Силовая передача

Изучающим мотоцикл

Мы говорили о мотоциклах вообще, о двигателях. А теперь подошли к очередному, очень существенному вопросу: каким образом двигатель воздействует на ведущее колесо и заставляет мотоцикл двигаться?

Совершенно очевидно, что прямая связь двигатель — колесо невозможна: слишком велика разница в диапазоне рабочих чисел оборотов коленчатого вала и колеса. Значит, должны существовать посредники — устройства, связывающие двигатель и колесо какой-то особой, изменяющейся связью, которая обеспечивала бы их плавное соединение и разъединение во время работы двигателя, а также изменяла бы величину передаточного отношения между ними.

Система таких устройств есть. Она получила общее наименование «силовая передача», которое объединяет переднюю и заднюю передачи, а также сцепление и коробку перемены передач. Задача нашей сегодняшней беседы — рассмотреть все эти звенья. Причем мы увидим, что в таком «полном комплекте» они встречаются не всегда — разве только на мотоциклах с цепными передней и задней передачами. Если же у мотоцикла кардан — передняя передача отсутствует, зато появляется, в дополнение к кардану, главная передача. А при использовании вариатора из общей схемы выпадает коробка передач. Как видите, характер силовой передачи и общая компоновка агрегатов мотоцикла, его конструкция тесно связаны взаимовлиянием.

А теперь остановимся последовательно на каждом звене отдельно.

Для начала вспомним несколько своих поездок в автобусе. Не правда ли, один водитель отправлял машину от остановки мягко и плавно, а другой дергал так, что стоявшие в проходе пассажиры валились друг на друга? С уверенностью можно сказать, что первый шофер умело пользовался сцеплением, а второй — грубо. Что же это такое — «сцепление»!

Это механизм, предназначенный для включения работающего двигателя в силовую передачу, для его выключения из нее, для плавного трогания машины с места и мягкого, безударного соединения шестерен в коробке передач.

В зависимости от общей компоновки мотоцикла и силового агрегата, от условий работы меняется конструкция сцепления и место его установки. Так, на четырехтактных двигателях с продольно расположенным коленчатым валом одно- или двухдисковое сухое сцепление размещается непосредственно в маховике двигателя. На двухтактных моторах самое привычное расположение масляного многодискового сцепления — на первичном валу коробки передач. Есть мотоциклы, у которых сцепление «сидит» непосредственно на цапфе коленчатого вала. Но где бы оно ни располагалось, его функции остаются теми же — при всех условиях обеспечивать надежную передачу крутящего момента от двигателя к коробке передач. А это возможно лишь при правильном выборе площади и числа поверхностей трения (то есть ведущих и ведомых дисков) с учетам всех особенностей их материалов.

Из сказанного уже ясно, почему сухое сцепление четырехтактных двигателей с карданной передачей имеет всего лишь один-два ведомых диска — ведь размеры дисков (и площади поверхностей трения) ограничены только диаметром маховика, а он в этом случае достаточно велик. А вот диаметр дисков сцепления, работающих в масле, не может быть большим — препятствуют размеры картера. Да и коэффициент трения в этом случае гораздо ниже. Поэтому в таком сцеплении, закрепленном, к примеру, непосредственно на коленчатом валу двигателя, приходится использовать от двух до пяти дисков. Если же оно установлено на первичном валу коробки передач, то в формулу, определяющую момент трения, входит дополнительно передаточное отношение передней передачи. От этого число дисков еще увеличивается и достигает трех—семи.

Ведомые и ведущие диски в рабочем положении постоянно прижаты друг к другу. Необходимое усилие—до 140 кг — при этом создается цилиндрическими пружинами, а иногда еще и центробежными грузами («Хонда», «ЯВА-автоматик»). Оно-то и обеспечивает силу трения, достаточную для того, чтобы диски не проскальзывали один относительно другого.

Но не менее важно и то, из какого материала сделаны диски. Что касается ведомых, то тут разногласий нет — они стальные. В ведущих больше разнообразия. Для сцепления, работающего в масле, они либо целиком отштампованы из специальной пластмассы (все модели ИЖ), либо стальные с пробковыми вкладышами (мотоциклы минского завода), либо это пластмасса, армированная металлом (некоторые зарубежные мотоциклы).

В сухом сцеплении ведомые диски металлические, с накладками из фрикционного материала: пробки, прессованного асбеста и т. п. Правда, пробка в сухом сцеплении работает не очень надежно — легко обугливается при пробуксовке. Зато в масле служит долго и по праву считается самым подходящим для этого варианта материалом. Из недостатков, присущих ей, следует отметить дефицитность и дороговизну (для накладок идет только цельная, натуральная пробка). К тому же, имея толщину 3—5 мм, такой вкладыш заметно деформируется, в ре-результате падает нажимное усилие пружин.

И все же соблазн использовать пробку очень велик. Коэффициент трения у нее равен 0,2—0,25, то есть в два—четыре раза выше, чем, скажем, у пластмассы КФ-3, и это позволяет чуть ли не вдвое сократить число дисков, а значит, уменьшить размеры всего сцепления. И вот на некоторых мотоциклах («Паннония» П-20, «Хонда» и др.) появились пластмассовые диски, на обеих сторонах которых наклеен тонкий, в 0,5 мм, слой пробки. Его деформации ничтожны, а экономия пробки значительна — это делает новый способ изготовления дисков весьма заманчивым.

Как уже упоминалось, сцепление чаще всего устанавливают на первичном валу коробки передач. В этом случае его ведущий барабан связан с коленчатым валом передней передачей, чаще всего цепной. Цепь применяется как на мотоциклах, у которых картер двигателя объединен с картером коробки передач (и тогда передняя передача называется закрытой), так и на мотоциклах типа «Триумф», где коробка не связана с двигателем общим картером (в этом случае передняя передача именуется открытой).

Наиболее распространенная схема силовой передачи при поперечном расположении коленчатого вала: 1 — коленчатый вал; 2 — передняя передача; 3 — сцепление; 4 — коробка передач; 5 — задняя цепная передача; 6 — ведущее колесо.

Передняя закрытая цепная передача обычно работает в масле и не подвержена воздействию пыли и грязи. И все же она недостаточно долговечна. Это неудивительно: скорость движения цепи — около 15 м/сек. А в последние годы, с форсированием двигателей и ростом числа оборотов она достигает еще больших значений. Поэтому все чаще конструкторы обращаются к шестеренчатой передней передаче («Вятка» ВП-150, «ИЖ-Планета-спорт»). Она гораздо долговечнее цепной.

Но как бы то ни было, есть передняя передача или нет ее, крутящий момент от двигателя воспринимается сцеплением и передается, как эстафета, шестерням коробки передач.

А зачем нужна коробка? «Странный вопрос» — скажет иной мотоциклист. — «Конечно, для того чтобы мотоцикл мог двигаться с разной скоростью!» Но так ли это?

Так и не так. Чтобы разобраться, сделаем совсем короткое отступление. Известно, что мощность двигателя—величина переменная. Наибольшего значения она достигает при каком-то определенном, довольно узком, диапазоне оборотов. Так вот, основная задача коробки передач состоит в том, чтобы при движении на любой передаче двигатель развивал обороты, равные оборотам, соответствующим максимальной мощности, или близкие к ним. Особенно важно это для гоночных мотоциклов. Их моторы имеют очень узкий, рабочий диапазон, не превышающий обычно 1000 об/мин. Когда обороты поднимаются выше верхнего порога, мощность начинает падать. Чтобы этого не случилось, нужно своевременно включить следующую передачу. На некоторых мотоциклах делают коробки, имеющие до 14 передач (!) — только для того, чтобы полностью использовать все резервы мощности. Как раз это и позволяет им даже при двигателях рабочим объемом в 50 см3 развивать скорость свыше 100 км/час.

Коленчатый вал располагается вдоль двигателя. Это делает более удобным применение карданной силовой передачи: 1 — коленчатый вал; 2 — маховик, в корпусе которого находится сцепление; 3 — коробка передач; 4 — упругое соединение кардана со вторичным валом коробки передач через резиновую муфту; 5 — жесткий кардан; 6 — главная передача (конические шестерни); 7 — ведущее колесо.

На дорожных мотоциклах картина несколько иная; диапазон рабочих оборотов у них гораздо шире, да и требования другие. Поэтому их коробки имеют три-четыре передачи, что вполне обеспечивает приемлемые динамические характеристики, упрощает конструкцию, облегчает управление и, что тоже немаловажно, удешевляет мотоцикл.

Но коробка не только должна давать возможность включать ту или иную передачу. В практике то и дело приходится сталкиваться с ситуацией, когда нужно вообще разъединить двигатель и колесо. Так бывает при пуске двигателя, при регулировке карбюратора, при движении накатом. Пользоваться в таком случае сцеплением крайне нерационально — это ведет к быстрому износу механизма его привода и дисков. Значит, коробка передач должна обеспечить еще и дополнительное, нейтральное положение, при котором все передачи выключены. Это очень важное условие.

Устроены все коробки примерно одинаково. Принцип работы вряд ли нуждается в пояснениях. Коротко рассмотрим лишь основные особенности наиболее распространенных конструкций.

Обычно коробки бывают двух- или трехвальными, что позволяет получить от трех до шести передач. На валах располагается набор подвижных и неподвижных шестерен. В наиболее распространенных схемах при включении передач соединение шестерен и валов осуществляется кулачками, выполненными заодно с подвижными шестернями, и шлицами на первичном и промежуточном валах и ,в отверстиях подвижных шестерен. Таковы, например, коробки всех ИЖей, ЯВ, многих других популярных мотоциклов. В последние годы на легких мотоциклах и мопедах стали применять и коробки передач, в которых силовое замыкание свободно сидящих шестерен с валами осуществляется шариками. Например, в коробке силового агре-

гата Ш-55 конструкции ВНИИМотопрома четыре шестерни неподвижно сидят на первичном валу, а четыре другие —свободно на вторичном. В радиальных отверстиях полого вторичного вала под шестернями находятся шарики. Внутри вала располагается вкладыш с двумя гребнями. При повороте его на некоторый угол относительно вала гребни выдвигают шарики, которые входят в канавки соответствующей шестерни и замыкают ее с валом.

На средних и тяжелых мотоциклах такие коробки не применяются из-за высоких нагрузок на шестерни и валы в местах соприкосновения с шариками, отчего пока не обеспечивается нужная долговечность.

Наконец, пример еще одной разновидности — коробка передач мотороллера ВЛ-150. Она двухвальная трехступенчатая. Силовое замыкание свободно сидящих шестерен осуществляется крестовиной, скользящей по пазам вала. Вторичный вал этой коробки удлинен с правой стороны и снабжен шлицами, на которые непосредственно надевается ступица заднего колеса.

Вот мы и подошли к последнему звену силовой «цепочки» — задней передаче. Приведенный только что пример — иллюстрация того редкого варианта, когда эта передача не нужна: вторичный вал коробки непосредственно связан с колесом. В других же случаях без нее не обойтись. И наиболее часто в этой роли выступает уже привычная и знакомая нам цепь. Она достаточно проста, неприхотлива, дешева. А на спортивных мотоциклах просто незаменима, потому что позволяет в считанные минуты изменить передаточное отношение задней передачи (достаточно заменить звездочку на вторичном валу), что иногда очень важно.

У тяжелых мотоциклов, имеющих четырехтактные двигатели с продольно расположенным коленчатым валом, задняя передача состоит из двух звеньев — карданной и главной передач. По степени надежности эта система выше цепной, она требует и меньше ухода. Но она тяжелее, сложнее и дороже.

В заключение несколько слов о вариаторе. Он состоит из передней клиноременной передачи, в ведущем шкиве которой размещается сцепление, и задней передачи, как правило, — цепной. Коробка передач не нужна, потому что вариатор сам, автоматически изменяет передаточное отношение в зависимости от сопротивления движению. Это — главное и неоспоримое его преимущество. Кроме того, он гораздо тише в работе, проще конструктивно, а передаточное отношение изменяет не скачками, а плавно. Но в связи с низкой износоустойчивостью клиновых ремней вариатор пока используется лишь на легких мотоциклах и не может передавать мощность современных двигателей средних и тяжелых машин. Тем не менее можно надеяться (техническая мысль идет вперед!), что вариаторы со временем станут наиболее распространенным видом силовой передачи мотоциклов.

Б. ДЕМЧЕНКО,
мастер спорта

1974N08P4-5