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  • 【曲柄脑袋】山地车避震系统闲谈(下篇)
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    Crankhead
    2019-7-22
    只看楼主

    这一系列知识普及(能帮你在基友面前吹牛)的文章,基本涵盖了山地车避震系统的大部分知识点,并尽我所能以机械类专业以外的爱好者能看明白的角度写出来。上篇讲了弹簧部分以及阻尼的原理,可以在精品区找到。
    看高清大图,打开贴吧App
    224
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    二楼
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22

    说完了笼统的阻尼结构,这一部分来看看阻尼在前叉后胆里都是长什么样的。
    首先需要说个前提,前叉后胆里几乎所有阀的形式据我所知均为垫片阀或者常通孔(说到“几乎”是因为有极少数的例外,例如Manitou SPV阻尼使用的滑阀)。根本的形式都是一样的,具体的参数则是每个品牌调教出来的成果。整套活塞的形式基本都与下图大同小异,不同之处就是各家会在可调节项上做出各种巧妙的机构(例如用锥头螺杆调节常通孔的面积,以及调节垫片预载等)。

    在这一章,我们可以把阀系视为整体,不再讨论阀系本身的参数,重点看一看设计师们是如何把阀系以及其他附属结构(IFP,油囊等)布置在前叉和后胆里的。
    长久以来避震工程师一直有一种执念,或者是因为他们觉得这样性能更好,或者是他们觉得这样更好设计,总之他们总是爱把压缩和回弹两个方向的阻尼分开设计。你们或许也有发现,现在前叉大多数的压缩阻尼调节都在叉肩,而回弹阻尼调节都在叉桶,这是因为前叉里阻尼的布局大家都基本一样——顶部压缩阻尼,底部回弹阻尼。这一普遍采用的结构就是源于1998年的Manitou TPC(Twin Piston Chamber)构型。
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    给你买橘子 12
    2019-7-22
    前排
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    下面我们说一说前叉里具体的几种阻尼类型。
    首先想一想,上面既
    然已经说了活塞总成基本都长一个样了,为什么还会分这么多种阻尼呢?这些各式各样的结构其实都是在解决一个问题。活塞在阻尼油里伸缩,往下压的时候泡在油里的活塞杆也会更长,这其中就涉及到一个体积补偿的问题——多的那一部分活塞杆体积要从哪提供?以下大家就会看见工程师们为了解决这个问题想出的各种方法。
    按最大的类别去分,它分为开放式阻尼和封闭式阻尼。开放式阻尼(Open-Bath)是最简单粗暴的一种,阻尼油直接在叉桶里,阻尼组件在内管里,前叉里的油既是提供阻尼的阻尼油又是润滑内管的底桶油。开放式阻尼属于油气混合结构,也就是阻尼油不灌满,顶上还有空气。这样子活塞杆的体积就可以由压缩那部分空气来补偿。下图右侧为开放阻尼,左侧为封闭阻尼。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    开放式阻尼现在大家可能还有比较深印象的有2002-2009年的Fox系列(这根蓝尾巴白色的F100 RLC当年不知道是多少人的梦想),以及各种老马祖奇,而大家对这类叉的最大印象就是润。整根前叉一直泡在油里保持润滑,这必须是摩擦力很小的。其次,由于整个底桶都是阻尼油,前叉的重量自然是下不来。老款开放油路F100保养手册上给的阻尼侧的阻尼油量是155ml,这直接就是半罐易拉罐的重量,更长行程的马祖奇更是喝油怪兽。这也难怪F100那时候达到了1.6kg,直接比同年SID重了两百克,放在现在这已经是自家轻量化林道前叉34 Step-Cast 29er 120mm的重量了。当然,开放油路阻尼也不得不提保养。由于阻尼油暴露在外容易脏,保养周期势必会短,但同时换油保养的操作也比较简单,拆开前叉倒了废油灌入新油即可,而不必像现在的前叉那样需要单独拆开阻尼。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    现在,为了更轻的重量,更长的保养周期,更稳定的表现,各款前叉已经罕有开放阻尼。大家已经全都转移到了封闭阻尼的阵地,例如下图Fox的FIT含义即为封闭阻尼技术(Fox Isolated Technology)。在介绍封闭阻尼之前我先说说定义,这里有不少人傻傻分不清楚。阻尼油和底桶油分离的(内管底部封住)即为封闭式,阻尼油也作为底桶油的为开放式。之前无论是网上还是线下,我都听过不少人对开放阻尼的奇特理解,甚至有的人觉得前叉压下去有“噗哧”声的就是开放阻尼。对,没错,噗哧声的确是气体的声音,开放阻尼也的确是油气混合的,但油气混合的可不止是开放阻尼一种,封闭阻尼也可以油气混合。更有甚者,我印象里贴吧里都见过有人说32sc都成了开放阻尼,拜托32sc要是有噗哧声,那是阻尼排气没排好啊......
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    下面开始介绍前叉里常用的几种封闭阻尼构型。目前每一个牌子都会给自己的阻尼起一个单独的名字,广为人知的有比如什么FIT4啊,GRIP啊,Charger啊这些的,但从结构上来看其实会发现好多阻尼其实都是可以归于一类的。下面把几种常见的类型讲出来也有利于大家对各个牌子阻尼的理解,起码对于只认识一个名字的朋友会有些帮助...
    关于封闭式阻尼的介绍,乌托邦校长曾经写过一系列非常棒的科普文章,有兴趣的同学可以上网查找(也非常感谢校长在此文中给我的帮助)。下文跟他的文章内容类似,但校长的文章更多用来举例的是刚进入21世纪前后的前叉型号,现在的绝大多数玩家可能压根不认识,所以我这次尽量都以现在在产的或者大家常见的型号作为例子。本文经他允许使用了部分他的配图,但因为原图片他也没有找到,所以有几张图会带他的公众号水印。

    封闭式阻尼大体上按照结构,可以分为以上四类。下面开始逐一介绍。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    1.油气混合阻尼(Open)

    油气混合阻尼是最简单的一种封闭式阻尼,也是目前用的最多的。油气混合阻尼就是开放式阻尼的结构做成了封闭式,顶部留有一部分空气补偿活塞杆的体积。这种阻尼结构简单,不需要多余的构造,但是剧烈颠簸时空气容易和阻尼油混合,造成阻尼效果降低(气体通过活塞自然是不一样的阻力)。有些前叉的“噗哧”声就是阻尼系统中的气泡(油气混合阻尼中溶解在阻尼油里的空气,或者其他类型阻尼没有排干净空气残留的气泡)通过阻尼活塞的噪音。
    油气混合阻尼还分为内管作为阻尼管的In-Leg结构和匣式阻尼Cartridge结构。匣式阻尼因为阻尼管更小,阻尼油量也更少,重量明显更轻,而且也便于把整根阻尼单独取出进行保养。现在的高端前叉使用的封闭阻尼均为Cartridge形式,可以整根拆出。以Manitou为例,是否为Cartridge阻尼曾经就是MRD系列的标志之一。

    使用油气混合阻尼的前叉现在简直不要太多。各种品牌的中端前叉用的阻尼基本都是这个形式。例如以前*丝版Fox的Open Cartridge,X-Fusion的RL2、RL、R之类,Rockshox的Motion Control全系列,三拓的XCR、神叉之类的都是油气混合阻尼。


    Rockshox的Motion Control全系列,除了长相清奇的管状压缩阻尼外,是最典型的In-Leg油气混合阻尼的结构。
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    给你买橘子 12
    2019-7-22
    等养肥了在看
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    2.带IFP的封闭阻尼

    前面提到油气混合阻尼在剧烈使用时性能会下降,而这一类阻尼就是为了解决油气混合的问题。图中可以看见,阻尼中在阻尼油和空气中间加入了一个浮动活塞(内部浮动活塞,Internal Floating Piston,IFP是也)把油和空气隔绝开,同时为阻尼系统内部加压,减少空化现象带来的影响提高稳定性。为了给阻尼加压,在IFP上方需要有弹簧背压,上图是一个高压气室作为弹簧,还有使用螺旋弹簧背压的。
    IFP结构就比较厉害了,从上世纪50年代开始在赛车上使用,凭借稳定的性能在高端市场打出一片天,如今所有的赛车(两轮和四轮的)和高端跑车的减振器都是高压氮气背压的IFP结构。

    IFP阻尼在前叉里各个牌子也基本都有对应的型号。老玩家津津乐道的“三气室”Rockshox SID的第三个气室就是阻尼里气弹簧IFP的背压气室。Suntour给Durolux使用的R2C2阻尼就是弹簧背压IFP结构。弹簧背压比气压IFP减少了启动阻力,下图R2C2也可以看到使用了很细的弹簧增加灵敏度。


    提到IFP结构就不得不说Fox。Fox GRIP阻尼也是使用弹簧背压IFP的设计。GRIP阻尼是Fox在FIT4之下给自家入门级前叉使用的“低成本”阻尼,重量重于FIT4但是性能十分不错。凭借着性能完全不低于FIT4的GRIP阻尼(与同价位Rockshox中低端前叉使用的Motion Control油气混合阻尼,GRIP简直就是吊打),廉价的Fox 34 Rhythm刚推出就拿了Mtbr的2016年的年度最佳前叉的称号。


    后来,Fox发现自己的GRIP阻尼实在是好用,就又在GRIP的弹簧背压IFP结构基础上进一步完善,在2018年推出了的新一代旗舰GRIP2阻尼,替代RC2给36和40使用。与以降低成本为目的的GRIP不同,GRIP2是拥有高低速压缩和回弹四路调节,各方面都非常优秀的高端阻尼。关于GRIP2的介绍网上可以找到很多,各项升级细节都有很详尽的描述(国外网站尤其详细),在例如高速油路设计,调节机构,抗起泡,自动排空等方面Fox也也都设计的很好。总之,就我的个人意见而言,GRIP2可以称得上是当今各方面优化的最完善,性能也是最好的传统阻尼之一。

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    nankey 13
    2019-7-22
    学习
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    给你买橘子 12
    2019-7-22
    催更
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    3.囊式(Bladder)阻尼

    囊式阻尼是现在的“网红”款,这几年可以说是如日中天。由于上文的IFP结构增加了一个浮动活塞,就势必会多出一套密封件的摩擦阻力,而囊式结构就直接用一个可伸缩的橡胶囊实现体积补偿。阻尼油在上部的油囊里,往下压的时候油囊向外膨胀增大体积,这样既是完全封闭的系统又没有额外的摩擦阻力,启动阻力就会更小,也就是“更润”。
    囊式阻尼也有自己的缺点,首先就是保养麻烦需要排空气,然后油囊这个橡胶件从长远的角度讲也有老化的可能。
    说起油囊,大家首先想到的肯定是这几年大火的Rockshox Charger阻尼。自从RS在2015年底给16款Pike配上了新的Charger阻尼起,这个阻尼简直掀起一股风暴,引起各界围观,很多人似乎也是那时候才知道还有这种囊状阻尼。Charger系列现在已经更新到Charger 2.1,而且已经从轻的SID到重的Boxxer全系列普及了。


    Fox的FIT封闭阻尼系列大家肯定都知道,但不知道有多少人知道它其实是比Charger早上好几年的囊式阻尼。自从2010款Fox从开放油路改为封闭阻尼后,使用的FIT系列直到现在的FIT4都是油囊阻尼(下面两张图是2010款的FIT RLC阻尼)。


    下图是现在FIT4阻尼的油囊。

    其他牌子也有不少是油囊结构的,例如X-Fusion的高端系列使用的HLR阻尼

    DVO Diamond也使用的是囊式阻尼,不过它家不走寻常路,用的是气囊。DVO的阻尼的橡胶囊里面是空气,外面是油,油往里压缩气囊。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    4.贯通轴(Through-Shaft)阻尼

    贯通轴结构可能大家都从来没有听说过,这也因为它的确是很小众的类型。它的设计很巧妙——既然大家都费老大劲解决体积补偿的问题,那我直接让它体积不变不就完了?于是这种上下两头通的贯通轴阻尼就出现了。它在上下移动的时候,在阻尼管里的体积一直不变,所以可以做成全封闭的。这样下来整套阻尼的结构可以非常简单紧凑,体积也非常小巧。
    曾经有不少上个世纪的老前叉使用贯通轴阻尼(甚至1998年的元年SID也是),但现在一直将其发扬光大的只有一个牌子——Cannondale。Cannondale的左撇子Lefty因为只有一条腿,阻尼和气室需要塞到一边,所以贯通轴阻尼底下伸出来的杆在这里直接作为气室杆使用,正好满足它紧凑的布局要求。

    Lefty阻尼+气室总成的拆解,绿色的就是阻尼管。


    Cannondale的Headshok头管避震也是贯通轴阻尼,同样是阻尼+气室都在一根管里的设计。因为行程短,所以阻尼整体也小不少,类似缩小版的Lefty(但其实是先有Headshok才有Lefty)。


    贯通轴阻尼因为体积紧凑,想要做到结构完善十分困难。而且贯通轴阻尼成本也高,保养同样需要排气,上下两端也都必须有需要承受高压的密封圈。目前只有Cannondale通过十几年的不断改进做出了有竞争力的贯通轴阻尼。但是,随着最近几年各大品牌阻尼性能突飞猛进,Lefty的贯通轴阻尼也逐渐开始显露疲态。于是在2019年最新的单肩Lefty Ocho上,Cannondale终于放弃了贯通轴阻尼,改为了弹簧背压IFP的结构。当然,为了满足变态的体积要求(单肩Ocho比旧款双肩体积要求更苛刻),IFP设计上也花了相当大的心思。

    随着Cannondale转投IFP阵营,好像看上去贯通轴阻尼在前叉上就此绝种了。其实不然,因为就在几乎同时另一根奇葩的前叉出现了。那就是由山地车避震大师Dave Weagle操刀设计的,Trust Performance的Message连杆前叉。它同Lefty一样,也是阻尼和气室一上一下的设计,所以也同样使用了贯通轴阻尼。这根外形古怪的连杆前叉具体数量目前并不多,究竟能否“改变世界”只能等日后见分晓。


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    Crankhead 楼主
    2019-7-22


    说完前叉,我们来简单说一说后胆。后胆这种形式十分成熟,毕竟就相当于一个小号的汽车减振器,人家已经发展了上百年了。
    先放两张后胆中哪儿是哪儿的扫盲图。

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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    众所周知,后胆也分为气弹簧和线圈弹簧,这一点在前面已经讲过了,现在主要讲的是阻尼。最普通的后胆的阻尼,也就是跟1950年左右汽车里开始一直用到现在的单筒式减振器一样的形式,是高压气室背压的IFP结构。下图Fox RP23的剖面图就是典型的后胆结构,把上半部分的气室换掉加一个弹簧就是弹簧胆。总之,最基础的后胆的阻尼部分均在内管里的阻尼活塞上,底部有IFP和IFP气室,IFP气室一般都原厂充好高压氮气,少数想自己调整的玩家也可以自行调教。

    除上图最简单的后胆之外,很多尤其是针对重车的后胆会额外有一个外挂气室(外挂气室的俗称不太雅,就不说了),内部结构就是下图这个样。

    可以发现外挂气室就是把原来直列放置的IFP移到了外面,这样可以增大阻尼油储量和IFP容积,也可以在同样长度下让后胆行程更长。但这几点就值得在壳体上多出一大块了吗?当然不止。外挂气室的一个大好处就是可以在连接外挂气室和筒身的油路里增加额外的阻尼阀,与活塞上的阀一起控制阻尼。如上图左上方外挂气室里就有整套额外的低速与高速压缩阻尼。
    而且,将阻尼做在外挂气室中也可以更方便地进行外部调节(而不需要一根长长的顶针伸进活塞里),所以不少外挂气室的后胆都有单独的高低速压缩阻尼调节(甚至还有高低速回弹阻尼调节),这一点在普通后胆里是几乎无法实现的。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22

    这一辆紧凑轻量的方程式赛车也使用了Ohlins的外挂气室减振器。

    汽车摩托车里的减振器,其实和你我的弹簧后胆结构一模一样。只不过有时候在一些越野车上你会看见上图这样的外接一根管子的结构。这种和上面说的外挂气室其实是一个东西,只不过它把外挂气室用一根油管连着减振器本身,而不是把外挂气室直接做在减振器壳上。为什么呢?底盘里空间小,放不下嘛。有了油管之后这个外挂气室就可以想放哪放哪了。


    改装的越野车减振器有时候个头特别大,所以外挂气室需要另外找地方塞进去。

    对悬架要求极高的Rallycross赛车用的也是这种减振器布局。虽然它的减振器几乎可以代表业界最高水平,但从基本结构上看和我们的弹簧胆其实并没有很大区别。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22

    那在单车上有没有用油管连接的远程外挂气瓶呢?有的,例如上图Specialized Epic的Brain后胆,因为需要尽量让惯性阀(Brain)贴近后轮,所以都使用了一根油管从后胆里把外挂气室移出来。



    另一个例子就是十多年前的古董级捷安特DH Team,因为后胆布置紧凑所以也使用了远程外挂气室的马尼托Swinger 6-Way后胆。

    当然还有比如Foes这种自己做后胆的妖孽,这里就不说了...
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    之前在讲前叉的时候大家可能也记得,前叉的阻尼有IFP也有囊式结构。这里后胆同理,IFP气室也可以由一个气囊代替,这样也减少了摩擦。DVO的前叉阻尼就用上了气囊,它家的后胆自然也是这一结构。

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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    讲到这里,汇总一下。单筒后胆的阻尼布局大体上也可以分为下图这样的三种。最传统的DeCarbon单筒布局(因为这种结构最早就是由他在1950年发明),外挂IFP气室布局(包括直接连接壳体与远程外置),以及气囊式结构。
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    最后要补充一点的就是双筒后胆。这种结构与上述的各种单筒后胆都不一样,最早源于Ohlins的TTX(Twin Tube Crossflow,双筒循环油路)结构。

    在一般的单筒后胆里,压缩和回弹的时候活塞其中一侧的阻尼油压力会急剧升高,另一侧压力急剧降低,而IFP也只能给其中一侧提供压力。这就会导致在剧烈的工况下,局部的阻尼油内部会产生空化现象,导致性能下降。
    空化现象是什么呢?比如你要煮开水,一盆80度的水你可以在常压下给他加热到100度,也可以带去拉萨直接就烧开。空化就是液体压力急剧降低,低于该状态下的饱和蒸气压时,液体内部产生气泡的过程。空化现象产生的气泡通过阻尼活塞,就会影响阻尼性能(和之前提到的油气混合阻尼一样)。
    复筒结构就比较厉害了。它是内外两层的循环油路,IFP给活塞两侧同时加压。这样就可以避免内部压差过大导致的畸变,就能有更加稳定的性能。

    上图右侧的CCDB Inline为了压缩体积把IFP换成了顶上的气囊,但双筒循环油路的结构保持不变。
    山地车里的双筒后胆最早是Cane Creek在2005年与Ohlins合作做出了有名的CCDB(Cane Creek Double Barrel)。CCDB凭借当时绝无仅有的复筒结构带来的优异性能与四路阻尼调节,一直是高级后胆的代表。现在除了最初的线圈弹簧CCDB以外,Cane Creek又多了气弹簧的CCDB Air,以及更轻量体积更小的CCDB Inline(包括气版和弹簧版)。


    CCDB在山地车市场独占鳌头了好多年以后,山地车界的两位大佬Fox和Rockshox也坐不住了,分别推出了自己的双筒后胆X2和Vivid系列。


    Ohlins最后自己也来玩儿了,推出了山地车专用的双筒TTX22 M后胆。目前除了这款后胆外同时还有气版的TTX Air复筒后胆。

    Ohlins甚至还把复筒阻尼用在前叉里,在2015年底给山地车带来了第一款复筒阻尼前叉RXF 34,后来也推出了RXF 36和DH38等型号。

    这里还要重点提一下,以上所说的双筒和汽车减振器最常用的双筒(网上搜出来更多也是这种)不是一种结构。后者的双筒,其实是油气混合结构,现在也是因为成本低所以才大范围地在汽车上使用。

    虽然上图右侧的这种双筒和Ohlins的双筒同样都有内筒和外筒,但是这里的外筒其实是油气混合的,使用双筒结构也只是尽量减少空气进到内筒里影响阻尼活塞的性能。这种双筒减振器因为不需要高压气室,价格十分便宜,所以大部分的量产车都是这种结构。因为这种结构底部有底阀,不能横置或倒置,所以在山地车后胆里是没办法用的了。看到这里,大家不要以为山地车后胆的技术就比汽车上的高级了,用双筒后胆的家用车在汽车里的定位充其量也就是几百块钱买菜车的水平。至于左侧在较高性能的汽车上用的单筒式减振器,大家难道就不觉得结构眼熟吗?
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    Crankhead 楼主
    2019-7-22
    全文完。
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    飞翔的乔二娃 11
    2019-7-22
    干货,顶顶
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    席梦思蝴蝶 13
    2019-7-22
    收藏
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    托芬卡洛哀 10
    2019-7-22
    前排
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    CaIIOfDutyX 14
    2019-7-22
    girp2用户强势插入