La superficie media caricata è la media delle superfici superiore e inferiore che supportano il carico utile. La superficie di rigonfiamento è la superficie libera di rigonfiarsi perpendicolarmente al carico.

La stabilità di un elastomero può essere compromessa al di sotto di un certo fattore di forma, poiché il materiale diventa sempre più alto e stretto. Alcuni produttori di elastomeri raccomandano di non superare un fattore di forma di 0,3 per evitare il buckling, un problema che può causare il ribaltamento dell’apparecchiatura supportata.

Al momento di progettare l’elastomero ViscoRing™ utilizzato nei Carbide Base piedini, è stato previsto un fattore di forma pari a 0,17. Questa scelta è stata fatta per spingere la frequenza di risonanza abbastanza in basso, in modo da isolare efficacemente le frequenze udibili più basse.

Migliorare la stabilità

È stato condotto un esperimento per verificare la capacità del ViscoRing™ di sostenere verticalmente un carico ed evitare la deformazione. L’esperimento consisteva nell’applicare gradualmente un peso e misurare la deformazione verticale del materiale. I pesi sono stati applicati sopra il Medium ViscoRing™ con incrementi di 1,13 kg (2,5 libbre) in un ambiente a temperatura ambiente. La distanza di deformazione verticale è stata tracciata sotto forma di curva sforzo-deformazione. L’asse y rappresenta la sollecitazione o il peso applicato, mentre l’asse x rappresenta la deformazione verticale causata dall’applicazione del peso.

La curva rossa mostra il ViscoRing™ da solo, senza alloggiamento. Si può notare che poco dopo l’applicazione iniziale del peso, il materiale ha iniziato a flettersi e a deformarsi notevolmente sotto il carico. Il materiale ha fatto un pessimo lavoro nel sostenere anche una piccola massa, cosa che ci si aspettava visto il fattore di forma estremamente basso.

Per migliorare la stabilità del ViscoRing™, è stato progettato un alloggiamento all’interno della porzione superiore del piedistallo. Carbide Base come mostrato nel grafico semplificato qui sopra. Sono state aggiunte delle creste a intervalli distanziati lungo il perimetro del ViscoRing™ per rinforzarlo ed evitare la deformazione. Le creste sono state distanziate a distanze variabili dall’esterno del ViscoRing™. Questo ha liberato una superficie sostanziale per il rigonfiamento verso l’esterno, preservando così gran parte dei vantaggi prestazionali del basso fattore di forma.

Man mano che il ViscoRing™ si gonfiava verso l’esterno, una percentuale progressivamente maggiore della superficie del rigonfiamento entrava in contatto con le creste inclinate. Questo aumento del fattore di forma con l’aumento della massa del carico utile ha fornito una frequenza di risonanza più coerente in una gamma più ampia di masse del carico utile. In altre parole, le prestazioni di isolamento del Carbide Base footer sono diventate più costanti al variare del peso del carico utile con questo design a fattore di forma progressivo.

La curva blu mostra lo stesso ViscoRing™ posizionato nell’alloggiamento della parte superiore del piedistallo. Carbide Base piedistallo. È stato osservato un aumento relativamente lineare della deformazione verticale con l’applicazione del peso. Il materiale non si deformava come previsto. La rigidità del materiale, alla fine, è destinata ad aumentare gradualmente con l’aumento delle sollecitazioni, man mano che viene rinforzata una parte maggiore della superficie non caricata. Questo aumenta in modo auspicabile la capacità di sostenere il peso massimo del materiale.

Gli elastomeri non possono essere compressi in un volume più piccolo. Per questo motivo, gli elastomeri devono essere in grado di deformarsi sotto carico. Il ViscoRing™ con rinforzo selettivo non ha mostrato un aumento improvviso della pendenza o della rigidità, come sarebbe accaduto se al materiale fosse stato impedito di rigonfiarsi ulteriormente. Una bassa rigidità o tasso di molla è importante per ottenere una bassa frequenza di risonanza con un sistema molla-massa come questo.

Grafico dell’isolamento orizzontale

La frequenza di vibrazione in avanti e indietro (asse Y) è stata impostata con incrementi di 10 Hz da 10 Hz a 300 Hz. L’uscita di tensione di entrambi i sensori è stata tracciata ad ogni intervallo. L’ampiezza del tavolo è stata regolata per garantire che il tavolo oscillasse in modo sinusoidale con un’accelerazione di circa 4 m/s2.

Sottraendo l’uscita dei sensori si è ottenuta la trasmissione delle vibrazioni attraverso i Carbide Base piedistalli. I valori positivi indicano un’amplificazione delle vibrazioni attraverso il dispositivo. Ciò era previsto a frequenze di vibrazione intorno alla frequenza di risonanza del dispositivo. I valori negativi indicano una riduzione delle vibrazioni generate dal tavolo. In altre parole, l’isolamento delle vibrazioni che si desiderava ottenere. Più il valore è negativo, maggiore è l’isolamento.

La linea rossa mostra le misurazioni effettuate con i Carbide Base piedini senza i cuscinetti a sfera e gli elastomeri orientati orizzontalmente. Solo l’elastomero ViscoRing™ forniva isolamento. La linea blu mostra le misure effettuate con i cuscinetti e gli elastomeri orizzontali in posizione. L’incorporazione di cuscinetti a sfera ed elastomeri orizzontali ha migliorato notevolmente le prestazioni di isolamento orizzontale. La riduzione dell’ampiezza delle vibrazioni è stata particolarmente pronunciata intorno alla frequenza di risonanza, indicando un livello di smorzamento più elevato.

Conclusione

Diverse caratteristiche di design sono state incorporate nei Carbide Base per utilizzare in modo affidabile gli elastomeri a basso fattore di forma per l’isolamento dalle vibrazioni. Gli elastomeri formati in fattori di forma che in precedenza erano considerati troppo instabili sono stati resi sufficientemente stabili con un alloggiamento appositamente progettato. La combinazione aggiuntiva di cuscinetti ed elastomeri orientati orizzontalmente ha migliorato ulteriormente l’isolamento orizzontale. Queste caratteristiche inedite sono state successivamente incorporate in un brevetto in corso di registrazione.