Springen naar inhoud

[Mechanica] Krachtenspel in een balg


  • Log in om te kunnen reageren

#1

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 07 september 2006 - 14:35

Voor mijn afstuderen ben ik op zoek naar de kracht die in een cylindervormige balg op het uiteinde werkt, wanneer de binnenruimte met een bepaalde druk belast wordt.

http://www.sype.dds.nl/bellows.jpg

In dit plaatje is de balg in een doorsnede getekend. De kracht F is uiteraard de druk, vermenigvuldigd met de oppervlakte, maar van welk oppervlak moet in deze situatie worden uitgegaan? Oftewel, een cirkel met welke diameter: de kleinste of grootste diameter, of het gemiddelde oppervlak?

Bij voorbaat hartelijk dank voor je reactie.

Sybolt Wiersma[/url]

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

DePurpereWolf

    DePurpereWolf


  • >5k berichten
  • 9240 berichten
  • VIP

Geplaatst op 07 september 2006 - 15:12

Je moet al het oppervlak berekenen. Dus mag je inderdaad niet zomaar een diameter pakken.

Voor de wanden, pak de gemiddelde diameter en de lengte van de cilinder is dan de geheel uitgestrekte lengte. Ja mag niet zomaar het gemiddelde pakken.

#3

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 september 2006 - 15:35

Is deze ingewikkelder dan hij lijkt, of wordt hij simpeler voorgesteld dan hij is?

Wordt gevraagd om de grootte van de kracht te berekenen in de richting van de pijl zoals aangegeven (kracht is een vectorgrootheid !!) dan heb je een dik probleem. De verhoogde druk binnenin werkt alle kanten op, en dat betekent dat de lucht in de balg ernaar zal streven om de balg een perfecte bolvorm te geven. De kracht op de zijwanden helpt dus volgens mij mee om die slingervorm rechter te maken, en alleen zo al de kop van de balg omhoog te duwen. De druk op de kop van de balg helpt zelf ook mee aan dit proces. De wand van de balg echter werkt als een veer die die uitrekking juist tegenwerkt. Ik zou zo 123 nog niet weten hoe zoiets te berekenen :)

Of wordt alleen maar gevraagd om de totale kracht van binnen naar buiten te berekenen? In dat geval staat de vector m.i. verkeerd, want die duidt een deelkracht omhoog aan, maar is het wel een betrekkelijk simpel sommetje. p is je drukverschil, bepaal de A (totale oppervlakte) van je balg (dat is meetkunde) en de benodigde formule staat ernaast afgedrukt....

DPW heeft het over een gemiddelde diameter, maar dat werkt m.i. niet omdat je er ook horizontale en verticale stukken in hebt zitten, waarop ook druk wordt uitgeoefend.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#4

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 07 september 2006 - 15:56

Je moet al het oppervlak berekenen. Dus mag je inderdaad niet zomaar een diameter pakken.  

Voor de wanden, pak de gemiddelde diameter en de lengte van de cilinder is dan de geheel uitgestrekte lengte. Ja mag niet zomaar het gemiddelde pakken.


Je hebt gelijk, maar het gaat in dit geval puur om de verplaatsing in verticale richting, dus de krachten die niet verticaal werken heb ik verwaarloosd. Als je alle tegenover elkaar liggen krachtvectortje tegen elkaar wegstreept, kom je daar volgens mij ook op uit.

Maar wat hou je nu over als resultantekracht in verticale richting? M.a.w. met welk oppervlak moet je de druk vermenigvuldigen om de kracht te bepalen die de verlenging veroorzaakt?

Heb het plaatje even aangepast met Do en Di:Geplaatste afbeelding

#5

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 07 september 2006 - 16:07

Wordt gevraagd om de grootte van de kracht te berekenen in de richting van de pijl zoals aangegeven (kracht is een vectorgrootheid !!) dan heb je een dik probleem. De verhoogde druk binnenin werkt alle kanten op, en dat betekent dat de lucht in de balg ernaar zal streven om de balg een perfecte bolvorm te geven. De kracht op de zijwanden helpt dus volgens mij mee om die slingervorm rechter te maken, en alleen zo al de kop van de balg omhoog te duwen. De druk op de kop van de balg helpt zelf ook mee aan dit proces. De wand van de balg echter werkt als een veer die die uitrekking juist tegenwerkt. Ik zou zo 123 nog niet weten hoe zoiets te berekenen :)



Bedankt voor de uitleg. Wat betreft de bolvorming heb je volgens mij gelijk, de krachten op de zijwanden zijn ook zeker niet te negeren. Volgens mij zijn ze voor de gevraagde kracht echter wel te verwaarlozen, omdat de vectoren telkens tegenover elkaar staan, m.a.w. tegen elkaar wegvallen.

Of wordt alleen maar gevraagd om de totale kracht van binnen naar buiten te berekenen? In dat geval staat de vector m.i. verkeerd, want die duidt een deelkracht omhoog aan, maar is het wel een betrekkelijk simpel sommetje. p is je drukverschil, bepaal de A (totale oppervlakte) van je balg (dat is meetkunde) en de benodigde formule staat ernaast afgedrukt....


De formule is bekend -ik heb het plaatje zelf gemaakt namelijk :)- alleen gaat het erom welk oppervlak overblijft. Doordat de vectorkrachten in de golven tegen elkaar zijn weg te strepen (dat is toch zo?), blijft er in mijn optiek een kracht op het bovenoppervlak over. In de praktijksituatie wordt van buitenaf een kracht uitgeoefend om de verlenging tegen te gaan, en om de grootte daarvan te bepalen ben ik dus op zoek naar de bewuste kracht.

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 september 2006 - 16:27

Volgens mij zijn ze voor de gevraagde kracht echter wel te verwaarlozen, omdat de vectoren telkens tegenover elkaar staan, m.a.w. tegen elkaar wegvallen.

dat mag je dan eens nader uitleggen :) . Alle krachten op de bochten hebben een resultante op het veergedeelte van de balg gericht naar buiten. Om dat te kunnen bereiken lijkt me dat het veergedeelte moet openbuigen. DŠn verandert ook de resultante van de vectoren op de horizontale oppervlakken, die krijgt dan ůůk een resultante naar buiten en gaat vervolgens meehelpen de boel naar buiten te duwen en zo de balg nog verder omhoog te brengen.

Tenzij ik iets over het hoofd zie, (niet onmogelijk :) ) wordt dit hťťl ingewikkeld.
Kun je dat niet beter eerst eens benaderen voor een balgwand die niet cilindervormig is? Zodat je nu de tekening hebt gemaakt voor een dwarsdoorsnede van een oneindig lange balg?

En tijdens dat openbuigen krijg je dan tenslotte nog te maken met de veerkracht van die wand, want die wand mag je als een veer beschouwen. Ik denk overigens niet dat hier sprake gaat zijn van een veerconstante, want het lijkt me geen ideale veer....

heavy stuff volgens mij :) . Of, mogelijk toch verrassend simpel, wie weet.

EDIT>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

bij nader inzien, kan zo'n binnenbocht eigenlijk wel naar buiten wijken?? Dan zou de diameter moeten vergroten, en dat lijkt me voor een betrekkelijk inelastisch material als een metaal niet gauw te gebeuren. Over welk soort balgmateriaal hebben we het eigenlijk?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#7

Sybke

    Sybke


  • >250 berichten
  • 599 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 september 2006 - 20:00

Ik denk ook niet dat de wanden invloed hebben op de kracht. Kijk naar het plaatje hieronder. In dit simpele geval blijft de gemiddelde doorsnede van de balg gelijk. De wand zal dus geen arbeid verrichten bij het uittrekken van de balg.
De onderdruk in de balg ontstaat bij het gat, waar de lucht moeite heeft om de balg in te stromen. De druk in de balg noem ik P. Het volume verandert met dV. Dan is de verrischte arbeid dW = PdV. Dit is gelijk aan Fdh. Voor F vinden we F = PdV/dh = PA waarbij A het doorsnede van de balg is met de gemiddelde doorsnede.
Geplaatste afbeelding

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 september 2006 - 20:30

In dit simpele geval blijft de gemiddelde doorsnede van de balg gelijk. De wand zal dus geen arbeid verrichten bij het uittrekken van de balg.

Hier ga ik nog niet in mee. Er wordt wel degelijk arbeid verricht, en dat is de kracht F die nodig is om de buitenring over een afstand s naar binnen te bewegen tegen de veerkracht van het materiaal in, en idem de kracht F die nodig is om een binnenring over een afstand s naar buiten te bewegen.

Knoop twee spiraalveren aan elkaar vast. Rek ze beide 10 cm uit, in tegengestelde richtingen. Natuurlijk verricht je arbeid. Net zoveel als wanneer je ťťn veer vast zou zetten en aan het andere eind van het systeem de hele zaak 20 cm zou uitrekken. Je stopt er in beide gevallen evenveel potentiŽle energie in.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#9

Sybke

    Sybke


  • >250 berichten
  • 599 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 september 2006 - 21:55

De balg is toch niet te vergelijken met een veer met een hoge veerconstante? De moeite die je moet doen zal voor het grootste gedeelte komen doordat je veel lucht in een korte tijd door een klein gaatje aanzuigt. De veerkracht van de wand moet verwaarloosbaar zijn, anders vindt ik het een waardeloze balg waarbij je meer kracht zou moeten zetten dan nodig is.

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 07 september 2006 - 22:04

Zijn we nou niet aan het afdwalen, Sybke? de vraag ging toch over nettokracht op de kop van de balg in relatie tot het drukverschil binnen en buiten de balg?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#11

Sybke

    Sybke


  • >250 berichten
  • 599 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 september 2006 - 09:06

De vraag ging toch over nettokracht op de kop van de balg in relatie tot het drukverschil binnen en buiten de balg?

Dat klopt. Waarom denk je dat ik afdwaal?

#12

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 september 2006 - 09:46

En tijdens dat openbuigen krijg je dan tenslotte nog te maken met de veerkracht van die wand, want die wand mag je als een veer beschouwen. Ik denk overigens niet dat hier sprake gaat zijn van een veerconstante, want het lijkt me geen ideale veer....

heavy stuff volgens mij :( . Of, mogelijk toch verrassend simpel, wie weet.

Een balg heeft wel degelijk een lineaire veergrafiek (tenzij iemand me het tegendeel kan bewijzen, maar balgfabrikanten geven gewoon een veerconstante op).
Volgens mij is het toch inderdaad verrassend simpel, als je de balg in een statische situatie bekijkt. Het medium onder druk veroorzaakt overal een kracht die loodrecht op het oppervlak staat, dus in elke winding staan vectorkrachtjes die recht tegenover elkaar staan. Als je het vervormende gedeelte van de balg als een equilibrium beschouwt, blijft dus over een kracht die, maar dat is mijn theorie, op het kleinste oppervlak (met diameter Di) werkt.

Zodat je nu de tekening hebt gemaakt voor een dwarsdoorsnede van een oneindig lange balg?

Hier snap ik even niet wat je bedoelt. De balg die ik getekend heb is gewoon cylindervormig, en we kijken er recht van voren tegenaan.

bij nader inzien, kan zo'n binnenbocht eigenlijk wel naar buiten wijken?? Dan zou de diameter moeten vergroten, en dat lijkt me voor een betrekkelijk inelastisch material als een metaal niet gauw te gebeuren.

Dat zou ook nog wat uitmaken inderdaad. Waarschijnlijk zijn de krachten waar het hier om gaat lang niet groot genoeg om het materiaal te forceren, dus dan zou alleen de afrondingsstraal van de windingen toenemen. Toch?

#13

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 september 2006 - 09:57

Voor F vinden we F = PdV/dh = PA waarbij A het doorsnede van de balg is met de gemiddelde doorsnede.

Voor de volumevergroting en de lengte-uitzetting maak je inderdaad gebruik van het werkzame oppervlak, dat wordt ook zo opgegeven door fabrikanten als zijnde het gemiddelde tussen een oppervlak met de buitenste en binnenste diameter. Ik denk echter niet dat dat bij het krachtenspel het geval is, omdat de krachten in de windingen daar tegenover elkaar staan.

#14

wiersma

    wiersma


  • 0 - 25 berichten
  • 13 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 08 september 2006 - 09:59

Erg leuk trouwens dat er zoveel mensen meedenken en zich erin verdiepen! Het is voor het eerst dat ik hier een vraag stel, en ik krijg zo wel een erg positieve indruk van dit forum.

#15

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 08 september 2006 - 12:29

De vraag ging toch over nettokracht op de kop van de balg in relatie tot het drukverschil binnen en buiten de balg?

Dat klopt. Waarom denk je dat ik afdwaal?

Omdat je begint over de grootte van dat instroomgat:

De moeite die je moet doen zal voor het grootste gedeelte komen doordat je veel lucht in een korte tijd door een klein gaatje aanzuigt.

Dat bepaalt alleen maar hoe snel je een druk zou kunnen opbouwen, maar in een statische situatie heeft dat geen enkele invloed op de kracht van de balg naar buiten op enig bepaald moment. Wiersma gaat uit van een bepaald drukverschil (binnen balg-buiten balg) op een bepaald moment, en wil weten hoe groot dan zijn nettokracht naar boven is.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures