Proprietățile materialelor de amortizare și utilizările acestora

Inginerii mecanici se bazează pe materialele de amortizare oriunde apar vibrații, oscilații, șocuri sau zgomote nedorite. Dacă aceste vibrații rămân necontrolate, pot duce la pierderi de precizie, la uzura prematură a materialelor și chiar la distrugerea echipamentului. Drept urmare, materialele de amortizare nu numai că sporesc durata de viață și performanța utilajelor, dar le și protejează adesea împotriva deteriorării. Pe lângă spume, pâslă și cauciuc, se utilizează și materiale plastice speciale pentru producerea de materiale de amortizare. Acest articol de blog oferă o prezentare generală a diverselor materiale de amortizare și a modului de utilizare a acestora.

Ce este o vibrație?

Din punct de vedere fizic, o vibrație este o modificare periodică în funcție de timp a unui parametru fizic privind starea sa de echilibru. Vibrația poate fi descrisă de următorii parametri: amplitudine, frecvență și fază sau unghi de fază. O vibrație este o vibrație mecanică periodică care, de obicei, poate fi auzită și simțită. Oscilațiile sau vibrațiile mecanice apar cel mai frecvent la componentele rotative și oscilante.

Există mai multe forme de vibrații:

• Armonice: Graficul funcției de timp este descris de o funcție sinusoidală sau de cosinus, fără amortizare sau alte elemente similare. Influențe externe.
• Excitate: O vibrație excitată de o forță periodică externă (amplitudine crescătoare).  Vibrația excitatorului se află în intervalul de rezonanță al oscilației naturale. Cu cât frecvența de excitație se apropie mai mult de frecvența naturală, cu atât rezonanța rezultată este mai puternică.
• Amortizate: Amplitudinea unei vibrații de amortizare scade în timp din cauza pierderilor de energie, de ex., prin frecare sau amortizare.

Oscilație și rezonanță naturale

O așa-numită oscilație naturală are loc atunci când o forță externă acționează o dată asupra unui corp deformabil elastic. Această oscilație naturală este cauzată de forța de revenire, care este proporțională cu deviația și readuce corpul la starea sa de echilibru.

Dacă șocurile forței cu aceeași frecvență ca a excitatorului acționează asupra corpului pe lângă oscilația naturală, oscilația naturală și oscilația excitatorului se suprapun la o amplitudine mai mare și apare un așa-numit vârf oscilant. Acest lucru poate cauza deteriorarea sistemului. Aici intervin materialele de amortizare a vibrațiilor și de izolare a vibrațiilor.

De asemenea, puteți afla mai multe despre diferitele forme de vibrație din articolul nostru despre comportamentul intrinsec de vibrație al arcurilor.

Absorbția vibrațiilor și izolarea vibrațiilor

Vibrațiile pot fi contracarate în mai multe moduri. Absorbția vibrațiilor reprezintă încercarea de a reduce vârful (amplitudinea) unei vibrații prin intermediul extracției de energie.
Amortizoarele hidraulice, pneumatice și/sau electrice cuplate sau alte elemente de amortizare mecanică pot fi, de asemenea, utilizate în plus față de proprietatea unui material utilizat pentru a obține un efect de amortizare prin deformare elastică și frecare internă.

Amortizarea convertește energia vibrațiilor în căldură. Amplitudinea vibrațiilor este redusă, ceea ce reduce vibrațiile și le face mai controlabile. Efectul de amortizare contribuie semnificativ la îmbunătățirea duratei de viață și a fiabilității și componentelor utilajelor. Cu toate acestea, deoarece amortizarea se realizează de obicei prin transformarea energiei cinetice în căldură, materialul de amortizare se poate supraîncălzi dacă este supraîncărcat, fapt ale cărui efecte pot varia de la o modificare a proprietăților de amortizare la defectarea amortizorului supraîncărcat.

Pe de altă parte, izolarea vibrațiilor înseamnă, în mod ideal, menținerea vibrațiilor la distanță completă de un sistem sau, dacă este cazul, transferul vibrațiilor rezultate într-un alt sistem. Acest lucru se realizează de obicei prin instalarea de izolatoare elastice de vibrații. Izolarea vibrațiilor este eficientă atunci când frecvența naturală a sistemului izolat cu vibrații este mai mică decât componenta cu cea mai joasă frecvență a vibrațiilor parazite. Izolatoarele de vibrații pot fi, de exemplu: arcuri din oțel, tampoane din cauciuc, plăci izolatoare din plută, cauciuc, pâslă, nisip etc.

Există mai multe tipuri de izolare a vibrațiilor:

• Izolarea activă a vibrațiilor: Mediul unui utilaj este protejat împotriva vibrațiilor.
• Izolarea pasivă a vibrațiilor: Utilajul în sine este protejat împotriva vibrațiilor ambientale.

Anularea vibrațiilor este un alt principiu, în special pentru echipamente/utilaje mari. Prin atașarea unui oscilator suplimentar cu susținere în masă, energia excitației este eliminată și mișcarea vibrațiilor sistemului principal este anulată.

Ce sunt materialele de amortizare?

Materialele de amortizare sunt utilizate pentru a absorbi sau a reduce vibrațiile, zgomotul (oscilațiile) din utilaje. De exemplu, există materiale de amortizare pentru următoarele tipuri de amortizare:

• Absorbția vibrației oscilante/amortizarea vibrației: Mișcările echipamentului și ale utilajelor care vibrează sunt amortizate. Materialele utilizate în acest scop sunt elastice. Acestea sunt plasate între sursa vibrației și obiectul care trebuie protejat.
• Reduce vibrațiile mecanice nedorite, de ex., acoperirea cu PU a suprafețelor.
• Izolație a sunetelor: Absoarbe/izolează împotriva undelor sonore pentru a reduce zgomotul. Materialele de antifonare sunt adesea moi și poroase. Acest lucru poate face ca undele sonore să se refracte în material, să fie capturate și să fie absorbite.
• Amortizare mecanică, de ex., absorbția șocurilor: Impacturile și sarcinile bruște, inclusiv forțele de acțiune, sunt absorbite și distribuite. Aceasta protejează componentele sensibile împotriva deteriorării. Materialele care absorb șocurile sunt elastice și pot absorbi multă energie.

MISUMI oferă o gamă largă de materiale de amortizare pentru o gamă largă de aplicații. Următoarea prezentare generală oferă asistență pentru selectarea componentei MISUMI corespunzătoare:

În general, multe materiale plastice au și proprietăți de amortizare. Aflați mai multe despre proprietățile materialelor plastice în ingineria mecanică în articolul nostru despre materialele plastice.

Ce material este potrivit pentru absorbția vibrațiilor?

Materialele reacționează diferit la vibrații. Duritatea este o caracteristică care afectează vibrațiile. Duritatea indică cât de rezistent este un material la pătrunderea unui alt material. Cu cât valoarea de duritate este mai mare, cu atât materialul este mai rezistent la deformare. Duritatea este determinată prin diferite metode de testare a durității, de exemplu, duritatea conform scalei Rockwell sau Shore. Aflați mai multe despre diferitele teste de duritate în articolul nostru Compararea durității și a testelor de duritate.

Duritatea afectează și elasticitatea, care la rândul său afectează frecvența vibrațiilor (numărul de oscilații pe unitate de timp). Materialele de înaltă rezistență au elasticitate mai redusă. Frecvența vibrațiilor crește odată cu creșterea elasticității (constanta arcului) și scăderea masei corpului; consultați și următoarea prezentare generală a diferitelor materiale de amortizare:

Straturi de cauciuc

Straturile de cauciuc aplicate pe o suprafață reprezintă o metodă eficientă de amortizare împotriva emisiilor acustice. Materialul elastic convertește energia cinetică acționând asupra materialului în căldură prin deformare și frecare internă, reducând astfel amplitudinea vibrațiilor. Figura următoare prezintă un design tipic al unui element de amortizare, cu o combinație de gel de amortizare a vibrațiilor și strat de cauciuc.

Versiunea cu gel de amortizare a vibrațiilor și strat de cauciuc este concepută pentru sarcini ușoare și vibrații reduse. Gelul absoarbe frecvențele joase la o sarcină de lucru maximă de 25-35 kg și o frecvență utilizabilă minimă de 13 Hz. Corpul de bază din silicon cu acoperire din cauciuc etilenic este rezistent la intemperii și adecvat pentru utilizare în exterior. Amortizoarele din silicon asigură, de asemenea, o durată de viață mai lungă a oboselii față de amortizoarele tradiționale din cauciuc.

Bucșe cu gel sau manșoane amortizoare cu gel

Datorită proprietăților lor ridicate de amortizare, bucșele cu gel sunt elemente de amortizare a vibrațiilor proiectate special, care sunt utilizate în special la frecvențe înalte și la capacități reduse de încărcare. Materialul moale, asemănător gelului, absoarbe eficient vibrațiile. Bucșele cu gel pot fi utilizate după cum urmează:

Gel care absoarbe vibrațiile

Gelurile care absorb vibrațiile, în special gelurile pe bază de silicon, sunt ideale pentru reducerea vibrațiilor în aplicații care au sarcini ultra-ușoare până la sarcini medii și vibrații scăzute. Acestea sunt caracterizate de flexibilitate și adaptabilitate ridicate. În comparație cu amortizoarele tradiționale din cauciuc, amortizoarele cu gel din silicon asigură o durată de viață mai lungă și își păstrează proprietățile de amortizare chiar și sub stres pe termen lung.

Plăci cu gel care absorb vibrațiile

Plăcile cu gel care absorb vibrațiile sunt ideale pentru sarcini ușoare și vibrații minime, care sunt dificil de amortizat cu cauciucul convențional. Acestea sunt tratate termic, nu prezintă rezonanțe nedorite și necesită o distribuție uniformă a sarcinii. Aceste articole din gel sunt potrivite numai pentru sarcini verticale, deoarece deplasarea laterală sau sarcinile de torsiune reduc semnificativ eficiența și durata de viață a acestora. De asemenea, acestea nu trebuie supuse unor solicitări mecanice.

Suporturi din cauciuc care absorb vibrațiile

Suporturile din cauciuc care absorb vibrațiile sunt potrivite pentru sarcini ușoare până la medii. Datorită durabilității și capacității ridicate de sarcină, suporturile din cauciuc sunt adesea utilizate în utilaje și vehicule, oferind în același timp o rezistență ridicată la uzură și influențe externe ale mediului.

RUBLOC

Amortizorul de vibrații RUBLOC® este o marcă comercială a Rubloc Imexin și este adecvat pentru sarcini ușoare până la medii cu vibrații scăzute până la medii. Compoziția specială de cauciuc cloroprenic rezistent la murdărie minimizează contaminarea suprafețelor de material care intră în contact cu amortizorul, în timp ce proprietățile rămase sunt similare celor ale cauciucului cloroprenic convențional. Propagarea în diagonală a vibrațiilor din plăci are ca rezultat un efect de amortizare ridicat.

Antifonarea/Izolarea fonică

Antifonarea se referă la măsuri care previn sau reduc transmiterea sunetului. Izolarea fonică este concepută pentru a reduce sunetul. Acest lucru se realizează fie prin reflectarea, fie prin absorbția sunetului.

Textura suprafeței influențează semnificativ capacitatea de a reflecta sau de a refracta sunetul. Similar reflexiei unui fascicul de lumină din optică, suprafețele netede reflectă sunetul direct în cameră, având ca rezultat întoarcerea sunetului la aproape același nivel. Pe de altă parte, suprafețele rugoase sau texturate refractă undele sonore și le difuzează în direcții diferite. Soluțiile de antifonare, cum ar fi plăcile sau spumele acustice, profită de acest principiu. Energia de undă a sunetului este împărțită în cantități mai mici de energie prin această difuzie și este atenuată în consecință prin capturarea în material. De asemenea, există spume și plăci de fibre acustice speciale care absorb complet energia undei sonore. Materialele de izolare fonică sunt adecvate pentru absorbirea frecvențelor înalte, dar sunt mai puțin adecvate pentru frecvențele joase de sunet. Covorașele cu gel siliconic, tampoanele din cauciuc etc. sunt mai potrivite la frecvențe joase. În timp ce covorașele cu gel siliconic au o absorbție excelentă și eficientă a vibrațiilor, tampoanele din cauciuc sunt disponibile pentru o gamă largă de aplicații datorită varietății de designuri, variante și materiale.

Mai jos este prezentat comportamentul diferitelor opțiuni de amortizare:

Exemplu - Utilizarea plăcilor pentru absorbția sunetului și a șocurilor

MISUMI oferă plăci fabricate dintr-o gamă largă de materiale, de ex., cauciuc poliuretanic (PU/PUR), cauciuc poliuretanic cu retur redus, poliuretan antistatic, cauciuc nitril-butadienic (NBR), spumă poliuretanică, pâslă, spumă ceramică sau polietilenă.

Plăcile din spumă și foile din cauciuc sunt adecvate în special pentru amortizare în general și pentru antifonare. O gamă largă de aplicații poate fi abordată, deoarece sunt disponibile într-o gamă largă de durități Shore. Plăcile de spumă sau foile de cauciuc pot, de exemplu, să reducă emisiile sonore ale unui sistem. De asemenea, sunt potrivite pentru componentele de manipulare a materialelor de amortizare din sistemele transportoare sau ca ghidaje laterale pentru protejarea componentelor și a bunurilor transportate împotriva deteriorării în timpul impactului. În special, plăcile de cauciuc dur sau plăcile de cauciuc sau spumă cu impact redus reduc acest impact energetic.

Configurați componentele ansamblului dvs

Cu ajutorul configuratorului MISUMI puteți configura cu libertate rulmenții, arborii și alte componente.

Selectați tipul componentelor și setați toleranțele dorite.

Bibliotecă CAD

Profitați de Biblioteca noastră CAD extinsă pentru a găsi cea mai bună componentă de asamblare pentru componentele și aplicațiile dvs. Descărcați gratuit componenta configurată de pe site-ul nostru.

Puteți apoi importa componentele descărcate în programul dumneavoastră CAD.

Permiteți-ne să vă inspirăm în biblioteca noastră CAD și să vă edităm designurile cu programul nostru suplimentar SolidWorks.