Materiály v mechanice a stavebnictví: nápady, aplikace a výhody

Tlumicí materiály jsou nezbytné pro mechaniku a konstrukci. Používají se k absorpci nárazů a vibrací a ke zlepšení provozu strojů a systémů. Díky svým jedinečným vlastnostem je lze použít v různých mechanických a technických aplikacích. Tento článek popisuje různé typy tlumicích a elastických materiálů, jakož i jejich použití v mechanice a konstrukci. Tento článek se zabývá různými typy tlumicích materiálů, jejich použitím v mechanických aplikacích a jejich specifickými vlastnostmi.

Proč má smysl používat tlumicí materiály v mechanice?

Tlumicí materiály lze použít v mechanice jako tlumiče vibrací pro snížení vibrací, nárazů a/nebo hluku vytvářeného mechanickými systémy, jako jsou motory, převodovky a další součásti. Snížením emisí vibrací a hluku mechanických systémů se zvyšuje celkový výkon, spolehlivost a bezpečnost systému. Účinným tlumením systému optimalizujete vlastnosti aplikace a snižujete riziko poškození nebo poruchy. Vzhledem k tomu, že použití tlumicích materiálů minimalizuje namáhání materiálu způsobené vibracemi, výrazně prodlužuje životnost mechanického systému.

Typy tlumicích materiálů

Existují různé typy tlumicích materiálů, které lze efektivně používat v mechanice a konstrukci. Patří sem polyuretany, elastomery a pěny. Každý materiál má své vlastní specifické vlastnosti, které je třeba vzít v úvahu pro příslušnou aplikaci a možná řešení. Výběr tlumicího materiálu závisí na specifických požadavcích systému, jako je frekvence vibrací nebo intenzita nárazů.

Polyuretanová pryž

Polyuretanová pryž má dobré vlastnosti tlumení vibrací. Má vynikající mechanickou pevnost a v kombinaci s vysokou odolností proti oděru je obzvláště odolná. Vzhledem k tomu, že polyuretanová pryž má výrazné vlastnosti potlačující vibrace, účinně pohlcuje nárazy a absorbuje výslednou energii. Má také vynikající odolnost proti olejům a je primárně vhodná pro použití v suchých prostředích bez chemikálií. V závislosti na oblasti aplikace lze použít zejména tepelně odolné, antistatické nebo otěruvzdorné formy polyuretanové pryže.

Vlastnosti polyuretanu
Označení Jednotka Polyuretanová pryž
Standardní Vulkollan® Odolnost proti oděru Keramická polyuretanová pryž Odolnost vůči teplu Odrazové rameno Velmi měkké
Tvrdost Shore A 95 90 70 50 30 92 68 90 70 95 90 70 50 90 70 15
Specifická hmotnost 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
Pevnost v tahu MPa 44 27 56 47 27 45.5 60 44.6 31.3 42 26 53 45 44.6 11.8 0.6
Prodloužení % 380 470 720 520 600 690 650 530 650 360 440 680 490 530 250 445
Tepelná stabilita až °C 70 80 (krátkodobé 120) 70 70 120 70 80
Odolnost proti nízkým teplotám až do °C -40 -20 -20 -20 -40 -20 -20 -20 -40

Elastomery

Elastomery se používají v široké škále mechanických aplikací. Mezi elastomery běžně používané v průmyslových aplikacích patří:

  • Nitrilová pryž (NBR)
  • Chloroprenová pryž (CR)
  • Etylenová pryž (EPDM)
  • Butylová pryž (IIR)
  • Fluorokaučuk (FPM)
  • Silikonová pryž (SI)
  • Tvrdá pryž
  • Přírodní kaučuk (NR)

Elastomery jsou velmi všestranné a lze je použít v různých designech pro širokou škálu aplikací. Elastomery mají obecně výrazný tlumicí účinek, a proto vydrží i silné vibrace a nárazy. V závislosti na typu použitého kaučuku má materiál zvláště odolné chemické a teplotní vlastnosti a může být použit v aplikacích, kde je vyžadována vysoká úroveň absorpce nárazů.

Vlastnosti kauce
Označení Jednotka Nitrilová pryž (NBR) Chloroprenová pryž (CR) Etylenová pryž (EPDM) Butylová pryž (IIR) Fluorokaučuk (FPM) Silikonová pryž (SI) Tvrdá pryž (Hanenaito®) Přírodní kaučuk (NR)
Standardní Vysoce silná verze
Tvrdost Shore A 70 50 65 65 65 80 60 70 50 50 57 32 45
Specifická hmotnost 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
Pevnost v tahu 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
Prodloužení % 370 400 460 490 380 330 270 300 330 400 810 840 730
Max. Provozní teplota °C 90 99 100 120 120 230 200 200 60 70
Teplota pro nepřetržité použití °C 80 80 80 80 210 150 150 30 70
Odolnost proti nízkým teplotám až do °C -10 -35 -40 -30 -10 -70 -50 10 0
Poznámka: Charakteristické hodnoty pevnosti v tahu a prodloužení jsou měřeny podle normy JIS K6251.

Pěny

Pěny jsou schopny účinně tlumit vibrace absorbováním energie vibrací prostřednictvím mnoha individuálních pórů. Jsou velmi flexibilní a lze je také nainstalovat na nerovné nebo zakřivené povrchy. Mají dobrou pružnost a díky své poréznosti a nízké hmotnosti mohou být použity různými způsoby, aby se minimalizovaly vibrace a tlumil zvuk. Další výhodou pěny je široký frekvenční rozsah, ve kterém může absorbovat vibrace.

K čemu se v mechanice používají tlumiče nárazů?

Tlumiče nárazů se používají v mechanice ke snížení nebo tlumení pohybu objektu nebo systému. Mohou také zabránit zpožděním, která mohou způsobit vibrace a oscilace mechanických systémů. V mechanických systémech se často používají tlumiče nárazů, které pohlcují nárazy a tlumí rychlost pohybujících se objektů, když mění směr nebo dojde k nárazu. Často se používají k tlumení hydraulických systémů (např. oleje), což umožňuje kompaktní konstrukci a robustní provozní charakteristiky.

V tomto datovém listu uvádí MISUMI příklad aplikace pro „tlumiče nárazu v mechanice“.

Jak tlumicí vlastnosti ovlivňují vaši aplikaci

Charakteristiky tlumení jsou důležitým faktorem při výběru správného tlumiče pro danou aplikaci. Tato vlastnost popisuje chování tlumiče v závislosti na rychlosti a ohybu pohybujícího se objektu.

Existují různé typy tlumicích vlastností, které jsou určeny velikostí, počtem a vyrovnáním otvorů mezi tlakovou komorou a akumulátorem tlaku uvnitř tlumiče.

Tlumič, klasifikace podle tlumicích vlastností

Tlumič, klasifikace podle tlumicích vlastností
Struktura Realizace prefabrikovanou silou Popis
Jeden otvor S-design
Typ A
Typ B
Typ L
Typ A, B, L Konstrukce s jedním otvorem má stejné odporové vlastnosti jako konstrukce s drážkou a prostorem mezi pístem a válcem, konstrukce s jednou trubkou a otvorem v pístu nebo konstrukce s dvojitou trubkou a jedním otvorem.
Píst s jedním otvorem pracuje ve válci naplněném olejem. Vzhledem k tomu, že plocha otevření je po celou dobu zdvihu stejná, je odpor největší bezprostředně po nárazu a poté se po zbytek zdvihu rovnoměrně snižuje.
Graf
Několik nepravidelných otvorů Střední rychlost Typ A, B, L V tomto dvoutrubkovém provedení se píst pohybuje ve vnitřní trubce. Tato vnitřní trubka má několik otvorů ve směru zdvihu a může absorbovat nejen konstantní energii, ale také energii z různých zdrojů. Určeno pro absorpci kinetické energie v první polovině zdvihu a regulaci rychlosti v druhé polovině. Proto se dobře hodí pro absorpci energie ve spojení se vzduchovými válci. Graf
Více otvorů Vysoká rychlost
H-design
Provedení ve tvaru H V tomto dvoutrubkovém provedení se píst pohybuje ve vnitřní trubce. Má několik otvorů ve směru zdvihu. Protože se otvory při klesající rychlosti zdvihu pomalu zmenšují, zůstává odpor relativně konstantní, i když je mírně vlnovitý. Graf

Jak si vyberete ten správný tlumič pro svou aplikaci?

Při výběru správného tlumiče pro danou aplikaci je nutné kromě tlumicích vlastností zvážit i další faktory, aby bylo dosaženo optimálního tlumicího účinku. Pro určení správného tlumiče pro vaši aplikaci je nutné provést následující výpočty a testy:

  • Výpočet setrvačné energie
  • Výpočet dočasného zdvihu tlumiče
  • Výpočet přebytečné energie
  • Výpočet celkové energie
  • Kontrola maximální ekvivalentní hmotnosti
  • Výběr charakteristik tlumení
  • Zkontrolujte maximální spotřebovanou energii za minutu

Výběr tlumiče závisí na typu aplikace. Vysokorychlostní aplikace například vyžadují tlumiče s vyšší tlumicí kapacitou.

Pro dosažení optimálního výkonu je třeba vzít v úvahu teplotu a okolní podmínky. Pečlivý výběr a instalace tlumičů mohou pomoci prodloužit životnost mechanických systémů a minimalizovat hluk a vibrace.