Трансмісії мотоциклів - механічна коробка передач (частина 2) - мій мотоцикл
Продовження статті про трансмісії мотоциклів, в якій розглянемо конкретно самі коробки передач двоколісних.
Перш ніж заглиблюватися в креслення, кинемо побіжний погляд на принципову схему пристрою для трансформації моменту. Вона перед вами. Два вала - вхідний і вихідний, на які насаджені кілька пар зубчастих коліс, що входять в контакт один з одним. Навіщо так багато? Справа в тому, що кожна пара має власну, відмінну від інших, передавальне відношення. Отже, якщо ми будемо включати їх в роботу послідовно, то доб'ємося виконання поставленого перед нами завдання - найефективніше використовувати потенціал двигуна в залежності від умов руху.
У всі часи мотоцикли найбільш прогресивних конструкцій призначалися насамперед для спортивних змагань. А так як мотоцикл - штука легка, то і прийомистість у нього повинна бути на рівні. У спорті, як відомо, має значення кожен кілограм ваги, і при цьому існує жорстка класифікація по робочому об'єму двигуна. Значить, єдиний спосіб підвищення енергоозброєності спортсмена полягає в значній форсировке силового агрегату.
Незалежно від того, який двигун встановлений на мотоциклі, двотактний або чотиритактний, при форсуванні звужується прийнятний робочий діапазон оборотів колінчастого вала, який (діапазон) до того ж ще і зміщується в зону високих оборотів. Для того щоб тягова характеристика такого мотоцикла мала прийнятний вид, необхідна багатоступінчаста коробка передач, що дозволяє використовувати всі можливості мотоцикла.
А так як на ньому зайвого місця, м'яко кажучи, немає, то перед конструкторами, в числі інших, стоїть завдання зробити коробку передач ще й як можна компактніше. А це не так просто, якщо згадати, що для досягнення найкращих характеристик мотоциклетного гоночного мотора в класі до 50 куб.см було необхідно мати 10-12 передач, а то і більше.
В результаті тепер ми можемо сформулювати вимоги, що пред'являються до мотоциклетним коробок передач: відповідність діапазону передавальних відносин характеру експлуатації, можливість перемикати передачі, що називається «не замислюючись», висока надійність вузла і, звичайно ж, компактність. А якщо ще додамо зручність обслуговування і ремонту, то наш довгий список в першому наближенні завершиться.
Ось перед нами пара коліс (зубчастих або яких ще - це поки не важливо) - як же нам передати обертання від одного до іншого? У техніці існує безліч таких способів. Перший і найпростіший напрошується сам собою. А що якщо ввести колеса в зіткнення, та ще стиснути їх сильніше? Вийде фрикційна передача. Але, як ви могли побачити з попередньої статті, в такому випадку необхідна значна площа контактуючих поверхонь, що відразу ж входить в протиріччя з поставленими умовами. До того ж прослизання викличе виділення великої кількості тепла, що не сприяє збільшенню к.к.д. системи. Отже, такий спосіб для нас не підійде.
Наступним можливим варіантом передачі крутного моменту є ланцюгова передача. Подібне рішення було успішно застосовано в коробках передач мотоциклів «Цюндапп».
Ланцюгова коробка передач мотоцикла «Цюндапп»
Безперечно, німецькі конструктори не використали б технічне рішення, якщо буде поганим. Адже всім відомі гідності ланцюгової передачі, що підвищує плавність роботи. Але, знову-таки через значні розмірів, широко розповсюдженим вона не отримала. До того ж не зайвим буде згадати, що при роботі будь-яка, навіть трехрядная ланцюг буде витягуватися і неприємно шуміти - а це ні до чого.
Третім, і єдино використовуваним в наші дні на мотоциклах рішенням, можна з повним правом назвати зубчасту передачу з евольвентними зубами. Вже технологія виготовлення зубчастих коліс відпрацьована досконало! Але існує один тонкий момент. Справа в тому, що для нормальної роботи зубчастої передачі необхідна дуже висока точність виготовлення і монтажу, яка може бути легко порушена при збірці-розбиранні не мають відповідної кваліфікації людиною. Втім, це можна подолати.
Підшипники ковзання, в свою чергу, принципово можуть бути двох типів: з мастилом під тиском і з мастилом масляним туманом. Для підшипників ковзання матеріали контактуючих поверхонь завжди підбираються ретельно виходячи з багатьох факторів: коефіцієнтів тертя, розширення і т.д. У разі мастила під тиском матеріали підбираються не менш ретельно, але умови роботи такого підшипника набагато краще, так як контакту між поверхнями, що труться не відбувається через утворення так званого «масляного клина». Правда, в цьому випадку необхідний масляний насос з усіма наслідками, що випливають звідси наслідками.
Підшипники кочення до мастилі менш вимогливі, що і зумовило їх повсюдне використання в коробках передач. Існує їх безліч, але ми поки не будемо розглядати конкретно їх всі види. Тонкістю при застосуванні таких підшипників є якраз те, що при монтажі вони пред'являють підвищені вимоги до співвісності монтажних отворів.
Отже, «половина» двигун традиційної компоновки, з вертикальним роз'ємом. У процесі складання доведеться напружитися для дотримання співвісності тих самих посадочних місць під підшипники, про які ми згадували. І навіть при наявності центровочних штифтів «того, чого треба» можна і не добитися. Наслідки? Термін служби підшипників скоротиться відчутно. А якщо в двигуні не два циліндра, а чотири, та ще розташовані вони в ряд? З такою схемою вертикальний роз'єм картера ніхто робити не буде, віддавши перевагу горизонтальному, як більш придатному. При цьому розмова про співвісності валів при складанні можна і не вести - це вам не вертикальний роз'єм,
Нарешті то, після теоретичних і практичних відступів, настав час детальніше розглянути конструкцію самого вузла. Для цього має сенс спробувати провести класифікацію всього різноманіття наявних конструкцій за певними ознаками. Але будь-яка класифікація передбачає певні правила, а з правил, як відомо, бувають винятки, які ми спробуємо не обділити увагою.
Для початку все коробки розділимо по принциповій кінематичній схемі, в даному випадку число ступенів для нас не важливо. Вийде, по крайней мере, два варіанти: двухвальная коробка передач і трехвальная коробка з прямою передачею. До речі, зовні зазвичай такі коробки майже не помітні.
Трехвальная четирехступенчатая конструкція в положенні різних передач: а - перша; б-друга; в - третя; г - четверта.
А тепер прикинемо, що краще - коробка з прямою передачею або без неї. При цьому домовимося, що прямий вважається така передача, при якій відбувається безпосереднє з'єднання співвісних вхідного і вихідного валів і крутний момент через зубчасті зачеплення не передається. Відсутність зносу в такому положенні, безперечно, факт позитивний. Але в проміжних положеннях момент йде за ускладненою ланцюжку через два-три і більше зачеплень. Втрати, природно, більше.
При двохвальною схемою все набагато простіше - кожній передачі відповідає своя пара шестерень (як на початку статті), по якій крутний момент і передається.
Подивимося тепер на сферу застосування таких на перший погляд схожих, але в той же час різних схем. Все залежить від характеру експлуатації мотоцикла. Якщо він призначений для доріг і його максимальна швидкість невелика - є сенс використовувати схему з прямою передачею (згадайте «Яви» і «Іжі»). Але мотоцикл з таким портретом виразно нагадує апарати сорокарічної давності, і в світі подібні варіанти зустріти не просто. Практично всі виробники в наші дні використовують двухвальні коробки передач, більш прості і надійні.
Тепер ми підійшли до теми перемикання ступенів коробок передач. Спочатку розглянемо альтернативні схеми. Перша, яка використовує в якості виконавчого елемента переміщуваний шток зі шліцами, добре знайома всім, хто був коли-небудь власником «Вятки».
Влаштована вона так: первинний вал виконаний порожнистим, а всередині нього переміщається шток зі шліцами. На вал насаджені шестерні, що входять в зачеплення з шестернями вторинного вала, виконаними з ним (валом) як єдине ціле (в техніці існує термін - блок шестерень). Вибір відповідної передачі здійснюється якраз штоком - шліци його з'єднують шестерню певної передачі з первинним валом. Конструкція проста, надійна і, що не менш важливо, компактна - адже між сусідніми шестернями можна практично не робити зазору. Однак, оскільки крутний момент у такій конструкції передається через шліци, розташовані на малій радіусі, при великих величинах моменту така схема є неприйнятною.
Близькі за принципом дії до вищеописаних кулькові коробки передач. Їх безроздільне царство - легкі мопеди, так як відсутність будь-яких зубів в механізмі перемикання зумовило високу надійність. Був навіть досвід електричного приводу такого механізму на мотоциклі «Вікторія В-35». Штоком перемикання керував електромагніт, а електромагнітом - кнопки, розташовані на лівій рукоятці керма.
Але найпоширеніший спосіб перемикання передач - звичайно ж, шляхом переміщення деяких елементів (муфт перемикання або самих шестерень) в осьовому напрямку на валах. Муфти перемикання можуть бути зубчастими або кулачковими, причому останнім віддається перевага. Переміщення муфт по валу відбувається на шліцах - тобто вони пов'язані з валом і через них може передаватися крутний момент. У рух вони приводяться або вилками, або поводками, що входять в кільцеву канавку на муфті.
Для наочної ілюстрації принципу дії коробки передач з перемиканням муфтами познайомимося з найпростішими конструкціями - двоступінчастими. Схеми їх представлені на малюнках. В обох випадках коробка складається з двох валів, причому уваги заслуговує саме первинний вал. У першому випадку на нього насаджені два зубчастих колеса, що обертаються в нейтральному положенні вільно. Зв'язок з валом здійснюється в разі переміщення муфти вправо або вліво, до зачеплення з шестернею. У другому випадку з первинного валу переміщається блок шестерень, викликаючи включення першої або другої передач.
Принципи роботи багатоступеневих коробок передач зрозумілі з малюнків, а нам настав самий час поговорити про привід механізму перемикання, тобто про те органі, який викликає складний рух різних муфт, штоків і т.д. тобто виконавчих елементів коробок передач.
У довоєнний час дуже поширеним було ручне перемикання передач ручкою на баку, а на деяких мотоциклах (наприклад, на «БМВ») важіль був навіть двухходовой, як на автомобілі.
Ножне перемикання вперше було застосовано фірмою «Вело-Сетте» в 1928 році. І до середини тридцятих років така схема витіснила інші. Як не дивно, в цій схемі найважче - це одним рухом невеликої педалі змусити вилки перемикання переміщатися з високою точністю. Це завдання виконує елемент, пов'язаний з виделками і приводить їх в рух. Як правило, таким елементом є так званий вал перемикання, або, інакше, копірних вал, або копірних пластина, що виконує такі ж функції. В обох випадках повідці вилок переміщаються по пазах строго визначеної форми. Сам же копірних елемент повертається на деякий кут за допомогою механізму з селектором (він показаний на малюнку).
А після цього уявіть собі складність всього пристрою в цілому: після натискання на педаль включається в роботу селектор, що повертає копірних елемент, а потім, слідуючи по фігурним пазах, переміщаються муфти перемикання.
Для повноти класифікації згадаємо, що в світовій практиці застосовувався ще один спосіб приводу механізму перемикання - поворотною ручкою на кермі, зблокованою з важелем виключення зчеплення. Як правило, таке рішення використовувалося при перемиканні ступенів коробки передач штоком з шліцами (на моторолері «Вятка», наприклад). Від ручки йшли два троси безпосередньо до механізму перемикання. В експлуатації такої спосіб зручним не був - процедура регулювання тросів була вкрай втомлює. На важких мотоциклах, частіше з коляскою, в коробці передач передбачений задній хід. Конструкція його спрощена. Включення заднього ходу здійснюється окремим важелем, який вводить в зачеплення проміжну шестерню з окремими осторонь від інших двома шестернями. Як правило, передбачене блокування від включення в невідповідний момент.
Окремо стоять коробки передач мотоциклів підвищеної прохідності. В наш час, правда, такі зустрічаються все рідше через відсутність бездоріжжя в розвинених країнах. А тим, хто все-таки його знаходить, пропонуються різні ATV, що виходять за рамки нашої розповіді. Винятком є так звані «мотоцикли для лісничих», що випускаються малими партіями.
Яскравим прикладом мотоцикла -підвищення прохідності є «БМВ R75». Основний секрет, крім приводу на колесо коляски, був якраз в його коробці передач. А включала вона в себе, крім звичайної чотириступінчастою, ще одну двоступеневу «коробку в коробці», інакше звану демультіплікатором. В результаті конструкція вийшла трехвальная з трьома паралельними валами, що дозволила включати вісім передач вперед і дві назад.
Зрозуміло, що в наш час все швидко змінюється і прогрес не стоїть на місці, вже існують і автоматичні КП на мотоциклах (напівавтомат був давно) - але це все вже інша тема для розмови, яку почнемо пізніше.