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[轉載] [分享] 圖解 前叉構造、流動及做動詳解

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发表于 2011-8-2 02:22:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最後由 eyesman 於 2011-8-4 16:39 編輯

看到一篇好文 想PO上Z版
看一看 不知道PO在哪比較適合
想想 還是放在最習慣的愛將版好了

原文網址:http://www.racetech.com/HTML_FILES/DampingRodForks.HTML
中文翻譯網址(小老婆):http://forum.jorsindo.com/viewth ... p;extra=&page=1
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一個十分詳細的解說網站,對了解速可達最常見的潛望式前叉(DAMPING ROD FORKS)很有幫助。

元件翻譯:

我先由上至下把元件翻譯成口語化的名稱,然後以我車的原廠前叉為範例做比對:
1.Fork cap:頂蓋
2.O-ring:O形環(一般是橡膠),一般都是圈在頂蓋的上半段,沒事不會拆下來。
3.Washer:墊片(一般是金屬)。因為我的前叉沒有Preload Spacer,所也沒有這墊片。
4.Preload Spacer:預載墊筒。常見都是跟頂蓋做成一體,一般沒有這元件;估計高價前叉才會有可替換墊筒。
5.Fork Tube:前叉內管
6.Air volume:氣室
7.Main Spring:前叉彈簧
8.Oil level:油位
9.Dust seal:防塵套(除了俗稱的歐規款環狀套,也有傳統毛毛蟲狀的伸縮型)
10.Snap ring:C型環。壓緊油封用的,可以用一字起拆下。
11.Oil seal:油封
12.Bushing:襯墊/套筒。我的前叉沒有這元件,看這東西的位置,估計有降低爆油封的功用。
13.Damping seal:阻尼環。跟引擎活塞環類似的東西。
14.Top-out Spring:小彈簧。我找不到這玩意更正式的名稱叫啥...。用來防止內管衝撞阻尼棒頭。
15.Rebound Damping Orifices:回彈阻尼孔。我的阻尼棒上這有兩孔。
16.Bushing:襯墊/套筒。跟12.一樣,我前叉也沒有這玩意兒。
17.Check Valve Passage:逆止閥油路。逆止閥開啟時油從這流過去。
18.Rebound Check Valve:逆止閥(單向閥)。只有壓縮時才會被打開,回彈時會關閉。一般不會去拆下來。
19.Damping Rod:阻尼棒
20.Oil:前叉油......
21.Fork Slider:前叉外管
22.Compression Damping Orifices:壓縮阻尼孔。我的阻尼棒這也有兩孔。
23.Damping Rod Bolt:阻尼棒螺絲



上述翻譯名稱不一定是最佳稱呼,參考一下,如果有更好的稱呼請各訴我。藍色是代表你一定要知道的元件,你拆前叉的時候也一定要去認識認識這些東西。

以下開始翻譯正文:

以下摘錄自“Race Tech's Motorcycle Suspension Bible”(競速科技-摩托車懸吊聖經)。

潛望式前叉/阻尼棒前叉(孔式阻尼)

阻尼棒是最常見的前叉設計。為什麼要用阻尼棒?阻尼棒有弱點也有優點,先去了解這些你才能更了解匣式設計(註:這種設計是原文末端會介紹到的,在阻尼棒活塞會有匣式高低速閥門),一但你了解匣式設計,就更能了解理解避震運作,。

阻尼棒前叉已經存在多年,使用於各式機車或腳踏車。阻尼棒前叉的的製造成本較低,因此也沒有複雜的阻尼設計。

前叉結構

3.8顯示所有的前叉組件。前叉外管連接輪軸、前叉內管連接三角台。前叉彈簧位於阻尼棒上方;阻尼棒則被螺絲固定在外管的底部,前叉彈簧用來支撐前半段機車與車手的重量;小彈簧位於阻尼棒之下,內管底之上,用來避免前叉回彈時內管撞擊阻尼棒頭,大多數阻尼棒前叉都有小彈簧。
(圖3.8↘)


阻尼棒的頂端是一個活塞及阻尼環(活塞環)。阻尼環促成內管內形成一個密封空間,使油在內管內部與阻尼棒之間流動。一些老式機車前叉沒有阻尼環,因此造成磨損而影響回彈阻尼效果。

阻尼棒壓縮行程

當前叉被壓縮(圖3.9),你能想像內管下沉,內管的體積取代原本油的位置,所以油被迫流向其他腔室。(這邊強調的是內管厚度會影響油的流動總量,例如如果是超薄內管那就只能擠動一點點的油,)
(圖3.9↘)


隨著前叉逐漸壓縮,腔室A容積會愈來愈小、腔室B容積會愈來愈大。這代表腔室A的油壓漸增、腔室B的油壓漸減,但是因為單向閥開啟的緣故,腔室A的油可以流向腔室B,實際上腔室B的油壓只會略低於腔室A,所以你可以把腔室A、B想成是同一個腔室。

因為腔室AB是互通的,被被向上推擠的油要繼續找地方流去,這些油就透過阻尼棒底部的壓縮阻尼孔、通過阻尼棒中央、流到腔室C。這些油也可以透過回彈阻尼孔流出,但體積相對小很多。

壓縮阻尼的強度,受到壓縮/回彈阻尼孔的大小、數量,以及油的黏度所影響。要記得,壓縮時的總阻尼量中有一部分阻尼是由回彈阻尼孔造成。以這種方式產生的阻尼被稱為孔式(orifice-style)阻尼,因為阻力是藉由逼迫油流經孔洞而形成。

另外也要記得,腔室C內的壓力會造成氣體容積縮小(氣體被推擠壓縮)。腔室C內的壓力多寡會受到初始壓力、氣體壓縮比(灌油量)、以及前叉下沉量等影響。

只要壓縮過程不要太快速,當前輪撞到小突起時孔式阻尼可以帶來很好的舒適感。不幸的是,並非所有路面突起幅度都很小,當你撞到直角或是大型突起,孔式阻尼會讓你感到非常死硬不適,這是因為當前叉壓縮的愈急遽、就等同去逼迫油要快點流過阻尼孔,偏偏油是不可被壓縮的(所以油並不會因為撞擊大而快速流過孔,相反的,油會擠在孔洞口)。

當速度增加時,孔式阻尼的強度也會快速增加。事實上,阻尼增加的程度會是速度的平方,這代表速度提升成2倍時,阻尼會提升為4倍。請看圖3.10說明,高速衝擊下的粗流動箭頭,會全部擠在小孔的入口。
(圖3.10↘)

圖解:如果壓縮阻尼孔設計來對應低速衝擊(孔較小),高速衝擊時就會變的死硬;如果孔被設計來應付高速衝擊(孔較大),那低速衝擊時阻尼效果就會很不明顯。

你可以在圖3.11看到前叉壓縮時的測功圖(dyno graph),請注意速度橫軸及阻力縱軸。測試的方法都是啟始時用低速、接著加速直到線條近幾垂直。當然現實中不一定會出現圖中模擬出的極端狀況,但現實中仍可能會因撞到直角障礙物產生出最大阻尼力,所以還是可以參考這張圖最極限的值。當模極端狀況真的發生時,會導致騎士感覺到不適,此時你正處在曲線的"痛苦區"(pain zone)中。
(圖3.11↘)

圖解:最小的孔在低速壓縮時仍有些阻尼效果,但只要壓縮速度稍微提高容易就變死硬;最大孔洞雖然極高速壓縮時不會死硬,但缺點是就算壓縮速度加快到一個程度仍沒有明顯的阻尼感。

孔式阻尼的另一個缺點:當你低時速下剎車時,前叉會下沉得比較深,要比你高速撞窟窿下沉的更深。這是因為孔式阻尼在如此低速下提供的阻尼力都很有限, 所以阻尼效果不明顯、前叉下沉也會比較快。下沉的深度一但太深,前叉就可能會觸底。

也許你曾考慮過挖大壓縮阻尼孔來解決死硬的問題,這會對壓縮阻尼造成的變化呈現在圖3.11。小孔雖然較無阻尼不明顯的問題,但在強力撞擊時會呈現死硬;大孔則是阻尼不明顯,即使大孔在高速撞擊時會舒服點。這種阻尼設計,看來是提供了兩種糟糕的狀況讓你選:要嘛接受前叉死硬,不然就接受前叉觸底。

最後提醒,阻尼孔不一定要是圓的,三角、橢圓、方型,也都可以。

阻尼棒回彈行程

現在我們來看看前叉回彈時的油流動(圖3.12)。首先前叉整體會因為彈簧的推力而逐漸伸長,逆止閥會因此關閉,腔室B則逐漸變小並產生出最大等級的油壓,此時腔室B的油有兩條路離開腔室B:1.經由回彈阻尼孔流到阻尼棒中央再流到腔室A,2.經由逆止閥關閉後僅存的細小縫隙直接流到腔室A。這兩條路夠成了回彈的阻力。
(圖3.12↘)

另一方面腔室A則是會因為容積愈變愈大而處於低壓,這種低壓環境會把油吸入、並填充腔室A。

如同壓縮行程,回彈行程的阻力也是來自孔洞阻尼,但相較之下比壓縮還單純許多。回彈的力道純粹由彈簧來控制,不像壓縮力道會因道路面狀況而隨時改變,壓縮速度最高時會比回彈速度高出2~6倍,所以相較之下因為回彈力道較固定,設計回彈阻尼孔時的顧忌也就不會那麼多。

一個潛在的問題是"氣穴"作用(又稱空穴作用, Cavitation)(見圖3.13),氣穴是一種流體在減壓(負壓)下產生的蒸氣泡。這會發生在當液體壓力低於他的蒸氣壓力時。這跟沸騰是一樣的現象,但在這邊是因為減壓造成的,而不是加熱造成。
(圖3.13↘)

圖解:當孔洞無法通過足夠的油時就會產生Cavitation;氣泡因真空而產生。
這產生了兩個問題,1.因為含有氣泡,油變成可以被壓縮,而降低阻尼特性。2.當氣泡迅速崩潰,會產生衝擊波傷害零件表面甚至擊出孔洞。愈高的溫度與愈低的壓力都會提高氣穴產生的機率。
回彈行程中,腔室A會因為容積逐漸變大而吸油進去,你愈是增加阻尼孔造成的阻力(更小的孔洞、更黏的油),也愈會提高氣穴產生機率。更硬的前叉彈簧與高油溫也會增加氣穴產生機率。

進化謎 失

讓我們回到一個老問題:"穩定與舒適如何兼顧?"很多人認為解決方法是改良,但也許你已經注意到孔式的阻尼曲線並告訴自己:"哇!這曲線還真是先進!"。

其實在發展史的角度來看,孔式阻尼已經是很先進的阻尼設計,但你能看到它仍有缺點(死硬與觸底),所以你知道並不是改良就不會有問題。

注意到圖3.14中有"遞減"現象的壓縮阻尼(註:這邊是在介紹開頭提到的"匣式"阻尼棒的阻尼特性)。因為其在低速時會有較高的阻尼,所以能抑制低速時煞車的下沉及觸底。
(圖3.14↘)

圖解:綠色曲線是一般的阻尼棒;紫色曲線是配有匣式活塞的阻尼棒,其在低速有更多阻尼,高速時也不會死硬。
而且注意到圖中,在高速時曲線並沒有進入"痛苦區",你可能會想:"如果速度更快,他也遲早會進入。"是的沒錯,但我們的測試已經是用超乎現實的速度,現實中幾乎沒有情況會讓你的避震作動速度達到15 m/sec。

Gold Valve Cartridge Emulator Fork(黃金閥門匣式前叉)

幸運的是,對使用阻尼棒前叉的車友來說。有個簡單的方法來改善阻尼特性,就是加裝上"競速科技黃金閥門匣式套件"(註:很像在購物台XD)。我從1990年就開始研發匣式套件來改善阻尼、讓阻尼棒變得可調,而且價格合理。

藉由這個套件,低速會有更好的阻尼效果,高速時也能吸收更多衝擊且不死硬,同時提供良好的轉向反應及舒適感。

妳可以看到圖3.14中的匣式套件,他在阻尼棒的頂端,並帶有一個彈簧。這個套件提供兩個作用:1.提供可調式的遞減壓縮阻尼,2.壓縮與回彈阻尼兩者均衡獨立運作。讓我們看看它是如何運作的。
(圖3.15↘)

圖解:原廠的壓縮阻尼孔被放大、增加數目,壓縮阻尼幾乎改由匣式套件來產生。在低速實時,油可以流過套件的孔洞。
這套件能取代阻尼棒原有的壓縮阻尼功能。首先要將壓縮阻尼孔挖大,並依照型號來增加孔洞數目。隨著流量變大,阻尼孔造成的阻力變的極小幾乎能夠忽略,如此一來,壓縮阻尼就能完全由套件來控制。

套件安裝在阻尼棒上方,且低速阻尼由低速閥門柱塞的孔洞來控制圖3.15。油從腔室A流到阻尼棒中央再流向腔室C。在最低速下,油的壓力不足以推開套件的閥門主彈簧,所有的油只能流經低速孔。

當速度提高,尤其是車撞到突起物或是彈起落地,前叉內管會移動得很快。這時候的油壓會推開套件的主閥門,讓油由此從腔室A流向腔室B圖3.16
(圖3.16↘)

圖解:前叉受到劇烈衝擊時,油壓會足以把匣式套件的主閥門頂開,讓油從較大的主閥門通過。
套件主閥門的開啟所需壓力,可透過彈簧預載的多寡來調整。變更彈簧彈力系數來改變閥門開啟的斜率。看看圖3.17表示出可調範圍。
(圖3.17↘)

圖解:圖一是套件彈簧不同的預載設定。圖二是安裝不同彈力係數的套件彈簧。圖三是套件低速孔洞的不同大小
這是一張套件的放大圖圖3.18。中速的壓縮阻尼強度可藉由調整彈簧預載來改變,彈簧預載能抵抗油壓對閥門的推力。彈簧預載愈多,就需要更大的油壓才能推開閥門。
(圖3.18↘)

圖解:低速時油只能流經Low-speed orifice。高速時油就能推開Valve流出。
套件一但安裝,要做調整並不會很困難。先把前叉頂蓋跟前叉彈簧取下,用彎曲的焊條勾住套件末端或是用"零件抓取器"(parts grabber)把套件取出,調整預載後再裝回去。有許多摩托車不必卸下整支前叉就能完成這項調整工作。

接著讓我們看看回彈圖3.19。本套件不會改變回彈阻尼效果,所以要調整回彈阻尼是藉由改變油的黏度,聽起來不是那麼討喜,但這仍會有顯著效果。原廠前叉只要改變油的黏度就能改變回彈阻尼,但如此一來要調整壓縮阻尼就會變的很貴(註:我推測作者的意思是,在油變黏的情況下要用套件以外的方法來改善壓縮阻尼,花費會很貴)。但如果有安裝匣式套件,就不會有這些困擾,因為套件的壓縮阻尼是可以獨立調整的。
(圖3.19↘)

圖解:套件不會影響回彈阻尼。如果要加強回彈阻尼,可以換黏一點的油,然後調整套件預載讓壓縮阻尼不要因油黏而變太強。

(最後一段大概是在說很多車隊車手自從用了這個套件,頭腦就變靈光了,考試都考一百分。這邊我就不翻了......)

本文摘錄自"競速科技-摩托車懸吊聖經"第三章。

(註:網頁最底部有套件的售價Excel檔,有興趣可以下載來看)

這本書在博客來這類網購外文館有代購,一本大約NTD$1200。

[ 文章由 yongx13 於 2011-7-12  13:17 翻譯編輯   Eyesman 於 2011-8-1 15:15 將圖片內說明中文化 ]
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謝謝收看

评分

23

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发表于 2011-8-2 02:45:23 | 显示全部楼层
難得有同梯的文章,雖然是轉貼,還是要支持

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我懶惰咩~~混久了 很難眼睛一亮+熱血 了 XD  发表于 2011-8-3 23:52
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发表于 2011-8-3 01:41:14 | 显示全部楼层
難得專業文~
雖然還沒時間細讀~

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不難啦 只是介紹前叉裡面在搞什麼鬼而已  发表于 2011-8-3 23:54
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发表于 2011-8-3 06:23:48 | 显示全部楼层
看得我眼花撩亂阿
太專業了

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不急 慢慢看其實只是字多而已  发表于 2011-8-3 23:55
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发表于 2011-8-3 18:41:09 | 显示全部楼层
喔喔

之前我就有看到類似的文章...有想到一種不用修改阻尼棒的簡易阻尼控制零件

上面文章的可調阻尼功能會比較好...但是阻尼棒有部分要加工挖大就是了......

忘了提一點

愛將要弄這個可調阻尼有個問題點.....就是彈簧中間的空間實在不夠.....

做是做得出來......彈簧中間空間會很一敗.......這樣會不會造成前叉油的流動阻礙.......因為沒有直接實驗......所以就不確定了....

要用這種設計的話.....基本上前叉不能太細......33芯不是很適合.....


我嘴砲而已...看看就好....XD

点评

乾脆阻尼棒重新設計 伸壓預載皆可調也不錯...(拍肩)就交給你了  发表于 2011-8-4 00:29
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发表于 2016-2-16 00:39:08 | 显示全部楼层
33芯不是夢,目前速克達已經測試完成了!!
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发表于 2016-3-5 15:04:32 | 显示全部楼层
太讚的文章
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