Рама мотоцикла — это основная структура мотоцикла . Она поддерживает двигатель, обеспечивает место для рулевого управления и задней подвески , а также поддерживает водителя и любого пассажира или багаж. Также к раме прикреплены топливный бак и аккумулятор. В передней части рамы находится рулевая колонка , которая удерживает поворотную переднюю вилку , а в задней части находится точка поворота для движения подвески маятника . Некоторые мотоциклы [1] включают двигатель в качестве несущего напряженного элемента; в то время как некоторые другие мотоциклы не используют одну раму, а вместо этого имеют передний и задний подрамники, прикрепленные к двигателю. [2]
В ранние дни мотоциклы были немногим больше, чем моторизованные велосипеды , и, следовательно, рамы были трубчатыми из стали . Хотя использование стальных труб по-прежнему распространено, в наше время используются другие материалы, такие как титан , алюминий , магний и углеродное волокно , а также композиты из этих материалов. Поскольку разные мотоциклы имеют различные параметры конструкции (такие как стоимость, сложность, распределение веса , жесткость, выходная мощность и скорость), не существует единой идеальной конструкции рамы, и конструкторы должны принять обоснованное решение об оптимальном выборе. [3]
В Европе и США стальные трубы были материалом по умолчанию до недавнего времени. 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 труб, алюминий в мотоциклетных рамах почти всегда сваривается в более угловатых формах и часто образует монококовую 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 Итоу и Барри Харт создали первый мотоцикл с рамой из углеродного волокна для участия в гонках Grand Prix. [4]
Двигатель мотоцикла подвешен на одном хребте. Хребет может быть прочной конструкцией.
Двигатель мотоцикла удерживается в единой раме с одним хребтом.
Примеры
Двигатель мотоцикла закреплен в двойной раме с одним хребтом и одной нисходящей трубой.
Двигатель мотоцикла удерживается на месте в паре отдельных опор. Рама Norton Featherbed была классическим примером, но многие «дуплексные» рамы на самом деле имеют один позвоночник под баком.
Также называется балкой или двойным лонжероном , две балки охватывают двигатель, чтобы соединить рулевую колонку и маятниковый рычаг на максимально коротком расстоянии для лучшей жесткости. Балки обычно изготавливаются из прессованного металла (сталь/алюминий). Решетчатая рама использует ту же концепцию, но вместо прессованного металла использует сварные элементы для формирования решетки.
Антонио Кобасу приписывают создание современного шасси с алюминиевой периметральной рамой, которое сейчас используется на многих современных гоночных и серийных мотоциклах. [7] В 1982 году Cobas разработал более прочное и легкое алюминиевое двухбалочное шасси для замены стальных хребтовых рам. [7] Технология была скопирована крупными производителями мотоциклов, и к 1990-м годам все основные гоночные команды в соревнованиях Гран-при использовали конструкцию алюминиевой рамы, впервые разработанную Cobas. [8]
Рама прессуется или штампуется из листового металла, образуя полумонокок автомобильного типа . Одним из самых ранних примеров был мотоцикл 965cc, произведенный Луи Жануаром в 1920 году, в котором для рамы, заднего маятника и передней вилки использовалась штампованная сталь. Рама может быть полностью прессованной (Ariel Arrow) или иметь только прессованную заднюю часть, соединенную с рулевой колонкой обычным стальным трубчатым хребтом (Honda Super Cub). И Super Cub, и Arrow также имеют штампованные стальные вилки вместо обычных телескопических вилок .
Более распространенная в мире автомобилей, монококовая рама представляет собой конструкцию, где нагрузки поддерживаются ее внешней оболочкой. На мотоциклах они используются почти исключительно на гоночных мотоциклах.
Французский промышленник и инженер Жорж Руа в 1920-х годах попытался усовершенствовать рамы мотоциклов, вдохновленные велосипедами, которым не хватало жесткости. Это ограничивало их управляемость и, следовательно, производительность. Он подал заявку на патент в 1926 году и на Парижском автосалоне 1929 года представил свой новый мотоцикл, Majestic 1930 года в стиле ар-деко. Его новый тип монококового кузова решил проблемы, которые он решал, и вместе с лучшей жесткостью он выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от стихии. Строго говоря, это был скорее полумонокок, поскольку он использовал коробчатую раму из штампованной стали с двумя боковыми направляющими, склепанными вместе с помощью поперечин, вместе с днищем и задними и передними переборками. [12]
Легкий скутер Piatti выпускался в 1950-х годах с использованием монококовой полой оболочки из листовой стали, сваренной вместе, в которую снизу устанавливались двигатель и трансмиссия. Машину можно было опрокинуть на бок, опираясь на привинченные подножки для механического доступа. [13]
Мотоцикл с монококовой рамой был разработан испанским производителем Ossa для сезона мотогонок Гран-при 1967 года . [14] Хотя одноцилиндровый Ossa имел на 20 лошадиных сил (15 кВт) меньше, чем его конкуренты, он был на 45 фунтов (20 кг) легче, а его монококовая рама была намного жестче, чем обычные мотоциклетные рамы, что давало ему превосходную маневренность на гоночной трассе. [14] Ossa выиграли четыре гонки Гран-при с монококовым мотоциклом, прежде чем их гонщик погиб после аварии во время гонки 250 куб. см на острове Мэн TT 1970 года , в результате чего завод Ossa отказался от участия в гонках Гран-при . [14]
Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, создали уникальные конструкции монокока для гонок в начале 1970-х годов. [15] Соревнование F750 на гонках Isle of Man TT 1973 года выиграл Питер Уильямс на John Player Special с монококовой рамой, который он помог спроектировать на основе Norton Commando . [16] [17] Honda также экспериментировала с NR500 , гоночным мотоциклом Гран-при с монококом в 1979 году . [18] Мотоцикл имел и другие инновационные особенности, включая 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, отличающийся композитным монококовым шасси, которое весило всего 12 кг (26 фунтов). [19]
Алюминиевая монококовая рама впервые была использована на серийном мотоцикле с 2000 года на Kawasaki ZX-12R , [20] их флагманском серийном спортбайке, нацеленном на то, чтобы быть самым быстрым серийным мотоциклом . Cycle World в 2000 году описал его как «монококовый хребт...единая балка большого диаметра» и «изготовленный из комбинации литья и штамповки листового металла». [21]
Цельные рамы велосипедов из углеродного волокна иногда называют монококами; однако, поскольку большинство из них используют компоненты для формирования конструкции рамы (даже если они отлиты в виде единой детали), [22] это рамы, а не монококи, и производители педальных велосипедов продолжают называть их наборами рам.
Если рама «монокок» использует дополнительную поддержку, такую как трубы или лонжероны, то раму правильнее называть «полумонокок». Примером может служить гоночный автомобиль Norton с полумонококовым кузовом Питера Уильямса .
Решетчатая рама соединяет рулевую колонку с поворотным рычагом как можно более непосредственно с помощью металлической трубы, расположенной в треугольной арматуре. Используя принципы решетчатой балки , решетчатая рама обычно изготавливается из металлических трубчатых сегментов круглого или овального сечения, которые свариваются или спаиваются вместе. Хорошо спроектированная решетчатая рама должна обеспечивать прочную, легкую конструкцию, которая упрощает размещение двигателя и компонентов, а также обеспечивает хороший доступ для обслуживания. Хотя изготовление решетчатой рамы требует более сложного процесса, чем, скажем, рама из сплава, для этого требуется только простое приспособление и опытный сварщик. Не требуется больших капитальных затрат, поэтому решетчатая рама идеально подходит для модели, которая может быть изготовлена в относительно небольших количествах. По этой причине решетчатая рама снискала популярность у европейских производителей, и в частности у Ducati.
Некоторые мотоциклы, такие как Yamaha TRX850 , имеют гибридные рамы, в которых используются литые сплавы в области поворотного рычага. Другой вариант — подвесить двигатель на решетчатой раме, но отлить поворотный рычаг в задней части двигателя.
Для удобства водителя двигатель мотоцикла можно установить на резиновых втулках, чтобы изолировать вибрацию от остальной части машины. Такая стратегия означает, что двигатель мало влияет на жесткость рамы, а поглощение, а не рассеивание вибрации может привести к повреждению рамы, выхлопных труб и других деталей из-за напряжения. [3]
Вместо этого, если двигатель жестко закреплен на раме, вибрации передаются и рассеиваются через всю раму и гонщика. Жесткое крепление позволяет двигателю вносить вклад в общую жесткость рамы. Также становится возможным крепить маятник непосредственно к двигателю, а не к раме, избегая необходимости в элементах рамы, простирающихся вниз к оси маятника. Увеличивая количество точек крепления между двигателем и рамой, вибрации и напряжение могут лучше рассеиваться в раме, обычно создавая треугольник между маятником сзади, головкой цилиндра вверху и нижней областью картера спереди. Если жестко закрепленный двигатель не только вносит вклад, но и имеет решающее значение для жесткости рамы и является неотъемлемой частью закрытия треугольника или решетчатой структуры, которая передает усилие от передней бабки к маятнику до такой степени, что без двигателя рама была бы деформирована, двигатель называется напряженным элементом или поднятым двигателем . Распределение нагрузки между двигателем и рамой снижает общий вес мотоцикла. [3]
Двигатели с напряженными элементами были впервые использованы, по крайней мере, еще в 1916 году в гоночном мотоцикле Harley-Davidson с 8 клапанами и внедрены в серийную модель Harley-Davidson Model W к 1919 году. [23] Это называлось keystone, или алмазной рамой. [24] [25] Vincent Series B Rapide 1946 года был разработан с усовершенствованным шасси, названным «tour de force для своего времени», [26] которое включало двигатель с напряженными элементами. Во время ранних испытаний Kawasaki GPZ900R 1983 года были включены две нижние трубы, создающие полную раму, но было обнаружено, что нижние трубы несут небольшую нагрузку, поэтому их удалили, полагаясь исключительно на сочетание стального хребта и двигателя для жесткости шасси. [27] Двойные двигатели BMW серии R1100 1994 года полностью сняли нагрузку с рамы, при этом двигатель переносил всю нагрузку с передней вилки Telelever на заднюю Monolever . [28] [29]
Жесткость рамы является проблемой для конструкторов мотоциклов, как и для рам велосипедов , от которых произошли мотоциклы. [30] [31]
Изменение жесткости рамы, произведенной на заводе, может быть предпринято для улучшения характеристик управляемости. Это часто 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 оно перегружает другие части рамы, поскольку гибкая рама действует как пружина, поглощая некоторые нагрузки. [34]
В 21 веке такие достижения, как мощные двигатели, работающие на шинах 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 боковая жесткость, [36] или предпочтительнее конечная степень встроенной гибкости. [37] [38]
Если управление мотоциклом не соответствует требованиям, важно проверить деформацию геометрии рамы мотоцикла. Это измерение может быть важным после аварии или перед покупкой подержанного мотоцикла. [ необходима цитата ]
Революционный» — часто употребляемое слово, но это был первый случай, когда рама из углеродного волокна была создана для участия в гонках Гран-при.
Компоненты подвески, которые допускают меньшую деформацию и неконтролируемое движение колеса, нуждаются в меньшем количестве мер в виде компенсирующего движения в шасси.
[Б]оковая гибкость теперь должна быть намеренно спроектирована в деталях шасси, чтобы дополнять действие подвески при большом угле наклона.
В структурном смысле триангуляция относится к методу, используемому в каркасных конструкциях для обеспечения дополнительной прочности и поддержки.