Велоиндустрия — У вилок перевёртышей действительно плохая жесткость?
Многим из нас было скучно на карантине. Не обошла эта беда и одного из пользователей vitalmtb. Залипая в теме про технические новинки тов.Primoz поучаствовал в жарком обсуждении конструкции вилок. Он написал вполне здравую вещь, что все споры довольно легко проверить используя матан и SolidWorks. За основу он взял свою Rock Shox Lyrik и на основании её измерений сделал 2 модели вилки — обычную (right-side-up или RSU — правильной стороной вверх) и перевёртыш (upside-down или USD).
Объем проделанной работы и серьезность подхода впечатляет, учитывая что всем занимался всего один человек. С результатами его расчётов и выводами предлагаю ознакомиться под катом.
TL;DR
— Торсионная жесткость перевёртышей где-то в 3 раза ниже чем у аналогичной вилки обычной компоновки
— Фронтальная жесткость перевёртышей примерно в 1.5 раза выше
— С увеличением диаметра ног перевёртыша действительно возрастает торсионка
— 20мм оси заметно увеличивают торсионку
— От увеличения размеров всех узлов в большей степени растёт фронтальная жесткость и в меньшей торсионка
— Главное преимущество обычной вилки — наличие гориллы между штанами
— Фронтальная жесткость перевёртышей примерно в 1.5 раза выше
— С увеличением диаметра ног перевёртыша действительно возрастает торсионка
— 20мм оси заметно увеличивают торсионку
— От увеличения размеров всех узлов в большей степени растёт фронтальная жесткость и в меньшей торсионка
— Главное преимущество обычной вилки — наличие гориллы между штанами
Многабукаф для интересующихся
Как было упомянуто в начале статьи — за основу была взята Rock Shox Lyrik. Причина довольно банальна — у автора она уже была и с неё можно было снять все нужные размеры: диаметр ног и штанов, размеры башингов, оси и дропаутов). На основании этих данных автор создал две сферических модели вилок в вакууме SolidWorks.
Обычная, или RSU
Перевёртыш, или USD
Помимо обычного сравнения двух моделей, чтобы понять как размеры и толщина различных узлов вилки влияют на жесткость автор поигрался и с этими параметрами.
Корона
В обоих вариантах базовая модель короны представляет собой полую деталь с толщиной стенки в 5мм.
Дропауты
Левый и правый дропаут одинаковые. Для 15 и 20 оси использовались соответствующие диаметры отверстий.
Башинги и Штаны
За основу были взяты размеры башингов Lyrik'a. Их размеры (кроме экспериментов с диаметром) не менялись на всех вилках. К сожалению не было учтено, что в перевёртыше скорее всего нижний башинг будет больше верхнего, это частично повлияло на результаты.
RSU
USD
Горилла
Очевидно, есть только на обычной RSU вилке. Использовалась довольно простая сплошная модель без рёбер жесткости и всего такого. Для всех вариантов она оставалась неизменной и увеличение размеров гориллы не проверялось.
Ось
Прямая трубка соответствующего диаметра и размера. Для имитации нагрузки от подшипников втулки ось была поделена на соответствующие части.
Ноги
У обычной и у перевёрнутой вилки это просто прямая труба с постоянным диаметром и сечением.
Материалы
За основу всех узлов был взят алюминий 6061.
Что проверялось
— Диаметр ног: 32, 34, 35, 36, 38, 39.99мм (при диаметре ног 40мм нога сливалась с внешними размерами дропаута и это нарушало расчёт. Уменьшение размера на 0.01мм решило все проблемы и слабо повлияло на результаты).
— Толщина сечения ног: 1, 2 и 3мм
— Толщина стенок короны: 2.5, 5, 10 и 15мм
— На сколько ход вилки влияет на жесткость
— Диаметр оси: 15 и 20мм
— Толщина стенки оси: 1, 2, 2.5, 3 и 4мм
— Ширина области с которой контактирует ось внутри дропаута: 15, 25, 35 и 45мм
Базовые значения Lyrik'а на всех графиках выделены жирной черной обводкой.
— Толщина сечения ног: 1, 2 и 3мм
— Толщина стенок короны: 2.5, 5, 10 и 15мм
— На сколько ход вилки влияет на жесткость
— Диаметр оси: 15 и 20мм
— Толщина стенки оси: 1, 2, 2.5, 3 и 4мм
— Ширина области с которой контактирует ось внутри дропаута: 15, 25, 35 и 45мм
Базовые значения Lyrik'а на всех графиках выделены жирной черной обводкой.
Детали расчёта
Кроме башингов и ног все узлы были соединены между собой. Для башингов использовали фрикционный контакт с минимальным значением трения, которое позволяло любое скольжение ног внутри них. Размер сетки для расчётов — 3мм. Это позволило получить результаты довольно быстро и малой кровью, 3 — 5 минут на расчётную точку (всего их было 144) и 10ГБ оперативы. Уменьшение сетки до 0.6мм увеличивало расчёт на 2.5 часа на точку и требовало ~80ГБ оперативы, а разница в результатах была всего 1.3%. При 0.8мм разница всего 1%.
Какие силы прикладывались
Все расчётные точки проверялись на изгиб и жесткость. Силы прикладывались спереди (перпендикулярно оси, 100Н) и на скручивание (50Нм). Силы прилагались к точкам контакта подшипников втулки с осью. Шток вилки был жестко зафиксирован и не двигался, т.к. для обычной и перевёрнутой вилки значения его изгибов были бы примерно одинаковые (хотя момент спорный, конечно).
Также не учитывалось, что в реальности фланцы колпачков на втулках упираются в дропаут и добавляют жесткости всей конструкции.
На картинках ниже показана максимальная деформация при фронтальной нагрузке. Для наглядности на моделях деформация увеличена в 10 раз. Флажок Мах — точка максимальной деформации. Кликабельно.
А это результаты скручивания (торсионку). Силу прилагали только к точке контакта оси с левым подшипником втулки.
Результаты
Если вы уже устали от какой-то мутной писанины и непонятных картинок, тогда пора перейти к понятным графикам. Стандартная модель для реального Lyrik: 35мм ноги толщиной 2мм, корона со стенками 5мм, 15мм ось с толщиной стенки 2.5мм, ширина зажима оси в дропауте 25мм, ход на величине сэга 40мм. Её приняли за 100% значение на графиках и все изменения показаны относительно неё.
— На всех картинках стандартная модель Lyrik выделена зелёным цветом.
— Обычная вилка выделена оранжевым цветом или помечен как RSU
— Перевертыш выделен синим цветом или помечен как USD
— Обычная вилка выделена оранжевым цветом или помечен как RSU
— Перевертыш выделен синим цветом или помечен как USD
Изгиб и скручивание обычного Lyrik и перевертыша с такими же размерами узлов
Как мы видим на изгиб перевертыш на 60% жестче, что не удивительно с такой жесткостью у короны и толщиной штанов. А вот на скручивание перевртыш примерно на столько же слабее. Ожидаемый результат, сопротивляться скручиванию обычной вилке помогает горилла, которой на перевертыше нет.
Диаметр ног
В анонсах новых вилок нам ответственно заявляют что новый диаметр ног добавил вилке приличное количество очков к жесткости. Графики показывают реальное положение вещей. Увеличение диаметра ног заметно помогает при изгибающих нагрузках, а вот на скручивание влияет минимально. Переход с 36 на 38 ноги добавляет меньше 10%. На 32мм ногах перевертыш практически вдвое жестче обычной вилки в нагрузках на изгиб.
Для перевертыша увеличение диаметра ног слабо влияет на жесткость на изгиб. А вот на торсионку влияет заметнее.
Толщина ног
С толщиной ног оптимальная величина у обычной вилки 2мм. Уменьшение толщины до 1мм уменьшает жесткость на изгиб примерно на 30%, а увеличение до 3мм даёт бонус меньше 20%.
Для перевертыша разница ещё меньше. К торсионке прибавка вообще незначительная. Наверняка есть смысл увеличивать диаметр штанов, а не диаметр ног.
Толщина короны
Увеличение стенок на короне даёт самую большую прибавку к жесткости вилки на изгиб. Увеличение стенки с 5 до 15мм даёт 50% буст обычной вилке. У перевертыша бонус еще больше, почти 80%.
А вот торсионная жесткость у обычной вилки растёт всего на 10%. Для перевёртыша прирост больше — 20%.
Диаметр оси
Увеличение диаметра оси с 15 до 20мм для обычной вилки вообще не даёт никаких бонусов к жесткости на изгиб. У перевертыша скромный бонус 5%. А вот торсионка у обычной вилки растёт почти на 20%. У перевертыша бонус минимальный.
Подробнее для перевертыша.
Толщина оси
Увеличение толщины стенки оси практически не влияет на продольную жесткость. У обычной вилки слегка растёт торсионка, но смысла в увеличении толщины стенки всё равно минимум.
Делать толщину стенки в оси больше 2мм практически бессмысленно. Лучше перейти с 15 на 20мм ось.
Данные для перевертышей на 15 и 20мм оси чуть подробнее.
Ширина области контакта оси с внутренней частью дропаута
Это самая спорная область исследования по мнению автора оригинальной статьи. Увеличение области контакта вообще не даёт никакой прибавки. Автор говорит, что в DVO заявляли об обратном, и возможно корень проблемы именно в базовой модели дропаутов и их соединении с осью. В реальности дропауты могут быть разрезными, с фиксирующими ось болтами (Fox, Dorado) или сама ось может выступать в качестве болта (Rock Shox). Но лично я подозреваю здесь похожую с резьбами картину. Более 90% нагрузки на резьбах болтов идёт на первые 2 витка, и увеличение длинны болта практически никак не влияет на это. Так что при условии какого-то базового обхвата дропаутом оси никакого влияния от увеличения площади контакта и нет.
Как ход вилки влияет на жесткость
Этот раздел был сделан скорее для фана. Наверняка никто не будет брать вилку с ходом на 40мм меньше, чтобы выиграть 10% в фронтальной жесткости и 25% в торсионке.
Выводы
Как уже было сказано в начале — действительно, торсионка у перевертышей страдает, и увеличить её простым утолщением определенных узлов довольно проблемно из-за излишка в виде веса. А вот в использовании 20мм осей действительно есть логика. Самую большую прибавку к торсионке даёт именно горилла между штанами (прибавка более 80%), которой у перевёртышей как раз нет (ну, не считая DVO Emerald).
Хочется ещё раз сакцентировать внимание на том, что расчёты довольно примерные. По ним нельзя сказать что Zeb жестче на хх% чем Lyrik, или что 38мм ноги жестче на хх% чем 36мм. В реальности у разных вилок с одинаковыми ногами могут быть разные короны, штаны и дальше по списку.
У перевертышей есть свои плюсы в виде постоянной смазки маслом трущихся деталей и соответственно более отзывчивой работы. И большая жесткость на изгиб вместе с меньшей торсионкой тоже может быть плюсом. Возможно именно из-за этого на кроссовых мотоциклах поголовно используются именно перевертыши. Они хорошо переносят фронтальные нагрузки на изгиб, но дают некоторую гибкость при торсионных. И может чуть меньшая торсионка позволяет проще ехать, компенсируя неровности грунта и небольшие повороты руля лёгким «флексом.» С ним переднее колесо не теряет сцепление с трассой, что случилось бы у более жесткой системы. Кажись о чём-то похожем в своём обзоре Manitou Dorado когда-то писал тов.Вадос. При переходе с Boxxer'a на Дораду на спусках у него стали меньше забиваться руки.
С другой стороны, в мтб много кто топит за точность руления, чтобы можно было смело менять траектории. Я когда-то перешел с достаточной жесткой Fox 40 на актуальную Dorado с 36мм ногами и каких-то проблем с выбором траекторий не заметил (наверняка потому, что мой уровень катания не позволяет выбирать траектории, хе). Но без пол литры прямого сравнения примерно одинаковых вилок трудно сделать точные выводы. Возможно у кого-то завалялись пара практически идентичных Intend Edge и Intend Ebonite для сравнения?
-
добавить в избранное
1
- +135
- Мнения
?
Комментировать
Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь. Сделайте что-нибудь.
Комментарии (116)
VL_Chuvak
SilentS
kominet
SilentS
SPY
SilentS
SPY
Круглая ось, вполне себе может немного проворачиваться в дропаутах, когда одна нога движется по часовой стрелке а другая против… а именно это происходит при деформации вилки при торсионных «нагрузках» (поэтому то даже жидкая горила сильно увеличивает торсионку).
kominet
Ось в дропе проворачивается так же как и вынос только при превышении эксплуатационной нагрузки. Например, при падении. В езде ничего не прокручивается тк зажато болтами. И созданная сила трения покоя не даёт проскальзывать поверхностям пока она не будет превышена.
Это и происходит когда сворачивают перевёртыш при падении.
Я Шивер сворачивал много раз, жена ещё больше раз, и на мотике кроссовом вилку тоже раз 5 сворачивал точно. Мотик вообще своим весом часто при падении на бок вилку сворачивает. Раскручиваешь и едешь дальше. В гонке можно ногой пнуть в колесо уперев вилку в упор
А вот ШГ ось немного отодвигает порог при котором вилка будет свёрнута, тк ноги в коронах прокручиваются позже, чем ось. Тоже проверял, иногда достаточно ось ослабить, чтоб раскрутить вилку
Wermachtocheck
ouninpohja
sfk75
mafflin
amstafff
ouninpohja
Wild_Cat
При падении на бок, байк часто опирается на руль, и нижняя часть вилки больше страдает.
Matrelizarg
YakuT
kuzlich
VL_Chuvak
koshak
Wild_Cat
koshak
kuzlich
Deon
Chute
xnxsxlx
Chute
SilentS
https://vk.com/wall-74263414_388
SlavaVecvotsor
SirVelias
Кстати, ау дорады ось не круглая, а шестигранная, она, наверняка, даст пару пунктов в плюс…
_va
Deon
_va
Когда у меня была 26" Минута — то с торсионкой всё тоже было нормально, даже несмотря на очень хилую корону и никакую фронтальную жёсткость, при езде ось колеса перемещалась вперёд-назад весьма заметно глазу.
Chute
Deon
Coil
чугуннымикарбоновыми щитками. И естественно их меньше. Но почти все с ними эксперементируют, даже Фокс делали свой прототип. Так что массовость не показатель, кмк. По работе — тут у каждого свой вкус ©kuzlich
Coil
_va
нормальный человек :
-сейчас переднее скину, 30 сек!
владелец дорады:
-ээээ, давай лучше заднее сниму (вспоминая что переднее потом ещё и назад ставить).
SergeiPikulin
_va
Iscander
_va
Ruslan_Bogdanov
VL_Chuvak
Идёт перекос на ноге при затяжке дропаута и потом поджатии болтом = перекос кишок, перекос калипера относительно ротора
При затяжке болта БОЛЬШАЯ часть оси поджимает втулку к дропауту без какого-либо перекоса, при этом вторая нога в свободном положении «центрируется» и просто затягивается в дропауте. У дорады, кстати, нет в мануале ничего по этому поводу...
Делая так, как ты написал очень сложно затянуть так, что бы отсуствовал люфт втулки на оси т.к. ты прижимаешь пальцами, одновременно затягивая дропауб без болта
_va
Однако
В этом я оказался неправ. а ты оказался неправ, что в инструкции про это ничего нет) я достал свою бережно хранимую 7 лет инструкцию от вилки и нашел вот это)
пардон за перевернутую картинку. хз почему так. по клику открывается в нормальном положении
VL_Chuvak
Потом уже можно затягивать левый дропаут, а затем и правый (прожав вилку примерно наполовину).
Chute
У меня не Дорадо, конечно, но 4 Циркуса за плечами. Если не усердствовать с затяжкой дропаутов, то ось сама центрируется и выставляет именно то расстояние меж дропаутов, при котором соблюдается максимальная соосность ног с башингами, что гарантирует априори более плавную работу.
Апд: согласен с Chute
GeraRuckus
я знаю куда там пальцы сувать...:)
Вот смотри, у мен на втулках у промой есть уплотнительные резинки самих крытшечек втулки… я НЕ МОГУ их сдавить силой пальцев упираясь большим в дропаут и притягивая за спицы втулку… отсюда у меня и получается люфт, стяжной болт делает это за меня… а то, что у тебя на картинке, так это тупо показано куда и как вставлять болт и ось)
Вот смотри, видео про тест дорады срезка… обрати внимание как у них ось стоит...
_va
SergeiPikulin
_va
kuzlich
Так, теперь похоже я оказался неправ, что будто ты оказался неправ что в инструкции про это ничего нет.
Ох уж эти маниту...
schmel
_va
Iscander
_va
Эстафетную палочку с болтами уже давно передали.
schmel
Nunca
_va
Iscander
sfk75
kuzlich
Ещё интересно было бы посмотреть на модель «полуторокоронки».
Chute
kuzlich
Насчёт ширины стоек тоже интересно увидеть данные, вроде нет в расчётах.
Chute
Насколько я знаю, в мото используют перевёртыши исключительно из за меньшей инерционности движущихся частей. Понятно, что ноги легче штанов. И так как вилки намного тяжелее эмтэбэшных, это выходит на первый план. Ну а проблемы с торсионкой решаются 48мм-тровыми ногами.
Oxigen
Wermachtocheck
jon_nik
Wermachtocheck
Wermachtocheck
Ещё раз, перевёртыши делают, чтобы снизить неподрессоренные массы, а торсионку и жёскость на изгиб улучшают увеличивая диаметр перьев. Сравни вилки мотоциклов 70-х годов и современных. Эволюция всё время шла в сторону увеличения диаметра перьев. Скорости растут, требования к жёсткости вилок тоже. Вилка должна быть достаточно жёсткой на изгиб и кручение хотя бы для того, чтобы корректно работать. А то, что вилки специально делают мягкими на скручивание, чтобы не било по рукам, это твои выдумки. Чтобы не било по рукам, гидравлика должна работать, а не перья гулять. На кольцевых мотоциклах, где ход вилки в 3 раза меньше, а перья те же 50мм, там по твоим понятиям вообще руки должно отрывать.
По поводу слишком жёстких рам на японцах было такое. Да, рама должна иметь какой то флекс на изгиб, но не на кручение, потому что это точность рулёжки. Жёскость маятников в МотоGP в разы превышает жёсткость маятников магазинных литровых спортбайков. С чего бы это, если жёсткости не должно быть много?
Oxigen
Wermachtocheck
И первый раз слышу, чтобы рулём руки выворачивало из за жёсткой на кручение вилки. А то, что это решают хлипкой на кручение вилкой это уж фантазмя в квадрате. Ну поставь стойки руля с сайлентами, как на дорожных мото, делов то.
Я только ещё раз повторю, что торсионка вилки, маятника и рамы в целом определяют точность рулёжки, то есть управляемость, которой никогда не бывает много.
А перемычки на кроссовом неперевёртыше никогда не было, потому что она мгновенно грязь соберёт и колесо остановит. Извини, но ты теоретизируешь, спорить тут не о чем.
Oxigen
Wermachtocheck
Читай техтребования. Это мин. вес, соответственно они столько и весят.
«По какой причине вилка и маятник будет жёстче аналогичной стоковой модели? Тем более в разы? Толще, материал более жёсткий, что ещё? Как именно это достигается?»
Чтобы не углубляться в детали, по причине того, что самый крутой магазинный суперспорт стоит 2 млн руб, а байк класса MotoGP 2 млн $. Интересно — гугли.
«Я не говорю, что руки прям вырывает. Просто при езде по кочкам которые бьют по колесу в сторону (речь про кросс и эндуро) это чувствуется на руле. И чём жёстче вилка, тем больше чувствуется. И нужен оптимальный баланс между чёткостью рулёжки и комфортом. Этот баланс как раз уже и подобран при разработке, поэтому ты и не слышал ни разу, чтоб руль из рук выбивало)»
Это опять твои фантазии. И что там, кочки, которые бьют по колесу в сторону? Подбегают и бьют?
«Резиновые демпферы руля в кроссе/эндуро тоже используются и именно для этого)»
«А, если ты скажешь, что тогда перемычка упрётся в крыло при полном ходе подвески, то я скажу, что крыло можно легко сделать огибающим эту перемычку)»
Это же ты вроде бензопилу к велосипеду прикручивал? Ну тогда да, для тебя проблем вообще никаких нет что угодно легко сделать. Кулибиных у нас хватает, куда там мировым брендам до вас..
«И, если бы жёсткости на кручение (именно на кручение) обязательно нужно было бы больше, то на не перевёртышах её бы делали. Как делают на велосипедах на всех».
Не делают, потому что малые неподрессоренные массы важнее для работы вилки а торсионку диаметром перьев добирают, читай предыдущий пост, по кругу начинаешь ходить.
Короче, ты не в теме совсем. Съезди на мотокросс что ли, посмотри чё да как. Про скручивающиеся вилки участникам расскажи, про резиновые демферы. Много вопросов сами отпадут.
Oxigen
vk.com/id20558508
youtu.be/NeeH7lWBub8
youtube.com/channel/UCSgEiK6fRtmafoBoN25-STQ
Подписывайтесь, ставьте лайки, хд)
Перед dunlop mx3s 3,9кг
Зад 110 5,5кг
Митас перед шипы 5,2кг
Зад 8,1кг
Сзади 2,6кг
Это ведь существенная разница?
Wermachtocheck
Wild_Cat
Мне кажется, так даже удобнее — разделяются разделы хорошо)
Можно я всё таки не буду удалять такую кучу пробелов в неудобном редакторе на сайте которые он сам ставит?)
Wermachtocheck
SergeiPikulin
У меня вот так. Если до компа доберусь поправлю
Wermachtocheck
Хотя и не сильно свежее, но этот товарищ после Мондракер разрабатывал ещё какие-то проекты для других брендов, а сейчас делает карбоновые УННО.
Да что ж такое, рвёт ссылку на две части, не выправить никак…
Chute
Wermachtocheck
Поправил как гиперссылку, не благодари) Имхо, вся суть статьи в двух последних абзацах
amstafff
GeraRuckus
Legnar
pashevich
SergeiPikulin
Iscander
Chute
dirtyshiza
VL_Chuvak
Nunca
kominet
xnxsxlx
SilentS
upd: колличество комментов это отличный показатель того, интересен ли пост… хм
Alex_Stetsenko
Deon
amstafff
_va
Iscander
_va
<
Yue
И DarkWit мне даже потом объяснил почему)
Wermachtocheck
Yue
Труба сопротивляется кручению лучше, чем изгибу.
Когда труба одна, она работает на скручивание.
Когда трубы рядом две, то, чтоб вместе они сопротивлялись кручению каждая работает на изгиб. А в направляющих они прокручиваются свободно.
ТО получается, чтоб при одинаковой массе одна труба лучше работает на кручение, чем две.
И это поначалу кажется нелогичным. Могу попробовать формулы найти.
С изгибом в поперечном и продольном направлениях надо подумать.
В продольном (вперёд-назад), вродь как, тоже одна толстая трубы выгоднее, чем две рядом. Тк сечение вытягивается в ширину — то есть в ненужную сторону.
А вот в поперечном уже сильно зависит от расстояния между ногами. Начиная с определённой ширины будет выгоднее применить две трубы.
Но по совокупности конструктивно-компоновочно-ресурсных-ценовых параметров все ездят на обыных вилках, ТК дешевле, надёжнее и проще))
Wermachtocheck
Пиши проще — в обычных вилках ноги вообще не работают на скручивание, только на изгиб, и если их сделать квадратными — то вилка будет жёстче.
А у Лефти нога работает и так и так, если её сделать круглой (каким либо образом сохранив передачу торсионного момента) — то она станет ещё более торсионно жёсткой, но потеряет в фронтальной жёсткости (которая у неё весьма прилична из-за двухкоронности).
Вот такая вот Лефти — не вилка, но двухкоронная ))
Chute
technobearing.ru/eshop1/folder/vtulki-skolzheniya
Wermachtocheck
Chute
Wermachtocheck
agressor
flatout
Wild_Cat
sayrius
Chute
Willy