Drukveren slaan mechanische energie op wanneer ze worden samengedrukt en geven mechanische energie vrij wanneer de belasting wordt verwijderd. Hoewel drukveren over het algemeen gemaakt zijn van verenstaal, kunnen ze ook koolstof, magnesium, nikkel, chroom, tin, koper, wolfraam en aluminium bevatten.
Verschillende materialen creëren een verschillende mate van elasticiteit en energieopslagcapaciteit voor drukveren.
Robert Hooke stelde al in 1676 een formule voor om de kracht te berekenen die door een veer wordt uitgeoefend, die evenredig is met de verlenging ervan.
Drukveren zijn mechanische apparaten die speciaal zijn ontworpen om axiale drukbelastingen te detecteren. Ze kunnen meestal ook uitrekken en tot een punt draaien. Over het algemeen kunnen drukveren mechanische energie opslaan wanneer ze worden blootgesteld aan drukbelastingen. Zodra de belasting is verwijderd, keren ze terug naar hun oorspronkelijke vorm en grootte en ondergaan ze elastische vervorming.
Dit unieke vermogen om potentiële energie op te slaan, gecombineerd met de relatieve eenvoud en betaalbaarheid ervan, maakt drukveren waardevol in een breed scala aan toepassingen. Van mechanische toetsenbordknoppen, matrassen en balpennen tot vuurwapens en schokdempers voor auto-ophanging. Sinds de 15e eeuw gebruiken we drukveren en de eerste drukveer werd gebruikt in klokapparaten.
Soorten drukveren
Drukveren kunnen veel verschillende geometrische vormen hebben. De meest voorkomende zijn spiraalveren of spiraalveren. Deze vorm is populairder dan andere vormen omdat deze een naadloze hoge compressie en uitzetting tot een punt mogelijk maakt. Het is ook lichter omdat er minder materialen worden gebruikt om te voldoen aan de behoefte aan het absorberen van drukbelastingen. Ten slotte geeft de vorm van de spiraalveer dit type een relatief grote veerconstante (wat later in detail zal worden uitgelegd).
Deze categorie is verder onderverdeeld in subcategorieën, waaronder:
Materiaal drukveer
Drukveren worden meestal gemaakt van verenstaal, een staalsoort met een hoge vloeigrens. Hierdoor kunnen ze hun oorspronkelijke vorm, grootte en vorm behouden, zelfs als ze extreem vervormd zijn. Daarom hebben deze staalsoorten een grote elastische vervormingsruimte onder spanning. Dit gebeurt op moleculair niveau, dus de samenstelling van deze staalsoorten heeft een aanzienlijke invloed op hun elasticiteit.
Over het algemeen bevat verenstaal koolstof en mangaan, evenals nikkel, chroom, molybdeen, tin, vanadium, koper, ijzer, wolfraam en aluminium. Verenstaal wordt door de officiële ASTM geclassificeerd op basis van zijn vloeigrens en hardheid, waardoor verschillende materiaalsamenstellingen geschikt kunnen zijn voor verschillende toepassingen. ASTM A228 wordt bijvoorbeeld gebruikt voor pianosnaren, die 0,7% -1% koolstof en 0,2% -0,6% mangaan bevatten, met een maximaal rendement sterkte van 530 megapascal en een treksterkte van 400 megapascal.
Kenmerken van drukveren
In deze sectie zal ik me concentreren op de introductie van niet-opgerolde spiraalveren, omdat deze veren de meest gebruikte drukveren zijn. Deze veren hebben bepaalde kenmerken die van grote betekenis zijn voor hun prestaties. De buitendiameter (D) verwijst naar de diameter van de cilinder gevormd door de veer, gezien vanaf de bovenkant. De spoeldiameter verwijst naar de dikte (d) van de veerdraad, die eveneens cilindrisch is. De vrije lengte (L) verwijst naar de totale lengte van de veer zonder enige compressie, terwijl de effectieve helix (na) en totale helix (n) het aantal spoelen zijn dat mechanische energie opslaat en vrijgeeft, en het aantal busspoelen ( minstens twee zijn bestemd voor het uiteinde/basis van de veer). Een ander belangrijk morfologisch kenmerk is de draairichting, die links of rechts kan zijn.
De kracht die door een veer wordt uitgeoefend, is evenredig met de verlenging ervan, een wet die in 1676 door Robert Hooke werd voorgesteld, binnen een paar jaar na de toepassing van de eerste veer. Hooke introduceerde deze formule aan de wereld. "F=- kx", waarbij F de veerkracht is, x de rekafstand en k de veerconstante. Elke veer is anders en wordt bepaald door de fabrikant door middel van experimenten of door de gebruiker door middel van formules. K=Gd4/[83dna]. Zoals eerder vermeld zijn tonvormige en conische spoelen niet-lineaire veren, dus de wet van Hooke is daarop niet van toepassing. De wet van Hooke is niet van toepassing op veren die al zijn vervormd of de algemene elastische limiet hebben overschreden.
De kracht van een volledig samengedrukte veer
Om de kracht van de volledig samengedrukte veer te berekenen, kunnen we deze formule gebruiken. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ v) (Dd) 3n]. E is de Young-modulus, d is de diameter van de staaldraad, L is de vrije lengte, en n is het aantal effectieve helices/spoelen, ν Het is de Poisson-verhouding, en D is de buitendiameter. Het is duidelijk dat sommige ervan worden bepaald door het staal dat door de ontwerper is gekozen, terwijl andere worden bepaald door de vorm, vorm en grootte van de veer.
Ontwerp Overwegingen
Bij het ontwerpen van een drukveer is het eerste dat u moet beslissen welk materiaal u wilt gebruiken. Zoek vervolgens de afschuifmodulus (G) en treksterkte (TS) uit de gegevenstabel. Deze twee factoren zijn cruciaal voor het bepalen van het spanningspercentage, bijvoorbeeld bij het berekenen van de belastingseisen (100* σ/ Bereken de mate waarin de veer wordt samengedrukt wanneer een bepaalde belasting wordt geïnduceerd, op basis van de treksterkte.
Een andere belangrijke overweging is de diameter van de veer wanneer deze tot het maximale punt wordt samengedrukt. Spiraalvormige drukveren hebben de neiging tijdens het samendrukken in diameter te vergroten. Het is dus belangrijk om deze uitzetting te berekenen met behulp van de formule "uitbreiding={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".
De index van de veer is belangrijk, en ontwerpers proberen deze binnen het bereik van 4 tot 10 te houden. De berekeningsmethode is "C=(Dd/d)", wat een goed idee geeft van de verhouding van de draad dikte tot veerdiameter. Dit bepaalt de algehele sterkte van de veer (kleiner is sterker, maar groter is gemakkelijker samen te drukken).
