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 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:
waarbij:
– (ΔL) de verandering in lengte is.
– (L0) de oorspronkelijke lengte is.
Het verband tussen spanning en rek (Wet van Hooke):
σ= E * ε
waarbij:
– ( σ ) de normaal/rekspanning in MPa is
– ( E ) de elasticiteitsmodulus is (een maat voor de stijfheid van het materiaal).
– ( ε ) de rek is
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.
De vermoeiingslevensduur van een veer beschrijft het aantal cycli dat de veer kan weerstaan voordat deze bezwijkt. Verschillende factoren beïnvloeden de vermoeiingslevensduur, waaronder:
Om de duurzaamheid en prestaties van veren te verbeteren, is het van cruciaal belang om rekening te houden met:
Het kiezen van een materiaal met een hoge vermoeiingssterkte en een goede corrosiebestendigheid is essentieel. Gangbare materialen zijn onder meer
Ontwerp veren die bestand zijn tegen specifieke omgevingsomstandigheden. Bijvoorbeeld:
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.
