EXT技术课堂第一期:什么是阻尼

   2019-12-30 14:29

EXT Racing Shox很荣幸为大家分享有关避震器的技术知识,在这里我们会以尽可能简单、容易理解,并且科学的方式来向您介绍您车上的避震器以及它的工作原理。这是我们的第一期分享,让我们来看看一切的基础:阻尼。

“阻尼是指从振动系统当中抽取能量”。

从WRC拉力赛车到山地车,避震器在车上的主要作用就是阻止被弹簧支撑的质量和不受弹簧支撑的质量进入谐振,而这是每一个振动的系统必然拥有的物理特性。

“谐振是指振动系统对相同的输入反馈最大的时候”。

基本上一个系统进入谐振后即使没有外部输入也会继续进行振动,所以需要阻尼来控制这种动态。

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阻尼的第二个作用是控制在刹车、过弯以及其他操控动作等造成的重心转移的速率。车辆的各种部件,例如质量、弹簧、阻尼合在一起构成了一套复杂的振动系统。而针对这套系统的输入,就是路面颠簸、车手的操控动作等。

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| 无阻尼系统与有阻尼系统的对比

这套系统也适用于山地车避震系统

受弹簧支撑的质量(簧上质量):车手、车架以及安装在车架上、受悬挂系统支撑的所有部件,例如车把、座垫、脚踏等。

弹性体:线圈弹簧或者空气弹簧

阻尼元素:各种用于消耗能量的液压部件

不受弹簧支撑的质量(簧下质量):车上不受悬挂系统支撑的部分,直接由轮胎支撑的部分,它们直接跟随轮组的运动而运动,例如轮组、碟刹盘、后拨、车架后叉及部分连杆等。

需要注意的是轮胎也是一套弹簧-阻尼系统,它对整个系统也产生直接的影响。

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所有从地面输入的力都通过轮胎传导,而影响车手和轮胎的,最主要的力是:

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关于阻尼我们还需要解释一下这一元素是如何将动能转化为其他能量吸收,并且让您骑得更快更舒适。阻尼力受到避震器内部的一些重要组件的影响。

避震器的必要组件:

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活塞和活塞杆:它们相互连接,并通过车架的活动部件(连杆)连接着车轮。它们的运动导致避震器内避震油的流动。

阀孔:它们在主活塞和其他的油路阀门上。可以认为它们是整个基础的、简单的振动系统的核心。

吸震介质:当油流过阀孔时,内部产生压力差,从而产生影响避震器动态的力。在上面的图片中,我们展示了一套阻尼系统的基本设计,但是在下一期当中我们将会看到如何通过控制阀孔截面积来产生需要的阻力。

油壶:这个组件用于容纳在活塞杆进入避震器内部时被它的体积所挤出的避震油,以及针对避震油受热膨胀进行补偿。它可以是设计在避震器主体外部,也是可以整合在内部(串联形式)。油壶内充有气体,为整个避震器加压。它必须有一定的气压以抑制一些负面效应(我们将在以后说明),但是它也给整个系统引入了“弹簧效应”,这在活塞杆上就产生了一定的预压力,从而降低了它的灵敏度。

下面的图片简明地展示了避震器如何通过物理学原理工作以及它的几个参数:

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下面我们来看一些直接影响避震器的物理规律

流过避震器主活塞的油量可以用以下公式表达:

Q=(Apist-Arod)*v

公式中Apist是活塞截面积,Arod是活塞杆截面积,而v是活塞杆的速度。

阀孔也在其他阀门中存在,而在活塞上它的主要作用是在活塞前后创造压力差,并在避震器内产生额外的压力,以帮助主活塞产生足够的阻尼力,同时也有助于防止其他负面效应的产生(空泡)

一般单筒结构的避震器中,流过压缩阻尼阀门(此处指位于油壶和避震器主体之间的固定阀门)的油是由于活塞杆的运动带来的。

它可以用下面的公式计算:

Q=Arod*v

Arod是指活塞杆截面积,而v是活塞杆的速度。

油流过阀孔产生的压力差,受一系列因素的影响。它取决于阀孔的设计和控制方式。最原始的阀孔就是一个固定截面积的孔。我们可以用下面的公式计算压力差

DeltaP=K*(Q/Aori)^2

在这里K是避震油的特性和液力学特点决定的系数,Q是油的流量,Aori则是阀孔截面积。

在这里我们注意到压力和油的流量是呈平方关系,并且与阀孔截面积成反比。

在下一期当中我们将会探究一直避震器是怎样产生阻尼曲线,以及采用不同设计和零件来控制阀孔截面积和压力差。

编译:Sarge Luo

资料来源:EXT Tech Lab

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