Właściwości materiałów tłumiących i ich zastosowania

Inżynierowie mechanicy polegają na materiałach tłumiących wszędzie tam, gdzie występują niepożądane wibracje, oscylacje, wstrząsy lub hałasy. Jeśli wibracje te pozostaną niekontrolowane, mogą prowadzić do strat precyzji, przedwczesnego zużycia materiału, a nawet zniszczenia maszyny. W rezultacie materiały tłumiące nie tylko zwiększają żywotność i wydajność maszyn, ale także często chronią je przed uszkodzeniem. Oprócz pianek, filcu i gumy, do produkcji materiałów tłumiących stosuje się również specjalne tworzywa sztuczne. Ten artykuł na blogu zawiera przegląd różnych materiałów tłumiących i sposobu ich użycia.

Czym jest wibracja?

Z czysto fizycznego punktu widzenia, wibracja jest okresową zmianą parametru fizycznego w czasie o jego stanie równowagi. Wibracje można opisać za pomocą parametrów amplitudy, częstotliwości i kąta fazowego lub fazowego. Wibracja to okresowa wibracja mechaniczna, którą zwykle można usłyszeć i poczuć. Mechaniczne oscylacje lub wibracje najczęściej występują na obracających się i oscylujących komponentach.

Istnieje kilka rodzajów wibracji:

• Harmoniczne: Wykres oparty na czasie jest opisany przez funkcję sinus lub cosinus, bez tłumienia lub tym podobne. Wpływy zewnętrzne.
• Wzbudzane: Wibracja wzbudzana przez zewnętrzną siłę okresową (rosnąca amplituda).  Wibracja wzbudzana znajduje się w zakresie rezonansowym naturalnej oscylacji. Im bardziej częstotliwość wzbudzenia zbliża się do częstotliwości naturalnej, tym silniejszy jest wynikowy rezonans.
• Tłumione: Amplituda drgań tłumionych zmniejsza się z czasem z powodu strat energii, np. przez tarcie lub tłumienie.

Naturalne oscylacje i rezonanse

Tak zwana naturalna oscylacja występuje, gdy siła zewnętrzna działa na sprężyście odkształcalne ciało raz. Ta naturalna oscylacja jest spowodowana przez siłę powrotną, która jest proporcjonalna do ugięcia i przywraca ciało do stanu równowagi.

Jeśli wstrząsy siły o tej samej częstotliwości wzbudzenia działają na ciało oprócz naturalnej oscylacji, oscylacja naturalna i oscylacja wzbudzenia nakładają się na wyższą amplitudę, występuje tak zwany szczyt oscylacji. Może to spowodować uszkodzenie systemu. W tym miejscu wkraczają tłumienie drgań i materiały izolujące drgania.

Więcej informacji na temat różnych form wibracji można znaleźć w naszym artykule na temat zachowania sprężyn podczas drgań własnych.

Pochłanianie wibracji i izolowanie wibracji

Wibracje można eliminować na wiele sposobów. Absorpcja drgań to próba zmniejszenia szczytu (amplitudy) wibracji poprzez ekstrakcję energii.
Sprzężone hydrauliczne, pneumatyczne i/lub elektryczne amortyzatory lub inne mechanicznie tłumiące elementy mogą być również stosowane jako dodatek do właściwości materiału używanego do uzyskania efektu tłumienia poprzez sprężyste odkształcenie i tarcie wewnętrzne.

Tłumienie przekształca energię wibracji w ciepło. Amplituda wibracji jest zmniejszona, co zmniejsza wibracje i czyni je bardziej kontrolowanymi. Efekt tłumienia w znacznym stopniu przyczynia się do wydłużenia okresu eksploatacji i zwiększenia niezawodności maszyn i podzespołów maszyn. Ponieważ jednak tłumienie jest zwykle osiągane przez przekształcanie energii kinetycznej w ciepło, materiał tłumiący może się przegrzać, jeśli jest przeciążony, którego skutki mogą wahać się od zmiany właściwości tłumiących do awarii przeciążonego tłumika.

Z drugiej strony izolacja wibracji oznacza idealne utrzymanie występowania wibracji całkowicie z dala od systemu lub, w stosownych przypadkach, przeniesienie wynikającej wibracji do innego systemu. Odbywa się to zwykle poprzez zainstalowanie elastycznych izolatorów drgań. Izolacja drgań jest skuteczna, gdy naturalna częstotliwość systemu izolowanego drgań jest mniejsza niż najniższa częstotliwość składowa fałszywych wibracji. Izolatory wibracyjne mogą być na przykład: sprężyny stalowe, gumowe bufory, płyty izolacyjne wykonane z korka, gumy, filcu, piasku itp.

Istnieje kilka rodzajów izolacji drgań:

• Aktywna izolacja wibracji: Środowisko pracy maszyny jest chronione przed wibracjami.
• Pasywna izolacja drgań: Sama maszyna jest chroniona przed wibracjami otoczenia.

Eliminowanie wibracji to kolejna zasada, szczególnie w przypadku dużych urządzeń / dużych maszyn. Mocując dodatkowy oscylator nośny masowo, energia wzbudzenia jest usuwana, a ruch wibracji głównego systemu jest eliminowany.

Czym są materiały tłumiące?

Materiały tłumiące są wykorzystywane do pochłaniania lub zmniejszania wibracji, hałasu (oscylacji) w maszynach. istnieją na przykład materiały tłumiące dla następujących typów tłumienia:

• Absorpcja wibracji oscylacyjnych / tłumienie wibracji: Ruchy urządzeń wibracyjnych i maszyn są tłumione. Materiały użyte do tego celu są elastyczne. Umieszcza się je pomiędzy źródłem wibracji a obiektem, który ma być chroniony.
• Redukuje niepożądane wibracje mechaniczne, np. powłokę poliuretanową na powierzchniach.
• Izolacja akustyczna: Pochłania/izoluje przed falami dźwiękowymi w celu zmniejszenia hałasu. Materiały dźwiękoszczelne są często miękkie i porowate. Może to spowodować załamanie się fal dźwiękowych w materiale, uwięzienie i wchłonięcie.
• Tłumienie mechaniczne, np. absorpcja wstrząsów: Nagłe uderzenia i obciążenia, w tym działające siły, są pochłaniane i rozdzielane. Chroni to wrażliwe elementy przed uszkodzeniem. Materiały amortyzujące są elastyczne i mogą pochłaniać dużą ilość energii.

MISUMI oferuje szeroką gamę materiałów tłumiących do szerokiego zakresu zastosowań. Poniższy przegląd zawiera pomoc w wyborze odpowiedniego komponentu MISUMI:

Ogólnie rzecz biorąc, wiele tworzyw sztucznych ma również właściwości tłumiące. Dowiedz się więcej o właściwościach tworzyw sztucznych w inżynierii mechanicznej w naszym artykule na temat tworzyw sztucznych.

Który materiał nadaje się do pochłaniania wibracji?

Materiały reagują odmiennie na wibracje. Twardość jest jedną z cech, która wpływa na wibracje. Twardość wskazuje, jak odporny jest materiał na wnikanie innego materiału. Im wyższa wartość twardości, tym bardziej odporny jest materiał na odkształcenia. Twardość określa się różnymi metodami badania twardości, np. twardość według Rockwella lub twardość według Shore'a. Dowiedz się więcej o różnych testach twardości w naszym artykule Twardość i porównanie testów twardości.

Twardość wpływa również na elastyczność, co z kolei wpływa na częstotliwość drgań (liczba oscylacji na jednostkę czasu). Materiały o wysokiej twardości mają niższą elastyczność. Częstotliwość drgań wzrasta wraz ze wzrostem elastyczności (stała sprężyny) i zmniejszeniem masy ciała, patrz również następujący przegląd różnych materiałów tłumiących:

• (1) Tuleja tłumika
• (2) Płyta tłumika
• (3) Żele tłumiące drgania
• (4) Wersja z powłoką gumową
• (5) Elementy gumowo-metalowe
• (6) RUBLOC
• (7) Płytki pochłaniające wibracje
• * Udźwig (kg) dla 4 sztuk

Przedstawione tutaj elementy tłumiące przedstawiono szczegółowo poniżej:

Powłoki gumowe

Powłoki gumowe stosowane na powierzchni są skuteczną metodą tłumienia emisji akustycznych. Elastyczny materiał przekształca energię kinetyczną działającą na materiał w ciepło poprzez odkształcenie i tarcie wewnętrzne, zmniejszając w ten sposób amplitudę drgań. Poniższy rysunek przedstawia typową konstrukcję elementu tłumiącego, z połączeniem żelu tłumiącego drgania i powłoki gumowej.

Wersja z żelem tłumiącym wibracje i gumową powłoką jest przeznaczona do lekkich obciążeń i niskich wibracji. Żel pochłania niskie częstotliwości przy maksymalnym obciążeniu roboczym 25-35 kg i minimalnej częstotliwości użytkowej 13 Hz. Silikonowa podstawa z powłoką z kauczuku etylenowego jest odporna na warunki atmosferyczne i nadaje się do użytku na zewnątrz. Amortyzatory silikonowe zapewniają również dłuższą żywotność zmęczeniową niż tradycyjne amortyzatory gumowe.

Tuleje żelowe lub tuleje tłumika żelu

Ze względu na swoje wysokie właściwości tłumiące, tuleje żelowe są specjalnie zaprojektowanymi elementami tłumiącymi drgania, które są stosowane szczególnie przy wysokich częstotliwościach i niskich obciążeniach. Miękki, żelowy materiał skutecznie pochłania wibracje. Tuleje żelowe można stosować w następujący sposób:

Żel pochłaniający wibracje

Żele pochłaniające wibracje, zwłaszcza żele na bazie silikonu, są idealne do redukcji wibracji w zastosowaniach o ultralekkim lub średnim obciążeniu i niskich wibracjach. Charakteryzują się dużą elastycznością i zdolnością adaptacji. W porównaniu z tradycyjnymi amortyzatorami gumowymi, amortyzatory z żelem silikonowym zapewniają dłuższą żywotność i zachowują swoje właściwości tłumiące nawet przy długotrwałym obciążeniu.

Płyty żelowe pochłaniające wibracje

Płyty żelowe pochłaniające wibracje są idealne do lekkich obciążeń i minimalnych wibracji, które są trudne do tłumienia przy użyciu konwencjonalnej gumy. Są one poddawane obróbce cieplnej, nie wykazują niepożądanych rezonansów i wymagają równomiernego rozkładu obciążenia. Te artykuły żelowe nadają się tylko do obciążeń pionowych, ponieważ przesunięcia poprzeczne lub obciążenia skrętne znacznie zmniejszają ich wydajność i żywotność. Nie powinny być również poddawane obciążeniom mechanicznym.

Pochłaniające wibracje gumowe wsporniki

Pochłaniające wibracje gumowe wsporniki nadają się do lekkich i średnich obciążeń. Ze względu na ich trwałość i dużą nośność, gumowe wsporniki są często stosowane w maszynach i pojazdach, zapewniając jednocześnie wysoką odporność na zużycie i wpływy zewnętrzne.

RUBLOC

Tłumik drgań RUBLOC® jest znakiem towarowym firmy Rubloc Imexin i nadaje się do lekkich i średnich obciążeń o niskim lub średnim poziomie wibracji. Specjalny skład gumy chloroprenowej odpornej na zabrudzenia minimalizuje zanieczyszczenie powierzchni materiału, które wchodzą w kontakt z amortyzatorem, podczas gdy pozostałe właściwości są podobne do właściwości konwencjonalnej gumy chloroprenowej. Przekątna propagacji drgań w płytach powoduje wysoki efekt tłumienia.

Zabezpieczenie akustyczne / izolacja akustyczna

Wygłuszenie lub izolacja akustyczna odnosi się do środków, które zapobiegają lub zmniejszają transmisję dźwięku. Izolacja akustyczna ma na celu zmniejszenie hałasu. Osiąga się to poprzez odbijanie lub pochłanianie dźwięku.

Tekstura powierzchni znacznie wpływa na zdolność odbijania lub załamania dźwięku. Podobnie jak w przypadku odbicia wiązki światła w optyce, gładkie powierzchnie odbijają dźwięk bezpośrednio z powrotem do pomieszczenia, co powoduje, że dźwięk jest odrzucany z powrotem na prawie tym samym poziomie. Z drugiej strony, szorstkie lub teksturowane powierzchnie załamują fale dźwiękowe i rozpraszają je w różnych kierunkach. Rozwiązania do izolacji akustycznej, takie jak płyty akustyczne lub pianki, wykorzystują tę zasadę. Energia falowa dźwięku jest podzielona na mniejsze ilości energii przez tę dyfuzję i odpowiednio tłumiona przez uwięzienie w materiale. Istnieją również specjalne pianki akustyczne i płyty pilśniowe, które całkowicie pochłaniają energię fal dźwiękowych. Materiały izolacyjne są odpowiednie do pochłaniania wysokich częstotliwości, ale są mniej odpowiednie dla niskich częstotliwości dźwięku. Silikonowe maty żelowe, gumowe bufory itp. lepiej nadają się przy niskich częstotliwościach. Podczas gdy silikonowe maty żelowe mają doskonałą i skuteczną absorpcję wibracji, gumowe bufory są dostępne do szerokiego zakresu zastosowań ze względu na różnorodność konstrukcji, wariantów i materiałów.

Poniżej przedstawiono zachowanie różnych opcji tłumienia:

Przykład — użycie płyt do absorpcji dźwięku i wstrząsów

MISUMI oferuje płyty wykonane z szerokiej gamy materiałów, np. kauczuku poliuretanowego (PU/PUR), kauczuku poliuretanowego o niskim odsetku, poliuretanu antystatycznego, kauczuku butadienowo-nitrylowego (NBR), pianki poliuretanowej, filcu, pianki ceramicznej lub polietylenowej.

Płyty piankowe i gumowe są szczególnie odpowiednie do tłumienia w ogóle, a w szczególności do tłumienia dźwięku. Szeroki zakres zastosowań można rozwiązać, ponieważ są one dostępne w szerokim zakresie twardości Shore'a. Płyty piankowe lub gumowe mogą na przykład zmniejszyć emisję dźwięku z systemu. Nadają się również do tłumienia elementów transportu materiałów w systemach przenośników lub jako prowadnice boczne w celu ochrony komponentów i transportowanych towarów przed uszkodzeniem podczas uderzenia. W szczególności twarde gumowe płyty lub gumowe lub piankowe płyty o niskim wpływie na środowisko zmniejszają tę energię uderzenia.

Konfiguracja części montażowych

Przy użyciu Konfiguratora MISUMI można swobodnie konfigurować łożyska, wały i inne komponenty.

Wybierz typ komponentów i ustawić żądane tolerancje.

Biblioteka CAD

Skorzystaj z naszej obszernej biblioteki CAD , aby znaleźć najlepszą część montażową do swoich komponentów i zastosowań. Pobierz bezpłatnie swój skonfigurowany komponent z naszej strony internetowej.

Następnie możesz zaimportować pobrane komponenty do swojego programu CAD.

Czerp inspirację z naszej biblioteki CAD i edytuj swoje projekty za pomocą dodatku SolidWorks.