Влияние температуры на резиновые виброизоляторы | HOAN 

Как температура влияет на рабочие характеристики резиновых виброизоляторов

Резиновая виброизоляция может обеспечивать опору для одного и того же оборудования как при температуре 20 °C, так и при -30 °C, но это не означает, что она будет работать одинаково.

Температура влияет на механические свойства эластомеров. В холодных условиях резина, как правило, становится более жесткой. При повышенных температурах некоторые составы становятся более эластичными, в то время как длительное воздействие тепла может ускорить старение.

С точки зрения виброизоляции эти изменения имеют важное значение, поскольку жесткость и демпфирование влияют на прогиб, собственную частоту и передачу вибрации.

Это особенно актуально для оборудования, используемого на открытом воздухе, механизмов, расположенных вблизи источников тепла, а также систем, в которых наблюдаются значительные перепады температуры между моментом запуска и режимом нормальной работы.

Почему низкие температуры могут снизить эффективность изоляции (https://www.isolatorpro.com/news/%d0%b4%d0%bb%d1%8f-%d1%82%d0%be%d0%b3%d0%be-%d1%87%d1%82%d0%be%d0%b1%d1%8b-%d1%81%d1%85%d0%b5%d0%bc%d0%b0-%d0%b2%d0%b8%d0%b1%d1%80%d0%be%d0%b8%d0%b7%d0%be%d0%bb%d1%8f%d1%86%d0%b8%d0%b8-%d1%82%d0%be/）

Когда резина охлаждается, движение молекул внутри эластомера становится более ограниченным. Обычно опора теряет гибкость, а её эффективная жёсткость увеличивается.

Собственная частота зависит от жесткости и массы, опирающейся на опору:

fn = (1 / 2π) × √(k / m), где:

fn = собственная частота; k = эффективная жесткость; m = опорная масса. Если опорная масса остаётся неизменной, а жесткость увеличивается, собственная частота возрастает.

Рассмотрим оборудование с доминирующей частотой колебаний 30 Гц. Если собственная частота системы виброизоляции при комнатной температуре составляет 8 Гц, то отношение частот равняется:

30 / 8 = 3,75

Если собственная частота в более холодных условиях повышается до 11 Гц:

30 / 11 = 2,73

Эти цифры приведены скорее в качестве наглядного примера, а не в качестве тестовых данных, однако они демонстрируют, почему температура имеет значение. Крепление может оставаться в пределах допустимой нагрузки, обеспечивая при этом меньшее разделение частот, чем ожидалось.

В опубликованных исследованиях, посвящённых резиновым изоляторам, также было установлено, что температура может существенно влиять на динамическую жёсткость и демпфирование, особенно при низких температурах.

Как это выглядит на реальном оборудовании? 

Изменения, связанные с температурой, не всегда заметны.

Машина может работать в нормальном режиме при более высоких температурах, но после ночной остановки в холодных условиях передавать заметно больше вибрации. На резиновых опорах не должно быть трещин, ослабленных крепежных элементов или явных необратимых деформаций.

Если уровень вибрации выше при холодном запуске и снижается по мере нагрева оборудования и окружающей среды, одним из возможных факторов, которые следует изучить, является жесткость крепления.

Сравнение результатов измерений вибрации до и после достижения оборудованием стабильной рабочей температуры может дать полезную информацию.

Это даёт больше информации, чем визуальный осмотр резины и предположение о том, что крепление работает исправно, поскольку оно не повреждено.

Резиновая опора может быть механически неповреждённой и при этом обеспечивать разную степень виброизоляции при разных температурах.

Высокая температура создаёт другую проблему

Тепло воздействует на резину не совсем так же, как холод.

Некоторые эластомеры становятся более податливыми при повышении температуры, что может привести к увеличению прогиба при той же нагрузке. Что ещё более важно, длительное воздействие высокой температуры может ускорить старение материала.

В зависимости от состава вещества и условий эксплуатации длительное воздействие может привести к:

Остаточная деформация при сжатии; Постоянная деформация; Потеря эластичности; Упрочнение или размягчение; Появление трещин на поверхности; Изменения в характеристиках демпфирования. Продолжительность воздействия имеет такое же значение, как и пиковая температура.

Кратковременное повышение температуры при запуске оборудования отличается от ситуации с резиновой виброизоляцией, установленной рядом с двигателем, компрессором или силовым агрегатом, которая остается горячей в течение тысяч часов работы.

По этой причине при выборе изолятора часто более полезным критерием является температура непрерывной работы, чем только кратковременная максимальная температура.

Как резиновый материал влияет на температурные характеристики (）

Не существует единого диапазона температур, применимого ко всем резиновым виброизоляторам.

Состав имеет значение.

Это общие характеристики материала, а не фиксированные эксплуатационные пределы.

Фактические допустимые температуры следует брать из технических данных по конкретному составу эластомера, используемому в опоре.

Также следует учитывать воздействие масла, ультрафиолета, озона, соли, влажности и химических веществ. Материал, который хорошо себя зарекомендовал при данной температуре в чистых помещениях, может оказаться не самым лучшим выбором при той же температуре в условиях загрязненной маслом среды или на открытом воздухе.

Грузоподъемность — это не всё

Рассмотрим корпус массой 40 кг, опирающийся на четыре резиновых виброизолятора.

При достаточно равномерном распределении нагрузки каждое крепление выдерживает примерно:

40 кг ÷ 4 = 10 кг на один изолятор. При комнатной температуре выбранное крепление может обеспечить требуемое прогибание при данной нагрузке.

После длительного пребывания на морозе вес оборудования по-прежнему составляет 40 кг, а нагрузка на каждый изолятор — примерно 10 кг. Однако если резина стала более жесткой, прогиб уменьшается, а динамические характеристики изменяются.

Для усиления передачи вибрации не обязательно, чтобы что-то было сломано.

Именно поэтому эти два вопроса следует рассматривать отдельно:

Сможет ли крепление надежно выдержать нагрузку? И сможет ли оно обеспечить необходимую изоляцию в реальных условиях эксплуатации?

В случае оборудования, чувствительного к вибрации, необходимо ответить на оба вопроса.

Влияет ли температура также и на демпфирование?

Да.

Резина обладает вязкоупругими свойствами, поэтому часть энергии колебаний рассеивается за счет внутренних потерь в материале. Такое демпфирование помогает контролировать колебания вблизи резонанса.

Характеристики демпфирования также изменяются в зависимости от температуры.

Этот эффект может проявиться, когда вращающееся оборудование проходит через резонанс во время запуска или остановки, либо когда оборудование работает вблизи собственной частоты своей опорной системы.

Таким образом, два крепления с одинаковой номинальной статической нагрузкой могут давать разные результаты, поскольку у них различаются состав материала, жесткость, амортизационные характеристики и рабочая температура.

Что мы проверяем при выборе изолятора

В случае оборудования, подверженного значительным перепадам температуры, выбор крепления не должен ограничиваться только весом оборудования.

К полезной информации относятся:

Вес оборудования Количество точек крепления Частота вибрации или частота вращения двигателя Минимальная рабочая температура Максимальная температура при непрерывной эксплуатации Ориентация при монтаже Допустимый прогиб и монтажное пространство Воздействие масла, ультрафиолета, соли, озона или химических веществ В практической работе по виброизоляции эти параметры учитываются в совокупности.

Например, две машины могут весить по 80 кг каждая, но для них потребуются разные крепления, если одна из них эксплуатируется в помещении при стабильной температуре, а другая — на открытом воздухе, подвергаясь значительным сезонным перепадам температуры.

Когда резина может оказаться не лучшим выбором

Резиновые виброизоляторы отличаются компактностью и эффективностью при использовании во многих отраслях промышленности. Однако при значительных перепадах температур, сильных ударах или воздействии неблагоприятных условий эксплуатации может возникнуть необходимость рассмотреть другой метод виброизоляции.

Например, цельнометаллический изолятор на тросовой основе позволяет избежать процессов старения эластомера, характерных для резины. Изолятор пружинного типа или с фрикционным демпфированием также может быть целесообразен в тех случаях, когда требуются иные характеристики жесткости, смещения или демпфирования.

Дело не в том, что одна технология лучше другой. Именно условия эксплуатации определяют, какое решение будет целесообразным.

Часто задаваемые вопросы

Становятся ли резиновые виброизоляторы более жесткими в холодную погоду?

Как правило, многие эластомеры становятся более жесткими при понижении температуры. Это может привести к уменьшению прогиба и увеличению собственной частоты виброизолирующей системы. Величина этих изменений зависит от состава резиновой смеси и условий эксплуатации.

Может ли температура повлиять на эффективность виброизоляции?

Да. Температура может влиять на жесткость и демпфирование, что, в свою очередь, сказывается на собственной частоте и коэффициенте передачи колебаний. Опора может оставаться в пределах номинальной нагрузки, при этом ее изолирующие характеристики могут изменяться.

Какой резиновый материал лучше всего подходит для перепадов температуры?

Универсального «лучшего» материала не существует. Силикон часто выбирают в тех случаях, когда требуется широкий диапазон рабочих температур, тогда как NBR, EPDM, неопрен и натуральный каучук могут оказаться более подходящими для других комбинаций факторов, таких как воздействие масел, атмосферное воздействие, эластичность и условия окружающей среды. Выбор следует основывать на точных данных о составе смеси.