小零件創(chuàng)造大不同

Alfred J. Lethbridge 博士

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您日常上下班路上輕松嗎？上班去參加上午 9 點(diǎn)的會(huì)議，或及時(shí)回家參加家庭聚餐，這些旅程往往伴隨著壓力，受到許多不受我們控制的情況的影響。研究表明，這一整個(gè)體驗(yàn)會(huì)對(duì)人的健康產(chǎn)生負(fù)面影響1。然而，有助于座椅舒適度和無噪音內(nèi)飾的小細(xì)節(jié)可以為那些乘車上下班的人帶來巨大的改善。確保駕駛員和乘客盡可能感覺舒適，早已是車主和汽車制造商的重中之重，其中兩個(gè)重要的改進(jìn)就是音景和內(nèi)部系統(tǒng)的易用性。

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圖 1：舒適的汽車可以降低白領(lǐng)的壓力水平。

諸如第一排和第二排座椅（圖 2）等內(nèi)部系統(tǒng)影響著旅行期間的舒適性，因此即使像 PTFE 襯套這樣最小的零件，在設(shè)計(jì)時(shí)也需要考慮它們對(duì)駕駛體驗(yàn)的影響。如果不考慮到這些，諸如嘎嘎聲、磨損和調(diào)整期間過大的扭矩等將帶來煩惱，并進(jìn)一步提高上下班路上的壓力——盡管這要比堵車更易于避免。

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圖 2：汽車座椅系統(tǒng)（左）、靠背系統(tǒng)（中）和折疊座椅機(jī)構(gòu)（右）全都以紅色顯示了使用襯套的地方。

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減少嘎嘎聲確保寧靜的音景

道路施工、喇叭聲、嘈雜的發(fā)動(dòng)機(jī)——在您日常的上下班路上，公路通常不是最安靜的地方。但幸運(yùn)的是，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)得越來越安靜，這些年來車廂噪音已大幅降低2。不利的一面在于，曾經(jīng)因?yàn)樘察o而被發(fā)動(dòng)機(jī)聲音掩蓋的噪音（吱吱聲和嘎嘎聲），現(xiàn)在明顯多了，并已成為靜謐綿延的公路上駕駛員和乘客的煩惱之源。舒適的內(nèi)飾意味著安靜和平和的音景，因此必須對(duì)給通勤人員增添壓力的輕微嘎嘎聲進(jìn)行處理。

造成此類煩人的嘎嘎聲的一個(gè)原因是座椅襯套與整合座椅調(diào)整機(jī)構(gòu)的軸之間的間隙。間隙意味著軸和襯套彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)汽車振動(dòng)時(shí)，軸可能在襯套內(nèi)部反復(fù)發(fā)出嘎嘎聲。塑料襯套和柔順性差的其他襯套必須設(shè)計(jì)有間隙或進(jìn)行一對(duì)一配合。因此，使用這些解決方案來避免嘎嘎聲并非始終可行。在產(chǎn)生嘎嘎聲的情況下，柔順性較差的材料（如注塑材料）比 PTFE 等較軟的材料產(chǎn)生的噪音更多，使得此問題進(jìn)一步惡化。襯套中的 PTFE 層如果不是太薄，可以在產(chǎn)生嘎嘎聲的情況下提供一定程度的阻尼，降低噪音級(jí)別。

這種嘎嘎聲阻尼效應(yīng)如圖 3 所示，其中刻意在間隙中放置各種襯套，以便測量嘎嘎聲噪音。正確的襯套選擇在此情況下可以將塑料襯套上的噪音減小多達(dá) 10 dB(A)。

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圖 3：上圖顯示了在 2 mm 間隙中、在 40 m/s2 的加速度下激勵(lì)頻率為 20 Hz 時(shí)產(chǎn)生的嘎嘎聲噪音。測試了 3 個(gè) NORGLIDE? PTFE 襯套和一個(gè)塑料襯套。

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容差——更愉快通勤的關(guān)鍵

當(dāng)您早上進(jìn)入車內(nèi)準(zhǔn)備去上班時(shí)，可能發(fā)現(xiàn)必須調(diào)整座椅機(jī)構(gòu)——也許是因?yàn)槟c人共用汽車或使用車輛共享服務(wù)。如果您發(fā)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)太緊或太松，這甚至可能讓您在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前就感到煩惱。

在這方面，座椅高度調(diào)整和靠背機(jī)構(gòu)會(huì)進(jìn)行權(quán)衡。一個(gè)系統(tǒng)可能不費(fèi)力即可調(diào)整，但會(huì)暴露更多的空隙，因此感覺太松或?qū)е赂赂侣?。另一個(gè)系統(tǒng)可能由于干涉配合而沒有嘎嘎聲，但調(diào)整起來很費(fèi)力。這里，小改變可以產(chǎn)生大不同。一種解決方案是確保襯套的滑動(dòng)層足夠柔順以吸收配合部件容差。正如前面提到的，PTFE 可以自始至終補(bǔ)償更大范圍的容差，與塑料關(guān)節(jié)的方案相比，Norglide 特氟龍襯套表現(xiàn)出更為一致的扭距。

在圖 4 中可以看到這點(diǎn)，其中針對(duì)幾種不同的軸徑，檢查了在兩個(gè)不同襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸所需的扭矩。塑料襯套的測試在 0.06 mm 的干涉處停止，此時(shí)法蘭由于不斷升高的裝配力而在裝配期間斷裂。

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圖 4：與競爭解決方案相比，NORGLIDE? PTFE 襯套在廣泛的尺寸范圍內(nèi)表現(xiàn)很一致。PTFE 層可以補(bǔ)償配合部件的制造容差，從而確保始終如一的平順調(diào)整感受。

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持續(xù)平穩(wěn)的駕駛體驗(yàn)

座椅襯套解決方案可能被視為次要零件，當(dāng)部件選擇對(duì)最終用戶舒適性的影響可能不明顯時(shí)尤其如此，但我們列出的測試說明了這個(gè)結(jié)論是錯(cuò)誤的。這個(gè)似乎微不足道的決定可能導(dǎo)致性能質(zhì)量低劣，最終可能給車主帶來更多壓力，可能影響將來的汽車選擇，甚至可能給車主的健康帶來負(fù)面影響。

因此，對(duì)襯套設(shè)計(jì)的考慮應(yīng)該與對(duì)座架的考慮一樣周密，以避免駕駛體驗(yàn)的舒適性水平出現(xiàn)下降。圣戈班的工程師每天都將這種考慮放在第一位。他們投資購置測試設(shè)備，例如扭矩測定儀、座椅測試儀、先進(jìn)的消聲室和用于部件及系統(tǒng)級(jí)別模擬的強(qiáng)大有限元分析工具。借助這些測試平臺(tái)，可以研究并了解整個(gè)座椅系統(tǒng)（而不只是襯套），以確保一致地實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)質(zhì)量。

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參考資料
1.?英國國家統(tǒng)計(jì)局，《通勤和個(gè)人幸福》，2014 年
2.?英國車輛驗(yàn)證局，《汽車與噪音》

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