การใช้อีลาสโตเมอร์ที่มีปัจจัยรูปร่างต่ำ
พอลิเมอร์หนืดหยุ่นหรืออีลาสโตเมอร์ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในแอพพลิเคชั่นควบคุมการสั่นสะเทือนเนื่องจากมีความสามารถในการหน่วงสูง อีลาสโตเมอร์ยังสามารถแยกการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยขึ้นรูปเป็นรูปร่างบางอย่าง ปัจจัยรูปร่างเป็นคำศัพท์ทางเทคนิคที่ใช้ในการวัดประสิทธิภาพการแยกตัวของรูปร่างอีลาสโตเมอร์ที่กำหนด นัยก็คือ ยิ่งปัจจัยรูปร่างต่ำ ความถี่เรโซแนนซ์ศักย์ก็จะต่ำลง ความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำมักจะส่งผลให้มีแบนด์วิดท์การแยกตัวของการสั่นสะเทือนกว้าง ซึ่งเกิดจากการแยกตัวของความถี่การสั่นสะเทือนที่สูงกว่าความถี่เรโซแนนซ์
สำหรับรูปร่างทั่วไปส่วนใหญ่ ปัจจัยรูปร่างจะถูกกำหนดโดยทั่วไปดังนี้:
พื้นผิวรับน้ำหนักเฉลี่ยคือพื้นผิวด้านบนและด้านล่างที่รองรับน้ำหนักบรรทุก พื้นผิวโป่งพองคือพื้นผิวที่ว่างที่จะโป่งพองในแนวตั้งฉากกับน้ำหนักบรรทุก
เสถียรภาพของอีลาสโตเมอร์อาจลดลงเมื่อวัสดุมีขนาดสูงและแคบลงเรื่อยๆ ผู้ผลิตอีลาสโตเมอร์บางรายแนะนำให้คงขนาดไว้มากกว่า 0.3 เพื่อป้องกันการโก่งงอ ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์ที่รองรับล้มลงได้
เมื่อออกแบบอีลาสโตเมอร์ ViscoRing™ ที่ใช้ใน ฐานรองคาร์ไบด์ มีการวางแผนใช้ปัจจัยรูปร่างที่ 0.17 ซึ่งเลือกค่านี้เพื่อดันความถี่เรโซแนนซ์ให้ต่ำเพียงพอเพื่อให้สามารถแยกความถี่เสียงที่ต่ำที่สุดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การปรับปรุงเสถียรภาพ
ได้ทำการทดลองเพื่อทดสอบความสามารถของ ViscoRing™ ที่จะรับน้ำหนักในแนวตั้งและหลีกเลี่ยงการโก่งงอ การทดลองนี้ประกอบด้วยการค่อยๆ วางน้ำหนักและวัดการเสียรูปในแนวตั้งของวัสดุ โดยวางน้ำหนักไว้ด้านบนของ Medium ViscoRing™ ทีละ 1.13 กก. (2.5 ปอนด์) ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิห้อง ระยะการเสียรูปในแนวตั้งถูกวาดเป็นกราฟความเค้น-ความเครียดที่แสดงไว้ แกน y แสดงถึงความเค้นหรือน้ำหนักที่ใช้ และแกน x แสดงถึงความเครียดหรือการเสียรูปในแนวตั้งที่เกิดจากการวางน้ำหนัก
เส้นโค้ง สีแดง แสดงให้เห็น ViscoRing™ เพียงตัวเดียวที่ไม่มีตัวเรือน จะเห็นได้ว่าหลังจากใช้แรงกดครั้งแรกไม่นาน วัสดุก็เริ่มบิดงอและเสียรูปอย่างมากภายใต้แรงกด วัสดุนี้ทำหน้าที่รับน้ำหนักได้ไม่ดีนัก แม้ว่าจะมีมวลน้อยก็ตาม ซึ่งเป็นไปตามคาดเมื่อพิจารณาจากปัจจัยรูปร่างที่ต่ำมาก
เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของ ViscoRing™ จึงได้ออกแบบตัวเรือนสำหรับ ViscoRing™ ไว้ภายในส่วนบนของ ฐานรองคาร์ไบด์ ตามที่แสดงในกราฟิคแบบง่ายด้านบน สันนูนถูกเพิ่มเข้าไปในระยะห่างที่เว้นระยะรอบปริมณฑลของ ViscoRing™ เพื่อยึดและป้องกันการบิดงอ สันนูนถูกเว้นระยะห่างกันในระยะห่างที่แตกต่างกันจากด้านนอกของ ViscoRing™ วิธีนี้ทำให้มีพื้นที่ผิวว่างมากพอที่จะนูนออกมาด้านนอก และยังคงรักษาประโยชน์จากปัจจัยรูปร่างต่ำไว้ได้มาก
เมื่อ ViscoRing™ นูนออกมา พื้นผิวที่นูนออกมาจะสัมผัสกับสันนูนที่ลาดเอียงมากขึ้นเรื่อยๆ ปัจจัยรูปร่างที่เพิ่มขึ้นนี้พร้อมกับมวลบรรทุกที่เพิ่มขึ้น ทำให้ความถี่เรโซแนนซ์มีความสม่ำเสมอมากขึ้นในช่วงมวลบรรทุกที่กว้างขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ประสิทธิภาพการแยกตัวของ ฐานรองคาร์ไบด์ มีความสม่ำเสมอมากขึ้นในน้ำหนักบรรทุกที่แตกต่างกันด้วยการออกแบบปัจจัยรูปร่างที่ก้าวหน้านี้
เส้นโค้ง สีน้ำเงิน แสดง ViscoRing™ แบบเดียวกันที่วางอยู่ในตัวเรือนของส่วนบนของ ฐานรองคาร์ไบด์ พบว่าการเสียรูปแนวตั้งเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเมื่อรับน้ำหนัก วัสดุไม่โก่งงออย่างที่ตั้งใจไว้ ความแข็งของวัสดุค่อยๆ เพิ่มขึ้นในที่สุดเมื่อได้รับแรงที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากพื้นผิวที่ไม่ได้รับแรงกดถูกเสริมแรงมากขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดของวัสดุเพิ่มขึ้นตามที่ต้องการ
อีลาสโตเมอร์ไม่สามารถถูกบีบอัดให้มีปริมาตรที่เล็กลงได้ ดังนั้น จึงต้องปล่อยให้อีลาสโตเมอร์นูนออกมาด้านนอกเพื่อให้เกิดการเสียรูปภายใต้แรงกด ViscoRing™ ที่ได้รับการเสริมแรงแบบเลือกสรรจะไม่แสดงความลาดเอียงหรือความแข็งที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้หากป้องกันไม่ให้วัสดุนูนขึ้นมาอีก ความแข็งหรืออัตราสปริงที่ต่ำมีความสำคัญในการบรรลุความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำด้วยระบบมวลสปริงเช่นนี้
การปรับปรุงการแยกแนวนอน
เมื่อประสบความสำเร็จในการใช้อีลาสโตเมอร์ที่มีปัจจัยรูปร่างต่ำสำหรับการแยกแนวตั้ง ก็ต้องการผลประโยชน์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับการแยกแนวนอน อีลาสโตเมอร์ที่มีปัจจัยรูปร่างต่ำที่วางในแนวนอนพร้อมกับตลับลูกปืนถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกแนวนอนให้ดียิ่งขึ้น
การใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งเพื่อแยกตัวในแนวนอนเป็นแนวคิดที่รู้จักกันดี การออกแบบหลายๆ แบบจะแทรกตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งระหว่างรางวิ่งตลับลูกปืนแบบโค้ง [1]
การออกแบบที่คิดค้นขึ้นสำหรับส่วนล่างของ ฐานรองคาร์ไบด์ นั้นแตกต่างออกไป โดยรางรับน้ำหนักจะเป็นแบบแบนแทนที่จะโค้งงอ อีลาสโตเมอร์ที่วางในแนวนอนทำหน้าที่เป็นสปริงที่มีแรงหน่วงสูง ซึ่งทำให้ตัวเครื่องอยู่ตรงกลางเมื่อเกิดแรงสั่นสะเทือน เพื่อลดการเสียรูปและแรงต้านการหมุน จึงเลือกใช้เซอร์โคเนียสำหรับตลับลูกปืน และเลือกใช้เหล็กสปริงชุบแข็งขัดเงาสำหรับรางรับน้ำหนัก
การสร้างกราฟการแยกแนวนอน
ความถี่การสั่นสะเทือนไปข้างหน้าและข้างหลัง (แกน Y) ถูกตั้งค่าเป็นช่วงๆ ละ 10 เฮิรตซ์ ตั้งแต่ 10 เฮิรตซ์ ถึง 300 เฮิรตซ์ แรงดันไฟฟ้าขาออกของเซนเซอร์ทั้งสองตัวถูกวางแผนที่แต่ละช่วง แอมพลิจูดของโต๊ะได้รับการปรับเพื่อให้แน่ใจว่าโต๊ะกำลังแกว่งเป็นคลื่นไซน์ด้วยความเร่งประมาณ 4 ม./วินาที 2
การลบเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ทำให้ได้การส่งผ่านการสั่นสะเทือนผ่าน ฐานคาร์ไบ ด์ ค่าบวกบ่งชี้ถึงการขยายของการสั่นสะเทือนผ่านอุปกรณ์ ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นที่ความถี่การสั่นสะเทือนรอบความถี่เรโซแนนซ์ของอุปกรณ์ ค่าลบบ่งชี้ถึงการลดลงของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากตาราง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การแยกการสั่นสะเทือนซึ่งเป็นที่ต้องการ ยิ่งค่าลบมากเท่าไร การแยกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เส้น สีแดง แสดงการวัดที่วัดโดยใช้ฐานรอง คาร์ไบด์ ที่ไม่มีตลับลูกปืนและอีลาสโตเมอร์ที่วางในแนวนอน มีเพียงอีลาสโตเมอร์ ViscoRing™ เท่านั้นที่ทำหน้าที่แยกชิ้นส่วน เส้น สีน้ำเงิน แสดงการวัดโดยใช้ตลับลูกปืนและอีลาสโตเมอร์ที่วางในแนวนอน การรวมตลับลูกปืนและอีลาสโตเมอร์ที่วางในแนวนอนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกชิ้นส่วนในแนวนอนได้อย่างมาก การลดลงของแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนนั้นเห็นได้ชัดโดยเฉพาะบริเวณความถี่เรโซแนนซ์ ซึ่งบ่งชี้ถึงระดับการหน่วงที่สูงขึ้น
บทสรุป
คุณลักษณะการออกแบบหลายประการถูกนำมาผสมผสานเข้ากับ ฐานรองคาร์ไบด์ เพื่อใช้อีลาสโตเมอร์ที่มีปัจจัยรูปร่างต่ำได้อย่างน่าเชื่อถือสำหรับการแยกการสั่นสะเทือน อีลาสโตเมอร์ที่สร้างขึ้นด้วยปัจจัยรูปร่างที่เคยถือว่าไม่เสถียรเกินไปนั้นสามารถทำให้เสถียรเพียงพอด้วยตัวเรือนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ การผสมผสานเพิ่มเติมของตลับลูกปืนและอีลาสโตเมอร์ที่วางในแนวนอนช่วยปรับปรุงการแยกการสั่นสะเทือนในแนวนอนได้ดียิ่งขึ้น คุณสมบัติใหม่เหล่านี้ถูกนำมาผสมผสานเข้ากับสิทธิบัตรที่รอการพิจารณาในภายหลัง
