摩托车减震器就是这样工作的

现代高性能减震器是线性响应和可调性的奇迹。阀门垫圈是如何有利于我们的?

本文最初发表于 Cycle World

单减震后悬挂在当今几乎是普遍的。传统的双减震装置仍然可以看到,但主要出于复古风格的原因而存在。当1974年长行程后悬挂时代到来时,用单个悬挂单元来实现它是最合理的。

为什么要设置悬挂?几十年来,美国摩托车采用硬朗的车架——没有后悬挂。但随着公路的改善和速度的提高,后悬挂变得至关重要,以提供底盘稳定性。让弹簧化的车轮在颠簸中上下移动,可以使骑手和底盘免受干扰。

后减震器提供两种基本功能:用缓冲弹簧支撑车尾的重量,并通过提供阻尼来控制悬挂的任何上下振荡。阻尼是一种受控的摩擦力,它会消耗掉不需要的悬挂运动中的能量,例如在每次颠簸后会持续存在的颠簸。

早期,阻尼器依靠干摩擦工作,但其粘滑运动是顿挫的。现代阻尼器是平稳而柔软的,因为它们由一个充满油的圆筒和一个连接到悬挂的可移动活塞组成。悬挂运动驱动活塞,活塞将油来回泵送通过限制性孔口。这会将悬挂运动的能量转化为高速运动的阻尼流体射流的能量——能量以热量的形式消散。正在使用的后减震器的温暖就是从悬挂运动中吸取的能量。

当阻尼器活塞移动时,它前面的压力很高,但它后面的低压会使阻尼油分离,或者产生气蚀。为了防止气蚀区域塌陷时产生的冲击,阻尼油通过蓄能器活塞(其圆筒是当今最常见的阻尼器设计的“枪柄”)加压。

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一个简单的固定阻尼孔口,其尺寸适用于低速,随着路速和阻尼器活塞速度的增加,会迅速变得生硬甚至僵硬。这是因为通过固定孔口推动流体所需的压力随着速度的平方而增加。这意味着,如果一个给定的孔口在3英里/小时的步行速度下提供适当的阻尼,那么在两倍的速度下,阻尼力将是原来的四倍,而在60英里/小时时,阻尼器将变得僵硬。这种阻尼力的急剧增加被称为“孔口限制”。

damper valve body
阻尼器阀体,其宽大的孔避免了孔口限制。Jeff Allen

为了避免孔口限制,发明了可变孔口,这些孔口随着压力的增加而变大。一种简单的方法是在阻尼器活塞上钻几个孔,用一个薄垫圈盖住它们,并在垫圈后面放一个弹簧。当活塞在流体中移动得更快时,不断增加的流体压力会越来越大地抬起垫圈,对抗其弹簧,从而减缓阻尼力随活塞速度增加的速率。可变孔口允许阻尼力大致与活塞速度成正比。

当今最常用的方案是使用钢垫圈本身——覆盖活塞或阀体上的孔——作为弹簧。它被固定在内径或外径处,而阻尼器活塞驱动的流体压力会将垫圈弯曲成略微圆锥形,使流体从垫圈的自由边缘流出。通过将其他垫圈和垫片堆叠到这个垫圈上,可以创建各种阻尼力与速度的曲线。这就是所谓的“垫圈堆叠”,有时也称为“垫片堆叠”,在悬挂设置中经常被提及。

阻尼力必须与减震弹簧刚度成比例设置。否则,硬弹簧会压倒弱阻尼,反之亦然。

悬挂运动有两个方向:压缩,当颠簸抬起车轮时;回弹,当悬挂在颠簸后伸展时。多年来,阻尼器在压缩时几乎不提供阻尼力,因为受孔口限制的压缩阀在撞击颠簸时很容易将自行车向上弹起,从而在颠簸通过时降低轮胎抓地力。当工程师在1978年后学会“平缓”压缩阻尼后,它变得不那么令人不安,而且实际上很有用。

valve bodies
(从左到右):两个阀体、它们的垫圈堆叠、阀门弹簧和盖子。底部是阻尼器活塞、固定螺母和顶簧。然后中间是钢内管和外管(螺纹管),带阻尼杆密封体以及其下方的橡胶缓冲块。然后是阻尼杆及其叉头,其上方是预加载调节器。右上角是蓄能器盖、悬挂弹簧及其底部套环。Jeff Allen

多年来,回弹垫圈堆叠位于阻尼器活塞上,而压缩堆叠控制进入蓄能器的流量——蓄能器过去安装在远处,通过柔性软管连接。控制压缩的流量仅仅是阻尼杆进入圆筒时所排出的少量流体体积。如今,活塞通常是实心的,通过安装在圆筒外部的垫圈堆叠(如这台Öhlins TTX减震器所示),来回推动大致相等的压缩和回弹流体体积,从而使调整和维修更加容易。随着时间的推移,通过阻尼元件的流道变得越来越流畅。

我们称之为“咔哒声”的阻尼调节器通常只调节低速阻尼;当我们说“低速”时,指的是减震器压缩或伸展的速度,而不是摩托车的速度。改变高速阻尼需要改变垫圈堆叠。

由于阻尼减缓了悬挂运动,所以它是一种折衷:要足够抑制悬挂振荡,但又要尽可能少地干扰车轮运动。

 

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