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™ elastomeru zastosowanego w
Carbide Base
w stopkach, zaplanowano współczynnik kształtu 0,17. Zostało to wybrane w celu przesunięcia częstotliwości rezonansowej na tyle nisko, aby najniższe słyszalne częstotliwości mogły być skutecznie izolowane.

Poprawa stabilności

Przeprowadzono eksperyment w celu sprawdzenia zdolności ViscoRing™ do pionowego przenoszenia obciążenia i uniknięcia wyboczenia. Eksperyment polegał na stopniowym przykładaniu ciężaru i mierzeniu pionowego odkształcenia materiału. Obciążniki nakładano na powierzchnię średniego ViscoRing™ w odstępach co 1,13 kg (2,5 funta) w 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 sam 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 pierścienia ViscoRing™, zaprojektowano dla niego obudowę w górnej części podstawy z węglików spiekanych. Carbide Base jak pokazano na powyższej uproszczonej grafice. Na obwodzie ViscoRing™ w odstępach dodano krawędzie, aby go usztywnić i zapobiec wyboczeniu. Grzbiety były rozmieszczone w różnych odległościach od zewnętrznej strony pierścienia ViscoRing™. Uwolniło to znaczną powierzchnię do wybrzuszenia na zewnątrz, zachowując w ten sposób wiele korzyści płynących z niskiego współczynnika kształtu.

W miarę jak ViscoRing™ wybrzuszał się na zewnątrz, stopniowo coraz większy procent powierzchni wybrzuszenia stykał się z pochyłymi 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 progresywnej konstrukcji współczynnika kształtu.

Niebieska krzywa przedstawia ten sam ViscoRing™ umieszczony 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 usztywniony ViscoRing™ nie wykazywał nagłego wzrostu nachylenia ani sztywności, co miałoby miejsce, gdyby uniemożliwiono dalsze wybrzuszanie się materiału. 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 dane wyjściowe czujników, otrzymano transmisję drgań przez podstawę z węglików spiekanych. 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 przedstawia pomiary wykonane przy Carbide Base w stopkach bez łożysk kulkowych i poziomo ułożonych elastomerów. Jedynie 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 w celu niezawodnego wykorzystania elastomerów 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.