Имя пользователя:

Пароль:

{ LOG_ME_IN_SHORT }

Форум о веломобилях и лигерадах

Изготовление велотехники своими руками



Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#1  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 09:54 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Все здесь: http://www.is.svitonline.com/madd/susp.htm

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#2  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:11 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Краткий компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов

Задумав свести в единую систему разрозненные мнения о типичных проблемах задних подвесок велосипедов, сам я придерживался определенных убеждений, которые оказались частично неверными и значительно поменялись в процессе работы. Я начал это теоретическое исследование, основываясь на сопроводительной записке к патенту Элсворта (United States Patent 6378885 to Ellsworth, Anthony S.; Kojima, Mike), в некоторых туманных местах прибегая к дополнительным источникам, как цитируемым самим Элсвортом, так и найденным в Интернете непосредственно мной. Но по мере того, как недомолвки, сгущение красок, а в отдельных случаях просто подтасовка Элсвортом фактов становились все более очевидными, роль его патента в моей системе убеждений все уменьшалась. Заканчивал я уже полностью под влиянием замечательной работы Кена Сасаки (Kenneth M. Sasaki) "Анализ траектории" ([i]Path Analysis)[/i], которую я всячески рекомендую к прочтению всем интересующимся теорией двухподвесных велосипедов.


"Потеря тяги" при движении подвески

Науке не известна система задней подвески велосипеда, которая не страдала бы в большей или меньшей степени этим недугом :) Существуют по крайней мере три фактора, вызывающие потери энергии при работе подвески. Обычно их ошибочно объединяют общим понятием "раскачки" (bobbing).

1. Эффект "сжатия" или "растяжения" подвески (squat/anti-squat). Любая подвеска в той или иной степени имеет тенденцию либо сжиматься (squat), либо растягиваться (anti-squat) под действием вращательного момента на шатунах. Этот эффект зависит от расположения мгновенного центра подвески (instant center - вычисляется как воображаемая точка пересечения верхнего и нижнего рычагов "правильной" четырехрычажной подвески в данный момент времени, для одношарнирок и "неправильных" многорычажек совпадает с главным шарниром) по отношению к линии, соединяющей верхние рабочие точки выбранной комбинации передней и задней звезд. Если мгновенный центр расположен ниже этой прямой - подвеска имеет тенденцию сжиматься при педалировании, в противном случае - растягиваться. При сжатии подвески часть энергии велосипедиста рассеивается амортизатором и уходит в тепло, увеличивая энтропию Вселенной :) Варианты подвески, растягивающиеся под нагрузкой на педалях, не лучше - энергия тратится на подъем массы велосипедиста с каждым поворотом шатунов ("inchworm" pedal bob), а на обратном ходу накопленная потенциальная энергия опять же рассеивается амортизатором.

Низкий главный шарнир:
Изображение

Высокий главный шарнир:
Изображение

2. Натяжение цепи (chain growth). Большинство конструкций задней подвески при сжатии испытывают дополнительное натяжение цепи либо, что встречается реже, ослабление натяжения. Это связано с изменением расстояния от оси каретки до оси заднего колеса в рабочем цикле подвески. Увеличение натяжения цепи вызывает вращательный момент на шатунах, противодействующий их нормальному вращению. Таким образом, при сжатии такой подвески для поддержания желательного каденса приходится прикладывать большие усилия, а на обратном ходу - наоборот, уменьшать давление на педали (на подвеске с отрицательным chain growth ситуация прямо противоположная). Поскольку велосипедист никогда не может предугадать с достаточной точностью время сжатия-разжатия подвески на каждом конкретном препятствии, давление на педали остается примерно одинаковым, что также вызывает характерную раскачку (bobbing). Кроме того, при наезде на препятствие увеличение натяжения цепи ощущается как толчок педалей по ногам (pedal kickback).

Подвеска в нулевом положении:
Изображение

Подвеска сжата - удлиннение цепи (chain growth) 34 мм:
Изображение


Существуют продвинутые варианты подвесок, конструкторы которых пытаются использовать эти два фактора для противодействия друг-другу: "негативный" вращательный момент на шатунах против натяжения цепи или наоборот. Однако, все такие конструкции в большей или меньшей степени страдают "связыванием" подвески при силовом педалировании (suspension binding)

3. Перемещение центра масс системы велосипедист-ездок. Я не буду рассматривать здесь этот фактор, поскольку его действие связано с конструкцией конкретной подвески весьма косвенно. Перемещение центра масс не является проблемой подвески, это, так сказать, "фундаментальная ошибка в Матрице" :) Она присутствует во всех системах подвески без исключения, ее нельзя побороть подбором "идеального" расположения рычагов, так как системе рычагов невозможно растолковать отличие импульса вверх от импульса вниз. Частично эта проблема решается с помощью хитрых "интеллектуальных" амортизаторов, но их рассмотрение выходит за рамки этой работы.

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#3  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:31 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Неудачная траектория оси заднего колеса (axle path)

Современная теория разработки задней подвески велосипеда предполагает, что идеалом траектории оси заднего колеса (далее ТОК) в полном цикле работы является вертикальная прямая. В целом это верно, хотя для различных конструкций этот идеал может заметно трансформироваться ради достижения компромисса между плавностью "облизывания" препятствий и противодействием остальным проблемам задних подвесок. Типичная задняя подвеска при наезде на препятствие перемещает колесо по дуге, причем обычно в той или иной степени заваленной вперед и вверх. Таким образом, для преодоления препятствия колесу приходится двигаться вперед, как правило, в направлении подъема. Это увеличивает импульс от столкновения, передаваемый на подрессоренную часть велосипеда, поскольку колесо движется не перпендикулярно поверхности препятствия и амортизатор поглощает только часть импульса (а именно:Pп=Pн*cos(A), где Pп - поглощенный в результате работы амортизатора импульс, - исходный импульс от столкновения, направленный по нормали к поверхности, А - угол между нормалью к поверхности и ТОК в данный момент).

Ездоку приходится прикладывать больше усилий для преодоления формирующейся таким образом компоненты силы, направленной назад. Вертикальная ТОК, теоретически, решает эту проблему, однако, имеет свои недостатки. Во-первых, как любой идеал, она недостижима (по крайней мере, для любой однорычажной конструкции, многорычажные подвески по крайней мере теоретически могут приблизить ТОК довольно близко к вертикальной прямой). Во-вторых, вертикальная ТОК хороша только для велосипедов, предназначенных для передвижения в горизонтальной плоскости, то есть для самого общего случая. "Горные" велосипеды, для которых, собственно, в основном и разрабатываются задние подвески, предполагают движение как в гору, так и с горы. При движении в гору характер препятствий диктует предпочтение ТОК, "заваленной" несколько вперед, поскольку вперед (относительно положения велосипеда) направлена сила, противодействующая гравитации и вызывающая трение. При спуске с горы, напротив, предпочтительна ТОК, направленная немного назад, по той же причине. Разумным компромиссом была бы дуга, направленная чуть-чуть вперед в первой четверти-трети хода подвески (поскольку при движении в гору ход подвески обычно стараются всеми возможными средствами свести к минимуму для сохранения энергии) и немного назад - в остальном ходу. Велосипеды, предназначенные для даунхилла, вполне могут обойтись "заваленной" назад ТОК.


Рис.3. Неудачная траектория оси колеса. Стрелки: черная - нормаль к поверхности препятствия, зеленая - касательная к ТОК в данной точке и импульс, идущий на амортизатор, синяя - импульс, попадающий на раму, минуя амортизатор:
Изображение

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#4  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:32 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
"Блокирование" подвески при торможении (brake-induced suspension lockout)

Потратив несколько часов на поиск в Интернете любой информации по этой широко обсуждаемой проблеме, я не нашел ей ни одного компетентного объяснения. Это странно, ведь "блокирование" подвески одношарнирных конструкций и "неправильных" многорычажных стало просто-таки общеизвестным фактом, также общеизвестно, что "правильные" четырехрычажные подвески не блокируются при торможении. Складывается впечатление, что все об этом знают и говорят, но никто не понимает толком, откуда берется это таинственное "блокирование". Зато я обнаружил весьма толковое опровержение трех самых расхожих теорий, "объясняющих" этот феномен.


Примечание: для приведенных ниже выкладок важен только сам рычаг, к которому крепится тормоз, конкретное расположение калипера и диаметр ротора значения не имеют. Мы рассматриваем колесо, тормоз в заблокированном состоянии и рычаг, к которому он крепится как один трехплечий рычаг ABCD с плечами AB, AC и AD, где А - ось колеса, она же шарнир, вокруг которого рычаг обращается, B - точка соприкосновения колеса с дорогой, C и D - точки соединения с другими рычагами подвески или главным треугольником. Дабы не впадать в сравнительный анализ различных тормозов, передачу тормозного момента с колеса на раму мы простоты ради считаем полной.
Изображение

Начнем с устранения терминологической путаницы. Обычно тривиальным понятием "блокирование подвески при торможении" объединяют как минимум три различных явления. Происхождение этих явлений совершенно разное и рассматривать их тоже необходимо отдельно:

1. Статическое "затвердение" подвески (brake-induced stiffness). Симптомы: подвеска неподвижного велосипеда при зажатой ручке заднего тормоза оказывает несколько большее сопротивление сжатию. Причина: изменение колесной базы в рабочем цикле подвески и небольшой поворот колеса (для одношарнирных и "неправильных" многорычажных подвесок этот угол приблизительно равен A=2*arcsin((H/2)/L), где H - ход подвески, L - расстояние от главного шарнира до оси заднего колеса). Все это вызывает трение колеса по поверхности, на которой стоит велосипед, и определенный вращательный момент на рычаге, несущем колесо, как правило, обращенный против движения подвески. Необходимо сразу же оговорить, что при движении велосипеда это статическое трение не играет почти никакой роли, поскольку трение скольжения всегда значительно меньше трения покоя, а кроме того, включаются дополнительные факторы (активная работа передней вилки, которая при сжатии уменьшает колесную базу и частично компенсирует "уход" колеса назад, перенос центра масс вперед, что разгружает заднее колесо и уменьшает сцепление с дорогой, а значит и трение и т.п.), с трудом поддающиеся учету, но сводящие его влияние на нет. Однако, я не зря остановился на этом практически незначительном явлении. В нем заключается корень мифа про отсутствие тормозного блокирования "правильных" четырехрычажных подвесок. Действительно, в подвесках с "хорст-линком" и им подобных при сжатии подвески зажатое тормозом колесо вращается в обратную сторону относительно нижних переьв. При этом путь точки, лежащей на его окружности, обычно оказывается значительно короче, чем в подвеске, где колесо закреплено на главном рычаге (chainstay, swingarm). Впрочем, конкретная длина этого пути очень сильно зависит от расположения хорст-линка. Стало быть, возникающая сила трения оказывает гораздо меньшее сопротивление сжатию подвески. Разумеется, это очень эффективный механизм убеждения покупателей - как удобно демонстрировать "преимущества" подвески в салоне магазина на неподвижном велосипеде :)

Рис.4. Статическое "затвердение" одношарнирной подвески. Стрелки - направление действия вращательного тормозного момента в разных точках конструкции при сжатии:
Изображение

Рис.5. То же самое на обратном ходу подвески. Видно, что в обеих случаях тормозной момент работает против хода:
Изображение

2а. "Проседание" подвески при торможении на движущемся велосипеде (brake-induced squatting). Симптомы: при резком торможении подвеска сжимается, увеличивая предварительную нагрузку (preload) амортизатора, при этом заметно ухудшается качество работы подвески. Причины: самая распространенная теория гласит, что заблокированное колесо, получающее при движении значительный вращательный момент от трения с поверхностью, передает этот момент на подвеску, сжимая амортизатор. Действительно, это типичная проблема всех однорычажных конструкций и "неправильных" многорычажных. Однако, достаточно ли оснований называть это явление "блокированием"? Некоторые горячие головы проводят аналогию с действием тормозного вращательного момента на переднем колесе, согласно легендам, регулярно ломающем вилки :) Но они, как правило, забывают о поступательном тормозном моменте, который будет рассмотрен в п.3. Для передней вилки, если рассматривать ее ноги как рычаг с шарниром в области короны (нижней короны для двухкоронок), поступательный и вращательный моменты действуют сонаправленно и стремятся развернуть вилку назад на угол примерно 120 градусов, пока ось колеса и корона не будут располагаться на одной горизонтали. После этого поступательный момент начнет действовать против вращательного и уравновесит его еще через градусов 20-30 (зависит от расстояния между короной и осью колеса). Разумеется, эти вычисления чисто теоретические, на практике вилку никогда не вывернет на угол 140-150 градусов, но факт остается фактом - на вилке оба момента действуют сонаправленно. В задней подвеске, если ось главного шарнира и ось колеса изначально расположены на одной горизонтали, поступательный тормозной момент противодействует вращательному и полностью уравновешивает его при повороте свингарма вверх на те же 20-30 градусов. Таким образом, действие тормозного усилия на заднюю подвеску проявляется значительно слабее. Сильнее всего оно заметно на однорычажных подвесках с высоким расположением главного шарнира ("свингарм Гирвина"). "Неправильные" четырехрычажки с низким главным шарниром, напротив, обычно подвержены этому явлению весьма слабо, поскольку в них тормозной вращательный момент передается на передний треугольник двумя частями. Та часть, которая передается через верхние перья и коромысло, доходит до амортизатора не полностью. Если проследить путь его передачи от шарнира к шарниру и на каждом рычаге разложить приложенную силу на параллельную и перпендикулярную компоненты, мы обнаружим, что частично она попадает "мимо" амортизатора прямиком на главный треугольник, вынуждая его отклоняться вперед (количественно эта величина зависит от конструкции). Таким образом, проблема задней подвески становится проблемой передней :) В результате такого распределения сил на некоторых конструкциях "неправильных" многорычажных подвесок эффект сжатия при торможении проявляется настолько слабо, что говорить о их "блокировании" просто смешно.

Рис.6. Банальное объяснение явления "проседания" при торможении. Стрелками показано направление сил, вызванных действием вращательного тормозного момента:
Изображение

Рис.7. Развернутое объяснение. Черные стрелки - направление сил, вызванных действием вращательного тормозного момента в разных точках конструкции. Красная стрелка - компонента, уходящая на раму "мимо" амортизатора, желтая - уходящая с верхнего пера на амортизатор (строго говоря, надо бы разложить эту силу на компоненты еще раз - на коромысле, но у меня кончились цвета для стрелок :) Зеленая стрелка - направление силы, вызванной действием поступательного тормозного момента. Синяя - компонента, направленная на растяжение подвески и противодействие вращательному моменту:
Изображение

Некоторые энтузиасты одношарнирных конструкций даже берутся доказывать, что никакого сжатия такой подвески при торможении вообще не происходит! В частности, такое доказательство в весьма расплывчатой (и скорее эмпирической, чем формализовано теоретической) форме приводит Кен Сасаки в "Анализе траектории". Согласно его теории, ключевую роль играет не само по себе наличие одного или четырех рычагов, а текущее расположение мгновенного центра по отношению к главному шарниру. В одношарнирных конструкциях, которые он принимает за идеал, где точка мгновенного центра и главный шарнир однозначно совпадают, эта сила не оказывает никакого влияния на сжатие или растяжение подвески. В многорычажных конструкциях, где мгновенный центр расположен впереди главного шарнира (почти все подвески с хорст-линком), подвеска имеет тенденцию растягиваться (см. п. 3). Если мгновенный центр лежит позади главного шарнира (к примеру, Yeti DH 9), подвеска при торможении сжимается. Конечно, мгновенный центр в рабочем цикле подвески не стоит на месте, но как правило, в каждой конкретной подвеске он перемещается либо впереди, либо позади главного шарнира. Возможно, в этих рассуждениях есть доля истины (особенно в той их части, которая касается "правильных" четырехрычажек), но в целом этот раздел работы К.Сасаки представляется наиболее туманным и слабо аргументированным (глава 3, раздел "Торможение").

2б. "Подпрыгивание" (brake-induced jacking). Симптомы: при торможении подвеска распрямляется, подбрасывая ездока и до конца торможения сжимается крайне неохотно. Причина: вращательный момент, получаемый колесом от трения с поверхностью (см. п. 2). Предположительно, отделив колесо от нижнего пера хорст-линком, можно "изолировать" подвеску от действия этой нежелательной силы. Рупором этой теории является в основном журнал Mountain Bike Action. Вот, что пишет некий Ричард Каннинхэм (Richard Cunningham): "Хорст-линк изолирует тормозные силыи натяжение цепи в нижних перьях, тем самым обеспечивая активную заднюю подвеску". Описывая преимущества подвесок с "параллельными рычагами" (Parallel link), он заявляет: "Колесо закреплено на вертикальном заднем рычаге, что "распаровывает" (uncouples) его со свингармом и предоставляет возможность истинно активной езды. Вы можете давить на педали и тормозить на камнях и корнях, а заднее колесо будет скользить над поверхностью, как лодка по волнам". Слова "изолировать" и "распаровывать" не являются терминами физической механики, поэтому понять, какие именно процессы имеются в виду, довольно сложно. Да это и не так уж важно, поскольку в любом случае является неправдой, так как противоречит законам природы. Если в паре рычагов, соединенных шарниром, один обладает некой энергией, она никуда не денется при передаче на второй (за исключением небольшой части, которая уйдет в тепло при трении в шарнире). Даже в идеальном случае, если система 4-х рычагов представляет собой строгий прямоугольник, приложение вращательного момента к одному из рычагов приведет к изменению формы системы - она станет параллелограммом. Проще говоря, почти во всех подвесках с хорст-линком при торможении "клюет носом" передний треугольник, вызывая растяжение подвески и "подпрыгивание". Об этом рекламные отделы производителей таких подвесок сообщить восторженным покупателям "забывают". Особенно страдал таким "подпрыгиванием" приснопамятный Giant NRS, что неудивительно - при таком низком расположении хорст-линка тормозной вращательный момент с колеса передается на раму во всей красе. Неудивительно и то, что на этой раме не было предусмотрено проседания (sag) подвески - даже с минимальным проседанием эффект "подпрыгивания" был бы еще больше заметен. Комментарии представителей Giant по этому поводу заслуживают всяческих улыбок: "Ну, надо ведь чем-то расплачиваться за отсутствие раскачки!" :)

Рис.8. "Подпрыгивание" при торможении. Черные стрелки - направление действия сил, вызванных тормозным вращательным моментом. Красные - компонента, придающая главному треугольнику наклон вперед. Мало того, вторая компонента этой силы (зеленые стрелки) тоже, очевидно, направлена на растяжение подвески!
Изображение

Рис.8b. Подчеркиваю, этот эффект никак не связан с расположением центра тяжести, его происхождение чисто геометрическое. Картинка слева схематична, но зато очень наглядна:
Изображение

3. Динамическая "стабилизация". И еще как минимум одна сила действует на подвеску при торможении. О ней производители практически никогда не упоминают, вероятно потому, что присутствует она в любой рычажной подвеске и избавиться от нее не представляется возможным. Я даже не нашел для нее соответсвующего международного термина. Назовем ее "стабилизирующей". Она имеет определенное отрицательное влияние на качество работы подвески, которое несколько варьируется в зависимости от конструкции. Рассматривая приложение силы трения к заблокированному тормозом колесу, часто забывают, что кроме вращательного момента, она вызывает еще и эквивалентный поступательный момент, приложенный к центру масс (в случае колеса - к оси), сонаправленный приложенной силе. То есть, при торможении колесо не только "вращает", но и "тянет" назад. Этот момент передается на подвеску и заставляет ее "распрямиться", то есть, переместить ось колеса на одну горизонталь с главным шарниром (в случае одношарнирной конструкции) или с виртуальным шарниром (в случае сложной многорычажной подвески). Таким образом, если ось колеса изначально находится ниже этого шарнира, подвеска стремится сжаться и колесо частично теряет сцепление с поверхностью. А если ось колеса находится выше - подвеска растягивается и колесо получает дополнительное сцепление. Однако, в любом случае эта сила направлена на "стабилизацию" подвески в определенном положении, то есть, как правило, работает против ее хода. (см.рис.7 - зеленая стрелка)

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#5  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:33 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Плавающие тормоза. Не совсем проблема, скорее не очень удачное решение проблемы.

В связи с проблемами торможения на полноподвесных велосипедах необходимо сказать еще пару слов о так называемых "плавающих дисковых тормозах", которые предположительно решают "проблему блокирования подвески" на одношарнирных конструкциях, а кроме того, делают подвеску более "активной", в то же самое время придавая тормозам большую мощность.

Во-первых, наличие плавающего тормоза никаким магическим образом не делает подвеску более активной. Максимум, на что можно расчитывать - это получить на одношарнирной подвеске характеристики торможения, сходные с четырехрычажной подвеской, что, как мы видели выше, является весьма спорным преимуществом. Большинство (если не все) конструкции плавающих тормозов представляют собой параллелограм из 4-х рычагов. Так же, как и большинство "правильных" четырехрычажных подвесок, такая конструкция имеет тенденцию к наклону вперед главного треугольника и "подпрыгиванию" при торможении. Единственный случай, когда плавающий тормоз частично оправдывает свое существование - это одношарнирная подвеска с высоким расположением главного шарнира, в которой тормозной поступательный момент в начале (может, даже в первой половине) хода действует на сжатие. В этом случае сжатие подвески частично компенсирует эффект "подпрыгивания", и на ровной поверхности такой велосипед будет тормозить почти идеально (но все равно немного "подпрыгивать").

Во-вторых, откуда взялась байка про большую мощность плавающих тормозов? Представим велосипед, катящийся по неровной поверхности. Направленная по нормали к поверхности сила, возникающая между покрышкой и дорогой, скалярно больше на передней стороне препятствия, чем на задней. Это означает, что на передней стороне препятствия мы можем приложить большее тормозное усилие без потери статического трения (мы можем сильнее тормозить, не уходя в занос). Есть мнение, что вращение тормоза против вращения колеса при наезде на препятствие и противоположное вращение при съезде с него будет прикладывать именно такую изменяющуюся тормозную силу, поскольку в первом случае скорость перемещения колодок относительно ротора будет больше и больше будет путь, пройденный по ротору колодками. Именно так движутся плавающие тормоза.

В школе учат, что сила трения Ff = с * Fn, где с - коэффициент трения, а Fn - сила, приложенная по нормали в точке (или поверхности) соприкосновения двух тел. Нигде в этой формуле не упоминаются относительные скорости тел! Тела могут двигаться со скоростью 0.1 м/с или 100 м/с, сила трения зависит только от коэффициента и силы, приложенной по нормали к поверхности соприкосновения, в случае тормоза - перпендикулярно поверхности ротора.

Даже если рассматривать это явление с позиции работы/энергии, Работа = Сила * Путь или Мощность = Энергия / Время = Сила * Скорость. Вроде бы, если путь колодок по ротору больше, должна быть больше проделанная работа и рассенная тормозом энергия. Так и есть. Но это не имеет значения.

Представим коробку, скользящую по горизонтальной поверхности (это примитивная, но довольно точная модель тормозящего велосипеда). У коробки есть некая начальная скорость V и коэффициент трения с. Сила трения Ff = c * Fg, где Fg - сила гравитации. Эта сила трения будет определять тормозящее ускорение. Мы уже выяснили, что Ff от величины V не зависит. Теперь представим, что нижняя стенка коробки, масса которой исчезающе мала по сравнению с массой всей коробки, движется вперед относительно коробки со скоростью V2. Поменяется ли сила трения, возникающая между коробкой и поверхностью? Нет, несмотря на то, что при взгляде из координатной системы поверхности будет казаться, что кинетическая энергия коробки возросла, как увеличился и проделанный путь и соответственно, проделанная работа. Количество рассеянной тормозом энергии не имеет прямого отношения к величине тормозящего ускорения всей системы, которое нас интересует прежде всего. Таким образом, никакие перемещения тормоза относительно велосипеда не влияют на мощность торможения.

Рис.9. Независимость силы трения от относительных скоростей тел:
Изображение

Примечание: не надо прикладывать приведенные объяснения к рассмотренному выше случаю статического "затвердения" подвески. В том случае пройденный колесом путь имеет значение ;)

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#6  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:33 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Недостаточная жесткость

В идеале каждый элемент рычажной задней подвески велосипеда обладает только одной степенью свободы - вращением вокруг оси шарнира. Любые отклонения от этого идеального вращения нежелательны, но всегда присутствуют. Тенденция подвески "ходить" в стороны и скручиваться вдоль вертикальной и продольной оси вызвана недостаточной жесткостью (способностью противостоять деформациям) конструкции. Недостаточно жесткая подвеска при езде вызывает ощущение "неустойчивости" велосипеда, ездока раскачивает из стороны в сторону, в особо запущенных случаях при резких поворотах край покрышки трется о верхнее перо.

Кроме материала рамы, вопросы которого здесь не рассматриваются, жесткость подвески сильно зависит от ее конструкции. Наименее жесткими, как правило, являются одношарнирные подвески. Это связано с тем, что они фактически соединены с главным треугольником всего двумя подшипниками главного шарнира (амортизатор в этом случае можно вообще не рассматривать как структурный элемент, поскольку его поперечная жесткость сравнительно мала), и жесткость системы очень сильно зависит от их качества и расстояния между ними. И даже если это расстояние равняется ширине кареточного узла, все равно соотношение рычагов "точка соприкосновения колеса с дорогой - главный шарнир" и "ширина главного шарнира" остается слишком большим, чтобы эффективно противостоять скручивающим нагрузкам. Подвески по типу "свингарма Гирвина", в которых главный рычаг изогнут наподобие буквы Г, обладают еще меньшей жесткостью по сравнению с треугольным или даже прямым свингармом. (Я воздержусь от приведения здесь выкладок из теории сопромата. Проще провести небольшой эксперимент. Возьмите два кусочка одинаковой толстой проволоки, один раза в два длиннее другого. Согните длинный кусочек буквой Г так, чтобы расстояние между его концами было равно длине второго кусочка. А теперь, крепко зажав один из концов, например, пассатижами, попробуйте отклонить в сторону второй. Проделайте то же самое в прямым кусочком. Почувствуйте разницу :) Конечно, это можно компенсировать, но за счет придания такому гнутому свингарму дополнительной массивности.

Многорычажные подвески, в которых крепление к главному треугольнику осуществляется двумя шарнирами (по прежнему не учитывая амортизатора), разнесенными на значительное расстояние, гораздо меньше подвержены нежелательным деформациям. Вообще, как правило, при равных свойствах материала, большей жесткостью обладают конструкции подвески, сходные по геометрии с классической, проверенной десятилетиями "жесткой" велосипедной рамой, состоящей из двух треугольников. Вообще, для конструкции, нагрузки на которую приходятся в трех точках, именно треугольник является идельной формой. Форма рамы велосипеда, принимающей основные нагрузки на рулевой стакан, кареточный узел, место крепления подседелки и ось заднего колеса, должна стремиться к двум треугольниками с общей стороной. Любые отклонения от этой формы (такие популярные в последнее время гнутые трубы, сваренные под немыслимыми углами, придающие рамам "инопланетный" вид и другие дизайнерские изыски :) только уменьшают прочность и жесткость конструкции. Для поддержания этих параметров на необходимом уровне конструкторам приходится увеличивать сечение труб, а значит, и массу рамы. Кроме того, (если не вдаваться в геометрию Лобачевского :) кратчайшее расстояние между двумя точками описывается прямой линией, и любые отклонения от этой прямой удлиняют траекторию. В приложении к трубам велосипедной рамы это означает, что гнутые трубы увеличивают количество потраченного на раму материала, а значит, ее стоимость и опять же, массу.

Единственным местом, где на классической "жесткой" раме уместен некоторый горизонтальный изгиб, являются перья, особенно верхние. Он предназначен для придания ее жесткости некоторой "анизотропии" - позволить заднему колесу немного пружинить в вертикальной плоскости, поглощая вибрацию, при этом сохраняя горизонтальную жесткость. Кроме того, считается, что S-образно изогнутые верхние перья меньше разгибаются под действием ободных тормозов. Очевидно, что для современных полноподвесных велосипедов обе эти причины не имеют смысла, однако, на некоторых моделях мы можем видеть этот нелепый рудимент "жесткой" рамы (двухподвесы Cube).



Неудачная прогрессия сжатия (shock absorber motion ratio)

Есть мнение, что прогрессия сжатия (изменение отношения сжатия амортизатора к сжатию подвески в рабочем цикле) - тоже является большой проблемой некоторых современных систем задней подвески.

Слишком сильно возрастающая прогрессия сжатия делает подвеску слишком мягкой и активной в начале ТОК, обычно вызывая раскачку и траты энергии. Выше по траектории подвеска резко твердеет, теряя эффективность и смысл своего существования :) Самая распространенная причина быстрого роста прогрессии сжатия - короткие коромысла многорычажных подвесок (другие названия: bell cranks, rocker arms, rocker links, upper swingarms), сильно меняющие угол наклона в рабочем цикле. Кроме всего прочего, в подвесках с быстро растущей прогрессией сжатия плохо работают воздушные амортизаторы, так как воздушная пружина сама по себе обладает растущей прогрессией. В результате получается система с квадратично растущей прогрессией.

Впрочем, убывающая прогрессия сжатия - еще больший кошмар для ездока. В начале хода подвеска очень жесткая и совершенно не отрабатывает мелкие препятствия. На больших препятствиях напротив, подвеска резко "пробивается". Чуть-чуть убывающая прогрессия неплохо работает с воздушным амортизатором. Но если на такой велосипед поставить жесткую пружину для предотвращения "пробивания", на мелких препятствиях подвеска просто прекращает работать. Убывающей прогрессией сжатия страдают многие одношарнирные конструкции, да и некоторые весьма изощренные многорычажные (GT I-Drive, Marin Wolf Rigde)


Почему? Доколе?

В связи с этим возникает закономерный вопрос: задняя подвеска двухколесных средств передвижения - идея не новая, мотоциклы-то делают уже больше ста лет, так почему только в последнее время конструкторы вдруг озаботились устранением всех перечисленных недостатков? Действительно, первые конструкции задних подвесок велосипедов были просто вариациями примитивных мотоциклетных подвесок. Однако, средний человек может развить максимум три четверти лошадиной силы, и то только на очень короткое время; достаточно долго он может поддерживать мощность не больше 1/10 лошадиной силы. Само собой, при этом даже малейшие потери мощности ощущаются очень остро. Кроме того, человек, мягко говоря, заметно проигрывает двигателю внутреннего сгорания в максимальных оборотах в минуту. Поэтому рывок подвески, ощущаемый мотоциклистом только при начале движения, велосипедист обычно ощущает при каждом повороте педалей. Конечно, на практике все это выяснилось довольно быстро. Вслед за периодом всеобщей эйфории при появлении на рынке первых полноподвесных велосипедов последовало резкое падение объемов продаж. Вот тут-то конструкторам пришлось надолго призадуматься. Это при том, что классической механике исполняется триста лет в обед, а рычагами баловался еще Архимед. Стыдитесь, господа конструкторы...

Вообще-то, учитывая полную доступность для осмотра конструкций задних подвесок велосипедов, остается только удивляться, насколько таинственными остаются для широкой общественности принципы их работы. Разумеется, этим обстоятельством спешат воспользоваться компании, производящие и продающие полноподвесные велосипеды. Некоторые из них при всей декларируемой "заботе о покупателе" откровенно держат нас за лохов. Если изложенные выше соображения хоть немного помогут исправить эту ситуацию, выигравших от этого окажется куда больше, чем проигравших :)

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Компендиум типичных проблем задних подвесок велосипедов
Номер сообщения:#7  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт май 13 2010 11:33 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9773
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 607 раз.
Поблагодарили: 1259 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
Дополнение. Немного выводов

Итак, мы имеем три основные топологически различные группы задних подвесок: одношарнирные, "неправильные" многорычажные и "правильные" многорычажные (FSR, VPP и т.п.) Почти все типы рычажных подвесок так или иначе попадают в одну из этих категорий. Принимая во внимание рассмотренные типичные проблемы, в качестве общей характеристики можно сказать, что сделать плохую одношарнирную подвеску значительно сложнее, чем плохую многорычажную :) Одношарнирка - это, так сказать, беспроигрышный вариант: дешево (как правило) и сердито, ломаться там почти нечему, а определение наиболее близкой к доступному идеалу конфигурации требует учета всего трех факторов - расположение главного шарнира, расположение амортизатора и расположение оси заднего колеса (правда, и в этих трех соснах некоторые конструкторы умудряются заблудиться :) Но для одношарнирных конструкций существуют некоторые теоретически непреодолимые ограничения: невозможность обеспечить вертикально прямую траекторию оси заднего колеса, невозможность борьбы с тормозным вращательным моментом (без использования дополнителных рычагов), невозможность обеспечить линейную прогрессию сжатия, плюс обычно оставляет желать лучшего жесткость одношарнирок. Производство таких конструкций весьма просто и недорого, но и качество их работы ограничено вышеупомянутыми нюансами. Вот как высказывается о них А.Элсворт: "Компании, располагающие достаточным рекламным бюджетом, могут позволить себе продавать такие велосипеды за немалые деньги и получать приличные барыши, несмотря на весьма посредственное качество работы однорычажной подвески". У него, конечно, имеются свои меркантильные соображения, но когда речь идет о барышах, он знает, что говорит :)

Другое дело многорычажки, доступный идеал которых значительно выше. Несмотря на то, что главный рабочий рычаг "неправильных" многорычажек один, система дополнительных рычагов позволяет во-первых, в более широком диапазоне и с большей точностью настраивать прогрессию сжатия амортизатора, во-вторых, более выгодно перенаправить часть тормозного вращательного момента, так что проседания при торможении почти не ощущается, в-третьих, увеличить жесткость конструкции. Конечно, для приближения к идеалу все это требует учета гораздо большего количества факторов, и больших мыслительных усилий конструкторов, что объясняет появление на рынке откровенно паршивых "неправильных" многорычажек, изрядно подпортивших репутацию этой категории подвесок. Несмотря на то, что для них сохраняется ограничение на кривизну траектории оси заднего колеса, подвески этого типа могут продемонстрировать очень высокое качество работы.

Я готов предположить, что доступный идеал "правильных" четырехрычажек еще выше. По крайней мере, с них снимается последнее теоретическое ограничение на кривизну ТОК (правда, конструкция, способная обеспечить вертикально прямую ТОК, входит в жестокий конфликт с другими требованиями, предъявляемыми подвеске, так что ни один производитель, насколько мне известно, не выпускает "правильных" четырехрычажек с идеальной ТОК). Соответственно, от конструкторов требуется учитывать еще больше факторов, несущественных для других типов подвесок: траекторию мгновенного центра, траекторию центра кривизны ТОК, расположение виртуальных шарниров. Как следствие, сконструировать хорошую "правильную" четырехрычажку очень трудно. А вот плохую - раз плюнуть. К тому же, конструкторы большинства подвесок с хорст-линком меняют шило на мыло - тормозное проседание на подпрыгивание, в некоторых случаях весьма значительное. На мой взгляд, вопрос преимущества "правильных" многорычажек над "неправильными" все еще остается открытым. Для примера приведу сравнение рабочих параметров пары характерных представителей того и другого типа - Norco Six 2007-года и KHS AM 1000 2005-го (скриншоты из Linkage2) К вопросу о точности исходных параметров геометрии, на основании которых проведен расчет, сразу скажу, что параметры Norco взяты из их официального каталога спецификаций 2007-года, а KHS - частично из таблицы геометрии, которую можно взять на сайте производителя, а частично вымеряны мной собственноручно.

Изображение Изображение Изображение

Очевидно, что траектория оси заднего колеса, натяжение цепи и компрессия совпадают до долей миллиметра! (Я сам прозрел, когда увидел :) Вообще-то, у АМ 1000 chain growth даже чуть-чуть меньше, а ТОК чуть ближе к вертикали. Что касается прогрессии сжатия, у "неправильного" АМ 1000 она более линейная, создается впечатление, что он проектировался под воздушный амортизатор. У Six напротив, с воздушным амортизатором могут возникнуть проблемы. Внимание, вопрос: так за что боролись, если рабочие параметры весьма бюджетной "неправильной" четырехрычажки, сконструированной несколько лет назад, совпадают, а может, и превосходят параметры одной из лучших в своем классе новейшей "правильной" рамы?

Разумеется, в конечном итоге все решает практика. Мне говорят: "Ну, у меня FSR, а никакого растяжения подвески при торможении я не чувствую". Искренне рад за вас. Я тоже не чувствую никакого pedal bob'а на своем велосипеде, но знаю, что теоретически он там есть :) И о сжатии подвески при торможении я не имел ни малейшего понятия, пока не начал копаться в теории. Цель этой работы вовсе не в том, чтобы обхаять всех производителей или найти как можно больше недостатков в ваших велосипедах. Но согласитесь, что при выборе рамы, особенно через Интернет, лучше заранее знать, на что обращать внимание, чем потом кусать локти :)

Е."Madd" Каленюк AKA Dagger http://www.is.svitonline.com/madd/susp.htm

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
. Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Русская поддержка phpBB
[ Time : 0.126s | 21 Queries | GZIP : On ]