Veren zijn fundamentele mechanische componenten die worden gebruikt om energie op te slaan en af te geven door vervorming. Het ontwerp van veren vereist een grondige kennis van verschillende mechanische principes, waaronder spanning, rek en vermoeiing. In een andere blog leggen we meer uit over de basis van mechanische veren. Laten we eens in deze onderwerpen duiken en onderzoeken hoe we veren kunnen ontwerpen die lang meegaan.
Spanning in een veer is de interne kracht per oppervlakte-eenheid veroorzaakt door externe krachten of vervormingen. Wanneer een veer belast wordt, ervaart hij een combinatie van trek-, druk- en schuifspanning.
Voor de meeste schroefveren is schuifspanning het dominante type. De maximale schuifspanning τ kan worden berekend met de formule:
waarin:
– ( F ) de toegepaste belasting is.
– ( Dm ) de gemiddelde windingsdiameter is.
– ( d ) is de draaddiameter.
– ( K ) is de Wahl-correctiefactor, die rekening houdt met directe afschuiving en krommingseffecten.
Vervorming
Vervorming is de deformatie per lengte-eenheid veroorzaakt door toegepaste spanning. Voor veren geeft dit aan hoeveel de veer vervormt bij een bepaalde belasting. Vervorming ((\epsilon)) kan worden uitgedrukt als:
– ( E ) de elasticiteitsmodulus is (een maat voor de stijfheid van het materiaal).
– ( ε ) de rek is
De vermoeiingslevensduur begrijpen
Vermoeiing
Vermoeiing is de progressieve en gelokaliseerde structurele schade die optreedt wanneer een materiaal wordt onderworpen aan cyclische belasting. Na verloop van tijd kunnen dergelijke cyclische spanningen ertoe leiden dat een veer barst en uiteindelijk bezwijkt, zelfs als de spanningen veel lager zijn dan de uiteindelijke treksterkte van het materiaal.
Vermoeiingslevensduur
De vermoeiingslevensduur van een veer beschrijft het aantal cycli dat de veer kan weerstaan voordat deze bezwijkt. Verschillende factoren beïnvloeden de vermoeiingslevensduur, waaronder:
Materiaaleigenschappen: materialen met hogere vermoeiingsgrenzen zijn beter bestand tegen cyclische spanningen.
Oppervlakteafwerking: gladdere oppervlakken verminderen spanningsconcentraties en verbeteren de vermoeiingslevensduur.
Belastingsomvang en -variabiliteit: hogere belastingen of variabele belastingen verminderen de vermoeiingslevensduur.
Omgevingsfactoren: corrosie of extreme temperaturen kunnen vermoeiingsbreuk versnellen.
Ontwerpoverwegingen om slijtage en defecten te beperken
Om de duurzaamheid en prestaties van veren te verbeteren, is het van cruciaal belang om rekening te houden met:
Materiaalkeuze
Het kiezen van een materiaal met een hoge vermoeiingssterkte en een goede corrosiebestendigheid is essentieel. Gangbare materialen zijn onder meer
Muziekdraad: hoge treksterkte en uitstekende vermoeiingslevensduur.
Roestvrij staal: goede corrosiebestendigheid voor ruwe omgevingen.
Gelegeerd staal: betere vermoeiings- en slijtagebestendige eigenschappen.
Ontwerp voor vermoeiingslevensduur
Spanningsconcentratie: vermijd scherpe hoeken en inkepingen. Gebruik gladde overgangen en vullingen om spanningsconcentraties te verminderen.
Oppervlaktebehandelingen: het oppervlak laten kogelstralen, coaten of polijsten kan de weerstand tegen vermoeiing aanzienlijk verbeteren.
Optimalisatie van de belasting: ontwerp de veer om binnen veilige spanningsgrenzen te werken en vermijd overmatige belasting of plotselinge veranderingen in belasting.
Preventief onderhoud: regelmatige inspectie en onderhoud kunnen vroegtijdige tekenen van slijtage opsporen en catastrofaal falen voorkomen.
Milieuoverwegingen
Ontwerp veren die bestand zijn tegen specifieke omgevingsomstandigheden. Bijvoorbeeld:
Corrosiebescherming: gebruik coatings of corrosiebestendige materialen in corrosieve omgevingen.
Temperatuureffecten: houd rekening met de materiaaleigenschappen bij bedrijfstemperaturen aangezien hoge of lage temperaturen de materiaalprestaties en de vermoeiingslevensduur kunnen beïnvloeden.
Redundantie en veiligheidsfactoren
Overweeg in kritieke toepassingen het gebruik van redundantie en veiligheidsfactoren om de betrouwbaarheid te garanderen. Zo kan het ontwerpen van veren welke belastingen aan kunnen die veel hoger zijn dan de maximaal verwachte belasting onverwachte storingen voorkomen.
Als je deze principes begrijpt en ze doordacht toepast op het ontwerp van veren, kan dat leiden tot zeer betrouwbare en duurzame veren, op maat gemaakt voor hun specifieke toepassingen.
This website uses cookies so that we can provide you with the best user experience possible. Cookie information is stored in your browser and performs functions such as recognising you when you return to our website and helping our team to understand which sections of the website you find most interesting and useful.
Strictly Necessary Cookies
Strictly Necessary Cookie should be enabled at all times so that we can save your preferences for cookie settings.
If you disable this cookie, we will not be able to save your preferences. This means that every time you visit this website you will need to enable or disable cookies again.