Tłumiki drgań firmy ACE wyciszają stanowisko badawcze na Uniwersytecie w Aalen
Wibracje zostały skutecznie odizolowane – „uspokojone” stanowisko badawcze przenosi się z nauki do przemysłu.
Firma ACE Stoßdämpfer GmbH od lat wspiera adeptów uczelni. Tak też było w przypadku pracy magisterskiej, w której absolwenci Uniwersytetu w Aalen wybrali gumowo-metalowe wibroizolatory firmy ACE, aby wyeliminować uciążliwe wibracje w pewnym stanowisku badawczym. Obecnie Wydział Budowy Maszyn i Inżynierii Materiałowej w Aalen udostępnił stanowisko badawcze znanemu dostawcy z branży motoryzacyjnej do przeprowadzania serii testów przez praktykantów.
Uniwersytet w Aalen (© Hochschule Aalen)
Wszystko zaczęło się od pracy magisterskiej na Wydziale Budowy Maszyn i Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu w Aalen, której promotorem był profesor dr Tillmann Körner. Jego zespół otrzymał wsparcie firmy ACE Stoßdämpfer GmbH. Od rozpoczęcia działalności jako specjalistyczny producent amortyzatorów przemysłowych, przedsiębiorstwo z Langenfeld, które od 2016 roku należy do grupy Stabilus, już dość dawno osiągnęło status kompleksowego dostawcy urządzeń w dziedzinie techniki wibracyjnej i tłumienia drgań, regulacji prędkości i produktów bezpieczeństwa. Technika wibracyjna odgrywa coraz większą rolę, nie tylko w budowie maszyn. Eliminacja drgań oznacza redukcję hałasu, dłuższą żywotność eksploatacyjną urządzeń, ochronę ludzi i maszyn oraz – w przypadku projektów uniwersyteckich – jeszcze dokładniejsze wyniki pomiarów.
Zdjęcie 1: Stanowisko badawcze do badań kół zębatych na Uniwersytecie w Aalen
Stanowisko badawcze na Uniwersytecie w Aalen do badań kół zębatych do wyznaczania krzywych wytrzymałości zmęczeniowej.
Foto: Uniwersytet w Aalen
Podczas opracowywania stanowiska badawczego dla spiekanych kół zębatych do wyznaczenia krzywych wytrzymałości zmęczeniowej, pierwszym zadaniem było wytłumienie pracującej konstrukcji o masie 2,5 t. Studenci profesora Körnera postawili początkowo na stalowe sprężyny. Szybko okazało się jednak, że generowane przez silniki wibracje były tak silne, że czułe elektroniczne przyrządy pomiarowe nie były w stanie dostarczyć żadnych użytecznych danych. Wtedy nawiązano kontakt z firmą ACE.
Z produktami i usługami firmy ACE jesteśmy zaznajomieni głównie dzięki pokazom i imprezom, które firma na miejscu regularnie organizuje. Z drugiej strony, podzespoły i elementy maszyn z firmy ACE są często stosowane w projektach na naszej uczelni.
Stanowisko badawcze na Uniwersytecie w Aalen jest skutecznie odizolowane od drgań mechanicznych
W czasie swojej wieloletniej pracy naukowej i dydaktycznej profesor Körner zawsze przywiązywał dużą wagę do wysokiego stopnia odpowiedzialności osobistej. Przy takim podejściu, jeden student był odpowiedzialny za koncepcję i budowę stanowiska badawczego, a drugi za jego montaż i uruchomienie. Stanowisko badawcze jest zamontowane na płycie rowkowanej oraz na płytach adapterowych do silników i przekładni z otworami szczelinowymi do mocowania. Zapewnia to możliwość regulacji odległości i ustawień podzespołów. W obu skrzyniach przekładniowych należy dopasować pokrywy łożyskowe, aby móc badać koła zębate o różnych rozstawach. Stanowisko badawcze, o wymiarach 1500 x 3000 x 1700 mm, składa się z dwóch silników i dwóch skrzyń przekładniowych. Jeden silnik napędza obroty, a drugi służy za obciążenie lub generator (patrz schemat 1).
Wykres 1: Szkic zasadniczy stanowiska do badań spiekanych kół zębatych na Uniwersytecie w Aalen
Szkic zasadniczy stanowiska do badań spiekanych kół zębatych.
Foto: Uniwersytet w Aalen
Skrzynia przekładniowa II zawiera badane koła zębate ze spieków, a skrzynia przekładniowa I zawiera przekładnię wsteczną (tylną). Płyta rowkowa jest połączona w pięciu punktach ze stopką stołu. Stanowisko badawcze miało być mobilne, dlatego szafka sterownicza jest przymocowana do nogi stołu za pomocą profili aluminiowych. Elementy tłumiące na stanowisku badawczym są potrzebne do odizolowania drgań od szafy sterowniczej i czułej elektroniki. Ze względu na dużą masę płyty rowkowej i konstrukcji stanowiska testowego, wynoszącej około 2500 kg, było jasne, że elementy tłumiące drgania muszą również charakteryzować się wysoką wytrzymałością mechaniczną.
Dla wezwanych do pomocy specjalistów z firmy ACE wybór odpowiednich tłumików drgań okazał się prosty. Doradzili oni studentom, aby przetestowali gumowo-metalowe wibroizolatory SFM-52012-75 zamiast wcześniej zamontowanych sprężyn stalowych.
Bezpośrednia konsultacja ze specjalistami ACE nie jest jednak konieczna, by dobrać odpowiednie rozwiązanie do swojej aplikacji. Firma ACE, dysponując szerokim doświadczeniem w dziedzinie amortyzatorów i sprężyn gazowych, oferuje program w trybie online, przewidziany do obliczania, wyboru i zamawiania tłumików drgań mechanicznych. W kilku krokach zainteresowane osoby i podmioty, wchodząc na stronę www.ace-ace.de/de/berechnungen/schwingungsdaempfung.html, uzyskują możliwość samodzielnego wyboru idealnie dostosowanego układu podparcia maszyny spośród więcej niż 2/3 wszystkich typowych przypadków. Narzędzie obliczeniowe jest intuicyjne w obsłudze i oferuje optymalną wizualizację różnych możliwych zastosowań. Po wprowadzeniu kilku kluczowych danych program błyskawicznie oblicza środek ciężkości maszyny, a tym samym, podaje indywidualne obciążenia punktów podparcia, oferując nawet wybór alternatywnych produktów do tłumienia drgań mechanicznych dla uzyskania optymalnej proporcji ceny do jakości.
Za stosowaniem stopek do maszyn produkcji firmy ACE przemawia kilka faktów
Również w systemie online wibroizolatory gumowo-metalowe byłyby w przypadku omawianego rozwiązania odpowiednim wyborem. Zaprojektowane w trzech różnych rozmiarach stopki do maszyn są odpowiednie dla zakresów obciążeń od 20 do 1000 kg. Ze względu na masę stanowiska badawczego, stosowane są największe typy SFM…. Aby uzyskać rozwiązanie z dodatkową tolerancją bezpieczeństwa, przyszli inżynierowie i konstruktorzy maszyn, zastosowali w sumie pięć komponentów do wytłumienia drgań. Uniwersalne, wytrzymałe i bezobsługowe wibroizolatory gumowo-metalowe mogą być szybko montowane i charakteryzują się dużą wytrzymałością na zerwanie. Wykonane są z galwanizowanego metalu z wewnętrzną warstwą neoprenu w charakterze materiału tłumiącego. Przy projektowaniu tych wibroizolatorów drgań zadbano o to, aby ich sztywność wzdłużna była dwa i pół raza większa od sztywności pionowej, a sztywność poprzeczna wynosiła 75% sztywności pionowej. Cechy te zwiększają konstrukcyjną solidność i uniwersalność wibroizolatorów firmy ACE. Jednocześnie, elementy typu SFM charakteryzuje częstotliwością drgań własnych wynosząca tylko 8 Hz przy maksymalnym obciążeniu. W praktyce okazało się, że nie tylko wytrzymują one obciążenia, ale również izolują ponad 80% drgań przy obrotach znamionowych silników.
Zdjęcie 2: ACE SFM-52012-75 na stanowisku badawczym Uniwersytetu w Aalen
Jeden z pięciu gumowo-metalowych wibroizolatorów ACE pod stanowiskiem badawczym.
Foto: Uniwersytet w Aalen
Po trzech latach od uruchomienia ww. stanowisko badawcze nadal działa bez zarzutu. Na przykład w ramach jednej z prac doktorskich, testuje ono różne materiały do produkcji kół zębatych. W międzyczasie jednak doktorant udał się do wspomnianego wcześniej dostawcy dla przemysłu motoryzacyjnego.
Niniejsze stanowisko badawcze dostarczyło nam w ostatnich latach wielu cennych spostrzeżeń podczas oceny materiałów i procesów stosowanych w spiekanych kołach zębatych w silnikach o wysokiej wydajności, również dzięki doskonałej izolacji drgań. Stało się jednak oczywiste, że silniki stanowiska badawczego są po prostu zbyt głośne do pracy w trybie nauczania równoległego. Ponieważ mobilność stanowiska badawczego jest istotnym czynnikiem jego koncepcji konstrukcyjnej, zdecydowaliśmy się wynająć je do prowadzenia dalszych prac badawczych.
W ten sposób ta mobilna konstrukcja znalazła nowe miejsce użytkowania u jednego z wiodących europejskich producentów wysokowytrzymałych elementów produkcji seryjnej ze spiekanego aluminium.
Zdjęcie 3: Obliczenia ACE tłumika drgań
Pod adresem www.ace-ace.de/de/berechnungen/schwingungsdaempfung.html użytkownicy strony mogą w bardzo krótkim czasie samodzielnie obliczyć ponad 2/3 wszystkich typowych przypadków konstrukcyjnych i wyświetlić idealne podparcie maszyny.
Foto: ACE Stoßdämpfer GmbH
Współpraca ta jest doskonałym rozwiązaniem, ponieważ studenci mogą bezpośrednio wdrażać wyniki swoich wymagających koncepcji naukowych do praktycznych projektów. Dzięki temu specjalista z branży motoryzacyjnej wykorzystując najnowsze odkrycia naukowe, otrzymuje gotowe pomysły służące redukcji emisji CO2, dodatkowo z możliwością redukcji mas podzespołów. Oprócz zastosowań w budowie maszyn oraz na stanowiskach pomiarowych i badawczych, tak jak w przypadku opisanym tutaj, typy SFM firmy ACE w zastosowaniach przemysłowych izolują głównie drgania silników okrętowych, generatorów z napędem silników wysokoprężnych lub innych generatorów energii.
Zdjęcie 4: ACE Wibroizolatory gumowo-metalowe ACE
Wibroizolatory gumowo-metalowe to tylko część oferty firmy ACE Stoßdämpfer GmbH w zakresie techniki drgań
Foto: ACE Stoßdämpfer GmbH
Autor: Robert Timmerberg M. A., dziennikarz specjalistyczny (DFJV), plus2 GmbH, Dusseldorf
