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避震前叉整体功能分析资料 常用字汇
bottom out [ 触底 ] 遇大落差时用光所有的行程，避震器无法再压缩，可能使避震器受伤，应尽量避免 compression damping [ 压缩阻尼 ] 控制避震器受力压缩速度的阻尼 damper[ 阻尼器 ] 用以实现阻尼的油路机构 damping [ 阻尼 ] 通常以油控回路来实现，用以消耗冲击能量，减缓避震器压缩或回弹速度 lockout [ 死锁 ] 使避震器无法作动，能减少避震器抵销踩踏能量 preload [ 预压] 预先加压弹簧，使弹簧在未受外力情况下更硬，以针对骑士体重调整，达到所需下沉量 rebound damping [ 回弹阻尼 ] 控制避震器压缩后回弹速度的阻尼，减缓冲击传达到骑士 sag [ 下沉量] 指骑士坐在单车上且未施力情形下，以自身体重所压缩的行程量，以使避震器遇坑洞时能伸长以避震 spring rate [ 弹力系数 ] 线圈弹簧的弹力系数，通常以lb/in为单位，意指要压缩弹簧1英吋所需施的压力磅数 travel [ 行程 ] 避震器所能作动的长度 前叉各部名称  前叉类型介绍 1.以骑乘风格分类: 通常厂商对每支前叉都会定义他所适用的使用范围，若使用者的使用超过了厂商所定义的范围，对使用者本身可能会造成伤害，也可能会使保固失效。 基本上使用的范围是向下兼容的，举例来说，以Freeride的前叉来作XC的骑乘并没有超出厂商定义的范围，只是重了些；但反过来就不行，譬如用轻量化的XC 前叉在跳落差。 高强度用途的需要较长的行程，与较高强度的结构，而内管的外径会越粗，以提供前叉有较好的刚性，通常XC前叉的内管外径在28-30mm之间，而FR或DH则需要32mm或以上。 2.以物理构造分类 相信你一定听过有人在问"前叉是气压还是油压的"，其实这个问题并不恰当。 这其实是在问前叉的主弹簧是哪种构造的，而主弹簧指的是当前叉下压时，产生抵抗下压力量使前叉回弹的弹性体，而主弹簧通常以空气(air spring)或线圈弹簧(coil spring)来实现，但从来没有用油来作主弹簧的，这跟碟煞不同，前叉里的油并不是用来压的。 一般在说的油压前叉其实是指主弹簧为线圈弹簧加上油控阻尼的前叉，油控阻尼则是用来减缓弹簧压缩或回弹的速度，这与主弹簧是线圈或是气室没有关系也不互相冲突，因此应改问"这支前叉是弹簧还是气压前叉"比较正确。 此外，还有一种比较少见的弹性体是优力胶(elastomer)，但是它的可压缩性并不如线圈或气室，而且有老化的问题，一般只用来做辅助弹簧或是防止触顶的副弹簧。 弹簧前叉与气压前叉工作原理 弹簧前叉与气压前叉除了重量之外，其实它们背后的物理与骑乘的感觉也相当不同，本文将详细介绍两者的工作原理。 1.弹簧前叉:  相信大家都很清楚线圈弹簧前叉的工作原理，但是我们还要仔细讨论一下它的物理，还记得国中物理的虎克定律吗？线圈弹簧的形变量(Δt)正比于受力(F)，而这个比值就叫弹力系数(k)。 若写成公式即为 F = k *Δt 在这里的形变量其实就是前叉的行程，从上式可以看 弹簧前叉的受力与压缩行程是线性的，线性的意思是说，假设使行程压缩2公分需施力20公斤，当弹簧要有4公分的行程压缩则需有40公斤的力。 2.气压前叉:  气压弹簧就有点复杂，利用波义尔定律来解释，公式可以写成 P1 * V1 = P2 * V2 其中，设P1为前叉未受压缩时气室内的压力，而V1即为此时的气室体积，而P2为前叉受压产生Δt的压缩量时气室内的压力，V2为此时的气室体积。 而气室内气压对活塞(piston)的正向(在上图中为向下)作用力F，可表示为 F = P * A A为活塞的表面积.而气室的体积 V 又可写为 V = L * A 将上两式带入可得 F1 * L1 = F2 * L2 压缩后的气室长L2即为原长L1减去压缩量Δt，而压缩前叉的力F则为F2减去F1，等于 F =(F1*L1/(L1-Δt))-F1 =F1*(Δt/(L1-Δt)) 从上面这个公式我们可以发现当分子Δt，即弹簧压缩量，增加时，分母项也同时减少，因此当前叉越受压缩，它抵抗压缩的力量会非线性的快速增加。 以前面的例子来说，假设使行程压缩2公分需施力20公斤，当弹簧要有4公分的行程压缩则可能要有60公斤的力。 气压前叉：
 弹簧与气压前叉感度差异 在工作原理介绍中，我们得到两种前叉的压缩行程与所需压力的关系，分别是 弹簧前叉: F = k *Δt 气压前叉: F = F1*(Δt/(L1-Δt)) 看公式或许没什么感觉，如果我们把它画成图形来讲会比较清楚一些，下面即是两者在100mm行程前叉的压缩行程对受力的比较，此时设定两前叉下沉量(sag)均是相同的20mm。观察图中可发现，两条曲线在行程小于50mm前相当接近，但之后红色的气压曲线快速上升，而线圈弹簧前叉则维持相同的上升速率，而这个上升速率的不同，就是一般常说的前叉感度差异了。  因此，气压前叉在最后的行程段会觉得好像提早触底的感觉，常常无法使用到全部的行程。若要使用到全部的行程，可以试着降低前叉内的气压，但是这又会产生新的问题。 下图即是降低气压值的结果，从图中可发现此时在前段行程的曲线与弹簧就有段差距，这会使前叉无法达到适当的预压，在前段行程会感觉过软。  然而，气压弹簧并不全然只有坏处，最明显的就是减少了弹簧的重量，此外，它非线性的特性也就自然能防止前叉触底，这在一些falling rate设计的车架作为后避震器相当适合。 最大优点是在于它可以针对你的体重任意调整，这点在台湾尤其重要，其实每一支前叉都需要根据每个使用者的体重作设定，弹簧前叉是以预压(preload)，而气压前叉是以气室压力调整，但弹簧前叉的预压只能调整到一定的程度，若体重特别轻或重的，就需要换掉里面的弹簧才能达到所需的下沉量(sag)。 但是在台湾通常代理商并没有提供这样的服务，在国外如果你买Fox的vanilla弹簧前叉是会再另外送你两个弹簧以供调整，其它厂家通常你也可以买得到，这在台湾就得靠运气了。 因此，如果体重不在65-80kg之间，通常弹簧前叉内的弹簧并不适合你的体重，那么你就应该考虑买气压前叉。其实最近的趋势在长行程前叉方面越来越走向气压了，气压弹簧非线性的特性在气室越大时就越不明显，而长行程使用线圈弹簧的重量差也较大，所以会有manitou Nixon或marzocchi SL系列这类长行程的气压前叉出现。 而也有一些是使用折衷的方法，一边的使用气压去调整使用者重量，而一边采用线圈弹簧以维持感度，例如marzocchi的AM系列。至于Fox则使用了新的技术TALAS，同时保留了气压的调整但又有接近弹簧前叉的感度。 阻尼回路介绍
相同类型的前叉，除了使用的材料跟重量，最大的差别就在油控阻尼的不同。 举例来说，相同行程的气压的前叉，若使用相同的油控阻尼，那除了材料不同而产生的重量差与制程公差的控制之外，在骑乘感觉方面并没有差异，因此油控阻尼可以说是前叉最具价值的一部分。 在选购前叉时，它的油控阻尼机制应该是你的第二考虑（第一考虑当然是荷包深度啦！阻尼都是利用油的黏滞特性，可参考下图，当阻尼活塞在前叉作动时，上面只有一些孔隙可以让油通过，当油要挤进这个孔隙  这也就是说，如果把冲击能量转换为热能的效率越好，代表该阻尼回路越先进，虽然各家的技术略有不同，但依照其特性来分，主要可分为orifice跟shimmed两种。Orifice阻尼器的孔隙是固定的，当避震器需要快速作动时，例如遇到连续的坑洞，会因为油的流速受到孔隙的限制而无法再增快，导致避震器无法反应路况的颠簸；而shimmed阻尼器是以金属薄片的堆栈覆盖油孔或其它类似机制来实现，当油的流速变大时，会使薄片弯曲让孔隙变大，使更多的油能流通以降低高速阻尼才能及时反应路况。 下图shimmed damper的照片，你可以看到金属薄片堆栈。  Shimmed阻尼器大都出现在高价格的前叉，因为这类的机构设计与制造成本是比较高的。然而，这两种阻尼器的差异在地板上测试的时候很难分辨出来的，因为你在试压的时候油的流速并不快，但只要到off-road的路面，让前叉在快速作动的情况下，譬如在颠簸路面下坡的时候，你就很明显会感到这两者的差异。 然而orifice前叉也并非一无是处，例如在平路的骑乘不会有高速压缩的状况，这时orifice前叉会是比较经济的选择。或者如marzocchi的dirt jump系列也是使用orifice阻尼器，这是因为它的定位即是在4X、DS或在街道腾越用，这样的地形不是平顺的坡道就是单一的落差，并不会有连续的坑洞使前叉需要快速的来回作动，因此它的功能就是强调它的坚固与耐用，是不是有适应性的阻尼就不是那么重要了。 挑选适合你的前叉
1.要花多少钱? 首先当然是要决定你要花多少钱在前叉上，,一般来说,前叉的价格大概在整车的1/4 ~ 1/5比较适合，通常成车都达不到这个标准，毕竟大家对前叉没有对变速器那么熟悉。
2.用途为何？ 大部分的使用者通常都是"一支叉兔归台湾"，既骑平路，也骑off-road，偶而冲冲下坡。那么我会建议你选择32mm内管的前叉，既不会有强度问题也不会太重，若只骑公路那30mm以下也还可以啦！至于专门用途则自行依此增减，或参考原厂手册。 3.气压或线圈弹簧？ 这要看个人喜好，请参考弹簧与气压前叉感度差异一文，但若你的体重太轻或太重，那么建议你选择气压前叉，除非用能找得合适你的线圈弹簧。 4.需要多少行程？ 若你属于上述的"大部分的使用者"，建议选择100mm-130mm行程，近年"一般用途"车架普遍都是以100行程前叉设计的，所以即使130mm对原车架角度影响尚可接受。但若你的骑乘以off-road为主，下坡又爱拼速度的，那行程可以选130mm以上，这对off-road的下坡舒适度会比较好。 5.油控阻尼机制？ 如果要买新前叉那当然要选好一点的油控阻尼,请依照阻尼回路的介绍，选择各厂的高阶阻尼机制。 6.附属功能需求？ 现在常看到的附属功能如死锁、线控与改变行程等，这可依个人需求去选择，例如平路常抽车的朋友可以选择有死锁的；行程调整前叉可以适应用途或针对上下坡的需求来调整行程。但除非你骑乘的地形都很平缓，否则良好的阻尼机制会是你最重要的考虑。 进阶前叉调整 Motion contorl damping介绍 MCD机构 Motion control damping指的是Rockshox在2005推出的新阻尼系统，该系统的关键就在下面左图的组件上，这个组件负责的是压缩阻尼的调整，图中红色外壳上有许多孔的是一个塑料制的弹簧，它只有约5mm的压缩行程，下面黑色的是油封，限制下方的油只能从中心的压缩阻尼孔隙进入。最下面有一块金属平板连结到上面的Compression调整钮，当转动这个调整钮就会改变阻尼孔隙的大小，当该平板把孔隙全部挡住时即可产生死锁效果，但由于红色的弹簧会因油的压力而压缩，因此MCD阻尼的死锁不会达到"完全"锁固的状态，而会留有一点点的行程。  另外，MCD的一大特点就在它的Floodgate调整，该调整钮控制红色弹簧内的一根棒子伸出的长度，该棒子在红色弹簧压缩时抵住下方的金属平板，让它不会随着弹簧压缩而露出孔隙，这在大冲击时可以降低压缩阻尼，使前叉能用更大的行程来吸收冲击力量，因此这也可以说是一个死锁临界值调整。详细的剖面图可参考下图：  MCD操作范例 下面是假设在Compression在 Lockout的状态，不同大小的冲击时MCD的运作。小冲击时，弹簧的压缩量还不足以打开Floodgate。当冲击大到使Compression rod抵到Floodgate rod时，则会打开Floodgate来使油通过下方的孔隙降低压缩阻尼 ，若Floodgate rod越长，则Floodgate会越早打开。 改变Compression与Floodgate各是调整里面的哪些组件？请参考这个Flash，相信现在大家应该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調整訣竅 首先來搞清楚各個調整鈕的功能，下圖是 external floodgate adjustment的model，也就是它的Floodgate調整鈕是在外面的，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整。另外，低階的前叉的 Floodgate是不可調的，如Recon與Tora，那就只能接受原廠的預設值了。 接着参考下面的曲线图，它告诉我们调整哪个钮会分别对高速、低速压缩阻尼有什么样的影响。 图中x轴是压缩前叉的速度，其中"低速"包括车行高速下的小振动、中等速度下的中等撞击、跳落差、踩踏动作与煞车所造成的前叉下沉，"高速"则是在一定速度以上遇到的冲击，这个速度跟车行速度没有直接的关系，譬如在平坦的柏油路以60km/hr的速度骑乘，这是再低速不过的了；相对的以15km/hr的速度去撞人行道10cm的突起则是相当高速。注意，这边讨论的仅只有压缩阻尼，也就是遇到冲击前叉压缩的情况，回弹不在MCD的控制范围。 y轴则是压缩阻尼的大小，越大的压缩阻尼前叉在压缩时所受到的阻力会越大。 图中的箭头方向都是加强该旋钮的功能(顺时针旋转)，调整Compression改变的主要是低速的压缩阻尼，而不同的Compression代表的是从原点出发的各条曲线；调整Floodgate影响的则是何时切换高速压缩阻尼回路，不同的 Floodgate代表的是约略平行于x轴的各条曲线。 在平缓的路况是低速阻尼效果，当前叉受到一定力道的冲击，高速阻尼就会开始产生作用，多开了一条回路降低压缩阻尼非线性上升的情形，使得前叉能及时反应该冲击， Floodgate的设定就是调整高速阻尼回路什么时候开始产生作用，因此你得到的就是选定的低速跟高速阻尼的合成曲线。 现在再来看看什么是比较好的设定，一般来说，图中的蓝色曲线会比较适合大部分的用途，适当的压缩阻尼控制低速时前叉的作动，而当遇到崎岖的地形 Floodgate又能帮助前叉快速反应。若是比较在意踩踏的消耗，可以加大低速压缩阻尼，降低Floodgate来提供较硬的踩踏平台，而在低的临界值就能让前叉打开，类似图中的红色曲线。 那为什么原厂的设定不是那么理想呢？它的Floodgate是在最高的那条，一般使用者都是compression死锁或全开，这样在死锁时几乎遇不到够大的冲击让Floodgate打开，在公路骑乘或许很好；但到off-road时，Floodgate没办法帮助减低高速阻尼，前叉就会像装了orfice阻尼器一样，不是没办法对路况作实时的反应，就是在踩踏或煞车时前叉较容易作动。 或许你会想问原厂为什么不设定Floodgate在低一点的地方呢？因为这样它的lockout没办法锁那么死，你就会看到一堆人在抱怨它的前叉死锁功能坏掉了。 Rockshox Dual Air运作与调整介绍
Dual Air是Rockshox特有的弹簧机构，应用在Sid、Reba、Revelation、Pike..等各系列的前叉，在台湾使用者可以说是相当众多。但Rockshox原厂的建议设定值被许多车友反应会让前叉太硬，所以这次要来介绍Dual Air是怎么一回事，又要怎样妥善的设定Dual Air的前叉。 构造介绍 左图是Dual Air前叉的构造简图，由活动的气室活塞分离正负气室，这就是Dual Air的双气室，正气室负责的是支撑骑士重量与承受冲击，负气室则是抗衡于正气室，其功能是用来增加前叉灵敏度并防止前叉触顶(top-out)。当前叉受力压缩时，内管向下移动，正气室变小，而负气室变大，如图右所示。
运作公式 同样应用博伊尔定律，并假设气室活塞没有静摩擦力的情况下，可推导出Dual-Air前叉的行程对施力的公式如下： F = (Pp*Vp)/(Lp-L’) - (Pn*Vn)/(Ln+L’) 其中Pp与Pn为正气室与负气室使用者设定的压力值，而Vp与Vn是正负气室初始的容积，而Lp与Ln为正负气室的长度，L’则是前叉压缩的行程。参考MTBR此篇讨论，有国外车友计算出Reba前叉的设定参数。 设定探讨 利用上述的公式与参数，以100mm行程的Dual Air前叉为例，固定正气室压力为100psi，分别在80/100/120psi的负气室压力下，以前叉压缩行程对施力关系作图如下： 观察上图可发现，负气室压力不同所造成的影响大多在前半段行程，后段行程几乎没有差别，因此只要正气室压力相同，最后要触底(bottom-out)的力道是一样的。 若是比较前段行程，譬如行程为0mm时，在80psi负气室压力的情况下，前叉需受力超过10.9kgw才会开始作动。这个初始力道可能造成前叉回弹到最长行程时有敲击感，这就是触顶的现象。 为了避免触顶，需要调整负气压值，让前叉在无压缩时的受力曲线接近原点，如下图是不同正气室压力值，其负气室压力调整到曲线通过原点的比较图，红色的线条是用以参考的钢簧前叉，弹性系数为1kgw/mm，大约是65-70公斤的骑士适用的弹簧。 如果从可承受的最大冲击来说，最接近钢簧前叉的是80psi正气室的情况，但是它的前段到中段行程都比钢簧小很多，所以容易产生踩踏晃动，下沉量较深，煞车下潜(brake dive)会较严重。 若以一般设定的下沉量25mm，则100psi正气室压力与钢簧最接近，但Dual Air的中段支撑也较钢簧小，而在最后的20mm行程Dual Air系统就开始超过钢簧前叉，在最后甚至接近150%的钢簧力道，这是气压前叉天生的物理特性所导致。 若是以前中段行程最接近钢簧的120psi气压，前段力道较钢簧高，小震动灵敏度较差，而且它的触底力道就快接近钢簧的两倍了。 设定步骤 综合上述的讨论，建议还是以下沉量为准，正气压调整到适合个人体重，负气压调整初始力道，调整步骤如下： 1. 为了让前叉能从正气室最大，负气室为最小体积开始。不要让前叉有受力，先放掉负气室，再放掉正气室压力。 2. 设定正气室压力，以体重70公斤/100psi为参考，再按照个人体重与喜好微调。 3. 缓慢地打入负气压，直到行程开始内缩就停止，这时负气压应该大于正气压一点点。 4. 平地试压或是出去试骑看看自己喜不喜欢这个感度。 5. 如果要更改气压设定要从步骤1重来，以10psi为单位来改变。 如此设定的前段支撑力很小，所以当车子着地时，行程会有些下沉，此为正常现象。 附注 1. 因为气室体积大小与气室长度仅是网友自行猜测的值，所以曲线的绝对值并不精准，但整体调整概念与公式应该正确，等我有机会拆到Dual Air前叉再回来update这些值吧！ 2. 上述70kg/100psi仅适用于32mm内管前叉，因其活塞大小是相同的，所以08以前的Sid就不适用，请自行实验。 3. 其实这篇还不算完成，因为手边没有Dual Air前叉可验证，主要是参考之前使用Pike Dual Air的经验，所以如果你有更好的设定方法或疑问，还请回馈给本站。 前叉軸肩高(Axle-to-crown height) 前轴心至肩盖高(Axle to crown height，以下简称为轴肩高)是在选购前叉时要考虑到的重要参数，这个长度会影响前叉装上后，车头高度与车头管角度。虽然同是100mm的前叉，但每家的轴肩高都会有些差距，下面列出了一些台湾常见的前叉的轴肩高： 如果上面没提到你的前叉，可以到下面几个连结找找 MTBR相關討論、Marzocchi原廠資料、Rockshox原廠資料 上表仅列出该款前叉在某行程下的轴肩高，同系列不同行程的前叉可直接加减行程差，就可得到该行程前叉的轴肩高。例如，F32在100mm行程下的轴肩高是471mm，TALAS32在140mm行程的轴肩高则是471+(140-100)=511mm。 一般来说，增加1英吋(25.4mm)的轴肩高，大概会减少1度的头管角度，而越小的头管角度会让转向的感觉变钝，可提高操控稳定度，但相对减低灵敏度。 另外，较大的轴肩高代表的是从车头管下缘到地面会有更大的力臂，为避免车头管承受不了过大的力矩，在替换原厂前叉时，建议新前叉的轴肩高不要超出原厂前叉太多；当然，如果是新前叉轴肩高较短，则没有最短的限制，但仍需考虑头管角度增加的影响。 |
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