Propriedades dos materiais amortecedores e seus usos

Os engenheiros mecânicos confiam nos materiais de amortecimento onde quer que ocorram vibrações, oscilações, choques ou ruídos indesejados. Se estas vibrações permanecerem não controladas, podem levar a perdas de precisão, desgaste prematuro do material e até destruição da máquina. Como resultado, os materiais amortecedores não só aumentam a vida útil e o desempenho das máquinas, como também as protegem frequentemente contra danos. Além de espumas, feltro e borracha, plásticos especiais também são usados para produzir materiais amortecedores. Este artigo do blogue fornece uma visão geral dos vários materiais de amortecimento e como usá-los.

O que é uma vibração?

Do ponto de vista puramente físico, uma vibração é uma alteração periódica baseada no tempo num parâmetro físico sobre o seu estado de equilíbrio. A vibração pode ser descrita pelos parâmetros amplitude, frequência e ângulo de fase ou fase. Uma vibração é uma vibração mecânica periódica que normalmente também pode ser ouvida e sentida. As oscilações ou vibrações mecânicas ocorrem mais frequentemente em componentes rotativos e oscilantes.

Existem várias formas de vibração:

• Harmónica: O gráfico baseado no tempo é descrito por uma função de seno ou co-seno, sem amortecimento ou semelhante. Influências externas.
• Excitada: Uma vibração excitada por uma força periódica externa (amplitude crescente).  A vibração do excitador está no intervalo de ressonância da oscilação natural. Quanto mais a frequência de excitação se aproximar da frequência natural, mais forte será a ressonância resultante.
• Amortecida: A amplitude de uma vibração amortecida diminui ao longo do tempo devido a perdas de energia, por exemplo, por fricção ou amortecimento.

Oscilação natural e ressonância

Uma chamada oscilação natural ocorre quando uma força externa atua uma vez num corpo elástico deformável. Esta oscilação natural é causada pela força de retorno, que é proporcional à deflexão e devolve o corpo ao seu estado de equilíbrio.

Se os choques de força com a mesma frequência do excitador atuarem no corpo, além da oscilação natural, a oscilação natural e a oscilação do excitador se sobrepõem a uma amplitude mais elevada, ocorre o chamado pico de oscilação. Isto pode causar danos no sistema. É aqui que entram os materiais de amortecimento de vibrações e isolamento de vibrações.

Também pode saber mais sobre as diferentes formas de vibração no nosso artigo sobre o comportamento de vibração intrínseca das molas.

Absorção de vibrações e vibrações de isolamento

As vibrações podem ser contrariadas de várias formas. A absorção da vibração é a tentativa de reduzir o pico (amplitude) de uma vibração através da extração de energia.
Também podem ser utilizados amortecedores hidráulicos, pneumáticos e/ou elétricos acoplados ou outros elementos de amortecimento mecânico, além da propriedade de um material usado para alcançar um efeito de amortecimento por deformação elástica e fricção interna.

O amortecimento converte a energia de vibração em calor. A amplitude da vibração é reduzida, o que reduz as vibrações e as torna mais controláveis. O efeito de amortecimento contribui assim significativamente para melhorar a vida útil e a fiabilidade das máquinas e componentes da máquina. No entanto, uma vez que o amortecimento é geralmente alcançado convertendo energia cinética em calor, o material de amortecimento pode sobreaquecer se sobrecarregado, cujos efeitos podem variar de uma alteração nas propriedades de amortecimento até à falha do amortecedor sobrecarregado.

Por outro lado, o isolamento da vibração significa, idealmente, manter a ocorrência de vibração completamente afastada de um sistema ou, quando aplicável, transferir a vibração resultante para outro sistema. Isto é normalmente feito instalando isoladores elásticos de vibração. O isolamento de vibração é eficaz quando a frequência natural do sistema de isolamento de vibração é inferior ao componente de frequência mais baixa da vibração falsa. Os isoladores de vibração podem ser, por exemplo: molas de aço, amortecedores de borracha, placas de isolamento feitas de cortiça, borracha, feltro, areia, etc.

Existem vários tipos de isolamento contra vibrações:

• Isolamento de vibração ativo: O ambiente de uma máquina está protegido contra vibrações.
• Isolamento passivo de vibrações: A própria máquina está protegida contra vibrações ambientais.

O cancelamento de vibração é mais um princípio, especialmente em equipamentos grandes/máquinas grandes. Ao fixar um oscilador adicional de suporte de massa, a energia da excitação é removida e o movimento de vibração do sistema principal é cancelado.

O que são materiais de amortecimento?

Os materiais de amortecimento são utilizados para absorver ou reduzir a vibração, ruído (oscilação) nas máquinas. Por exemplo, existem materiais de amortecimento para os seguintes tipos de amortecimento:

• Absorção de vibração de oscilação/amortecimento de vibração: Os movimentos de equipamentos e máquinas vibratórias são amortecidos. Os materiais utilizados para este fim são elásticos. São colocados entre a fonte da vibração e o objeto a ser protegido.
• Reduz vibrações mecânicas indesejadas, por exemplo, revestimento em PU em superfícies.
• Isolamento sonoro: Absorve/isola contra ondas sonoras para reduzir o ruído. Os materiais à prova de som são frequentemente macios e porosos. Isto pode fazer com que as ondas sonoras se refratam no material, fiquem presas e sejam absorvidas.
• Amortecimento mecânico, por exemplo, absorção de choques: Impactos e cargas súbitos, incluindo forças atuantes, são absorvidos e distribuídos. Isto protege os componentes sensíveis contra danos. Os materiais que absorvem choques são elásticos e podem absorver muita energia.

A MISUMI oferece uma ampla gama de materiais de amortecimento para uma ampla gama de aplicações. A visão geral seguinte fornece assistência para selecionar o componente MISUMI adequado:

Em geral, muitos plásticos também têm propriedades de amortecimento. Saiba mais sobre as propriedades dos plásticos na engenharia mecânica no nosso artigo sobre plásticos.

Que material é adequado para absorção de vibrações?

Os materiais reagem de forma diferente às vibrações. A dureza é uma característica que afeta a vibração. A dureza indica o grau de resistência de um material à entrada de outro material. Quanto maior o valor da dureza, mais resistente o material é à deformação. A dureza é determinada com diferentes métodos de teste de dureza, por exemplo, dureza de acordo com Rockwell ou dureza de acordo com Shore. Saiba mais sobre os diferentes testes de dureza no nosso artigo Dureza e comparação de testes de dureza.

A dureza também afeta a elasticidade, o que por sua vez afeta a frequência de vibração (o número de oscilações por unidade de tempo). Os materiais de alta dureza têm menor elasticidade. A frequência de vibração aumenta com o aumento da elasticidade (constante de mola) e a diminuição da massa do corpo; consulte também a seguinte visão geral de vários materiais de amortecimento:

• (1) Manga de amortecimento
• (2) Placa do amortecedor
• (3) Géis amortecedores de vibração
• (4) Versão de revestimento de borracha
• (5) Elementos metálicos de borracha
• (6) RUBLOC
• (7) Placas absorventes de vibração
• * Capacidade de carga (kg) para 4 unidades

Os elementos de amortecimento aqui apresentados são apresentados em detalhe abaixo:

Revestimentos de borracha

Os revestimentos de borracha aplicados na superfície são um método de amortecimento eficaz contra emissões acústicas. O material elástico converte a energia cinética que atua no material em calor através de deformação e fricção interna, reduzindo assim a amplitude de vibração. A figura seguinte mostra um design típico de um elemento amortecedor, com uma combinação de gel amortecedor de vibração e revestimento de borracha.

A versão com gel amortecedor de vibrações e revestimento de borracha foi concebida para cargas leves e baixas vibrações. O gel absorve baixas frequências a uma carga máxima de trabalho de 25-35 kg e uma frequência mínima utilizável de 13 Hz. O corpo da base de silicone com revestimento de borracha de etileno é resistente às intempéries e adequado para utilização no exterior. Os amortecedores de silicone também proporcionam uma vida útil mais longa à fadiga do que os amortecedores de borracha tradicionais.

Buchas de gel ou mangas de amortecedor de gel

Devido às suas elevadas propriedades de amortecimento, as buchas de gel são elementos de amortecimento da vibração especificamente concebidos que são utilizados especialmente em altas frequências e capacidades de carga baixas. O material macio, semelhante a gel, absorve eficazmente as vibrações. As buchas de gel podem ser utilizadas da seguinte forma:

Gel absorvente de vibrações

Os géis absorventes de vibração, especialmente os géis à base de silicone, são ideais para a redução da vibração em aplicações que têm cargas ultraleves a médias e baixas vibrações. Caracterizam-se pela elevada flexibilidade e adaptabilidade. Em comparação com os tradicionais amortecedores de borracha, os amortecedores em gel de silicone proporcionam uma vida útil mais longa e mantêm as suas propriedades de amortecimento mesmo sob stress a longo prazo.

Placas de gel que absorvem vibrações

As placas de gel que absorvem vibrações são ideais para cargas leves e vibrações mínimas que são difíceis de amortecer com borracha convencional. São tratados termicamente, não exibem ressonâncias indesejadas e requerem uma distribuição uniforme da carga. Estes artigos em gel são adequados apenas para cargas verticais, uma vez que os deslocamentos laterais ou cargas de torção reduzem significativamente a sua eficiência e vida útil. Também não devem ser sujeitos a tensões mecânicas.

Suportes de borracha absorventes de vibração

Os suportes de borracha que absorvem vibrações são adequados para cargas leves a médias. Devido à sua durabilidade e elevada capacidade de carga, os suportes de borracha são frequentemente utilizados em aplicações de máquinas e veículos, ao mesmo tempo que proporcionam uma elevada resistência ao desgaste e influências ambientais externas.

RUBLOC

O amortecedor de vibração RUBLOC® é uma marca comercial da Rubloc Imexin e é adequado para cargas leves a médias com vibração baixa a média. A composição especial da borracha de cloropreno repelente de sujidade minimiza a contaminação das superfícies de material que entram em contacto com o registo, enquanto as restantes propriedades são semelhantes às da borracha de cloropreno convencional. A propagação diagonal das vibrações dentro das placas resulta em um alto efeito de amortecimento.

Proteção sonora/isolamento sonoro

À prova de som ou isolamento sonoro refere-se a medidas que impedem ou reduzem a transmissão de som. O isolamento sonoro foi concebido para reduzir o som. Isto é conseguido refletindo ou absorvendo o som.

A textura da superfície influencia muito a capacidade de refletir ou refratar o som. Semelhante ao reflexo de um feixe de luz na ótica, as superfícies lisas refletem o som diretamente de volta para a divisão, resultando na repercussão do som quase ao mesmo nível. Superfícies irregulares ou texturadas, por outro lado, refratam as ondas sonoras e difundem-nas em direções diferentes. Soluções à prova de som, como placas acústicas ou espumas, tiram partido deste princípio. A energia da onda sonora é dividida em quantidades menores de energia por esta difusão e é atenuada em conformidade ao ficar presa no material. Também existem espumas acústicas e placas de fibra especiais que absorvem completamente a energia das ondas sonoras. Os materiais de isolamento sonoro são adequados para absorver altas frequências, mas são menos adequados para baixas frequências sonoras. Tapetes de gel de silicone, tampões de borracha, etc. são mais adequados a baixas frequências. Embora os tapetes de gel de silicone tenham uma absorção de vibração excelente e eficaz, estão disponíveis tampões de borracha para uma vasta gama de aplicações devido à sua variedade de designs, variantes e materiais.

Apresenta-se a seguir o comportamento das diversas opções de amortecimento:

Exemplo – Utilização de placas para absorção de som e choque

A MISUMI oferece placas feitas de uma grande variedade de materiais, por exemplo, borracha de poliuretano (PU/PUR), borracha de poliuretano de baixo retorno, poliuretano antiestático, borracha de nitrilo butadieno (NBR), espuma de poliuretano, feltro, espuma de cerâmica ou polietileno.

As placas de espuma e as folhas de borracha são particularmente adequadas para amortecimento em geral e para provas sonoras em particular. Uma vasta gama de aplicações pode ser abordada porque estão disponíveis numa vasta gama de durezas de Shore. As placas de espuma ou folhas de borracha podem, por exemplo, reduzir as emissões sonoras de um sistema. Também são adequadas para amortecer componentes de manuseamento de materiais em sistemas de transporte ou como guias laterais para proteger componentes e mercadorias transportadas contra danos durante impactos. Em particular, as placas de borracha dura ou as placas de espuma ou borracha de baixo impacto reduzem esta energia de impacto.

Configure as suas peças de montagem

Com o MISUMI-Configurator pode configurar livremente rolamentos, eixos e outros componentes.

Selecione o tipo de componentes e defina as tolerâncias pretendidas.

Biblioteca CAD

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Poderá então importar os componentes descarregados para o seu programa CAD.

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