Taal 
Vijf cijfers bepalen de prestaties van elk drukveer : draaddiameter, gemiddelde spoeldiameter, aantal actieve spoelen, vrije lengte en de schuifmodulus van het draadmateriaal. Zodra deze zijn ingesteld, volgen de veerconstante, de maximale spanning, de hoogte van het vaste lichaam en de bruikbare doorbuiging als vaste waarden. Als je deze vijf goed hebt, is de rest van het ontwerpwerk verificatie; als je er één fout maakt, zal de veer slecht in zijn boring zitten, vroegtijdig vermoeid raken of nooit de doelbelasting bereiken.
De praktische conclusie uit ruim 28 jaar ervaring met het bouwen van apparatuur voor de productie van veren is eenvoudig: begin met de geïnstalleerde ruimte en de vereiste doorbuiging van de belasting, kies een veerindex tussen 4 en 12 en laat de formule voor de veerconstante het zware werk doen. Controleer vervolgens de spanning, controleer de lengte-diameterverhouding en laat altijd een vrije ruimte boven de vaste hoogte. Een drukveer die tijdens gebruik een vaste hoogte bereikt, is een veer die een dramatische sprong in spanning zal maken.
De volgorde is belangrijk. Begin niet met vrije lengte of steek. Begin met d, D, Na, Lf en G; al het andere is afgeleid.
Een drukveer is een spiraalveer met open spiraal, gevormd uit ronde draad, met een steek tussen de spoelen, zodat de veer kan inkorten wanneer er een axiale drukbelasting wordt uitgeoefend. Wanneer de belasting wordt verwijderd, keert de veer terug naar zijn oorspronkelijke vrije lengte. De ruimte tussen de spoelen is niet cosmetisch: het definieert het doorbuigvermogen van de veer.
Drukveren zijn het meest geproduceerde veertype ter wereld. Ze komen voor in motorkleppen, ophangsystemen, deursloten, elektrische contacten, medische spuiten, industriële veiligheidskleppen en lucht- en ruimtevaartactuators. In deze toepassingen vervult de veer een van de volgende drie taken: hij weerstaat een kracht, slaat energie op om later vrij te geven, of brengt een onderdeel na verplaatsing terug naar een gedefinieerde positie.
Wanneer een drukveer wordt samengedrukt, wordt de draad om zijn eigen as gedraaid. Dat draaien genereert schuifspanning in de draaddoorsnede, en het gemeten resultaat is een drukkracht langs de as van de veer. Bij een normaal ontwerp werkt de veer in het elastische bereik, waar de doorbuiging evenredig is met de belasting. De verhouding tussen belasting en doorbuiging is de veerconstante, uitgedrukt in Newton per millimeter (N/mm) of ponden per inch (lb/in).
Ontwerpers specificeren drukveren wanneer de kracht voorspelbaar moet blijven over een vaste slag, wanneer de montageruimte beperkt is, of wanneer het mechanisme een eenvoudige en betrouwbare herstelkracht vereist. Vergeleken met andere veertypen is een cilindrische drukveer goedkoop te vervaardigen, eenvoudig te berekenen en eenvoudig in massa te produceren op CNC-veeropwikkelmachines. Het nadeel is dat het zijdelingse ondersteuning nodig heeft als de vrije lengte lang is in verhouding tot de gemiddelde diameter.
In onderstaande tabel vindt u de standaard parameterset voor een cilindrische drukveer. Deze symbolen volgen de conventies die worden gebruikt in algemene veerontwerpreferenties, dus ze vertalen zich rechtstreeks in de formules in de volgende sectie.
| Parameter | Symbool | Eenheid | Wat het betekent voor het ontwerp |
|---|---|---|---|
| Draaddiameter | d | mm | Diameter van de ronde draad vóór het oprollen; de krachtigste hefboom op het gebied van veerconstante. |
| Buitendiameter | O.D | mm | Grootste diameter van de veer; regelt de pasvorm in een boring of behuizing. |
| Binnendiameter | Identiteitskaart | mm | Moet een geleidestang vrijmaken; is gelijk aan OD min 2d. |
| Gemiddelde spoeldiameter | D | mm | Gemiddelde van OD en ID; de diameter die wordt gebruikt in alle veerconstante- en spanningsformules. |
| Lente-index | C | — | C = D/d. Aanbevolen bereik is 4 tot 12; lage waarden veroorzaken een hoge spanningsconcentratie. |
| Actieve spoelen | Na | — | Spoelen die daadwerkelijk doorbuigen onder belasting; eindspoelen dragen niet bij. |
| Totaal spoelen | Nt | — | Actieve spoelen plus end coils; depends on end treatment. |
| Vrije lengte | Lf | mm | Onbelaste lengte; definieert de verplaatsing en beïnvloedt het knikrisico. |
| Stevige hoogte | Ls | mm | Lengte wanneer alle spoelen elkaar raken; ongeveer Nt × d voor gesloten uiteinden. |
| Standplaats | p | mm | Afstand tussen overeenkomstige punten van aangrenzende spoelen in de vrije toestand. |
| Lente tarief | k | N/mm | Belasting per eenheid doorbuiging; de belangrijkste uitkomst van het ontwerp. |
| Doorbuiging | s | mm | Compressie veroorzaakt door belasting F; s = F/k. |
Veerindex C is de verhouding tussen de gemiddelde diameter en de draaddiameter. Een veer met een C lager dan 3 is erg moeilijk op te winden zonder dat het draadoppervlak barst, omdat de binnenkant van de draad buiten praktische grenzen wordt samengedrukt. Een veer met een C boven de 12 is gemakkelijk op te winden, maar is gevoelig voor verwarring, is gevoelig voor tolerantie en heeft een grotere kans om te trillen of te schommelen. De design-sweet spot is C tussen 4 en 12; voor precisieveren, streef naar 6 tot 10.
Alleen de actieve spoelen buigen tijdens compressie. Platgedrukte eindspoelen maken contact met de volgende spoel en dragen niet langer bij aan de doorbuiging. In een gesloten en geaard eindontwerp met twee eindspoelen is het aantal actieve spoelen gelijk aan het totale aantal spoelen minus twee. Het gebruik van het verkeerde aantal spoelen in de formule is verantwoordelijk voor veel mislukte veerprototypes.
Vrije lengte en vaste hoogte bepalen de beschikbare verplaatsing. Een veer kan bij normaal gebruik nooit tot vaste hoogte worden samengedrukt; Dit verhoogt de stress aanzienlijk en laat vaak een permanente set achter. Een algemene regel is om minimaal 10% tot 15% van de maximale doorbuiging als vrije ruimte boven de vaste hoogte te behouden. De steek wordt vervolgens zo ingesteld dat de vrije lengte in de montageruimte past en tegelijkertijd de benodigde verplaatsing mogelijk maakt.
Eindbehandeling is de eerste productiebeslissing in het ontwerp. Het verandert het aantal actieve spoelen, de haaksheid van de veer en de kosten. Er zijn vier veel voorkomende eindconfiguraties voor drukveren.
| Eindtype | Actieve spoelen Na | Einde functie | Meest geschikt voor |
|---|---|---|---|
| Open (gewoon), niet geslepen | Na = Nt | Het draaduiteinde is afgesneden, niet platgedrukt | Voordelige toepassingen met korte lengte of geleide veren |
| Open (gewoon), grond | Na = Nt − 1 | Alleen de laatste spoel is gedeeltelijk afgeplat | Betere zitplaatsen zonder gesloten uiteinden |
| Gesloten (vierkant), niet geslepen | Na = Nt − 2 | Eindspoel wordt dichtgedrukt maar niet afgeplat | Industriële veren voor algemeen gebruik |
| Gesloten (vierkant) en geslepen | Na = Nt − 2 | Eindspoelen gesloten en vlak en vierkant geslepen | Precisiemechanismen, klepveren, loadcellen, hoogcyclische toepassingen |
Een gesloten en geaarde veer staat loodrecht op de zitting, verdeelt de belasting gelijkmatig over het grondoppervlak en roteert niet tijdens het samendrukken. Dit is de reden dat klepveren, veren voor medische apparatuur en instrumentveren bijna altijd worden gespecificeerd met gesloten en geslepen uiteinden. Door het slijpen wordt ook de oppervlaktelaag van de draad aan de uiteinden verwijderd, waar scheuren kunnen ontstaan. De kostenstijging is bescheiden, maar de verbetering van de zitstabiliteit is aanzienlijk.
Als de veer kort is en in een zak wordt ondersteund, of als het belastingspad niet kritisch is, bespaart een glad uiteinde geld. Industriële drukveren in slotmechanismen, elektrische schakelaars en verpakkingsmachines gebruiken gewoonlijk gewone of gesloten, niet-geaarde uiteinden. Het ontwerp moet nog steeds verifiëren dat de veer niet zijwaarts kantelt bij het begin van de compressie.
De veerconstanteformule gebruikt schuifmodulus G vóór enige andere materiaaleigenschap. G is een materiaalconstante en verandert niet door warmtebehandeling, koude bewerking of hardheid. Wat de warmtebehandeling verandert, is de treksterkte, die de toelaatbare spanning bepaalt. Daarom bepaalt de materiaalkeuze zowel de veerconstante als het draagvermogen van het ontwerp.
Voor de meeste toepassingen komt de materiaalbeslissing neer op een paar vragen: Ziet de veer vocht of chemicaliën? Wat is de bedrijfstemperatuur? Hoeveel cycli zal het overleven? Is corrosie of elektrische geleidbaarheid relevant? De onderstaande tabel geeft een overzicht van de veelgebruikte verendraadmaterialen met hun typische afschuifmodulus en temperatuurlimieten. Deze waarden volgen de gepubliceerde materiaalgegevens die worden gebruikt in veerontwerpreferenties, zoals de SAE-veerontwerphandleidingen en gegevensbladen van draadleveranciers.
| Materiaal | Afschuifmodulus G (N/mm²) | Maximale draadtemperatuur (°C) | Typisch gebruik |
|---|---|---|---|
| Muziekdraad (ASTM A228) | 79.300 | 120 | Kleine precisieveren, sensoren, kleponderdelen |
| Oliegetemperde draad (ASTM A229) | 79.300 | 150 | Algemene industriële veren, autochassisonderdelen |
| Hardgetrokken staal (ASTM A227) | 79.300 | 120 | Goedkope veren met een gemiddelde levensduur |
| Chroom-vanadium (ASTM A231) | 79.300 | 220 | Vermoeidheid en schokbelastingen, motorveren |
| Chroom-silicium (ASTM A401) | 79.300 | 250 | Hoogbelaste klepveren, raceveren |
| Roestvrij 302/304 (ASTM A313) | 69.000–75.900 | 260 | Corrosiebestendigheid, medisch, voedsel, maritiem |
| Fosfor brons | 43.500 | 90 | Elektrische contacten, corrosieomgevingen |
| Inconel X-750 | 75.800 | 500 | Luchtvaart- en energieapparatuur voor hoge temperaturen |
Omdat de formule voor de veerconstante de vierde macht van de draaddiameter gebruikt, verandert de overschakeling van koolstofstaal naar roestvrij staal de veerconstante niet zo veel als mensen verwachten; de daling van 10% tot 15% in G kan worden gecompenseerd door een zeer kleine toename in d. De materiaalvergelijkingstabel hierboven is een startpunt, en de volledige selectielogica, inclusief oppervlakteafwerking en draadaanvoereigenschappen voor productie, wordt behandeld in onze gids voor het kiezen van veermateriaal voor de productie van veermachines .
De veerconstante van een cilindrische drukveer is:
k = G × d 4 / (8 × D 3 × Na)
waarbij k de veerconstante is in N/mm, G de schuifmodulus is in N/mm², d de draaddiameter in mm is, D de gemiddelde spoeldiameter in mm is en Na het aantal actieve spoelen is. Houd alle eenheden consistent; het mixen van millimeters en meters is de meest voorkomende fout.
De formule voor directe schuifspanning voor een spiraalveer onder belasting F is 8FD/(πd³). Hierdoor wordt de kromming van de draad verwaarloosd, waardoor de spanning op de binnenkant van de spoel wordt geconcentreerd. De Wahl-factor K_w corrigeert voor dat effect:
K_w = (4C − 1)/(4C − 4) 0,615/C
waarbij C de veerindex is. De gecorrigeerde schuifspanning is τ = K_w × 8FD/(πd³). Bij een veerindex van 7 bedraagt de Wahl-factor slechts ongeveer 1,21; bij index 3 klimt het boven de 1,62. Daarom controleer je de spanning altijd bij een lage veerindex.
Ontwerp een drukveer met muziekdraad (G = 79.300 N/mm²), draaddiameter d = 2,0 mm, gemiddelde spoeldiameter D = 14 mm, en Na = 8 actieve spoelen. Totaal aantal spoelen met gesloten en geaarde uiteinden: Nt = Na 2 = 10.
Stap 1 — Lente-index: C = D/d = 14/2 = 7, binnen het aanbevolen bereik van 4 tot 12.
Stap 2 — Lentetarief: k = 79.300 × 16 / (8 × 2.744 × 8) = 1.268.800 / 175.616 = 7,22 N/mm .
Stap 3 — Doorbuiging bij een belasting van 120 N: s = 120 / 7,22 = 16,6 mm . Vrije lengte is 45 mm, dus de samengedrukte lengte bij belasting is 28,4 mm.
Stap 4 — Hoogte vaste stof: Ls ≈ Nt × d = 10 × 2 = 20 mm . De speling boven de vaste ruimte is 28,4 − 20 = 8,4 mm, wat ongeveer 28% is van de doorbuigingsweg – veilig boven de aanbevolen marge van 10% tot 15%.
Stap 5 — Stresscontrole: K_w = 1,21; τ = 1,21 × 8 × 120 × 14 / (π × 8) = 647 N/mm² . Typische toegestane schuifspanning voor muziekdraad bij deze diameter is ongeveer 45% van de minimale treksterkte, ongeveer 900 N/mm², dus het ontwerp werkt met een comfortabele maar niet buitensporige marge. Deze toegestane spanningspercentages zijn afkomstig van standaard veerontwerpreferenties, en het exacte cijfer hangt af van de treksterkte van de draad die door de leverancier wordt geleverd.
Een veer die er op papier perfect uitziet, kan moeilijk of duur zijn om te produceren. De onderstaande regels komen voort uit praktische ervaring met oprol-, slijp- en tempereerapparatuur en niet alleen uit de leerboektheorie.
Beneden de 3 rekt het draadoppervlak op de binnenradius te sterk tijdens het oprollen, en ondervindt de doorn een overmatige gereedschapsdruk. Boven de 12 is de veer kwetsbaar in het hanteren, toleranties op de diameter worden moeilijker vast te houden en aangrenzende spoelen kunnen elkaar raken bij lichte zijbelasting. De meeste CNC-veermachines produceren hun meest stabiele kwaliteit tussen index 4 en 10.
Een drukveer gedraagt zich als een slanke kolom: boven een bepaalde verhouding tussen vrije lengte en gemiddelde diameter knikt hij zijwaarts onder belasting. Voor parallel ondersteunde veren is de kritische verhouding ongeveer 4. Als Lf/D groter is dan 4, heeft het ontwerp een geleidestang, een buitenhuls of een conische veervorm nodig. Knikken is een geometrieprobleem, geen materieel probleem; het veranderen van de draadkwaliteit zal het probleem niet oplossen.
Typische productietoleranties voor drukveren schalen met de veerindex. Een redelijke werkaanname is een buitendiametertolerantie van ongeveer ±1% voor index tot 8 en ±1,5% tot ±2% voor index boven 10. Vrije lengtetoleranties van ±1% tot ±2% zijn realistisch; een nauwere tolerantie op de vrije lengte vereist meestal extra sorteren of slijpen. De tolerantie van de veerconstante volgt uit de tolerantie van de draaddiameter, dus als u een zeer nauwkeurige veerconstante nodig heeft, moet u de d strak stroomopwaarts controleren.
Meerassige CNC-oprolmachines regelen de spoed, diameter, voedingslengte en snijhoek in één enkele doorgang. Dat betekent dat een ontwerp een variabele spoed, een kleinere eindspoel of een veranderende spiraalhoek kan bevatten zonder van gereedschap te hoeven veranderen. Een 5-assige CNC-veervormmachine heeft een spoednauwkeurigheid binnen het bereik dat vereist is voor de meeste precisie-schroefveren, dus de ontwerper moet de spoed specificeren als een gecontroleerde dimensie in plaats van als een afgeleide waarde. Als de toonhoogte cruciaal is voor het stootgedrag, noteer dat dan in de tekening; een ontwerp met constante spoed is altijd gemakkelijker te verifiëren tijdens de productie.
Wanneer de eindspoelen gesloten zijn, is het eindoppervlak nog steeds onregelmatig. Door het slijpen wordt het uiteinde over de volledige draadbreedte platgedrukt en komt de veer loodrecht te staan. De slijpkwaliteit wordt beoordeeld aan de hand van twee waarden: de vlakke breedte van het geslepen vlak en de haaksheid van het uiteinde ten opzichte van de veeras. Voor precisieassemblages vereisen specificaties gewoonlijk dat ten minste 75% van de omtrek van het draaduiteinde vlak is geaard. EEN CNC-veerslijpmachine regelt de voeding van de slijpstenen en de verblijftijd, zodat de gegenereerde warmte het draadoppervlak niet verbrandt. Overmatig slijpen verkleint de draaddoorsnede en verzwakt de eindspoelen, terwijl te weinig slijpen een schommelstoel achterlaat.
Fabrikanten van CNC-veerslijpmachines, OEM / ODM-leveranciers - WNJ-machine Als China OEM / ODM CNC-fabrikanten van veerslijpmachines en leveranciers van veerslijpmachines, biedt Alpotent Spring Machine Co., ltd ... Bekijk Product → Het oprollen van koude draad brengt aanzienlijke restspanningen met zich mee, vooral op de binnenradius van elke spoel. Spanningsverlichting wordt bereikt door de afgewerkte veer korte tijd te verwarmen op een temperatuur die afhankelijk is van het materiaal: muziekdraad wordt doorgaans ontlast rond de 180°C tot 230°C, oliegetemperde draad rond de 230°C tot 260°C en chroom-siliciumlegeringen rond de 350°C tot 430°C. Het doel is om de afmetingen te stabiliseren en de levensduur van de draad te verbeteren zonder de draad zachter te maken. Temperovens die in verenwinkels worden gebruikt, handhaven een uniforme temperatuur over de lading, zodat elke veer in de batch dezelfde behandeling krijgt; niet-uniform temperen is een veel voorkomende oorzaak van batch-tot-batch variatie in vrije lengte.
Voor veren die miljoenen cycli moeten overleven, comprimeert kogelstralen het draadoppervlak en duwt de oorsprong van vermoeiingsscheuren onder het spanningsveld. Voorinstelling, ook wel compressieve restspanningsinstelling genoemd, houdt in dat de veer een of meerdere keren wordt samengedrukt tot vaste hoogte om gunstige restspanning op de binnenste vezel te veroorzaken. Beide processen zijn standaard voor klepveren en ophangveren, maar brengen kosten met zich mee; gebruik ze alleen als de vermoeidheid dit vereist.
Voordat u overgaat tot volledige productie, voert u een kleine batch uit om drie dingen te verifiëren: de gemeten veerconstante, de vrije lengte na spanningsverlichting en de vaste hoogte. Als de gemeten snelheid niet klopt, controleer dan eerst de werkelijke draaddiameter, omdat de vierde macht zelfs een draadtolerantie van 0,02 mm vergroot tot een zichtbare snelheidsverschuiving. Controleer vervolgens of het actieve aantal rollen overeenkomt met de daadwerkelijk op de machine geproduceerde eindbehandeling; een gesloten en geaarde veer gemaakt met één extra eindspoel zal zich zachter gedragen dan berekend.
Het machinetype is net zo belangrijk als de tekening. Een zuiver cilindrische drukveer met constante spoed en geslepen uiteinden is een standaardklus voor een veeroprolmachine gevolgd door een kopslijpmachine. Een veer met variabele spoed, een conische vorm of een gebogen been vereist meer assen. EEN 12-assige CNC-veer-ongestuurde machine verwerkt complexe geometrie omdat elke werkas onafhankelijk beweegt en er geen nok is om tussen productfamilies te wisselen. Het productietraject van draad tot afgewerkte veer, inclusief oprollen, eindslijpen en warmtebehandeling, wordt stap voor stap beschreven in ons artikel over hoe veren te vervaardigen .
Aangepaste CNC-1225 12ASSEN CNC-VEER CAMLESS MACHINEfabriek, Comapny - WNJ-machine Zhejiang Almachtige Spring Machine Co., ltd (WNJ Machine) is een China Wholesale CNC-1225 12AXES CNC SPRING CAMLESS MACHINE fabriek en co... Bekijk Product → Een drukveer die in een deurgrendel werkt, kan falen in een brandstofinjector voor auto's, omdat de werkingsfrequentie anders is en het dynamische gedrag van de veer verandert. Drukveren gebruikt in automobiel- en mobiliteitstoepassingen moeten worden gecontroleerd op piekfrequentie, levensduur tegen vermoeidheid en ontspanning bij bedrijfstemperatuur. De tekeningen van de ontwerper zijn slechts het begin; de productieapparatuur moet de geometrie consistent behouden over duizenden stukken.
Gebruik k = G × d⁴ / (8 × D³ × Na). Meet d, D en Na in consistente eenheden. Het resultaat is direct in N/mm als G in N/mm² is en alle afmetingen in mm zijn. De meest voorkomende fout is het combineren van draaddikte met fysieke draaddiameter.
Streef naar een veerindex tussen 4 en 12, waarbij 6 tot 10 de voorkeurszone is voor precisieveren. Beneden 4 is de draad overbelast op de binnenradius; boven de 12 wordt de veer moeilijk te hanteren, nauwkeurig op te rollen en consistent te meten.
Specificeer gesloten en geaarde uiteinden wanneer de veer loodrecht moet staan, in een uitsparing met een vlakke zitting moet zitten of een cyclische belasting moet dragen. Klepveren, krachtcellen en veren voor medische instrumenten gebruiken gesloten en geaarde uiteinden. Gladde uiteinden zijn acceptabel voor goedkope toepassingen met weinig cycli waarbij de veer wordt geleid door een staaf of zak.
Kies muziekdraad voor de hoogste sterkte en de beste levensduur tegen vermoeidheid in een droge, niet-corrosieve omgeving. Kies roestvrij staal 302 of 304 wanneer de veer te maken krijgt met vocht, chemicaliën of wegspoeling, en accepteer dat de lagere afschuifmodulus een iets grotere draaddiameter betekent bij dezelfde veerconstante. Roestvrij staal behoudt ook zijn bruikbare sterkte tot ongeveer 260°C, terwijl muziekdraad boven de 120°C prestatie verliest.
Houd de verhouding tussen vrije lengte en gemiddelde diameter onder ongeveer 4 voor veren met parallelle uiteinden. Als de verhouding hoger is, gebruik dan een geleidestang of een buitenhuls, of stap over op een conische of tonvormige veer. Het knikken kan niet worden verholpen door een sterker materiaal te kiezen; het is een geometrieprobleem.
Ja. Een meerassige CNC-veervormer beweegt het spoedgereedschap en de draadaanvoer onafhankelijk van elkaar, zodat de spoed in hetzelfde onderdeel langs de veeras kan veranderen. Variabele spoed wordt gebruikt om de natuurlijke frequentie te regelen en om de vaste hoogte van veren met lange veerweg te verminderen. Voor consistente resultaten specificeert u het steekprofiel als een puntentabel op de tekening in plaats van als een enkele nominale waarde.
Mobiele QR-code
