Materiais de amortecimento em mecânica e construção: ideias, aplicações e benefícios
Os materiais de amortecimento são essenciais em mecânica e construção. São utilizados para absorver choques e vibrações e melhorar o funcionamento de máquinas e sistemas. Devido às suas propriedades únicas, podem ser utilizadas em várias aplicações mecânicas e técnicas. Este artigo descreve diferentes tipos de materiais de amortecimento e elásticos, bem como sua aplicação em mecânica e construção. Este artigo trata de diferentes tipos de materiais de amortecimento, como eles são usados em aplicações mecânicas e quais propriedades específicas eles têm.
Por que faz sentido usar materiais amortecedores em mecânica?
Os materiais de amortecimento podem ser usados em mecânica como amortecedores de vibração para reduzir a vibração, choque e/ou ruído gerado por sistemas mecânicos, como motores, transmissões e outros componentes. Ao reduzir as emissões de vibração e ruído dos sistemas mecânicos, o desempenho geral do sistema, a fiabilidade e a segurança são melhorados. Ao amortecer eficazmente o seu sistema, otimiza as propriedades de sua aplicação e reduz o risco de danos ou falhas. Uma vez que o uso de materiais amortecedores minimiza a tensão material causada por vibrações, aumentam significativamente a vida útil de um sistema mecânico.
Tipos de materiais de amortecimento
Existem diferentes tipos de materiais de amortecimento que podem ser utilizados de forma eficiente em mecânica e construção. Estes incluem poliuretanos, elastómeros e espumas. Cada material possui propriedades específicas próprias que devem ser consideradas para a respetiva aplicação e as soluções possíveis. A escolha do material de amortecimento depende dos requisitos específicos do sistema, como a frequência da vibração ou a intensidade do choque.
Borracha de poliuretano
A borracha de poliuretano tem boas propriedades de amortecimento da vibração. Tem uma excelente resistência mecânica e, em combinação com a sua elevada resistência à abrasão, é particularmente durável. Uma vez que a borracha de poliuretano tem propriedades pronunciadas de amortecimento da vibração, amortece eficazmente os choques e absorve a energia resultante. Também tem uma excelente resistência ao óleo e é principalmente adequado para utilização em ambientes secos e sem químicos. Dependendo da área de aplicação, podem ser utilizadas formas particularmente resistentes ao calor, antiestáticas ou resistentes à abrasão de borracha de poliuretano.
| Designação | Unidade | Borracha de poliuretano | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Padrão | Vulkollan® | Resistente à abrasão | Borracha de poliuretano cerâmico | Resistente ao calor | Braço de ressalto | Muito suave | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza | Shore A | 95 | 90 | 70 | 50 | 30 | 92 | 68 | 90 | 70 | 95 | 90 | 70 | 50 | 90 | 70 | 15 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gravidade específica | 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistência à tração | MPa | 44 | 27 | 56 | 47 | 27 | 45.5 | 60 | 44.6 | 31.3 | 42 | 26 | 53 | 45 | 44.6 | 11.8 | 0.6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Alongamento | % | 380 | 470 | 720 | 520 | 600 | 690 | 650 | 530 | 650 | 360 | 440 | 680 | 490 | 530 | 250 | 445 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estabilidade térmica até | °C | 70 | 80 (curto prazo 120) | 70 | 70 | 120 | 70 | 80 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistência a baixas temperaturas até | °C | -40 | -20 | -20 | -20 | -40 | -20 | -20 | -20 | -40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Elastómeros
Os elastómeros são utilizados numa vasta gama de aplicações mecânicas. Elastómeros comumente usados em aplicações industriais incluem:
- Borracha nitrílica (NBR)
- Borracha de cloropreno (CR)
- Borracha de etileno (EPDM)
- Borracha butílica (IIR)
- Borracha fluorada (FPM)
- Borracha de silicone (SI)
- Borracha dura
- Borracha natural (NR)
Os elastómeros são muito versáteis e podem ser utilizados em diferentes designs para uma grande variedade de aplicações. Geralmente, os elastómeros têm um efeito de amortecimento pronunciado e, portanto, podem suportar até mesmo vibrações e choques fortes. Dependendo do tipo de borracha usado, o material tem propriedades particularmente químicas e resistentes à temperatura e pode ser usado em aplicações onde é necessário um alto nível de absorção de choque.
| Designação | Unidade | Borracha nitrílica (NBR) | Borracha de cloropreno (CR) | Borracha de etileno (EPDM) | Borracha butílica (IIR) | Borracha fluorada (FPM) | Borracha de silicone (SI) | Borracha dura (Hanenaito®) | Borracha natural (NR) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Padrão | Versão de alta resistência | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza | Shore A | 70 | 50 | 65 | 65 | 65 | 80 | 60 | 70 | 50 | 50 | 57 | 32 | 45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gravidade específica | 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistência à tração | 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 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Alongamento | % | 370 | 400 | 460 | 490 | 380 | 330 | 270 | 300 | 330 | 400 | 810 | 840 | 730 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Máx. Temperatura de funcionamento | °C | 90 | 99 | 100 | 120 | 120 | 230 | 200 | 200 | 60 | 70 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Temperatura para utilização contínua | °C | 80 | 80 | 80 | 80 | 210 | 150 | 150 | 30 | 70 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistência a baixas temperaturas até | °C | -10 | -35 | -40 | -30 | -10 | -70 | -50 | 10 | 0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Espumas
As espumas são capazes de amortecer eficazmente as vibrações, absorvendo a energia da vibração através de uma infinidade de poros individuais. São muito flexíveis e também podem ser instalados em superfícies irregulares ou curvas. Têm boa elasticidade e, devido à sua porosidade e baixo peso, podem ser utilizados de várias formas para minimizar as vibrações e amortecer o som. Outra vantagem da espuma é a ampla gama de frequências na qual pode absorver vibrações.
Para que são utilizados os amortecedores de choque na mecânica?
Os amortecedores são utilizados em mecânica para reduzir ou amortecer o movimento de um objeto ou sistema. Também podem evitar atrasos que podem causar vibrações e oscilações em sistemas mecânicos. Os amortecedores são frequentemente utilizados em sistemas mecânicos para absorver choques e amortecer a velocidade de objetos em movimento, quando mudam de direção ou se deparam com um impacto. Frequentemente utilizado para amortecer sistemas hidráulicos (por exemplo, óleo), o que permite um design compacto e características de funcionamento robustas.
Nesta folha de dados, o MISUMI mostra um exemplo de aplicação para “absorventes de choque em mecânica”.
Como as características de amortecimento afetam a sua aplicação
As características de amortecimento são um fator importante na seleção do amortecedor certo para uma aplicação. Esta característica descreve o comportamento do amortecedor em função da velocidade e deflexão do objeto em movimento.
Existem diferentes tipos de características de amortecimento que são determinadas pelo tamanho, número e alinhamento das aberturas entre a câmara de pressão e o acumulador de pressão dentro do amortecedor.
Amortecedor, classificação de acordo com as características de amortecimento
| Estrutura | Execução por força pré-fabricada | Descrição | ||
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| Uma abertura | Design em S Tipo A Tipo B Tipo L |
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Um design de orifício único tem as mesmas propriedades de resistência que um design ranhurado com espaço entre o pistão e o cilindro, um design de tubo único com uma abertura no pistão ou um design de tubo duplo e uma única abertura. Um pistão com uma abertura funciona num cilindro cheio de óleo. Uma vez que a área de abertura é a mesma ao longo do curso, a resistência é máxima imediatamente após um impacto e depois diminui uniformemente ao longo do resto do curso. |
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| Múltiplas aberturas irregulares | Velocidade média | |
Neste design de tubo duplo, o pistão trabalha no tubo interior. Este tubo interior tem várias aberturas na direção de elevação e pode ser absorvida não apenas energia constante, como também energia de diferentes fontes. Concebido para a absorção de energia cinética durante a primeira metade do curso e para a regulação da velocidade durante a segunda metade. Portanto, é adequado para a absorção de energia em ligação com cilindros de ar. |  |
| Múltiplas aberturas | Alta velocidade Design em H |
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Neste design de tubo duplo, o pistão trabalha no tubo interior. Tem várias aberturas no sentido da elevação. Uma vez que as aberturas se tornam lentamente menores a uma velocidade de elevação decrescente, a resistência permanece relativamente constante, mesmo que seja ligeiramente semelhante a uma onda. |  |
Como escolher o amortecedor de choque certo para a sua aplicação?
Ao selecionar o amortecedor certo para uma aplicação, outros fatores devem ser considerados além das características de amortecimento para alcançar um efeito de amortecimento ideal. Para determinar o amortecedor de choque correto para a sua aplicação, devem ser realizados os seguintes cálculos e testes:
- Cálculo da energia inerte
- Cálculo do curso do amortecedor temporário
- Calcular o excesso de energia
- Cálculo da energia total
- Verificar a massa máxima equivalente
- Seleção de características de amortecimento
- Verifique o consumo máximo de energia por minuto
A escolha do amortecedor depende do tipo de aplicação. Por exemplo, aplicações de alta velocidade requerem amortecedores com maior capacidade de amortecimento.
As condições de temperatura e ambiente devem ser consideradas para alcançar o desempenho ideal. A seleção e instalação cuidadosas de amortecedores de choque podem ajudar a prolongar a vida útil dos sistemas mecânicos e minimizar o ruído e a vibração.