Condividi l'articolo:

Materiali di smorzamento nella meccanica e nelle costruzioni: idee, applicazioni e vantaggi

Smorzamento

I materiali di smorzamento sono essenziali nella meccanica e nelle costruzioni. Vengono utilizzati per assorbire urti e vibrazioni e per migliorare il funzionamento di macchine e sistemi. Grazie alle loro proprietà uniche, possono essere utilizzati in varie applicazioni meccaniche e tecniche. Questo articolo descrive diversi tipi di materiali di smorzamento ed elastici, nonché la loro applicazione nella meccanica e nelle costruzioni. Questo articolo tratta diversi tipi di materiali di smorzamento, il modo in cui vengono utilizzati nelle applicazioni meccaniche e quali proprietà specifiche hanno.

Perché ha senso utilizzare materiali di smorzamento nella meccanica?

I materiali di smorzamento possono essere utilizzati nella meccanica come smorzatori di vibrazioni per ridurre vibrazioni, urti e/o rumore generati dai sistemi meccanici come motori, trasmissioni e altri componenti. Riducendo le vibrazioni e le emissioni di rumore dei sistemi meccanici, vengono migliorate le prestazioni complessive del sistema, l’affidabilità e la sicurezza. Con uno smorzamento efficace del sistema, si ottimizzano le proprietà dell’applicazione e si riduce il rischio di danni o guasti. Poiché l’uso dei materiali di smorzamento riduce al minimo la sollecitazione del materiale causata dalle vibrazioni, aumentano significativamente la durata di un sistema meccanico.

Tipi di materiali di smorzamento

Esistono diversi tipi di materiali di smorzamento che possono essere utilizzati in modo efficiente nella meccanica e nelle costruzioni. Questi includono poliuretani, elastomeri e schiume. Ogni materiale ha le proprie proprietà specifiche che devono essere prese in considerazione per la rispettiva applicazione e le possibili soluzioni. La scelta del materiale di smorzamento dipende dai requisiti specifici del sistema, come la frequenza della vibrazione o l’intensità dell’urto.

Gomma poliuretanica

La gomma poliuretanica ha buone proprietà di smorzamento delle vibrazioni. Ha un’eccellente resistenza meccanica e, in combinazione con la sua resistenza all’abrasione elevata, è particolarmente resistente. Poiché la gomma poliuretanica ha pronunciate proprietà di smorzamento delle vibrazioni, ammortizza efficacemente gli urti e assorbe l’energia risultante. Inoltre ha un’eccellente resistenza all’olio ed è principalmente adatta per l’uso in ambienti asciutti e privi di sostanze chimiche. A seconda dell’area di applicazione è possibile utilizzare forme particolarmente resistenti al calore, antistatiche o resistenti all’abrasione della gomma poliuretanica.

Proprietà del poliuretano
Designazione Unità Gomma poliuretanica
Standard Vulkollan® Resistenza all'abrasione Gomma in poliuretano ceramico Resistente al calore Braccio di rimbalzo Molto morbido
Durezza Shore A 95 90 70 50 30 92 68 90 70 95 90 70 50 90 70 15
Peso specifico 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
Resistenza alla trazione MPa 44 27 56 47 27 45.5 60 44.6 31.3 42 26 53 45 44.6 11.8 0.6
Allungamento % 380 470 720 520 600 690 650 530 650 360 440 680 490 530 250 445
Stabilità termica fino a °C 70 80 (a breve termine 120) 70 70 120 70 80
Termoresistente fino a °C -40 -20 -20 -20 -40 -20 -20 -20 -40
Nota: I valori caratteristici per la resistenza alla trazione e all’allungamento sono misurati secondo lo standard JIS K6251.

Elastomeri

Gli elastomeri vengono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni meccaniche. Gli elastomeri utilizzati comunemente nelle applicazioni industriali includono:

  • NBR (Gomma nitrilica)
  • Gomma cloroprenica (CR)
  • Gomma etilenica (EPDM)
  • Gomma butilica (IIR)
  • FPM (gomma fluorurata)
  • Gomma di silicone (SI)
  • Gomma dura
  • Gomma naturale (NR)

Gli elastomeri sono molto versatili e possono essere utilizzati in diversi progetti per un’ampia varietà di applicazioni. Gli elastomeri generalmente hanno un effetto di smorzamento pronunciato e quindi possono resistere anche a vibrazioni e urti forti. A seconda del tipo di caoutchouc utilizzato, il materiale ha proprietà particolarmente resistenti alle sostanze chimiche e alla temperatura e può essere utilizzato nelle applicazioni in cui è richiesto un livello elevato di assorbimento degli urti.

Proprietà di caoutchouc
Designazione Unità NBR (Gomma nitrilica) Gomma cloroprenica (CR) Gomma etilenica (EPDM) Gomma butilica (IIR) FPM (gomma fluorurata) Gomma siliconica (SI) Gomma dura (Hanenaito®) Gomma naturale (NR)
Standard Versione ad alta resistenza
Durezza Shore A 70 50 65 65 65 80 60 70 50 50 57 32 45
Peso specifico 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
Resistenza alla trazione 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
Allungamento % 370 400 460 490 380 330 270 300 330 400 810 840 730
Max. Temperatura di esercizio °C 90 99 100 120 120 230 200 200 60 70
Temperatura per uso continuo °C 80 80 80 80 210 150 150 30 70
Termoresistente fino a °C -10 -35 -40 -30 -10 -70 -50 10 0
Nota: I valori caratteristici per la resistenza alla trazione e all’allungamento sono misurati secondo lo standard JIS K6251.

Schiume

Le schiume sono in grado di smorzare efficacemente le vibrazioni assorbendo l’energia della vibrazione attraverso una moltitudine di pori individuali. Sono molto flessibili e possono essere installate anche su superfici irregolari o curve. Hanno una buona elasticità e, grazie alla loro porosità e al basso peso, possono essere utilizzate in diversi modi per ridurre al minimo le vibrazioni e attutire il suono. Un altro vantaggio della schiuma è l’ampia gamma di frequenze in cui può assorbire le vibrazioni.

Per cosa vengono utilizzati gli ammortizzatori nella meccanica?

Gli ammortizzatori vengono utilizzati nella meccanica per ridurre o smorzare il movimento di un oggetto o di un sistema. Possono anche prevenire ritardi che possono causare vibrazioni e oscillazioni nei sistemi meccanici. Gli ammortizzatori sono spesso utilizzati nei sistemi meccanici per assorbire gli urti e smorzare la velocità degli oggetti in movimento, quando cambiano direzione o subiscono un impatto. Spesso utilizzati per smorzare i sistemi idraulici (ad es. olio) e ciò consente un design compatto e caratteristiche operative robuste.

In questa scheda tecnica MISUMI mostra un esempio applicativo degli “ammortizzatori nella meccanica”.

In che modo le caratteristiche di smorzamento influiscono sull’applicazione

Le caratteristiche di smorzamento sono un fattore importante nella scelta dell’ammortizzatore giusto per un’applicazione. Questa caratteristica descrive il comportamento dello smorzatore a seconda della velocità e della deviazione dell’oggetto in movimento.

Esistono diversi tipi di caratteristiche di smorzamento che sono determinate dalla dimensione, dal numero e dall’allineamento delle aperture tra la camera di pressione e l’accumulatore di pressione all’interno dell’ammortizzatore.

Smorzatore, classificazione in base alle caratteristiche di smorzamento

Smorzatore, classificazione in base alle caratteristiche di smorzamento
Struttura Esecuzione mediante forza prefabbricata Descrizione
Un’apertura Design a S
Tipo A
Tipo B
Tipo L		 Tipo A, B, L Un design a foro singolo ha le stesse proprietà di resistenza di un design a fessura con spazio tra il pistone e il cilindro, un design a tubo singolo con un'apertura nel pistone o un design a tubo doppio e un'apertura singola.
Un pistone con un'apertura scorre in un cilindro pieno d'olio. Poiché l’area di apertura è la stessa per tutta la corsa, la resistenza è maggiore immediatamente dopo un impatto e poi diminuisce uniformemente per tutto il resto della corsa.		 Grafico
Più aperture irregolari Velocità media Tipo A, B, L In questo design a doppio tubo, il pistone scorre nel tubo interno. Questo tubo interno ha diverse aperture nella direzione del sollevamento e non solo è possibile assorbire energia costante, ma anche l’energia proveniente da fonti diverse. Progettato per l’assorbimento dell’energia cinetica durante la prima metà della corsa e la regolazione della velocità durante la seconda metà. Pertanto, è adatto per l'assorbimento di energia in relazione ai cilindri pneumatici. Grafico
Più aperture Alta velocità
Design ad H		 Design ad H In questo design a doppio tubo, il pistone scorre nel tubo interno. Ha diverse aperture nella direzione del sollevamento. Poiché le aperture diventano lentamente più piccole a una velocità di sollevamento decrescente, la resistenza rimane relativamente costante, anche se è leggermente ondulata. Grafico

Come scegliere l’ammortizzatore giusto per la propria applicazione?

Quando si seleziona l’ammortizzatore giusto per un’applicazione, è necessario considerare altri fattori oltre alle caratteristiche di smorzamento per ottenere un effetto di smorzamento ottimale. Per determinare l’ammortizzatore corretto per l’applicazione, è necessario eseguire i calcoli e i test seguenti:

  • Calcolo dell’energia inerziale
  • Calcolo della corsa temporanea dello smorzatore
  • Calcolo dell’energia in eccesso
  • Calcolo dell’energia totale
  • Controllo della massa equivalente massima
  • Selezione delle caratteristiche di smorzamento
  • Controllo dell’energia massima consumata al minuto

La scelta dell’ammortizzatore dipende dal tipo di applicazione. Ad esempio, le applicazioni ad alta velocità richiedono ammortizzatori con una capacità di smorzamento superiore.

La temperatura e le condizioni ambientali devono essere considerate per ottenere prestazioni ottimali. La selezione e l’installazione attente degli ammortizzatori possono contribuire a prolungare la durata dei sistemi meccanici e a ridurre al minimo il rumore e le vibrazioni.

Panoramica dei prodotti nel catalogo MISUMI