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避震前叉整體功能分析資料 轉(zhuǎn)自http://www./?page_id=61
常用字匯
bottom out [ 觸底 ] 遇大落差時用光所有的行程，避震器無法再壓縮，可能使避震器受傷，應(yīng)盡量避免 compression damping [ 壓縮阻尼 ] 控制避震器受力壓縮速度的阻尼 damper[ 阻尼器 ] 用以實現(xiàn)阻尼的油路機構(gòu) damping [ 阻尼 ] 通常以油控回路來實現(xiàn)，用以消耗沖擊能量，減緩避震器壓縮或回彈速度 lockout [ 死鎖 ] 使避震器無法作動，能減少避震器抵銷踩踏能量 preload [ 預(yù)壓] 預(yù)先加壓彈簧，使彈簧在未受外力情況下更硬，以針對騎士體重調(diào)整，達到所需下沉量 rebound damping [ 回彈阻尼 ] 控制避震器壓縮后回彈速度的阻尼，減緩沖擊傳達到騎士 sag [ 下沉量] 指騎士坐在單車上且未施力情形下，以自身體重所壓縮的行程量，以使避震器遇坑洞時能伸長以避震 spring rate [ 彈力系數(shù) ] 線圈彈簧的彈力系數(shù)，通常以lb/in為單位，意指要壓縮彈簧1英吋所需施的壓力磅數(shù) travel [ 行程 ] 避震器所能作動的長度 前叉各部名稱  前叉類型介紹 1.以騎乘風(fēng)格分類: 通常廠商對每支前叉都會定義他所適用的使用范圍，若使用者的使用超過了廠商所定義的范圍，對使用者本身可能會造成傷害，也可能會使保固失效。 基本上使用的范圍是向下兼容的，舉例來說，以Freeride的前叉來作XC的騎乘并沒有超出廠商定義的范圍，只是重了些；但反過來就不行，譬如用輕量化的XC 前叉在跳落差。 高強度用途的需要較長的行程，與較高強度的結(jié)構(gòu)，而內(nèi)管的外徑會越粗，以提供前叉有較好的剛性，通常XC前叉的內(nèi)管外徑在28-30mm之間，而FR或DH則需要32mm或以上。 2.以物理構(gòu)造分類 相信你一定聽過有人在問"前叉是氣壓還是油壓的"，其實這個問題并不恰當(dāng)。 這其實是在問前叉的主彈簧是哪種構(gòu)造的，而主彈簧指的是當(dāng)前叉下壓時，產(chǎn)生抵抗下壓力量使前叉回彈的彈性體，而主彈簧通常以空氣(air spring)或線圈彈簧(coil spring)來實現(xiàn)，但從來沒有用油來作主彈簧的，這跟碟煞不同，前叉里的油并不是用來壓的。 一般在說的油壓前叉其實是指主彈簧為線圈彈簧加上油控阻尼的前叉，油控阻尼則是用來減緩彈簧壓縮或回彈的速度，這與主彈簧是線圈或是氣室沒有關(guān)系也不互相沖突，因此應(yīng)改問"這支前叉是彈簧還是氣壓前叉"比較正確。 此外，還有一種比較少見的彈性體是優(yōu)力膠(elastomer)，但是它的可壓縮性并不如線圈或氣室，而且有老化的問題，一般只用來做輔助彈簧或是防止觸頂?shù)母睆椈伞?br> 彈簧前叉與氣壓前叉工作原理 彈簧前叉與氣壓前叉除了重量之外，其實它們背后的物理與騎乘的感覺也相當(dāng)不同，本文將詳細介紹兩者的工作原理。 1.彈簧前叉:  相信大家都很清楚線圈彈簧前叉的工作原理，但是我們還要仔細討論一下它的物理，還記得國中物理的虎克定律嗎？線圈彈簧的形變量(Δt)正比于受力(F)，而這個比值就叫彈力系數(shù)(k)。 若寫成公式即為 F = k *Δt 在這里的形變量其實就是前叉的行程，從上式可以看 彈簧前叉的受力與壓縮行程是線性的，線性的意思是說，假設(shè)使行程壓縮2公分需施力20公斤，當(dāng)彈簧要有4公分的行程壓縮則需有40公斤的力。 2.氣壓前叉:  氣壓彈簧就有點復(fù)雜，利用波義爾定律來解釋，公式可以寫成 P1 * V1 = P2 * V2 其中，設(shè)P1為前叉未受壓縮時氣室內(nèi)的壓力，而V1即為此時的氣室體積，而P2為前叉受壓產(chǎn)生Δt的壓縮量時氣室內(nèi)的壓力，V2為此時的氣室體積。 而氣室內(nèi)氣壓對活塞(piston)的正向(在上圖中為向下)作用力F，可表示為 F = P * A A為活塞的表面積.而氣室的體積 V 又可寫為 V = L * A 將上兩式帶入可得 F1 * L1 = F2 * L2 壓縮后的氣室長L2即為原長L1減去壓縮量Δt，而壓縮前叉的力F則為F2減去F1，等于 F =(F1*L1/(L1-Δt))-F1 =F1*(Δt/(L1-Δt)) 從上面這個公式我們可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)分子Δt，即彈簧壓縮量，增加時，分母項也同時減少，因此當(dāng)前叉越受壓縮，它抵抗壓縮的力量會非線性的快速增加。 以前面的例子來說，假設(shè)使行程壓縮2公分需施力20公斤，當(dāng)彈簧要有4公分的行程壓縮則可能要有60公斤的力。 氣壓前叉：
 彈簧與氣壓前叉感度差異 在工作原理介紹中，我們得到兩種前叉的壓縮行程與所需壓力的關(guān)系，分別是 彈簧前叉: F = k *Δt 氣壓前叉: F = F1*(Δt/(L1-Δt)) 看公式或許沒什么感覺，如果我們把它畫成圖形來講會比較清楚一些，下面即是兩者在100mm行程前叉的壓縮行程對受力的比較，此時設(shè)定兩前叉下沉量(sag)均是相同的20mm。觀察圖中可發(fā)現(xiàn)，兩條曲線在行程小于50mm前相當(dāng)接近，但之后紅色的氣壓曲線快速上升，而線圈彈簧前叉則維持相同的上升速率，而這個上升速率的不同，就是一般常說的前叉感度差異了。  因此，氣壓前叉在最后的行程段會覺得好像提早觸底的感覺，常常無法使用到全部的行程。若要使用到全部的行程，可以試著降低前叉內(nèi)的氣壓，但是這又會產(chǎn)生新的問題。 下圖即是降低氣壓值的結(jié)果，從圖中可發(fā)現(xiàn)此時在前段行程的曲線與彈簧就有段差距，這會使前叉無法達到適當(dāng)?shù)念A(yù)壓，在前段行程會感覺過軟。  然而，氣壓彈簧并不全然只有壞處，最明顯的就是減少了彈簧的重量，此外，它非線性的特性也就自然能防止前叉觸底，這在一些falling rate設(shè)計的車架作為后避震器相當(dāng)適合。 最大優(yōu)點是在于它可以針對你的體重任意調(diào)整，這點在臺灣尤其重要，其實每一支前叉都需要根據(jù)每個使用者的體重作設(shè)定，彈簧前叉是以預(yù)壓(preload)，而氣壓前叉是以氣室壓力調(diào)整，但彈簧前叉的預(yù)壓只能調(diào)整到一定的程度，若體重特別輕或重的，就需要換掉里面的彈簧才能達到所需的下沉量(sag)。 但是在臺灣通常代理商并沒有提供這樣的服務(wù)，在國外如果你買Fox的vanilla彈簧前叉是會再另外送你兩個彈簧以供調(diào)整，其它廠家通常你也可以買得到，這在臺灣就得靠運氣了。 因此，如果體重不在65-80kg之間，通常彈簧前叉內(nèi)的彈簧并不適合你的體重，那么你就應(yīng)該考慮買氣壓前叉。其實最近的趨勢在長行程前叉方面越來越走向氣壓了，氣壓彈簧非線性的特性在氣室越大時就越不明顯，而長行程使用線圈彈簧的重量差也較大，所以會有manitou Nixon或marzocchi SL系列這類長行程的氣壓前叉出現(xiàn)。 而也有一些是使用折衷的方法，一邊的使用氣壓去調(diào)整使用者重量，而一邊采用線圈彈簧以維持感度，例如marzocchi的AM系列。至于Fox則使用了新的技術(shù)TALAS，同時保留了氣壓的調(diào)整但又有接近彈簧前叉的感度。 阻尼回路介紹
相同類型的前叉，除了使用的材料跟重量，最大的差別就在油控阻尼的不同。 舉例來說，相同行程的氣壓的前叉，若使用相同的油控阻尼，那除了材料不同而產(chǎn)生的重量差與制程公差的控制之外，在騎乘感覺方面并沒有差異，因此油控阻尼可以說是前叉最具價值的一部分。 在選購前叉時，它的油控阻尼機制應(yīng)該是你的第二考慮（第一考慮當(dāng)然是荷包深度啦！阻尼都是利用油的黏滯特性，可參考下圖，當(dāng)阻尼活塞在前叉作動時，上面只有一些孔隙可以讓油通過，當(dāng)油要擠進這個孔隙  這也就是說，如果把沖擊能量轉(zhuǎn)換為熱能的效率越好，代表該阻尼回路越先進，雖然各家的技術(shù)略有不同，但依照其特性來分，主要可分為orifice跟shimmed兩種。Orifice阻尼器的孔隙是固定的，當(dāng)避震器需要快速作動時，例如遇到連續(xù)的坑洞，會因為油的流速受到孔隙的限制而無法再增快，導(dǎo)致避震器無法反應(yīng)路況的顛簸；而shimmed阻尼器是以金屬薄片的堆棧覆蓋油孔或其它類似機制來實現(xiàn)，當(dāng)油的流速變大時，會使薄片彎曲讓孔隙變大，使更多的油能流通以降低高速阻尼才能及時反應(yīng)路況。 下圖shimmed damper的照片，你可以看到金屬薄片堆棧。  Shimmed阻尼器大都出現(xiàn)在高價格的前叉，因為這類的機構(gòu)設(shè)計與制造成本是比較高的。然而，這兩種阻尼器的差異在地板上測試的時候很難分辨出來的，因為你在試壓的時候油的流速并不快，但只要到off-road的路面，讓前叉在快速作動的情況下，譬如在顛簸路面下坡的時候，你就很明顯會感到這兩者的差異。 然而orifice前叉也并非一無是處，例如在平路的騎乘不會有高速壓縮的狀況，這時orifice前叉會是比較經(jīng)濟的選擇。或者如marzocchi的dirt jump系列也是使用orifice阻尼器，這是因為它的定位即是在4X、DS或在街道騰越用，這樣的地形不是平順的坡道就是單一的落差，并不會有連續(xù)的坑洞使前叉需要快速的來回作動，因此它的功能就是強調(diào)它的堅固與耐用，是不是有適應(yīng)性的阻尼就不是那么重要了。 挑選適合你的前叉
1.要花多少錢? 首先當(dāng)然是要決定你要花多少錢在前叉上，,一般來說,前叉的價格大概在整車的1/4 ~ 1/5比較適合，通常成車都達不到這個標(biāo)準(zhǔn)，畢竟大家對前叉沒有對變速器那么熟悉。
2.用途為何？ 大部分的使用者通常都是"一支叉兔歸臺灣"，既騎平路，也騎off-road，偶而沖沖下坡。那么我會建議你選擇32mm內(nèi)管的前叉，既不會有強度問題也不會太重，若只騎公路那30mm以下也還可以啦！至于專門用途則自行依此增減，或參考原廠手冊。 3.氣壓或線圈彈簧？ 這要看個人喜好，請參考彈簧與氣壓前叉感度差異一文，但若你的體重太輕或太重，那么建議你選擇氣壓前叉，除非用能找得合適你的線圈彈簧。 4.需要多少行程？ 若你屬于上述的"大部分的使用者"，建議選擇100mm-130mm行程，近年"一般用途"車架普遍都是以100行程前叉設(shè)計的，所以即使130mm對原車架角度影響尚可接受。但若你的騎乘以off-road為主，下坡又愛拼速度的，那行程可以選130mm以上，這對off-road的下坡舒適度會比較好。 5.油控阻尼機制？ 如果要買新前叉那當(dāng)然要選好一點的油控阻尼,請依照阻尼回路的介紹，選擇各廠的高階阻尼機制。 6.附屬功能需求？ 現(xiàn)在?？吹降母綄俟δ苋缢梨i、線控與改變行程等，這可依個人需求去選擇，例如平路常抽車的朋友可以選擇有死鎖的；行程調(diào)整前叉可以適應(yīng)用途或針對上下坡的需求來調(diào)整行程。但除非你騎乘的地形都很平緩，否則良好的阻尼機制會是你最重要的考慮。 進階前叉調(diào)整 Motion contorl damping介紹 MCD機構(gòu) Motion control damping指的是Rockshox在2005推出的新阻尼系統(tǒng)，該系統(tǒng)的關(guān)鍵就在下面左圖的組件上，這個組件負責(zé)的是壓縮阻尼的調(diào)整，圖中紅色外殼上有許多孔的是一個塑料制的彈簧，它只有約5mm的壓縮行程，下面黑色的是油封，限制下方的油只能從中心的壓縮阻尼孔隙進入。最下面有一塊金屬平板連結(jié)到上面的Compression調(diào)整鈕，當(dāng)轉(zhuǎn)動這個調(diào)整鈕就會改變阻尼孔隙的大小，當(dāng)該平板把孔隙全部擋住時即可產(chǎn)生死鎖效果，但由于紅色的彈簧會因油的壓力而壓縮，因此MCD阻尼的死鎖不會達到"完全"鎖固的狀態(tài)，而會留有一點點的行程。  另外，MCD的一大特點就在它的Floodgate調(diào)整，該調(diào)整鈕控制紅色彈簧內(nèi)的一根棒子伸出的長度，該棒子在紅色彈簧壓縮時抵住下方的金屬平板，讓它不會隨著彈簧壓縮而露出孔隙，這在大沖擊時可以降低壓縮阻尼，使前叉能用更大的行程來吸收沖擊力量，因此這也可以說是一個死鎖臨界值調(diào)整。詳細的剖面圖可參考下圖：  MCD操作范例 下面是假設(shè)在Compression在 Lockout的狀態(tài)，不同大小的沖擊時MCD的運作。小沖擊時，彈簧的壓縮量還不足以打開Floodgate。當(dāng)沖擊大到使Compression rod抵到Floodgate rod時，則會打開Floodgate來使油通過下方的孔隙降低壓縮阻尼 ，若Floodgate rod越長，則Floodgate會越早打開。 改變Compression與Floodgate各是調(diào)整里面的哪些組件？請參考這個Flash，相信現(xiàn)在大家應(yīng)該都能了解它的工作原理了。 http://www./files/shock/MCD.swf http://www./files/shock/MCD.swf http://www./files/shock/mcd_adj.swf MCD調(diào)整訣竅 首先來搞清楚各個調(diào)整鈕的功能，下圖是 external floodgate adjustment的model，也就是它的Floodgate調(diào)整鈕是在外面的，若是你的前叉是internal floodgate的model，那就得把Compression中間的蓋子打開，用2.5mm的六角扳手插進去調(diào)整。另外，低階的前叉的 Floodgate是不可調(diào)的，如Recon與Tora，那就只能接受原廠的預(yù)設(shè)值了。 接著參考下面的曲線圖，它告訴我們調(diào)整哪個鈕會分別對高速、低速壓縮阻尼有什么樣的影響。 圖中x軸是壓縮前叉的速度，其中"低速"包括車行高速下的小振動、中等速度下的中等撞擊、跳落差、踩踏動作與煞車所造成的前叉下沉，"高速"則是在一定速度以上遇到的沖擊，這個速度跟車行速度沒有直接的關(guān)系，譬如在平坦的柏油路以60km/hr的速度騎乘，這是再低速不過的了；相對的以15km/hr的速度去撞人行道10cm的突起則是相當(dāng)高速。注意，這邊討論的僅只有壓縮阻尼，也就是遇到?jīng)_擊前叉壓縮的情況，回彈不在MCD的控制范圍。 y軸則是壓縮阻尼的大小，越大的壓縮阻尼前叉在壓縮時所受到的阻力會越大。 圖中的箭頭方向都是加強該旋鈕的功能(順時針旋轉(zhuǎn))，調(diào)整Compression改變的主要是低速的壓縮阻尼，而不同的Compression代表的是從原點出發(fā)的各條曲線；調(diào)整Floodgate影響的則是何時切換高速壓縮阻尼回路，不同的 Floodgate代表的是約略平行于x軸的各條曲線。 在平緩的路況是低速阻尼效果，當(dāng)前叉受到一定力道的沖擊，高速阻尼就會開始產(chǎn)生作用，多開了一條回路降低壓縮阻尼非線性上升的情形，使得前叉能及時反應(yīng)該沖擊， Floodgate的設(shè)定就是調(diào)整高速阻尼回路什么時候開始產(chǎn)生作用，因此你得到的就是選定的低速跟高速阻尼的合成曲線。 現(xiàn)在再來看看什么是比較好的設(shè)定，一般來說，圖中的藍色曲線會比較適合大部分的用途，適當(dāng)?shù)膲嚎s阻尼控制低速時前叉的作動，而當(dāng)遇到崎嶇的地形 Floodgate又能幫助前叉快速反應(yīng)。若是比較在意踩踏的消耗，可以加大低速壓縮阻尼，降低Floodgate來提供較硬的踩踏平臺，而在低的臨界值就能讓前叉打開，類似圖中的紅色曲線。 那為什么原廠的設(shè)定不是那么理想呢？它的Floodgate是在最高的那條，一般使用者都是compression死鎖或全開，這樣在死鎖時幾乎遇不到夠大的沖擊讓Floodgate打開，在公路騎乘或許很好；但到off-road時，F(xiàn)loodgate沒辦法幫助減低高速阻尼，前叉就會像裝了orfice阻尼器一樣，不是沒辦法對路況作實時的反應(yīng)，就是在踩踏或煞車時前叉較容易作動。 或許你會想問原廠為什么不設(shè)定Floodgate在低一點的地方呢？因為這樣它的lockout沒辦法鎖那么死，你就會看到一堆人在抱怨它的前叉死鎖功能壞掉了。 Rockshox Dual Air運作與調(diào)整介紹
Dual Air是Rockshox特有的彈簧機構(gòu)，應(yīng)用在Sid、Reba、Revelation、Pike..等各系列的前叉，在臺灣使用者可以說是相當(dāng)眾多。但Rockshox原廠的建議設(shè)定值被許多車友反應(yīng)會讓前叉太硬，所以這次要來介紹Dual Air是怎么一回事，又要怎樣妥善的設(shè)定Dual Air的前叉。 構(gòu)造介紹 左圖是Dual Air前叉的構(gòu)造簡圖，由活動的氣室活塞分離正負氣室，這就是Dual Air的雙氣室，正氣室負責(zé)的是支撐騎士重量與承受沖擊，負氣室則是抗衡于正氣室，其功能是用來增加前叉靈敏度并防止前叉觸頂(top-out)。當(dāng)前叉受力壓縮時，內(nèi)管向下移動，正氣室變小，而負氣室變大，如圖右所示。
運作公式 同樣應(yīng)用博伊爾定律，并假設(shè)氣室活塞沒有靜摩擦力的情況下，可推導(dǎo)出Dual-Air前叉的行程對施力的公式如下： F = (Pp*Vp)/(Lp-L’) - (Pn*Vn)/(Ln+L’) 其中Pp與Pn為正氣室與負氣室使用者設(shè)定的壓力值，而Vp與Vn是正負氣室初始的容積，而Lp與Ln為正負氣室的長度，L’則是前叉壓縮的行程。參考MTBR此篇討論，有國外車友計算出Reba前叉的設(shè)定參數(shù)。 設(shè)定探討 利用上述的公式與參數(shù)，以100mm行程的Dual Air前叉為例，固定正氣室壓力為100psi，分別在80/100/120psi的負氣室壓力下，以前叉壓縮行程對施力關(guān)系作圖如下： 觀察上圖可發(fā)現(xiàn)，負氣室壓力不同所造成的影響大多在前半段行程，后段行程幾乎沒有差別，因此只要正氣室壓力相同，最后要觸底(bottom-out)的力道是一樣的。 若是比較前段行程，譬如行程為0mm時，在80psi負氣室壓力的情況下，前叉需受力超過10.9kgw才會開始作動。這個初始力道可能造成前叉回彈到最長行程時有敲擊感，這就是觸頂?shù)默F(xiàn)象。 為了避免觸頂，需要調(diào)整負氣壓值，讓前叉在無壓縮時的受力曲線接近原點，如下圖是不同正氣室壓力值，其負氣室壓力調(diào)整到曲線通過原點的比較圖，紅色的線條是用以參考的鋼簧前叉，彈性系數(shù)為1kgw/mm，大約是65-70公斤的騎士適用的彈簧。 如果從可承受的最大沖擊來說，最接近鋼簧前叉的是80psi正氣室的情況，但是它的前段到中段行程都比鋼簧小很多，所以容易產(chǎn)生踩踏晃動，下沉量較深，煞車下潛(brake dive)會較嚴重。 若以一般設(shè)定的下沉量25mm，則100psi正氣室壓力與鋼簧最接近，但Dual Air的中段支撐也較鋼簧小，而在最后的20mm行程Dual Air系統(tǒng)就開始超過鋼簧前叉，在最后甚至接近150%的鋼簧力道，這是氣壓前叉天生的物理特性所導(dǎo)致。 若是以前中段行程最接近鋼簧的120psi氣壓，前段力道較鋼簧高，小震動靈敏度較差，而且它的觸底力道就快接近鋼簧的兩倍了。 設(shè)定步驟 綜合上述的討論，建議還是以下沉量為準(zhǔn)，正氣壓調(diào)整到適合個人體重，負氣壓調(diào)整初始力道，調(diào)整步驟如下： 1. 為了讓前叉能從正氣室最大，負氣室為最小體積開始。不要讓前叉有受力，先放掉負氣室，再放掉正氣室壓力。 2. 設(shè)定正氣室壓力，以體重70公斤/100psi為參考，再按照個人體重與喜好微調(diào)。 3. 緩慢地打入負氣壓，直到行程開始內(nèi)縮就停止，這時負氣壓應(yīng)該大于正氣壓一點點。 4. 平地試壓或是出去試騎看看自己喜不喜歡這個感度。 5. 如果要更改氣壓設(shè)定要從步驟1重來，以10psi為單位來改變。 如此設(shè)定的前段支撐力很小，所以當(dāng)車子著地時，行程會有些下沉，此為正?，F(xiàn)象。 附注 1. 因為氣室體積大小與氣室長度僅是網(wǎng)友自行猜測的值，所以曲線的絕對值并不精準(zhǔn)，但整體調(diào)整概念與公式應(yīng)該正確，等我有機會拆到Dual Air前叉再回來update這些值吧！ 2. 上述70kg/100psi僅適用于32mm內(nèi)管前叉，因其活塞大小是相同的，所以08以前的Sid就不適用，請自行實驗。 3. 其實這篇還不算完成，因為手邊沒有Dual Air前叉可驗證，主要是參考之前使用Pike Dual Air的經(jīng)驗，所以如果你有更好的設(shè)定方法或疑問，還請回饋給本站。 前叉軸肩高(Axle-to-crown height) 前軸心至肩蓋高(Axle to crown height，以下簡稱為軸肩高)是在選購前叉時要考慮到的重要參數(shù)，這個長度會影響前叉裝上后，車頭高度與車頭管角度。雖然同是100mm的前叉，但每家的軸肩高都會有些差距，下面列出了一些臺灣常見的前叉的軸肩高： 如果上面沒提到你的前叉，可以到下面幾個連結(jié)找找 MTBR相關(guān)討論、Marzocchi原廠資料、Rockshox原廠資料 上表僅列出該款前叉在某行程下的軸肩高，同系列不同行程的前叉可直接加減行程差，就可得到該行程前叉的軸肩高。例如，F(xiàn)32在100mm行程下的軸肩高是471mm，TALAS32在140mm行程的軸肩高則是471+(140-100)=511mm。 一般來說，增加1英吋(25.4mm)的軸肩高，大概會減少1度的頭管角度，而越小的頭管角度會讓轉(zhuǎn)向的感覺變鈍，可提高操控穩(wěn)定度，但相對減低靈敏度。 另外，較大的軸肩高代表的是從車頭管下緣到地面會有更大的力臂，為避免車頭管承受不了過大的力矩，在替換原廠前叉時，建議新前叉的軸肩高不要超出原廠前叉太多；當(dāng)然，如果是新前叉軸肩高較短，則沒有最短的限制，但仍需考慮頭管角度增加的影響。 |
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