Aislamiento de vibraciones

El aislamiento de vibraciones (del inglés vibration-isolation, control de vibraciones) es la capacidad que tiene un obstáculo (aislador de vibraciones, soporte de vibraciones) para aislar una estructura (equipo, mecanismo, etc.) de las vibraciones que se propagan a través de ella [1] [2] . Numéricamente, el aislamiento de vibraciones se estima por el debilitamiento de las vibraciones en el objeto protegido después de la instalación de un obstáculo entre el punto receptor y el área donde se encuentra la fuente de vibraciones. La unidad de medida es dB.

Los equipos y mecanismos tienen una conexión con los objetos circundantes (soporte - conexión de soporte; tubería, cable - conexión sin soporte). El aislamiento de vibraciones es el resultado de la acción de dos procesos dentro del obstáculo: amortiguación de vibraciones y aislamiento, que se deben a las propiedades físicas del material de los obstáculos, así como a las características de diseño del propio obstáculo.

Hay aislamiento pasivo de vibraciones, cuando no se utiliza dicha fuente de energía adicional, y aislamiento activo de vibraciones, cuando se utiliza la energía de una fuente adicional [2] .

Aislamiento pasivo de vibraciones

Amortiguación y aislamiento de vibraciones

En un sistema formado por una masa y un resorte, y en el que la masa se mueve uniformemente o con aceleración, se producen oscilaciones. La función del resorte puede ser realizada por la carrocería, soporte o bastidor del vehículo. Las vibraciones en masa pueden generar ruido y vibraciones que se propagan por el aire o por enlaces rígidos. El ruido y la vibración, por regla general, son fuentes de incomodidad y aceleran el desgaste de las piezas y mecanismos de la máquina. Por lo tanto, es habitual en tecnología tratar el ruido y la vibración.

Cualquier material, además de las características principales, tiene propiedades de amortiguación (amortiguación) o aislamiento (reducción de la amplitud, reflexión) de las vibraciones. Por ejemplo, una piedra tiene un 100 % de propiedades de amortiguación y un 0 % de propiedades de aislamiento de vibraciones.

El aislamiento de las oscilaciones en un sistema oscilante proporciona una disminución suave y cómoda de la amplitud de las oscilaciones, y la amortiguación de las vibraciones garantiza la absorción de la energía de las vibraciones. Por ejemplo, el puntal de suspensión de un automóvil consta de un resorte y un amortiguador. En este caso, el resorte actúa como aislante y el amortiguador actúa como amortiguador de vibraciones.

Aislamiento de vibraciones de la conexión de apoyo

El aislamiento de vibraciones de la conexión de referencia se implementa en un dispositivo llamado aislador de vibraciones (soporte de vibraciones). La ilustración muestra la dependencia de la diferencia en los niveles de vibración (función de transferencia), que se mide antes y después del aislador de vibraciones en un amplio rango de frecuencia.

Aislador de vibraciones

El aislador de vibraciones (es decir, el aislador de vibraciones, la parte antivibración) es un dispositivo de aislamiento de vibraciones para la reflexión y absorción de ondas de energía vibratoria que se propagan desde un mecanismo de trabajo o equipo eléctrico, debido al uso del efecto de aislamiento de vibraciones. Se instala entre el cuerpo que transmite las vibraciones y el cuerpo que se protege (por ejemplo, entre el mecanismo y la cimentación). La ilustración muestra una imagen de los aisladores de vibraciones de la serie VI, que se utilizan en la construcción naval rusa , por ejemplo, en el submarino de San Petersburgo. Se muestra "VI" con cargas permitidas de 5, 40 y 300 kg. Se diferencian en tamaño, pero tienen un diseño similar. El diseño utiliza una carcasa de goma, que está reforzada con un resorte. El caucho y el resorte están firmemente unidos a través del proceso de conversión de caucho crudo en caucho por vulcanización. Bajo la acción de la carga de peso del mecanismo, la carcasa se deforma y las bobinas del resorte se comprimen o se separan. Al mismo tiempo, en la sección transversal, la barra de resorte, al retorcerse, interactúa con el material de la cubierta, provocando deformaciones por corte en él. Se sabe que el aislamiento de vibraciones, en principio, no puede realizarse sin la presencia de absorción de vibraciones. Y la magnitud de la deformación por cizallamiento en el material elástico del aislador de vibraciones es decisiva para evaluar la efectividad de la absorción de vibraciones. Bajo la acción de cargas vibratorias o de choque, las deformaciones aumentan, siendo cíclicas, lo que mejora en gran medida la eficiencia de este dispositivo. Se proporciona un buje en la parte superior de la estructura y una brida en la parte inferior, con la ayuda de la cual el aislador de vibraciones se une al mecanismo y la base.

Tareas técnicas para aisladores de vibraciones
  1. Reducir el ruido estructural y la vibración, es decir, distribuidos desde la fuente a través de conexiones rígidas (por ejemplo, a lo largo del bastidor de un vehículo).
  2. Compensación de distorsiones y deformaciones durante la instalación y operación.
  3. Sustitución del rozamiento de deslizamiento en la bisagra por deformación elástica de las uniones internas de la capa de caucho del aislador de vibraciones.
  4. Amortiguación de vibraciones, golpes.
  5. Prevención de resonancia.
  6. Ser parte del esquema cinemático de un mecanismo que realiza oscilaciones periódicas.
Algunos tipos de aisladores de vibraciones
  1. Cojinetes de caucho-metal (cónicos, redondos, planos, en forma de cuña, esféricos, instrumentales, en forma de barril, etc.).
  2. Muelles de caucho-metal (cónicos, planos, multicapa, chevron, etc.).
  3. Rodamientos hidráulicos, bujes hidráulicos, rodamientos hidráulicos HALL con rigidez variable.
  4. Silentblocks , bujes engomados.
  5. Soportes auxiliares (arandelas de empuje de goma).
  6. Topes y topes de caucho-metal.
  7. Soportes de caucho-metal para tuberías.
  8. Partes de máquinas y mecanismos con función de aislamiento de vibraciones (por ejemplo, un asterisco o una rueda dentada con una capa intermedia de goma entre la corona y el casquillo, palancas, etc.).
Razones para la variedad de esquemas de diseño de aisladores de vibración
  1. Requisitos para la disposición de aisladores de vibraciones como parte de una máquina o mecanismo.
  2. Cargas de operación sobre el soporte vibratorio.
  3. El grado requerido de aislamiento de vibraciones en el sistema de coordenadas.
  4. Requisitos de rigidez, así como la relación de rigidez de soporte de vibración en el sistema de coordenadas.
  5. Valores de deformaciones permisibles en el sistema de coordenadas, si el aislador de vibraciones es un elemento del esquema cinemático del mecanismo.
  6. Requisitos de deformación elástica admisible para garantizar la capacidad compensatoria del aislador de vibraciones.
  7. Condiciones de funcionamiento y ambientales.
Ejemplos de uso de aisladores de vibraciones  - fijar el motor de combustión interna y la cabina al bastidor del vehículo;  - fijación de piezas de suspensión del automóvil (amortiguador, palanca, etc.).  - conexión del puente tractor con el bastidor;  - fijación de componentes y conjuntos de la planta de energía eólica a la góndola;  - instalación de máquinas y mecanismos en la base por medio de aisladores de vibración;  - fijación de dispositivos sensibles a sacudidas y vibraciones a la base;  — bisagras de torsión;  - fijación de la caja de grasa al bastidor del bogie ferroviario;  - fijar el vagón de ferrocarril al bastidor del bogie;  — bisagras en mecanismos espaciales complejos, etc. Principios físicos que permiten que el aislador de vibraciones realice su función de la manera más eficiente posible
  1. Sin fricción de deslizamiento en la unión elastómero-metal. En este caso, es necesario unir el elastómero al metal mediante vulcanización.
  2. El elastómero utilizado debe ser capaz de absorber la energía de la vibración sin romperse.

Aislamiento de vibraciones de enlace sin soporte

El aislamiento de vibraciones de una conexión sin soporte (tubería) se implementa en un dispositivo llamado tubería de aislamiento de vibraciones.

Amortiguador de vibraciones

El ramal aislante de vibraciones  es una parte de un tubo con paredes elásticas para la reflexión y absorción de ondas de energía vibratoria que se propagan desde una bomba en funcionamiento a lo largo de la pared del ducto. Se instala entre la bomba y la tubería. La ilustración muestra una imagen de un ramal antivibratorio de la serie VIPB. El diseño de la tubería de derivación utiliza una funda de goma, que está reforzada con un resorte. Las propiedades de la carcasa son similares a las de la carcasa de un aislador de vibraciones. Tiene un dispositivo que proporciona la no expansión de las fuerzas de presión interna del medio en la tubería.

Aislamiento activo de vibraciones

Los sistemas activos de aislamiento de vibraciones contienen, además del resorte, un circuito de retroalimentación, que consta de un sensor, por ejemplo, un acelerómetro piezoeléctrico o un geófono, un controlador y un accionamiento. Las lecturas del acelerómetro (vibraciones) son procesadas por el circuito de control y amplificadas. Luego, la señal se envía al accionamiento electromagnético. Como resultado, esta supresión de vibraciones da un mejor resultado que la amortiguación convencional.

Sensores

  • Acelerómetros piezoeléctricos y sensores de fuerza
  • Acelerómetros MEMS
  • Geófonos
  • Sensores de distancia
  • Interferómetros

Actuadores para aislamiento activo

  • motores lineales
  • Accionamientos neumáticos
  • Motores piezoeléctricos

Véase también

Notas

  1. A. Kolesnikov "Ruido y vibración". Leningrado. "Construcción naval". 1988
  2. 1 2 Gusev Yu. I., Karasev I. N., Kolman-Ivanov E. E. Diseño y cálculo de máquinas para la producción química. - M., Mashinostroenie, 1985. - S. 92 - 95