Amortyzator

Wstęp

Od początku powstania roweru w XIX wieku zmorą cyklistów były wszelkie nierówności, które musiały pokonać koła. Biorąc pod uwagę, że pierwsze rowery toczyły się na oponach z lanej gumy oraz stan ówczesnych dróg (brukowane) jazda na welocypedzie wymagała niemałego zacięcia. W 1888 roku irlandzki weterynarz John Dunlop poraz pierwszy zastosował ogumienie pneumatyczne  - wykonane z kawałka węża ogrodowego połączonego w pierścień. Dopiero od tego wynalazku rozpoczął się złoty okres roweru. Dzięki wynalazkowi weterynarza rower stał się wygodnym środkiem poruszania się a jazda na nim przyjemnością.

Ta historia uświadamia jak ważna w początkowej historii rozwoju roweru była sprawa komfortu jazdy osiągniętego przez amortyzowanie nierówności poprzez oponę.

Amortyzacja kojarzy się głownie z różnego rodzaju wahaczami czy też sprężynami. Przecież tak naprawdę każdy rower posiada minimalną amortyzację - jest to realizowane za pomocą ugięć opony wypełnionej powietrzem, ramion i nóg rowerzysty , sprężyny siodełka, a widełek przednich, a nawet rękawiczek. Każdy z tych elementów minimalnie potrafi się ugiąć podczas przejeżdżania nierówności, a dla rowerzysty liczy się suma tych ugięć.

Wynalezienie roweru górskiego zapoczątkowało gwałtowny rozwój zawieszenia amortyzowanego. Tutaj już nie chodziło o komfort jazdy, ale o bezpieczeństwo. Głównym motorem powstania rowerów tego typu była chęć szalonych zjazdów z góry bynajmniej nie po szosie ale po wybojach i korzeniach drzew. Trafienie przy szybkości 60 km/h na kamień na rowerze skończyłoby się z pewnością na katapultowaniu się z trasy. Zastosowanie widełek elastycznie ustępujących pod naporem przeszkody zwiększa znacznie bezpieczeństwo jazdy. To właśnie dzięki temu wynalazkowi możliwe jest uzyskiwanie przez kolarzy górskich zawrotnych szybkości w terenie - nawet do 80 km/h. Dla rowerzystów preferujących spokojną jazdę po alejkach i ścieżkach rowerowych większe znaczenie ma komfort jazdy.

Główną funkcją amortyzatora przedniego nie jest wbrew pozorom podwyższenie komfortu jazdy, ale bezpieczeństwa. Podobnie jak w samochodach i motorach to właśnie zawieszenie odpowiada za stały kontakt przedniego koła z nawierzchnią Koło które znajduje się w powietrzu po wybiciu się z przeszkody - np. kamienia nie służy do niczego rowerzyście - ani nie można zmienić nim kierunku jazdy, ani nie można zahamować.

Resorowanie i tłumienie

Zawieszenie powinno spełniać dwie funkcje: resorowania i tłumienia. Resorowanie to kontrolowane ugięcie się części sprężynującej pod naciskiem - czyli przykładowo ugięcie się widelca po najechaniu na kamień.  Element resorujący przyjmuje na siebie energię zderzenia i musi ja oddać. Za to jest odpowiedzialny tłumik - to właśnie on zapobiega spontanicznemu oddaniu całej zgromadzonej energii z powrotem do koła. Brak tego elementu spowodowałby że owszem rowerzysta przejechałby przeszkodę, ale zaraz za nią kierownica wyskoczyła by w górę niczym odbita piłka.

Jako elementy resorujące są wykorzystywane następujące media:

Jako elementy tłumiące są wykorzystywane następujące media:

Z uwagi na te dwa elementy możemy podzielić amortyzatory na:

• sprężynowe
• elastomerowe
• elastomerowo-sprężynowe
• olejowo-sprężynowe
• powietrzny
• olejowo-powietrzne

Podział ze względu na medium resorująco - tłumiace

amortyzatory sprężynowe

Elementem resorującym jest stalowa sprężyna. Tłumienie jest realizowane poprzez opór cierny goleni, oraz gumowego ochraniacza. Ta konstrukcja jest najtańsza i najprymitywniejsza - właściwie ciężko tu mówić o prawdziwym tłumieniu. Widelec będzie przede wszystkim sprężynował. Stosowane są najtańszych rowerach.

amortyzatory elastomerowe

Elastomer to tworzywo sztuczne zachowujące się podobnie jak sprężyna, z tą różnicą że oprócz funkcji resorującej spełnia również funkcję tłumiącą. Dzięki traceniu energii przez ocierające się nawzajem łańcuchy polimerowe w strukturze elastomeru tworzywo szybko się ściska, a wolno rozpręża. Tutaj więc ten sam materiał jest medium ściskającym i tłumiącym. W łatwy sposób można regulować twardość zawieszenia - przez dobór odpowiednich „wałków” - kawałków elastomera, oznaczonych różnymi kolorami. 

Największymi zaletami takich konstrukcji są: niska waga i cena, bezawaryjność i prostota obsługi. Największa wada to wrażliwość na temperatury; im niższa, tym tworzywo staje się coraz twardsze. Pewnym wyjściem może być stosowanie w niskich temperaturach miękkich „wałków”. Amortyzatory elestomerowe wyróżniają się niewielkim skokiem, stąd też pomysł powstania kolejnej konstrukcji.

amortyzatory elastomerowo-sprężynowe

Resorowanie jest realizowane zarówno przez elastomer jak i sprężynę. Dzięki temu możliwe jest zwiększenie skoku. Oczywiście zostaje to odkupione większą wagą.

amortyzatory olejowo-sprężynowe

Medium ściskane to sprężyna wykonana ze stali chromowo-molibdenowej, lub w najlżejszych i najdroższych wersjach z tytanu. Tłumienie jest realizowane za pomocą oleju,  który jest najdoskonalszym, jak dotąd medium tłumiącym, o czym może świadczyć jego powszechne stosowanie w amortyzatorach w samochodach, czy motocyklach. Tłumienie odbicia odbywa się spowolnienie przepływającego oleju pomiędzy odpowiednim systemem kanalików, tłoczków i zaworków. W uproszczeniu: podczas ściskania amortyzatora olej jest przetłaczany przez otworki o średnicy większej, a w drodze powrotnej zaś o średnicy mniejszej co powoduje wytracenie energii odbicia.

Dzięki liniowej charakterystyce ugięcia sprężyny, amortyzatory pozwalają wykorzystać w sposób płynny cały skok widelca.

Ten typ zapewnia wszechstronna regulację - twardość zawieszenia (przez wymianę sprężyny) oraz stopień tłumienia (przez zmianę gęstości oleju).Olej stanowiący medium tłumiące może znajdować się w zamkniętym cartidge lub w otwartej kąpieli.

W amortyzatorach sprężynowo-olejowych problemem może być powstawanie podciśnienia spieniającego oleju co powoduje spadek tłumienia.

Amortyzatory tego typu mają zastosowanie przede wszystkim w rowerach zjazdowych, oraz tam gdzie nie jest istotna najniższa waga.

amortyzatory powietrzne

W czystej postaci - gdy powietrze stanowi zarówno element ściskany jak i tłumiący, jest rzadko spotykana konstrukcją. Największą zaletą zastosowanego medium jest jego waga - jak wiadomo powietrze nie waży wiele. Ten typ wymaga jednak zastosowania wysokiej jakości uszczelnień

amortyzatory olejowo-powietrzne

Jest wynikiem połączenia najlepszych cech amortyzatorów powietrznych oraz olejowych: niskiej wagi, dużej czułości i dobrego tłumienia. Funkcję sprężynowania pełni tutaj powietrze, a tłumiącą olej. Amortyzatory tego typu należą do najwyższej klasy, są lekkie i doskonale spełniają swoje zadanie tłumienia wszelkich nierówności. Z powodu wysokiego stopnia skomplikowania, nie należą do najtańszych. Również wszechstronna regulacja zarówno resorowania - przez zmiany ciśnienie powietrza, jak i tłumienia -przez zmianę gęstości oleju przysparza im wielu zwolenników. Wadą tego systemu jest progresywna charakterystyka ugięcia - im bardziej sprężone jest powietrze tym bardziej twardy robi się widelec (podobny efekt można zauważyć przy ściskaniu strzykawki)

Podział ze względu na konstrukcję

Teleskopowe	Dwupółkowe (i trzypółkowe)	Upside down
Skonstruowane są z dwóch goleni (rur) - z których jedna w wyniku pokonywania nierówności terenu wsuwa się w drugą. Jest to zdecydowanie dominująca konstrukcja w amortyzowanych widelcach przednich w rowerach.	- w amortyzatorze występują dwa (trzy) elementy (półki) łączące golenie. Stosowanie takiej konstrukcji zapewnia dużą sztywność widelca. Główne zastosowanie to jazda zjazdowa (DH).	- w odróżnieniu od klasycznej konstrukcji dolne golenie wchodzą w górne. Wymagają stosowania hamulców tarczowych. Stosowane głównie w rowerach zjazdowych

Ze sztywna osią	W rurze sterowej
stosowany zazwyczaj w połączeniu z konstrukcjami upside down - wymagają stosowania kół ze specjalnymi piastami. Oś o średnicy 20-30 mm zapewnia wyższą sztywność.	.amortyzacja i tłumienie odbywa się w rurze sterowej widelca a nie w jego goleniach. Rozwiązanie stosowane od lat przez firmę Cannondale. Widelec taki ma mniejsza wagę i większa sztywność.

Jednostronne	Panografowe
Jest to widelec o konstrukcji upside-down z jedna tylko golenią. Nowatorską konstrukcję stosuje jedynie firma Cannondale.	Działają na zasadzie równoległoboku, odporny na siły skręcające. Mimo niewątpliwych zalet (sztywność) skomplikowana konstrukcja nie zachęca firm do produkowania tej konstrukcji.

Regulacja Amortyzatora

Naprężenie wstępne - dotyczy medium sprężynującego - jest to wstępne ugięcie (twardość) amortyzatora pod wpływem ciężaru rowerzysty. Każdy amortyzator należy dostosować do wagi swojego właściciela; wartość powinna być na tyle duża, żeby nie dopuszczać do dobijania przy dużych obciążeniach, a jednocześnie na tyle mała, żeby pozwolić na wykorzystanie pełnego zakresu skoku zawieszenia.

Tłumienie kompresji - to regulacja szybkości uginania się amortyzatora

Tłumienie powrotu - to regulacja tłumienia podczas odbijania widelca (ruch od stanu ugięcia do momentu powrotu do maksymalnego skoku)

Blokada skoku - możliwość całkowitego zablokowania pracy amortyzatora. Przydaje się podczas jazdy po płaskim terenie pozbawionym nierówności - np. asfalcie. Zapobiega to tzw. pompowaniu - stracie energii pedałowania, która jest tłumiona przez amortyzator.