Базовая информация по пружинам подвесок мотоциклов.

Здравствуйте.

Наткнулся в англоязычном Интернете на прекрасную статью по подвескам мотоциклов, выкладываю ее перевод, поскольку информация изложена просто, понятно и достаточно полно. Статья почти научно-популярная, крутым теоретикам читать не советую, но тем, кто хочет разобраться в видах подвесок мотоциклов, не вникая глубоко в детали, она будет очень кстати. Фактически, собрана самая полезная для простого пользователя информация.

Да, и для владельцев мотоциклов BMW эта статья будет иметь отдельный интерес, поскольку в ней целый параграф посвящен видам подвесок мотоциклов этой марки.

Предыстория.

Варианты подвесок мотоциклов настолько же разнообразны, как и у автомобилей. Конечно, на мотоцикле всего два колеса, но это и заставляет инженеров уделять подвескам более пристальное внимание. Самым распространенным вариантом задней подвески мотоцикла является маятник с двумя амортизаторами или маятник с одним амортизатором (моноамортизатором). Самым распространенным вариантом передней подвески является телескопическая вилка. Хотя, как ни странно, до сих пор распространены мотоциклы в стиле круизер, вообще не имеющие задней подвески — так называемый «хардтейл» («сухая рама» или»сухарь»). В этом случае ось заднего колеса проходит через раму. Это своеобразная дань истории, ведь вплоть до 20-х годов прошлого века единственное, что находилось между дорогой и задницей ездока были пружины под седлом и давление в шинах.

Несколько выводов, помогающих сделать выбор

Только зная все достоинства и недостатки газомасляных и масляных амортизаторов можно сделать выбор, исходя из своих требований к мотоциклу:

• Воздушные подходят любителям агрессивной езды по ровным дорогам – владельцам «спортов», гоняющих на треках;
• Для плохих дорог и бездорожья лучше выбрать масляную подвеску, которая обеспечит комфорт передвижения;
• Новый амморт в любом случае будет лучше старого, какой бы вы ни приобрели;
• Качественная дорогая деталь всегда будет лучше дешевой «китайской».

В двух словах о геометрии мотоцикла.

Прежде чем вы окунетесь в мрачный мир технических терминов, изложенных в данной статье, нелишним было бы уяснить базовую логику работы подвески любого мотоцикла. Следующая иллюстрация отображает основные термины, с которыми вам придется столкнуться.

Steering Axis — ось управления; Rake Angle — «рейк», угол наклона вилки; Trail — «трейл», расстояние на земле между осью колеса и линией, продленной от оси рулевой колонки; Wheelbase — колесная база, расстояние между осями переднего и заднего колес мотоцикла.

На спортбайках небольшой рейк, из за которого трейл также не велик. Маленький трейл дает меньше устойчивости и стабильности, но зато позволяет сделать мотоцикл более легкоуправляемым и маневренным. Напротив, чопперы, круизеры и кастомы имеют большой рейк. Больше рейк — больше трейл, что делает такие мотоциклы стабильными и устойчивыми на прямой, но зато они тяжело рулятся. Обычно на мотоциклах рейк колеблется в промежутке 5 градусов. К примеру, спортбайк Yamaha R1 имеет угол наклона вилки в 24 градуса, тогда как у круизера BMW K1200LT он составляет 26,8 градусов.

Другие признаки неисправностей подвески

Внимательный мотоциклист может заметить проблемы с аммортами до того, как они начнут «пробивать»:

• Ощущается нестабильность в управлении транспортного средства даже на ровных участках дороги;
• Появляется зыбкость в поворотах, сложно удержать запланированную траекторию;
• Во время работы подвески появляются сторонние звуки – от скрипа или писка до звона и грохота;
• Амортизатор потек – на нем остаются следы масла (это особенно опасно, поскольку жидкость может попасть в тормоза, чем спровоцирует ДТП).

Причин таких изменений может быть много – чаще всего это возраст мотоцикла. Большинство техники, ездящей по нашим дорогам – сильно поношенные «японцы», у которых сальники уже потрескались от времени и атмосферных условий, а пружины просто износились. Второй тип аппаратов – «новые китайцы», у которых в большинстве случаев качество материалов оставляет желать лучшего изначально. Так же сильно страдают кроссовые и эндуро мотоциклы по понятным причинам.

Клевки при торможении.

Одним из недостатков телескопических вилок является их тенденция сжиманию при торможении, что приводит к тому, что мотоцикл «клюет носом». Такие клевки больше всего зависят от геометрии конкретного мотоцикла. При торможении вы замедляете движение мотоцикла вперед. Сила инерции куда-то девается, и этим «где-то» и является передняя вилка. Поскольку телескопическая вилка находится под углом к вертикальной оси мотоцикла и под углом к вектору силы, толкающей мотоцикл вперед, часть этой силы сжимает подвеску. Вспомним школьный курс физики. Усилие, передаваемое под углом, равно основному усилию, умноженному на косинус угла. Помните, что угол рейка рассчитывается от вертикальной оси? Поэтому-то угол, о котором мы говорим, фактически равен разнице между 90° и углом рейка, то есть, является дополнительным углом к рейку. А поскольку синус и косинус являются являются взаимно обратными функциями, косинус рейка будет равняться синусу дополнительного угла. Так что для рейка в 25° градусов мы можем использовать как синус дополнительного угла (65°), так и синус рейка.

Посмотрите на рисунок справа и представьте, что рейк нашего мотоцикла равен 25°. Тогда сила, которая воздействует на переднюю вилку мотоцикла, будет равна силе торможения (breaking force) умножить на синус угла рейка. Для наглядности возьмем до смешного малую силу торможения в 1 ньютон. Тогда наш расчет быдет выглядеть следующим образом: 1*sin(25)=0,4226 или 42,26%. То есть, 42 % от силы торможения распределяется на вилку и давит на пружины и масло. А теперь подставим реальные цифры. Представим, что ваш вес равен 100 кг., а мотоцикл весит 165 кг. Сила торможения = масса*ускорение. Нажав на тормоз, вы легко можете достигнуть замедления в 1G, то есть, в 9 м/с?. В этом случае сила торможения: 265 кг *9 м/с?= 2385 ньютонов. Если 42% от этой силы давят на пружины и масло мотоцикла, вилке приходится справляться с усилием около 1000 ньютонов, что равняется 100 кг. веса. Как будто вы перенесли на вилку мотоцикла весь вес своего тела — вот почему мы чувствуем клевок.

Первый выстрел в войне с клевками произвел концерн Honda, когда в 1969 году инженерами этой компании была разработана система TRAC («Torque Reactive Anti-Dive Control»), но использовалась она в конструкции единичных мотоциклов вплоть до 80-х годов прошлого века. В те времена гидравлика передней вилки мотоцикла находилась во взаимодействии с гидравликой тормозов и больше всего запомнилась по Kawasaki GPZ900R, антиклевковая система которого была названа AVDS («Automatic Variable Damping System» — «Автоматически Изменяемая Система Демпфирования»).

AVDS состояла из дополнительного гидравлического цилиндра, расположенного внизу каждого из перьев вилки и соединенного с суппортами. Идея заключалась в том, чтобы использовать давление тормозной жидкости, возникающее в суппортах, для того, чтобы через плунжер закрыть клапан, перекрывающий проход вилочному маслу, и тем самым увеличить жесткость вилки. Более жесткая подвеска уменьшала клевки.

Звучало неплохо, но многие невзлюбили эту систему за одну особенность поведения мотоцикла на плохих дорогах. При торможении на разбитой дороге поездка на мотоцикле больше напоминала падение с лестницы, поскольку все неровности дороги через жесткую вилку передавались на раму мотоцикла и, конечно же, на ездока. Также это создавало повышенную нагрузку на сальники вилки мотоцикла, что приводило к необходимости их частой замены. С тех пор эти детские болезни были устранены, а наработки тех лет зачастую используются в конструкции вилок современных мотоциклов.

TRAC.

Хондовская система TRAC несколько отличалась от AVDS Кавасаки. По мнению Honda, гидравлические системы имеют два основных недостатка. Во-первых, дополнительная гидравлическая магистраль давала эффект «ватности» тормозов. Во-вторых, такие системы взаимозависимы друг от друга. Поэтому инженеры Honda решили, что их система должна приводиться в действие через поворот самого тормозного суппорта. Это делало систему абсолютно независимой от тормозного контура. Тормозные суппорта не был жестко закреплены на перьях, а находились на подвижных скобах. При нажатии на тормоз сила трения, возникающая между тормозными колодками и тормозными дисками, сдвигала суппорта, суппорт давил на клапан антиклевковой системы, установленный непосредственно в перья мотоцикла. Примерно таким же образом работали системы Yamaha и Suzuki, но Хондовская система выгодно отличалась от конкурентов тем, что сносно работала на разбитых дорогах. Все дело в том, что клапан системы TRAC был плавающим и удерживался на своем месте при помощи пружины. Таким образом, при наезде на кочку, масло успевало заполнить пространство за клапаном, что фактически отключало систему. Умно, да?

Рулевые демпферы.

Как уже было сказано, при небольших значениях рейка вилки, мотоцикл легко и быстро рулится, но страдает отсутствием стабильности на малых скоростях. Это не является большой проблемой на спортбайках, которые требуют точного управления, и при этом передвигаются довольно быстро. Проблемы начинаются, когда вы наезжаете на достаточно большую кочку. Вилка мотоцикла сжимается, колесная база уменьшается, мотоцикл теряет стабильность, переднее колесо пляшет из стороны в сторону. И так до того момента, как вилка не разожмется, и колесная база не вернется к своей первоначальной длине.

Как только это происходит, гироскопический эффект, возникающий на переднем колесе, заставляет мотоцикл «мотать головой». Гироскопический эффект заставляет переднее колесо мотоцикла болтаться из стороны в сторону. В ряде случаев руль болтается так сильно, что задевает грипсами бензобак мотоцикла. Обычно все это заканчивается хайсайдом, когда мотоцикл выбрасывает ездока вперед, через себя.

В свое время такое поведение мотоцикла послужила причиной для отзыва партии Suzuki TL 1000S по окончании пары недель после того, как они попали на витрины мотосалонов. И эта же причина заставила инженеров заняться разработкой рулевых демпферов для мотоциклов.Рулевой демпфер — отличная вещь для использования на треке и если вы не до конца доверяете своему мотоциклу. Всего существует два основных вида рулевых демпферов: линейный и роторные. Линейные демпферы представляют из себя гидравлический цилиндр и шток с поршнем, онда из сторон крепится к рулю мотоцикла, другая — к раме. Такие демпферы по своему внешнему виду походи на амортизаторы и не включаются в работу при нормальной езде, но, как только начинается расколбас, демпфер принимает на себя большую часть нагрузки.

Также встречаются роторные рулевые демпферы. Они крепятся на рулевую колонку мотоцикла над подшипником и работают за счет увеличения силы сопротивления рулевой колонки резким движениям влево-вправо. Сопротивление достигается гидравликой демпфера. Просто попробуйте ударить кулаком по одной из ручек руля при установленном рулевом демпфере — и поймете принцип его работы.

ЯПъ с тросиком вообще не заморачивался — взял бы любой подходящей длины с похожими наконечниками и свободным ходом таким же или меньше. Там колпачёк оболчки снимается (точнее — стягивается. Пофигу с какой стороны), пластиковая оболочка надрезается ножиком до нужной длины и снимается. Потом, с помощью плоскокубцев и кусачек внутреннаяя (стальная) спираль о (оболчки. Плоскими через тряпочку держим, а кусачками отматываем спираль), откусывается и колпачёк снова одевется на место. Имеем «новый» трос нужной длины Всякие натяжители тоже можно перставить используя обычную ножовку («разрез вдоль») Кстати — я себе точно так же и трос спидометра приколхозил (от какого-то оказавшегося на тот момент в магазе «китаймопеда» с похожими «концами» — мот купил с убитым тросом) и год с ним ездил, пока не заказал «родной», который оказался даже хуже «колхоза». ЗЫ. А ещё я умею паять тросики и «запаски» у меня все паяные «из чего попало». Да и сцепа сейчас стоит «самопал». И ходит не хуже «оригинальных» за ненормальные бабки (таки да — тросики у меня «только из японии». Без вариантов — слишком старый мот). Единственное, что я переделываю — бобышки. Делаю их из бронзы (от старых советских кранов) или латуни (болт+напильник) — паяется не в пример лучше всяких из «универсальных наборов». Главное — правильно рассверлить под трос. Более того — мои «родные» оболочки «простые», а новые я подбираю уже с капроновым вкладышем внутри и в результате тросик в оболочке ходит легче, чем «родной». Да и в магазин я хожу только за «тормозами», «маслом» и «резиной». На всё остальное есть руки, интернет, букварь и «разборки» разного вида (вроде того же ебея). Получается значительно дешевле. Иногда до смешного: тётка на ебее продвала «набор железа» (так и было написано. как я понимаю, «наследство от бывшего»). В результате получил малоношенную коробку, новую поршневую (без колец), балансирный вал, немеряное кол-во вкладышей, втулок, подшипников и сальников (новых естественно), РР, статор гены — за 10 евро. Пересылка встала в 16 Просто увидел и взял, хоть и вообще не нужно было на тот момент. Но кое что уже пригодилось. Остальное лежит на балконе — есть не просит. И такие «случаи» там бывают пару раз в год — стабильно. Главное — успеть среагировать. — А касательно остального… Человек же спрашивает, как подбирать… Значит «не в теме», что бывают разные(!) варианты Хочется варить? Вари (хотя там тоже не всё так просто — перегрев не допустим. даже «местный»). Хочется ставить похожий? Ставь. Кому что проще.

Подвеска мотоцикла — передняя вилка.

Конструктивно телескопические вилки современных мотоциклов являются эволюцией рычажной вилки — так называемой вилки «Гирдер». Гирдер был одной из первых попыток улучшить контроль над вилкой мотоцикла, но он имел один серьезный минус: при наезде на кочку колесная база мотоцикла уменьшалась, что приводило к потере стабильности. Этот недостаток преследует различные конструкции передних подвесок мотоциклов и сейчас, поэтому у вас есть шанс поймать расколбас даже на современном мотоцикле. Вскоре появится статья по передним подвескам, а пока переходим к задним.

Задняя подвеска мотоцикла.

Два амортизатора, обычный маятник.

Вариант подвески мотоцикла, который стал классическим. Н-образный маятник, прикрепленный одним концом к раме мотоцикла, амортизаторы с пружинами крепятся напрямую к маятнику. Это все, на что вы могли рассчитывать при покупке практически любого мотоцикла в течение долгих лет его эволюции. Этот вид подвески стал оттесняться другими видами только в 80-х годах, когда стали доступны высокопрочные материалы, позволившие перейти к другой геометрии задней подвески. Но этот немного устаревший дизайн до сих пор встречается на многих современных мотоциклах. Минусом такой подвески является ее гибкость при экстремальной езде. Этот недостаток может быть устранен только увеличением жесткости всей конструкции, следовательно, увеличением неподрессоренной массы, мешающей полноценной работе подвески.

Моноамортизатор, старая конструкция, обычный маятник.

Первая система подвески с моноамортизатором появилась на гоночных мотоциклах в 1977 году. Вообще-то в качестве экспериментов такой вид подвески то возникал, то пропадал аж с 1930-х годов, но в массовое производство пошел только в начале 1980-х.

Авторство самого термина «моноамортизатор» принадлежит Ямахе (Хонда, к примеру, использовала термин «Про Линк»). Основное преимущество заключалось в возможности уменьшить вес мотоцикла путем перестройки геометрии задней подвески мотоцикла и устранения одного из амортизаторов. Сам амортизатор по-прежнему крепился напрямую к маятнику, но располагался по центру, почти горизонтально.

Моноамортизатор, новая конструкция, обычный маятник.

Новая конструкция задней подвески предусматривала крепление моноамортизатора не напрямую к маятнику, а через систему соединений.

В конструкцию добавилась прогрессия, а сам амортизатор стал располагаться более вертикально, что положительно сказалось на его функциях, а «клетка» сложной конструкции была заменена на обычный Н-образный маятник. Для разработки такой конструкции инженерам понадобилось лишь немного больше сварки и более крепкий материал.

Моноамортизатор, маятник с консольным креплением заднего колеса.

Вершина эволюции задних подвесок мотоциклов на сегодняшний день — это моноамортизатор с консольным маятником. Это суперлегкая и супержесткая конструкция, которая используется, к примеру, на Honda VFR800.

Основным преимуществом такой конструкции является возможность быстрой замены заднего колеса мотоцикла. Это преимущество не так заметно, если вы выезжаете на своем мотоцикле покататься только по выходным, но механики гоночных команд Moto-GP оценили экономию времени на эту процедуру. Консольный маятник должен быть изготовлен из высокопрочных материалов и иметь выверенную конструкцию, поскольку вся нагрузка ложится на одно единственное плечо. Если классические маятники должны, в основном выдерживать нагрузки на изгиб, то консольный маятник также должен держать нагрузки на скручивание. Именно поэтому маятники такой конструкции по своей форме достаточно массивные и имеют несколько ребер жесткости.

Один амортизатор или два? Вспенивание масла в амортизаторах.

В старые-добрые времена на всех мотоциклах стояло по два задних амортизатора. В ходе эволюции конструкцию из двух амортизаторов сменил моноамортизатор. Вопрос: почему?

А ответ достаточно прост. В системе из двух амортизаторов они расположены достаточно близко к заднему колесу. Это означает, что поршень внутри амортизатора сдвигается практически на то же расстояние, которое проходит маятник. Крупные кочки заставляют поршень пройти расстояние в 10 сантиметров вверх, а потом вниз, что дает эффект вспенивания масла внутри амортизаторов. Когда масло по своей консистенции начинает напоминать фраппучино, амортизаторы начинают отрабатывать неровности гораздо хуже.

Система с моноамортизатором подразумевает крепление прямо у основания маятника. Маятник ходит вверх-вниз на то же расстояние, но поршень амортизатора проходит гораздо меньшее расстояние, чем в случае с парой амортизаторов. А современные системы прогрессий дополнительно смягчают нагрузку на амортизатор. Таким образом, моноамортизатор легче стправляется с крупными кочками и быстрее отрабатывает мелкие. Забегая вперед, хочется отметить, что, читая параграф о подвесках BMW вы поймете, почему крепеж амортизатора на первом Паралевере в последствии сместили к самому основанию маятника — именно потому, что первоначальная конструкция с креплением у заднего колеса не давала никаких преимуществ перед такой же конструкцией подвески с двумя амортизаторами.

Воздушный или масляный амортизатор?

Прежде, чем выбирать устройство для замены подвески, необходимо разобраться в терминологии. «Воздушных» аммортов не существует – есть масляные (гидравлические) и газовые (газомасляные, пневматические). Чтобы понять, какие же лучше, важно разобраться в их особенностях.

Масляная подвеска обладает небольшой сжимаемостью в целом, а потому очень хорошо гасит неровности поверхности, отличаясь плавной работой. Есть у нее как свои преимущества, так и недостатки.

Плюсы масляных амортизаторов:

• Более мягкая работа – соответственно, более комфортная езда;
• Такой вариант проще в производстве – и потому намного дешевле;
• Масляную подвеску можно ремонтировать в случае течи.

Минусы этого варианта:

• Внутри устройства находится воздух, который со временем может «утекать», отчего амортизатор теряет свои свойства;
• Во время работы масло сильно нагревается, становится более жидким, отчего подвеска расхлябывается и может «пробивать»;
• Если вы любитель выезжать в холодную погоду, помните о том, что при низких температурах масло наоборот, станет более вязким – а амортизатор, соответственно, очень жестким.

Газовые или, как их называют «в народе» — воздушные амморты имеют в своей конструкции компенсационную камеру с газом, находящимся под высоким давлением. У них тоже есть свои преимущества и недостатки.

Плюсы пневматических амортизаторов:

• Более жестко работают, что повышает управляемость мотоцикла, особенно его контроль в поворотах и по мокрой дороге;
• Смена температур с высокой на низкую и наоборот практически не влияют на амортизационную функцию – такие устройства работают одинаково в любую погоду;
• Более долговечные, ресурс минимум на треть выше.

Минусы этого варианта:

• Стоимость гораздо выше, чем у масляных;
• Меньший комфорт при езде;
• На «наших дорогах» изнашиваются достаточно быстро.