Propiedades de los materiales amortiguadores y sus usos

Los ingenieros mecánicos dependen de los materiales de amortiguación dondequiera que se produzcan vibraciones, oscilaciones, golpes o ruidos no deseados. Si estas vibraciones siguen sin controlarse, pueden provocar pérdidas de precisión, desgaste prematuro del material e incluso la destrucción de la máquina. Como resultado, los materiales de amortiguación no solo aumentan la vida útil y el rendimiento de las máquinas, sino que también las protegen contra daños. Además de espumas, fieltro y caucho, los plásticos especiales también se utilizan para producir materiales amortiguadores. Este artículo de blog proporciona una descripción general de los diversos materiales de amortiguación y cómo usarlos.

¿Qué es una vibración?

Desde un punto de vista puramente físico, una vibración es un cambio periódico basado en el tiempo en un parámetro físico sobre su estado de equilibrio. La vibración puede describirse mediante los parámetros amplitud, frecuencia y fase o ángulo de fase. Una vibración es una vibración mecánica periódica que normalmente también se puede oír y sentir. Las oscilaciones o vibraciones mecánicas se producen con mayor frecuencia en los componentes giratorios y oscilantes.

Hay varias formas de vibración:

• Armónica: El gráfico basado en tiempo se describe mediante una función senoidal o coseno, sin amortiguación o similar. Influencias externas.
• Excitada: Una vibración excitada por una fuerza periódica externa (aumento de la amplitud).  La vibración del excitador está en el rango de resonancia de la oscilación natural. Cuanto más se aproxime la frecuencia de excitación a la frecuencia natural, más fuerte será la resonancia resultante.
• Amortiguada: La amplitud de una vibración amortiguada disminuye con el tiempo debido a pérdidas de energía, por ejemplo, por fricción o amortiguación.

Oscilación y resonancia naturales

La denominada oscilación natural se produce cuando una fuerza externa actúa una vez sobre un cuerpo elásticamente deformable. Esta oscilación natural es causada por la fuerza de retorno, que es proporcional a la desviación y devuelve al cuerpo a su estado de equilibrio.

Si los choques de fuerza con la misma frecuencia de excitación actúan en el cuerpo además de la oscilación natural, la oscilación natural y la oscilación del excitación se superponen a una amplitud mayor, se produce el denominado pico de oscilación. Esto puede causar daños en el sistema. Aquí es donde intervienen los materiales de amortiguación de vibraciones y aislamiento de vibraciones.

También puede obtener más información sobre las diferentes formas de vibración en nuestro artículo sobre el comportamiento de la vibración intrínseca de los resortes.

Absorción de vibraciones y aislamiento de vibraciones

Las vibraciones se pueden contrarrestar de varias maneras. La absorción de vibraciones es el intento de reducir el pico (amplitud) de una vibración mediante la extracción de energía.
También se pueden utilizar amortiguadores hidráulicos, neumáticos y/o eléctricos acoplados u otros elementos de amortiguación mecánica además de la propiedad de un material utilizado para lograr un efecto de amortiguación mediante deformación elástica y fricción interna.

La amortiguación convierte la energía de vibración en calor. La amplitud de la vibración se reduce, lo que reduce las vibraciones y las hace más controlables. El efecto de amortiguación contribuye de este modo significativamente a mejorar la vida útil y la fiabilidad de las máquinas y sus componentes. Sin embargo, dado que la amortiguación se logra normalmente convirtiendo la energía cinética en calor, el material de amortiguación puede sobrecalentarse si se sobrecarga, cuyos efectos pueden variar desde un cambio en las propiedades de amortiguación hasta el fallo del amortiguador sobrecargado.

Por otro lado, el aislamiento de vibraciones significa, idealmente, mantener la ocurrencia de vibraciones completamente alejada de un sistema o, cuando corresponda, transferir la vibración resultante a otro sistema. Por lo general, esto se realiza instalando aisladores elásticos de vibración. El aislamiento de vibración es eficaz cuando la frecuencia natural del sistema aislado de vibración es menor que el componente de frecuencia más baja de la vibración falsa. Los aisladores de vibración pueden ser, por ejemplo: muelles de acero, amortiguadores de caucho, placas aislantes de corcho, caucho, fieltro, arena, etc.

Hay varios tipos de aislamiento de vibraciones:

• Aislamiento activo de vibraciones: El entorno de una máquina está protegido contra vibraciones.
• Aislamiento pasivo de vibraciones: La propia máquina está protegida contra vibraciones ambientales.

La cancelación de vibraciones es otro principio, especialmente en equipos grandes/máquinas grandes. Conectando un oscilador adicional con soporte de masa, se elimina la energía de la excitación y se cancela el movimiento de vibración del sistema principal.

¿Qué son los materiales amortiguadores?

Los materiales amortiguadores se utilizan para absorber o reducir la vibración y el ruido (oscilaciones) en las máquinas. Por ejemplo, hay materiales de amortiguación para los siguientes tipos de amortiguación:

• Absorción de vibraciones de oscilación/amortiguación de vibraciones: Los movimientos vibratorios del equipo y la maquinaria están amortiguados. Los materiales utilizados para este propósito son elásticos. Se colocan entre la fuente de la vibración y el objeto que se va a proteger.
• Reduce las vibraciones mecánicas no deseadas, p. ej., recubrimiento de PU en superficies.
• Aislamiento acústico: Absorbe/aísla las ondas sonoras para reducir el ruido. Los materiales insonorizantes suelen ser blandos y porosos. Esto puede hacer que las ondas sonoras se refracten en el material, queden atrapadas y sean absorbidas.
• Amortiguación mecánica, p. ej., absorción de impactos: Los impactos y cargas repentinos, incluidas las fuerzas de acción, se absorben y distribuyen. Esto protege los componentes sensibles contra daños. Los materiales amortiguadores son elásticos y pueden absorber una gran cantidad de energía.

MISUMI ofrece una amplia gama de materiales de amortiguación para una amplia variedad de aplicaciones. La siguiente descripción general proporciona asistencia para seleccionar el componente MISUMI adecuado:

En general, muchos plásticos también tienen propiedades amortiguadoras. Obtenga más información sobre las propiedades de los plásticos en ingeniería mecánica en nuestro artículo sobre plásticos.

¿Qué material es adecuado para la absorción de vibraciones?

Los materiales reaccionan de forma diferente a las vibraciones. La dureza es una característica que afecta a la vibración. La dureza indica la resistencia de un material a la entrada de otro material. Cuanto mayor sea el valor de dureza, más resistente será el material a la deformación. La dureza se determina con diferentes métodos de prueba de dureza, por ejemplo, dureza según Rockwell o dureza según Shore. Obtenga más información sobre las diferentes pruebas de dureza en nuestro artículo Comparación de dureza y pruebas de dureza.

La dureza también afecta a la elasticidad, lo que a su vez afecta a la frecuencia de vibración (el número de oscilaciones por unidad de tiempo). Los materiales de alta dureza tienen menor elasticidad. La frecuencia de vibración aumenta con el aumento de la elasticidad (constante de resorte) y la disminución de la masa del cuerpo; consulte también la siguiente descripción general de varios materiales de amortiguación:

• (1) Manguito amortiguador
• (2) Placa amortiguadora
• (3) Geles amortiguadores de vibraciones
• (4) Versión con revestimiento de goma
• (5) Elementos metálicos de goma
• (6) RUBLOC
• (7) Placas que absorben la vibración
• * Capacidad de carga (kg) para 4 unidades

Los elementos amortiguadores que se muestran aquí se presentan en detalle a continuación:

Recubrimientos de goma

Los recubrimientos de caucho aplicados en superficie son un método de amortiguación eficaz contra las emisiones acústicas. El material elástico convierte la energía cinética que actúa sobre el material en calor a través de la deformación y la fricción interna, reduciendo así la amplitud de la vibración. La siguiente figura muestra un diseño típico de un elemento amortiguador, con una combinación de gel amortiguador de vibraciones y revestimiento de goma.

La versión con gel amortiguador de vibraciones y revestimiento de goma está diseñada para cargas ligeras y bajas vibraciones. El gel absorbe bajas frecuencias a una carga de trabajo máxima de 25-35 kg y una frecuencia utilizable mínima de 13 Hz. El cuerpo de la base de silicona con revestimiento de caucho etileno es resistente a las inclemencias del tiempo y apto para uso en exteriores. Los amortiguadores de silicona también proporcionan una mayor duración a la fatiga que los amortiguadores de goma tradicionales.

Casquillos de gel o manguitos amortiguadores de gel

Debido a sus altas propiedades de amortiguación, los casquillos de gel son elementos de amortiguación de vibraciones diseñados específicamente que se utilizan especialmente en altas frecuencias y bajas capacidades de carga. El material suave similar al gel absorbe las vibraciones de forma eficaz. Los casquillos de gel se pueden utilizar de la siguiente manera:

Gel que absorbe las vibraciones

Los geles que absorben las vibraciones, especialmente los geles a base de silicona, son ideales para reducir las vibraciones en aplicaciones que tienen cargas ultraligeras a medias, y bajas vibraciones. Se caracterizan por su alta flexibilidad y adaptabilidad. En comparación con los amortiguadores de goma tradicionales, los amortiguadores de gel de silicona proporcionan una vida útil más larga y conservan sus propiedades de amortiguación incluso bajo estrés a largo plazo.

Placas de gel que absorben la vibración

Las placas de gel absorbentes de vibraciones son ideales para cargas ligeras y vibraciones mínimas que son difíciles de amortiguar con caucho convencional. Están térmicamente tratadas, no presentan resonancias no deseadas y requieren una distribución uniforme de la carga. Estos artículos de gel solo son adecuados para cargas verticales, ya que los desplazamientos laterales o las cargas de torsión reducen en gran medida su eficiencia y vida útil. Tampoco deben someterse a tensiones mecánicas.

Soportes de goma que absorben la vibración

Los soportes de goma que absorben la vibración son adecuados para cargas ligeras a medias. Debido a su durabilidad y alta capacidad de carga, los soportes de goma se utilizan a menudo en aplicaciones de máquinas y vehículos, a la vez que proporcionan una alta resistencia al desgaste e influencias ambientales externas.

RUBLOC

El amortiguador de vibraciones RUBLOC® es una marca comercial de Rubloc Imexin y es adecuado para cargas ligeras a medias con vibraciones bajas a medias. La composición especial del caucho de cloropreno repelente a la suciedad minimiza la contaminación de las superficies de material que entran en contacto con el amortiguador, mientras que las propiedades restantes son similares a las del caucho de cloropreno convencional. La propagación diagonal de las vibraciones dentro de las placas produce un efecto de amortiguación alto.

Insonorización/aislamiento acústico

La insonorización o aislamiento acústico se refiere a medidas que impiden o reducen la transmisión del sonido. El aislamiento acústico está diseñado para reducir el sonido. Esto se consigue reflejando o absorbiendo el sonido.

La textura de la superficie influye en gran medida en la capacidad de reflejar o refractar el sonido. Similar al reflejo de un haz de luz en la óptica, las superficies lisas reflejan el sonido directamente de vuelta a la estancia, lo que hace que el sonido se vuelva a emitir casi al mismo nivel. Las superficies rugosas o texturizadas, por otro lado, refractan las ondas sonoras y las difunden en diferentes direcciones. Las soluciones de insonorización, como las placas acústicas o las espumas, aprovechan este principio. La energía de onda del sonido se divide en cantidades más pequeñas de energía por esta difusión y se atenúa en consecuencia al quedar atrapada en el material. También hay espumas acústicas especiales y aglomerados que absorben completamente la energía de las ondas sonoras. Los materiales de aislamiento acústico son adecuados para absorber altas frecuencias, pero son menos adecuados para bajas frecuencias sonoras. Las alfombrillas de gel de silicona, topes de goma, etc. son más adecuados a bajas frecuencias. Mientras que las alfombrillas de gel de silicona tienen una absorción de vibraciones excelente y eficaz, los topes de goma están disponibles para una amplia variedad de aplicaciones debido a su diversidad de diseños, variantes y materiales.

A continuación se muestra el comportamiento de las diversas opciones de amortiguación:

Ejemplo: uso de placas para absorción de ruido y golpes

MISUMI ofrece placas fabricadas con una amplia variedad de materiales, por ejemplo, caucho de poliuretano (PU/PUR), caucho de poliuretano de bajo retorno, poliuretano antiestático, caucho de nitrilo butadieno (NBR), espuma de poliuretano, fieltro, cerámica o espuma de polietileno.

Las placas de espuma y las láminas de goma son especialmente adecuadas para la amortiguación en general y para la insonorización en particular. Se puede abordar una amplia variedad de aplicaciones porque están disponibles en una amplia gama de durezas Shore. Las placas de espuma o las láminas de goma pueden, por ejemplo, reducir las emisiones sonoras de un sistema. También son adecuadas para amortiguar los componentes de manipulación de materiales en sistemas transportadores o como guías laterales para proteger los componentes y los bienes transportados contra daños durante un impacto. En particular, las placas de goma dura o de goma o espuma de bajo impacto reducen esta energía de impacto.

Configure sus piezas de montaje

Con el configurador MISUMI puede configurar libremente cojinetes, ejes y otros componentes.

Seleccione el tipo de componentes y establezca las tolerancias deseadas.

Biblioteca de CAD

Aproveche nuestra extensa biblioteca de CAD para encontrar la mejor pieza de montaje para sus componentes y aplicaciones. Descargue su componente configurado de forma gratuita desde nuestra página web.

Después, podrá importar los componentes descargados a su programa CAD.

Déjese inspirar por nuestra biblioteca inCAD y edite sus diseños con nuestro complemento SolidWorks.