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Matériaux d’amortissement en mécanique et construction : idées, applications et avantages

Amortissement

Les matériaux d’amortissement sont essentiels en mécanique et en construction. Ils servent à absorber les chocs et les vibrations et à améliorer le fonctionnement des machines et des systèmes. En raison de leurs propriétés uniques, ils peuvent servir dans diverses applications mécaniques et techniques. Cet article décrit différents types de matériaux d’amortissement et élastiques, ainsi que leur application dans la mécanique et la construction. Cet article traite des différents types de matériaux d’amortissement, de la manière dont ils sont utilisés dans les applications mécaniques et des propriétés spécifiques qu’ils possèdent.

Pourquoi est-il logique d’utiliser des matériaux amortissants en mécanique ?

Les matériaux d’amortissement peuvent être utilisés en mécanique comme amortisseurs de vibrations pour réduire les vibrations, les chocs et/ou le bruit générés par les systèmes mécaniques tels que les moteurs, les transmissions et d’autres composants. En réduisant les vibrations et les émissions sonores des systèmes mécaniques, on améliore les performances, la fiabilité et la sécurité globales du système. En amortissant efficacement votre système, vous optimisez les propriétés de votre application et réduisez le risque de dommages ou de défaillance. Étant donné que l’utilisation de matériaux d’amortissement minimise les contraintes produites par les vibrations, ils augmentent considérablement la durée de vie d’un système mécanique.

Types de matériaux d’amortissement

Il existe différents types de matériaux d’amortissement qui peuvent servir efficacement dans la mécanique et la construction. Ceux-ci comprennent les polyuréthanes, les élastomères et les mousses. Chaque matériau a ses propres propriétés spécifiques dont il faut tenir compte dans l’application respective et les solutions possibles. Le choix du matériau d’amortissement dépend des exigences spécifiques du système, telles que la fréquence des vibrations ou l’intensité du choc.

Caoutchouc polyuréthane

Le caoutchouc polyuréthane possède de bonnes propriétés d’amortissement des vibrations. Il présente une excellente résistance mécanique et, en combinaison avec sa haute résistance à l’abrasion, il est particulièrement durable. Étant donné que le caoutchouc polyuréthane possède des propriétés d’amortissement des vibrations prononcées, il amortit efficacement les chocs et absorbe l’énergie qui en résulte. Il présente également une excellente résistance à l’huile et convient principalement à une utilisation dans des environnements secs et sans produits chimiques. En fonction de la zone d’application, il est possible d’utiliser des formes de caoutchouc polyuréthane particulièrement résistantes à la chaleur, antistatiques ou résistantes à l’abrasion.

Propriétés du polyuréthane
Désignation Unité Caoutchouc polyuréthane
Standard Vulkollan® Résistance à l’abrasion Caoutchouc céramique-polyuréthane Résistant à la chaleur Bras de rebond Très souple
Dureté Côte A 95 90 70 50 30 92 68 90 70 95 90 70 50 90 70 15
Poids spécifique g/cm³ 1.13 1.13 1.20 1.20 1.20 1.26 1.20 1.13 1.13 1.2 1.15 1.13 1.03 1.02
Résistance à la traction MPa 44 27 56 47 27 45.5 60 44.6 31.3 42 26 53 45 44.6 11.8 0.6
Allongement % 380 470 720 520 600 690 650 530 650 360 440 680 490 530 250 445
Stabilité à la chaleur jusqu’à °C 70 80 (120 à court terme) 70 70 120 70 80
Faible résistance à la température jusqu’à °C -40 -20 -20 -20 -40 -20 -20 -20 -40
Remarque : Les valeurs caractéristiques de résistance à la traction et d’allongement sont mesurées selon la norme JIS K6251.

Élastomères

Les élastomères sont utilisés dans une large gamme d’applications mécaniques. Les élastomères couramment utilisés dans les applications industrielles comprennent :

  • Caoutchouc nitrile (NBR)
  • Caoutchouc chloroprène (CR)
  • Caoutchouc éthylène (EPDM)
  • Caoutchouc butyle (IIR)
  • Caoutchouc fluoré (FPM)
  • Caoutchouc de silicone (SI)
  • Caoutchouc dur
  • Caoutchouc naturel (NR)

Les élastomères sont très polyvalents et peuvent être utilisés dans différentes conceptions pour une grande variété d’applications. Les élastomères ont généralement un effet d’amortissement prononcé et peuvent donc résister à des vibrations et à des chocs très puissants. Selon le type de caoutchouc utilisé, le matériau possède des propriétés particulièrement résistantes aux produits chimiques et à la température et peut être utilisé dans des applications où un niveau élevé d’absorption des chocs est requis.

Propriétés du caoutchouc
Désignation Unité Caoutchouc nitrile (NBR) CR Caoutchouc chloroprène EPDM (caoutchouc éthylène-propylène) IIR (caoutchouc butyle) FPM (caoutchouc fluoré) Caoutchouc silicone (SI) Caoutchouc dur (Hanenaito®) Caoutchouc naturel (NR)
Standard Version haute résistance
Dureté Côte A 70 50 65 65 65 80 60 70 50 50 57 32 45
Poids spécifique g/cm³ 1.60 1.30 1.60 1.20 1.50 1.80 1.90 1.20 1.20 1.30 1.20 0.90
Résistance à la traction MPa 12.7 4.4 13.3 12.8 7.5 12.5 10.8 7.4 8.8 7.8 8.3 10.3 16.1
Allongement % 370 400 460 490 380 330 270 300 330 400 810 840 730
Max. Température d’utilisation °C 90 99 100 120 120 230 200 200 60 70
Température pour une utilisation continue °C 80 80 80 80 210 150 150 30 70
Faible résistance à la température jusqu’à °C -10 -35 -40 -30 -10 -70 -50 10 0
Remarque : Les valeurs caractéristiques de résistance à la traction et d’allongement sont mesurées selon la norme JIS K6251.

Mousses

Les mousses sont capables d’amortir efficacement les vibrations en absorbant l’énergie de la vibration à travers une multitude de pores individuels. Elles sont très flexibles et peuvent également être installées sur des surfaces irrégulières ou incurvées. Elles possèdent une bonne élasticité et, en raison de leur porosité et de leur faible poids, elles peuvent être utilisées de diverses manières pour réduire les vibrations et amortir le son. Un autre avantage de la mousse est la large gamme de fréquences dans laquelle elle peut absorber les vibrations.

À quoi servent les amortisseurs de chocs en mécanique ?

Les amortisseurs de chocs sont utilisés en mécanique pour réduire ou amortir le mouvement d’un objet ou d’un système. Ils peuvent également prévenir les retards qui peuvent provoquer des vibrations et des oscillations dans les systèmes mécaniques. Les amortisseurs de chocs sont souvent utilisés dans les systèmes mécaniques pour absorber les chocs et atténuer la vitesse des objets en mouvement, lorsqu’ils changent de direction ou rencontrent un impact. Souvent utilisés pour amortir les systèmes hydrauliques (par ex. l’huile), ce qui permet une conception compacte et des caractéristiques de fonctionnement robustes.

Dans cette fiche technique, MISUMI présente un exemple d’application des « amortisseurs de chocs en mécanique ».

Les effets des caractéristiques d’amortissement sur votre application

Les caractéristiques d’amortissement sont un facteur important dans la sélection de l’amortisseur de chocs adapté à une application. Cette caractéristique décrit le comportement de l’amortisseur en fonction de la vitesse et de la déflexion de l’objet en mouvement.

Il existe différents types de caractéristiques d’amortissement, ils sont déterminés par la taille, le nombre et l’alignement des ouvertures entre la chambre de pression et l’accumulateur de pression à l’intérieur de l’amortisseur.

Amortisseur, classification selon les caractéristiques d’amortissement

Amortisseur, classification selon les caractéristiques d’amortissement
Structure Exécution par force préfabriquée Description
Pré-ouverture Conception en S
Type A
Type B
Type L		 Type A, B, L Une conception à trou simple possède les mêmes propriétés de résistance qu’une conception à fentes avec un espace entre le piston et le cylindre, une conception à tube simple avec une ouverture dans le piston, ou une conception à tube double et une ouverture simple.
Un piston avec une ouverture fonctionne dans un cylindre rempli d’huile. Étant donné que la surface d’ouverture est la même tout au long de la course, la résistance est la plus grande immédiatement après un impact, puis diminue uniformément tout au long de la course.		 Graphique
Plusieurs ouvertures irrégulières Vitesse moyenne Type A, B, L Dans cette conception de tube double, le piston circule dans le tube intérieur. Ce tube intérieur comporte plusieurs ouvertures dans la direction du levage et non seulement une énergie constante, mais aussi de l’énergie provenant de différentes sources peut être absorbée. Conçu pour l’absorption de l’énergie cinétique pendant la première moitié de la course et la régulation de la vitesse pendant la seconde moitié. Par conséquent, il est bien adapté à l’absorption d’énergie en relation avec les cylindres pneumatiques. Graphique
Ouvertures multiples Vitesse élevée
Conception en H		 Conception en H Dans cette conception de tube double, le piston circule dans le tube intérieur. Il comporte plusieurs ouvertures dans le sens du levage. Étant donné que les ouvertures deviennent lentement plus petites à une vitesse de levage décroissante, la résistance demeure relativement constante, même si elle ressemble légèrement à une vague. Graphique

Comment choisir l’amortisseur de chocs adapté à votre application ?

Lors de la sélection de l’amortisseur de chocs approprié à une application, il faut tenir compte de facteurs supplémentaires, outre les caractéristiques d’amortissement, afin d’obtenir un effet d’amortissement optimal. Pour déterminer l’amortisseur adapté à votre application, les calculs et tests suivants doivent être effectués :

  • Calcul de l’énergie inertielle
  • Calcul de la course temporaire de l’amortisseur
  • Calcul de l’excès d’énergie
  • Calcul de l’énergie totale
  • Vérification de la masse équivalente maximale
  • Sélection des caractéristiques d’amortissement
  • Vérification de l’énergie maximale consommée par minute

Le choix de l’amortisseur de chocs dépend du type d’application. Par exemple, les applications à grande vitesse nécessitent des amortisseurs de chocs avec une capacité d’amortissement plus élevée.

Il faut tenir compte de la température et des conditions ambiantes pour obtenir des performances optimales. Une sélection et une installation minutieuses des amortisseurs de chocs peuvent contribuer à prolonger la durée de vie des systèmes mécaniques et à minimiser le bruit et les vibrations.

Présentation des produits dans le catalogue MISUMI