Materiały tłumiące w mechanice i budownictwie: pomysły, zastosowania i korzyści
Materiały tłumiące są niezbędne w mechanice i budownictwie. Służą do pochłaniania wstrząsów i wibracji oraz do poprawy działania maszyn i systemów. Ze względu na swoje unikalne właściwości mogą być używane w różnych zastosowaniach mechanicznych i technicznych. W artykule tym opisano różne rodzaje materiałów tłumiących i elastycznych, a także ich zastosowanie w mechanice i budownictwie. W artykule tym omówiono różne rodzaje materiałów tłumiących, to jak są wykorzystane w zastosowaniach mechanicznych i ich konkretne właściwości.
Po co w mechanice stosuje się materiały tłumiące?
Materiały tłumiące mogą być stosowane w mechanice jako tłumiki drgań w celu zmniejszenia wibracji, wstrząsów i / lub hałasu generowanego przez systemy mechaniczne, takie jak silniki, przekładnie i inne komponenty. Poprzez redukcję emisji drgań i hałasu z systemów mechanicznych poprawia się ogólną wydajność systemu, jego niezawodność i bezpieczeństwo. Skutecznie tłumiąc system optymalizujesz jego przydatność do danego zastosowania i zmniejszasz ryzyko uszkodzenia lub awarii. Ponieważ zastosowanie materiałów tłumiących minimalizuje naprężenia materiału spowodowane wibracjami, znacznie wydłużają żywotność systemu mechanicznego.
Rodzaje materiałów tłumiących
Są różne rodzaje materiałów tłumiących, które mogą być skutecznie stosowane w mechanice i budownictwie. Należą do nich poliuretany, elastomery i pianki. Każdy materiał ma swoje specyficzne właściwości, które trzeba brać pod uwagę pod kątem danego zastosowania i możliwych rozwiązań. Wybór materiału tłumiącego zależy od specyficznych wymagań danego systemu, takich jak częstotliwość drgań lub intensywność wstrząsów.
Kauczuk poliuretanowy
Kauczuk poliuretanowy ma dobre właściwości tłumiące wibracje. Ma doskonałą wytrzymałość mechaniczną i w połączeniu z wysoką odpornością na ścieranie jest szczególnie trwały. Ponieważ guma poliuretanowa ma wyraźne właściwości tłumiące drgania, skutecznie amortyzuje wstrząsy i pochłania powstałą energię. Ma również doskonałą odporność na olej i nadaje się do stosowania przede wszystkim w środowiskach suchych i wolnych od chemikaliów. W zależności od obszaru zastosowania można stosować formy gumy poliuretanowe szczególnie odporne na ciepło, antystatyczne lub ścierne.
| Oznaczenie | Jednostka | Kauczuk poliuretanowy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Standardowy | Vulkollan® | Odporny na ścieranie | Ceramiczny kauczuk poliuretanowy | Odporność na wysoką temperaturę | Ramię amortyzujące | Bardzo miękki | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Twardość | Shore A | 95 | 90 | 70 | 50 | 30 | 92 | 68 | 90 | 70 | 95 | 90 | 70 | 50 | 90 | 70 | 15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ciężar właściwy | g/cm³ | 1.13 | 1.13 | 1.20 | 1.20 | 1.20 | 1.26 | 1.20 | 1.13 | 1.13 | 1.2 | 1.15 | 1.13 | 1.03 | 1.02 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wytrzymałość na rozciąganie | MPa | 44 | 27 | 56 | 47 | 27 | 45.5 | 60 | 44.6 | 31.3 | 42 | 26 | 53 | 45 | 44.6 | 11.8 | 0.6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wydłużenie | % | 380 | 470 | 720 | 520 | 600 | 690 | 650 | 530 | 650 | 360 | 440 | 680 | 490 | 530 | 250 | 445 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stabilność cieplna do | °C | 70 | 80 (krótkoterminowe 120) | 70 | 70 | 120 | 70 | 80 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Odporność na niską temperaturę do | °C | -40 | -20 | -20 | -20 | -40 | -20 | -20 | -20 | -40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elastomery
Elastomery są stosowane w szerokim zakresie zastosowań mechanicznych. Elastomery powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych:
- Kauczuk nitrylowy (NBR)
- Kauczuk chloroprenowy (CR)
- Kauczuk etylenowy (EPDM)
- Kauczuk butylowy (IIR)
- Kauczuk fluorowy (FPM)
- Kauczuk silikonowy (SI)
- Guma twarda
- Kauczuk naturalny (NR)
Elastomery są bardzo wszechstronne i mogą być używane w różnych konstrukcjach do wielu różnych zastosowań. Elastomery zazwyczaj mają wyraźny efekt tłumienia i dlatego mogą wytrzymać nawet silne wibracje i wstrząsy. W zależności od rodzaju zastosowanego kauczuku, materiał ma szczególnie właściwości chemiczne i odporne na temperaturę i może być stosowany w zastosowaniach, w których wymagany jest wysoki poziom absorpcji wstrząsów.
| Oznaczenie | Jednostka | Kauczuk nitrylowy (NBR) | Kauczuk chloroprenowy (CR) | Kauczuk etylenowy (EPDM) | Kauczuk butylowy (IIR) | Kauczuk fluorowy (FPM) | Kauczuk silikonowy (SI) | Twardy kauczuk (Hanenaito®) | Kauczuk naturalny (NR) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Standardowy | Wersja o wysokiej wytrzymałości | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Twardość | Shore A | 70 | 50 | 65 | 65 | 65 | 80 | 60 | 70 | 50 | 50 | 57 | 32 | 45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ciężar właściwy | g/cm³ | 1.60 | 1.30 | 1.60 | 1.20 | 1.50 | 1.80 | 1.90 | 1.20 | 1.20 | 1.30 | 1.20 | 0.90 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wytrzymałość na rozciąganie | MPa | 12.7 | 4.4 | 13.3 | 12.8 | 7.5 | 12.5 | 10.8 | 7.4 | 8.8 | 7.8 | 8.3 | 10.3 | 16.1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wydłużenie | % | 370 | 400 | 460 | 490 | 380 | 330 | 270 | 300 | 330 | 400 | 810 | 840 | 730 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Maks. Temperatura pracy | °C | 90 | 99 | 100 | 120 | 120 | 230 | 200 | 200 | 60 | 70 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Temperatura do ciągłego użytkowania | °C | 80 | 80 | 80 | 80 | 210 | 150 | 150 | 30 | 70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Odporność na niską temperaturę do | °C | -10 | -35 | -40 | -30 | -10 | -70 | -50 | 10 | 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pianki
Pianki są w stanie skutecznie tłumić wibracje, pochłaniając energię wibracji przez wiele indywidualnych porów. Są bardzo elastyczne i mogą być również instalowane na nierównych lub zakrzywionych powierzchniach. Mają dobrą elastyczność i dzięki swojej porowatości i niskiej wadze mogą być stosowane na różne sposoby, aby zminimalizować wibracje i tłumić dźwięk. Kolejną zaletą pianki jest szeroki zakres częstotliwości, w którym może pochłaniać wibracje.
Do czego służą amortyzatory w mechanice?
Amortyzatory są stosowane w mechanice w celu zmniejszenia lub tłumienia ruchu obiektu lub systemu. Mogą również zapobiegać opóźnieniom, które mogą powodować wibracje i drgania w systemach mechanicznych. Amortyzatory są często używane w systemach mechanicznych do pochłaniania wstrząsów i tłumienia prędkości poruszających się obiektów, gdy zmieniają kierunek lub napotykają na uderzenia. Często stosuje się je do tłumienia układów hydraulicznych (np. oleju), co pozwala na kompaktową konstrukcję i solidną charakterystykę działania.
W tym arkuszu danych MISUMI pokazuje przykład zastosowania „amortyzatorów w mechanice”.
Jak charakterystyka tłumienia wpływa na przydatność do danego zastosowania
Charakterystyka tłumienia jest ważnym czynnikiem przy wyborze odpowiedniego amortyzatora do danego zastosowania. Ta charakterystyka opisuje zachowanie amortyzatora w zależności od prędkości i odchylenia poruszającego się obiektu.
Są różne rodzaje charakterystyk tłumienia, określane przez rozmiar, liczbę i osiowanie otworów między komorą ciśnieniową a akumulatorem ciśnienia wewnątrz amortyzatora.
Amortyzator, klasyfikacja zgodnie z charakterystyką tłumienia
| Struktura | Realizacja poprzez prefabrykowaną siłę | Opis | ||
|---|---|---|---|---|
| Jeden otwór | Konstrukcja typu S Typ A Typ B Typ L |
 |
Konstrukcja z pojedynczym otworem ma takie same właściwości wytrzymałościowe jak konstrukcja szczelinowa z przestrzenią między tłokiem a cylindrem, konstrukcja z pojedynczą rurą z otworem w tłoku lub konstrukcja z podwójną rurą i jednym otworem. Tłok z jednym otworem biegnie w cylindrze wypełnionym olejem. Ponieważ powierzchnia otworu jest taka sama przez cały skok, opór jest największy natychmiast po uderzeniu, a następnie zmniejsza się równomiernie przez resztę skoku. |
 |
| Wiele nieregularnych otworów | Średnia prędkość | |
W tej podwójnej konstrukcji tłok biegnie w rurze wewnętrznej. Ta wewnętrzna rura posiada kilka otworów w kierunku podnoszenia i może pochłaniać nie tylko stałą energię, ale także energię z różnych źródeł. Zaprojektowana do pochłaniania energii kinetycznej podczas pierwszej połowy skoku i regulacji prędkości podczas drugiej połowy. Wskutek tego dobrze nadaje się do pochłaniania energii w połączeniu z cylindrami powietrza. |  |
| Wiele otworów | Duża prędkość Konstrukcja typu H |
 |
W tej podwójnej konstrukcji tłok biegnie w rurze wewnętrznej. Posiada kilka otworów w kierunku podnoszenia. Ponieważ otwory powoli stają się mniejsze przy malejącej prędkości podnoszenia, opór pozostaje względnie stały, nawet jeśli jest nieco podobny do fali. |  |
Jak wybrać odpowiedni amortyzator do danego zastosowania?
Przy wyborze odpowiedniego amortyzatora do danego zastosowania należy wziąć pod uwagę inne czynniki oprócz charakterystyki tłumienia, aby uzyskać optymalny efekt tłumienia. Aby wskazać amortyzator właściwy do danego zastosowania, należy wykonać następujące obliczenia i testy:
- Obliczenie energii inercyjnej
- Obliczenie tymczasowego skoku amortyzatora
- Obliczenie nadmiaru energii
- Obliczenie całkowitej energii
- Sprawdzanie maksymalnej masy ekwiwalentnej
- Wybór charakterystyki tłumienia
- Sprawdź maksymalne zużycie energii na minutę
Wybór amortyzatora zależy od rodzaju zastosowania. Na przykład do zastosowań o dużej prędkości potrzebne są amortyzatory o wyższej zdolności tłumienia.
Aby osiągnąć optymalną wydajność, należy wziąć pod uwagę temperaturę i warunki otoczenia. Staranny dobór i montaż amortyzatorów może pomóc wydłużyć żywotność systemów mechanicznych oraz zminimalizować hałas i wibracje.