 |
| Khớp nối giảm chấn bằng cao su tổng hợp |
Cao su có rất nhiều ứng dụng trong kỹ thuật, bài viết này giới thiệu về đệm cao su giảm chấn. Đệm cao su giảm chấn được dùng trong máy móc, thiết bị, ô tô, xe máy, … để giảm rung trong quá trình di chuyển, hoạt động, kéo dài tuổi thọ.
Cao su nói riêng và các vật liệu nói chung đều có một tần số dao động riêng (f0). Một ví dụ đơn giản (chỉ có một bậc tự do), trường hợp một hệ gồm lò xo gắn với một vật nặng dao động theo phương ngang, tần số dao động riêng của hệ tỷ lệ với giá trị (k/m)0.5, với k là độ cứng của lò xo và m là khối lượng của vật nặng. Tần số riêng của các vật liệu trong thực tế được tính toán phức tạp hơn rất nhiều. Khi có ngoại lực tuần hoàn (f) tác động lên vật liệu, có 3 trường hợp xảy ra như sau: tần số của ngoại lực tác động khác tần số riêng của vật liệu (f khácf0), vật liệu sẽ dao động cưỡng bức cùng tần số với ngoại lực tác động, và biên độ dao động phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực tác động và độ lệch giữa hai tần số trên.
Trong trường hợp f = f0, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, biên độ dao động của vật liệu được khuếch tán rất lớn. Còn trong trường hợp (f/f0) > 20.5 gần bằng 1.41, vật liệu trở thành vật cô lập rung động.
Vì vậy, muốn thiết kế một đệm cao su giảm chấn tốt phải tìm hiểu kỹ môi trường làm việc của vật liệu cao su, đặc biệt là tần số dao động của ngoại lực. Trong các trường hợp trên, hiện tượng cộng hưởng làm cho đệm cao su dao động với biên độ lớn nhất, nên dễ gây hư hỏng máy móc, thiết bị. Để giải quyết vấn đề này, ta nên thiết kế đệm cao su có tần số riêng không trùng với tần số của ngoại lực tác động bằng cách thay đổi khối lượng đệm cao su, hoặc mô-đun đàn hồi của nó. Trong trường hợp không thực hiện được, ta có thể giảm biên độ dao động cộng hưởng bằng cách tăng tính ma sát (tính nhớt) của vật liệu cao su, giúp chuyển một phần năng lượng dao động cơ học thành năng lượng nhiệt.
Tuy nhiên, việc giảm biên độ dao động lại tạo ra vấn đề khác, đó là sự cô lập rung động của đệm cao su giảm khi máy móc hoặc thiết bị hoạt động ở những tần số cao hơn. Tuy sự truyền rung động lúc này thấp nhưng vẫn có thể gây khó chịu, đặc biệt khi đệm được dùng trong ô tô, xe máy. Vì vậy, khi thiết kế một đệm cao su giảm chấn phải chú ý đến cả dãy tần số thấp và dãy tần số cao của môi trường làm việc.
Tóm tắt từ tài liệu Engineered Rubber Products - Introduction to Design, Manufacture and Testing, John G. Sommer, Hanser Publications, 2009, trang 84 - 87
(vtp-vlab-caosuviet)
