Samenvatting

Dit verslag beschrijft het ontwerpproces van een mechanische sensor die laagfrequente
trillingen kan meten voor het reeds ontworpen Kolibriesysteem. Kolibrie is een
trillingisolatiesysteem dat grondtrillingen over een grote bandbreedte kan reduceren met
een factor van minimaal 100.
De ontwerpopdracht is om de huidige sensor die in het systeem gebruikt wordt te
verbeteren door een nieuw concept gebaseerd op negatieve stijfheid toe te passen.
Gedurende een periode van 100 werkdagen is er veel onderzoek gedaan naar de
verschillende onderdelen van een concept om zo uiteindelijk aan het volgende prototype
te komen:
Er is een bladveer rechtgeleiding ontworpen die bestaat uit vier bladveren; twee aan
weerszijden. Deze bladveren zijn gemaakt van gewalst RVS 301. Om de totale stijfheid
van het systeem omlaag te brengen is hier een negatieve stijfheid aan toegevoegd, in de
vorm van bladveren met een curve die 180 graden gerold zijn. Deze negatieve
stijfheidveren zijn gemaakt van RVS 301, met een hoge rekgrens. Combinaties van de
verschillende constructieprincipes betekenen dat het totale systeem een natuurlijke
eigenfrequentie heeft van rond de 2 Hz. Om het systeem te dempen bij hoge
opslingering is er tevens een Eddy Current demper toegepast.
Door plastische vervorming van de bladveren die de negatieve stijfheid leveren aan het
systeem is er na montage van het prototype een probleem vastgesteld aan het ontwerp.
Na nader onderzoek lijkt het erop dat de breedte van de veer te veel varieert en dat
hierdoor op bepaalde plaatsen de spanning te hoog wordt.
Door de vastgestelde vervorming kunnen de bladveren geen of minder energie leveren
aan de trillende massa, waardoor de massacompensatie van het concept niet werkt. Dit
betekent dat de sensor dus niet verticaal zal kunnen werken zoals vooraf geëist is. Er is
een testopstelling gemaakt die verticaal gericht is om toch meer te kunnen zeggen over
het ontwerp.
Via de nieuwe testopstelling is de conclusie getrokken dat de bladveer rechtgeleiding
perfect werkt. De eerste eigenfrequentie ligt op 5,2 Hz, en de tweede eigenfrequentie ligt
rond de 320 Hz.
Van het totale prototype is na montage van de negatieve stijfheidveren vastgesteld dat
het concept wel degelijk werkt. Ondanks de vervorming die is opgetreden die ervoor
zorgt dat de negatieve stijfheid niet zo hoog is als berekend, is de totale eigenfrequentie
toch omlaag gebracht naar ongeveer 3 Hz. Tevens is de mate van negatieve stijfheid
zeer lineair, wat een veelbelovende conclusie is voor de toekomst van het concept.
In een toekomstig stadium van de Kolibrie sensor is de voornaamste aanbeveling meer
aandacht te besteden aan de negatieve stijfheidveren zelf. Er kan onderzocht worden of
de plastische vervorming voorkomen kan worden door de vorm te veranderen, of ander
materiaal te gebruiken. Ook kan er onderzocht worden of meer negatieve stijfheidveren
te gebruiken zijn om zo de last per veer te verlagen.