МОЙ МОТОЦИКЛ
Продолжение статьи о трансмисии мотоциклов, в которой рассмотрим конкретно сами коробки передач двухколесных.
- «Suzuki RK67» 1957 г. : 14 передач не предел
- Обобщенная кинематическая схема КПП
Прежде чем углубляться в чертежи, бросим беглый взгляд на принципиальную схему устройства для трансформации момента. Она перед вами. Два вала — входной и выходной, на которые насажены несколько пар зубчатых колес, входящих в контакт друг с другом. Зачем так много? Дело в том, что каждая пара имеет собственное, отличное от других, передаточное отношение. Следовательно, если мы будем включать их в работу последовательно, то добьемся выполнения поставленной перед нами задачи — наиболее эффективно использовать потенциал двигателя в зависимости от условий движения.
Во все времена мотоциклы наиболее прогрессивных конструкций предназначались прежде всего для спортивных состязаний. А так как мотоцикл — штука легкая, то и приемистость у него должна быть на уровне. В спорте, как известно, имеет значение каждый килограмм веса, и при этом существует жесткая классификация по рабочему объему двигателя. Значит, единственный способ повышения энерговооруженности спортсмена заключается в значительной форсировке силового агрегата.
Независимо от того, какой двигатель установлен на мотоцикле, двухтактный или четырехтактный, при форсировке сужается приемлемый рабочий диапазон оборотов коленчатого вала, который (диапазон) к тому же еще и смещается в зону высоких оборотов. Для того чтобы тяговая характеристика такого мотоцикла имела приемлемый вид, необходима многоступенчатая коробка передач, позволяющая использовать все возможности мотоцикла.
А так как на нем лишнего места, мягко говоря, нет, то перед конструкторами, в числе прочих, стоит задача сделать коробку передач еще и как можно компактнее. А это не так просто, если вспомнить, что для достижения наилучших характеристик мотоциклетного гоночного мотора в классе до 50 куб.см было необходимо иметь 10-12 передач, а то и больше.
В итоге теперь мы можем сформулировать требования, предъявляемые к мотоциклетным коробкам передач: соответствие диапазона передаточных отношений характеру эксплуатации, возможность переключать передачи, что называется «не задумываясь», высокая надежность узла и, конечно же, компактность. А если еще добавим удобство обслуживания и ремонта, то наш длинный список в первом приближении завершится.
Вот перед нами пара колес (зубчатых или каких еще — это пока не важно) — как же нам передать вращение от одного к другому? В технике существует множество таких способов. Первый и самый простой напрашивается сам собой. А что если ввести колеса в соприкосновение, да еще сжать их посильнее? Получится фрикционная передача. Но, как вы могли увидеть из предыдущей статьи, в таком случае необходима значительная площадь контактирующих поверхностей, что сразу же входит в противоречие с поставленными условиями. К тому же проскальзывание вызовет выделение большого количества тепла, что не способствует увеличению к.п.д. системы. Следовательно, такой способ для нас не подойдет.
Следующим возможным вариантом передачи крутящего момента является цепная передача. Подобное решение было успешно применено в коробках передач мотоциклов «Цюндапп».
Цепная коробка передач мотоцикла «Цюндапп»
Бесспорно, немецкие конструкторы не использовали бы техническое решение, будь оно плохим. Ведь всем известны достоинства цепной передачи, повышающей плавность работы. Но, опять-таки из-за значительных размеров, повсеместного распространения она не получила. К тому же не лишним будет вспомнить, что при работе любая, даже трехрядная цепь будет вытягиваться и неприятно шуметь — а это ни к чему.
Третьим, и единственно используемым в наши дни на мотоциклах решением, можно с полным правом назвать зубчатую передачу с эвольвентными зубьями. Уж технология изготовления зубчатых колес отработана в совершенстве! Но существует один тонкий момент. Дело в том, что для нормальной работы зубчатой передачи необходима очень высокая точность изготовления и монтажа, которая может быть легко нарушена при сборке-разборке неквалифицированным человеком. Впрочем, это преодолимо.
Раздельная установка кпп и двигателя на мотоцикле
Теперь коснемся монтажных схем установки коробок передач. В раме они могут располагаться либо в едином картере с двигателем, либо отдельно от него. В последнем случае крепления коробки с двигателем может и не быть, то есть они могут просто устанавливаться в раме мотоцикла. На заре развития мотоциклостроения такое решение было распространено. И действительно, подумайте, как удобно — вышла из строя коробка передач — весь двигатель снимать не надо. Но шло время, надежность росла, а затем и габаритные ограничения вспомнились. И стала установка коробки в одном блоке с двигателем постепенно вытеснять раздельную. Но, тем не менее, традиционно некоторые фирмы до сих пор применяют такое решение.
Слова словами, а как все-таки обстоит дело с ремонтопригодностью? Положим, на серьезном мотоцикле поломка коробки — дело крайне редкое.
Однако, если такое произошло, то собирать КПП после ремонта в любом случае придется, пусть и в условиях современного производства. И тут есть свои правила, знать которые полезно каждому. Но об этом немного позже. Сначала теория.
Порассуждаем немного об опорах валов коробки передач. Из машиностроения известно, что они могут быть двух типов: опоры качения и скольжения. С первыми понятно: это шариковые или роликовые подшипники.
Подшипники скольжения, в свою очередь, принципиально могут быть двух типов: со смазкой под давлением и со смазкой масляным туманом. Для подшипников скольжения материалы контактирующих поверхностей всегда подбираются тщательным образом исходя из многих факторов: коэффициентов трения, расширения и т.д. В случае смазки под давлением материалы подбираются не менее тщательно, но условия работы такого подшипника намного лучше, так как контакта между трущимися поверхностями не происходит по причине образования так называемого «масляного клина». Правда, в этом случае необходим масляный насос со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Подшипники качения к смазке менее требовательны, что и обусловило их повсеместное использование в коробках передач. Существует их великое множество, но мы пока не будем рассматривать конкретно их все виды. Тонкостью при применении таких подшипников является как раз то, что при монтаже они предъявляют повышенные требования к соосности монтажных отверстий.
Итак, «половиним» двигатель традиционной компоновки, с вертикальным разъемом. В процессе сборки придется напрячься для соблюдения соосности тех самых посадочных мест под подшипники, о которых мы упоминали. И даже при наличии центровочных штифтов «того, чего надо» можно и не добиться. Последствия? Срок службы подшипников сократится ощутимо. А если в двигателе не два цилиндра, а четыре, да еще расположены они в ряд? С такой схемой вертикальный разъем картера никто делать не будет, отдав предпочтение горизонтальному, как более подходящему. При этом разговор о соосности валов при сборке можно и не вести — это вам не вертикальный разъем,
Наконец то, после теоретических и практических отступлений, настало время подробнее рассмотреть конструкцию самого узла. Для этого имеет смысл попытаться провести классификацию всего многообразия имеющихся конструкций по определенным признакам. Но любая классификация предусматривает определенные правила, а из правил, как известно, бывают исключения, которые мы попытаемся не обделить вниманием.
Для начала все коробки разделим по принципиальной кинематической схеме, в данном случае число ступеней для нас не важно. Получится, по крайней мере, два варианта: двухвальная коробка передач и трехвальная коробка с прямой передачей. Кстати, внешне обычно такие коробки почти не различимы.
Трехвальная четырехступенчатая конструкция в положении различных передач: а — первая; б- вторая; в — третья; г — четвертая.
А теперь прикинем, что лучше — коробка с прямой передачей или без нее. При этом условимся, что прямой считается такая передача, при которой происходит непосредственное соединение соосных входного и выходного валов и крутящий момент через зубчатые зацепления не передается. Отсутствие износа в таком положении, бесспорно, факт положительный. Но в промежуточных положениях момент идет по усложненной цепочке через два-три и больше зацеплений. Потери, естественно, больше.
При двухвальной схеме все намного проще — каждой передаче соответствует своя пара шестерен (как в начале статьи), по которой крутящий момент и передается.
Посмотрим теперь на сферу применения таких на первый взгляд похожих, но в то же время разных схем. Все зависит от характера эксплуатации мотоцикла. Если он предназначен для дорог и его максимальная скорость невелика — есть смысл использовать схему с прямой передачей (вспомните «Явы» и «ИЖи»). Но мотоцикл с таким портретом отчетливо напоминает аппараты сорокалетней давности, и в мире подобные варианты встретить не просто. Практически все производители в наши дни используют двухвальные коробки передач, более простые и надежные.
Теперь мы подошли к теме переключения ступеней коробок передач. Сначала рассмотрим альтернативные схемы. Первая, использующая в качестве исполнительного элемента перемещаемый шток со шлицами, хорошо знакома всем, кто был когда-либо владельцем «Вятки».
Устроена она следующим образом: первичный вал выполнен полым, а внутри него перемещается шток со шлицами. На вал насажены шестерни, входящие в зацепление с шестернями вторичного вала, выполненными с ним (валом) как единое целое (в технике существует термин — блок шестерен). Выбор соответствующей передачи осуществляется как раз штоком — шлицы его соединяют шестерню определенной передачи с первичным валом. Конструкция простая, надежная и, что не менее важно, компактная — ведь между соседними шестернями можно практически не делать зазора. Однако, поскольку крутящий момент в такой конструкции передается через шлицы, расположенные на малом радиусе, при больших величинах момента такая схема неприемлема.
Схема кпп со штоковым включением: а — нейтралка; б — первая передача; в — четвертая передача.
Близки по принципу действия к вышеописанным шариковые коробки передач. Их безраздельное царство — легкие мопеды, так как отсутствие каких-либо зубьев в механизме переключения обусловило высочайшую надежность. Был даже опыт электрического привода такого механизма на мотоцикле «Виктория В-35». Штоком переключения управлял электромагнит, а электромагнитом — кнопки, расположенные на левой рукоятке руля.
Но самый распространенный способ переключения передач — конечно же, путем перемещения некоторых элементов (муфт переключения или самих шестерен) в осевом направлении на валах. Муфты переключения могут быть зубчатыми или кулачковыми, причем последним отдается предпочтение. Перемещение муфт по валу происходит на шлицах — то есть они связаны с валом и через них может передаваться крутящий момент. В движение они приводятся либо вилками, либо поводками, входящими в кольцевую канавку на муфте.
Для наглядной иллюстрации принципа действия коробки передач с переключением муфтами познакомимся с простейшими конструкциями — двухступенчатыми. Схемы их представлены на рисунках. В обоих случаях коробка состоит из двух валов, причем внимания заслуживает именно первичный вал. В первом случае на него насажены два зубчатых колеса, вращающихся в нейтральном положении свободно. Связь с валом осуществляется в случае перемещения муфты вправо или влево, до зацепления с шестерней. Во втором случае по первичному валу перемещается блок шестерен, вызывая включение первой или второй передач.
Принципы работы многоступенчатых коробок передач понятны из рисунков, а нам настало самое время поговорить о приводе механизма переключения, то есть о том органе, который вызывает сложное движение различных муфт, штоков и т.д., то есть исполнительных элементов коробок передач.
В довоенное время очень распространенным было ручное переключение передач ручкой на баке, а на некоторых мотоциклах (например, на «БМВ») рычаг был даже двухходовой, как на автомобиле.
Ножное переключение впервые было применено фирмой «Вело-сетт» в 1928 году. И к середине тридцатых годов такая схема вытеснила остальные. Как ни странно, в этой схеме самое трудное — это одним движением небольшой педали заставить вилки переключения перемещаться с высокой точностью. Эту задачу выполняет элемент, связанный с вилками и приводящий их в движение. Как правило, таким элементом является так называемый вал переключения, или, иначе, копирный вал, либо копирная пластина, выполняющая такие же функции. В обоих случаях поводки вилок перемещаются по пазам строго определенной формы. Сам же копирный элемент поворачивается на некоторый угол с помощью механизма с селектором (он показан на рисунке).
а — исходное положение педали: 1- зубчатый сектор; 2 — собачки; 3 — держалка собачек; 4 — педаль. б — педаль нажата вниз- первая передача; в — педаль в исходном положении при включеной передаче.
А после этого представьте себе сложность всего устройства в целом: после нажатия на педаль включается в работу селектор, поворачивающий копирный элемент, а затем, следуя по фигурным пазам, перемещаются муфты переключения.
Для полноты классификации упомянем, что в мировой практике применялся еще один способ привода механизма переключения — поворотной ручкой на руле, сблокированной с рычагом выключения сцепления. Как правило, такое решение использовалось при переключении ступеней коробки передач штоком со шлицами (на мотороллере «Вятка», например). От ручки шли два тросика непосредственно к механизму переключения. В эксплуатации такой способ удобным не был — процедура регулировки тросов была крайне утомительна. На тяжелых мотоциклах, чаще с коляской, в коробке передач предусмотрен задний ход. Конструкция его упрощена. Включение заднего хода осуществляется отдельным рычагом, который вводит в зацепление промежуточную шестерню с отдельно стоящими в стороне от остальных двумя шестеренками. Как правило, предусмотрена блокировка от включения в неподходящий момент.
Особняком стоят коробки передач мотоциклов повышенной проходимости. В наше время, правда, такие встречаются все реже по причине отсутствия бездорожья в развитых странах. А тем, кто все-таки его находит, предлагаются различные ATV, выходящие за рамки нашего повествования. Исключением являются так называемые «мотоциклы для лесничих», выпускаемые малыми партиями.
Ярким примером мотоцикла -повышенной проходимости является «БМВ R75» . Основной секрет, помимо привода на колесо коляски, был как раз в его коробке передач. А включала она в себя, помимо обычной четырехступенчатой, еще одну двухступенчатую «коробку в коробке», иначе называемую демультипликатором. В результате конструкция получилась трехвальная с тремя параллельными валами, позволившая включать восемь передач вперед и две назад.
КПП мотоцикла БМВ R75
Понятно, что в наше время все быстро меняется и прогресс не стоит на месте, уже существуют и автоматические КП на мотоциклах (полуавтомат был давно) — но это все уже другая тема для разговора, которую начнем позже.
Источник
