I componenti antivibranti per l’industria e i trasporti

Il problema delle vibrazioni

Quando parliamo di vibrazione intendiamo, in meccanica, un movimento continuativo caratterizzato da una serie di ripetizioni che si verificano ad intervalli di tempo regolari. Una vibrazione, in prima approssimazione, è caratterizzata da due parametri fondamentali: la frequenza, che rappresenta il numero di ripetizioni per unità di tempo, e l’ampiezza, ossia il massimo spostamento raggiunto durante il movimento rispetto alla posizione considerata di riposo.

D’altra parte ogni sistema meccanico, considerato nel suo insieme, è dotato, per sua stessa natura, di una serie di frequenze che vengono definite “proprie” a cui sono associati altrettanti modi di vibrare. Cercando di chiarire meglio, possiamo dire che un sistema meccanico, se viene spostato dalla propria posizione di equilibrio in una certa direzione e poi lasciato andare inizia a oscillare con un numero ben determinato di ripetizioni per ogni secondo e questo numero è ciò che noi chiamiamo frequenza propria associata a quella particolare direzione di movimento, detta modo di vibrare.

Ad esempio, se consideriamo una classica molla a spirale e l’allunghiamo di un po’ noteremo che, quando la lasceremo libera di muoversi, inizierà ad oscillare con una frequenza che non dipende da quanto l’abbiamo allungata inizialmente e che, per questo motivo, viene chiamata “propria” perché è funzione solo dalle caratteristiche strutturali della molla e, in particolare, dalla sua massa e dalla sua rigidezza. Ogni frequenza viene misurata, solitamente, in Hertz (Hz), ossia in numero di oscillazioni complete per ogni secondo.

Nelle applicazioni industriali di ogni tipo, così come nei veicoli, il problema da risolvere, come vedremo nel prosieguo di questo articolo, è quello dell’isolamento del sistema rispetto alle frequenze forzanti che provengono dall’esterno e, per questo motivo, Faizanè commercializza un’ampia gamma di componenti destinati a soddisfare le più svariate esigenze.

Frequenze forzanti, risonanza e smorzamento

Se un sistema meccanico non viene lasciato libero di oscillare in seguito ad uno spostamento imposto, ma subisce una forza che lo sollecita in modo continuo e ripetuto, si ha il fenomeno delle oscillazioni forzate. In questo caso, infatti, il sistema è costretto dalla forza esterna a vibrare nella direzione e con la frequenza imposta dalla forza stessa e assume quindi il b imposto dalla combinazione di sollecitazioni e vincoli e oscilla in questa direzione con il numero di ripetizioni per secondo, ossia di Hz, determinato dalla forza esterna.

In queste condizioni, che si verificano sempre nei sistemi meccanici collegati a motori elettrici o a combustione interna, in cui il moto rotatorio produce inevitabilmente delle vibrazioni, si produce innanzi tutto rumore, ma anche, in determinate circostanze, un pericolo per la resistenza strutturale stessa del sistema. Infatti, se la frequenza della forzante è molto vicina al valore di una della frequenze proprie del sistema si produce il fenomeno della risonanza, ossia un aumento teoricamente illimitato dell’ampiezza delle oscillazioni che può portare al cedimento strutturale del sistema.

Un esempio classico di risonanza è quello del calice di cristallo che viene mandato in frantumi dall’acuto di una soprano che, appunto, riesce a raggiungere con il suono della propria voce la frequenza propria di vibrazione del calice e innesca, quindi, il fenomeno della risonanza.

Per fortuna, però, la risonanza può dispiegare interamente la propria potenza distruttrice solo in sistemi in cui non vi siano elementi significativi che tendano a smorzare le oscillazioni, ossia a diminuirne progressivamente l’ampiezza nel tempo opponendosi al moto. In effetti, il calice di cristallo che ha una struttura molto regolare a livello atomico si può rompere per l’acuto di una cantante lirica, mentre un comune bicchiere di vetro, la cui struttura irregolare e amorfa funge da smorzatore per le vibrazioni, resiste senza problemi a questo tipo di sollecitazione.

Parlando per sommi capi, possiamo dire che i metalli sono, in generali, pessimi smorzatori, mentre le gomme e, in parte, le plastiche, lo sono in modo decisamente efficiente, proprio perché la loro struttura molecolare, formata da lunghe catene di polimeri disposte in modo irregolare, impedisce il propagarsi delle oscillazioni, al contrario della struttura regolare dei metalli.

L’isolamento dalle vibrazioni

Venendo alle applicazioni pratiche in campo industriale e veicolistico, possiamo dire, sempre in prima approssimazione, che il problema da affrontare è quello di disaccoppiare l’apparato motore dal resto del sistema, in modo che la vibrazione prodotta dal motore non inneschi fenomeni di risonanza potenzialmente dannosi per la struttura.

Il problema del disaccoppiamento, o dell’isolamento per utilizzare un termine differente, della fonte delle vibrazioni dal resto del sistema si risolve sempre frapponendo tra i due un elemento in gomma che smorzi le vibrazioni trasmesse, ma le possibili applicazioni concrete sono tali e tante da richiedere una serie di soluzioni progettuali molto diversificate tra loro. Per questo motivo, il catalogo di Faizanè in questo settore è decisamente ampio e va dai semplici piedini gommati a supporti dalla geometria molto complessa che agiscono in direzioni differenti, dai giunti di espansione per le tubazioni degli impianti termoidraulici alle molle ad aria di tipo Diapress, per cercare di venire incontro ad ogni esigenza della nostra clientela.

Non c’è dubbio che, data la complessità dei fenomeni coinvolti e la varietà delle situazioni progettuali la scelta del tipo di supporto antivibrante più adatto alle vostre esigenze non sia sempre agevole. Faizanè, che ha sempre una cura particolare per i bisogni della propria clientela, ha raccolto, per questo tipo di richieste, un team di esperti che, grazie alla propria professionalità ed esperienza, sapranno consigliarvi la soluzione tecnicamente più efficiente per soddisfare le vostre aspettative.

In particolare, le mescole delle gomme impiegate per le parti smorzanti di questi componenti rivestono un ruolo determinante per i parametri caratteristici di un supporto antivibrante, ossia per la combinazione tra carico subito, cedimento sotto il carico prestabilito e frequenza forzante da isolare. Si deve quindi prevedere quale sarà la frequenza più pericolosa per il sistema, tipicamente pari alla frequenza propria più bassa, quale forza si scaricherà su ogni supporto e, in base a una serie di diagrammi normalizzati, quale cedimento del supporto sia più adatto a smorzare la forzante.

Basandosi su analisi di questo tipo, si risolvono problemi di disaccoppiamento sia in campo industriale, soprattutto su macchine utensili di varie dimensioni e sui generatori alimentati con motori a combustione interna, sia nel settore dei trasporti, in cui l’isolamento dell’abitacolo rispetto alle vibrazioni prodotte dal motore è essenziale per il confort dei passeggeri e dell’autista.