Vlastnosti tlumicích materiálů a jejich použití

Mechanici se spoléhají na tlumicí materiály všude tam, kde dochází k nežádoucím vibracím, oscilacím, nárazům nebo hluku. Pokud tyto vibrace zůstanou nekontrolované, mohou vést ke ztrátám přesnosti, předčasnému opotřebení materiálu a dokonce i zničení stroje. V důsledku toho tlumicí materiály nejen zvyšují životnost a výkon strojů, ale také je často chrání před poškozením. Kromě pěn, plsti a pryže se k výrobě tlumicích materiálů používají také speciální plasty. Tento článek na blogu poskytuje přehled různých tlumících materiálů a jejich použití.

Co je to vibrace?

Z čistě fyzického hlediska je vibrace časovou pravidelnou změnou fyzického parametru ohledně jeho rovnovážného stavu. Vibrace lze popsat podle amplitudy parametrů, frekvence a fázového nebo fázového úhlu. Vibrace jsou pravidelné mechanické vibrace, které lze obvykle také slyšet a cítit. U rotačních a oscilačních součástí se nejčastěji vyskytují mechanické oscilace nebo vibrace.

Existuje několik forem vibrací:

• Harmonické: Časově orientovaný graf je popsán funkcí sinus nebo kosinus, bez tlumení nebo podobně. Vnější vlivy.
• Nabuzené: Vibrace nabuzené externí periodickou silou (zvyšující se amplituda).  Vibrace budiče jsou v rozsahu rezonance přirozené oscilace. Čím více se frekvence nabuzení blíží přirozené frekvenci, tím silnější je výsledná rezonance.
• Tlumené: Amplituda tlumených vibrací se časem snižuje v důsledku energetických ztrát, např. třením nebo tlumením.

Přirozená oscilace a rezonance

Takzvaná přirozená oscilace nastává, když vnější síla působí na elasticky deformovatelné tělo jednou. Tato přirozená oscilace je způsobena vratnou silou, která je úměrná vychýlení a vrací tělo do rovnovážného stavu.

Pokud na tělo působí kromě přirozené oscilace i silové šoky se stejnou frekvencí budiče, překrývají se přirozená oscilace a oscilace budiče s vyšší amplitudou, dochází k takzvanému oscilačnímu vrcholu. Mohlo by dojít k poškození systému. To je místo, kdy vstupuje na řadu tlumení vibrací a izolační materiály vibrací.

Více informací o různých formách vibrací naleznete v našem článku o vnitřním vibračním chování pružin.

Absorpce vibrací a izolace vibrací

Vibrace lze potlačit mnoha způsoby. Absorpce vibrací je pokus o snížení vrcholu (amplitudy) vibrací prostřednictvím extrakce energie.
Kromě vlastnosti materiálu použitého k dosažení tlumicího účinku elastickou deformací a vnitřním třením lze také použít připojené hydraulické, pneumatické a/nebo elektrické tlumiče nebo jiné mechanicky tlumicí prvky.

Tlumení přeměňuje vibrační energii na teplo. Amplituda vibrací je snížena, což snižuje vibrace a zvyšuje jejich ovladatelnost. Efekt tlumení tak významně přispívá ke zlepšení životnosti a spolehlivosti strojů a jejich součástí. Jelikož se však tlumení obvykle dosahuje přeměnou kinetické energie na teplo, může se tlumicí materiál při přetížení přehřát, a účinky tohoto jevu se mohou pohybovat od změny vlastností tlumení až po selhání přetížené klapky.

Na druhou stranu izolace vibrací znamená ideální udržování výskytu vibrací zcela mimo systém nebo případně přenos výsledných vibrací do jiného systému. To se obvykle provádí instalací elastických izolátorů vibrací. Izolace vibrací je účinná, když je přirozená frekvence izolovaného systému vibrací nižší než složka s nejnižší frekvencí škodlivých vibrací. Izolátory vibrací mohou být například: ocelové pružiny, gumové pufry, izolační desky vyrobené z korku, pryže, plsti, písku atd.

Existuje několik typů izolace vibrací:

• Aktivní izolace vibrací: Prostředí stroje je chráněno před vibracemi.
• Pasivní izolace vibrací: Samotný stroj je chráněn před vibracemi okolí.

Dalším principem je rušení vibrací, zejména u velkých zařízení/velkých strojů. Připojením dalšího oscilátoru nesoucího hmotnost se odstraní energie excitace a zruší se vibrace hlavního systému.

Co jsou tlumicí materiály?

Tlumicí materiály se používají k absorpci nebo snížení vibrací, hluku (oscilací) ve strojích. Existují například tlumicí materiály pro následující typy tlumení:

• Absorpce oscilačních vibrací / tlumení vibrací: Pohyby vibračních zařízení a strojů jsou tlumeny. Materiály použité k tomuto účelu jsou elastické. Jsou umístěny mezi zdrojem vibrací a objektem, který má být chráněn.
• Snižují nežádoucí mechanické vibrace, např. PU povlak na površích.
• Zvuková izolace: Absorbuje/izoluje proti zvukovým vlnám a snižuje tak hluk. Zvukově izolační materiály jsou často měkké a porézní. To může způsobit, že se zvukové vlny v materiálu lámou, uvíznou a jsou absorbovány.
• Mechanické tlumení, např. tlumení nárazů: Náhlé nárazy a zatížení, včetně působících sil, jsou absorbovány a distribuovány. Chrání citlivé součásti před poškozením. Materiály absorbující nárazy jsou pružné a mohou absorbovat velké množství energie.

MISUMI nabízí širokou škálu tlumicích materiálů pro širokou škálu použití. Následující přehled poskytuje pomoc při výběru vhodné komponenty MISUMI:

Obecně má mnoho plastů také tlumicí vlastnosti. Další informace o vlastnostech plastů ve strojírenství naleznete v našem článku o plastech.

Který materiál je vhodný pro absorpci vibrací?

Materiály reagují na vibrace odlišně. Tvrdost je jedna vlastnost, která ovlivňuje vibrace. Tvrdost označuje, jak odolný je materiál vůči vniknutí jiného materiálu. Čím vyšší je hodnota tvrdosti, tím odolnější materiál je vůči deformaci. Tvrdost se určuje různými metodami měření tvrdosti, např. tvrdostí podle Rockwella nebo tvrdostí podle Shorea. Další informace o různých testech tvrdosti naleznete v našem článku Porovnání tvrdosti a testů tvrdosti.

Tvrdost také ovlivňuje elasticitu, která zase ovlivňuje frekvenci vibrací (počet oscilací na jednotku času). Vysoce pevné materiály mají nižší pružnost. Frekvence vibrací se zvyšuje se zvyšující se pružností (pružinová konstanta) a snižující se hmotností těla, viz také následující přehled různých tlumicích materiálů:

• (1) Pouzdro tlumiče
• (2) Deska tlumiče
• (3) Gely tlumící vibrace
• (4) Verze s gumovým povlakem
• (5) Gumovo-kovové prvky
• (6) RUBLOC
• (7) Desky absorbující vibrace
• * Nosnost (kg) pro 4 jednotky

Zde zobrazené tlumicí prvky jsou podrobně uvedeny níže:

Gumové nátěry

Pogumované povrchové nátěry jsou účinnou metodou tlumení proti akustickým emisím. Elastický materiál převádí kinetickou energii působící na materiál na teplo prostřednictvím deformace a vnitřního tření, čímž snižuje amplitudu vibrací. Následující obrázek znázorňuje typickou konstrukci tlumicího prvku s kombinací gelu tlumícího vibrace a gumového povrstvení.

Verze s gelem tlumícím vibrace a gumovým povrstvením je navržena pro lehké zatížení a nízké vibrace. Gel absorbuje nízké frekvence při maximální pracovní zátěži 25–35 kg a minimální využitelné frekvenci 13 Hz. Silikonové tělo s povrstvením etylenovou gumou je odolné proti povětrnostním vlivům a vhodné pro venkovní použití. Silikonové tlumiče také poskytují delší životnost při únavě materiálu než tradiční gumové tlumiče.

Gelové vložky nebo gelové tlumicí návleky

Díky svým vysokým tlumicím vlastnostem jsou gelové vložky speciálně navržené pro tlumení vibrací, které se používají zejména při vysokých frekvencích a nízkých kapacitách zatížení. Měkký gelový materiál účinně absorbuje vibrace. Gelové vložky lze použít následovně:

Gel absorbující vibrace

Gely absorbující vibrace, zejména gely na bázi silikonu, jsou ideální pro redukci vibrací v aplikacích, které mají ultralehké až střední zatížení a nízké vibrace. Vyznačují se vysokou flexibilitou a přizpůsobivostí. Ve srovnání s tradičními gumovými tlumiči poskytují silikonové gelové tlumiče delší životnost a zachovávají si své tlumicí vlastnosti i při dlouhodobém namáhání.

Gelové destičky absorbující vibrace

Gelové destičky absorbující vibrace jsou ideální pro lehké zátěže a minimální vibrace, které se obtížně tlumí konvenční gumou. Jsou tepelně ošetřené, nevykazují nežádoucí rezonance a vyžadují rovnoměrné rozložení zátěže. Tyto gelové výrobky jsou vhodné pouze pro svislé zátěže, protože boční výtlaky nebo torzní zátěže výrazně snižují jejich účinnost a životnost. Také by neměly být vystaveny mechanickému namáhání.

Gumové držáky absorbující vibrace

Gumové držáky absorbující vibrace jsou vhodné pro lehké až střední zatížení. Díky své odolnosti a vysoké kapacitě zatížení se gumové držáky často používají v aplikacích strojů a vozidel a zároveň poskytují vysokou odolnost proti opotřebení a vnějším vlivům prostředí.

RUBLOC

Tlumič vibrací RUBLOC® je ochranná známka společnosti Rubloc Imexin a je vhodný pro lehké až střední zátěže s nízkými až středními vibracemi. Speciální složení chloroprenové pryže odpuzující nečistoty minimalizuje kontaminaci povrchů materiálu, které přicházejí do kontaktu s tlumičem, zatímco zbývající vlastnosti jsou podobné jako u konvenční chloroprenové pryže. Diagonální šíření vibrací v destičkách má za následek vysoký tlumicí účinek.

Odolnost proti zvuku / zvuková izolace

Zvukové těsnění nebo zvuková izolace označuje opatření, která brání nebo snižují přenos zvuku. Zvuková izolace je navržena tak, aby zmírňovala zvuk. Toho je dosaženo buď odrazem, nebo absorbováním zvuku.

Textura povrchu výrazně ovlivňuje schopnost odrážet nebo lámat zvuk. Podobně jako u světelného paprsku v optice i hladké povrchy odrážejí zvuk přímo do místnosti, což vede k tomu, že zvuk je odváděn zpět téměř na stejné úrovni. Hrubé nebo strukturované povrchy na druhou stranu lámou zvukové vlny a rozptylují je v různých směrech. Zvukotěsná řešení, jako jsou akustické desky nebo pěny, využívají tohoto principu. Vlnová energie zvuku je touto difuzí rozdělena na menší množství energie a je odpovídajícím způsobem zeslabena zachycením v materiálu. Existují také speciální akustické pěny a dřevovláknité desky, které zcela absorbují energii zvukových vln. Materiály zvukové izolace jsou vhodné pro absorpci vysokých frekvencí, ale méně se hodí pro nízké zvukové frekvence. Silikonové gelové podložky, gumové pufry atd. se lépe hodí při nízkých frekvencích. I když silikonové gelové rohože nabízejí vynikající a účinnou absorpci vibrací, gumové pufry jsou k dispozici pro širokou škálu aplikací díky různým konstrukcím, variantám a materiálům.

Následující text ukazuje chování různých možností tlumení:

Příklad – použití desek pro tlumení zvuku a nárazů

MISUMI nabízí desky vyrobené z široké škály materiálů, např. polyuretanové pryže (PU/PUR), polyuretanové pryže s nízkým zpětným pohybem, antistatické polyuretanové, nitrilové butadienové pryže (NBR), polyuretanové pěny, plstěné, keramické nebo polyetylenové pěny.

Pěnové pláty a pryžové pláty jsou obzvláště vhodné pro tlumení obecně a zejména pro zvukové ochrany. Širokou škálu aplikací lze řešit, protože jsou k dispozici v široké škále tvrdostí podle Shorea. Pěnové pláty nebo pryžové pláty mohou například snížit zvukové emise systému. Jsou také vhodné pro tlumení součástí pro manipulaci s materiálem v dopravníkových systémech nebo jako boční vodítka pro ochranu součástí a přepravovaného zboží před poškozením během nárazu. Zejména tvrdé pryžové desky nebo pryžové nebo pěnové desky s nízkým nárazem snižují tuto nárazovou energii.

Konfigurace montážních dílů

S pomocí konfigurátoru MISUMI můžete volně konfigurovat ložiska, hřídele a další komponenty.

Vyberte typ součásti a nastavte požadované tolerance.

CAD knihovna

Využijte naši rozsáhlou CAD knihovnu a najděte nejlepší montážní díl pro vaše komponenty a aplikace. Stáhněte si zdarma svou nakonfigurovanou součást z našeho webu.

Stažené komponenty pak můžete importovat do svého CAD programu.

Nechte se inspirovat naší CAD knihovnou a upravte své návrhy pomocí našeho doplňku SolidWorks.