AN-VI by Italeco s.r.l. Moncalieri (TO) - Italy - Un rivoluzionario prodotto anti-vibrazione e anti-shock.
Presentazione breve all'indirizzo http://www.youtube.com/watch?v=LttPhAGiit4
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AN-VI: UN NUOVO ELASTOMERO CHE ASSORBE LE VIBRAZIONI
1 Le vibrazioni e i loro effetti ..................................................................................................................... 2
2 Cos’è AN-VI ............................................................................................................................................. 2
3 Colpi ed impatti delle vibrazioni ............................................................................................................ 2
4 Assorbimento del colpo.......................................................................................................................... 2
5 Vibrazioni continue ................................................................................................................................. 2
6 Qualche prova comparativa .................................................................................................................. 3
7 L’elasticità di rimbalzo AN-VI ................................................................................................................ 4
8 Le proprietà di smorzamento di AN-VI ................................................................................................ 5
9 AN-VI nei fenomeni transitori ................................................................................................................ 6
10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI ................................................................................................... 8
11 Esempi di mescole AN-VI ...................................................................................................................... 9
12 Resistenza di AN-VI agli agenti chimici ............................................................................................. 11
13 Caratteristiche Elettriche di AN-VI...................................................................................................... 12
14 Dove può essere utilizzato AN-VI....................................................................................................... 12
15 Cosa ne pensano… .............................................................................................................................. 13
16 Formati Disponibili ................................................................................................................................ 13
Rev 1.1
2. 2
1 Le vibrazioni e i loro effetti
Le macchine utensili, o in generale le apparecchiature con parti in movimento, con la loro azione, producono
vibrazioni. Le vibrazioni propagandosi attraverso le strutture risultano dannose per le stesse e possono originare
ricorrenti e a volte pericolose problematiche quali fastidiosi rumori, perdita di precisione e addirittura usura.
2 Cos’è AN-VI
AN-VI è un nuovo prodotto della famiglia della gomma con caratteristiche sostanzialmente diverse da
quelle dei tradizionali elastomeri.
Presenta l’elasticità di una buona gomma, ma la sua principale caratteristica è una inusuale capacità di
smorzamento essendo un materiale elastico che, come un ammortizzatore, assorbe e dissipa l’energia
deformandosi in maniera non permanente..
Una parte di energia viene convertita in calore, mentre l’altra parte viene restituita lentamente attenuando
per gran parte gli effetti dinamici.
In forma compatta, AN-VI può essere usato per ridurre le vibrazioni da colpi ed impatti accentuando gli
effetti ammortizzanti, mentre espanso trova impieghi per carichi non eccessivamente pesanti.
3 Colpi ed impatti delle vibrazioni
Confrontiamo cosa succede quando una piccola sfera di metallo cade su un pannello di AN-VI o,
alternativamente, su un pannello di qualche altro materiale elastico. Nell’esperimento, il pannello
tradizionale è compresso ed “eccitato”: l’energia ricevuta è subito restituita alla sfera, e come effetto si ha il
classico “rimbalzo”. Ripetendo la stessa prova utilizzando un pannello di AN-VI, si può notare che l’azione
di rimbalzo della pallina viene neutralizza grazie all’effetto di deformazione e l’energia d’urto viene
“dissipata” all’interno di AN-VI stesso. L’energia assorbita non viene quindi restituita alla sfera e la
superficie sottostante risulta preservata.
4 Assorbimento del colpo
Caratteristica saliente di AN-VI è la sua capacità di assorbimento dei colpi.
AN-VI è il materiale per eccellenza da utilizzare per contrastare vibrazioni da shock che si aggiungono a
vibrazioni continue.
5 Vibrazioni continue
Come regola generale, le macchine dovrebbero essere isolate dalla loro base tramite supporti anti
vibrazioni.
Il sistema macchina più supporto ha una naturale frequenza di oscillazione determinata dalla massa della
macchina e dall’elasticità dei supporti. In movimento, il macchinario vibra con una frequenza che varia a
seconda della velocità di rotazione. Se la frequenza di vibrazione è superiore alla frequenza naturale, AN-
VI assorbe l’energia e riduce sensibilmente la trasmissione delle vibrazioni alla base..
Quando la frequenza di vibrazione è vicina alla frequenza naturale, come ad esempio nelle fasi di partenza
ed arresto della macchina, AN-VI agisce come un vero e proprio ammortizzatore, limitando l’oscillazione.
Accade spesso che le vibrazioni della macchina vengano trasmesse alla copertura dei pannelli di metallo,
che quindi agiscono come cassa di risonanza. Il rumore può essere attenuato smorzando le vibrazioni con
opportuni pannelli, in modo tale che l’energia meccanica associata con le vibrazioni venga convertita in
calore e dissipata.
In questi casi un foglio di espanso AN-VI in abbinamento al pannello di metallo è la soluzione: un pannello
a sandwich in metallo riempito con AN-VI è un ottimo attenuatore del rumore.
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3. 3
6 Qualche prova comparativa
Diversi test effettuati dimostrano che AN-VI riduce gli effetti d’urto e attenua le vibrazioni da impatto generate
dai ripetuti colpi di metallo su metallo.
I grafici mostrano la forza che una biglia in acciaio in caduta libera trasmette ad una cellula di prova. Dei
pezzi di caucciù perforati (RUBBER), di Etilvinil-Acetato (E.V.A.) e di AN-VI sono stati interposti tra la biglia
d’acciaio e gli strumenti di misura. I risultati mostrano che, alla stessa altezza di caduta della biglia e per la
stessa quantità di materiale, AN-VI assorbe totalmente l’energia generata dallo shock (non ci sono effetti di
rimbalzo) e riduce l’impatto sulla superficie inferiore dello strumento di misura.
FORZE TRASMESSE DALLA CADUTA LIBERA DI UNA SFERA D’ACCIAIO IN UNA CELLA DI
CARICO CON L’INTERPOSIZIONE DI PROVINIDI GOMMA, ETHIL-VINIL-ACETATO E AN-VI.
(Politecnico di Milano, Servizi di Ricerche Biomeccaniche, 1989)
I valori di picco di forza riscontrati sono stati:
Gomma: 144 N
E.V.A.: 120 N
AN-VI: 100 N
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4. 7 L’elasticità di rimbalzo AN-VI 4
Uno dei principali differenziatori
fra AN-VI e gli altri elastomeri di
buona qualità è la sua elasticità di
rimbalzo. Questa quantità è il
parametro che esprime la
capacità del materiale di dissipare
energia meccanica. Si è misurata
per mezzo di uno strumento
chiamato “il ritorno del pendolo”
la quantità di energia meccanica
restituita ad una sfera d’acciaio
lasciata cadere da una
determinata altezza su un
campione del materiale in esame.
Con AN-VI, per temperature
comprese tra 0° e 30°C, meno
del 5% della originaria energia
potenziale della sfera è restituita
alla stessa, mentre il restante
95% viene assorbito da AN-VI.
Nella figura accanto l’elasticità di
rimbalzo di AN-VI viene
rappresentata graficamente in
confronto con altri comuni
elastomeri in funzione della
temperatura. Nella gamma di
temperatura da -20° a +60°C, che
comprende la maggior parte delle
applicazioni normali, l’elasticità di
rimbalzo AN-VI è decisamente
inferiore a quella di tutti gli altri
elastomeri.
La figura accanto mostra il
comportamento di AN-VI in
funzione della frequenza di
vibrazione, confrontato con atri
elastomeri.
Il grafico è stato ricavato dal
Politecnico di Torino - Laboratorio
Interdipartimentale di Meccatronica
nel corso di una sperimentazione
effettuata utilizzando AN-VI per la
stabilizzazione di un gruppo
Rotore-Cuscinetto Elettrodinamico.
La sperimentazione ha dimostrato
che l’utilizzo di AN-VI rappresenta
la soluzione laddove l’utilizzo di
altri elastomeri evidenzia limiti di
diversa natura.
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5. 5
8 Le proprietà di smorzamento di AN-VI
AN-VI ha una elevata capacità di smorzamento delle vibrazioni sia da impulsi o transitori che da
sollecitazioni costanti o pseudo-costanti, come evidenziato dal suo comportamento isteretico.
TABELLA SIMBOLI
Grandezza Simbolo Unità
Assumiamo il modello di un oscillatore: tempo t S
frequenza f Hz
pulsazione w = 6,28 f rad/s
spostamento s(t) m
velocità v(t) = ds(t) / dt m/s
accelerazione a(t) = dv (t) / dt (m/s)/s
forza F (t) N
massa M Kg
rigidità elastica K N/m
smorzamento viscoso B N /(m/s)
rigidità isterica C N/m
unità immaginaria i
fattore di smorzamento viscoso nv = B / (2 Sqr (K/M)) ad
fattore di smorzamento isterico ni= C/2K ad
pulsazione naturale wo= Sqr (K/M) rad/s
frequenza naturale fo= (1/6,28) Sqr (K/M) Hz
periodo naturale To= 1/fo s
fattore di smorzamento naturale no=nv + ni ad
l’equazione del moto è:
F (t) = Ma(t) + Bv(t) + (K + iC) s (t)
Sottoponendo campioni di materiali vari ad uno schiacciamento s(t) di ampiezza unitaria (1 cm), variabile in
base alla legge armonica con pulsazione w si ottiene:
s(t) = (1 cm) sin (wt)
E’ definita la relazione tra lo schiacciamento (s) e la forza (F) necessaria per produrre tale schiacciamento
Il comportamento mostrato nel primo grafico della figura seguente è relativa a materiali perfettamente
elastici, come l’acciaio.
Il rapporto tra (s) e (F) è una retta la cui pendenza (K) rappresenta la rigidità elastica del campione d’acciaio:
F(t) = K s(t) = K ((1 cm) sin (w t))
L’energia elastica ( Ee ) necessaria per realizzare la fase di schiacciamento (mezzo cerchio)
2
Ee = ½ K (2 cm)
è restituita totalmente nella fase di espansione.
Il comportamento degli elastomeri, rappresentato negli altri grafici della figura seguente, si discostano da
quelle dell’acciaio, in quanto la linea retta dell’acciaio diventa una curva chiusa (ciclo di isteresi) sul piano
Forza/Spostamento (s/F).
L’area delimitata dalla curva è una misura dell’energia di isteresi (E), dissipata in un ciclo del sistema.
Il rapporto ( Ri ) tra l’energia di isteresi (Ei) e l’energia associata al semiciclo elastico (Ee) è un indice della
capacità dissipativa del materiale isteretico:
Ri = Ei / Ee
Le proprietà di isteresi dei materiali sono espresse in termini di rigidità di isteresi (C), o coefficiente di
smorzamento di isteresi, il quale ha le stesse dimensioni della, rigidità elastica (K).
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6. La forza totale (F) da applicare al campione per produrre il ciclo è quindi data da: 6
F(t) = (K + iC) x (t) = K (1 cm) sin (wt) + C (1 cm) cos(wt)
Il rapporto (2 nl) tra le due rigidità rappresenta il fattore di perdita o fattore di smorzamento per isteresi.
Il parametro
nl = C / (2K)
è collegato al rapporto tra energie (Rl) con la formula
Rl = (3,14) nl
Più grande è la capacità di dissipazione di energia meccanica da isteresi maggiore è l’area del ciclo.
Con il test, la differenza tra i comportamenti di AN-VI e altri elastomeri può essere quantificata.
Dato che tutte le gomme di buona qualità hanno dei buoni fattori di smorzamento (nl), quello di AN-VI è
particolarmente elevato.
ACCIAIO GOMMA AN-VI
Forza (N) Forza (N) Forza (N)
Spostamento (cm)
Spostamento (cm) Spostamento (cm)
PARAMETRI GOMMA AN-VI
Elasticità di rimbalzo a 20°C Dal 20% al 40% Dal 2% al 5%
Fattore di Smorzamento 2ni = C / K Dal 10% al 30% Dal 120% all’ 80%
Fattore di Isteresi ni = C / (2K) Dal 5% al 15% Dal 60% al 90%
Rapporto Energetico Ri = Ei / Ee Dal 16% al 47% Dal 188% al 283%
9 AN-VI nei fenomeni transitori
I fenomeni transitori hanno la loro origine in eventi che durano solo per un tempo molto breve.
Un esempio teorico, schematicamente molto semplice, è l’impulso rettangolare illustrato nella figura,
derivante dall’applicazione di un carico (F), che rimane costante per un periodo di tempo (T). In realtà la
risposta del sistema meccanico è di solito caratterizzato da complessi fenomeni oscillatori durante la fase di
carico, nel passaggio da (0) a (F). Questi fenomeni scompaiono tanto più rapidamente quanto più elevato è il
fattore di smorzamento naturale (no) del sistema. I diagrammi che seguono mostrano le differenze di
comportamento tra una normale gomma (no = 30%) e AN-VI (no = 60%). L’entità dello spostamento dipende
dalla rigidità (K) del sistema. L’ampiezza della oscillazione di risposta a(t) è inversamente proporzionale alla
massa (M). I diagrammi confermano che, attraverso l’uso di AN-VI, si ottengono favorevoli e significativi
effetti nel caso di fenomeni transitori causati dalle oscillazioni di sistema. Ciò avviene sia per la fase di
caricamento sia in fase di scarico. Il tempo più breve di oscillazione riduce anche il rischio di pericolosi
battimenti dovuti alla sovrapposizione di onde di ritorno e onde di uscita.
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7. Le figure seguenti mostrano la risposta al fenomeno transitorio per i vari materiali.
7
Forza (N)
Tempo (s)
GOMMA AN-VI
Spostamento (cm) Spostamento (cm)
Tempo (s) Tempo (s)
2 2
Accelerazione (cm/s ) Accelerazione (cm/s )
Tempo (s) Tempo (s)
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8. 10 Caratteristiche meccaniche di AN-VI 8
Caratteristica Normativa Valore u.m.
Densità (peso specifico) ASTM D1817 1.20 +/- 0.02 g/cm3
Carico a rottura ASTM D412, UNI 6065 >15 N/mm2
Allungamento a rottura ASTM D412, UNI 6065 >400 %
Durezza ASTM D2240, UNI 4916 60 +/- 3 Shore A
Resistenza alla lacerazione ASTM D624, UNI 4914 >40 N/mm
ASTM D395 UNI 4913
(Compressione, metodo B)
Deformazione residua 1) 24h a 25°C < 22 %
2) 24h a 70°C < 30 %
3) 24h a 100°C < 50 %
ASTM D573, UNI 5408
(7gg a 100°C in aria)
Resistenza a alte temperature
1) Var. carico rottura < 10 %
2) Var. durezza < 25 Shore A
ASTM D471, UNI 5411 (7gg)
Assorbimento acqua ionizzata 3) Var. peso 7gg a 23°C <2 %
4) Var. peso 7gg a 100°C <5 %
DIN 53516, UNI/CG 0123
Resistenza all’abrasione < 200 mm3
Perdita di volume con peso 1Kg
Elasticità di rimbalzo a 20°C DIN 53512, UNI 771 <5 %
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9. 9
11 Esempi di mescole AN-VI
Per ottenere diverse caratteristiche del materiale in funzione dell’utilizzo, ad esempio differenti
peso specifico o elasticità e durezza, è possibile realizzare delle mescole con diverse percentuali di
AN-VI. Si riportano a titolo di esempio le caratteristiche meccaniche di 4 diverse mescole e la
risposta in frequenza della mescola M4 alle temperature di -20°C, +20°C e +80°C:
PRODOTTO: M1 M2 M3 M4
Densità 1,02 1,07 1,14 1,19 kg/dm³
Durezza (DIN 53505) 36 41 51 58 Shore A
100% Modulo di Young (DIN53504) 0,73 1,06 1,85 2,79 MPa
300% Modulo di Young (DIN53504) 1,93 4,5 6,67 10,66 MPa
Resistenza alla Trazione (DIN53504) 12,43 13,76 13,79 12,73 MPa
Resistenza all’Abrasione (DIN 53516) - 231 149 84 mm³
Elasticità (DIN 53512) 5 0,5 6 1 %
Allungamento alla rottura (DIN 53504) 681 470 444 320 %
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12. 12
13 Caratteristiche Elettriche di AN-VI
AN-VI è classificabile da un punto di vista elettrico come MATERIALE ISOLANTE.
Nonostante ciò, pur non essendo classificabile come materiale a protezione ESD, la quantità di
carica generata per effetto triboelettrico è estremamente limitata: sottoposto ad un energico
strofinamento AN-VI presenta un accumulo inferiore ai 500V, contro valori di decine di migliaia di
Volt ottenuti sulle normali plastiche isolanti.
Date le caratteristiche elettriche indicate, il materiale risulta particolarmente idoneo per l’utilizzo
in ambito elettrico ed elettronico a diretto contatto con la circuiteria senza particolari rischi di
conduzione o di scariche elettrostatiche.
14 Dove può essere utilizzato AN-VI
Qualche suggerimento
AN-VI è una soluzione idonea a risolvere i problemi di vibrazione in un gran numero di macchine utensili,
organi in moto e strutture meccaniche più complesse. Le principali applicazioni riguardano le macchine che
operano colpendo metallo su metallo o i meccanismi con moto alternativo, nonché macchine di precisione
che necessitino di essere protette contro le vibrazioni provenienti da meccanismi contigui.
Applicazioni per AN-VI
Settore industriale
Smorzatori delle vibrazioni da moto alternativo e rotatorio, rivestimenti per tramogge e contenitori soggetti a
colpi dalla caduta di materiali, dosatori e separatori a vibrazione, pannelli fonoassorbenti, copri manopole,
isolatori per macchine utensili portatili.
Veicoli a motore Automotive, Treni , Aerospaziale, Navale e Yachts
Rivestimenti e coperture, paraurti, interni auto da corsa, isolatori per ammortizzatori. cuscinetti e giunti.
Sovrastrutture ferroviarie
Poltrone, supporti rotaie, sostegni delle piattaforme strutturali, box di segnalazione e smistamento
connessioni.
Edilizia
Supporti solette, pavimenti, rivestimenti, supporti pavimenti galleggianti.
Elettronica e Strumentazione di Precisione
Sistemi di misura, isolamento schede elettroniche allocate in prossimità di fonti vibranti (es: passaggi
ferroviari).
Hi-Fi
Coperture, supporti e fissaggi per casse acustiche e registratori/riproduttori.
Idraulica
Ancoraggio di tubazioni, pompe scoperte, giunti di tenuta.
Macchine per ufficio
Supporti e basi per stampanti e computer.
Aeronautica
Piattaforme di atterraggio per elicotteri.
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13. 15 Cosa ne pensano… 13
Il mondo della ricerca - Politecnico di Torino – Laboratorio di Meccatronica
“I test effettuati con una massa differente hanno permesso di variare la frequenza
naturale del sistema mettendo in evidenza che nel campo di frequenza analizzato il
comportamento del materiale si mantiene inalterato“
“I test svolti in diverse condizioni operative mostrano che il comportamento del
materiale, dal punto di vista di fattore di smorzamento e di modulo elastico si mantiene
inalterato lavorando a trazione, a compressione e a taglio“
“Parlando di materiali antivibranti, il fattore di smorzamento può essere
eccessivamente influenzato dalla temperatura e dalla frequenza; la resistenza alla
trazione può essere inadeguata; i formati disponibili possono essere troppo sottili. Non
essendo afflitto da questi problemi AN-VI è la soluzione”
Il mondo dell’industria – Azimut Yachts – Avigliana (TO)
“La riduzione del fenomeno vibratorio con la gomma AN-VI è migliorato del 12,6%
(riduzione del 21,9) rispetto al valore raggiunto dalla gomma NBR (9,3%), nonostante
gli spessori rispettivamente di 3mm per AN-VI e 10mm per la gomma NBR“
“I valori di vibrazione rilevati hanno presentato più di una frequenza caratteristica, ma
con valori estremamente bassi. Valori troppo bassi per fare qualunque considerazione“
“La gomma AN-VI ha mostrato le sue ottime caratteristiche, è risultata sempre
superiore come performance“
16 Formati Disponibili
AN-VI in forma espansa (bassi
carichi statici) è distribuito in fogli di
dimensioni varie e spessori 1, 2 e 4
mm, la cui struttura è visibile
ingrandita in figura a destra.
In forma compatta, per carichi maggiori, sono disponibili cubi da
40mm di spigolo facilmente lavorabile con tecnologia water-jet per
ottenere la forma desiderata in funzione dello specifico utilizzo.
Ancora in forma compatta sono disponibili piastrine di dimensioni
40x40mmq e spessori 2,3,4 e 5mm, che possono essere utilizzate tal
quali o fustellate per ottenere le forme volute.
Si possono infine realizzare con il materiale in forma solida particolari a
disegno in funzione delle esigenze Cliente, anche con interventi sulla
mescola per ottenere le caratteristiche elastiche più appropriate.
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