COME I SUPPORTI DI GOMMA PERDONO LE LORO PROPRIETÀ ELASTICHE

Questo articolo si occupa di come individuare quando sostituire un supporto in gomma.

INTRODUZIONE

Il presente articolo si applica a tutti i tipi di supporti in gomma indipendentemente dalla marca o dal tipo di supporto. Il processo di degradazione dell'elastomero avviene in tutti i tipi di supporti in modo simile.

Questo articolo sottolinea le ragioni e il processo di degradazione del composto elastomerico nei supporti di gomma. Sapendo come e perché le proprietà elastiche di un supporto si degradano con il passare del tempo, questo articolo può aiutare a determinare quali sono le pratiche giuste per prolungare la durata dei supporti.

Cominciamo con la meccanica degli elastomeri. Non importa il tipo di gomma, durezza o colore poiché tutti gli elastomeri sono composti da catene polimeriche. Il termine polimero deriva dal greco "poli" che significa molte e "mer" che significa parti. La gomma naturale, così come altri composti di gomma, è un polimero, una molecola a catena lunga che contiene sottounità ripetute.

Fig 1: Rappresentazione di una sottounità di NR

Si può usare l'analogia di un piatto di spaghetti aggrovigliato che rappresenta una massa di polimero. I singoli spaghetti rappresentano una singola catena di polimero. La lunga lunghezza della catena permette tralicci. Con la scoperta della vulcanizzazione, si potrebbe formare una struttura con legami di zolfo che uniscono singole catene di polimeri in una rete tridimensionale. Le catene ora hanno estensibilità che permette il supporto della tensione e una retrazione dopo il rilascio della tensione. La nostra analogia con gli spaghetti è appena passata da un portaspaghetti scollegato ad una struttura a rete da pesca in gomma vulcanizzata.

FIg 2: Representation of a sulfur cross links between NR strands blue and green

Quindi, in modo semplicistico, possiamo dire che gli elastomeri sono composti da un immenso insieme di catene, come mostrato nell'immagine qui sotto.

Le vibrazioni possono verificarsi per vari motivi o origini come, squilibrio o disallineamento degli assi in elementi rotanti, amplificazione dovuta alla risonanza con la frequenza di rotazione, ecc. Le vibrazioni creano tensione nella gomma, come si può vedere nel video di prova stanchezza sotto.

Questa tensione e deformazione crea uno stress sulle catene polimeriche. Lo stress nel sistema è mostrato nella seguente immagine FEM.

Nel corso degli anni, le catene polimeriche sono soggette a molti cicli di tensione per deformazione. Le catene polimeriche si romperanno a seconda del numero di cicli.

Nella figura 3 è riportato un grafico di carico anteriore rispetto alla deflessione di due supporti di gomma, uno nuovo e l'altro usato. Come indicato in precedenza, la tensione continua causata dai carichi dinamici e dalle vibrazioni sull elastomero comporta la rottura delle catene polimeriche. Pertanto, il supporto a causa dell'uso e del tempo mostra una minore quantità di catene polimeriche per sopportare lo stesso carico. Questo influisce sulla deviazione del supporto. Come si può vedere, nel tempo, la deflessione del supporto va da S1 a S2. Ciò è dovuto al fatto che le catene polimeriche rimanenti hanno resistito il più possibile, ma ovviamente si sono deformate ulteriormente.

Fig 3: Carico vs curva di deflessione su un nuovo supporto e un supporto utilizzato

Dal punto di vista dell'isolamento, dobbiamo comprendere che la rigidità dei supporti flessibili svolge un ruolo chiave nell'isolamento. Ma cos'è la rigidità? La rigidità è la proporzione tra forza e spostamento. Cioè la quantità di forza necessaria per provocare uno spostamento o una deflessione determinati. La rigidità è rappresentata da una linea di punti di colore marrone che mostra la proporzione o pendenza della curva ad una determinata forza (F1). La rigidità 0 è la rigidità di un nuovo supporto e la rigidità 1 è la rigidità di un supporto usato. La rigidità di un supporto usato è maggiore di quella di un nuovo supporto.

La rigidità svolge un ruolo importante nell'isolamento di una macchina sospesa. Determina la frequenza di risonanza del sistema. Maggiore è la rigidità della sospensione, maggiore è la frequenza naturale e minore è l'isolamento.

Fig 4: Formula di frequenza naturale in cui K è la rigidezza dei supporti e M è la massa del motore

Quindi, in altre parole, anche se il sistema si muove di più e mostra più elasticità, si potrebbe pensare che il sistema sia meglio isolato contro le vibrazioni, ma il caso è esattamente il contrario. Le vibrazioni sono più alte che mai.

SINTESI

La degradazione degli elastomeri avviene in tutti i supporti di gomma, la sua degradazione dipende direttamente dai cicli di carico e dalla loro grandezza. La degradazione deriva dalla perdita di catene polimeriche. Più basse sono le catene di polimeri che abbiamo sulla montatura, più elastico è il sistema. Più elastico è il supporto, più movimento mostra l'elemento sospeso, oltre a danneggiare altri elementi del sistema e il rumore indesiderato. Questo provocherà una maggiore tensione sui supporti che provocherà la rottura delle catene polimeriche rimanenti, creando una degradazione autoalimentata.