O desejo de fabricar nossos próprios amortecedores nasceu do fato de que 1) eles não estão mais em produção e não estão disponíveis em nenhuma loja de peças mundial e 2) o recondicionamento de amortecedores antigos era notoriamente não confiável e simplesmente não tinha aquele novo -cheiro de bicicleta. Começamos com a mangueira do reservatório, depois o reservatório e depois passamos para o amortecedor em si e no meio fizemos nossas próprias molas...

Reservatório

Para que serve? O reservatório é um sistema complexo de peças que é essencialmente uma garrafa que armazena gás de um lado e óleo do outro. Quando o amortecedor é comprimido, o óleo dentro do corpo do amortecedor é forçado para dentro do tanque. Ao longo do caminho, o óleo passa através de um eixo oco localizado dentro da cabeça de vedação do reservatório, no lado do óleo. O eixo possui uma série de furos concêntricos de diferentes tamanhos localizados em sua extremidade que, quando girados em qualquer um dos 4 pontos usando o mostrador de plástico, deixarão o óleo passar para o tanque (veja imagem abaixo). O tamanho dos furos determina a velocidade com que o óleo se move através deles durante a compressão, permitindo assim uma mudança variável para o amortecimento da compressão do amortecedor.

Eixo do reservatório e cabeça de vedação. Os orifícios de diferentes tamanhos no lado esquerdo do eixo controlam o amortecimento da compressão.

Legal, hein? Fica ainda melhor - o petróleo e o gás são separados por um pistão de plástico flutuante. Embora o amortecedor esteja completamente cheio de óleo (e aproximadamente metade do reservatório), quando o amortecedor é comprimido, o eixo do amortecedor e o conjunto de válvulas empurram o óleo. O que acontece durante esse processo é que o comprimento do eixo que fica dentro do corpo do amortecedor aumenta. Isto cria menos volume para o óleo ocupar dentro do corpo do amortecedor, o que por sua vez aumenta a pressão no sistema selado. O pistão flutuante move-se para trás à medida que o volume do eixo aumenta para manter o volume e a pressão originais.

Por que precisa de gás? A variabilidade do volume da câmara de gás é o que permite que o amortecedor funcione corretamente - o óleo é um fluido não compressível e quando o choque se comprime, algo tem que ceder. Conforme descrito acima, o gás mantém o óleo sob pressão constante, porém à medida que o pistão dentro do reservatório se move para cima ou para baixo, o volume da câmara de gás aumenta ou diminui de acordo e assim a pressão do gás muda a cada movimento. O gás é compressível e, portanto, permite que o amortecedor se mova através de suas ações. Além disso, a pressão constante garante que o óleo não “espuma” devido ao constante movimento e compressão do óleo através de todas as pequenas aberturas dentro do amortecedor. Desta forma, o óleo pode ser mantido em boas condições de funcionamento durante um longo período de tempo.

Por que o gás é nitrogênio? Devido à constante expansão e contração do volume do reservatório de gás, bem como ao calor gerado pelos ciclos de compressão e recuperação, o gás quer aquecer e expandir. O ar normal esquenta e se expande muito rapidamente, o que reduz a eficácia do gás em manter a pressão constante que o sistema necessita. Se a pressão no sistema aumentar, a resistência à compressão aumentará com ela, a viscosidade do óleo será reduzida devido ao aumento do calor e, inversamente, o amortecimento de recuperação será reduzido. Além disso, o ar contém impurezas, incluindo água, que são incompressíveis. Utilizamos Nitrogênio porque tem uma faixa de temperatura de trabalho mais alta e, portanto, é menos sujeito a expansão e contração devido aos efeitos do calor produzido pelos repetidos movimentos de choque.

Fazendo o pistão do reservatório

Pistão do reservatório

Uma peça aparentemente simples foi na verdade uma das mais desafiadoras de fazer. Conforme ilustrado acima, o pistão tem uma aparência cinza escuro/verde/cáqui semelhante à cor do Teflon em uma panela. Nossa ideia inicial era que esse material fosse Teflon (PTFE) e fizemos os pistões com esse material. Este material acabou por não estar correto. O PTFE não é apenas branco em sua forma mais pura, mas descobrimos rapidamente que o PTFE é altamente sensível às mudanças de temperatura e, portanto, durante os testes, os pistões ficaram travados dentro do reservatório.

Foi nessa época que medimos completamente os pistões OEM quanto à densidade, dureza e expansão térmica e, em seguida, procuramos produtos no mercado que fossem compatíveis. Descobrimos um produto chamado PAI GF30 (comumente conhecido como Duratron T5530). É uma Poliamida-Imida reforçada com 30% de Fibra de Vidro. Para se ter uma ideia da qualidade deste material, aqui está uma comparação com o PTFE:

Característica	Alvo	Teflon (PTFE)	PAI GF30
Densidade g/cc	1,6-1,7	2.2	1,62
Dureza Shore D	>80	50-65	87
Coeficiente de Expansão Térmica (x10^6)	<25	>200	15

Para contextualizar, o CTE do alumínio está em torno de 21-24, portanto o pistão precisa se expandir e contrair a uma taxa semelhante ou um pouco menor que o corpo de alumínio do reservatório. Tivemos um vencedor.

O próximo desafio foi tentar descobrir a folga para o pistão se mover dentro do furo em toda a sua faixa de temperatura operacional. Estimamos que isso esteja em torno de 10-110°C. Como todas as situações de pistão e furo, a folga do pistão é crítica para o desempenho. Testamos o movimento livre do pistão para diferentes folgas do pistão e decidimos por uma folga mínima à temperatura ambiente de 0,1 mm. Para levar em conta as tolerâncias de usinagem, definimos uma faixa de 0,1 mm a 0,15 mm. A folga na temperatura máxima de operação (temperatura ambiente +100 °C) seria de 0,136 mm a 0,186 mm (o alumínio se expande um pouco mais que o material do pistão). Em seguida, testamos a pressão do cilindro até 2,5 bar (250kPa) para garantir que o anel de vedação do pistão permaneceria vedado na temperatura operacional máxima.

Tudo bem até agora, no entanto, garantir que a produção permaneça dentro das tolerâncias exigidas foi o nosso próximo problema. Todos os pistões medidos entre 40,04 mm e 40,07 mm. Definimos o diâmetro alvo para a usinagem dos furos em 40,16 mm-40,20 mm. Isso produziria folgas no pior caso de 0,12 mm a 0,16 mm para os pistões menores e de 0,09 mm a 0,13 mm para os pistões maiores. Embora esta faixa de tolerância teoricamente produzisse folgas fora das especificações, os pistões menores poderiam ser combinados com os furos menores e vice-versa. Nesse sentido, cada pistão tinha seu tamanho estampado na parte interna e cada cilindro tinha seu tamanho escrito com um marcador. No momento em que medimos e carimbamos os pistões, estavam 15°C. Portanto, a usinagem também deveria ocorrer em uma temperatura semelhante. Em seguida, escrevemos um programa de computador para otimizar o processo de correspondência, garantindo assim que cada pistão tivesse um cilindro correspondente. Usando esse processo, conseguimos atingir uma taxa de aprovação de amostra de 96% na bancada de teste de pressão.

Embora tenhamos conseguido no final, a busca pelo material correto e pelas tolerâncias de produção causou atrasos e algumas unidades foram enviadas com pistões OEM com folgas definidas em 0,1 mm. Vale a pena notar neste ponto que os futuros amortecedores KX80 (e os designs modernos atuais) usam uma bexiga em vez de um pistão, o que é uma solução muito melhor.

Ajustador de compressão

Fazer o conjunto do ajustador do amortecimento de compressão foi uma das partes divertidas do projeto. Como mencionado anteriormente, um eixo gira dentro da cabeça do reservatório com furos concêntricos de tamanhos diferentes na extremidade para permitir taxas variáveis ​​de fluxo de óleo quando o amortecedor é comprimido. Para fazer o eixo "clicar" e assim ajudar o usuário a encontrar cada ponto de seleção, um rolamento de esferas com mola empurra o eixo, assentando em um orifício oposto por onde o óleo passa, criando assim o clique audível que é ouvido como o eixo que ele girou. A parte difícil aqui foi a primavera. Estas não eram molas "prontas para uso". Basta dizer que agora somos especialistas em medir taxas de molas e fabricar molas...

Amortecedor

Eixo de choque e pilha de válvulas

Fazer o conjunto do amortecedor principal teve muitos desafios, o principal deles foi o conjunto do eixo. Este é um eixo oco complexo que abriga a haste de rebote. Decidimos desde o início tentar reutilizar os eixos OEM completos com o conjunto de válvulas para manter os custos gerais dentro do orçamento. Em última análise, tentamos fabricar todas as nossas peças por um custo inferior ao custo original cobrado pelos OEMs. Para começar, compramos vários amortecedores, desmontamos e recuperamos os conjuntos do eixo. Os eixos foram retificados e cromados de acordo com as especificações originais de fábrica, no entanto, logo descobrimos que o design original da Kawasaki realmente não se adequava a essa abordagem - a haste do ajustador de recuperação deve ser removida do eixo do amortecedor para cromá-lo novamente. Como resultado, observamos um desempenho inconsistente no conjunto do amortecedor de recuperação, já que a haste do amortecedor muitas vezes falhava ao ser reconectada corretamente ao disco seletor dentro do eixo. Então, de volta à prancheta - decidimos fazer todo o conjunto do eixo completo com o pistão, o anel e a pilha de válvulas.

Uma vez que nos comprometemos a fazer a montagem do eixo, decidimos redesenhar alguns aspectos dele para que pudéssemos evitar os problemas que encontramos ao reaproveitar as unidades originais. A principal das melhorias foi redesenhar a forma como a haste do amortecedor se conectava em cada extremidade do eixo. Isto tornaria o amortecedor 100% totalmente reconstruível e confiável.

Esta imagem mostra a conexão da base do eixo com a manilha. O eixo do amortecedor de recuperação (azul) foi redesenhado para ter uma extremidade de engrenagem. A unidade Kayaba original tem extremidade quadrada. A extremidade da engrenagem permite um processo de montagem sem problemas, facilitando o alinhamento correto do eixo do amortecedor de recuperação e do eixo do amortecedor principal (veja a imagem abaixo).

Esta imagem é da extremidade do pistão do eixo. O disco seletor agora é parte integrante da haste do amortecedor redesenhada. Kayaba já tinha o disco como uma alça deslizante capturada que se conectava à haste do amortecedor por meio de uma estria e envolvia um processo de montagem complicado para garantir que todos os furos estivessem alinhados corretamente. Nosso design é 100% confiável em comparação com as unidades originais.

Também simplificamos o conjunto de válvulas, reduzindo o número de componentes de 20 para 14. Na imagem abaixo, os itens destacados mostram os 3 componentes do conjunto de válvulas. O projeto original de Kayaba utilizava 9 arruelas separadas.

Pilha de válvulas de 3 peças

É claro que não pudemos evitar e demos um passo além, otimizando os tipos de materiais com base na tecnologia moderna. Por exemplo, as práticas modernas de maquinação CNC permitiram-nos fabricar o pistão em alumínio, em oposição ao aço macio utilizado nas unidades Kayaba, reduzindo assim o peso não suspenso. Os componentes da pilha de válvulas foram feitos de uma liga exótica de aço inoxidável endurecido para melhor resistência ao calor e à corrosão e o próprio eixo é feito de barra de aço 1050 estirada a frio e com alívio de tensão.

O eixo é importante? Sim! O conjunto manilha/eixo é a única parte móvel em todo o conjunto do amortecedor. Ele é montado na manilha (a peça de alumínio em forma de U na base do amortecedor) e no topo do eixo fica a pilha de válvulas. No meio, está a cabeça de vedação através da qual o eixo se move a cada evento de compressão e recuperação.

Conjunto do eixo do amortecedor com (de cima para baixo) cabeça de vedação, obturador, batente, copo do batente, manilha. O clicker de recuperação é visível na base do conjunto da manilha. O “buraco” de recuperação é visível na parte superior do eixo.

Ok, então como funciona o amortecimento de recuperação? Já falamos sobre como o conjunto de válvulas e o eixo empurram o óleo durante a compressão. Quando isso acontece, uma pequena quantidade de óleo (que foi deslocada pelo aumento do volume da haste dentro do corpo do amortecedor) é forçada para dentro do reservatório, mas o mais importante é que o óleo também se move através da pilha de válvulas até a parte inferior do amortecedor. Quando o amortecedor ricocheteia (lembre-se de que a mola do amortecedor principal está trabalhando para forçar o amortecedor para baixo), o óleo, que agora está embaixo da pilha de válvulas, agora precisa retornar ao topo do amortecedor. Porém, é importante que o óleo não passe de volta pela pilha (há uma arruela dobrável na pilha de válvulas) - ele passa por um pequeno orifício na parte superior do eixo. É esse buraco que cria a possibilidade de configurações variáveis ​​de recuperação. A arruela dobrável permite um circuito de óleo separado para recuperação e compressão.

A arruela externa verde desliza para cima e para baixo nas arruelas internas com o auxílio da mola em forma de estrela. Quando está no topo de seu movimento, esta arruela veda a parte inferior do pistão (não mostrada para maior clareza), forçando o óleo na parte inferior da válvula a ser forçado através do eixo durante o retorno.

Recuperação "Clicker"

O orifício na parte superior do eixo do amortecedor ajuda a controlar a velocidade do óleo conforme ele retorna ao topo do amortecedor. O tamanho do furo é alterado girando um pequeno eixo dentro do eixo principal usando o seletor de 4 posições localizado abaixo da manilha. O seletor gira uma haste que percorre quase todo o comprimento do eixo. A haste é conectada ao eixo menor com furos concêntricos de tamanhos diferentes que se alinham com o furo no eixo do amortecedor. Funciona da mesma forma que o ajustador de compressão – quanto menor o furo selecionado, mais lentamente o óleo se move através dele e, portanto, aumenta a resistência ao ricochete.

O sistema de válvula permite que o óleo passe livremente através do conjunto pistão/válvula durante eventos de compressão. Durante a recuperação, o óleo é forçado através do orifício no eixo (azul) e sai pela extremidade do eixo, desviando totalmente do conjunto de válvulas. A haste do amortecedor pode ser girada para uma das quatro posições predefinidas, cada uma com um orifício de tamanho diferente. Isto é o que permite a recuperação variável!

O "clicker" de recuperação funciona da mesma maneira que o clicker de compressão descrito acima. Um rolamento de esferas com mola assenta nas ranhuras da haste à medida que ela é girada. Um dos desafios que enfrentamos com o conjunto do clicker de rebote foi fazer uma pequena arruela de feltro localizada no verso do botão do clicker. Levamos vários meses para localizar um fornecedor que pudesse realmente fabricar essas arruelas no tamanho e espessura desejados e com adesivo...

Parada

Qual é o batente? É a pequena rolha de borracha localizada na base do eixo que você vê visível na foto do amortecedor abaixo.

É importante? Sim! O batente é a última linha de resistência do amortecedor durante um evento de compressão. Seu tamanho, formato e dureza são extremamente importantes para ajudar a amortecer o amortecedor quando ele "funde". Sem um batente, não haveria nada que impedisse a base do amortecedor (conjunto da manilha) de entrar em contato com o corpo do amortecedor cada vez que o amortecedor atingisse o fundo.

Optamos por usar um batente KYB genuíno, pois eles estão prontamente disponíveis no mercado.

Cabeça de vedação

Optamos por usar uma cabeça de vedação de reposição prontamente disponível para completar nossa montagem de choque.

Bucha de montagem da estrutura do amortecedor

Optamos por usar uma unidade OEM Kawasaki aqui e a pressionamos no corpo do amortecedor.

Bucha de montagem antichoque superior

Mola de choque

Tal como acontece com a maioria das máquinas de motocross de 80 cc da década de 1980, o KX80 foi projetado para se adequar às características médias de idade, peso e altura para a classe relevante (meninos de 9 a 16 anos de idade) e pesos médios de 40 kg/90 lb (roda pequena) e 50 kg. /110 lb (roda grande). Mesmo assim, começamos a trabalhar e projetamos molas mais rígidas para os caras que ainda as usam.

A Kawasaki listou a taxa de mola original em 4,2 kg/mm ​​(4,6 kg/mm ​​para o modelo Big Wheel). Nossos testes indicam que essas taxas de mola são boas (com alguma pré-carga adicional e queda estática abaixo do ideal) para até 70kg/150lb. Por isso, projetamos três taxas de mola para escolher: 5,5, 6,0 e 6,5 kg/mm ​​que se adaptam a ciclistas a partir de 70 kg (150 lb) dependendo do seu estilo de pilotagem, idade, nível de habilidade e tipo de pilotagem que você fará.

Cada mola foi jateada, revestida com zinco e revestida com pó na prata fosca original.