EO

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukveren

27 oktober 2021 om 13:19 uur

Hoewel drukveren een zeer eenvoudige functie lijken te hebben, zijn er meerdere factoren waarmee ingenieurs rekening moeten houden bij het specificeren van deze veren voor een bepaalde toepassing. Ze moeten bijvoorbeeld de ideale veerafmetingen en technische materialen voor die specifieke toepassing kennen. Dit artikel behandelt enkele van de belangrijkste ontwerpoverwegingen voor het ontwerp van drukveren.

 

Het zal ook ingaan op de basisprincipes van drukveren en belangrijke terminologieën uitleggen die elke ontwerper moet kennen.

 

De wet van Hooke

In figuur 1 wordt een axiale belasting (P) op een veer uitgeoefend en drukt deze samen.

 

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukverenFiguur 1. Schema van veerbelastingen. Bron: Yapparina/CC [1.0][SA]

 

De wet van Hooke stelt eenvoudigweg dat de kracht die nodig is om een ​​elastisch materiaal (zoals een veer) over enige afstand samen te drukken (of uit te rekken) evenredig is met die afstand. Dus wanneer een veer wordt samengedrukt zodat zijn lengte verandert met een hoeveelheid DL vanuit zijn evenwichtspositie, oefent de veer een kracht (F) uit naar zijn evenwichtspositie. Deze kracht wordt wiskundig uitgedrukt als:

 

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukveren 

waarbij:

 

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukveren 

 

 

 

 

Lo = ongecomprimeerde veerlengte
L = Veerlengte als gevolg van uitgeoefende kracht
k = Veerstijfheid (of veerconstante)

 

Het minteken wordt gewoonlijk toegevoegd om aan te geven dat de richting van de herstelkracht (F) als gevolg van de veer tegengesteld is aan de kracht (P), die de verplaatsing veroorzaakte.

 

Veerstijfheid (of veerconstante), k, is een maat voor de weerstand die de veer biedt tegen vervorming. Het wordt wiskundig uitgedrukt als:

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukveren 

   

 

 

 

 

 

 

Waar:

G = Afschuifmodulus van veermateriaal

D = gemiddelde diameter van de veer

d = Draadmaat

N = Aantal actieve spoelen

 

 Actieve spoelen zijn spoelen die al het werk doen en alle spanningen in de veer verwerken. Tabel 1 toont formules voor het schatten van het aantal actieve spoelen voor verschillende soorten veeruiteinden.

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukverenTabel 1. Verschillende veeruiteinden met het bijbehorende aantal actieve spoelen.

Waarbij Nt = Totaal spoelen

 

Factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het specificeren van veren

1: Vrije lengte en vaste lengte

Vrije lengte is de lengte van een veer wanneer er geen kracht op wordt uitgeoefend. Daarentegen is de vaste lengte (of slethoogte) de axiale lengte van de veer wanneer deze volledig is belast (of wanneer alle aangrenzende spoelen elkaar raken). Ofwel: massieve lengte is de kortst mogelijke lengte voor een drukveer zonder deze onherkenbaar te verpletteren.

 

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukverenFiguur 2. Massieve lengte van een drukveer Bron: Yapparina/CC [1.0][SA]

 

In de regel moeten ingenieurs een veer specificeren met een stevige lengte die overeenkomt met hun toepassingsvereisten. Dit kan worden gedaan door de aanbrengkrachtvereisten te vergelijken met de kracht die nodig is om de veer samen te drukken tot zijn massieve lengte. Als de veer tot zijn vaste lengte wordt samengedrukt voordat alle kracht is uitgeoefend, zorg er dan voor dat het product niet werkt zoals het hoort.

 

2: Pitch- en veerindex

Om de toonhoogte en veerindex beter te begrijpen, kunt u afbeelding 3 bekijken (een doorsnede van een drukveer).

 

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukverenFiguur 3. Doorsnede van een drukveer Bron: Yapparina/CC [1.0][SA]

 Pitch (p) is de axiale afstand van het midden van een spoel tot het midden van de aangrenzende spoel. Daarentegen is veerindex (C) de verhouding van de gemiddelde diameter van de veer tot de diameter van de draad waaruit de veer is opgebouwd. Wiskundig wordt dit uitgedrukt als:

Ontwerpvergelijkingen en principes van drukverenVeerindex is een van de parameters die ingenieurs inzicht geven in de maakbaarheid en de productiekosten van hun veerontwerp. Als algemene regel geldt dat drukveren zo worden ontworpen dat ze een veerindex hebben tussen 5 en 12.

 

Drukveerontwerpen met een veerindex van minder dan 5 of groter dan 12 zijn over het algemeen uitdagender en duurder om te vervaardigen. Veren met een lage veerindex zullen doorgaans de slijtage van het gereedschap verhogen en vereisen extra bewerking om een ​​adequate levensduur te garanderen. Daarentegen vereisen veren met een hoge veerindex extra tolerantie op lengte en diameter.

 

 

3: Materiaal:

Met het brede scala aan technische materialen dat tegenwoordig beschikbaar is, kan het overweldigend zijn om een ​​materiaal voor drukveren te specificeren.

 

Er is geen perfect veermateriaal; de ideale keuze hangt af van je toepassingsvereisten en budget.

Roestvast staal is een ideaal veermateriaal voor toepassingen waar hoge hitte- en corrosiebestendigheid een must zijn. Veren van nikkellegeringen bieden een hoge sterkte en duurzaamheid, waardoor ze ideaal zijn voor zware en veeleisende toepassingen. Hardgetrokken koolstofstaal biedt ook een hoge duurzaamheid, maar is alleen ideaal voor toepassingen met lage spanning.

 

Andere factoren

Hoewel dit artikel nuttige informatie geeft over drukveren, zijn er nog andere factoren waarmee je rekening moet houden bij het specificeren van veren. Zo hebben ontwerpers nog te maken met onder andere veerspanningen, energieopname en belastingsfactor. 

 

Bron: Engineering 360

 

Reacties (1)

De veerindex is een simpele maar vaak vergeten ratio tussen de mean diameter tot en draad diameter. De index moet altijd tussen de 4 en de 10 zijn om een correcte veer te hebben.

Als de veerindex lager is dan vier ontstaat er vaak problemen met materialen die interne schuren laten zien wat als gevolg heeft dat de veer eerder kapot gaat dan verwacht. Een veerindex groter dan 10 betekent dat de veer erg dun is wat tot problemen met verpakkingen en knopen tussen twee veren. Ook kunnen deze veren niet worden geslepen.

Bron:
https://webshop.tevema.com/nl/blog/drukveren-berekenen/#h_813304371601631706330185

Invloed van uiteinden op drukveren:
2. Het aantal windingen
Het aantal windingen tellen is voor veel mensen verwarrend. Er zijn twee variabelen die het nummer van windingen kan specificeren. De Na is het nummer van actieve windingen en Nt is het totaal aantal windingen. Alleen in het geval van open uiteinden is Na = Nt.

Het aantal windingen die gesloten of aan elkaar grenzen kunnen niet meegenomen worden in de tellingen. Deze zijn inactieve windingen en geven geen veerkracht. Begin de telling van elke spoel van het ene uiteinde naar het andere, te beginnen waar de spoel zich voor het eerst opent. Bij open uiteinde is dit de eerste spoel.

*
**

Type uiteinde drukveren

Open

Open en geslepen

Gesloten

Gesloten en geslepen

Nt

Na

Na + 1 (0,5 + 0,5)

Na +2

Na+2

Hoogte
(Na
Nt

(Na+1) d



(Nt+1) d

Na d



(Nt+1) d

(Na+3) d



(Nt+1)d

(Na+2) d



Nt d

Pitch

p

(FL-d)/ Na

FL/ Na

(FL-3*d)/ Na

(FL-2*d)/ Na

* d = draaddiameter
** FL = Vrije lengte

https://webshop.tevema.com/nl/blog/drukveren-berekenen/#h_42640552301631706220963
E.M. Visscher, 1 december 2021 14:02
 

Laatste nieuws Industrieel ontwerpen

De elektrische Fulpra-vrachtfiets krijgt Erkenning Goed Industrieel Ontwerp

De elektrische Fulpra-vrachtfiets krijgt Erkenning Goed Industrieel Ontwerp

De elektrische vrachtfiets Fulpra L1 heeft een Erkenning Goed Industrieel Ontwerp gekregen. De fiets is ontworpen door industrieel ontwerpbureau Dynteq. Het is de eerste elektrische vrachtfiets met een RDW…

André Ricard wint Lifetime Achievement Award van DesignEuropa

André Ricard krijgt Lifetime Achievement Award van DesignEuropa

André Ricard, vooral bekend van het ontwerp van de fakkel voor de Olympische Spelen van Barcelona in 1992, wint dit jaar de Lifetime Achievement Award van DesignEuropa. Ook zijn de genomineerden bekend gemaakt van de &…

Huidige belastingen belemmeren circulaire bedrijfseconomie

Huidige belastingen belemmeren circulaire bedrijfseconomie

Belastingen in Nederland houden niet specifiek rekening met circulaire bedrijfsmodellen en vormen daarmee een belemmering voor een circulaire bedrijfseconomie. Zo blijkt uit onderzoek van fiscaal juristen van de Vrije…

Renault ontwerpt nieuwe interieurgeluiden

De nieuwe Renault klinkt naar water en hout (video)

De richtingaanwijzers, gordelverklikkers, piepjes van de parkeersensoren en ga zo door: deze geluiden bepalen het ritme van elke rit die een bestuurder maakt. Ze maken deel uit van zijn dagelijks leven. Maar hoewel deze…

Social distancing in full colour

Social distancing in full colour

Niesscherm, spuugmuur of spatwand? Je ziet ze overal. Of eigenlijk zie je ze niet, want de sinds Covid-19 alom tegenwoordige schermen zijn kleurloos en transparant. Dat kan vrolijker, zo dacht de Australische designer en…

Meer nieuws »

Kennismaken

Wilt u op de hoogte blijven van nieuws op het gebied van industriële product- ontwikkeling?

Meld u dan aan voor de digitale nieuwsbrief van Product:button

 

Product

klWelkom op de webpagina van Product. Product informeert over de nieuwste ontwikkelingen in de wereld van de industriële productontwikkeling op het gebied van technologie, materialen, vormgeving en ontwerp. De rubriek in het magazine Constructeur biedt een mix van bedrijfsstrategische, economische en technische informatie met betrekking tot alle partijen die van belang zijn. Kortom, een bron van inspiratie voor de dagelijkse praktijk van de ontwerper.

 

Deze maand in het magazine

product


















 

 

Martin Visser

De slaapbank die ogen opende

Mira-Pet

Ultrasone tandenborstel voor je hond


mo man tai

ShareBees


Sign & Print

Festival

 
Product gaat in 2020 verder als katern

in het blad Constructeur

 

Dossier stijlgeschiedenis

bauhausIn de afgelopen eeuwen zijn veel verschillende producten en gebouwen ontworpen. Onderling vertonen veel van deze producten en gebouwen gemeenschappelijke kenmerken waardoor ze in te delen zijn in stijlen. Ontwerpstijlen zijn niet absoluut, ze ontstaan niet van de een op de andere dag en niet in alle landen tegelijk. Daarnaast ontstaan er kleine verschillen in kenmerken van een stijl vaak per land en per ontwerper. Stijlen of in elk geval de kenmerken daarvan herhalen zich door de tijd heen. Toch is het met voldoende kennis over de kenmerken goed mogelijk de stijlen te herkennen in producten. In een reeks artikelen worden de belangrijkste stijlen na de Industriele Revolutie besproken .

 

Stijlgeschiedenis, ArtdecoArts & Crafts, Bauhaus, Jugendstil, Modernisme, Postmodernisme, Na postmodernisme

 

Auteurs: Marijke Timmermans en Celine Joosten (studenten IO, Universiteit Twente)