Принцип работы вилки мотоцикла

Как работает мотоцикл: подвеска переднего колеса

Автор статьи: Moto Moto

Телескопическая вилка рулит! Ни одно другое решение не сравнится с ней. Бесчисленные попытки заменить ее чем-то другим до сих пор заканчивались фиаско.

Телескопическая вилка (даже в перевернутой версии upside-down) не идеальна. При торможении вилка ныряет, что в принципе не выгодно (помните ли вы анти-системы погружения anti dive Suzuki, Kawasaki или Honda?). Ну да, но когда в передней части понижается, задняя часть поднимается, что приводит к тому, что продвижение вперед в примере спортивного мотоцикла падает с 100 до около 75 мм, а угол между вилкой и землей уменьшается с 66 до 70°, то есть вилка приближается к вертикали.

Потому что она установлена на головке рамы, расположенной под углом, и в момент провисания колесо движется не только вверх, но и назад. По этой причине колесная база умешьшается с 1450 до 1405 мм. Как правило, на этапе торможения геометрия мотоцикла меняется на более благоприятную для переносимости.

Напротив, при резком ускорении телескопическая вилка растягивается – растет колесная база, уменьшается ее наклон и увеличивается опережение, что улучшает стабильность. То есть, изменения геометрии мотоцикла, вызванные сжатием и расширениме вилки, приспосабливаются к ситуации во время движения.

Отдельные элементы для привода переднего колеса и подвески – этот патент теоретически должен иметь преимущество перед телескопической вилкой (решение «два в одном»), но на практике сумма свойств последнего недостижима.

Перевернутый

В 70-е годы и в 80-е проблему сильной деформации из-за длины вилки амортизатора пытались решить с помощью дополнительных подкреплений, либо значительно увеличив диаметры лага. Пока в конце 80-х годов система не была поставлена с ног на голову. Этот трюк называется upside-down (USD) и имеет несколько серьезных преимуществ.

Чрезвычайные изгибающие силы, возникающие на нижней полке вилки, работают на бритве USD с очень большим диаметром. Кроме того, во время его сжатия, когда возникает изгибающий момент, нижние бритвы входят в верхние, что увеличивает жесткость узла. Эта высокая стабильность перевернутой вилки upside-down является одной из причин, по которой диаметр хвостовика увеличили многие производители за последние 20 лет. Поэтому в большинстве серийных машин используются вилки с хвостовиками диаметром 41, 43, иногда 45 мм. USD является хорошим решением с точки зрения распределения массы, и в то же время уменьшает трение.

Недостатком классической вилки было сильное трение, поэтому, например, BMW использует переднюю подвеску Telelever, которая сочетает в себе особенности телескопической вилки и маятника. Более радикальным решением является система Duolever (принцип действия относится к подвеске Hossack 1979 года), в которой компоненты перемещаются в подшипниках качения, характеризующихся низким коэффициентом трения. В этом решении колесо опирается на массивные коромысла, а подвеска и демпфирование переносятся амортизатором, размещенным между ними. Благодаря такому расположению точек крепления коромысла эта конструкция практически не ныряет во время торможения.

Многие думали, что таким образом BMW положит конец карьере телескопической вилки. В 2009 году они должны были быть очень удивлены, потому что в BMW S 1000 RR, поставленном на вилку USD, тесты доказали свое превосходство над Duoiller. WS 1000 RR был элемент производства Sachs.

Много хорошего

Около 20 лет назад парни из Bimota и Yamaha, такие как Pinky и Brain of the cartoon, планировали захватить весь мир кроссовым мотоциклом. В случае с Yamaha речь идет о GTS 1000, в Bimota – о еще более технически сложной модели Tesi.

Турист-спорт GTS 1000 не смог применить свои теоретические достоинства в повседневном использовании, вероятно, среди других поэтому он не стал хитом продаж, поэтому через пять лет он исчез с рынка. Хотя Tesi еще можно купить, это мотоцикл для поклонников марки и альтернативных решений. Конструктивные решения обоих мотоциклов имели много недостатков: они были технически сложными и, следовательно, дорогими в производстве, обеспечивали слишком малый, для дорожного мотоцикла, радиус поворота и давали не лучшую передачу крутящей силы.

Бесчисленные гоночные прототипы с альтернативными подвесками привели к тому, что сегодня даже на гонках правит балом компактная и не очень дорогая вилка USD.

Дека гибкости

Если вы присмотритесь к сопротивлению скручиванию современных подвесок, вы поймете, что приветствуется определенный диапазон их гибкости. Благодаря этому система поглощает удары, вызванные неровными поверхностями. В свою очередь, очень жесткие конструкции передают эти удары на шасси, что может вызвать биение рулевого колеса или вибрацию, то есть высокочастотные вибрации переднего колеса. Кроме того, так называемая кривая частота вращения колеса, т. е. путь, который преодолевает оно во время сжатия пружин на неровной дороге, в телескопической вилке близка к идеалу. Все остальные системы, в том числе и BMW Duolever, работают в направлении, противоположном направлению удара, что вредит комфорту.

Примером целенаправленной гибкости вилки амортизатора полки некоторых гоночных машин. Как ни странно на первый взгляд, фрезерованные верхние полки вилки удерживают верхний хвостовик и допускают меньшие или большие деформации с помощью глубоких выемок. Именно поэтому массивные и крепящие несколькими зажимными винтами каждую ножку нижние полки практически полностью исчезли из спортивных и серийных машин.

Очень большие диаметры передних осей, в свое время монтируемые, например, в мотоциклах серии F MV Agusta, заботятся о максимальной устойчивости ножек к скручиванию. Конструкторы также здесь не внесли изменения и оставили их диаметр на уровне 30-35 мм.

На протяжении многих лет были устранены многие недостатки конструкции телескопической вилки. Например, благодаря покрытию поверхности голени специальными покрытиями (например, из нитрида титана) снижается трение или путем науглероживания уменьшается трение покрытых тефлоном подшипников скольжения, работающих с герметиками.

Big Piston = большой поршень

С ограниченным объемом амортизаторов, размещенных в узких голенях, в которых они работают сравнительно небольшими и сложными для выравнивания поршнями, японцы заменили системой Big Piston. Это гидравлические демпфирующие системы с большими поршнями, которые обеспечивают очень чувствительное и чрезвычайно точное демпфирование.

Большой поршень вилки Big Piston, идущий прямо к голени. Ниже представлены поршни традиционной вилки малого диаметра с регулировочным механизмом демпфирования отскока (справа) и демпфирования отскока, которые размещены в одном цилиндре амортизатора (так называемый патрон).

Большие диаметры здесь означают лучший контроль над управлением демпфированием, особенно в диапазоне малых и средних скоростей (речь идет о скорости подвески около 10-150 мм / с). Благодаря этому, мягкий ответ с превосходной стабильностью и обратной связью был согласована.

Следующим шагом было размещение системы демпфинга в одной лаге, а подавление отскока – в другой. Асимметричное разделение нагрузки не является проблемой. Жесткость вполне достаточная, чтобы избежать деформаций во время глубокой и быстрой фиксации вилки.

Следующий шаг в эволюции уже установился в гонках: в вилке с газовым двигателем (закрытый картридж) установлен небольшой газонаполненный амортизатор, который обеспечивает постоянную демпфирующую силу, потому что масло не смешивается в нем с воздухом и не образует эмульсию.

Источник

Передняя вилка мотоцикла — разные конструкции

Передняя вилка мотоцикла является одной из главных деталей любого байка и от неё зависит не только комфортная езда по нашим «прекрасным» дорогам, но ещё и наряду с мотоциклетной рамой, мотоциклетная вилка является главным компонентом любого байка, отвечающим за красивый силуэт и дизайн мотоцикла в целом. В этой статье, рассчитанной больше на новичков, я постараюсь описать устройство практически всех конструкций мотоциклетных вилок, начиная от самой распространённой телескопической, и заканчивая самыми экзотическими конструкциями, которые сейчас завоёвывают рынок благодаря модному сейчас направлению в кастомайзинге, в стиле олдскул (старая школа).

Передняя вилка мотоцикла — разные конструкции.

Телескоп — как много в этом слове!

Начнём с самой распространённой конструкции передней вилки — телескопической. Вилки такой конструкции давно уже устанавливают практически на все современные серийные модели мотоциклов. Первой такую конструкцию применила датская компания Nimbus ещё в 1919 году, на своём мотоцикле, показанном на фото слева.

Конструкция простейшего телескопа совсем не сложная и главные детали — это подвижные трубы, которые скользят во втулках, расположенных в неподвижных трубах (перьях). Наличие заменяемых по мере износа втулок, делает телескопическую вилку довольно долговечной, та как втулки изнашиваются быстрее самих труб и их можно в любой момент заменить новыми.

Об устройстве, обслуживании и ремонте простейшей отечественной телескопической вилки я уже писал вот в этой статье, а о обслуживании более современной вилки перевёрнутого типа (и замене сальников на такой вилке — см. фото чуть ниже) желающие могут почитать вот здесь. Ну а как и с помощью чего грамотно выровнять погнутые перья телескопической вилки советую почитать вот тут, надеюсь многим пригодится.

Снятые с вилки старые сальник, пыльник, шайба и стопорное кольцо.

Дальнейшим развитием телескопических вилок в 80-е годы прошлого века стала возможность наполнять их сжатым воздухом (например на кросачах Чезет 80-х годов, или на лицензионной вилке ИЖ планета 5). Это позволило подстроить вилку под нужный вес и дорожные условия. Но наиболее совершенные конструкция для регулировок ходов сжатия и отбоя, стали появляться в 90-е годы прошлого века, на спортивных мотоциклах для шосейно-кольцевых гонок.

В те же годы инженеры не стояли на месте и более толстые подвижные трубы стали устанавливать вверху, а не внизу и эти более толстые трубы вилки стали неподвижными — так и появился перевёртыш — современная телескопическая вилка перевёрнутого типа. Установка более толстых и более жёстких труб вверху в траверсах, позволила сделать телескопическую вилку более жёсткой на скручивание, что существенно улучшило управляемость и комфорт байка на высоких скоростях.

Такая конструкция начала появляться не только на спортбайках, но и на современных кросачах и далее перешла на серийные дорожные мотоциклы и стритфайтеры. Позднее перевёртыш стал появляться даже на некоторых серийных чопперах или круизёрах (Yamaha XV 1700 Warrior, Suzuki Desperado, Suzuki VTX, Triumph Rocket III и др.)

Устройство более современных телескопических вилок перевёрнутого типа, которые устанавливают на современные спортбайки и кроссовые мотоциклы чуть более сложное и здесь применяется система, с помощью которой можно регулировать хода отбоя или сжатия.

Это позволяет настроить переднюю вилку мотоцикла под вес водителя и дорожные условия, и позволяет настроить управляемость байка. К тому же на самых современных вилках появилось антиклевковое устройство, позволяющее устранить клевок мотоцикла при резком торможении.

Я не буду здесь подробно разбирать устройство таких вилок, и как работают их системы, иначе статья превратится в необъятное полотно (как нибудь выберу время и напишу отдельную статью). Кстати, подробно о регулировках подвесок — передней и задней, чтобы восстановить нормальную управляемость современного мотоцикла, я написал вот в этой статье.

Казалось бы, что современная телескопическая вилка перевёрнутого типа — это идеал, к которому стремились мото-инженеры и все мотоциклисты мира и вилкам других конструкций суждено кануть в лету, и осталось прозябать им только в мотоциклетных музеях мира.

А вот и нет — зачахли бы более древние вилки в мото-музеях, если бы не кастомайзинг и модное нынче направление — олдскул — старая школа кастомайзинга, которая завоевала своей популярностью весь мир. И поэтому мы плавно переходим к более экзотическим моделям.

Передняя вилка мотоцикла спрингер (springer — мечта чоппериста).

Такие красивые штукенции (как говорил покойный Индеец Лари) появились довольно давно, практически на самых первых мотоциклах. Но всё же первые кастомы и боберы с такими вилками начали делать на основе вилок от легендарного военного «Валуя» (Харлей Девидсон WLA).

При доработке и хромировнии такая вилка украсит любой чоппер. А популярные ныне чопперы в стиле олдскул вообще немыслимы без спрингера. Конечно же есть и другие достойные и интересные конструкции вилок, способные украсить кастом в стиле старой школы, но о них немного позже.

Но самое главное преимущество спрингера, помимо его красивого внешнего вида, это возможность нормально работать под запредельными углами наклона вилки, при которых телескопическая вилка отказывается нормально работать, а если и работает, то направляющие втулки для перьев телескопа очень быстро изнашиваются.

К тому же спрингер позволяет отказаться от угла в траверсах, который сделать довольно сложно в гаражных условиях и без которого длинный телескоп не будет нормально рулиться.

Основное отличие спрингера от телескопа — это наличие третьей траверсы, в которую упираются пружины или амортизатор. Ну и перья вилки более тонкие и изящные, чем у телескопа.

К тому же конструкция спрингера очень ремонто-пригодна и в ней практически нечему изнашиваться, ну разве что втулки (или игольчатые подшипники) в серьгах, которые можно выточить самостоятельно даже на самом маленьком токарном станочке у себя в гараже (бронзовые втулки — см. рисунок ниже, вполне можно установить вместо игольчатых подшипников).

Гердер (Girder).

Гердер в переводе с английского — ферма. Эта передняя вилка мотоцикла параллелограммного типа (ещё одно название этих вилок трапеция — trapeze). Такие вилки устанавливались на большинстве серийных мотоциклов 20 — 30-х годов прошлого века (например на наших отечественных М1 Москва или ИЖ-350).

Один из примеров изготовления такой вилки своими руками можно посмотреть в видеоролике чуть ниже.

А в шестидесятые годы прошлого века эти вилки устанавливались на самодельных чопперах не реже вышеописанных спрингеров. Параллелограммные вилки, так же как и спрингеры, оказались бы сейчас вымершим видом, если бы не олдскул мания, захватившая мир кастомайзинга в 21 веке.

Многие американские (и не только) фирмы, производившие такие вилки с 60-х годов прошлого столетия (например фирма Durfee) наверняка бы обанкротились, но благодаря моде на олдскул, фирмы, производившие трапеции, снова на коне.

Параллелограмные вилки бывают как классические трубчатые, так и в виде штампованных из листового металла перьев-ферм (как на ИЖ-350). Кстати, классические трубчатые гердеры тоже бывают оригинальной формы.

Например как у вилок модели «Nanna» с перьями в форме лука, от американского кастомайзера Джесси Рука (см. фото). У него даже есть одноперьевые параллелаграммные вилки под консольное крепление переднего колеса.

Кстати, некоторые считают, что гердеры можно устанавливать якобы только на тихоходные чопперы, из-за небольшой жёсткости таких вилок.

Доказательством того, что это мнение ошибочно, служит спортбайк, показанный на фото чуть ниже, а также скоростной мотоцикл от того же Джесси Рука (см. фото) с оборотистым двигателем фирмы КТМ.

Гердер мотоцикла на фото ниже изготовлен из углепластика, а жёсткости и отточенной управляемости этого мотоцикла с такой гердерной вилкой, позавидует любой серийный спортбайк с банальным перевёртышем. Но главным козырем аппаратов с вилками гердерами конечно же является эксклюзивный внешний вид.

Кстати, перья параллелограммных вилок некоторых эксклюзивных конструкций (например от того же Джесси Рука) могут быть подвешены на осях только на нижней траверсе, а вверху перья опираются в амортизатор, расположенный не вертикально, а почти горизонтально.

Здесь также как и у спрингера имеются игольчатые подшипники (или бронзовые втулки), которые при необходимости несложно выточить самостоятельно. Но втулки (подшипники) расположены на осях рычагов не внизу как у спрингера, а вверху.

Ход сжатия таких вилок небольшой, по сравнению с телескопом, но зато такие вилки не так сильно клюют при торможении. Но главный плюс параллелограммных конструкций вилок для мотоцикла (как и у спрингера) — это простота и эксклюзивный внешний вид.

Особенно когда вилка изготавливается на фрезерном станке из дюралюминиевой пластины. Пример такой конструкции показан на фото слева. Здесь полёт фантазии неограничен, а наличие фрезерного станка (особенно с ЧПУ) делает воплощение в металле любой творческой задумки вполне реальным (например как в видеоролике под этой статьёй).

Ресорная передняя вилка для мотоцикла.

Ну а эта конструкция появилась ещё на самых первых серийных мотоциклах, например на BMW R32 1923 года выпуска (см. фото).

Мотоцикл BMW R32 1923 года выпуска с рессорной передней вилкой.

И также как и вышеописанные спрингеры и гердеры, рессорная вилка осталась бы жить только лишь в музеях мотостарины, если бы не тот же олдскул.

Именно популярность старой школы кастомайзинга во всём мире опять возродила эти древние, и по своему эксклюзивные конструкции. Особенно большой вклад в популяризацию рессорных вилок внёс известный кастомайзер Хэнк Янг.

Причём из его мастерской выходили уникальные кастом-аппараты не только с передней рессорной вилкой, но и с рессорой в задней подвеске.

Конечно же рессорная вилка имеет очень маленький ход и не имеет системы депфирования (амортизатора) и не подходит для поездок по плохим дорогам, но как известно, для большинства кастомов, функциональность не играет никакой роли — главное эксклюзивный внешний вид не как у всех, и чем непохожее на других кастом, тем он считается круче.

Этим наверное и объясняется возрождение и популярность вилок старых конструкций.

К тому же поле для творческой деятельности не ограничено и на кастом чемпионатах можно встретить вовсе оригинальные конструкции (например как на фото справа), которые даже трудно отнести к какому то конкретному виду.

Продолжая эту тему, нельзя не упомянуть про вилки талантливейшего канадского кастомайзера Роджера Голдаммера, у которого как правило, что ни кастом, то новая уникальная конструкция передней вилки.

Есть у него и несколько эксклюзивных гердеров, которые изготавливались им из разных материалов (начиная от алюминия и заканчивая углепластиком с алюминиевыми вставками — см. фото 3), а также вилки, которые вообще трудно отнести к какому то классу. Но всё же уникальные траверсы для телескопа от Роджера, позволили сделать имя и завоевать прибыльную нишу на мировом рынке.

Вообще тема кастомайзинга довольно необъятная и на эту тему можно говорить (или писать) часами, но пора переходить к другим конструкциям вилок.

Рычажная вилка для мотоцикла.

Такие вилки появились в 50 годах прошлого столетия на некоторых серийных мотоциклах, например на мотоцикле BMW R50 1955 года выпуска, показанного на фото. Кстати, в 50-70-е годы прошлого века и наш советский мотопром использовал рычажные вилки на мотороллерах тульского производства (мотороллеры Тула, Тулица, Турист).

Вилка рычажная мотоцикла BMW R50 (1955 года выпуска). И вилка наших Уралов и Днепров.

Основное достоинство такой конструкции — это комфорт. Я и сам ездил на мотороллерах и был в восторге от их плавности хода, машинка словно плывёт по волнам (кстати, я после этого приобрёл и реставрирую мотороллер Турист).

Но как утверждают многие мотоциклисты, ездившие на байках с рычажной вилкой, такие вилки на слишком большой скорости начинают рыскать (особенно если ещё и втулки подизношены) и управляемость мотоцикла с такой вилкой мягко говоря требует сброса газа.

Наверное именно поэтому наш отечественный мотопром устанавливает примерно с 90-х годов рычажные вилки только на мотоциклы с боковым прицепом (на некоторые модели колясочников), то есть на наши тяжёлые колясочники Уралы и мотоциклы Днепр. Пример такой вилки показан на фото в правом углу.

Но модель мотоцикла BMW R50 предназначалась заводом и как одиночка и наши мотороллеры тоже.

Современные вилки для мотоцикла оригинальной конструкции.

Мотоциклетная вилка и вообще передняя подвеска мотоцикла постоянно не давала мото-инженерам покоя и долгие годы совершенствовалась. В итоге на самых последних концептуальных мотоциклах вилка как таковая исчезла, превратившись в переднюю подвеску подобную автомобильной.

Многие концептуальные конструкции передней мотоциклетной подвески представляют собой мощные рычаги, связанные с передним колесом с помощью шаровых опор, а с рулём мотоцикла переднее колесо связано системой рычагов и тяг. И основное обслуживание иремонт у таких подвесок примерно такой же, как и у автомобилей — это замена изношенных шаровых опор и рулевых тяг.

Современных оригинальных конструкций передней подвески довольно много, и описать все нереально в одной статье. Впрочем это и не нужно, так как тема статьи — передняя вилка мотоцикла и я не буду отвлекаться от слова вилка, описывая современные подвески концептуальных байков. Лучше опишу парочку оригинальных конструкций самых современных вилок — именно вилок, а не передних подвесок. Причём тех вилок, которые устанавливают на серийные мотоциклы, а не концептуальные.

Вилка БМВ объединяющая телескопическую и рычажную систему

В разработках самых современных и оригинальных вилок для серийных байков лидирует всё тот же концерн БМВ, который всегда славился гениальными инженерами, как в авто, так и в мото-индустрии. Им удалось разработать для своих современных мотоциклов и внедрить в серийное производство знаменитые вилки Telelever и Paralever.

Пример их работы — вилка, показанная на фото слева, которая объединяет в себе две системы — телескопическую и рычажную.

Начнём с того, что у мотоцикла (модель BMW R1200C) по сути отсутствует мотоциклетная рама, а её функцию выполняет двигатель. Мощный А-образный рычаг своей вершиной (через шаровую опору) опирается на нижнюю траверсу телескопической вилки, а двумя другими концами рычаг через втулки крепится к двигателю.

В середину рычага упирается амортизатор, который своим верхним концом закреплён в передний подрамник. Ну а верхняя траверса так же как на обычных телескопах удерживает неподвижные перья вилки.

Ещё одна оригинальная конструкция вилки от концерна БМВ показана на фото справа.

По сути это вроде как Гердер (параллелограмная вилка) но крепится она не через оси траверс, а через шаровые опоры, закреплённые в вершинах мощных рычагов.

Ну а связь вилки с рулём происходит через шарнирную рулевую тягу. Перья вилки выполнены массивными на вид, но лёгкими (так как легкосплавные) и очень жёсткими, так же как и рычаги, и жёсткость такой вилки ощутимо превышает даже современные вилки перевёрнутого типа.

Вилка современного мотоцикла — стритфайтера

Целью всех инженеров и их современных разработок является исключение клевка при торможении и конечно же повышение жёсткости конструкции, и в итоге достижение отточенной управляемости байка.

Самые современные мото-вилки становится сложно отнести к какому то виду, и вместе с новыми конструкциями появляются и новые названия. Все новые разработки, конечно же невозможно описать в одной статье, но с основными видами вилок для мотоцикла надеюсь я ознакомил начинающих мотоциклистов, успехов всем на дороге!

Источник