Análisis del mecanismo de amortiguación de las ruedas giratorias (para referencia en la selección de diseño y análisis de fallos)
Fecha de publicación:Sep 19,2025
Análisis del mecanismo de amortiguación de las ruedas giratorias (para referencia en la selección del diseño y el análisis de fallos)
1. Absorción de energía por elastómeros
La superficie de las ruedas utiliza preferentemente caucho de alta pérdida de histéresis o poliuretano moldeado, que convierte la energía mecánica en calor mediante el relajamiento de los segmentos de cadena molecular. La dureza es ajustable (Shore A 65–95) y ofrece una rigidez no lineal en un rango de deformación por compresión del 10 al 40 %, logrando así un "aterrizaje suave".
2. Almacenamiento de energía por resorte
Los resortes helicoidales metálicos o las arandelas Belleville se colocan entre el bastidor de la rueda y el eje, clasificados según la curva carrera-carga:
- Tramo de carga ligera: rigidez de 0,8–1,2 N/mm, aislamiento de excitaciones del suelo entre 8–15 Hz;
- Segmento de carga: rigidez de 3–5 N/mm, con límite de desplazamiento excesivo superior a 3 mm.
La conexión en paralelo de múltiples niveles puede cubrir un espectro de impacto de 0,1 g a 5 g.
3. Disipación de amortiguamiento
3.1 Amortiguamiento del material: El caucho con un factor de pérdida tan δ ≥ 0,15 puede convertir más del 30 % de la energía vibratoria en calor a 20 °C y 50 Hz.
3.2 Amortiguación hidráulica: diámetro del cilindro de 15–25 mm, aceite de silicona con viscosidad de 32 cSt, que proporciona una amortiguación viscosa con un índice de velocidad de 0,3–0,5; el factor de amortiguamiento crítico ζ alcanza hasta 0,25, lo que suprime notablemente los picos de resonancia en el rango de 30–200 Hz.
4. Aislamiento de vibraciones estructurales
4.1 Suspensión independiente: brazo oscilante + estructura de pivote, que permite desacoplar los grados de libertad de cada rueda, con una tasa de transmisión de irregularidades del terreno ≤ 0,4 (ponderada según ISO 2631).
4.2 Carga uniforme en múltiples ruedas: disposición en 4 o 6 puntos; la estructura estáticamente indeterminada reduce el coeficiente de carga dinámica por rueda a 1/√n (n = número de ruedas), al tiempo que disminuye el momento de vuelco.
5. Gradiente de dureza y compuesto multicapa
Utiliza la estructura de sándwich "suave-duro-suave":
- Suela ShA 75, que ofrece alto nivel de fricción y amortiguación inicial;
- ShA 95 intermedio, controla la deformación excesiva;
- Rueda ShD 65, garantiza precisión de giro.
Los resultados del elemento finito muestran que, bajo una carga radial de 500 N, el diseño con gradiente reduce en un 18 % la aceleración pico de amortiguamiento en comparación con la estructura homogénea.
6. Unidad de elasticidad de fluidos
6.1 Neumático inflable: presión previa de 0,25–0,35 MPa, rigidez equivalente que presenta una no linealidad presión-volumen; reduce la aceleración en superficies con irregularidades de 5–20 mm entre un 55 y un 70 %.
6.2 Llenado con líquido: solución de 50 % de etilenglicol, módulo de elasticidad volumétrico de 2,2 GPa, que genera una contrapresión de amortiguación de 0,15 MPa a través de un orificio de estrangulamiento, adecuado para instrumentos de precisión de 10 a 50 kg, con una atenuación de la amplitud del impacto secundario superior a 25 dB.
Conclusión
Las ruedas giratorias con amortiguación reducen las vibraciones aleatorias de banda ancha entre un 60 y un 90 %, gracias a un modelo en serie-paralelo de cuatro niveles que combina "deformación elástica - almacenamiento de energía en muelles - disipación por amortiguación - desacoplamiento estructural", lo que aumenta la vida útil del equipo de 2 a 4 veces y cumple con el nivel A de los límites de vibración establecidos en la norma ISO 2372. Para seleccionar el modelo adecuado, basta con ajustar la rigidez y la amortiguación según la combinación de carga, velocidad y espectro del suelo, logrando así una reducción confiable de las vibraciones.
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