pegas

Jika pegas di tarik oleh suatu gaya F maka pegas tersebut akan meregang bertambah panjang sebesar f dan panjangnya bertambah menjadi ll=(lo + f), lihat gambar , pertambahan panjang ini sesuai dengan gaya yang diberikan pada pegas dan reaksi dari pegas itu sendiri, yang mana gaya perlawanan (gaya reaksi) dari pegas adalah tergantung pada bahan pegas, ukuran diameter-pegas, ukuran diameter-kawat-pegas dan jumlah lilitannya.

S

modulus geser untuk bahan pegas tersebut dapat kita lihat pada tabel berikut :

5. Diagram gaya dan defleksi pada pegas

Untuk pegas tarik maupun pegas tekan yang mempunyai ukuran tertentu yaitu : diameter pegas, diameter-kawat pegas, jum;lah lilitan dan bahan telah ditertentu nilainya, maka hubungan antara defleksi dengan gayanya merupakan persamaan linier yaitu:

Maka f1 = a . F1 ; f2 = a . F2. fn = a . Fn, dari angka angka yang diperoleh didapat hubungan antara f dan F yang merupakan garis lurus (linier) lihat gambar berikut

 

Diagram f F pegas tarik dan pegas tekan

a. Pegas tarik

 

b. Pegas tekan

6. Panjang pegas

Untuk pegas tarik biasanya di lilit dengan lilitan tertutup (rapat) sehingga panjang awal

 

Lo = t . n

dimana

t=d maka Lo=d.n

 

jika antara lilitan di beri kelonggaran sebesar fc maka t=d+fc dan panjang awal menjadi

 

LO=n(d+fc)

 

Keterangan :

Lo = panjang awal pegas tarik (mm)

n = jumlah lilitan aktif

d = diameter kawat pegas (mm)

t = jarak antara kawat pegas (mm)

fc = kelonggaran antara kawat pegas (mm)

 

Panjang pegas tekan

Pegas tekan biasanya dililit dengan lilitan terbuka, sehingga jarak antara t > d dan panjang awalnya

 

 

untuk merencanakan jarak antara ini perlu dipertimbangkan mengenai defleksi maksimum dan kelonggaran pegas sewaktu mendapatkan beban. Ukuran panjang pegas sewaktu mendapat beban menjadi L1 dan panjang awalnya Lo=L1+f lihat gambar. Panjang L1 diperoleh dari : (L1=d.n) jika sewaktu mendapat beban maksimum pegasnya rapat (tertutup) dan L1= d.n + fc.n atau L1= n(d+fc) Jika antara pegas masih ada kelonggaran sebesar f. Dari persamaan di atas diperoleh:

5. Contoh Soal

1.      Pegas tekan (ulir silindris) mendapatkan gaya tekan sebesar F = 2009, 6 N, hitunglah diameter kawat-pegas tekan tersebut, jika ukuran diameter-pegas D = 50 mm dan p (tegangan puntir yang diizinkan) = 500 N/mm 2

 

Penyelesaian :

Diketahui : Pegas ukuran tekan, Diameter pegas D = 50 mm. Gaya tekan F = 2009, 6 N. Tegangan puntir yang di izinkan p = 500 N/mm 2

 

Ditanya : diameter kawat pegas d?

 

2.      Suatu pegas tekan mempunyai ukuran D = 6 d. pegas tersebut terbuat dari bahan dengan tegangann besar yang di izinkan 5400 N/mm 2 dan beban maksimum 1570 N. Hitunglah ukuran D dan d dari pegas tersebut. Penyelesaian:

3.      Suatu pegas tekan tersebut dari bahan baja dengan tegangan puntir yang di izinkan p = 500 N/mm 2 dan modulus geser G = 80.000 N/mm 2 . Ukuran diameter pegas 80 mm dengan jumlah lilitan 10 buah tentukan diameter kawat pegas dan hitung pula defleksinya, jika gaya tekan F = 2000 N.

 

Diketahui : τp = 500 N/mm 2

G = 80.000 N/mm 2

D = 80 mm n = 10 lilitan

F = 2000 N

 

Ditanyakan : (a) diameter kawat pega (d) (b) defleksi (f)

 

Jawab

4.      Suatu pegas tekan terbuat dari bahan baja, diketahui sebagai berikut :

●     Modulus geser G = 80.000 N/mm2

●     Tegangan puntir yang diizinkan τp = 500 N/mm 2

●     Ukuran diameter pegas 69 mm - Jumlah lilitan n = 10 buah

●     Beban maksimum F = 2500 N

Tentukan :

a. diameter kawat pegas (d)

b. defleksi (f)

c. Panjang pegas awal Lo jika sewaktu mendapatkan beban maksimum kelonggaran antara lilitannya fc = 1 mm

d. Panjang pada saat dibebani maksimum

Penyelesaian:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MODUL ELEMEN MESIN

ORING DAN SEAL

RING

1. Pendahuluan
2. Fungsi Ring

Ring pegas berfungsi sebagai alat penjamin, misalnya pemasangan poros dan bantalan pada blok mesin. poros dan roda gigi pada gearbox atau poros utama mesin bubut, pemasangan katup pada kepala silinder, pemasangan pena torak suatu motor. Ring pegas selain berfungsi sebagai alat penjamin juga berfungsi sebagai penahan kebocoran kebocoran saat kompresi atau ekspansi suartu motor bensin atau motor diesel yang dikenal dengan nama ring seher .

Jika ring pegas digunakan sebagai alat penjamin poros dan bantalan atau roda gigi , maka ring pegas harus dapat menerima yaga aksial yang ditimbulkan oleh poros atau bantalan tersebut . Ring pegas harus dapat mengimbangi gaya aksial yang menyebabkan tegangan geser dan tekanan bidang . Oleh kerena itu bahan ring harus dipilih dari bahan baja yang kuat yaitu baja yang dikeraskan.

 

3. Jenis-Jenis Ring

1.      Ditinjau dari alur tempat kedudukannya , ring pegas terdiri dari :

●     Ring pegas luar

●     Ring pegas dalam

2.      Ditinjau dari konstruksinya ring pegas terdiri atas :

●     Ring pegas tanpa lubang kunci

●     Ring pegas luar dengan lunbang kunci

●     Ring pegas dalam dengan lubang kunci

●     Ring pegas V

●     Ring pegas penjamin mur baut

●     Ring seher

Untuk menjamin atau mengikat ujung poros dengan alat alat transmisi lainnya misalnya dengan roda gigi atau roda ban atau poros dengan bantalan , dalam hal ini supaya roda gigi atau roda ban tersebut tidak lepas atau tidak bergeser maka pada leher poros selain dipasang pasak juga dibuat alur sebagai tempat untuk ring pegas. Pemasangan ring pegas dapat dilihat gambar berikut .

Contoh penggunaan ring pegas Ring pegas digunakan untuk penjamin roda gigi , poros , bantalan pada blok mesin dan menjamin poros dengan mur , lihat gambar berikut .

Ukuran dan konstruksi ring pegas dapat di lihat pada gambar dan tabel berikut

 

SEAL

 

1. Pendahuluan

Untuk memperhalus pengoperasian dan mengurangi keausan, hampir semua gear dan bearing memerlukan pelumasan yang terus menerus. Maka untuk menjaga keberadaan  pelumas di sekeliling komponen-komponen yang bergerak dan menjaga agar cairan pelumas tersebut jangan sampai keluar dan menjaga agar kotoran dan debu jangan masuk ke sistem maka diperlukan seal.

2. Fungsi Seal

▪        Menjaga kebocoran pelumas (lubrikasi).

▪        Menjaga kotoran dan material lain masuk ke sistem.

▪        Memberikan batasan cairan supaya tidak tercampur.

▪        Lebih fleksibel terhadap komponen yang bergerak dan tidak bocor.

▪        Melapisi permukaan yang tidak rata.

▪        Komponen tidak cepat rusak.

 

 

3. Klasifikasi Seal

1.      Static Seal

Static Seal digunakan pada permukaan yang tidak ada gerakan pada dua permukaan yang dilapisi. Yang termasuk Static seal adalah: O-ring seal, gasket dan liquid gasket.

a)      Gaskets

Gasket adalah salah satu jenis seal yang banyak digunakan pada celah yang kecil  pada komponen yang diam. Beberapa tempat yang menggunakan gasket misalnya antara cylinder head dan block , antara block dan oil pan.

b)    O-ring

Sebuah O-ring adalah bentuk cincin yang sangat lunak yang terbuat dari bahan alami atau karet synthetic atau plastik. Dalam pemakaianya O-ring biasanya dikompres antara dua  permukaan sebagai seal, O-ring sering digunakan sebagai static seal yang fungsinya sama dengan gasket.

 

2.      Dynamic Seal

Dynamic seal dipakai pada komponen yang bergerak antara permukaan satu dengan yang lainya. Sedangkan yang termasuk Dynamic seal adalah: O-ring seals, Lip seals, Duo Cone seals dan packing rings.

a)      Lip Seal

Lip seal adalah jenis dynamic seal yang banyak digunakan pada kontruksi alat berat. Lip seal memikul semua jenis kondisi pengoperasian dan mencegah tidak beroperasinya machine karena panas yang diakibatkan gesekan atau juga mencegah bercampurnya pelumas atau cairan. Lip Seal juga menahan perpindahan gerakan di antara dua komponen yang dibatasi. Lip seal relatif sangat mudah dilepas pada saat perbaikan atau penggantian komponen.

b)     Duo Cone Seal

Duo cone seal dibuat untuk menjaga kotoran tidak masuk ke dalam sistem dan menjaga kebocoran cairan pelumas pada area yang luas. Duo cone seal harus bisa menahan karat yang lebih lama dengan sedikit perawatan  Duo cone seal lebih bisa menahan kebengkokan shaft, end play dan beban yang tiba-tiba.

 

3. Alat Untuk Melepas Cincin

Untuk memasang atau melepaskan ring pegas luar atau ring pegas dalam dapat digunakan tang khusus . lihat gambar.

4. Material Sil

1) Elastomers

●     Weather resistance

●     Silicone, fluorosilicone. fluorocarbon. ethylene propylene, polyurethane, polysulfide, polyester, neoprene, epichlorohydrin, and PNF.

●     Petroleum fluid resistance: Polyacrylate, polyester,

●     PNF. nitrile. Polysulfide. polyurethane, fluorocarbon, and epichlorohydrin.

●     Acid resistance: Fluorocarbon.

●     High-temperature operation: Ethylene propylene, fluorocarbon, polyacrylate. silicone, and PNF.

●     Cold-temperature operation: Silicone, fluorosilicone. ethylene propylene, and PNF.

●     Tensile strength: Butadiene, polyester, and polyurethane.

●     Abrasion resistance: Butadiene, polyester, and polyurethane.

●     Impermeability: Butyl, polyacrylate, polysulfide, and polyurethane.

2) Rigid material

●     Metals: Carbon steel, stainless steel, cast iron, nickel alloys, bronze, and tool steels.

●     Plastics: Nylon, filled polytetrafluoroethylene (PTre), and polyimide.

●     Carbon, ceramics, tungsten-carbide

●     Plating: Chromium, cadmium, tin, nickel, and silver.

●     Flame-sprayed compounds