Suspension

Подвеска.

Движение мотоцикла и роль подвески мотоцикла

В процессе движения мотоцикл воспринимает разнообразные нагрузки, в том числе самые неприятные, передающиеся от дороги через колеса. Чтобы уменьшить влияние этих нафузок, обеспечить плавность хода и устойчивость мотоцикла, колеса соединяют с рамой через упругие и направляющие элементы – подвеску.

В качестве упругих элементов обычно используют спиральные пружины, рессоры и торсионные валы.

Но одних только упругих элементов мало. Поскольку в таком варианте после наезда на любое препятствие мотоцикл бы долго еще продолжал раскачиваться – ведь колебания сами собой затухают медленно. Поэтому в дополнение к упругим элемента вводятся гасители колебаний, амортизаторы.

В отличие от автомобилей, где упругие элементы и амортизаторы – вполне самостоятельные конструктивные узлы, на мотоциклах они обычно объединены в один узел, который обобщенно называют амортизатором.

На заре мотоциклизма в качестве гасителей колебаний широко использовались фрикционные диски, прижатые друг к другу. В конструкциях, дошедших до наших дней, этот принцип живет лишь в рулевых демпферах некоторых мотоциклов. Фрикционные устройства повсеместно вытеснены более совершенными гидравлическими, газовыми или газогидравлическими. В них действует принцип пропускания жидкости или газа через очень малые отверстия и зазоры.

При этом газ или жидкость оказывают тем большее сопротивление, чем меньше отверстие или зазор.

Наконец, помимо упругих элементов и гасителей колебаний, в каждую подвеску входит еще и направляющее устройство. Его задача – обеспечить перемещение колеса строго в заданной плоскости. Роль таких устройств играют телескопические трубы и рычаги передних вилок, маятники и рычаги задних подвесок.

Все сказанное относится к подвеске в целом. На мотоцикле же каждое колесо имеет собственное подрессоривание. Подвеску конструктивно разделяют на переднюю и заднюю.

Передняя подвеска мотоцикла

Передняя подвеска. Век рычажных передних вилок, в которых использовались рессоры и фрикционы, был очень коротким. Их быстро сменили телескопические вилки. Они непрерывно модернизировались, улучшались, изменялись и царствовали безраздельно на протяжении полувека. Чем же так привлекателен «телескоп»?

Во-первых, легкостью рулевого управления – ведь вся вилка крепится в рулевой колонке на шариковых подшипниках, имеющих очень малое трение.

Во-вторых, тем, что руль при такой конструкции непосредственно воздействует на управляемое колесо, что позволяет очень точно управлять мотоциклом.

В-третьих, поскольку в телескопической вилке над объемом масла находится еще и объем воздуха, вилка приобретает до некоторой степени прогрессивные, то есть нелинейные характеристики – при том, что длинные цилиндрические пружины имеют характеристики линейные.

В-четвертых, «телескопы» достаточно просты в изготовлении, технологически отработаны. Они доведены до такой степени совершенства, что просто так, без боя, свои позиции не сдадут.

Однако лучшее – враг хорошего.

По мере развития самих мотоциклов стали проявляться недостатки телескопических вилок.

Самый неприятный из них – эффект клевка – был наиболее очевиден. При разгоне и торможении происходит так называемое динамическое перераспределение нагрузки, в результате которого в первом случае пружины вилки мотоцикла полностью «распускаются», то есть распрямляются на всю длину, во втором же – сжимаются. Передняя часть мотоцикла при этом совершает сильное клевковое движение. С этим недостатком пытались бороться многие фирмы, изобретая всевозможные антиклевковые системы. Но, до конца изжить «клевок» никто так и не смог.

Телескопическая вилка мотоцикла

Второй серьезный недостаток телескопической вилки мотоцикла – ее недостаточная жесткость. Рычаг «ось колеса – рулевая колонка» очень длинный, и вилка, конечно, изгибается, отчего увеличивается трение в зоне контакта подвижных и неподвижных труб. А это ухудшает реакцию срабатывания подвесок и увеличивает износ труб. К тому же конструкторам нельзя забывать о рулевой колонке, которая воспринимает все нагрузки: ее тоже приходится непрерывно упрочнять по мере роста скоростей движения. Здесь вступает в действие эффект погони за собственным хвостом. Пытаясь улучшить жесткость вилки мотоцикла, инженеры ста.ли увеличивать диаметр труб – сегодня встречаются трубы диаметром до 45 мм! Но это, естественно, увеличивает массу вилки и требует упрочнять рулевую колонку мотоцикла. В результате головка рамы становится мощнее, а вся рама мотоцикла тяжелее. С чем снова надо бороться. И так без конца.

В попытках усовершенствовать переднюю подвеску родилось множество новых вариантов. Ни один из них пока не победил – что говорит о том, что век «телескопа» еще не кончился. Но познакомиться с некоторыми конструкциями все же следует. Хотя бы потому, что одна из них может оказаться примененной на том мотоцикле, который Вы купите. А если и не окажется, то все равно знать об этом полезно.

Среди новых систем, условно сохраняющих схему телескопической вилки мотоцикла, но имеющих иное конструктивное исполнение, выделяется подвеска «Mono-Arm», предложенная голландской фирмой «White Power».

Здесь перья вилки заменены одной штампованной неподвижной стойкой, по которой, как по направляющей, скользит кронштейн, к которому консольно крепится колесо. Между кронштейном и направляющей установлены игольчатые подшипники. Для подрессоривания и амортизации используется стандартная амортизаторная стойка, такая же, какие устанавливаются в задней подвеске мотоцикла. Все вроде бы хорошо, но пока никто не решается запустить эту конструкцию в серию.

Итальянцы пошли дальше. Они стали серийно устанавливать на мотоциклы переднюю подвеску, очень напоминающую ту, что применяется на переднем колесе.. самолетов. А чем не образец? Колесо консольно крепится к рычагу, соединенному с центральным амортизатором. А тот в свою очередь соединен с рулевой колонкой. И опять: вроде бы все здорово, а массового развития система не получила. Фирма BMW продвинулась дальше других. Уже с 1993 года на мотоциклах серии «R» она серийно устанавливает новую подвеску, получившую название «Telelever».

На первый взгляд это обычный «телескоп». Но трубы здесь несут только функции направляющего аппарата. Мостики разнесены: верхний через подшипник соединен с тем местом рамы, которое только с натяжкой можно назвать рулевой колонкой мотоцикла, нижний, связанный с подвижными трубами, шарнирно соединен с продольным рычагом, опирающимся на двигатель. Между рамой и этим рычагом размещается одна амортизационная стойка. Система «Telelever» в значительной мере избавлена от недостатков «телескопа». Она обладает очень высокой жесткостью, анти-клевковым эффектом и стабильной характеристикой. Существует множество других вариантов подвесок для мотоциклов. Одни разработаны только теоретически. Другие использовались на гоночных мотоциклах и даже приносили высокие титулы. Третьи внедрены в серии. Прослеживается достаточно четкая тенденция консольного крепления колеса к продольному рычагу – это сулит хорошие показатели управляемости. Но телескопическая вилка мотоцикла все еще доминирует в массовой продукции. И потому очень велика вероятность, что именно ею будет оснащен купленный Вами мотоцикл.

Принципиально телескопическая вилка некоего обезличенного мотоцикла состоит из двух направляющих элементов («перьев»), соединенных между собой вверху двумя мостиками ирулевой колонки, а внизу – осью колеса. В рулевой колонке вилка мотоцикла может поворачиваться на подшипниках. Каждое перо состоит из неподвижной несущей трубы («стакан»), подвижной трубы и пружинно-гидравлического амортизатора. Неподвижная труба на верхнем конце имеет конус, который входит в соответствующее отверстие верхнего мостика. Труба крепится в верхнем мостике пробкой, а в разрезном отверстии нижнего – стяжным болтом.

Подвижная труба в нижней части имеет проушину для крепления оси колеса, приливы для фиксации тормозного диска и крепления крыла.

Гидравлический гаситель колебаний закреплен внутри трубы, на него опирается цилиндрическая пружина.

В каждое перо вилки мотоцикла через отверстия для пробок заливается строго определенное количество жидкости (вилочного масла) для амортизаторов-вилки мотоцикла.

Работа передней вилки мотоцикла

При наезде на препятствие (неровности дороги – тоже препятствия) колесо мотоцикла перемещается вверх, вместе с ним перемещается подвижная труба-стакан вилки мотоцикла с амортизатором. Пружина при этом сжимается. Жидкость, находящаяся в корпусе амортизатора и в скользящей трубе, свободно перетекает в верхнюю часть корпуса, приподнимая клапан. При этом жидкость практически не оказывает сопротивления сжатию пружины.

При обратном ходе колеса, когда пружина разжимается, находящаяся вверху над порщнем жидкость прижимает клапан к седлу, закрывая для себя свободный выход в резервуар под поршнем. Попасть туда жидкость теперь может только через кольцевые зазоры между поршнем и цилиндром, а также между втулкой и штоком. Сопротивление жидкости при обратном ходе колеса во много раз больше, чем при прямом. Потому такой амортизатор нередко называют амортизатором одностороннего действия. Однако если под действием пружин колесо слишком быстро будет возвращаться в начальное положение, это тоже плохо. Возможны удары механических деталей амортизатора друг о друга. Чтобы это не случилось, в конструкцию вводят еще один клапан, который закрывается при обратном ходе колеса (клапан отбоя).

На современных мотоциклах-одиночках легкость поворота руля в рулевой колонке обычно регулируется на заводе-изготовителе и в процессе эксплуатации уже не изменяется. Разве что ее приходится восстанавливать после ремонта передней вилки, связанного с ее демонтажем.

На отечественных мотоциклах, особенно тех, которые эксплуатируются с боковым прицепом, в рулевой колонке имеется демпфер, позволяющий изменять легкость поворота руля. При его затягивании увеличивается сила трения между неподвижной фрикционной шайбой, объединенной с Офаничителем поворота руля, и подвижными металлическими дисками. При езде по плохой дороге можно, затянув демпфер, несколько снизить влияние боковых толчков и облегчить управление мотоциклом.

На работе амортизатора решающим образом отражается количество залитой жидкости и ее качество. Если жидкости меньше, чем рекомендовано заводом-изготовителем, появятся жесткие и очень нежелательные стуки при обратном ходе колеса. Если жидкости будет больше, чем надо – вилка мотоцикла будет слишком жесткой, ухудшится управляемость мотоцикла.

Под понятием «качество» мы в первую очередь имеем в виду вязкость вилочного масла (амортизаторная жидкость – это ведь тоже масло). Видочное масло с высокой вязкостью будет плохо продавливаться через зазоры и калиброванные отверстия – от этого вилка мотоцикла становится жесткой, не чувствительной, неспособной гасить мелкие колебания. Вилочное масло с малой вязкостью, напротив, делает подвеску мотоцикла слишком мягкой: она будет срабатывать до упора на всех неровностях и очень плохо тормозить обратный ход колеса.

Обычно сорт амортизаторной жидкости и ее количество для каждого амортизатора указаны в инструкции завода-изготовителя. И этих рекомендаций нужно строго придерживаться. Например, для передней подвески мотоциклов ИЖ эти рекомендации таковы: в каждое перо следует заливать по 0,175 л жидкости МГПЮ. Эта специальная жидкость состоит из трансформаторного масла, кремнийорганических добавок, животных жиров, антиокислительной и противопенной присадок. Такой сложный состав позволяет жидкости успешно справляться со своими задачами в диапазоне температур от -400 °С до + 500 °С.

В крайнем случае фирменную жидкость можно заменить смесью турбинного и трансформаторного масел в равных пропорциях. Однако при этом нужно быть готовым к тому, что характер работы подвески мотоцикла изменится – и не в лучшую сторону.

Задняя подвеска мотоцикла

С мыслью о том, что переднее колесо необходимо подрессоривать, и создатели мотоциклов и сами мотоциклисты свыклись довольно быстро. Понимание пришло через руки: мотоцикл с жестко закрепленным передним колесом так скакал по неровностям дорог, что руль буквально выбивало из рук.

Иное дело – заднее колесо. Долгие годы казалось, что достаточно подпружинить седло водителя – и все проблемы будут сняты. Могу сказать честно: когда в далеком уже 1960-м году я сел на свой первый мотоцикл М1Е («макаку», на которой уже стояла передняя телескопическая вилка), седло с пружинами представлялось мне фантастически комфортным и ни о какой подвеске заднего колеса не было даже мыслей. Но время все расставило по местам.

По мере роста мощностей и скоростей скачущее по кочкам заднее колесо все меньше времени находилось в контакте с дорогой – и создавало все больше проблем по части реализации мощности и управляемости.

Одной из первых конструкций, получивших достаточно широкое распространение, стала подвеска, предложенная итальянской фирмой «Moto Guzzu». Треугольная на виде сбоку с горизонтальным основанием верхним углом шарнирно крепилась к раме мотоцикла. В остром нижнем углу была установлена ось колеса, а к противоположному углу крепились мощные пружины, располагавшиеся под двигателем и работавшие на растяжение. В качестве гасителей колебаний применялись фрикционные диски вроде демпфера руля, о котором мы рассказывали чуть выше. Эта схема оказалась настолько живучей, что и в наши дни иногда встречается, хотя, конечно, в сильно усовершенствованном виде.

Cвечная подвеска заднего колеса мотоцикла

Более популярной в тридцатые – сороковые годы стада так называемая свечная подвеска заднего колеса мотоцикла. Старые мотоциклисты помнят ее по мотоциклам ИЖ-49 и М-72). Устроена она была довольно просто: между кронштейнами в задней части рамы был установлен вертикальный шток, по которому вверх-вниз мог скользить кронштейн с закрепленной в нем осью колеса. Кронштейн был подрессорен пружиной, работавшей на сжатие. Свечная подвеска имела очень короткий ход, около 40 мм, но и это по тем временам казалось верхом комфорта.

Маятниковая подвеска заднего колеса мотоцикла

Появившаяся в пятидесятые годы маятниковая подвеска произвела буквально революцию. Ее приняли практически все мотоцикло-строительные фирмы. Да и до сих пор этот принцип остается наиболее востребованным. По крайней мере – на мотоциклах не очень дорогих. Идея такой подвески проста. Маятник, напоминающий по виду сбоку букву «П», своей поперечиной шарнирно крепится к раме рядом с задней точкой крепления двигателя, по возможности ближе к ведущей звездочке задней передачи или к переднему шарниру карданной передачи. Последнее уточнение очень существенно.

Дело в том, что заднее колесо в такой подвеске перемещается вверх-вниз не по вертикали, а по дуге с радиусом, равным длине маятника.

А цепь задней передачи (или кардан) имеет центр качания на оси ведущей звездочки задней передачи (на конце вторичного вала КП). Если бы ось маятника и ось ведущей звездочки совпадали – длина цепи при полных ходах подвески оставалась бы неизменной и ни о каких сантиметрах провисания не было бы речи.

Увы – это невозможно. И приходится закладывать провисание цепи, как фактор, компенсирующий изменение расстояния между центрами ведущей и ведомой звездочек при полных ходах подвески. (Все это относится и к карданам, а потому не будем повторяться).

Дополняют подвеску два пружинно-гидравлических амортизатора, по конструкции не отличающиеся от уже рассмотренных нами «телескопов».

Все отечественные мотоциклы – яркие представители именно этого этапа развития задней подвески.

На скутерах в силу их специфической компоновки (двигатель располагается под сиденьем водителя) кожух трансмиссии обычно служит сразу и рычагом задней подвески. При этом колесо крепится консольно, поавтомобильному

Маятниковая подвеска покорила всех.. кроме тех, кто не захотел смириться с ее недостатками. А главным недостатком является линейная характеристика этой подвески. То есть такая, когда сила сопротивления пружинящего элемента прямо пропорциональна ходу колеса. В идеальном же варианте характеристика подвески должна быть прогрессивной – сопротивление должно увеличиваться не по линейному закону, с нарастанием.

Иногда частичного результата удавалось добиться применением пружин переменной жесткости, имеющих либо переменный щаг витков, либо переменный диаметр навивки. Но, во-первых, это не очень технологично. Во-вторых, удорожает конструкцию. А в третьих, рещает проблему не до конца.

Второй серьезный недостаток «маятника» заключается в том, что при всей, казалось бы, одинаковости двух амортизаторов, правого и левого, они на самом деле никогда одинаковыми не бывают.

И если на обычном дорожном мотоцикле это практически незаметно, то на спортивном мотоцикле, в условиях экстремальных, разнобой становится досадной помехой.

И в середине семидесятых годов появились первые «могильщики» классической маятниковой подвески.

Для начала Yamaha предложила измененный вариант, где маятник при виде сбоку имел форму треугольника, в котором ось качания и ось колеса находились на горизонтальной стороне, а верхний угол был соединен с одним (!) амортизатором, расположенным горизонтально и работавщим на сжатие. Тут уж никакого разнобоя быть не могло, и подвески этого типа под названием «Monocross» получили достаточно широкое распространение сначала на спортивных мотоциклах, а потом и на дорожных. «Monocross» стала первым камнем лавины. За ней пошла целая серия конструкций, в которых инженеры постарались устранить и другой порок классического «маятника» – линейность характеристики.

Honda, например, предложила систему «Pro-Link», где верхний конец амортизатора подвижно крепится к раме, а нижний соединен с фигурным рычагом, который одним плечом крепится к коромыслу, другим к раме, а серединой через еще один рычаг соединен с маятником. Соединение амортизатора через систему рычагов позволило, изменяя соотношение плеч, придавать системе «ход колеса-жесткость подвески» любые соотношения.

По этому же пути, создавая свои конструкции, пошли Suzuki, Kawasaki, а затем и европейские концерны.

Последнее достижение в области подвесок – это, конечно, пневмогидравлические системы с электронным управлением.

Honda внедрила такую систему на своем роскошном «двухколесном автобусе» «Gold Wing». Прямо с водительского места, пользуясь всего двумя кнопками, можно изменять жесткость подвески на ходу в зависимости от условий движения.

Впрочем, и это не предел. Специалисты полагают, что в скором времени будет создана такая умная система подрессоривания, которая вообще не потребует вмешательства водителя: мотоцикл сам будет менять характеристики подвески в зависимости от нагрузки, дорожных условий и характера движения.

– Как-то к нашей компании во дворе подъехал парень на мотоцикле. Я нечаянно взялся за амортизатор и чуть руку не обжег.. Почему он такой горячий?

Работа подвески мотоцикла заключается в том, что она гасит часть энергии удара колеса о неровности дороги. Именно часть – потому что, кроме подвески, эта энергия поглощается шиной, ободом, спицами, передается на раму и на водителя. В свою очередь, то, что пришлось на долю подвески, частично гасится пружиной, а частично – гасителем колебаний, гидравлическим амортизатором. В этом элементе механическая энергия затрачивается на вытеснение жидкости, перекачивание ее из одного объема в другой через узкие каналы, и на нагревание! Чем полнее и чаще ход подвески (то есть, чем хуже условия движения), тем сильнее нагрев жидкости. По некоторым данным ее температура может иногда превышать 1000 °С.

Понятно, что наружные детали амортизатора мотоциклов, обдуваемые потоком воздуха, не могут быть таким же горячими, но и на их поверхности температура может достигать 60 °-70 °С. Конечно, это не опасно, обжечься о них нельзя.