一、引 言
阻尼器種類繁多,常用的阻尼器從原理上可分為流體阻尼、電磁阻尼等。流體阻尼是利用流體在小孔(或截面)中流過時所產生的阻力來達到減緩沖擊和震動的效果,吸收的能量以熱的形式傳遞到空氣中。流體阻尼又分空氣阻尼和液體阻尼,從結構上可分為往復式和回轉式。哪一種是最適合用于鋼琴鍵蓋緩降的阻尼器?安裝工藝如何?本文就對這兩種可用于鋼琴鍵蓋微型液體阻尼器進行適用性探討。
二、往復式和回轉式的結構特征和工作原理
往復式液體阻尼器主要由外缸體、內管、活塞桿、活塞、密封環、阻尼油、彈簧等組成,活塞上設有單向閥,內管壁有若干節流孔。當軸心受外力沖擊時將帶動活塞擠壓內管下部的阻尼油,單向閥關閉,阻尼油受壓后由內管節流孔排出,并從回油孔回流到內管上部,同時壓縮彈簧;當外力消失時,彈簧將活塞頂回始點(此時單向閥開啟)等待下次的動作。
回轉式液體阻尼器主要由本體、轉動軸、葉片、阻隔板、密封環、阻尼油等組成,阻隔板上設有單向閥,本體內壁有節流槽。當轉動軸受外力沖擊時將帶動葉片擠壓阻隔板右側的阻尼油,單向閥關閉,阻尼油受壓后通過節流槽流到阻隔板左側;當外力消失時,轉動軸和葉片靜止不動,阻隔板左右兩側壓力平衡,需要反向外力將轉動軸和葉片逆轉回起點(此時單向閥開啟)。
三、往復式和回轉式的力學特性
內力分析:當外力沖擊開始時,往復式和回轉式的阻尼特性大致相同,但往復式還疊加了一個彈簧抗力,在行程終點時達到最大。因此,二者的阻尼曲線是有區別的——回轉式中段呈水平線,而往復式呈上升的斜線。當到達行程終點外力為零時,回轉式內力歸零,而往復式殘留內力=彈簧最大抗力,并且反向對外出力(圖一)。
外力分析:回轉式的轉動軸中心線通常與鍵蓋長鉸鏈中心線重合(立式鋼琴);沒有鍵蓋長鉸鏈,轉動軸中心線就是鍵蓋的回轉中心(三角鋼琴)。因此,鍵蓋落下時傳遞給回轉式的沖擊力實際上是一個純扭矩,而且在立式鋼琴上,回轉式的阻尼力只與前鍵蓋相關,前、后鍵蓋之間沒有應力存在,長鉸鏈不會損壞,這一點非常重要。而往復式的油缸軸線與鍵蓋長鉸鏈中心線垂直,外缸體通過支架與后鍵蓋連接,活塞桿通過搖臂與前鍵蓋接觸,鍵蓋落下時的沖擊力通過搖臂傳遞到活塞桿并壓縮阻尼器,前、后鍵蓋之間有應力存在,長鉸鏈易損壞。另外,當鍵蓋到達行程終點與下鎖檔接觸后,回轉式內力歸零,對鍵蓋無任何作用力,而往復式此時的彈簧抗力達到最大,對鍵蓋一側保持一個向上頂的力,這帶來兩個不良后果:一是造成鍵蓋安裝和調整困難;二是阻尼器的彈簧易疲勞,最終使活塞復位困難并導致阻尼器失效。
四、往復式和回轉式的可靠性比較
往復式結構較復雜,密封要求高,還須與支架和搖臂組裝在一起使用,降低了可靠性。由于始終存在彈簧應力,尤其鍵蓋長期關閉時更加速了彈簧的疲勞失效,所以實際使用壽命遠低于回轉式。
回轉式結構簡單且強度好,易于密封,任意靜止位置內力為零,易于存儲,使用壽命長,可靠性高于往復式。我們對這兩種阻尼器進行的大量可靠性試驗和加速壽命試驗均印證了上述分析。
五、適用范圍和安裝工藝
回轉式可用于三角鋼琴和立式鋼琴的鍵蓋緩沖,尤其適合三角鋼琴。往復式只適合立式鋼琴,且僅限于常規結構的前后鍵蓋。
往復式安裝方式靈活,產品無須專門設計,只要壓鍵檔高度滿足要求,就只需在壓鍵檔對應位置開一避空槽讓懸臂通過,再在后鍵蓋增加一塊三角墊木即可,無須特殊工藝裝備和工具。無論新舊產品、在制品或成品均可安裝,甚至只要客戶提出要求,廠內廠外均可派人為其安裝。
回轉式安裝工藝相對復雜,產品必須專門設計,側臂和前后鍵蓋還須設計制作定位模、鑼模等專用工裝。旋轉軸中心線與長鉸鏈中心線同軸度誤差過大時會產生雜音,所以在安裝時須特別注意。
六、結語
雖然回轉式安裝工藝相對復雜,但其阻尼具有反應快、全過程運行平穩、可靠性高、使用壽命長等優異特性,因此在鋼琴行業獲得了廣泛的應用。