Поговорим о трансмисии мотоциклов (часть 1)

BMW__G450X_2010_07

Уровень развития мотоциклетной мототехники в наши дни таков, что мощностью в 100 лошадиных сил и более трудно удивить. Но одно дело такую мощность развить, а другое — довести до ведущего колеса, желательно ничего не потеряв по дороге (точнее, потеряв как можно меньше). Вторая задача, между прочим, ничуть не проще первой. И для реализации этих задач существует совокупность устройств, получивших общее название трансмиссия (от английского «transmission» — передача).
В современном понимании к трансмиссии относят сцепление, моторную передачу, коробку передач и главную передачу. Мы постараемся рассмотреть каждое из этих устройств отдельно и достаточно подробно, как они того заслуживают.

Чтобы понять, для чего необходима такая сложная цепочка передающих механизмов и поверить, что она и впрямь необходима, начнем с самого простого «нулевого» варианта,в котором трансмиссии нет вообще. Примером можно назвать мотоцикл «Мегола» которые выпускал Фридрих Коккерель  с 1919 по 1925 года. У него не было ни сцепления ни коробки  передач.

Megola700

Ну или еще и паровоз.

паровозXL

Причем тут паровоз? спросите вы! Да все просто — понятно ваше удивление, особенно, если учесть, что многие и паровоз видели только в кино.

parovoz_html_
Паровой двигатель с точки зрения механики имеет идеальную характеристику. Подавая пар в цилиндры, механик (машинист) буквально, зримо и ощутимо управляет перемещением поршня, который через шатун связан сразу с колесом.
Мало дали пару, — медленно движется поршень, — медленно поворачивается колесо. Дали больше пару, — быстрее пошел поршень, — быстрее завертелось колесо. При этом зависимость мощности от частоты вращения колеса (или скорости, что одно и то же) принимает весьма занимательную форму. Она принимает вид горизонтальной прямой!
А что же в результате мы получим (имеется в виду зависимость момента на колесе от скорости движения)? Совершенно верно, — это будет гипербола. Дня читателей, не очень сильных в математике,  гипербола обладает свойством иметь в каждой своей точке величину произведения момента на частоту вращения (а значит мощность) постоянной. Такой вил характеристики является идеальным для движения транспортного средства.
Именно поэтому паровозы применялись на железных дорогах вплоть до пятидесятых годов, несмотря на высокий уровень развития двигателей внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания с самого момента появления был более привлекателен из-за высокого к.п.д. Но все хорошо, как известно, не бывает, и главным недостатком ДВС явилась именно проблема передачи мощности па движущее колесо.
Не вдаваясь в абсолютные величины мощности и момента, взглянем, для примера, на характеристику самого среднего мотоцикла без коробки передач. Так как максимальная скорость такого мотоцикла лежит в пределах 110-120 км/ч, то и характеристика двигателя также будет растянута во всем диапазоне от 0 до 120 км/ч. То есть теоретически скорости 0 км/ч будет соответствовать 0 об/мин, а скорости 120 км/ч — некая максимальная частота вращения (для отечественных двигателей около 6000 об/мин).
Как вы думаете, далеко на таком мотоцикле можно будет уехать? Я думаю, что он и с места не сможет тронуться. Хотя теоретически при наличии мощного мотора это и будет возможно, но такая езда удовольствия доставлять не будет. К тому же на высоких скоростях реализовать максимальную мощность также не удастся.
Для наглядности вспомним детство, мотовелосипеды с моторчиками Д-6. Лишенный коробки передач, двигатель был способен разогнать импровизированный .мотоцикл до скорости 30-40 км/ч. Но при этом приемлемо тянул только с 20 км/час. На двухскоростном мопеде ситуация была другая. Если счастливый обладатель мотовелосипеда при езде в горку был вынужден максимально разгоняться и помогать педалями, T водитель мопеда мог просто включить первую передачу и спокойно туда въехать. То же можно сказать и о моменте трогания с места.
Так мы вплотную подошли к идее применения многоступенчатой коробки передач на мотоцикле, как к единственно возможному пути приспособления характеристики двигателя к характеристике мотоцикла.

х
На рисунке показаны зависимости момента и мощности на колесе от скорости движения для мотоцикла с максимальной скоростью 120 км/ч и четырехступенчатой коробкой передач. А не напоминает ли эта характеристика начало статьи и отвлеченный. казалось бы, разговор о паровозах? Внимательно взглянув на графики, мы увидим нечто похожее на «паровозную» гиперболу. С увеличением числа передач мы все ближе и ближе будем приближаться к эталону. В конце пятидесятых — начале шестидесятых именно по этому пути и шли. В результате на спортивных мотоциклах того времени можно было встретить даже четырнадцатиступенчатые конструкции.
Знакомство с эволюцией конструкций передач мощности начнем с первого мотоцикла с бензиновым двигателем «Рейтваген» Готлиба Даймлера.

Рейтваген

Его трансмиссия состояла из двух шкивов и плоского ремня,перемещая который водитель мог выбирать одну из двух передач. В качестве сцепления использовался ролик, натягивающий ремень. Конструкция не очень удобная, ведь дли перемены передач приходилось останавливать мотоцикл, но для 1885 года весьма прогрессивная. Главная передача также присутствовала в виде пары цилиндрических шестерен внутреннего зацепления.
Далее некоторое время мы не встретим на мотоциклах ни коробок передач, ни сцепления. Но если в силу значительной гибкости характеристики двигателя начала века без коробки передач можно было как-то обойтись, то без сцепления ездить было просто неудобно, ведь для остановки приходилось глушить двигатель. В связи с этим, в начале века все чаще появляются мотоциклы, оборудованные механизмом сцепления. Как правило, это все тот же прижимной ролик, меняющий натяжение приводного ремня задней передачи. На отдельных образцах начинает появляться сцепление в виде дисковой муфты, похожей на сцепления современных мотоциклов.
Наступил год 1907, примечательный тем, что на острове Мэн были впервые проведены гонки «Турист Трофи». Профиль маршрута прохождения гонок характеризовался большим числом подъемов и спусков, а перепад высот составлял около 450 метров. В таких условиях езда на одной передаче становилась затруднительной, если не невозможной. К тому же скорости мотоциклов постоянно росли, и скоростного диапазона двигателя просто не хватало. Этот факт подстегнул конструкторов к внедрению еще одного элемента трансмиссии.
Теперь становится понятным, почему на всех современных мотоциклах и мопедах в той или иной форме присутствует устройство изменения передаточного отношения, или коробка передач, говоря общепринятыми терминами.
Итак: трансмиссия представляет собой ряд узлов и агрегатов для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущему колесу или колесам.
По характеру связи между двигателем и ведущим колесом, а также по способу преобразования крутящего момента трансмиссии делятся на механические, гидромеханические, ги-дрообьемные и электрические. На мотоциклах широкое применение нашли механические трансмиссии, которые, в свою очередь, делятся на автоматические и механизмы с принудительным переключением. В пашей беседе разговор пойдет о механических трансмиссиях с принудительным переключением, как о наиболее распространенных в мире мотоциклов.

ross-t-233
Как и все в жизни, трансмиссия представляет собой своеобразную энергетическую цепочку: коленчатый вал — моторная передача — сцепление — коробка передач — главная передача — заднее колесо.
На современных мотоциклах с поперечным расположением двигателя в раме повсеместно распространены моторные передачи либо цепью, либо парой шестерен. Но если двигатель расположен продольно, как на «БМВ» и «Урале», можно вообше обойтись без нее. Правда, обороты коробки передач повысятся, но эта проблема решается увеличением передаточного отношений главной передачи.
Рассмотрим достоинства и недостатки таких технических решений. Моторная передача служит для привода сцепления, а за ним и коробки передач. Из соображений долговечности низкая частота вращения всегда лучше, чем высокая, поэтому наличие понижающей моторной передачи благоприятно сказывается на работе всей системы в целом. В принципе, передача цепью имеет ряд преимуществ по сравнению с цилиндрической зубчатой парой. Прежде всего, наличие цепи несколько сглаживает неравномерность вращения коленчатого вала, то есть способствует мягкости работы. Но при повышении частоты вращения передача цилиндрической парой работает лучше, а так как многие современные двигатели имеют максимальную частоту вращения 9000 об/мин и более, то и зубчатая моторная передача с прямыми зубьями также получила повсеместное распространение.

пряямозубая

Прямозубая передача имеет перед косозубой единственное преимущество в том, что она не нагружает вал, а за ним и подшипники в осевом направлении.

косозубая

Достоинство же косозубой в повышенной нагрузочной способности. Достигается это тем, что при косых зубьях большее их число одновременно находится в зацеплении.
Для уменьшения поперечных габаритов отбор мощности на многоцилиндровых двигателях производится обычно с одной из внутренних шатунных шеек.
Исключение из общепринятых принципов проектирования, как всегда, составляет фирма «Харлей Дэвидсон», вернувшаяся во времена начала века. Спецификой мотоциклов фирмы является отдельное расположение в раме двигателя и коробки передач. А в качестве моторной передачи установлен ремень! С той лишь разницей, что ремень не простой, а зубчатый, сочетающий в себе все достоинства ременного привода (эластичность, бесшумность, простоту), но лишенный такого недостатка, как проскальзывание. Усилен он к тому же высокопрочным материалом — кевларом.

motorcycle
Далее по логической цепочке идет сцепление. Я думаю, нет необходимости кого-либо убеждать в полезности сцепления, которое позволяет не только соединять и разъединять двигатель с силовой передачей, но и дает возможность сделать это плавно. без ударов и рывков. В принципе можно подумать, а возможно ли установить сцепление в другом месте.

На мотоциклах применяются фрикционные дисковые сцепления. По количеству дисков, снабженных фрикционными накладками, сцепления делятся на однодисковые,  двухдисковые и многодисковые. Также различают сухие сцепления и сцепления. работающие в масляной ванне.

-moto

Сухое двухдисковое сцепление мотоцикла «Днепр»

сцепление в масляной ванне

 

Сцепление на Юнкере многодисковое в масляной ванне

От чего же зависит выбор того или иного типа? Прежде всего это определяется обшей компоновкой мотоцикла.
Но не следует сбрасывать со счетов, что в момент переключения передач (при выключенном сцеплении) ударная нагрузка на зубья шестерен тем больше, чем больше момент инерции ведомых деталей сцепления и чем больше частота вращения. Отсюда следует, что ведомые детали должны обладать минимальным моментом инерциии и сцепление нужно размешать на деталях, вращающихся с меньшей частотой.
При поперечном расположении коленчатого вала коробка передач чаще всего имеет с двигателем общий картер. Соответственно присутствует масляная ванна, в которой работает сцепление. Сухое сцепление характеризует более четкая работа при его выключении (сравните легкость переключения передач, например. «ИЖа» и «Днепра»). Но, с другой стороны, сцепление, работающее в масляной ванне, имеет лучшие условия для охлаждения.
На некоторых мотоциклах с продольным расположением коленчатого вала коробка передач выполнена отдельно от двигателя и используется сцепление сухое одно- и двухдисковое, — ведь при такой схеме нет жесткого ограничения по габаритам.
Число дисков определяется рядом параметров, главные из которых — передаваемый крутящий момент и конструктивные параметры самого механизма. Но если на величину момента при выборе сцепления мы повлиять никак не можем, то конструктивные параметры самой муфты можно менять в широких пределах габаритных ограничений.
«А что за конструктивные параметры.» — спросит читатель. Для ответа на этот вопрос задумаемся, — а от чего же зависит величина передаваемого через какую-либо муфту момента? Так как наше сцепление фрикционное, максимальный момент, который можно передать, равен моменту трения. создаваемого между дисками, но с обратным знаком. Знак в данном случае нас не интересует, а разобраться, от чего же зависит момент трения, было бы интересно. Всякий момент равен произведению силы на плечо се приложения. Следовательно, чем больше диаметр муфты, тем меньше дисков требуется, то же самое можно сказать и о количестве пружин. Но уменьшать число пружин нам невыгодно, так как может возникнуть перекос дисков. Значит. можно поставить пружины меньшей жесткости, что снизит усилие на рычаге привода.
На мотоциклах некоторых зарубежных фирм нашло применение так называемое антиблокировочное сцепление. Смысл применения его в следующем: при торможении двигателем, особенно на пониженных передачах, на детали трансмиссии действуют значительные ударные нагрузки. На двигателях большой кубатуры они могут вызвать не только блокировку колеса, но и способны (если на ста километрах в час включить первую передачу) вывести из строя детали трансмиссии.
Принцип действия его заключается в том, что при передаче момента от двигателя к заднему колесу (режим ускорения) задействованы все диски сцепления, а в режиме торможения двигателем (момент передается от заднего колеса к двигателю) работает только половина дисков и при значительных нагрузках возникает проскальзывание сцепления. Достигается такой эффект за счет применения обгонной муфты, работающей с половиной дисков сцепления.
По характеру привода сцепление может быть с автоматическим, ручным или с совмещенным с коробкой передач механизмом выключения.
В конце пятидесятых годов специалистами чехословацкого завода «Ява» было спроектировано и подготовлено к выпуску первое в мире сцепление с автоматическим выключением. Конструкция оказалась настолько удачной. что ей сразу же воспользовалась фирма «Хонда», применив ее на своих легких мотоциклах. Это послужило причиной конфликта между заводом «Ява» и «Хондой». После судебного разбирательства мотоциклетный гигант все же приобрел патент на автоматическое сцепление и успешно применяет его до сих пор. На мотоциклах «Ява» широкое распространение такая конструкция не получила по причине очень высоких требований к точности изготовления и регулировки, что сразу повышало стоимость мотоцикла.
Принцип действия автоматического сцепления упрощенно можно описать так:

Главными элементами его являются три центробежных груза, качающиеся на рычажках, закрепленных на ведущем барабане; при повышении частоты вращения под действием центробежных сил грузики отбрасываются от оси вращения и активизируется довольно сложный механизм, который сжимает диски. При понижении частоты вращения все происходит в обратном порядке. Недостатки такого механизма проявляются при движении по плохим дорогам, но в таком случае предусмотрен ручной привод выключения сцепления.
Стремлением повысить надежность системы привода сцепления объясняется появление на ряде мотоциклов, в том числе и отечественных, механизмов выключения с комбинированным приводом: с одной стороны применен классический ручной привод с рычагом на руле, а с другой сторона; при переключении передач включается в работу так называемой «полуавтоматический механизм выключения сцеплении»‘. Такая схема полюбилась отечественным мотоциклистам после появления «Яв» на советском рынке. Сей факт подстегнул наши мотозаводы, и примерно в одно время подобные конструкции появились на «Днепре» и «Иж-Юнитере». Правда, по удобству пользования они сильно отличались от «явского»— и далеко не в лучшую сторону.

диски сцепления
В заключение скажем несколько слов о материале, из которого изготавливаются сами диски. Ведущие диски, как правило, металлические, а ведомые должны быть изготовлены из материала с хорошими фрикционными свойствами, термо- и маслостойкого. В первых конструкциях дисковых муфт применялись металлические диски с пробковыми вставками. Естественно, что при повышении мощности двигателей и появлении различных синтетических материалов предпочтение было отдано последним. А диск сцепления современного мотоцикла вообще является ярким примером высоких технологий. В основе своей он металлический, а сверху покрыт фрикционным материалом, причем толщина его составляет один-два миллиметра. На некоторых кроссовых мотоциклах в настоящее время устанавливаются диски из композитных материалов. Особенностью таких конструкций является необходимость прогрева сцепления, то есть первые сотни метров после старта гоншик едет фактически с пробуксовкой сцепления. Но этот недостаток с лихвой компенсируется рядом достоинств. В отечественной практике такие технологии практически не применяются, но наши умельцы приспособились и могут изготовить диски из фанеры и даже ездить с ними.
На этой оптимистичной ноте мы закончим разговор о сцеплении, а рассказ о коробках передач вы прочтете в следующей статье………..

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

 
5 526