阻尼化合物帶來寧靜

在過去幾年里，消費觀念和對質(zhì)量的期望大幅提升。 這一點在汽車行業(yè)表現(xiàn)尤為明顯，如今，甚至連經(jīng)濟型轎車的車主也要求享受原本豪華轎車專享的安靜程度和手感。 這種期望也蔓延到了其他消費產(chǎn)品，例如手機、家具、電子產(chǎn)品和電器。

對于許多消費者來說，品質(zhì)和奢華等同于他們在操作開關(guān)、控件或轉(zhuǎn)盤時體會到的手感和噪聲。 阻力太大、操作太多和噪音太大相當(dāng)于質(zhì)量太差。 問題是，僅僅提供良好的感受和消除噪音便會導(dǎo)致高昂的成本。

為了提供消費者期望的質(zhì)量水準(zhǔn)，并同時控制成本，許多制造商開始轉(zhuǎn)向?qū)ｉT配制的名為阻尼化合物的潤滑油。 這些產(chǎn)品能夠幫助提供高品質(zhì)的手感、安靜程度和運動控制，同時成本只是精密機械設(shè)備、特殊材料或重新設(shè)計的一小部分。

低成本，高品質(zhì)

對消費類應(yīng)用更高質(zhì)量水平的需求在汽車行業(yè)中表現(xiàn)最為明顯，尤其是在電動和混合動力汽車 (EHV) 的擴展之后。 由于此類汽車的發(fā)動機噪音有所降低，因此車主們要求提升安靜程度和流暢程度。 這種期望也蔓延到了其他消費產(chǎn)品。 除了消費類應(yīng)用，安靜、流暢的操作還是醫(yī)療設(shè)備和航天系統(tǒng)等高新技術(shù)設(shè)備的重要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在過去，要滿足這些要求需要采用精密制造的零部件或特殊材料。 而現(xiàn)在，專門配制的名為阻尼化合物的潤滑脂可以提供高品質(zhì)的手感、降噪效果和敏感的運動控制。

對于需要在不犧牲質(zhì)量的前提下降低產(chǎn)品成本的設(shè)計工程師而言，阻尼化合物可以成為非常有用的工具。 這些材料可以像傳統(tǒng)潤滑脂一樣減少磨損并隔絕灰塵和濕氣。 但它們的主要用途是控制機械和機電設(shè)備的運動和噪音。 它們能夠以極低的成本將設(shè)備生澀、嘈雜的運動轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲿车氖指泻蛶缀鯚o聲的操作。

擴大范圍

阻尼化合物的概念迄今已有 60 多年的歷史。 它們最初被用于微調(diào)顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡和雙筒望遠(yuǎn)鏡的動作。 其用途很多年都局限在光學(xué)儀器中，因為早期配方的低溫性能非常有限。 那些材料在室溫下表現(xiàn)良好，但在低溫下會變得非常粘稠，導(dǎo)致零部件難以移動。 不過，人工合成的阻尼化合物改變了這種狀況，這些阻尼化合物可以在較大的溫度范圍內(nèi)工作。

開關(guān)制造商是最早利用這類新材料的廠商之一，尤其是在汽車行業(yè)，低溫設(shè)計目標(biāo)一般是零下 40 攝氏度。開關(guān)設(shè)計者發(fā)現(xiàn)，在止動開關(guān)上添加少量阻尼化合物能夠有效降低塑料與塑料接觸造成的噪音，而這噪音會讓消費者覺得品質(zhì)不高。

此外，阻尼化合物還可以為手動致動的開關(guān)提供流暢手感，而不必耗費高昂成本來構(gòu)造符合更嚴(yán)格公差的零部件或使用更加昂貴的材料。 這些年來，阻尼化合物打入了眾多元件行業(yè)，例如電位器、離合器、彈簧、螺絲、齒輪、鉸鏈、電磁閥、轉(zhuǎn)向軸和滑動機構(gòu)。

工作原理

傳統(tǒng)潤滑脂的配制方法是將油和使油固定的增稠劑混合到一起。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)的軸承、滑動的元件或其他裝置向潤滑脂施加了剪切力時，增稠劑就會將油釋放以潤滑移動的零部件。 傳統(tǒng)潤滑脂和阻尼化合物之間的主要區(qū)別就在于剪切阻力，這與潤滑油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。 阻尼化合物通常采用粘稠的高分子量合成液配制，因此與傳統(tǒng)潤滑脂相比，剪切阻力要高得多。

除了減少嚙合表面之間的摩擦，該剪切阻力還可提供比傳統(tǒng)潤滑脂更高的阻尼。 這反過來又賦予了阻尼化合物精確控制運動及降低或消除噪音的能力。

阻尼化合物可通過自動分配裝置、空氣噴射、噴涂或刷涂等方式應(yīng)用。 由于這些化合物易于附著到移動的零部件，因此嚙合表面并不接觸。 事實上，它們在化合物本身內(nèi)移動，從而消除了通常伴隨著金屬與金屬、金屬與塑料或塑料與塑料之間的接觸而存在的噪音。

其結(jié)果便是靜音操作。 更重要的是，由于通過潤滑脂移動零部件需要一定的力量，因此高剪切阻力能夠在確保平穩(wěn)的增量運動的同時防止后沖和慣性移動。

阻尼化合物讓設(shè)計師能夠調(diào)整制動設(shè)備所需的扭矩。 這讓他們能夠經(jīng)濟高效地設(shè)計用戶體驗。 移動使用阻尼化合物潤滑的設(shè)備所需的力的大小主要取決于基液。 隨著分子量的增大，剪切阻力和扭矩也隨之增大。 較大分子量的流體具有較大的內(nèi)部剪切阻力，因此需要更大的扭矩或力來移動元件。

通過控制剪切阻力，設(shè)計師可以精確微調(diào)手動操作設(shè)備的手感。 還有一個好處是，阻尼化合物的粘稠性有助于隔絕濕氣、灰塵和其他污染物，從而延長元件的使用壽命。

什么是蜂鳴聲？

消費者判斷品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)通常是設(shè)備的手感和聲音。 消費者對這些方面的看法是如此重要，以至于很多制造商（特別是在汽車行業(yè)）成立了專門的工程小組來消除蜂鳴聲、異響 (BSR) 或噪音、振動與聲振粗糙度 (NVH)。

阻尼化合物是幫助設(shè)計師實現(xiàn)觸覺和聲學(xué)設(shè)計目標(biāo)的重要材料。 通常情況下，高粘度的合成烴流體是專為滿足此類應(yīng)用中的特定一組操作條件而定制的。

配制阻尼化合物的關(guān)鍵因素比單純制造合適的表觀粘度（剪切力下潤滑脂稠度的衡量標(biāo)準(zhǔn)）或合適的運動粘度要復(fù)雜得多。

實際上，要為客戶開發(fā)定制的阻尼化合物，設(shè)計師需要與客戶合作以了解他們的機械設(shè)計以及各項可測量屬性（例如滑動扭矩和噪音）和主觀屬性（例如“手感”）的目標(biāo)。

例如，這種方法曾被用于糾正中間轉(zhuǎn)向軸滑動力矩和噪音過大的設(shè)計問題。 該客戶由于這個問題而導(dǎo)致產(chǎn)品召回，因此設(shè)定了嚴(yán)格的目標(biāo)，要求阻尼化合物在室溫到零下 40 攝氏度的溫度變化下產(chǎn)生的剪切阻力和滑動扭矩基本不變。通常在這種情況下會使用硅氧烷材料，但硅氧烷能破壞外漆，因此在許多汽車應(yīng)用中禁止使用。

設(shè)計師發(fā)現(xiàn)了一種解決方法，那就是開發(fā)一種具有獨特分子結(jié)構(gòu)的定制化合物以滿足轉(zhuǎn)向軸的剪切屬性。 采用這種解決方法后，轉(zhuǎn)向軸在上述溫度范圍內(nèi)的滑動扭矩幾乎保持不變，從而帶來流暢安靜的操作體驗。

在另一項應(yīng)用中，一家生產(chǎn)豪華電動和混合動力汽車的廠商遇到了難題，其減速電機在操作電動頭枕時未能滿足合適的阻尼條件。 聲學(xué)研究數(shù)據(jù)表明，該電動機在通過應(yīng)變來移動齒輪的過程中會產(chǎn)生不可接受的噪音。 在減少用于齒輪的阻尼化合物的粘度后，噪音便消除了。

選擇化合物

選擇阻尼化合物時應(yīng)該同時考慮主觀和客觀標(biāo)準(zhǔn)。 首先，如上所述，阻尼化合物必須在其應(yīng)用的溫度范圍內(nèi)維持性能，這與油體的粘度指數(shù)直接相關(guān)。 通常情況下，合成烴材料適用于零下 40 攝氏度到零上 125 攝氏度的操作環(huán)境，而基于硅氧烷的化合物則適用于零下 60 攝氏度到零上 200 攝氏度的操作環(huán)境。

材料的相容性是另一個重要的考慮因素。 合成烴可能會弱化聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和一些低密度彈性體。 雖然材料制造商會提供相容性圖表，但確保相容的最好方法是對兩種組成成分進(jìn)行實際測試。

基于硅氧烷的高粘度阻尼化合物適用于解決材料相容性或高溫問題。 這類產(chǎn)品通常會使用 PTFE 增稠，并且可與除基于硅氧烷的橡膠以外的所有材料相容。 雖然硅氧烷在某些應(yīng)用中容易遷移，但凝于 PTFE 中的基礎(chǔ)油粘度與糖蜜相近，幾乎消除了遷移的可能性。

設(shè)計師希望塑造的“手感”是設(shè)計時主要的主觀考慮因素。 典型的法則是，隨著設(shè)備所需的轉(zhuǎn)矩的減小，所需的阻尼化合物分子量和粘度也會降低。 設(shè)計師可以選擇不同的粘稠度（從極低到極高）來滿足各種應(yīng)用的需求。

另外，將烴化合物改為以硅氧烷為基礎(chǔ)的化合物時，還應(yīng)考慮兩者的壓力粘度差異。 鑒于硅氧烷的可壓縮性，使用硅氧烷時通常要求相當(dāng)于使用烴時兩倍的粘度。

阻尼化合物的理想應(yīng)用應(yīng)該是，僅使用少量的潤滑油即可控制自由運動、提供流暢手感、降低噪音或?qū)崿F(xiàn)這些特性的任意組合。 在這些應(yīng)用及其他更多應(yīng)用中，阻尼化合物提供了一種經(jīng)濟高效的方式來滿足當(dāng)今苛刻的消費者需求。

Jason Galary 是 Nye Lubricants Inc. 的技術(shù)支持、應(yīng)用和工程經(jīng)理，該公司位于馬薩諸塞州的費爾黑文。 如需了解關(guān)于這篇文章的更多信息，請發(fā)送電子郵件至 jgalary@nyelubricants.com 或致電 +1 (508) 996-6721 與他聯(lián)系。

《Lube Report Asia》會不定期地收錄原發(fā)表于 LNG 出版股份有限公司姊妹刊物上的文章。本文原發(fā)表于 2012 年 11 月《 Lubes’n’Greases》雜志 –第 18 卷，第 11 期 – 標(biāo)題為“Dial D for Damping”。