{"id":19240,"date":"2023-05-18T11:45:49","date_gmt":"2023-05-18T16:45:49","guid":{"rendered":"https:\/\/carbide.audio\/misure\/utilizzo-di-elastomeri-a-basso-fattore-di-forma\/"},"modified":"2025-05-09T11:33:05","modified_gmt":"2025-05-09T16:33:05","slug":"utilizzo-di-elastomeri-a-basso-fattore-di-forma","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/carbide.audio\/it\/misure\/utilizzo-di-elastomeri-a-basso-fattore-di-forma\/","title":{"rendered":"Utilizzo di elastomeri a basso fattore di forma"},"content":{"rendered":"

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Utilizzo di elastomeri a basso fattore di forma<\/h1>\n

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I polimeri o elastomeri viscoelastici sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di controllo delle vibrazioni, grazie alla loro elevata capacit\u00e0 di smorzamento. Gli elastomeri possono anche isolare efficacemente le vibrazioni a bassa frequenza grazie alla loro forma. Il fattore di forma \u00e8 il termine artistico utilizzato per quantificare le prestazioni di isolamento di una determinata forma di elastomero. Ne consegue che pi\u00f9 basso \u00e8 il fattore di forma, pi\u00f9 bassa \u00e8 la frequenza di risonanza potenziale. Una bassa frequenza di risonanza si traduce tipicamente in un’ampia larghezza di banda per l’isolamento dalle vibrazioni. Ci\u00f2 \u00e8 dovuto all’isolamento delle frequenze di vibrazione superiori alla frequenza di risonanza. <\/p>\n

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Per le forme pi\u00f9 comuni, il fattore di forma \u00e8 generalmente definito come:[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=”formula”]<\/p>\n

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Fattore di forma =<\/div>\n
\n
Superficie media caricata<\/div>\n
Superficie di rigonfiamento<\/div>\n<\/div>\n<\/blockquote>\n

[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=”section-row”]La superficie media caricata \u00e8 la media delle superfici superiore e inferiore che supportano il carico utile. La superficie di rigonfiamento \u00e8 la superficie libera di rigonfiarsi perpendicolarmente al carico. <\/p>\n

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La stabilit\u00e0 di un elastomero pu\u00f2 essere compromessa al di sotto di un certo fattore di forma, poich\u00e9 il materiale diventa sempre pi\u00f9 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 pu\u00f2 causare il ribaltamento dell’apparecchiatura supportata. <\/p>\n

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Quando si progetta l’elastomero ViscoRing\u2122<\/a> elastomero utilizzato nei Carbide Base<\/em><\/a> piedini, \u00e8 stato previsto un fattore di forma di 0,17. Questa scelta \u00e8 stata fatta per spingere la frequenza di risonanza abbastanza in basso, in modo da isolare efficacemente le frequenze udibili pi\u00f9 basse.[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=”section-row”]<\/p>\n

Migliorare la stabilit\u00e0<\/h2>\n

\u00c8 stato condotto un esperimento per verificare la capacit\u00e0 di ViscoRing\u2122 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\u2122 con incrementi di 1,13 kg (2,5 libbre) in un ambiente a temperatura ambiente. La distanza di deformazione verticale \u00e8 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.[\/vc_column_text][vc_row_inner row_type=”row” type=”full_width” text_align=”left” css_animation=”” el_class=”section-row”][vc_column_inner offset=”vc_col-lg-6 vc_col-md-6 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=”13308″ img_size=”full” alignment=”center” qode_css_animation=”” el_class=”img-1000″][\/vc_column_inner][vc_column_inner offset=”vc_col-lg-6 vc_col-md-6 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=”13318″ img_size=”full” alignment=”center” qode_css_animation=”” el_class=”img-1000″][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_column_text el_class=”section-row”]La curva rossa<\/span> mostra il solo ViscoRing\u2122 senza alloggiamento. Si pu\u00f2 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.<\/p>\n

 <\/p>\n

Per migliorare la stabilit\u00e0 di ViscoRing\u2122, \u00e8 stato progettato un alloggiamento all’interno della porzione superiore del Carbide Base<\/em> piedistallo, come mostrato nel grafico semplificato qui sopra. Sono state aggiunte delle creste a intervalli distanziati lungo il perimetro di ViscoRing\u2122 per rinforzarlo ed evitare la deformazione. Le creste sono state distanziate a distanze variabili dall’esterno di ViscoRing\u2122. Questo ha liberato una superficie sostanziale per il rigonfiamento verso l’esterno, preservando cos\u00ec gran parte dei vantaggi prestazionali del basso fattore di forma.<\/p>\n

 <\/p>\n

Man mano che il sito ViscoRing\u2122 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 pi\u00f9 coerente in una gamma pi\u00f9 ampia di masse del carico utile. In altre parole, le prestazioni di isolamento del Carbide Base<\/em> footer sono diventate pi\u00f9 costanti al variare del peso del carico utile con questo design a fattore di forma progressivo.<\/p>\n

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La curva blu<\/span> mostra lo stesso ViscoRing\u2122 posizionato nell’alloggiamento della porzione superiore del Carbide Base<\/em> pi\u00e8 di pagina. \u00c8 stato osservato un aumento relativamente lineare della deformazione verticale con l’applicazione del peso. Il materiale non si deformava come previsto. La rigidit\u00e0 del materiale, alla fine, \u00e8 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 capacit\u00e0 di sostenere il peso massimo del materiale.<\/p>\n

 <\/p>\n

Gli elastomeri non possono essere compressi in un volume pi\u00f9 piccolo. Per questo motivo, gli elastomeri devono essere in grado di deformarsi sotto carico. I rinforzi selettivi ViscoRing\u2122 non hanno mostrato un aumento improvviso della pendenza o della rigidit\u00e0, come si sarebbe verificato se il materiale fosse stato impedito di rigonfiarsi ulteriormente. Una bassa rigidit\u00e0 o tasso di molla \u00e8 importante per ottenere una bassa frequenza di risonanza con un sistema molla-massa come questo.[\/vc_column_text][vc_column_text]<\/p>\n

Migliorare l’isolamento orizzontale<\/h2>\n

Una volta ottenuto il successo nell’utilizzo di un elastomero a basso fattore di forma per l’isolamento verticale, si volevano ottenere vantaggi analoghi per l’isolamento orizzontale. Per migliorare ulteriormente le prestazioni di isolamento orizzontale sono stati incorporati elastomeri a basso fattore di forma orientati orizzontalmente e cuscinetti a sfera. <\/p>\n

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L’utilizzo di cuscinetti a sfera per garantire l’isolamento orizzontale \u00e8 un concetto ben noto. Molti progetti prevedono l’interposizione di cuscinetti a sfere tra piste di rotolamento curve[1]<\/a>. <\/p>\n

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Il design ideato per la parte inferiore dei Carbide Base<\/em> dei piedini era diverso, con le piste di rotolamento dei cuscinetti piatte anzich\u00e9 curve. Gli elastomeri orientati orizzontalmente hanno agito come molle altamente smorzate, mantenendo il dispositivo centrato in risposta alle vibrazioni. Per ridurre al minimo la deformazione e la resistenza al rotolamento, \u00e8 stata scelta la zirconia per i cuscinetti e l’acciaio per molle temprato e lucidato per le piste dei cuscinetti.[\/vc_column_text][vc_single_image image=”13372″ img_size=”full” alignment=”center” qode_css_animation=”” el_class=”img-800 section-row”][vc_row_inner row_type=”row” type=”full_width” text_align=”left” css_animation=”” el_class=”section-row”][vc_column_inner offset=”vc_col-lg-3 vc_col-md-3 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=”13338″ img_size=”full” alignment=”center” onclick=”link_image” qode_css_animation=”” el_class=”img-borders”][vc_column_text]<\/p>\n

Test di vibrazione<\/h3>\n

[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][vc_column_inner offset=”vc_col-lg-9 vc_col-md-9 vc_col-xs-12″][vc_column_text]<\/p>\n

Misurazione dell’isolamento orizzontale<\/h2>\n

Per valutare il miglioramento dell’isolamento orizzontale \u00e8 stato condotto un altro esperimento. L’obiettivo dell’esperimento era quello di quantificare i miglioramenti apportati dall’aggiunta dei cuscinetti a sfera e degli elastomeri orientati orizzontalmente per l’isolamento orizzontale. <\/p>\n

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Per generare le vibrazioni per l’esperimento \u00e8 stata utilizzata una tavola vibrante elettromagnetica. Il tavolo \u00e8 stato controllato digitalmente tramite un touch screen e quadranti collegati a inverter a frequenza variabile (VFD). Questi sono stati utilizzati per modulare con precisione l’ampiezza e la frequenza di vibrazione della superficie del tavolo. <\/p>\n

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Quattro Carbide Base<\/em> I piedini con installato Medium ViscoRings\u2122 sono stati posizionati sopra il tavolo di vibrazione. Una piastra di alluminio zavorrata, con una massa totale di circa 45 kg, \u00e8 stata poi imbullonata sopra i piedritti. Per misurare le vibrazioni sono stati utilizzati due sensori accelerometrici ACH-01 di Measurement Specialties. Il primo sensore \u00e8 stato fissato con nastro biadesivo al bordo anteriore della tavola vibrante. Il secondo sensore \u00e8 stato fissato in modo analogo al bordo anteriore della piastra di alluminio. L’output di entrambi i sensori \u00e8 stato registrato per determinare l’accelerazione subita dal tavolo e dalla piastra di alluminio.[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_column_text el_class=”section-row”]<\/p>\n

Grafico dell’isolamento orizzontale<\/h3>\n

La frequenza di vibrazione in avanti e indietro (asse Y) \u00e8 stata impostata con incrementi di 10 Hz da 10 Hz a 300 Hz. L’uscita di tensione di entrambi i sensori \u00e8 stata tracciata ad ogni intervallo. L’ampiezza del tavolo \u00e8 stata regolata per garantire che il tavolo oscillasse in modo sinusoidale con un’accelerazione di circa 4 m\/s2<\/span>. <\/p>\n

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Sottraendo l’uscita dei sensori si \u00e8 ottenuta la trasmissione delle vibrazioni attraverso i Carbide Base<\/em> piedistalli. I valori positivi indicano un’amplificazione delle vibrazioni attraverso il dispositivo. Ci\u00f2 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. Pi\u00f9 il valore \u00e8 negativo, maggiore \u00e8 l’isolamento. <\/p>\n

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La linea rossa<\/span> mostra le misurazioni effettuate con i Carbide Base<\/em> i cuscinetti a sfera e gli elastomeri orientati orizzontalmente. Solo l’elastomero ViscoRing\u2122 forniva isolamento. La linea blu<\/span> 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 \u00e8 stata particolarmente pronunciata intorno alla frequenza di risonanza, indicando un livello di smorzamento pi\u00f9 elevato.[\/vc_column_text][vc_single_image image=”13359″ img_size=”full” alignment=”center” qode_css_animation=”” el_class=”img-1200 section-row”][vc_column_text el_class=”section-row”]<\/p>\n

Conclusione<\/h2>\n

Diverse caratteristiche di design sono state incorporate nei Carbide Base<\/em> 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.[\/vc_column_text][vc_column_text]<\/p>\n

Riferimenti<\/h3>\n

[1] Kemeny, Zoltan A. “Filtro di segnale meccanico”.
\nUS 6520283 B2, Ufficio brevetti e marchi degli Stati Uniti, 18 febbraio 2003.
\nBrevetti Google, https:\/\/patents.google.com\/patent\/US6520283B2<\/a> <\/cite>[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=”1\/6″][\/vc_column][\/vc_row][vc_row css_animation=”” row_type=”row” use_row_as_full_screen_section=”no” type=”full_width” angled_section=”no” text_align=”left” background_image_as_pattern=”without_pattern”][vc_column el_class=”lower-angle-polygon”][vc_raw_html]PHN2ZyB2aWV3Ym94PSIwIDAgMTAwIDYiIGNsYXNzPSJzbW9vdGgtYWxsIiBzdHlsZT0iIj4KICAgICAgICA8cG9seWdvbiBwb2ludHM9IjAsMyAwLDAgMTAwLDAgMTAwLDIgNzAsMSIgc3R5bGU9ImZpbGw6ICNmZmZmZmY7Ii8+CiAgICAgICAgPHBvbHlnb24gcG9pbnRzPSIwLDUgMCwwIDEwMCwwIDEwMCw0IDY5LDEuNSIgc3R5bGU9ImZpbGw6ICNmZmZmZmY4ZjsiLz4KPC9zdmc+[\/vc_raw_html][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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