Подвеска

Всегда в контакте. Устройство передней подвески и рулевого управления.

Текст: Артем ‘S1LvER’ Терехов

Не подумайте, это не рассказ о популярной социальной сети. Оставим такие статьи гламурненьким журналам, и займемся вещами поинтереснее. А именно - поговорим о передней подвеске, а также о связанном с ней элементе конструкции байка – рулевом управлении.

Главные задачи подвески – поглощение неровностей дорожного полотна при постоянном поддержании контакта колес с дорогой. Для этих целей нужно взять что-то, что может сжиматься и растягиваться – пружина идеально подойдет нашим запросам. Однако, использование только пружин, без дополнительных устройств, привело бы к очень некомфортной езде. Чтобы управлять колебаниями, потребуется некий способ их демпфирования, лучшей средой для этого может послужить масло.

В общем, комбинация «масло-пружины» является наиболее популярной при конструировании передней подвески. Вопрос в том, как все это расположить в сочетании с рулевым управлением. Мотопроизводители пробовали различные конструкции: телескопическая вилка, рычажные вилки толкающего и тянущего типов, рычажная подвеска автомобильного типа и параллелограмная вилка (например – трехколесный Piaggio MP3).

Схема рулевого управления на всех мотоциклах очень похожа – байки «унаследовали» этот механизм от велосипедов. Рассказывать о нем особенно нечего – это труба, связанная с передним колесом, которая поворачивается относительно рамы. Различия в конструкции связаны с различиями в схеме подвесок – но в любом случае, принцип остается одним и тем же.

Неподрессоренные массы – самые важные массы в мире

Что же это такое, и почему производители каждый раз исполняют ритуальные танцы, когда «удалось снизить неподрессоренные массы на целых 50 грамм»? Дело в том, что масса всех узлов мотоцикла глобально подразделяется на две категории. Первая – масса узлов, опирающихся на подвеску («подрессоренные массы»). Сюда относится все, на что распространяется эффект работы подвески – мотор, рама, пластик, лампочки поворотников, кнопка «гудка» - в общем, все то, что поддерживается подвеской. Масса остальных узлов, тех, которые не опираются на подвеску, называется «неподрессоренной».

Чтобы легче было разобраться с понятием неподрессоренных масс, представьте мотоцикл, снятый с подставки и располагающийся вертикально. Когда райдер садится на мотоцикл, пружины сжимаются под грузом его веса. Все узлы мотоцикла, перемещающиеся при посадке водителя и сжатии пружин, представляют собой подрессоренные массы, они перемещаются вместе с подвеской. Все остальные узлы, которые при этом не перемещаются, представляют собой неподрессоренные массы – это колеса, шины, тормоза и т.д.

Все, что вы видите на этом кадре, относится к неподрессоренным массам мотоцикла

Тогда у вас наверняка всплыл вопрос – а куда в таком случае нужно относить саму подвеску? Для простоты принято считать, что часть рычага подвески (это мы сейчас о задней подвеске), располагающаяся за точкой крепления амортизатора, относится к неподрессоренным массам, а часть, которая находится перед точкой крепления, относится к подрессоренным массам. Нижняя половина амортизатора – к неподрессоренным, верхняя – к подрессоренным. В случае с передней подвеской – подвижная часть относится к неподрессоренным массам, неподвижная – к подрессоренным.

Почему всему этому уделяется так много внимания? Придется немного залезть в физику. При наезде мотоцикла на неровность неподрессоренные массы приобретают импульс, поскольку они начинают перемещаться. Величина этого импульса пропорциональная неподрессоренной массе. Импульс, создаваемый неподрессоренными узлами, увеличивает нагрузку на подвеску, для противодействия ему нужны более жесткие пружины. При этом на подрессоренные узлы байка пружинами передается большее усилие, влияющее на их работу. Подобная ситуация встречается при попадании неподрессоренных узлов в выбоину.

Еще один важный аспект в вопросах масс – момент инерции, возникающий, когда райдер хочет повернуть мотоцикл. Чем больше неподрессоренные массы – тем больше мотоцикл «думает и сопротивляется», прежде чем соизволит наклониться в поворот.
Поэтому для идеальной со всех сторон работы подвески необходимо, чтобы неподрессоренных масс не было вовсе, однако это нереально. Суть заключается в максимальном облегчении неподрессоренных элементов по отношению к подрессоренным – такое соотношение является даже более важным, чем сама величина неподрессоренных масс.

По такому соотношению очень хорошим байком выглядит… Honda GoldWing. У него очень большая масса подрессоренных узлов, гораздо большая, чем на многих мотоциклах. При этом неподрессоренные массы примерно те же, что и у других мотоциклов. Однако на спортивных байках массу стремятся свести к минимуму, поэтому в ход идут все приемы, которые можно использовать при серийном производстве: установка облегченных тормозных суппортов, колесные диски из кованого алюминия, которые легче литых. Если конкурентоспособная цена не является приоритетом, пускаются «во все тяжкие»: легкие моноблочные суппорты, колеса из магниевого сплава или углеволокна. В мире неподрессоренных масс несколько десятков грамм экономии – уже победа, а если счет идет на сотни грамм – инженеры радуются как маленькие дети.

Неподрессоренные массы, может, и не самые маленькие в мире, но их отношение к подрессоренным у байка хорошее. Honda Gold Wing

Телескопическая вилка – выбор миллионов

Такая вилка является наиболее часто применяемой схемой передней подвески, что нетрудно заметить, глядя на современные серийные мотоциклы. Она состоит из двух «перьев» вилки, зажатых в поперечных траверсах, которые являются частью рулевого управления. Ось колеса проходит через нижнюю часть обоих перьев вилки, а колесо располагается между ними.
У стандартной вилки верхние (неподвижные) трубы зажаты в траверсах. На неподвижной трубе плотно устанавливается нижняя (подвижная) труба вилки, которую отливают из легких сплавов во имя снижения НМ. Внутри каждой стойки располагается пружина, за счет которой подвижная труба перемещается по неподвижной.

Неподвижная часть вилки зажата в двух траверсах. Kawasaki Ninja ZX-6R 2008

В качестве передней подвески «телескоп» неплохо справляется со своими обязанностями. Он обеспечивает достаточный ход подвески и относительно небольшую НМ. Главный недостаток заключается в невысокой жесткости – вилка обладает достаточной степенью гибкости, которая полезна только в небольшом количестве. Для повышения жесткости часто используют дополнительную траверсу.
Очень важным условием качественной работы любой вилки является трение между ее трубами. Сейчас на большинстве вилок между двумя трубами для уменьшения статического трения (начальное сопротивление между деталями до начала их движения) устанавливаются сменные втулки из низкофрикционного материала, содержащего тефлон. Кроме того, производители используют (и не забывают преподавать это как крутую «фишку» мотоцикла) различные антифрикционные покрытия подвижных частей вилки.

Сейчас традиционные вилки все больше и больше вытесняются «перевертышами». В принципе, это стандартная вилка, перевернутая вверх ногами так, что большая по диаметру труба, которая до этого была подвижной, становится неподвижной и зажимается в траверсах, а внутренняя труба, которая до этого была неподвижной, располагается внизу. Перевернутые вилки жестче традиционных, есть также и некоторый выигрыш в снижении неподрессоренных масс. Подвижные трубы, покрытые нитридом титана, сегодня вполне типичны для спортивных и кроссовых мотоциклов.

Вилки мопедов и скутеров проще тех, что устанавливаются на мотоциклы – здесь главным фактором является стоимость. Из-за более низких скоростей достаточно простой подвески. Скутеры часто оснащаются упрощенной телескопической вилкой, у которой две верхних трубы в сборе с нижней траверсой и трубой рулевой колонки представляют собой единую конструкцию.

Вилка скутера Gilera Runner

Пара слов о пружинах

В идеальном варианте желательно наличие прогрессивной характеристики или повышающейся жесткости, то есть при небольших ударах вилка должна легко перемещаться, а при дальнейшем сжатии вилки сопротивление перемещению должно постоянно увеличиваться, чтобы большие удары не вызывали пробоя вилки.
В самых простых пружинах витки навиты равномерно (расстояние между ними одинаково), что придает пружине постоянную жесткость. Это наиболее простые и недорогие в изготовлении пружины.

Пружина с постоянным шагом навивки

Иногда производители объединяют две пружины различных пружины постоянного шага, расположив их одну над другой. Первая пружина сжимается легко и служит для поглощения небольших неровностей и ударов, обеспечивая достаточную плавность во время езды. По мере усиления ударов близлежащие ветки первой пружины встречаются друг с другом и образуют собой твердый стержень. После этого в действие вступает вторая, более жесткая пружина, которая справляется с продолжительным поглощением больших неровностей. Такая схема немного поднимает стоимость подвески, хотя в изготовлении она все так же проста.

В качестве альтернативы можно использовать одну пружину, навитую таким образом, чтобы шаг ее витков постепенно возрастал от одного конца к другому – это обеспечивает прогрессивную характеристику подвеске. Плата за улучшенный комфорт и нормальную работу на различных по качеству дорогах – высокая стоимость и трудоемкость производства.

Пружины с переменным шагом, обеспечивающим прогрессивную характеристику

Демпфирование

Когда байк наезжает на «особенность» дороги, энергия удара поглощается за счет пружин. Естественно, пружина тут же стремится передать эту энергию подрессоренным массам (ПМ) машины. Амортизацией, или демпфированием, называют управление скоростью реагирования пружины. Отсутствие амортизации означало бы веселое раскачивание мотоцикла при последовательном проезде нескольких неровностей подряд.

В основе стандартного масляного демпфирующего устройства лежит клапан или отверстие определенного диаметра в нижней части трубы вилки, заполненной маслом. При перемещении подвижной трубы вверх масло вынуждено вытекать через клапан или сверление в трубу. Когда же труба движется вниз, масло оказывает сопротивление перемещению подвески. Таким образом предотвращаются поползновения пружин «раскачать этот мир» в масштабе отдельно взятого байка.

Для комфорта райдера лучше всего, если колесо может свободно перемещаться, реагируя на неровности полотна. Однако инженерам приходится думать не только о комфорте – необходим демпфирующий эффект для улучшения управляемости. Кроме того, степень демпфирования должна зависеть от скорости сжатия и растяжения вилки – поэтому клапан в вилке далеко не один, используются различные отверстия. При достижении некоторого предельного давления масла из-за высокой скорости сжатия или растяжения (большие колдобины наших дорог к вашим услугам) используются дополнительные клапана. Амортизация достигается за счет применения поршневого амортизатора или картриджного демпфера – оба закрепляются болтами к основанию подвижной трубы вилки и располагаются в полости для масла.

Теперь давайте поговорим подробнее о каждой схеме.

Чаще всего используется вилка с поршневым амортизатором. Поршень представляет собой трубу с отверстиями, расположенную в масле. В верхней части сечение поршня больше, на нем располагается уплотнительное кольцо, которое опирается на внутреннюю стенку трубы вилки. При перемещении подвижной трубы вилки вверх или вниз поршень амортизатора вынуждает масло перетекать через различные отверстия. В основании трубы вилки располагается обратный клапан, который позволяет маслу перетекать при сжатии вилки, а при растяжении закрывается и исключает перетекание. За счет этого достигаются необходимые характеристики демпфирования, обеспечивающие комфорт при сжатии вилки и управление при растяжении.

Принцип действия вилки картриджного типа также основывается на перетекании масла через дросселирующие клапана, но картриджный демпфер отличается наличием на конце штока поршня множества отверстий. Шток выходит из картриджа и прикрепляется к верхней части вилки таким образом, чтобы при сжатии или растяжении вилки поршень мог перемещаться внутри картриджа. Клапана, демпфирующие сжатие, находятся в основании картриджа. Клапана, демпфирующие отбой (обратный ход при растяжении), располагаются на поршне. При сжатии вилки клапана отбоя закрываются, и поршень вытесняет масло через клапана сжатия. При растяжении вилки клапана отбоя открываются и впускают масло.

Разрез вилки Suzuki GSX-R750 2004, тюнинг-комплект от Axxion

Клапана состоят из низкоскоростных и высокоскоростных масляных каналов (когда говорят о подвеске, имеется в виду скорость сжатия-растяжения, а не скорость движения мотоцикла). Низкоскоростные каналы могут иметь фиксированное сечение – следовательно, обеспечивать демпфирование с постоянным сопротивлением, или выполняться регулируемыми. Такие каналы предназначены обеспечивать поглощение небольших неровностей дороги. Средне- и высокоскоростные масляные каналы начинают действовать при возрастании давления из-за повышения скорости перемещения. Они предназначены для поглощения больших неровностей полотна.
Управление перемещением со средней и высокой скоростью осуществляется при помощи пакета пластин различного диаметра и толщины, уложенных друг на друга и перекрывающих отверстия, через которые проходит масло. При средней скорости перемещения, вызванного небольшими неровностями дороги, тонкая пластина большого диаметра легко прогибается под давлением жидкости и обеспечивает ее перетекание, но величина прогиба ограничивается пластинами большей толщины и меньшего диаметра. Перемещение с высокой скоростью (например, когда байк наезжает на поребрик трека или колесо проваливается в выбоину) создаст дополнительное давление, в результате чего прогнуться пластины меньшего диаметра и большей толщины, и увеличится объем масла, проходящего через отверстия.

Тонкая настройка «телескопа» картриджного типа заключается в подборе количества и диаметра отверстий в поршне и количества и размера пластин. На гоночных байках регулировать такую вилку гораздо проще, поскольку условия и нагрузки известны заранее и имеют не слишком широкий диапазон.
К слову, Алексей с дружественного нам сайта moto.swissblog.ru недавно написал превосходную статью о настройках подвесок. Рекомендуем ее к ознакомлению тем, кто интересуется не только теоретической стороной, но также ищет практических советов по этому вопросу.

Что лучше?

Картриджная вилка обеспечивает лучшее качество демпфирования по сравнению с поршневым амортизатором – в основном потому, что процессы сжатия и отбоя разделены за счет использования разных клапанов. Другое преимущество «картриджа» - на его работу не влияют пузырьки воздуха, которые попадают в масло при сжатии и растяжении вилки. Просто потому, что они не попадают в механизм, как это случается в поршневых амортизаторах. Главный недостаток «картриджа» заключается в повышенном износе – внутренняя поверхность алюминиевой внешней трубы анодируется для предотвращения износа при перемещении по ней втулок внутренней трубы. Но у анодированной поверхности не гладкая структура, поэтому она изнашивает втулку, сдирая с нее частицы тефлона, которые затем попадают в масло.
В картриджных вилках скорость перетекания масла очень высокая, поэтому эффективность работы вилки сильно зависит от изменения свойств амортизационной жидкости. По мере ее загрязнения увеличивается скорость износа и повышается вероятность попадания в пакеты пластин различных частиц. Тут каждый производитель выкручивается как может: например, Yamaha на своем R1 устанавливает втулки в наружной трубе так, чтобы по ним перемещались внутренние трубы, покрытые хромом, а не наружные трубы из анодированного алюминия.

Большой поршень в деле

Последняя разработка в сфере телескопических вилок – технология «Большого поршня» (BPF, Big Piston Fork) от японцев из Showa. Объем масла в такой вилке больше, давление, соответственно, меньше, что означает меньшую скорость перемещения масла. Наилучшим образом это влияет на низкоскоростное демпфирование, иными словами – при сильном торможении байк менее склонен к «клевку носом». Кроме того, упрощение конструкции облегчает вилку и уменьшает НМ.

Разрез BPF-вилки Kawasaki ZX-6R 2009

«Большой поршень» дебютировал на Kawasaki ZX-6R 2009 и сразу получил множество восторженных отзывов в прессе – чуть ли не каждый журналист спешил сообщить о лучшем контроле переднего колеса и более четкой и плавной работе подвески. С 2010 года BPF оснащается и старший братик 600-кубовой «Ниндзи» - ZX10R.

Сравнение картриджной вилки и BPF-вилки. Оранжевым отмечены детали, от которых удалось избавиться применением технологии Большого поршня

Продолжаем наш разговор о передней подвеске. Сегодня мы поговорим о нетрадиционных схемах организации подвески и геометрических параметрах мотоцикла, которые оказывают значительное влияние на управляемость.

Нетрадиционная медицина

У любого инженерного решения есть плюсы и минусы. Несмотря на практически повсеместное использование телескопических вилок, у них есть определенные недостатки:

Отсутствует разделение сил, действующих на подвеску (торможение, работа подвески, управление). Все силы передаются по всем узлам передней подвески байка, поэтому их необходимо изготавливать более жесткими, а значит, более тяжелыми по сравнению с конструкцией, где эти силы действовали бы по отдельности.

Геометрия управления (угол наклона и вылет) изменяются при сжатии вилки. При торможении изменяется колесная база.

Большое расстояние между осью колеса и рулевой колонкой приводит к изгибу вилки под нагрузкой. То же самое – необходимо делать ее более жесткой и тяжелой.

Путь распределения нагрузки длинный и не прямой. Это означает, что рама должна быть тяжелее, чем если бы этот путь пролегал по прямой между двумя осями колес.

Напрашивается вывод, что при применении альтернативных конструкций, инженеры стараются решить две основные проблемы – разделить силы, возникающие при торможении, управлении и работе подвески, а также спрямить путь распределения нагрузки, что позволило бы применить меньшую и более легкую раму (или намного более жесткую – при том же весе). При достижении этих целей также происходит снижение неподрессоренных масс и инерции.

Теперь давайте поподробнее рассмотрим альтернативные конструкции, применяющиеся (или применявшиеся) на серийных мотоциклах. На самых ранних мотоциклах использовались параллелограммные вилки. Они так называются из-за параллельного расположения и перемещения двух рычагов. Две жестких стойки, обычно дополнительно усиливаемых треугольными распорками, присоединены к рулевой головке посредством двух качающихся параллельных рычагов. Между ними располагается пружина (с отдельным амортизатором), которая одним концом прикрепляется к поперечине стойки, а другим – к рулевой колонке.

Инженеры Harley-Davidson объединили вилку параллелограммного типа с рычажной вилкой толкающей конструкции, в результате была получена вилка, называемая «спрингер» (springer). Серийно такая конструкция устанавливается на HD FLSTSB Softail Cross Bones, не серийно – на множество кастомов, из эстетических соображений.

Вилка-спрингер. H-D FLSTSB Softail Cross Bones 2009

Главные недостатки параллелограммной вилки – большие неподрессоренные массы и инерционные силы. С другой стороны – жесткость конструкции на хорошем уровне, да и клевок при торможении не такой значительный, как у «телескопа».

Компания BMW использует на многих байках схему, взятую из автомобильного мира, адаптировав ее для мотоциклов. Система Telelever представляет собой подвеску автомобильного типа с поперечным рычагом. Выглядит она несколько странно из-за пары стоек, похожих на перья традиционного «телескопа». Сверху они зажимаются в траверсе, а снизу к ним крепится переднее колесо. При наезде на неровности они сжимаются и растягиваются – как можно было ожидать. Эти стойки вращаются на двух шаровых шарнирах, один из которых располагается между рамой и траверсой, а второй – между распоркой стоек вилки и поперечным рычагом подвески. Стойки не имеют никакого отношения к подвеске мотоцикла – они служат исключительно для управления. Стойки вилки заполняются маслом, а между трубами устанавливаются нейлоновые втулки для снижения трения. Для повышения жесткости между трубами вилки присутствует большое перекрытие. Поперечный рычаг подвески закрепляется на шарнирах, расположенных с обеих сторон двигателя, а спереди он крепится к кронштейну, выполняющему функцию нижней траверсы. Нижний конец пружинно-гидравлического амортизатора крепится к верхней стороне поперечного рычага, а верхний конец амортизатора закрепляется снизу «рамы» за рулевой колонкой (почему «рама», в случае с мотоциклами BMW, взята в кавычки, поговорим в соответствующей статье нашего цикла). Амортизатор работает так же как и используемый в задней подвеске, то есть он сочетает в себе упругие и демпфирующие свойства.

Telelever вседорожника R1200GS от BMW

Telelever обеспечивает разделение усилий, возникающих при торможении, управлении и работе подвески, а также позволяет добиться достаточной жесткости управления. Инерция также снижена, за счет отсутствия внутренностей у стоек вилки, а также незначительно уменьшаются неподрессоренные массы. Одно из главных преимуществ, которые райдер замечает сразу – практически полное отсутствие клевка при торможении, за счет чего обеспечивается почти постоянная геометрия управления.

Одноногий рычаг

Поговорим о наиболее интересной схеме подвески – рычажной толкающего типа (push-rod type), а точнее – о ее однорычажном варианте. Такая подвеска очень далеко продвинулась по пути разделения сил и снижения инерционности за счет использования управления центром ступицы (HCS, hub-center steering). Конструкция во многом аналогична однорычажной задней подвеске. Существуют различные конструктивные решения данной схемы, одно из наиболее популярных называется Di Fazio – по имени Джека Дифацио (Jack Difazio), который в 70-х годах ввел в британском мотоциклетном тюнинге моду на подобную подвеску. Источником вдохновения послужил… мотоцикл Ner-a-Car, спроектированный в далеком 1918 году, и выпущенный общей серией около 16,5 тысяч экземпляров.

Папа всех байков с рычажной вилкой - Ner-A-Car. Выпускался с 1921 по 1927 в Англии и США

С современными байками тоже негусто – из недавних можно вспомнить Bimota Tesi и Yamaha GTS1000, который снят с производства еще в 1996 году (есть еще байки от Vyrus, но там серия исчисляется десятками, в лучше случае – сотнями экземпляров). Давайте на примере Ямахи рассмотрим, как все это работает.

Однорычажная передняя подвеска с консольным креплением колеса, Yamaha GTS1000

Рычаг подвески крепится к «омегообразной» раме (получившей такое название из-за характерной формы), а в его передней части закрепляется колесо. Между рычагом подвески и рамой устанавливается амортизатор. Верхняя тяга, связанная с рычагом подвески посредством шарнирного рычага, тоже крепится к раме и замыкает собой «параллелограмм», который обеспечивает превосходную жесткость управления. Шарнирному рычагу управляющее усилие от руля передается через телескопическую трубу, которая перемещается одновременно с движением подвески. Шарнирный рычаг поворачивается на шарнирах, установленных на рычаге подвески и верхней тяге, и удерживает ось колеса. При изменении положения руля поворачивается шарнирный рычаг, а вместе с ним и колесо, но при этом соблюдается параллельность рычага подвески и верхней тяги (они не смещаются поперечно оси мотоцикла). Это означает, что угол поворота рулевой колонки ограничен рычагом подвески, который не должен быть слишком большим в целях снижения ширины и веса, а также улучшения распределения массы (подрессоренной-неподрессоренной).

Организация HCS-подвески, Bimota Tesi

Di Fazio обеспечивает превосходное распределение нагрузки, выполняя это даже лучше Telelever-а от BMW (последний, правда, не ограничивает угол поворота колеса). Кроме того, можно легко изменять геометрию, используя рычаги различного размера, а в случае необходимости, по аналогии с задней подвеской, может быть установлена система рычагов, обеспечивающая прогрессивную характеристику.

Трудно сказать, является ли HCS объективно хуже или лучше телескопической вилки. На протяжении всей истории мотостроения, схема использовалась лишь на нескольких байках, без значительного успеха. Массовый покупатель не признает революций, лишь эволюция позволяет планомерно улучшать будущие мотоциклы – именно это сказывается на низких продажах «революционеров». А раз никто не покупает такие мотоциклы, появляется еще одна проблема – дороговизна в производстве HCS-подвески, из-за того, что серия выпускаемых мотоциклов очень мала.

Монстр современного мотостроения с однорычажной передней подвеской - Vyrus 985 C3 4V

За десятки лет использования телескопической вилки, райдеры всего мира привыкли к определенным ощущениям от езды, проблемы «телескопа» не воспринимаются как проблемы – скорее, их принимают как должное, как часть неповторимого характера мотоцикла, со всеми его недостатками и ограничениями. Прогресс также не стоит на месте – зачем всей индустрии с нуля начинать работу над terra incognita среди схем передних подвесок, когда можно планомерно, наслаивая новейшие технологии одна на другую, преодолевать недостатки телескопических вилок: перья большего диаметра уменьшают нежелательную гибкость, специальные покрытия снижают потери при трении подвижных частей, а новые принципы организации внутреннего устройства, вроде того же «большого поршня», улучшают антиклевковые свойства подвесок.

Однорычажная HCS-подвеска, Bimota Tesi 3D 2007

Однако не будем о грустной судьбе, которая постигает революционеров, лучше давайте разберемся с рулевым управлением и геометрическими параметрами байка.

У руля все тихо и спокойно

Если театр всегда начинается с вешалки, то рулевое управление, независимо от типа подвески – с руля (читать раздельно, отставить шуточки), который поворачивается относительно рамы и связан с передним колесом таким образом, чтобы поворот руля приводил к перемещению колеса.

В традиционной подвеске руль прикрепляют к верхней траверсе или непосредственно к неподвижным трубам вилки. Верхняя траверса надевается на неподвижные трубы вилки и верхнюю часть стержня рулевой колонки. Стержень проходит через трубчатую головку рамы, которая называется рулевой колонкой. При повороте руля траверсы поворачиваются в головке рамы, а с ними, в свою очередь, поворачиваются перья вилки и рулевое колесо.

Стержень вращается в рулевой колонке на подшипниках, которые должны выдерживать высокие осевые (направленные по оси рулевой колонки) и радиальные нагрузки (действующие под прямым углом). На большинстве современных машин используются конические роликовые или шариковые подшипники с обоймой, которая обеспечивает жесткую установку стержня рулевой колонки. Они рассчитаны на работу с небольшой предварительной нагрузкой, исключающей любой нежелательный люфт. Важное условие, вне зависимости от типа применяемых подшипников – любой люфт должен устраняться регулировкой. Это связано с тем, что даже небольшой люфт в подшипниках вызывает на противоположном конце вилки значительное перемещение – полная неадекватность в управлении мотоциклом гарантирована.

Уроки геометрии

Теперь поговорим о нескольких моментах из геометрии байка.
Ось вращения стержня рулевой колонки расположена под углом, называемом «наклоном» (rake), благодаря которому перья вилки уходят вперед от стержня, а не вертикально вниз. Угол наклона отчасти определяет другой важный параметр – вылет (trail). Вылет также определяется величиной смещения (offset) вилки и смещения оси. Его важность заключается в том, что он отвечает за самоцентрирование, то есть возврат рулевого управления. При смещении переднего колеса от оси симметрии пятно контакта шины тоже смещается от оси симметрии. Трение между шиной и поверхностью дороги стремится вернуть колесо в положение, соответствующее прямолинейному движению.

Если сидеть на мотоцикле и поворачивать руль из стороны в сторону, можно заметить, что рулевая колонка при этом поднимается и опускается. Поэтому гораздо проще повернуть руль от центра, чем вернуть его в центральное положение. (особенно это заметно на мотоциклах с большим углом наклона рулевой колонки - прим.ред.) Этот эффект вызван углом наклона рулевой колонки - чем он больше, тем труднее вернуть руль в "нулевое положение". Поэтому мотоциклам с большим углом наклона вилки труднее даются повороты, чем их более "сбитым" собратьям.
Для увеличения или уменьшения вылета при неизменном угле наклона рулевой колонки можно воспользоваться смещением. Аналогично можно уменьшить колесную базу: уменьшив угол наклона рулевой колонки и сохранив тот же самый вылет. Уменьшения колесной базы можно добиться уменьшением смещения вилки или увеличением смещения оси колеса назад.

Геометрия традиционной передней подвески

На гоночных байках применяются регулируемые траверсы, где можно настраивать геометрию рулевого управления в зависимости от конкретного трека. На серийных спортбайках такая «фича» тоже встречается, в основном, среди итальянцев – например, Ducati 749S располагает регулировкой вылета и угла наклона вилки.

Влияние наклона рулевой колонки, вылета и смещения взаимосвязаны, число их комбинаций бесконечно, а каждая из комбинаций является компромиссом. Оптимальную для всех случаев геометрию получить невозможно, поскольку во время работы телескопической вилки геометрические параметры постоянно меняются.
В конечном счете, приблизительные геометрические значения определяются исходя из назначения конкретной модели, а затем точно подгоняются для соответствия массе, ее распределению, а также ожидаемым для достижения наилучшего возможного компромисса характеристикам управления, учитывая геометрию задней подвески.

Словарик мото-геометрии

Угол наклона – угол, измеряемый между вертикалью и осью проходящей через центры подшипников рулевой колонки, обычно от 23 до 30 градусов.
Вылет – расстояние между точкой контакта передней шины с дорогой (где вертикальная линия, проведенная через ось колеса, касается земли) и воображаемой точкой пересечения с дорогой оси рулевой колонки, обычно от 60 до 100 мм.
Смещение вилки – наикратчайшее расстояние между линией, проведенной через центр вилки, и осевой линией рулевой колонки.
Смещение оси колеса – длина перпендикуляра, опущенного из оси переднего колеса на ось рулевой колонки. Может отличаться от смещения вилки, если ось закреплена впереди или сзади осевой линии перьев вилки (как например, на круизере Honda Rune).

Смещение перьев вилки – угол между осями перьев вилки и осью рулевой колонки, возникающий при различной величине смещения вилки в верхней и нижней траверсах.

Пару слов о колесной базе – это расстояние между осями переднего и заднего колес. Она имеет огромное влияние на управляемость – длинная колесная база обеспечивает отличную стабильность мотоцикла при движении по прямой линии, но усложняет прохождение поворотов. Коротко «сбитая» колесная база дает мотоциклу ловкость в нарезании кривых, но за это приходится расплачиваться стабильностью на прямой. Кроме того, при наезде на неровность на высокой скорости короткобазный байк приходится выравнивать дольше.

По сути, при сжатии перьев вилки происходит приближение переднего колеса к заднему, в результате чего угол наклона вилки уменьшается (ось рулевой колонки стремится занять вертикальное положение), следовательно, изменяется вылет. Очень большое количество изменений происходит с геометрией мотоцикла в движении, что накладывает свой неповторимый отпечаток на двухколесные покатушки – автомобильная геометрия гораздо более фиксированная и стабильная.

«Всегда в контакте. Устройство передней подвески и рулевого управления мотоцикла, часть 2» публикуется с разрешения редакции интернет-журнала
Источник: Motocafe.ru. Автор Артем Терехов.