Taal 
Er zijn zes primaire veertypen gebruikt in industriële en consumentenproducten: drukveren, trekveren, torsieveren, veren met constante kracht, golfveren en schijfveren (Belleville). Elk wordt gedefinieerd door de manier waarop het mechanische energie opslaat en vrijgeeft: gecomprimeerd, uitgerekt, gedraaid, geroteerd, afgevlakt of gestapeld. De juiste keuze hangt af van de belastingsrichting, de beschikbare ruimte en het aantal werkcycli dat het onderdeel moet overleven. Bijna al deze cycli worden tegenwoordig op een computergestuurde computer gevormd. lente machine in plaats van met de hand.
De categorie waarin een veer valt, is eigenlijk een afkorting voor mechanisch gedrag. Een drukveer duwt terug. Een trekveer trekt terug. Een torsieveer is bestand tegen een draaiing. Zodra dat gedrag is opgelost, is al het andere – draaddiameter, aantal spoelen, eindgeometrie en materiaal – een afstemmingsoefening om een beoogde belasting, doorbuiging en levensduur te bereiken.
Deze gids geeft een diepgaande analyse van elk type veer, de materialen erachter, hoe een moderne veermachine ze vormt, hoe ingenieurs een veer op maat maken voor een reëel belastinggeval, waar elk type voorkomt in verschillende industrieën, gemeenschappelijke faalpunten, afwerking en corrosiebescherming, en hoe offertes te vergelijken bij het inkopen van productiehoeveelheden.
Drukveren zijn open spiraalveren die zijn ontworpen om weerstand te bieden aan een knijpkracht en terug te duwen wanneer ze worden samengedrukt. Ze zijn het meest voorkomende veertype in mechanische assemblages en komen voor in matrassen, balpennen, kleppen, ophangsystemen en industriële matrijzen. Wanneer een last de spoelen tegen elkaar duwt, slaat de veer energie op en duwt deze langs dezelfde as terug zodra de last wordt losgelaten.
Omdat de spoelen in rust uit elkaar zitten, kan een drukveer worden samengedrukt totdat de spoelen elkaar raken - een toestand die vaste hoogte wordt genoemd. Een goed ontwerp houdt een veer bij normaal gebruik ver weg van de vaste hoogte, omdat het herhaaldelijk uitbodemen van de draad op het contactpunt verhardt en de levensduur van vermoeidheid verkort. De meeste technische richtlijnen houden de werkdoorbuiging op ongeveer 80 procent of minder van de totale beschikbare verplaatsing tot vaste hoogte, waardoor er een veiligheidsmarge overblijft voor overreizen.
Drukveren worden ook bepaald door de manier waarop de eindspoelen zijn afgewerkt. De gladde uiteinden laten de draad afgesneden in een hoek die overeenkomt met de spiraal, wat snel te produceren is maar de veer enigszins laat schommelen onder belasting. Vierkante uiteinden zijn geslepen of platgedrukt, zodat de veer rechtop op een vlak oppervlak staat zonder te kantelen, en vierkante en geslepen uiteinden gaan nog een stap verder door de eindspiraal perfect vlak te slijpen, wat gebruikelijk is overal waar de veer gelijkmatig tegen een vlakke plaat moet zitten, zoals bij klepsamenstellen.
Een productiekwaliteit lente machine vormt drukveren door draad door een stel aanvoerrollen te voeren en deze rond een doorn of vormpen te wikkelen, waarna een afsnijgereedschap elke spoel op een geprogrammeerde lengte scheidt. CNC-gestuurde machines kunnen de steektoleranties strak genoeg aanhouden om de variatie in de veerconstante tijdens een productierun onder ongeveer 3 procent te houden, wat van belang is voor onderdelen waarbij consistente kracht van cruciaal belang is, zoals klepveren. Drukveerlijnen met een hoog volume koppelen de oprolkop doorgaans aan een inline-slijpstation, zodat vierkante uiteinden kunnen worden afgewerkt zonder een afzonderlijke secundaire bewerking.
Trekveren zijn strak gewikkelde spoelen die weerstand bieden aan een trekkracht en proberen terug te keren naar hun oorspronkelijke lengte zodra ze worden losgelaten. In tegenstelling tot drukveren zitten hun spoelen in rust dicht bij elkaar – meestal met ingebouwde initiële spanning – zodat de veer pas begint uit te rekken zodra de uitgeoefende kracht die voorspanning overschrijdt. Garagedeurmechanismen, trampolines, hordeuren en tuimelschakelaars zijn allemaal afhankelijk van trekveren.
Initiële spanning is een van de meer verkeerd begrepen eigenschappen van een trekveer. Omdat de spoelen tijdens het vormen strak tegen elkaar worden gewikkeld, is de veer bestand tegen elke trek totdat de uitgeoefende kracht de ingebouwde spanning overschrijdt - pas dan begint hij uit te rekken in verhouding tot de toegevoegde belasting. Ontwerpers specificeren deze initiële spanning bewust, omdat te weinig de veer in rust laat doorzakken, terwijl te veel ervoor zorgt dat het mechanisme stijf aanvoelt aan het begin van zijn beweging.
Het meeste ontwerpwerk bij een trekveer gebeurt aan de uiteinden, niet aan het spoellichaam. Machinehaken, gekruiste lussen, zijlussen en verlengde ogen veranderen allemaal hoe de veer wordt gemonteerd en hoe de spanning zich concentreert in de bocht. Omdat de haakbuiging doorgaans het punt is waar vermoeiingsproblemen beginnen, is de haakgeometrie vaak de beperkende factor in de levensduur van een veer, en niet zozeer de spiraal zelf.
Op een moderne veermachine gebeurt het vormen van de haak in dezelfde cyclus als het oprollen: nadat het oprolgereedschap het lichaam heeft opgewonden, roteert een secundair gereedschap en buigt het draaduiteinde in de haakvorm voordat het wordt afgesneden. Hierdoor blijft de haakuitlijning consistent, wat een van de meest voorkomende kwaliteitsklachten is wanneer trekveren met de hand worden gevormd. Een consistente haakhoek is ook van belang voor hoe de veer in de montagebeugel hangt; een gedraaide haak kan een ongewenste zijbelasting introduceren waarvoor het spoellichaam nooit is ontworpen.
Torsieveren slaan energie op wanneer ze om hun as worden gedraaid, in plaats van dat ze erlangs worden geduwd of getrokken. Het spoellichaam is bestand tegen hoekverplaatsing en de rechte benen aan elk uiteinde brengen die rotatiekracht over op het samenstel. Wasknijpers, muizenvallen, tegengewichtsystemen voor garagedeuren en scharnieren aan kastdeuren zijn typische voorbeelden.
In tegenstelling tot druk- en trekveren is een torsieveer bijna altijd ontworpen om te werken waarbij de spiraaldiameter iets kleiner wordt als deze onder belasting opwindt. Dat betekent dat de as of doorn waarop hij zit een maat moet hebben die ruimte biedt voor deze reductie, anders zullen de spoelen tegen de as binden voordat de veer de beoogde slag bereikt - een detail dat veel beginnende ontwerpers overrompelt.
| Torsieveerfunctie | Ontwerpeffect |
|---|---|
| Spoelrichting (links of rechts) | Moet overeenkomen met de richting waarin de veer onder belasting moet opwinden, anders zullen de spoelen afwikkelen in plaats van aanspannen |
| Beenconfiguratie | Rechte, scharnierende of schuine poten bepalen hoe het koppel wordt overgebracht naar de omringende constructie |
| Aantal actieve spoelen | Meer spoelen verlagen over het algemeen het koppel en vergroten de beschikbare rotatiebewegingen |
| Lichaamsstijl (dicht gewikkeld versus uit elkaar geplaatst) | Dichtgewonden spoelen verminderen het wrijvingsgeluid tussen de spoelen; op afstand van elkaar geplaatste spoelen verminderen de kans op vastlopen onder zware belasting |
Naast de huishoudelijke voorbeelden komen torsieveren voor in tegengewichtmechanismen voor zware overheaddeuren, terugstelveren in ratel- en palconstructies, scharniersluiters op kasten en behuizingen, en klemmechanismen waarbij een lichte, consistente rotatiekracht nodig is om twee delen bij elkaar te houden zonder een afzonderlijk bevestigingsmiddel.
Torsieveren worden meestal gevormd op een CNC-veermachine die is uitgerust met een roterende beenbuigkop, aangezien de nauwkeurigheid van de beenhoek rechtstreeks van invloed is op hoe de veer in de montagegaten zit. Een poot die zelfs maar een paar graden afwijkt, kan inconsistentie van de voorbelasting op een assemblagelijn veroorzaken. Daarom is de poothoek een van de eerste afmetingen die wordt gecontroleerd tijdens inkomende inspectie van een nieuwe gereedschapsopstelling.
Belleville-veren zijn kegelvormige ringen die plat worden onder axiale belasting. Door ze in serie te stapelen wordt de verplaatsing vergroot, terwijl ze parallel worden gestapeld het laadvermogen vergroot, wat ze overal bruikbaar maakt waar een ontwerper een specifieke krachtcurve nodig heeft in een zeer korte axiale ruimte - geschroefde flensconstructies en zware machines zijn veelvoorkomende voorbeelden. Een nuttige eigenschap van schotelveren is dat hun krachtcurve kan worden afgestemd op basis van hun kegelhoogte in verhouding tot hun dikte: een ondiepe kegel geeft een bijna lineaire krachtrespons, terwijl een grotere kegel kan worden afgesteld om een vlakke of zelfs doorklikkrachtcurve te produceren, wat handig is bij mechanismen om overbelasting te verminderen.
Golfveren hebben een golvende, ringvormige vorm in plaats van een ronde draadspiraal en leveren dezelfde veerkracht als een spiraalveer in ongeveer een derde tot de helft van de samengedrukte hoogte. Lagervoorspanning en kleine elektronische connectortoepassingen geven de voorkeur aan golfveren wanneer de axiale ruimte beperkt is. Ze worden doorgaans geproduceerd in single-turn, multi-turn en geneste varianten, waarbij multi-turn golfveren vaak worden gebruikt waar een grotere werkhoogte beschikbaar is, maar de radiale ruimte nog steeds krap is.
Gewalst uit voorgespannen platte strip in plaats van ronde draad, levert een veer met constante kracht bijna dezelfde uitgangskracht over het gehele uittrekbereik in plaats van een stijgende krachtcurve. Intrekbare meetlinten, tegengewichtmechanismen en kabelhaspels zijn afhankelijk van dit gedrag. Omdat de strip in rust strak op zichzelf wordt opgerold en onder belasting afwikkelt, blijft de krachtuitvoer opmerkelijk vlak vergeleken met de gestaag toenemende weerstand van een spiraalveer.
Gasveren vormen een geheel andere categorie: een afgedichte cilinder met gecomprimeerd gas en een zuigerstang, die worden gebruikt waar een gecontroleerde, gedempte verlenging nodig is, zoals bij autoluiksteunen en verstelbare bureaustoelen. Ze worden vervaardigd op hydraulische vulapparatuur in plaats van op een draadvormende veermachine.
Twee minder vaak voorkomende, maar nog steeds relevante typen ronden de specialiteitscategorie af. Spiraalvormige veren zijn platte strookjes die in een kegelvorm zijn gewikkeld en functioneren als een drukveer met uitstekende weerstand tegen knikken, die van oudsher werd gebruikt in ophangingen van zware voertuigen. Kronkelige veren zijn gevormd uit een doorlopende zigzag van ronde draad en waren ooit gebruikelijk bij gestoffeerde stoelen, gewaardeerd om het gelijkmatig verdelen van de belasting over een brede zitkuip in plaats van deze op een paar punten te concentreren.
Het type veer dat wordt geproduceerd, bepaalt meestal welke draadlegering zinvol is, en elke legering gedraagt zich anders zodra deze door een veermachine wordt gevoerd.
Twee dimensies domineren het gedrag van een veer meer dan enige andere variabele: draaddiameter en veerindex, de verhouding tussen de spoeldiameter en de draaddiameter. Een dikkere draad verhoogt de stijfheid aanzienlijk, omdat de veerconstante schaalt met de vierde macht van de draaddiameter, terwijl een lage veerindex (een strakke spoel ten opzichte van de draad) de spanningsconcentratie aan de binnenkant van elke spoel verhoogt en de veer moeilijker nauwkeurig te vormen maakt. De meeste praktische ontwerpen houden de veerindex tussen ongeveer 4 en 12; Veren die strakker zijn opgerold dan dat, hebben extra zorg nodig bij het bewerken en spanningscorrectie, terwijl veren die losser zijn opgerold de neiging hebben gemakkelijker in de war te raken en te knikken.
Een CNC-veermachine verandert de oprolsnelheid, draadaanvoersnelheid en vormpendruk afhankelijk van de geladen legering, omdat hardere draad meer vormkracht nodig heeft, maar verder terugveert nadat het gereedschap deze loslaat, een gedrag dat elastisch herstel wordt genoemd. Machines die zijn gebouwd voor de productie van grote volumes compenseren dit herstel doorgaans automatisch door elke spoel met een berekende marge te overvormen, wat een van de redenen is dat geautomatiseerd oprollen het handmatige bankvormen grotendeels heeft vervangen voor alles wat verder gaat dan prototypehoeveelheden. Moderne servoaangedreven veermachines registreren deze compensatiegegevens per batch, waardoor het veel gemakkelijker wordt om de exacte spoelgeometrie te reproduceren de volgende keer dat dezelfde draadpartij wordt gebruikt.
Het kiezen van een veertype is slechts de eerste stap. Het dimensioneren van een veer voor een daadwerkelijke toepassing komt meestal neer op drie met elkaar verbonden doelen: de veerconstante (hoeveel kracht verandert per eenheid van doorbuiging), de maximale veilige spanning bij volledige doorbuiging, en het aantal cycli dat de veer nodig heeft om te overleven voordat vermoeidheid een probleem wordt.
De veerconstante beschrijft hoe stijf de veer aanvoelt: de extra kracht die nodig is voor elke extra afbuigingseenheid. Voor een spiraalveer stijgt de snelheid met de draaddiameter en daalt naarmate de spiraaldiameter of het aantal actieve spoelen toeneemt. Twee veren kunnen er vrijwel identiek uitzien en toch heel verschillende snelheden hebben als de ene een iets grotere spoeldiameter heeft of twee actievere spoelen dan de andere. Daarom is de veerconstante, en niet alleen de fysieke afmetingen, het getal dat moet worden gespecificeerd en gecontroleerd.
Veren die af en toe ronddraaien, zoals een grendelveer die een paar keer per dag wordt geopend, kunnen worden ontworpen met een royale spanningsmarge en zullen waarschijnlijk langer meegaan dan het product eromheen. Veren die continu ronddraaien, zoals een klepveer die duizenden keren per minuut afvuurt, moeten worden ontworpen tegen een vermoeiingscurve in plaats van tegen een enkele piekspanningswaarde, omdat herhaalde belasting ver onder de uiteindelijke sterkte van het materiaal er uiteindelijk toch voor kan zorgen dat er een scheur ontstaat en groeit. Als grove leidraad geldt dat het houden van de maximale bedrijfsspanning onder ongeveer 45 tot 50 procent van de treksterkte van de draad een gebruikelijk uitgangspunt is voor veren die naar verwachting miljoenen cycli zullen overleven, hoewel het juiste aantal altijd afhangt van de specifieke legering en oppervlakteafwerking.
Kogelstralen is de meest gebruikte behandeling voor het verlengen van de levensduur van druk- en torsieveren. Het afvuren van kleine ronde media op het draadoppervlak introduceert een ondiepe laag drukrestspanning, die weerstand biedt aan de trekspanning die anders een vermoeiingsscheur aan het oppervlak zou veroorzaken. Voor veren die onderhevig zijn aan hoge cycli en hoge spanningen (klepveren voor auto's zijn het klassieke voorbeeld) kan kogelstralen de levensduur aanzienlijk verlengen in vergelijking met een ongeharde veer van dezelfde afmetingen.
Een moderne CNC-veermachine verandert een spoel ruwe draad in een afgewerkte, warmtebehandelde veer in een reeks gecoördineerde stappen, allemaal bestuurd door geprogrammeerde servobewegingen in plaats van mechanische nokken op oudere apparatuur.
Oudere nokkenaangedreven oprolmachines vertrouwen op fysieke nokken en mechanische stops om de spoed en lengte te regelen, wat betekent dat het veranderen van een veerontwerp het verwisselen van fysiek gereedschap vereist. Een CNC-veermachine vervangt de meeste mechanische nokken door onafhankelijk geprogrammeerde servo-assen, dus het wisselen tussen veerontwerpen – inclusief geheel verschillende typen, zoals het overstappen van een drukveer naar een torsieveer – is grotendeels een kwestie van het laden van een nieuw programma en het aanpassen van de gereedschappen in plaats van het opnieuw opbouwen van de machine. Deze flexibiliteit is een van de belangrijkste redenen waarom kleine en middelgrote verenseries de afgelopen twintig jaar veel kosteneffectiever zijn geworden.
| Industrie | Typische veertypen | Waarom dat soort |
|---|---|---|
| Automobiel | Compressie, torsie, schijf | Voor klep- en koppelingstoepassingen met een hoge cyclus zijn kogelgestraalde drukveren nodig; schotelveren zijn bestand tegen hoge belastingen in een korte axiale ruimte |
| Meubels en apparaten | Compressie, extensie, constante kracht | Fauteuilmechanismen en ladegeleiders hebben een consistente kracht met een gemiddelde cyclus nodig met een vlakke of licht stijgende snelheid |
| Elektronica en connectoren | Golf, kleine compressie | De beperkte interne speling geeft de voorkeur aan golfveren met laag profiel voor contactvoorspanning |
| Landbouw en zwaar materieel | Compressie, torsie | Veren met een grote diameter en zware afmetingen moeten schokbelastingen buitenshuis kunnen overleven, waarbij corrosiebestendige coatings de voorkeur krijgen |
| Medische apparaten | Compressie, extensie, torsie (miniatuur) | Roestvrij draad heeft de voorkeur vanwege de reinigbaarheid, met nauwe toleranties op zeer kleine draaddiameters |
De materiaalkeuze van een veer zorgt voor de meeste corrosiebestendigheid, maar coatings en afwerkingen voegen een extra beschermingslaag toe en kunnen ook het uiterlijk en de wrijvingseigenschappen van de veer veranderen.
De dikte van de coating is belangrijker dan het lijkt voor veren met nauwe toleranties, aangezien zelfs een dunne plateringslaag de effectieve draaddiameter enigszins verandert en de veerconstante bij zeer kleine veren kan veranderen. Voor veren met nauwe toleranties wordt het testen meestal uitgevoerd na het coaten in plaats van ervoor, zodat de gerapporteerde waarden het onderdeel weerspiegelen zoals het daadwerkelijk zal worden geïnstalleerd.
Een ongelijkmatige afstand tussen de spoelen is meestal te wijten aan draad die niet volledig recht was vóór het oprollen, versleten aanvoerrollen die over het draadoppervlak glijden, of een pitchgereedschap dat uit de kalibratie is geraakt. Op een CNC-veermachine wordt dit vaak vroegtijdig opgemerkt door middel van een inline pitch-meting die in het opwikkelstation zelf is ingebouwd.
De meeste vermoeiingsscheuren beginnen bij een oppervlaktedefect – een kras, een put door corrosie of een spanningsconcentratie bij een bocht of haak – in plaats van in het midden van een gladde spiraal. Het verbeteren van de oppervlakteafwerking, het toevoegen van kogelstralen of het opnieuw ontwerpen van een scherpe haakradius zijn de gebruikelijke oplossingen zodra een patroon van vermoeidheidsbreuken wordt geïdentificeerd.
Permanente verharding beschrijft een veer die niet langer terugkeert naar zijn oorspronkelijke vrije lengte nadat hij is afgebogen, meestal omdat hij boven de elastische limiet van het materiaal werd belast - vaak doordat hij herhaaldelijk werd samengedrukt tot vaste hoogte, of doordat hij werkte bij een hogere temperatuur dan waar de draadlegering voor was beoordeeld. Een goede spanningsverlichting na het oprollen vermindert het risico op verharding door de resterende vormspanningen te verminderen voordat de veer ooit zijn eerste werkcyclus heeft gezien.
Een handvol variabelen heeft de neiging het grootste deel van het kostenverschil tussen voorjaarsquotes te veroorzaken, ongeacht welk type wordt geproduceerd.
Bij het vergelijken van offertes van leveranciers helpt het om specifiek te vragen hoe belasting en snelheid worden geverifieerd. De meeste gerenommeerde producenten testen een monster van elke productiepartij op een krachtverplaatsingstester in plaats van alleen op maatvoering te vertrouwen, aangezien twee veren identiek kunnen meten en toch anders presteren als de draadhardheid tussen draadpartijen enigszins varieert.
De snelste manier om een veertype te verfijnen is door te vragen in welke richting de kracht wordt uitgeoefend en hoeveel axiale ruimte beschikbaar is:
Drukveren zijn het meest geproduceerde type, omdat een eenvoudige terugdrukkracht het grootste deel van de mechanische en consumententoepassingen dekt, van pennen tot matraskernen.
Een drukveer is bestand tegen samenknijpen en de spoelen zitten in rust uit elkaar, terwijl een trekveer bestand is tegen uitrekken en de spoelen in rust strak tegen elkaar zitten, meestal met haak- of lusvormige uiteinden voor montage.
Ja. De meeste moderne CNC-veermachines worden geherprogrammeerd in plaats van mechanisch herbouwd om te schakelen tussen compressie, verlenging en torsievorming, aangezien het verschil neerkomt op gereedschapsveranderingen en bijgewerkte wikkel-, spoed- en buigparameters in de besturingssoftware.
Bochten concentreren de spanning veel meer dan bij een soepel gewikkelde spoel, dus haken aan trekveren en poten aan torsieveren zijn doorgaans het eerste faalpunt bij herhaaldelijk fietsen. Daarom krijgt de haak- en beengeometrie evenveel aandacht bij het ontwerp als de spoel zelf.
In de meeste gevallen van retrofit kan dat wel het geval zijn: een golfveer kan een vergelijkbare kracht leveren als een drukveer, terwijl hij ongeveer een derde tot de helft van de samengedrukte hoogte in beslag neemt. Daarom zijn ze gebruikelijk in lager- en connectorontwerpen met beperkte ruimte.
De veerindex is de verhouding tussen de spoeldiameter en de draaddiameter. Een lage index betekent een strak opgerolde veer met een hogere spanningsconcentratie op de binnenrand van de spiraal, terwijl een hoge index een losjes opgerolde veer betekent die gemakkelijker te vormen is maar gevoeliger is voor knikken en in de war raken - de meeste praktische ontwerpen blijven in het middenbereik voor een evenwicht tussen maakbaarheid en prestaties.
Ja, voor veren die onderhevig zijn aan hoge spanningen en hoge cycli. De drukrestspanning die op het draadoppervlak wordt geïntroduceerd, is bestand tegen de trekspanning die vermoeiingsscheuren veroorzaakt. Daarom is kogelstralen de standaardpraktijk voor veeleisende toepassingen zoals klepveren in de auto-industrie, ook al voegt het een secundaire processtap toe.
De draadhardheid en -diameter kunnen enigszins variëren tussen de batches, zelfs binnen een geaccepteerd tolerantiebereik. Daarom testen consistente producenten een monster van elke batch op een krachtverplaatsingstester in plaats van aan te nemen dat alleen de maatconformiteit een consistente belasting en snelheid garandeert.
Mobiele QR-code
