BAJA老司機(jī)日記(三):剛度 和 阻尼

巴哈賽車(chē)的減振器一般只有兩種:

一種是fox為代表的氣彈簧減振器。另一種就是常見(jiàn)的螺旋彈簧減振器。

減振器的目的,就是讓輪胎盡可能長(zhǎng)時(shí)間得接觸地面(請(qǐng)參考上一篇提到的輪胎部分),向車(chē)輪施加盡可能大的壓力,并且讓振動(dòng)盡量減少傳遞到車(chē)身上。

彈簧和阻尼

螺旋彈簧比較好拆分,由兩個(gè)部分組成:彈簧spring 和阻尼damper 他們起到不同的作用。減振器的這兩個(gè)元件是互相分離的。

剛度

彈簧最大的作用就是支撐車(chē)體,同時(shí)彈簧還會(huì)(臨時(shí))儲(chǔ)存能量,即車(chē)輛下落時(shí)的重力勢(shì)能,這些能量將會(huì)重新轉(zhuǎn)換為動(dòng)能,這會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛將不斷地高低振動(dòng),這時(shí)我們就需要阻尼來(lái)將能量消耗掉(轉(zhuǎn)化為熱)。

今天我們先說(shuō)彈簧,彈簧本身有兩個(gè)特性:

剛度(Spring Rate),即彈簧的軟硬,就是彈簧好不好壓縮。彈簧的剛度你買(mǎi)回來(lái)之后就已經(jīng)固定了,你無(wú)法改變彈簧的剛度。

這里要講一張圖,橫軸為彈簧的壓縮行程,縱軸為壓縮彈簧的力,也等于彈簧反彈的彈力。

過(guò)硬的彈簧,會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪跳動(dòng)的力過(guò)多傳遞到車(chē)架上,如同卡丁車(chē)般。遇到顛簸會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛彈起,車(chē)輪無(wú)法一直接地。當(dāng)然,一般也很難用完減振器全部的行程。

過(guò)軟的彈簧,會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛高度降低;遇到顛簸車(chē)身高度無(wú)法快速提高,快速用完阻尼器行程,即減振器會(huì)撞底。車(chē)輛側(cè)傾變大,加速減速時(shí)的俯仰也會(huì)變多。

注意上面這張圖中,彈簧的斜率不變,為一個(gè)常量,這叫做線(xiàn)性彈簧,一般是等距彈簧,有時(shí)我們還會(huì)遇到漸進(jìn)彈簧,也即非線(xiàn)性彈簧。

彈簧的剛度的計(jì)算單位一般為 即牛每毫米,應(yīng)用比較廣泛的單位還有 lbs/in 即磅每英寸,常稱(chēng)為磅數(shù),他們的換算關(guān)系是:

1lbs/in=0.175N/mm \\ 1N/mm = 5.714lbs/in

還有就是彈簧的長(zhǎng)度。彈簧的長(zhǎng)度會(huì)影響車(chē)輛行駛時(shí)的高度,但是注意一般買(mǎi)回來(lái)的減振器,更換過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短的彈簧,會(huì)導(dǎo)致用不到阻尼器全部的行程。

彈簧長(zhǎng)度、彈簧預(yù)壓(Preload)、車(chē)身高度(RideHeight)以及如何選擇合適的彈簧剛度,我們以后再講。

阻尼

阻尼器的原理是將液體通過(guò)一個(gè)小孔擠出去(想象一下全力推一個(gè)針筒??)特性很有意思,減振器壓縮(或拉伸)越快,產(chǎn)生的反作用力越大。

阻尼是吸收減震器的能量的裝置,將動(dòng)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能消耗掉。他唯一的作用就是減緩車(chē)輪的跳動(dòng)動(dòng)作。

這代表著,你慢慢的把車(chē)放在地上,阻尼可能基本不產(chǎn)生效果;但是當(dāng)車(chē)輛從兩米掉落,阻尼會(huì)產(chǎn)生很大的反作用力,并吸收掉很多能量。

這張圖(阻尼力-行程)中,橫軸是阻尼(也即減振器)的行程,縱軸是阻尼的反作用力,可以看到同一個(gè)阻尼器在不同速度下有好幾條曲線(xiàn),這也就是剛才說(shuō)的反作用力與阻尼運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)。

還有,一般阻尼的壓縮與回彈的力并不是一樣的,也就是說(shuō)這張圖的上下左右并不是對(duì)稱(chēng)的,阻尼器更詳細(xì)的特性一般可以從阻尼力-速度圖看出。

從理論上來(lái)講,可以從每個(gè)車(chē)輪簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量算出偏頻,然后得到合適的阻尼,然而一般通常還是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié),低速、高速的壓縮或回彈都有不同的特性。

阻尼器的調(diào)節(jié)我們以后再講(可能還需要咨詢(xún)一些更有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué))。

結(jié)語(yǔ)

本文只是類(lèi)似科普性質(zhì),給學(xué)弟學(xué)妹分享一些自己幾年之前學(xué)到的經(jīng)驗(yàn),也希望大家能更深入地學(xué)習(xí),繼續(xù)成長(zhǎng)。
如果有不準(zhǔn)確或需要補(bǔ)充的地方,希望大家指出,將不斷修訂。

PS:今天這期實(shí)在是太難寫(xiě)了,好多東西都忘了,如果有更有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)再展開(kāi)講講就更好了~

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