Когда самодельщик перечитает кучу форумов, придумает, как будет выглядеть рама его лигерада, из каких она будет труб и будет ли она гнутая, либо сваренная углами, самодельщик начинает проектировать заднюю подвеску и понимает, что не знает, как подступиться к этим двум трубам и амортизатору. То есть, как крепить трубы он уже продумал, а вот куда ставить амортизатор – все еще не понятно. Будет ли это длинноходная подвеска и хватит ли жесткости амортизатора, и какой будет сэг – эти вопросы появляются на определенном этапе проектирования, и ответов, как правило нет. В этой статье я расскажу о том, как спроектировать и расчитать заднюю подвеску, какой выбрать амортизатор и где его расположить.
Задняя подвеска
Сэг – это величина проседания подвески под статической нагрузкой. Измеряется он обычно в процентах, но я думаю, что имеет смысл мерять СЭГ еще и в миллиметрах. Хороший пример статической нагрузки – езда аппарата накатом по горизонтальной поверхности. Естественно, «водитель» и груз тоже присутствуют на аппарате. Сэг здорово зависит от конкретной нагрузки, и если, скажем, по пути в кафе сэг был один, то на обратном пути нагруженный чаейм и бутербродами райдер «продавит» сэг на большую величину.
Рычажность подвески – это отношение расстояния между шарниром маятника и осью заднего колеса и расстояния между шарниром маятника и нижней осью амортизатора. Обычно говорится что-то типа «рычажность 1 к 4».На данной картинке - рычажность подвески расчитывается как результат деления M2 на M1:
Обычно задняя подвеска настраивается так, чтобы сэг был от 25 до 33 % от общего хода подвески. В некоторых случаях возможны варианты 20 и 40%, но про них нужно разговаривать особо и рассматривать их применение конкретно к определенной ситуации.
Расчет задней подвески обычно просходит либо в сторону желаемых величин, либо исходя от имеющихся возможностей. 1 вариант – у нас есть амортизатор, и надо рассчитать ход подвески и 2 вариант – мы хотим подобрать амортизатор для конкретного сэга.
- Если у нас есть на руках с трудом добытый за кровные деньжищи, присланный из москвы бандеролью дорогущий амортизатор, и второй появится не скоро, если вообще появится, то начнем свой расчет от амортизатора. Если велосипедный амортизатор – хорошего уровня, а как правило, хорошего уровня – все импортные, то на его пружине будет белыми цыфрами выведено что-то типа 650 лб/с, где – это количество усилия в британских фунтах, которое нужно приложить, чтобы сжать данную пружину на 1 дюйм. Так же обязательно нужно узнать полную величину хода пружины – это то, насколько пружина сожмется под полной нагрузкой. Или, если говорить о велосипедных амортизаторах – насколько сожмется амортизатор, величина его хода. Обычно 165мм амортизаторы имеют ход 40 мм, 190-200мм амортизаторы - 50 мм хода, а 220 – 60 мм хода.
Для начала выясним, что может тот аморт, что мы заполучили. Рассчитаем его энергоемкость и для этого умножим его жесткость в LBS на ход в дюймах, получим, например, 650х(40/25.4)=1023 фунта. Это – та величина, которая нужна, чтобы полностью сжать амортизатор. (не знаете как рассчитать жесткость пружины? Вам сюда). Далее – 1 фунт=0.4544 кг. Тогда 1023фунта =464 кг.
Дальше расчет можно производить двояко: или решать, какую рычажность подвески нужно будет сделать, чтобы обеспечить желаемый сэг, или какой сэг у нас получится, если у нас есть более-менее готовый маятник подвески. В обоих случая нам нужна приблизительная величина нагрузки, которая будет приходиться на заднее колесо в случае статической нагрузки. Для переднеприводных конструкций нагрузка на заднее колесо порядка 40%, для короткобазников SWB – 50%, а для длиннобазников – порядка 60% от общего веса аппарата, ездока и груза. Груз, в данном расчете – небольшой, типа запаски, ключей, запасной одежды и бачка с водой. Если вы планируете ехать в автоном и везти с собой все, то распределение нагрузки на колеса зависит уже от Вашего конкретного размещения груза.
Будем считать, что у нас «водитель» весом 80 кг, аппарат весом 15 кг и груз – 5 кг. Общий вес – 100 кг. Возьмем для расчета длиннобазник с нагрузкой на заднее колесо 60 кг. У нас есть амортизатор с энергоемкостью 464 кг. Вариант 1 – мы хотим сделать подвеску для поездок без груза по пересеченной местности. Имеет смысл заложить сэг равный 30 процентам. Тогда максимальная нагрузка на колесо при максимальном ходе подвески будет 60/0,30=200 кг. А рычажность у нас равна 464/200=2,32, то есть полная длина маятника в 2,32 раза больше расстояния от шарнира до амортизатора. С рычажностью разобрались. Теперь – какова будет фактическая величина хода подвески и величина сэга? Полный ход подвески равен 2.32Х40=92,8 мм и сэг равен 102х0,30=30 миллиметров. 30 милиметров– это на грани минимального комфорта, достаточно комфортно, как мне кажется. Во-всяком случае, по щебенке аппарат на 20 дюймовых колесах с таким сэгом идет нормально. Итого: энергоемкость амортизатора 464 кг, сэг – 0.30 или 30 миллиметров, ход подвески – 92,8 миллиметра, нагрузка на заднее колесо – 60 кг, рычажность – 1:2,32.
(пример подвески для 26»)
2. Вариант второй – Нам нужно рассчитать, какой понадобится амортизатор. У нас подвеска с жестко заданными параметрами – рычажность 1:4, нагрузка на заднее колесо – 70 кг, и мы хотим сэг 42мм и чтобы он составлял 25% от полного хода подвески. Такой сэг нам нужен для комфорта, а 25% нужно чтобы была возможность спокойно подгрузить 14 кг груза (70кг – это 25%, а 30% рекомендуемого сэга - это 84 кг) . Тогда полный ход задней подвески – 42/0,25=168 мм. Это было просто, теперь расчет будет интереснее… 70 кг – это 25% от полной нагрузки на колесо, значит, полная нагрузка на амортизатор будет 70/0,25=280 кг. Рычажность 1 к 4 означает учетверенную нагрузку на амортизатор, то есть 280х4=1120 кг или (1120/0,4544=) 2464 Lbs.
Это еще не все – теперь надо понять, что именно за пружина и амортизатор будут стоять. 168 мм полного хода делим на рычажность 4 и получаем 42 миллиметра хода на амортизаторе. 42 мм – это 1,6535 дюйма. 2464/1.6535=1490 lbs/in - для получения такой жесткости нужно или спаривать два амортизатора, или искать пружину на 1490 lbs/in..
Как расчитать жесткость пружины?
Для этого существует несколько «специально обученных» программ. Нужно знать диаметр пружины, толщину прутка и количество активных витков пружины. Как оказывается, жесткость пружины пропорциональна примерно квадрату толщины прутка, обратно пропорционально (сложная зависимость) диаметру витков и их количеству. То есть, чем толще пруток, чем меньше диаметр витков и чем меньше их количество, тем пружина жестче.
Примеры программ:
http://www.efunda.com/DesignStandards/springs/calc_comp_designer.cfm
Какой сэг выбрать?
Обычно сэг выбирают равным 30% процентам от полного хода подвески, чтобы подвеска не пробивалась на кочках. В инструкции к аппратам HPVelotechniks указан сэг равный 40%, а для кросс-кантри рекомендуется сэг 20-25%. Кроссканти – это гонки по пересеченной местности, поэтому подвеска там достаточно жесткая, чтобы не терять зря усилия и драгоценное время.
Ну, вот, собственно и все.
особенно жизненно получилось про бутерброды....
http://www.velomobil.nm.ru/builders_corner/razgon_RST20a/
Ну а в остальном очень даже по делу
И ещё. Для твёрдого сэг у вело делается меньше.
Во второй (более ранней) статье Олег коснулся вопроса демпфирования, но вскользь и не объясняя, какую роль играют демпферы в подвеске.
Усилие на пружине пропорционально перемещению F=жесткость пружины х перемещение практически линейно до смыкания витков (пробой - удар по всему, что несет подвеска).
Усилие на демпфере (в автомобильной практике именно его называют амортизатором) пропорционально скорости перемещения.
Назначение демпфера - гасить раскачку, при этом энергия колебаний - рассеивается в атмосферу в виде тепла.
Таким образом велоамортизатор с относительно мягкой пружиной (большим сэгом), но хорошим демпфированием на большой скорости на пересеченке (неровностях, ради которой и делается подвеска) будет "деревенеть" и не пробиваться. Смысл примерно тот: частота собственных колебаний упруго подвешенного колеса вокруг оси рычага будет прямо пропорциональна жесткости пружины и обратно пропорциональна неподрессоренной массе, точнее моменту инерции этой массы вокруг оси рычага. В свою очередь момент инерции равен сумме произведений элементарных (и не очень) масс на квадрат расстояния (радиус) от центра тяжести этой массы до оси вращения (например, грубо: масса колеса на длину рычага^2).
Если еще уточнить понятие рычажности, как отношения перемещения оси колеса к перемещению (ходу) амортизатора - здесь, кстати, ответ на вопрос про угол установки амортизатора (наклоняем амортизатор - ход его уменьшается пропорционально синусу угла установки) - становится понятна причина появления сложных , многорычажных подвесок - цель которых уйти от линейности характеристик подвески: сделать диапозон изменения рычажности (а она всегда переменна, просто в простейших однорычажных подвесках, при небольших ходах, ее изменением можно пренебречь) шире, а форму характеристики наиболее выгодной. В крайних, близких к пробою положениях подвески рычажность хорошо увеличивать (ошибка, уменьшать, конечно) - жесткость подвески возрастет. В сложных подвесках подвижен и центр вращения подвески (к сожалению, не готов показать это графически, но посмотрите, например http://twentysix.ru/norcoroman/2009/08/17/semejka-xorstov), при этом может меняться и момент инерции подвески! Например, резко увеличиваться в крайних положениях.
Вспомните, как фигурист управляет скоростью своего вращения, раскидывая или прижимая руки к телу.
Конечно, в этих рассуждениях нет ответа на вопрос - а как надо? Не знаю. В конце концов - в разных случаях, разных условиях - по разному. Надеюсь, понимание "как работает" приближает каждого к решению своей задачи - как сделать, тем более, что и задачи, и условия у всех разные. Свою подвеску замыслил, но пока все в голове, ничего не набросал даже в AutoCade, а надо в Solide.
В системе подвешенное колесо - ТС (велосипед) - самых плохой случай - резонанс подвески, он наиболее вероятен в зоне низких частот - частоты появления неровностей под колесом (этот диапазон легко представить - вообразить, представляя свое катание по пересеченке). Короче, легче колесо - жестче демпфер - выше частота - меньше вероятность раскачки. Тяжелее (больше момент инерции) - мягче демпфер (отсутствует!) - велосипед будет козлить.
