聲學技術課堂之：什么是阻尼？

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聲學技術課堂之：什么是阻尼？

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2021-05-12 14:09

“阻尼是指從振動系統當中抽取能量”。
從WRC拉力賽車到山地車，避震器在車上的主要作用就是阻止被彈簧支撐的質量和不受彈簧支撐的質量進入諧振，而這是每一個振動的系統必然擁有的物理特性。
“諧振是指振動系統對相同的輸入反饋最大的時候”。
基本上一個系統進入諧振后即使沒有外部輸入也會繼續進行振動，所以需要阻尼來控制這種動態。

阻尼的第二個作用是控制在剎車、過彎以及其他操控動作等造成的重心轉移的速率。車輛的各種部件，例如質量、彈簧、阻尼合在一起構成了一套復雜的振動系統，而針對這套系統的輸入，就是路面顛簸、車手的操控動作等。

要理解避震系統如何工作，阻尼如何影響騎行感受和操控，最好從一個基礎的模型開始，定義和分析每一個“元素”。用于研究振動系統的基礎模型一般由質量、彈簧和阻尼構成。
1無阻尼系統與有阻尼系統的對比
這套系統也適用于山地車避震系統。
受彈簧支撐的質量（簧上質量），車手、車架以及安裝在車架上、受懸掛系統支撐的所有部件，例如車把、座墊、腳踏等。

彈性體，線圈彈簧或者空氣彈簧。阻尼元素為各種用于消耗能量的液壓部件。
不受彈簧支撐的質量（簧下質量）：車上不受懸掛系統支撐的部分，直接由輪胎支撐的部分，它們直接跟隨輪組的運動而運動，例如輪組、碟剎盤、后撥、車架后叉及部分連桿等。需要注意的是輪胎也是一套彈簧-阻尼系統，它對整個系統也產生直接的影響。

所有從地面輸入的力都通過輪胎傳導，而影響車手和輪胎的，最主要的力是：
阻尼：
基于速度的元素。我們想象一下，如果將山地車的車架固定而僅僅車輪上下移動，我們可以看到阻尼器產生阻力。這一元素的回饋是與避震器本體和活塞桿的速度相關的，所以如果我們緩慢移動車輪，產生的力就會比我們快速移動車輪要小。

彈簧：
基于形成的元素。彈簧受到的壓縮量越大，反饋也就越大，這也是唯一影響車輛SAG的元素。當你騎行時，你的重量由彈簧來支撐，而彈簧的最終位置僅由彈簧的彈性系數（磅數）和預壓決定。

彈簧同時也決定了受到支撐的質量（車手+車架）在進行操控動作時重心如何位移。

摩擦：
恒定力。這是我們想要盡可能減小的力，因為它會影響避震系統的整體動態。它來自懸掛系統的轉點以及避震器內部。

關于阻尼我們還需要解釋一下這一元素是如何將動能轉化為其他能量吸收，并且讓您騎得更快更舒適。阻尼力受到避震器內部的一些重要組件的影響。
2避震器的必要組件

活塞和活塞桿：它們相互連接，并通過車架的活動部件（連桿）連接著車輪。它們的運動導致避震器內避震油的流動。
閥孔：它們在主活塞和其他的油路閥門上。可以認為它們是整個基礎的、簡單的振動系統的核心。
吸震介質：當油流過閥孔時，內部產生壓力差，從而產生影響避震器動態的力。在上面的圖片中，我們展示了一套阻尼系統的基本設計。
油壺：這個組件用于容納在活塞桿進入避震器內部時被它的體積所擠出的避震油，以及針對避震油受熱膨脹進行補償。它可以是設計在避震器主體外部，也是可以整合在內部（串聯形式）。油壺內充有氣體，為整個避震器加壓。它必須有一定的氣壓以抑制一些負面效應（我們將在以后說明），但是它也給整個系統引入了“彈簧效應”，這在活塞桿上就產生了一定的預壓力，從而降低了它的靈敏度。
下面的圖片簡明地展示了避震器如何通過物理學原理工作以及它的幾個參數：

3直接影響避震器的物理規律
流過避震器主活塞的油量可以用以下公式表達：

公式中，Apist 是活塞截面積，Arod 是活塞桿截面積，而v 是活塞桿的速度。
閥孔也在其他閥門中存在，而在活塞上它的主要作用是在活塞前后創造壓力差，并在避震器內產生額外的壓力，以幫助主活塞產生足夠的阻尼力，同時也有助于防止其他負面效應的產生（空泡）。
一般單筒結構的避震器中，流過壓縮阻尼閥門（此處指位于油壺和避震器主體之間的固定閥門）的油是由于活塞桿的運動帶來的。它可以用下面的公式計算：