Рама мотоцикла — это основная конструкция мотоцикла . Он поддерживает двигатель, обеспечивает место для рулевого управления и задней подвески , а также поддерживает водителя, пассажиров и багаж. К раме также прикреплены топливный бак и аккумулятор. В передней части рамы находится трубка рулевой колонки , которая удерживает поворотную переднюю вилку , а сзади находится точка поворота для движения подвески маятника . Некоторые мотоциклы [1] включают двигатель в качестве несущего нагруженного элемента; в то время как в некоторых других мотоциклах используется не одна рама, а вместо этого к двигателю прикреплены передний и задний подрамники. [2]
Вначале мотоциклы представляли собой нечто большее, чем моторизованные велосипеды , и, следовательно, рамы были стальными трубчатыми . Хотя использование стальных труб по-прежнему широко распространено, в наше время теперь используются другие материалы, такие как титан , алюминий , магний и углеродное волокно , а также композиты из этих материалов. Поскольку разные мотоциклы имеют разные параметры конструкции (такие как стоимость, сложность, распределение веса , жесткость, выходная мощность и скорость), не существует единой идеальной конструкции рамы, и дизайнеры должны принять обоснованное решение об оптимальном выборе. [3]
В Европе и США до недавнего времени стандартным материалом были стальные трубы. Все основные производители (AJS, Ariel, BSA, Matchless, Norton, Sunbeam, Triumph, Velocette, BMW, DKW, Ducati, Moto-Guzzi, Harley-Davidson и Indian) использовали стальные трубы.
В отличие от развития велосипедных рам, где на смену трубчатым стальным рамам пришли рамы, сваренные из круглых или овальных алюминиевых трубок, алюминий в рамах мотоциклов почти всегда сваривается в более угловатых формах и часто образует несущую раму.
В 1983 году компания Armstrong Motorcycles выпустила мотоцикл Grand Prix объемом 250 куб.см с революционной рамой из углеродного волокна . [4] Следуя технологии, используемой в индустрии Формулы-1 , дизайнеры Armstrong Майк Ито и Барри Харт создали первый мотоцикл с рамой из углеродного волокна для участия в гонках Гран-при. [4]
Двигатель мотоцикла подвешен на одной опоре. Позвоночник может быть прочной структурой.
Двигатель мотоцикла удерживается в единой опоре с одной опорой.
Примеры
Двигатель мотоцикла удерживается в двойной опоре с одной опорой и одной нижней трубой.
Двигатель мотоцикла удерживается на месте в паре отдельных опор. Классическим примером была рама Norton Featherbed , но многие «дуплексные» рамы на самом деле имеют один стержень под резервуаром.
Две балки , также называемые балкой или двойным лонжероном , охватывают двигатель и соединяются с рулевой головкой и поворотным рычагом на кратчайшем возможном расстоянии для большей жесткости. Балки обычно изготавливаются из прессованного металла (сталь/алюминий). В решетчатой раме используется та же концепция, но для образования решетки используются сварные элементы вместо прессованного металла.
Антонио Кобасу приписывают создание современного шасси с алюминиевой рамой по периметру, которое сейчас используется на многих современных гоночных и серийных мотоциклах. [7] В 1982 году компания Cobas разработала более прочное и легкое алюминиевое двухбалочное шасси для замены стальных хребтовых рам. [7] Эту технологию скопировали крупные производители мотоциклов, и к 1990-м годам все основные гоночные команды, участвовавшие в соревнованиях Гран-при, использовали конструкцию алюминиевой рамы, впервые разработанную Cobas. [8]
Каркас прессуется или штампуется из листового металла с образованием полумонокока автомобильного типа . Одним из самых ранних примеров был мотоцикл объемом 965 куб.см, произведенный Луи Жануаром в 1920 году, в котором для изготовления рамы, заднего поворотного рычага и передней вилки использовалась штампованная сталь. Рама может быть полностью прессованной (Ariel Arrow) или иметь только прессованную кормовую часть, соединенную с рулевой головкой обычным стальным трубчатым хребтом (Honda Super Cub). И Super Cub, и Arrow также имеют вилки из прессованной стали вместо обычных телескопических вилок .
Несущая рама, более распространенная в автомобильном мире, представляет собой конструкцию, в которой нагрузки воспринимаются через внешнюю обшивку. На мотоциклах их используют почти исключительно на гоночных мотоциклах.
Французский промышленник и инженер Жорж Рой в 1920-х годах попытался улучшить велосипедные рамы мотоциклов того времени, которым не хватало жесткости. Это ограничивало их управляемость и, следовательно, производительность. Он подал заявку на патент в 1926 году и на Парижском автомобильном салоне 1929 года представил свой новый мотоцикл Majestic 1930 года в стиле ар-деко. Его новый тип монококового кузова решил проблемы, которые он решал, и наряду с большей жесткостью выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от непогоды. Строго говоря, это был скорее полумонокок, поскольку в нем использовалась рама коробчатого сечения из прессованной стали с двумя боковыми направляющими, склепанными вместе через поперечины, а также поддоны пола, а также задние и передние переборки. [12]
Легкий скутер Piatti производился в 1950-х годах с использованием монококового полого корпуса из сваренных вместе штамповок из листовой стали, в который снизу устанавливались двигатель и трансмиссия . Машину можно было опрокинуть набок, положив на подножки с болтовым креплением для механического доступа. [13]
Мотоцикл с монококовой рамой был разработан испанским производителем Ossa для мотогоночного сезона Гран-при 1967 года . [14] Хотя у одноцилиндрового двигателя Ossa было на 20 лошадиных сил (15 кВт) меньше, чем у его конкурентов, он был на 45 фунтов (20 кг) легче, а его несущая рама была намного жестче, чем у обычных мотоциклетных рам, что придавало ему превосходную маневренность на гоночной трассе. [14] Осса выиграл четыре гонки Гран-при на монококовом мотоцикле, прежде чем их гонщик погиб в результате аварии во время гонки 250 куб. См на острове Мэн TT в 1970 году , в результате чего завод в Оссе отказался от участия в соревнованиях Гран-при . [14]
Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, в начале 1970-х годов создали уникальные конструкции монококов для гонок. [15] Гонку F750 на гонках TT на острове Мэн в 1973 году выиграл Питер Уильямс на автомобиле John Player Special с монококом, который он помогал проектировать на основе Norton Commando . [16] [17] Honda также экспериментировала с NR500 , несущим гоночным мотоциклом Гран-при в 1979 году . [18] Мотоцикл имел и другие инновационные особенности, в том числе двигатель с цилиндрами овальной формы, и в конечном итоге уступил проблемам, связанным с попыткой разработать слишком много новых технологий одновременно. В 1987 году Джон Бриттен разработал Aero-D One с композитным несущим шасси, которое весило всего 12 кг (26 фунтов). [19]
Алюминиевая несущая рама была впервые использована на серийном мотоцикле с 2000 года на ZX-12R компании Kawasaki , [20] их флагманском серийном спортбайке, призванном стать самым быстрым серийным мотоциклом . В 2000 году издание Cycle World описало его как «монококовую основу… единую балку большого диаметра» и «Изготовленную из комбинации литья и штамповки из листового металла». [21]
Цельные велосипедные рамы из углеродного волокна иногда называют монококами; однако, поскольку в большинстве случаев для формирования конструкции рамы используются компоненты (даже если они отлиты как единое целое), [22] это рамы, а не монококи, и производители педальных велосипедов продолжают называть их наборами рам.
Если в раме «монокок» используются дополнительные опоры, такие как трубы или лонжероны, то раму правильнее называть «полумонокок». Примером может служить гоночный полумонокок Norton Питера Уильямса .
Решетчатая рама максимально напрямую соединяет рулевую головку с шарниром маятника с помощью металлической трубы , расположенной в виде треугольной арматуры. Используя принципы решетчатых балок , решетчатая рама обычно состоит из металлических трубчатых сегментов круглого или овального сечения, которые сварены или спаяны вместе. Хорошо спроектированная решетчатая рама должна обеспечивать прочную и легкую конструкцию, упрощающую размещение двигателя и его компонентов и обеспечивающую хороший доступ для обслуживания. Хотя строительство решетчатого каркаса требует более сложного процесса, чем, скажем, каркаса из балки из сплава, для него требуется лишь простой приспособление и грамотный сварщик. Никаких больших капитальных затрат не требуется, поэтому решетчатый каркас идеально подходит для модели, которую можно изготавливать в относительно небольшом количестве. По этой причине решетчатая рама завоевала популярность у европейских производителей, в частности у Ducati.
Некоторые мотоциклы, такие как Yamaha TRX850 , имеют гибридные рамы, в которых используется отливка из сплава в области поворота маятника. Другой вариант — подвесить двигатель на решетчатой раме, но шарнир маятника закрепить в задней части двигателя.
Для комфорта водителя двигатель мотоцикла можно установить на резиновые втулки, чтобы изолировать вибрацию от остальной части машины. Эта стратегия означает, что двигатель мало влияет на жесткость рамы, и поглощение, а не рассеивание вибрации может привести к повреждению рамы, выхлопных труб и других деталей под напряжением. [3]
Вместо этого, если двигатель жестко прикреплен к раме, вибрации передаются и рассеиваются по всей раме и водителю. Жесткое крепление позволяет двигателю способствовать общей жесткости рамы. Также становится возможным установить маятник непосредственно на двигатель, а не на раму, избегая необходимости в элементах рамы, идущих вниз к шарниру маятника. Увеличивая количество точек крепления между двигателем и рамой, можно лучше рассеивать вибрации и напряжения в раме, обычно создавая треугольник между маятником сзади, головкой блока цилиндров вверху и нижней частью картера спереди. Если жестко установленный двигатель не только способствует, но и имеет решающее значение для жесткости рамы, а также является неотъемлемой частью замыкания треугольной или решетчатой конструкции, передающей усилие от передней бабки к маятнику, до такой степени, что без двигателя рама будет деформирована, двигатель называется нагруженным элементом или поднятым двигателем . Распределение нагрузки между двигателем и рамой снижает общий вес мотоцикла. [3]
Двигатели с напряженными элементами были впервые применены, по крайней мере, еще в 8-клапанном гоночном автомобиле Harley-Davidson 1916 года и включены в серийную модель Harley-Davidson Model W к 1919 году. [23] Это называлось трапецеидальной или ромбовидной рамой. [24] [25] Vincent Series B Rapide 1946 года был разработан с усовершенствованным шасси, названным «образцом силы своего времени» [26], которое включало двигатель с напряженным стержнем. Во время ранних испытаний Kawasaki GPZ900R 1983 года были включены сдвоенные нижние трубы, образующие полноценную опору, но выяснилось, что нижние трубы несут небольшую нагрузку, поэтому их удалили, полностью полагаясь на сочетание стальной опоры и двигателя для обеспечения жесткости шасси. [27] Близнецы BMW серии R1100 1994 года полностью разгрузили раму: двигатель перенес всю нагрузку от передней вилки Telelever к задней Monolever . [28] [29]
Жесткость рамы является проблемой для конструкторов мотоциклов, так же как и велосипедные рамы , потомками которых стали мотоциклы. [30] [31]
Для улучшения характеристик управляемости можно изменить жесткость рамы заводского изготовления. Часто это делается путем триангуляции заводской рамы. [30] [32] Триангуляция — это метод, используемый во многих инженерных приложениях для придания жесткости конструкциям. [33] Однако это также может иметь нежелательные последствия, если перегружать другие части рамы, поскольку гибкая рама действует как пружина, поглощая некоторые нагрузки. [34]
В 21 веке такие достижения, как мощные двигатели, приводящие в движение шины с высоким сцеплением [35] и более эффективные компоненты подвески, особенно вилки, [36] привели к тому, что потребителям стали доступны конструкции с повышенной общей жесткостью рамы. Аналитики расходятся во мнениях относительно того, желательна ли бесконечная поперечная жесткость [36] или предпочтительна конечная степень встроенной гибкости. [37] [38]
Если обращение с мотоциклом нецелесообразно, важно проверить деформацию геометрии рамы мотоцикла. Это измерение может оказаться важным после аварии или перед покупкой подержанного мотоцикла. [ нужна цитата ]
Революционный» — часто используемое слово, но это был первый случай, когда рама из углеродного волокна была построена для участия в классе Гран-при.
Компоненты подвески, которые допускают меньшую гибкость и неконтролируемое движение колес, требуют меньше пластырей в виде компенсирующего движения в шасси.
[L]поперечная гибкость теперь должна быть намеренно заложена в детали шасси, чтобы дополнить работу подвески при большом угле наклона.
В структурном смысле триангуляция относится к методу, используемому в каркасных конструкциях для обеспечения дополнительной прочности и поддержки.