Nomor XX
Pengujian Kekakuan Gas Spring 80 N

## Eka Taufiq Firmansjah
Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Jl. PHH. Mustafa No.23 Bandung 40124
e-mail: ekatf@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Gas spring adalah pegas yang dibuat untuk pembebanan tekan dengan defleksi linier. Jenis pegas ini banyak  digunakan  sebagai  penahan  posisi  dari  sebuah  benda  yang  dihubungkan  dengan  engsel dengan benda lainnya. Keistimewaan pegas ini adalah gerak baliknya yang lambat (ada peredaman) jika beban dilepaskan. Banyaknya pemakaian jenis pegas ini dipenuhi oleh banyaknya ketersediaan di pasaran, termasuk di online shop dengan harga yang murah. Banyak juga gas spring tak bermerk dan tidak menyertakan spesifikasi lengkap dari pegas tersebut. Contohnya gas spring dinyatakan hanya dengan 80 N (Newton), padahal spesifikasi lain yang sering diperlukan dari sebuah pegas adalah  kekakuannya,  tidak  dicantumkan.  Karya  tulis  ini  berisi  penelitian  untuk  mengetahui kekakuan dari gas spring tersebut. Metoda yang digunakan adalah dengan memberikan gaya dorong dari salah satu ujung gas spring. Besar gaya yang diberikan diukur dengan timbangan (pengukuran gaya) dari  ujung  lainnya  dan defleksi  yang  terjadi  diukur  dari  besaran pengurangan  jarak  antara kedua  ujung  (pengukuran  jarak).  Pengujian  dilakukan  pada  empat  buah  spring  dengan  nominal sama,  80  N,  menurut  klaim  produsen.  Dengan  pengolahan  menggunakan  persamaan  sederhana, kekakuan  dari  tiap  pegas  dapat  diperoleh.  Kekakuan  hasil  penelitian  diperoleh  dengan  merata- ratakan kekakuan semua pegas yang diteliti. Kekakuan pegas rata-rata yang diperoleh adalah k = 4,242825 N/cm
Kata kunci : pegas ulir, pegas tekan, gas spring, kekakukan pegas, defleksi pegas

## ABSTRACT
Gas spring is designed to be loaded by compression force and has liniear deflection. This kind of spring widely used as position holder of a part that joined by pin with another part. This kind of spring has specialty that it will return in slow motion (has damping characteristic) when the load is removed. The large number of uses of this type of spring is met by the abundance of availability on the market, even in online shops at low prices. Many gas springs are also unbranded and do not include the full specifications of these springs. For example, a gas spring is expressed as only 80 N (Newton),  whereas  another  specification  that  is  often  required  of  a  spring  is  its  stiffness,  is  not expresed. This paper contains research to determine the stiffness of the gas spring. The method used is  to  apply  a  compressed  force  from  one  end  of  the  gas  spring.  The  amount  of  force  applied  is measured by the scale (measurement of force) from the other end and the deflection that occurs is measured  by  the  amount  of  reduction  of  the  distance  between  the  two  ends  (measurement  of distance). The test was carried out on four springs with the same nominal value, 80 N, according to the manufacturer's claim. By processing using simple equations, the stiffness of each spring can be obtained.  The  stiffness  of  the  research  results  was  obtained  by  averaging  the  stiffness  of  all  the springs studied. Spring stiffness obtained is k = 4,242825 N/cm
Keywords : helical spring, compresed spring, gas spring, spring stiffness, spring deflection

## 1. Pendahuluan

## Latar belakang
Gas spring adalah pegas yang dibuat untuk pembebanan tekan dengan defleksi yang terjadi adalah defleksi linier. Jenis pegas ini banyak digunakan sebagai penahan posisi dari sebuah benda yang dihubungkan dengan engsel dengan benda lainnya. Contoh penggunaannya adalah sebagai penahan pintu lemari pada furnitur, penahan pintu belakang mobil pada kendaraan dan penahan jok pada motor, seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Malah ada yang menggunakan sebagai  komponen  pada  alat  bantu  prosthetic  [1]&[2]  dan  sebagai  komponen  pada  sepeda rehabilitasi [3]. Keistimewaan pegas ini adalah gerak baliknya yang lambat (ada peredaman) jika  beban  dilepaskan.  Banyaknya  pemakaian  jenis  pegas  ini  dipenuhi  oleh  banyaknya ketersediaan di pasaran, termasuk di online shop dengan harga yang murah. Banyak juga gas spring tak bermerk dan tidak menyertakan spesifikasi lengkap dari pegas tersebut. Contohnya gas  spring dinyatakan  hanya  dengan  80  N  (Newton),  padahal  spesifikasi  lain  yang  sering diperlukan dari sebuah pegas adalah kekakuannya, tidak dicantumkan. Di online store , untuk dimensi yang sama, penulis pernah menemukan berbagai ukuran ‘kapasitas’ gas spring dari 50  N sampai  150  N.  Karya  tulis  ini  berisi  penelitian  untuk  mengetahui  kekakuan  dari gas spring tersebut  khususnya  gas  spring  yang  ber  kapasitas  80  N.  Jadi  penelitian  ini  perlu dilakukan untuk melengkapi spesifikasi pegas.
a                                                    b c
Gambar 1. Aplikasi gas spring a. Pada lemari [1]; b. Pada pintu mobil[2]; c. Pada Jok motor[3]

## Ruang lingkup kajian
Penelitian ini khusus difokuskan untuk mencari kekakuan pegas [4]. Walaupun kenyataannya gas spring memiliki redaman, nilai redaman tersebut tidak dijadikan objek penelitian. Karena redaman  diabaikan,  maka  dari  itu gas  spring bisa  dianggap  sebagai  pegas  heliks  ( helical spring ) atau pegas koil ( coil spring ) murni dengan kemampuan menerima beban tekan dan defleksi linier berupa perpendekan jarak dari kedua ujung pegas.

## Perumusan Masalah
Perlu  dipastikan apakah gas  spring bisa  digunakan  sebagai  pengganti  pegas  heliks?  Untuk memastikan hal tersebut, maka perlu dicek karakteristik nya, apakah karakteristik gas spring menyerupai  karakteristik  pegas  heliks  atau  tidak.  Seperti  diketahui,  pegas  heliks  memiliki karakteristik hubungan antara pertambahan gaya dan defleksi yang linier.

## Dimensi gas spring
Ukuran  panjang gas  spring yang  diuji  adalah  seperti  diperlihatkan  di  Gambar  2  dengan kapasitas nominal 80 N
Gambar 2. Dimensi gas spring [4]

## 2. Metodologi
Metoda penelitian dan diagram alir Metoda  penelitian  yang  dilakukan  adalah  seperti pada  diagram  alir di  Gambar 3.  Langkah pertama adalah menyiapkan empat buah sampel gas spring dengan nominal sama yaitu 80 N seperti pada Gambar 4.
Langkah kedua menyiapkan dan memasang sample gas spring 1 sehingga dapat diuji seperti ditunjukkan  pada  Gambar  5.  Gambar  diposisikan  pada  posisi  horizontal,  pada  prakteknya dilakukan  dengan  posisi  vertikal  dan  alat  ukur  yang  digunakan  adalah  timbangan  badan. Langkah ketiga adalah dengan memberi beban gaya dorong pada salah satu ujung gas spring tersebut sampai titik pengamatan 1 berimpit dengan titik referensi titik 0. Titik pengamatan 1 berjarak 2 cm sebelum ada beban gaya dorong. Langkah keempat, saat posisi titik 1 berimpit dengan titik 0, besar gaya yang diberikan dibaca dari alat ukur (timbangan) yang ada di ujung gas spring lainnya dan dicatat. Langkah kelima adalah pengecekan, apakah pengamatan sudah dilakukan  sampai  titik  pengamatan  ke  4,  jika  belum,  maka  hal  serupa  dilakukan  saat  titik pengamatan 2 berimpit dengan titik 0 (mencatat gaya yang ditunjukkan, yang diperlukan untuk mendorong gas spring sampai defleksi 4 cm). Kegiatan yang sama dilakukan untuk sampel gas spring 2, sampel gas spring 3 dan sampel gas spring 4.

## Gambar 4. Empat sample gas spring
Langkah ke 6 adalah mengolah data dengan menggunakan regresi linier sehingga diperoleh persamaan linier untuk masing-masing gas spring . Dari persamaan-persamaan tersebut dapat diperoleh kekakuan masing-masing gas spring . Dan dari persamaan-persamaan itu juga dapat dibuat grafik antara besar defleksi dan besar gaya. Langkah ke 7 adalah mencari rata-rata untuk nilai  kekakuan  yang  diperoleh  sehingga  diperoleh  kekakuan  yang  dianggap  mewakili kekakuan gas spring tak bermerek kapasitas 80 N yang dijual di online shop .
Gambar 5. Metode pengujian gas spring
Secara teori  seharusnya    hubungan  antara  pertambahan  beban  sebanding  dan  proporsional dengan pertambahan  defleksi (perpendekan antara kedua ujung gas spring) dan memenuhi persamaan 1 [4].
k =  F /  l (1)
Dimana:
k = Kekakuan pegas (N/cm)  F = Pertambahan Beban (N)
 l = Pertambahan defleksi (berkurang jarak antar kedua ujung pegas (cm)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Hasil
Hasil pengamatan yang telah dikonversi dari kilogram ke Newton diperlihatkan pada Tabel 1. Sedangkan plot koordinatnya diperlihatkan pada Gambar 6. Absis mewakili defleksi (dalam cm) dan ordinat mewakili gaya atau beban yang diberikan (dalam Newton)
Tabel 1. Hasil pengamatan/pengujian
Gambar 6. Plot koordinat masing-masing pengamatan
Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 1 2 88,78 86,82 83,39 86,82 2 4 99,08 90,25 87,31 93,20 3 6 107,42 103,01 98,10 104,97 4 8 116,25 110,85 106,93 110,36 Pengamatan titik ke: Defleksi (cm)
Gaya dorong (Newton)
Untuk  mendapatkan  garis  linier  masing  masing  sampel,  dapat  dilakukan  dengan  fasilitas regresi linier di Microsoft Excel [5]. Cara nya dengan mengaktifkan terlebih dahulu plugin addins analysis data. Setelah ditambahkan, plugins tersebut, dapat dilakukan analisis regresi linier pada masing-masing sampel di Tabel 1.
Hasil dari analisis regresi linier diperlihatkan pada gambar hasil analisis dari Gambar 2 sampai dengan Tabel 5.
Tabel 2. Hasil regresi linier sampel 1
Tabel 3. Hasil regresi linier sampel 2
Sampel 1
SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics Multiple R 0,998978922 R Square 0,997958886 Adjusted R Square 0,996938329 Standard Error 0,648870509 Observations 4 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 1 411,7100653 411,7100653 977,8571429 0,001021078 Residual 2 0,842065875 0,421032937 Total 3 412,5521312 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95,0% Upper 95,0% Intercept 80,19675 0,794700828 100,9143909 9,81815E-05 76,77742831 83,61607169 76,77742831 83,61607169 X Variable 1 4,537125 0,145091857 31,27070742 0,001021078 3,912845127 5,161404873 3,912845127 5,161404873

## Sampel 2 SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics Multiple R 0,979812266 R Square 0,960032077 Adjusted R Square 0,940048115 Standard Error 2,737587677 Observations 4 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 1 360,0312796 360,0312796 48,04012841 0,020187734 Residual 2 14,98877258 7,494386288 Total 3 375,0200522 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95,0% Upper 95,0% Intercept 76,518 3,352846467 22,82180254 0,001914483 62,091866 90,944134 62,091866 90,944134 X Variable 1 4,242825 0,612143214 6,931098644 0,020187734 1,60898533 6,87666467 1,60898533 6,87666467

## Tabel 4. Hasil regresi linier sampel 3
Tabel 5. Hasil regresi linier sampel 4
Sampel 3 SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics Multiple R 0,985375801 R Square 0,970965469 Adjusted R Square 0,956448203 Standard Error 2,226243282 Observations 4 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 1 331,4852465 331,4852465 66,88349515 0,014624199 Residual 2 9,9123183 4,95615915 Total 3 341,3975648 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95,0% Upper 95,0% Intercept 73,575 2,726580042 26,98435361 0,001370511 61,84347294 85,30652706 61,84347294 85,30652706 X Variable 1 4,07115 0,497803131 8,178233009 0,014624199 1,929275998 6,213024002 1,929275998 6,213024002

## Sampel 4 SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics Multiple R 0,98960594 R Square 0,979319917 Adjusted R Square 0,968979875 Standard Error 1,893355414 Observations 4 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 1 339,5209608 339,5209608 94,7114094 0,01039406 Residual 2 7,16958945 3,584794725 Total 3 346,6905503 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95,0% Upper 95,0% Intercept 78,23475 2,318877333 33,73820119 0,000877373 68,25742611 88,21207389 68,25742611 88,21207389 X Variable 1 4,1202 0,423367141 9,731978699 0,01039406 2,298598214 5,941801786 2,298598214 5,941801786

## Pembahasan
Seperti terlihat pada Gambar 6, untuk tiap sampel terlihat hubungan yang cukup proporsional antara  besar  beban  yang  diberikan  dengan  defleksi  yang  terjadi.  Untuk  mendapatkan  nilai kelinieran yang mendekati, dilakukan perhitungan regresi linier pada setiap data pengujian sample untuk mendapatkan nialai koefisien (gradien) dan konstanta (intersep) yang mewakili peramaan linier sample.
Informasi lain yang diperoleh dari Gambar 6 ialah beban yang diperlukan cukup bervariasi untuk  menghasilkan  defleksi  yang  sama  untuk  tiap  sample.  Maka  diperlukan  cara  untuk mendapatkan  nilai  intersep  dan  koefisien  rata-rata  untuk  mewakili gas  spring di  pasaran. Dengan  menggunakan  fasilitas  regresi  linier  maka  dapat  diperoleh  intersep  dan  koefisien masing-masing sample seperti diperlihatkan pada Tabel 6. Pada tabel yang sama, dihitung juga rata-rata intersep dan koefisien yang dapat dianggap mewakili besaran intersep dan koefisien pada gas  spring tak  bermerek  kapasitas  80  N  di  pasaran.  Kekakuan  pegas  rata-rata  sama dengan koefisien, dan dinyatakan dengan satuan N/cm.
Tabel 6. Hasil regresi linier dan rata-rata
Intersep mewakili nilai gaya minimum yang diperlukan agar gas spring mulai defleksi (mulai memendek), sedangkan koefisien mewakili kekakuan pegas populasi.
Nilai 80 Newton yang dijadikan spesifikasi gas spring ternyata adalah gaya minimum yang diperlukan  untuk  gas  spring  ber-defleksi.  Ternyata  lewat  pengujian  ini  beban  awal  yang diperlukan  untuk  defleksi  adalah  77,13113  Newton.  Nilainya  memang  tidak  tepat  (selisih sekitar  3  N),  mungkin  karena  pengaruh  pengujian  yang  kurang  memadai,  palat  ukur  yang kurang  presisi,  pembacaan  defleksi  yang  tidak  tepat  ataupun  memang  hasil  produksi  yang tidak seragam.
Sedangkan  koefisien  rata-rata  yang  merupakan  kekakuan  rata-rata,  berkat  pengujian  ini, berhasil didapatkan ( k = 4,242825 N/cm), meski saat pembelian, konsumen tidak mendapatkan data tersebut.

## 4. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan
 Gaya minimum rata-rata pegas mulai defleksi adalah F = 77,13 N
 Kekakuan pegas rata-rata k = 4,242825 N/cm
 Jika  dilihat  dari  kelinieran  antara  besaran  beban  dengan  defleksi,  maka  dapat disimpulkan bahwa gas spring ini memiliki karakteristik seperti pegas heliks. Jadi gas spring dapat digunakan sebagai pengganti pegas heliks.
 Hubungan  antara  beban  dan  perpendekan  (defleksi)  pegas  yang  terjadi  dengan menggunakan hasil rata-rata intersep dan koefisien adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 7 dan pada Gambar 7.
Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Sampel 4 Intersep 80,19675 76,518 73,575 78,23475 77,13113 Koefisien 4,537125 4,242825 4,07115 4,1202 4,242825 = Kekakuan pegas rata-rata Rata-rata Gaya dorong (Newton)
Tabel 7. Hubungan antara beban (gaya) dengan perpindahan (defleksi) pada gas spring
Gambar 7. Grafik beban (gaya) dengan perpindahan (defleksi) pada gas spring
Seperti  terlihat  dari  grafik,  gaya  (beban)  77,13  Newton  diperlukan  buat  gas  spring  mulai defleksi. Sedangkan untuk mencapai defleksi penuh (9 cm), diperlukan beban 115,32 Newton.

## Saran
 Perlu pengujian dengan peralatan lebih presisi dan instalasi yang memadai.
 Sebaiknya dilakukan juga pengujian untuk gas spring kapasitas lainnya (selain 80 N) untuk melengkapi spesifikasi produk gas spring.
 Sebaiknya  dilakukan  pengujian  terhadap  besaran  redaman  dari gas  spring .  Karena seperti  diketahui, gas  spring ini  ketika  dilepas  bebannya  akan  kembali  ke  posisi semula secara lambat. Maka besaran redaman juga menjadi hal yang diperlukan untuk diketahui jika gas spring digunakan selain pada pemakaian non statis.
Defleksi (cm) Gaya (N) 0 77,13 1 81,37 2 85,62 3 89,86 4 94,10 5 98,35 6 102,59 7 106,83 8 111,07 9 115,32

## 4. Daftar Pustaka
[1] Fitriawati, Putri. 2012 Model Optimisasi Gas Spring dengan Kriteria Maximum Energy Storing, Skripsi, Universitas Negeri Sebelas Maret
[2] Bernardheta, Ferliana Herawati. 2010 Kajian Dynamic Gait Bagi Pengguna Prosthetic Atas Lutut Endoskeletal Sistem Energy Storing Dengan Mekanisme 2 Bar, Skripsi, Universitas Negeri Sebelas Maret
[3] Sholeh,  Adibus.  2015 Analisis  dan  Perancangan  Sepeda  Statis  untuk  Rehabilitasi Penderita Stroke, Vol  1  No  1  (2017):  Conference  on  Design  and  Manufacture  and  Its Aplication, ppns.ac.id
[4] Serway, Raymond A., (2009). College Physics , Brooks/Cole Cergege Learning, Belmont C A, USA
[5] Carlberg Conrad, (2018), Predictive Analytics: Microsoft Excel, -, edisi 2, Pearson, Indianapolis USA