彈簧前叉與氣壓前叉工作原理

彈簧前叉與氣壓前叉除了重量之外,其實它們背後的物理與騎乘的感覺也相當不同,本文將詳細介紹兩者的工作原理。

1.彈簧前叉:

相信大家都很清楚線圈彈簧前叉的工作原理,但是我們還要仔細討論一下它的物理,還記得國中物理的虎克定律嗎?線圈彈簧的形變量(Δt)正比於受力(F),而這個比值就叫彈力係數(k)。

若寫成公式即為

F = k *Δt

在這裡的形變量其實就是前叉的行程,從上式可以看 彈簧前叉的受力與壓縮行程是線性的,線性的意思是說,假設使行程壓縮2公分需施力20公斤,當彈簧要有4公分的行程壓縮則需有40公斤的力。

2.氣壓前叉:

氣壓彈簧就有點複雜,利用波義爾定律來解釋,公式可以寫成

P1 * V1 = P2 * V2

其中,設P1為前叉未受壓縮時氣室內的壓力,而V1即為此時的氣室體積,而P2為前叉受壓產生Δt的壓縮量時氣室內的壓力,V2為此時的氣室體積。

而氣室內氣壓對活塞(piston)的正向(在上圖中為向下)作用力F,可表示為

F = P * A

A為活塞的表面積.而氣室的體積 V 又可寫為

V = L * A

將上兩式帶入可得

F1 * L1 = F2 * L2

壓縮後的氣室長L2即為原長L1減去壓縮量Δt,而壓縮前叉的力F則為F2減去F1,等於

F =(F1*L1/(L1-Δt))-F1 =F1*(Δt/(L1-Δt))

從上面這個公式我們可以發現當分子Δt,即彈簧壓縮量,增加時,分母項也同時減少,因此當前叉越受壓縮,它抵抗壓縮的力量會非線性的快速增加。

以前面的例子來說,假設使行程壓縮2公分需施力20公斤,當彈簧要有4公分的行程壓縮則可能要有60公斤的力。

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