一、引 言
阻尼器种类繁多,常用的阻尼器从原理上可分为流体阻尼、电磁阻尼等。流体阻尼是利用流体在小孔(或截面)中流过时所产生的阻力来达到减缓冲击和震动的效果,吸收的能量以热的形式传递到空气中。流体阻尼又分空气阻尼和液体阻尼,从结构上可分为往复式和回转式。哪一种是最适合用于钢琴键盖缓降的阻尼器?安装工艺如何?本文就对这两种可用于钢琴键盖微型液体阻尼器进行适用性探讨。
二、往复式和回转式的结构特征和工作原理
往复式液体阻尼器主要由外缸体、内管、活塞杆、活塞、密封环、阻尼油、弹簧等组成,活塞上设有单向阀,内管壁有若干节流孔。当轴心受外力冲击时将带动活塞挤压内管下部的阻尼油,单向阀关闭,阻尼油受压后由内管节流孔排出,并从回油孔回流到内管上部,同时压缩弹簧;当外力消失时,弹簧将活塞顶回始点(此时单向阀开启)等待下次的动作。
回转式液体阻尼器主要由本体、转动轴、叶片、阻隔板、密封环、阻尼油等组成,阻隔板上设有单向阀,本体内壁有节流槽。当转动轴受外力冲击时将带动叶片挤压阻隔板右侧的阻尼油,单向阀关闭,阻尼油受压后通过节流槽流到阻隔板左侧;当外力消失时,转动轴和叶片静止不动,阻隔板左右两侧压力平衡,需要反向外力将转动轴和叶片逆转回起点(此时单向阀开启)。
三、往复式和回转式的力学特性
内力分析:当外力冲击开始时,往复式和回转式的阻尼特性大致相同,但往复式还叠加了一个弹簧抗力,在行程终点时达到最大。因此,二者的阻尼曲线是有区别的——回转式中段呈水平线,而往复式呈上升的斜线。当到达行程终点外力为零时,回转式内力归零,而往复式残留内力=弹簧最大抗力,并且反向对外出力(图一)。
外力分析:回转式的转动轴中心线通常与键盖长铰链中心线重合(立式钢琴);没有键盖长铰链,转动轴中心线就是键盖的回转中心(三角钢琴)。因此,键盖落下时传递给回转式的冲击力实际上是一个纯扭矩,而且在立式钢琴上,回转式的阻尼力只与前键盖相关,前、后键盖之间没有应力存在,长铰链不会损坏,这一点非常重要。而往复式的油缸轴线与键盖长铰链中心线垂直,外缸体通过支架与后键盖连接,活塞杆通过摇臂与前键盖接触,键盖落下时的冲击力通过摇臂传递到活塞杆并压缩阻尼器,前、后键盖之间有应力存在,长铰链易损坏。另外,当键盖到达行程终点与下锁档接触后,回转式内力归零,对键盖无任何作用力,而往复式此时的弹簧抗力达到最大,对键盖一侧保持一个向上顶的力,这带来两个不良后果:一是造成键盖安装和调整困难;二是阻尼器的弹簧易疲劳,最终使活塞复位困难并导致阻尼器失效。
四、往复式和回转式的可靠性比较
往复式结构较复杂,密封要求高,还须与支架和摇臂组装在一起使用,降低了可靠性。由于始终存在弹簧应力,尤其键盖长期关闭时更加速了弹簧的疲劳失效,所以实际使用寿命远低于回转式。
回转式结构简单且强度好,易于密封,任意静止位置内力为零,易于存储,使用寿命长,可靠性高于往复式。我们对这两种阻尼器进行的大量可靠性试验和加速寿命试验均印证了上述分析。
五、适用范围和安装工艺
回转式可用于三角钢琴和立式钢琴的键盖缓冲,尤其适合三角钢琴。往复式只适合立式钢琴,且仅限于常规结构的前后键盖。
往复式安装方式灵活,产品无须专门设计,只要压键档高度满足要求,就只需在压键档对应位置开一避空槽让悬臂通过,再在后键盖增加一块三角垫木即可,无须特殊工艺装备和工具。无论新旧产品、在制品或成品均可安装,甚至只要客户提出要求,厂内厂外均可派人为其安装。
回转式安装工艺相对复杂,产品必须专门设计,侧臂和前后键盖还须设计制作定位模、锣模等专用工装。旋转轴中心线与长铰链中心线同轴度误差过大时会产生杂音,所以在安装时须特别注意。
六、结语
虽然回转式安装工艺相对复杂,但其阻尼具有反应快、全过程运行平稳、可靠性高、使用寿命长等优异特性,因此在钢琴行业获得了广泛的应用。