Średnia powierzchnia ładunku jest średnią górnej i dolnej powierzchni podtrzymującej ładunek. Powierzchnia wybrzuszenia to powierzchnia, która może wybrzuszyć się prostopadle do obciążenia.

Stabilność elastomeru może być zagrożona poniżej pewnego współczynnika kształtu, ponieważ materiał staje się coraz wyższy i coraz węższy. Niektórzy producenci elastomerów zalecają utrzymanie współczynnika kształtu powyżej 0,3, aby zapobiec wyboczeniu – problemowi, który może spowodować przewrócenie się podtrzymywanego sprzętu.

Podczas projektowania ViscoRing™ elastomer wykorzystany w Carbide Base zaplanowano współczynnik kształtu wynoszący 0,17. Zostało to wybrane w celu przesunięcia częstotliwości rezonansowej na tyle nisko, aby najniższe słyszalne częstotliwości mogły być skutecznie izolowane.

Poprawa stabilności

Eksperyment został przeprowadzony w celu przetestowania zdolności ViscoRing™ do pionowego podtrzymywania obciążenia i uniknięcia wyboczenia. Eksperyment polegał na stopniowym przykładaniu ciężaru i mierzeniu pionowego odkształcenia materiału. Obciążniki były nakładane na urządzenie Medium ViscoRing™ w odstępach co 1,13 kg (2,5 funta) w środowisku o temperaturze pokojowej. Pionowa odległość odkształcenia została wykreślona w postaci przedstawionej krzywej naprężenie-odkształcenie. Oś y przedstawia naprężenie lub przyłożony ciężar, a oś x przedstawia odkształcenie lub deformację pionową spowodowaną przyłożeniem ciężaru.

Czerwona krzywa przedstawia samą stronę ViscoRing™ bez obudowy. Można zauważyć, że wkrótce po pierwszym przyłożeniu ciężaru, materiał zaczął się wyginać i znacznie odkształcać pod wpływem obciążenia. Materiał słabo radził sobie z utrzymaniem nawet niewielkiej masy, czego można się było spodziewać, biorąc pod uwagę wyjątkowo niski współczynnik kształtu.

Aby poprawić stabilność ViscoRing™, zaprojektowano dla niego obudowę w górnej części stopki, jak pokazano na powyższej uproszczonej grafice. Carbide Base stopki, jak pokazano na powyższym uproszczonym rysunku. Na obwodzie strony ViscoRing™ w różnych odstępach dodano wypukłości, aby ją usztywnić i zapobiec wyboczeniu. Grzbiety zostały rozmieszczone w różnych odległościach od zewnętrznej strony ViscoRing™. Uwolniło to znaczną powierzchnię do wybrzuszenia na zewnątrz, zachowując w ten sposób wiele korzyści płynących z niskiego współczynnika kształtu.

Gdy strona ViscoRing™ wybrzuszała się na zewnątrz, coraz większy procent wybrzuszonej powierzchni stykał się z nachylonymi grzbietami. Ten wzrost współczynnika kształtu wraz ze wzrostem masy ładunku dał bardziej spójną częstotliwość rezonansową w szerszym zakresie mas ładunku. Innymi słowy, wydajność izolacji Carbide Base stała się bardziej stała przy różnych masach ładunku dzięki progresywnemu projektowi współczynnika kształtu.

Niebieska krzywa pokazuje tę samą stronę ViscoRing™ umieszczoną w obudowie górnej części stopki. Carbide Base stopki. Zaobserwowano względnie liniowy wzrost odkształcenia pionowego wraz z obciążeniem. Materiał nie wyginał się zgodnie z założeniami. Sztywność materiału w końcu stopniowo wzrasta wraz ze wzrostem naprężenia, ponieważ coraz większa część nieobciążonej powierzchni jest usztywniona. Dzięki temu pożądane jest zwiększenie maksymalnej nośności materiału.

Elastomerów nie da się sprasować do mniejszej objętości. Dlatego elastomery muszą mieć możliwość wybrzuszania się na zewnątrz, aby odkształcać się pod wpływem obciążenia. Selektywnie usztywniona strona ViscoRing™ nie wykazała nagłego wzrostu nachylenia lub sztywności, co miałoby miejsce, gdyby materiał był zabezpieczony przed dalszym wybrzuszaniem. Niska sztywność lub współczynnik sprężystości są ważne dla osiągnięcia niskiej częstotliwości rezonansowej w przypadku układu sprężyna-masa, takiego jak ten.

Wykres izolowania poziomego

Częstotliwość drgań do przodu i do tyłu (oś Y) ustawiono w krokach co 10 Hz od 10 Hz do 300 Hz. Napięcie wyjściowe obu czujników zostało wykreślone w każdym interwale. Amplituda stołu była regulowana tak, aby stół oscylował sinusoidalnie z przyspieszeniem około 4 m/s2.

Odejmując moc wyjściową czujników, otrzymano transmisję drgań przez stopki. Carbide Base stopki. Wartości dodatnie wskazywały na wzmocnienie drgań przez urządzenie. Było to oczekiwane przy częstotliwościach drgań zbliżonych do częstotliwości rezonansowej urządzenia. Wartości ujemne oznaczają zmniejszenie drgań wytwarzanych przez stół. Innymi słowy, izolacja drgań, która była pożądana. Im bardziej ujemna jest ta wartość, tym większa jest izolacja.

Czerwona linia pokazuje pomiary wykonane Carbide Base pominięto łożyska kulkowe i poziomo ułożone elastomery. Tylko elastomer ViscoRing™ zapewniał izolację. Linia niebieska przedstawia pomiary wykonane z założonymi łożyskami i elastomerami poziomymi. Zastosowanie łożysk kulkowych i elastomerów poziomych znacznie poprawiło parametry izolacji poziomej. Zmniejszenie amplitudy drgań było szczególnie wyraźne w okolicy częstotliwości rezonansowej, co wskazuje na wyższy poziom tłumienia.

Wniosek

Kilka cech konstrukcyjnych zostało włączonych do Carbide Base aby niezawodnie wykorzystać elastomery o niskim współczynniku kształtu do izolacji drgań. Elastomery formowane we współczynnikach kształtu, które wcześniej uważano za zbyt niestabilne, stały się wystarczająco stabilne dzięki specjalnie zaprojektowanej obudowie. Dodatkowe połączenie łożysk i poziomo zorientowanych elastomerów jeszcze bardziej poprawiło izolację poziomą. Te nowatorskie cechy zostały później uwzględnione w zgłoszeniu patentowym.