webshop.tevema.com scoort een 4,6 / 5 op basis van 11 beoordelingen

Blog - Hoe bereken ik de veerconstante van een trekveer?

In dit stuk is uitgelegd hoe je een veerconstante van trekveren berekend en met de veerconstante een ontwerp van een trekveer kan maken. Dit stuk is een verdieping op de standaard berekening van veerconstante. Parallel aan dit stuk staat veerconstante van drukveren en veerconstante van torsieveren.

Algemene informatie:

De functie van een trekveer is het weerstaan van een bepaalde uitrekking lijnrecht van de veer. De trekveren, in tegenstelling tot drukveren hebben geen ruimte tussen de windingen. De windingen van trekveren zijn zo gewikkeld, dat de windingen op elkaar willen kruipen, dit is alleen onmogelijk dankzij het design. Iedere winding levert kracht op de voorgaande winding. Dit zorgt er voor dat de trekveer altijd kracht levert om terug te gaan naar de originele stand. Alleen heeft deze wikkelmethode een bijkomend effect. Vanwege de strakke wikkelmethode, is er voorspanning op de trekveer. De voorspanning (F0) betekent dat er een minimale kracht nodig is, om de trekveer überhaupt in beweging te krijgen.

De basis berekening om een veerconstante uit te rekenen is C = F/u zie hiervoor de standaard berekening van een veerconstante. We gaan in dit stuk meer in op de details qua; invloed van voorspanningen, trekveren ontwerp en de calculatie van de veerconstante op deze manier.

In dit stuk staat:

Trekveren technische tekening

Welk invloed heeft voorspanning op de veerconstante?

Voorspanning is een parameter uniek aan trekveren. De voorspanning kan worden ingezet om objecten niet te laten bewegen, tenzij de kracht hoger is dan de voorspanning. Voorspanning werkt als volgt:Voorspanning op trekveren

Voorspanning in de grafiek vind zich plaats tussen positie -1 en -0.

Vanaf punt 0 rekt deze trekveer pas uit. Om punt 0 te bereiken is 55,66 Newton nodig. Vanaf 55,66 Newton begint de veerconstante van de veer te werken.

Dit is van belang, als je wilt dat de trekveer een bepaalde lengte uitrekt bij een bepaalde kracht. Als we willen dat willen dat deze veer met een veerconstante van 54,12 Newton 3 mm uitrekt, is het noodzakelijk dat de totale kracht voor uitrekking:

55,66 (voorspanning)  + 3 (mm)* 54,12 (veerconstante) = 218,02 Newton is.

Formule veerconstante trekveren

De veerconstante van trekveren is weergegeven in Newton per mm (N/mm) uitrekking. Dit hangt af van een aantal parameters in de berekening. Allereerst is de Glijmodulus in Mpa nodig (G). Dit hangt af van het materiaal wat is gebruikt, vraag deze op bij de verenspecialist. Verder is de draaddikte (d) en de diameter veer hart op hart (Dm) in millimeter (mm) nodig en als laatste is het aantal werkzame windingen (Nw) nodig.

Formule veerconstante trekveren

C = Veerconstante in N/mm
G = Glijmodulus (Mpa)
d = Draaddikte (mm)
Dm = Diameter veer hart op hart (mm)
Nw = Aantal werkende windingen

Gebruik de volgende tabel om te spelen met de veerconstante van de trekveer.

Keuzes

 

Groter

 

Kleiner

Draaddiameter

d

Sterker

 

Zwakker

Diameter veer

Dm

Zwakker

 

Sterker

Werkzame windingen

Nw

Zwakker

 

Sterker

Om verder te kijken hoe dit theoretisch werkt, zijn er twee voorbeelden uitgewerkt, dit zijn dezelfde voorbeelden als bij de drukveren en torsieveren.

  1. Voorbeeld één: Je gewicht is 85 kilogram (850N) en je wilt dat de trekveer 5cm (50mm) uitrekt.
  2. Voorbeeld twee: Je gewicht is 65 kilogram (650N) en je wilt dat de trekveer 5cm (50mm) uitrekt.

Alleen t.a.v. de veerconstante van drukveren hebben we hierbij de parameter Voorspanning te houden dit heeft invloed op de veerconstante van trekveren.

Invloed voorspanning op veerconstante trekveren

Om de totale kracht van de trekveer te berekenen of een bepaalde uitrekking in mm moet altijd de voorspanning in de berekening worden meegenomen. De standaard formule om veerconstante te berekenen tussen punt a en punt b, passen we daarom aan:

Berekening invloed voorspanning op veerconstante trekveren

F = Totaal benodigde kracht die we van de veer verwachten.
F0 = Kracht die in de veer zit.
u = Totale uitrekking van de veer die wij willen.

Van de totale kracht is de voorspanning afgehaald. Want de voorspanning aan kracht zit in de veer, deze hoeft de veer bij uitrekking niet nogmaals te leveren. Als voorbeeld:

Invloed van voorspanning

A

B

C

Kracht benodigd

850

850

850

Voorspanning

50

75

100

Veerweg benodigd

50

50

50

N/mm

16

15,5

15

Bij de voorgaande voorbeelden houden we rekening met de volgende basis parameters:

  • Standaard Duitse ogen
  • Voorspanning van 50 Newton.

De voorbeelden:

  1. Voorbeeld één: Je gewicht is 85 kilogram (850N) en je wilt dat de trekveer 5cm (50mm) uitrekt. Dan is er een veerconstante nodig van: C = 16 (850 – 50 ) / 50
  2. Voorbeeld twee: Je gewicht is 65 kilogram (650N) en je wilt dat de trekveer 5cm (50mm) uitrekt. Dan is er een veerconstante nodig van: C = 12 (650 – 50 ) / 50

Met de vorige twee voorbeelden kunnen we de formule invullen om tot een design te komen. De resultaat van de formule is gegeven. Nu is de vraag, welke d, Dm en Nw hoort hierbij?

Parameter

Betekenis

In formaat

Bij voorbeeld 1

Bij voorbeeld 2

C

Veerconstante

Newton per millimeter (N/mm)

16 N/mm

12 N/mm

G

Glijmodulus

Megapascal (Mpa) (een eenheid van druk) Deze is te vinden in de specificaties van het materiaal.
(zie materialen lijst)

 80400

 80400

d

Draaddikte

In millimeter (mm)

 ?

 ?

Dm

Diameter veer hart op hart

In millimeter (mm)

 ?

 ?

Nw

Werkende windingen

Aantal

 ?

 ?

 

Hoe kom ik van een veerconstante van trekveren naar een trekveren design?

De te vinden gegevens zijn:

  1. Trekveren met een veerconstante van 17 N/mm ( 50 Newton voorspanning )
  2. Trekveren met een veerconstante van 13 N/mm ( 50 Newton voorspanning )

Als eerste raden we aan om standaard trekveren binnen de parameters te vinden. Om toch tot een custom trekveren design te komen gaan we verder met de berekening van de draaddikte (d), Hart op Hart diameter van de veer (Dm) en het aantal werkende windingen (Nw). Hieronder staan enkele mogelijkheden tot design van de trekveer. De opties van de parameters van de trekveer kunnen zonder begrenzingen oneindig worden doorberekend.

Voorbeeld design op basis van veerconstante 1Voorbeeld 2 trekveer op basis van veerconstante

Om deze formule te herproduceren kan het volgende worden gebruikt bij C:
=(C2*(C3^4))/(8*(C4^3)*C5)

De beperkingen zijn:

  • De vrije lengte waarin de veer moet bewegen,
  • De veerindex,
  • Goodman chart (levensduur).

Controle op de gevonden trekveer designs.

Nu we een veerconstante hebben gevonden van de gewenste veer kunnen we verder rekenen om tot een design van een veer te komen. We hebben de volgende parameters 8x duidelijk gezet: De draaddikte, de hart-op-hart diameter en het aantal windingen.

Met deze parameters zijn de volgende parameters te vinden:

  • Lengte van de body
  • Lengte voor ogen van trekveren
  • Ongespannen lengte van de trekveer

De voorgaande parameters samen met de veerweg, komen uit op de minimaal benodigde vrij ruimte die de veer benodigd.

De minimale vrije ruimte voor de trekveren:

Om terug te gaan naar het begin, willen we dat deze veer in ieder geval 50 mm uitrekt. In tegenstelling tot bij de berekening van vrije ruimte van drukveren, zijn trekveren aan vrije ruimte niet gelijk aan de ongespannen lengte. De vrije ruimte is nodig om de krachten te verkrijgen over een bepaalde veerweg en om de veer in te plaatsen.

De lengte van de trekveer body (Lk) berekenen

De body van de veer is de eerste benodigde parameter om de vrije lengte te berekenen. De lengte van de body (Lk) is de draaddikte maal het aantal windingen. Daarna is er een veiligheidscorrectie van 1,0064 maal het resultaat.

Lk = Draaddikte * Aantal Windingen * 1,0064

De Lk is de veer zonder bevestigingsmiddelen (ogen) in ongespannen lengte. Om de volledige ongespannen lengte te berekenen behoren de ogen meegenomen te worden.

Berekening lengte van de ogen op trekveren

In dit voorbeeld zijn standaard Duitse ogen van toepassing. Alle ogen zijn weergegeven in ons stuk ogen op trekveren. Als korte herhaling voor de meest standaard ogen; Duitse en Engelse ogen:

  • Lengte Duitse ogen = Di x 0,9
  • Lengte Engelse ogen = Di x 1,1

Om dit te berekenen is de Di (Diameter inwendig) benodigd. Gebruik hiervoor Dm – d. Verder willen we twee ogen op deze trekveren, dus zullen we de ogen parameters maal twee moeten doen.

Ongespannen lengte van de veer

Om de vrije ruimte dan te berekenen is het noodzakelijk om de body (Lk) samen met tweemaal de lengte van de ogen (LH) samen te voegen.

  • L0 = Lk + LH

De ongespannen lengte bij de trekveer is de lengte die deze inneemt in rust positie. De trekveer levert pas kracht wanneer deze is uitgerekt.

De minimaal benodigde vrije lengte van trekveren

Als laatste parameter is de benodigde vrije lengte om de veer toe te kunnen passen. De minimaal benodigde vrije lengte is de veerweg + L0.

Controle op design van trekveren voorbeelden:

De voorbeelden van trekveren design zijn verder uitgewerkt. Zodoende zijn er in totaal acht designs gemaakt. Het is altijd verstandig om bij een testobject voor drie veren te gaan, één veer die perfect aansluit op de toepassing, één veer die stugger is dan de toepassing en één veer die slapper is dan de toepassing.

Design trekveer voorbeeld 1 volledigVoorbeeld 2 volledig design trekveer

Trekveren bestellen

De trekveren bestel je gemakkelijk en snel bij Tevema. Alle standaard veren zijn geproduceerd met duitse ogen in willekeurige stand. Trekveren zijn in verschillende materialen beschikbaar. Naast verscheidende materialen biedt Tevema een ruim aanbod van nabehandelingen aan.

Trekveren bestellen Trekveren op maat

Geplaatst op 14 januari 2022