自行车后减震螺旋弹簧悬架结构设计

　　做山地车、软尾自行车结构设计快十二年，经手的悬架结构少说也有四十多套，这套螺旋弹簧式后悬架是我前两年给入门级越野山地车做配套时搭的结构，现在翻三维模型还能想起当时调安装边界的细节。先从实际应用场景说，这类悬架主要适配轮径26、27.5英寸的入门越野山地车，还有城市通勤用的软尾助力车，应对的是非铺装路面的连续颠簸、落差300mm以内的飞包落地，还有城市里减速带、井盖落差这类冲击，核心作用就是把轮组传递上来的竖向冲击先通过弹簧形变吸收大半，再通过阻尼筒的阻尼油节流把冲击能量耗散掉，避免冲击力直接传到车架座管位置，减少骑行者的腰部、手腕受力，同时保证轮组在颠簸路面能持续贴地，不会因为弹跳失去抓地力。

　　当时做设计的时候最先卡的是安装边界，因为要适配市面上多数入门软尾车架的安装位，上下吊耳的中心距在完全伸展状态下定的是190mm，这个尺寸是当时测了12款市售主流入门软尾车架的后避震安装位间距取的中间值，兼容性最好；上下吊耳都用的是M8的通孔衬套安装位，衬套外径16mm，适配多数车架的安装吊耳宽度，不用额外改车架结构就能直接替换。弹簧的参数当时调了三轮，最开始用的是线径6mm的弹簧，落地测试的时候支撑性不够，体重80kg的骑手坐上去预压就超过了30%，过连续颠簸的时候容易打底，后来把线径调到6.5mm，弹簧中径38mm，有效圈数12圈，总圈数14圈，弹簧刚度定在550lbs/in，这个参数下体重60-90kg的骑手使用时，预压量能控制在15%-25%的合理区间，既不会太硬导致小震动过滤差，也不会太软容易打底。

　　结构设计上，阻尼筒和弹簧做的是同轴布置，弹簧套在阻尼筒外侧，上下两端都有弹簧座定位，下弹簧座带可调节的预压环，旋转预压环就能调整弹簧预压量，不用拆下来就能根据骑手体重、骑行场景微调支撑力度，这个设计是当时参考了市售中端避震的结构做的简化，去掉了复杂的锁死结构，把成本压到入门级配件的区间，同时保留最核心的缓冲功能。阻尼筒内部用的是单筒阻尼结构，活塞上开了4个直径2mm的节流孔，搭配单向阀片，压缩时节流孔开度大，阻尼力小，弹簧能快速收缩吸收冲击，回弹时节流孔被阀片挡住一部分，阻尼力变大，控制弹簧回弹速度，避免回弹太快把骑手弹起来，也不会回弹太慢导致连续颠簸时弹簧没法及时复位。

　　外形上做的是全黑的阻尼筒本体搭配金色的阻尼杆，弹簧做的是镀锌钝化处理，防锈能力够应对雨天骑行、日常溅水的场景，阻尼筒外表面做了硬质阳极氧化，硬度够，不会被飞石打花，也能减少灰尘附着。上下吊耳都做了圆角过渡，避免应力集中，当时做有限元分析的时候，吊耳位置在最大冲击载荷12kN的情况下，应力集中系数只有1.2，远低于材料的屈服强度，安全系数够。安装的时候要注意，上下吊耳的衬套要压到位，固定螺栓的扭矩控制在18-22N·m，不能拧太死不然衬套转不动会异响，也不能太松导致行驶中螺栓脱落。日常使用的时候要定期清理阻尼杆表面的灰尘，避免灰尘刮坏油封导致漏油，每骑行100小时左右可以在阻尼杆表面涂一层薄薄的硅脂，保养油封，延长使用寿命。

　　这类悬架和空气悬架比，结构更简单，可靠性更高，不用定期打气维护，成本只有同行程空气避震的三分之一，很适合入门级越野骑行、日常通勤的场景，缺点就是重量比空气避震重个200g左右，但是对于入门用户来说，可靠性和免维护的优势远大于重量的劣势。当时做三维建模的时候，把弹簧的并圈、端圈磨平的细节都做出来了，阻尼筒的调节环刻度、吊耳的衬套倒角也都还原了，不管是做车架装配干涉检查，还是做结构受力仿真，这个模型的精度都够，不用再额外补细节。