Egenskaper hos dämpningsmaterial och deras användning

Mekaniska ingenjörer förlitar sig på dämpningsmaterial där oönskade vibrationer, svängningar, stötar eller ljud uppstår. Om dessa vibrationer förblir okontrollerade kan de leda till precisionsförluster, för tidigt materialslitage och till och med maskinförstörelse. Som ett resultat av detta ökar dämpningsmaterial inte bara maskinernas livslängd och prestanda, utan skyddar dem också ofta mot skador. Förutom skum, filt och gummi används specialplaster också för att producera dämpningsmaterial. Denna bloggartikel ger en översikt över de olika dämpningsmaterialen och hur man använder dem.

Vad är en vibration?

Ur en rent fysisk synvinkel är en vibration en tidsbaserad periodisk förändring i en fysisk parameter om dess jämviktstillstånd. Vibrationer kan beskrivas med parametrarna amplitud, frekvens och fas- eller fasvinkel. En vibration är en periodisk mekanisk vibration som vanligtvis också kan höras och kännas. Mekaniska svängningar eller vibrationer förekommer oftast på roterande och oscillerande komponenter.

Det finns flera former av vibrationer:

• Harmonisk: Den tidsbaserade grafen beskrivs av en sinus- eller cosinusfunktion, utan dämpning eller liknande. Externa influenser.
• Exciterad: En vibration som exciteras av en extern periodisk kraft (ökad amplitud).  Excitervibrationen ligger inom resonansintervallet för den naturliga oscillationen. Ju mer excitationsfrekvensen närmar sig den naturliga frekvensen, desto starkare blir den resulterande resonansen.
• Fördömd: Amplituden hos en dämpad vibration minskar med tiden på grund av energiförluster, t.ex. genom friktion eller dämpning.

Naturlig oscillation och resonans

En så kallad naturlig oscillation uppstår när en yttre kraft verkar på en elastiskt deformerbar kropp en gång. Denna naturliga oscillation orsakas av returkraften, som är proportionell mot avböjningen och återställer kroppen till sitt jämviktsläge.

Om kraftchocker med samma exciterfrekvens verkar på kroppen utöver den naturliga oscillationen, överlappar den naturliga oscillationen och exciteroscillationen till en högre amplitud, uppstår en så kallad oscillationstopp. Detta kan orsaka skador på systemet. Det är här vibrationsdämpning och vibrationsisolerande material kommer in.

Du kan också ta reda på mer om de olika formerna av vibrationer i vår artikel om fjädrarnas inneboende vibrationsbeteende.

Vibrationsabsorption och isolerande vibrationer

Vibrationer kan motverkas på flera olika sätt. Vibrationsabsorption är försöket att minska toppen (amplituden) av en vibration genom energiextraktion.
Kopplade hydrauliska, pneumatiska och/eller elektriska spjäll eller andra mekaniskt dämpande element kan också användas utöver egenskapen hos ett material som används för att uppnå en dämpande effekt genom elastisk deformation och intern friktion.

Dämpning omvandlar vibrationsenergi till värme. Vibrationens amplitud minskas, vilket minskar vibrationerna och gör dem mer kontrollerbara. Dämpningseffekten bidrar därmed avsevärt till att förbättra livslängden och tillförlitligheten hos maskiner och maskinkomponenter. Men eftersom dämpning vanligtvis uppnås genom att omvandla kinetisk energi till värme kan dämpningsmaterialet överhettas om det överbelastas, vars effekter kan variera från en förändring i dämpningsegenskaper till felet hos det överbelastade spjället.

Å andra sidan innebär vibrationsisolering att helst hålla förekomsten av vibrationer helt borta från ett system eller, i förekommande fall, överföra den resulterande vibrationen till ett annat system. Detta görs vanligtvis genom att installera elastiska vibrationsisolatorer. Vibrationsisolering är effektiv när det vibrationsisolerade systemets naturliga frekvens är mindre än den lägsta frekvenskomponenten i den falska vibrationen. Vibrationsisolatorer kan till exempel vara: stålfjädrar, gummibuffertar, isoleringsplattor av kork, gummi, filt, sand etc.

Det finns flera typer av vibrationsisolering:

• Aktiv vibrationsisolering: Maskinmiljön är skyddad mot vibrationer.
• Passiv vibrationsisolering: Maskinen är skyddad mot omgivande vibrationer.

Vibrationsreducering är ännu en princip, särskilt på stor utrustning/stora maskiner. Genom att fästa en massbärande ytterligare oscillator avlägsnas energin i excitationen och vibrationsrörelsen i huvudsystemet avbryts.

Vad är dämpningsmaterial?

Dämpande material används för att absorbera eller minska vibrationer, buller (oscillationer) i maskiner. Det finns till exempel dämpningsmaterial för följande typer av dämpniqng:

• Absorption av oscillerande vibrationer/vibrationsdämpning: Rörelser av vibrerande utrustning och maskiner dämpas. De material som används för detta ändamål är elastiska. De placeras mellan vibrationskällan och objektet som ska skyddas.
• Minskar oönskade mekaniska vibrationer, t.ex. PU-beläggning på ytor.
• Ljudisolering: Absorberar/isolerar mot ljudvågor för att minska buller. Ljudsäkringsmaterial är ofta mjuka och porösa. Detta kan orsaka ljudvågor att bryta i materialet, fastna och absorberas.
• Mekanisk dämpning, t.ex. stötdämpning: Plötsliga stötar och belastningar, inklusive verkande krafter, absorberas och distribueras. Detta skyddar känsliga komponenter mot skador. Stötdämpande material är elastiska och kan absorbera mycket energi.

MISUMI erbjuder ett brett utbud av dämpningsmaterial för ett brett spektrum av tillämpningar. Följande översikt ger hjälp med att välja lämplig MISUMI-komponent:

I allmänhet har många plaster också dämpningsegenskaper. Läs mer om plastens egenskaper inom maskinteknik i vår artikel om plast.

Vilket material lämpar sig för vibrationsabsorption?

Material reagerar olika på vibrationer. Hårdhet är en egenskap som påverkar vibrationer. Hårdhet indikerar hur resistent ett material är mot intrång av ett annat material. Ju högre hårdhetsvärde, desto mer motståndskraftigt är materialet mot deformation. Hårdheten bestäms med olika hårdhetstestmetoder, t.ex. hårdhet enligt Rockwell eller hårdhet enligt Shore. Läs mer om de olika hårdhetstesterna i vår artikel Hårdhets- och hårdhetstestjämförelse.

Hårdhet påverkar också elasticiteten, vilket i sin tur påverkar vibrationsfrekvensen (antalet oscillationer per tidsenhet). Höghårda material har lägre elasticitet. Vibrationsfrekvensen ökar med ökande elasticitet (vårkonstant) och minskande massa i kroppen, se även följande översikt av olika dämpningsmaterial:

• (1) Dämparhylsa
• (2) Dämparplatta
• (3) Vibrationsdämpande geler
• (4) Version av gummibeläggning
• (5) Gummimetallelement
• (6) RUBLOC
• (7) Vibrationsabsorberande plattor
• * Lastkapacitet (kg) för 4 enheter

Dämpningselementen som visas här presenteras i detalj nedan:

Gummibeläggningar

Ytapplicerade gummibeläggningar är en effektiv dämpningsmetod mot akustiska utsläpp. Det elastiska materialet omvandlar den kinetiska energin som verkar på materialet till värme genom deformation och inre friktion, vilket minskar vibrationsamplituden. Följande figur visar en typisk design av ett dämpningselement, med en kombination av vibrationsdämpande gel och gummibeläggning.

Versionen med vibrationsdämpande gel och gummibeläggning är utformad för lätta laster och låga vibrationer. Gelen absorberar låga frekvenser vid en maximal arbetsbelastning på 25–35 kg och en minsta användbar frekvens på 13 Hz. Silikonbasen med etylengummibeläggning är väderbeständig och lämplig för utomhusbruk. Silikondämpare ger också längre livslängd än traditionella gummidämpare.

Gelbussningar eller gelspjällshylsor

På grund av sina höga dämpningsegenskaper är gelbussningar speciellt utformade vibrationsdämpande element som används särskilt vid höga frekvenser och låg lastkapacitet. Det mjuka, gelliknande materialet absorberar effektivt vibrationer. Gelbussningar kan användas enligt följande:

Vibrationsabsorberande gel

Vibrationsabsorberande geler, särskilt silikonbaserade geler, är idealiska för vibrationsreducering i tillämpningar med ultralätta till medelhöga belastningar och låga vibrationer. De kännetecknas av hög flexibilitet och anpassningsförmåga. Jämfört med traditionella gummidämpare ger silikongeldämpare längre livslängd och behåller sina dämpningsegenskaper även under långvarig stress.

Vibrationsabsorberande gelplattor

Vibrationsabsorberande gelplattor är idealiska för lätta laster och minimala vibrationer som är svåra att dämpa med konventionellt gummi. De är värmebehandlade, uppvisar inte oönskade resonanser och kräver jämn belastningsfördelning. Dessa gelartiklar lämpar sig endast för vertikala belastningar, eftersom laterala förskjutningar eller vridande belastningar kraftigt minskar deras effektivitet och livslängd. De bör inte heller utsättas för mekaniska påfrestningar.

Vibrationsabsorberande gummifästen

Vibrationsabsorberande gummifästen passar för lätta till medelstora belastningar. På grund av deras hållbarhet och höga lastkapacitet används gummifästen ofta i maskin- och fordonstillämpningar, samtidigt som de ger hög motståndskraft mot slitage och yttre miljöpåverkan.

RUBLOC

RUBLOC® vibrationsdämpare är ett varumärke som tillhör Rubloc Imexin och är lämplig för lätta till medelstora belastningar med låg till medelhög vibration. Den speciella sammansättningen av smutsavvisande kloroprengummi minimerar kontaminering av materialytor som kommer i kontakt med spjället, medan de återstående egenskaperna liknar de hos konventionellt kloroprengummi. Den diagonala utbredningen av vibrationerna inuti plattorna resulterar i en hög dämpande effekt.

Ljudsäkring/ljudisolering

Ljudisolering eller ljudisolering avser åtgärder som förhindrar eller minskar ljudöverföring. Ljudisolering är utformad för att minska ljudet. Detta uppnås antingen genom att reflektera eller genom att absorbera ljudet.

Ytans struktur påverkar i hög grad förmågan att reflektera eller bryta ljud. I likhet med reflektionen av en ljusstråle i optiken reflekterar släta ytor ljud direkt tillbaka in i rummet, vilket resulterar i att ljudet kastas tillbaka på nästan samma nivå. Grova eller strukturerade ytor, å andra sidan, bryter ljudvågorna och sprider dem i olika riktningar. Ljudisoleringslösningar som akustiska plattor eller skum utnyttjar denna princip. Ljudets vågenergi delas upp i mindre mängder energi genom denna diffusion och dämpas därefter genom att fastna i materialet. Det finns också speciella akustiska skum och fiberskivor som helt absorberar ljudvågsenergi. Ljudisoleringsmaterial är lämpliga för att absorbera höga frekvenser men är mindre lämpade för låga ljudfrekvenser. Silikongelmattor, gummipuffar etc. passar bättre vid låga frekvenser. Medan silikongelmattor har utmärkt och effektiv vibrationsabsorption, finns gummipuffer tillgängliga för ett brett spektrum av applikationer på grund av deras olika design, varianter och material.

Följande visar beteendet hos de olika dämpningsalternativen:

Exempel - Användning av plattor för ljud- och stötdämpning

MISUMI erbjuder plattor tillverkade av en mängd olika material, t.ex. polyuretangummi (PU/PUR), lågavkastande polyuretangummi, antistatisk polyuretan, nitrilbutadiengummi (NBR), polyuretanskum, filt, keramik eller polyetylenskum.

Skumplattor och gummiplåtar är särskilt lämpade för dämpning i allmänhet och för ljudsäkring i synnerhet. Ett brett spektrum av applikationer kan åtgärdas eftersom de är tillgängliga i ett brett spektrum av Shore hårdhet. Skumplattor eller gummiark kan till exempel minska ljudutsläppen från ett system. De lämpar sig också för dämpning av materialhanteringskomponenter i transportsystem eller som sidostyrningar för att skydda komponenter och transporterat gods mot skador vid stötar. I synnerhet minskar hårda gummiplattor eller gummi- eller skumplattor med låg slagkraft denna slagenergi.

Konfigurera dina monteringsdelar

Med MISUMI-konfiguratorn kan du fritt konfigurera lager, axlar och andra komponenter.

Välj komponenttyp och ställ in önskade toleranser.

CAD-bibliotek

Utnyttja vårt omfattande CAD-bibliotek för att hitta den bästa monteringsdelen för dina komponenter och applikationer. Ladda ner din konfigurerade komponent kostnadsfritt från vår webbplats.

Du kan sedan importera de nedladdade komponenterna till ditt CAD-program.

Låt oss inspirera dig i vårt CAD-bibliotek och redigera dina mönster med vårt SolidWorks-tillägg.