Устойчивость и управляемость

От чего они зависят

Устойчивость и управляемость

Очевидно, каждый из нас в том или ином возрасте задавался вопросом, почему велосипед или мотоцикл, имеющий всего две точки опоры, не падает, когда начинает двигаться. Многие нашли объяснение этому явлению, познакомившись с чудесными свойствами волчка или юлы. Однако позже, сидя за рулем мотоцикла, мы не раз падали, иногда так и не уяснив причину, вызвавшую проявление какой-то дурной черты его характера. Хорошо, если все кончалось благополучно, а могло быть... Страшно подумать.

Что же влияет на устойчивость и управляемость мотоцикла, от которых зависит безопасность движения, как сделать, чтобы верный «конь» не оступался? Мы уже не раз говорили о дороге, о сцеплении шин с разными покрытиями, и, конечно, большинство водителей знает о коварстве песка, воды и льда под колесами. Сегодня рассмотрим, как отражается на управляемости и устойчивости мотоцикла его техническое состояние и нагрузка.

Предоставляем слово нашему постоянному автору инженеру Э. В. КОНОПУ. Иллюстрации к статье сделал он сам.

 

Сначала вспомним, что обеспечивает мотоциклу устойчивость при движении. Имея лишь две точки опоры, он находится в неустойчивом равновесии, которое восстанавливается за счет непрерывного смещения центра тяжести по отношению к линии следов колес. Следовательно, устойчивость мотоцикла поддерживается необходимым в каждый момент наклоном корпуса водителя и поворотом руля (колеса).

Этому помогают специально подобранные наклон оси вращения и вылет ВА (рис. 1) передней вилки, обеспечивающие автоматический поворот переднего колеса в сторону наклона мотоцикла благодаря силе Y1. Такое же действие оказывает сила P1 — составляющая веса деталей, вращающихся вокруг оси рулевой колонки: вилки, колеса, фары и т. д.

 

Рис. 1. Схемы сил, действующих на переднее колесо вертикально стоящего (а) и наклоненного (б) мотоцикла

Рис. 1. Схемы сил, действующих на переднее колесо вертикально стоящего (а) и наклоненного (б) мотоцикла: С — центр тяжести веса деталей, вращающихся вокруг оси рулевой колонки: См — сила тяжести этих деталей; Z1 — сила реакции опоры; В — точка опоры колеса: А — точка пересечения оси рулевой колонки с дорогой; Р| — составляющая силы G1; Y1 — составляющая реакции Z1.

 

Другим фактором, от которого зависит устойчивость, является гироскопический момент вращающихся масс — колес и (если коленчатый вал расположен перпендикулярно продольной оси мотоцикла) маховиков двигателя. Гироскопический момент, препятствуя резкому наклону, помогает водителю сохранять равновесие. Поэтому, чем быстрее движется мотоцикл, тем больше усилий требуется, чтобы наклонить его в сторону. Вот почему увеличение диаметра колес улучшает устойчивость мотоцикла-одиночки.

Итак, конструкция ходовой части обеспечивает такое действие сил при случайных наклонах мотоцикла, которое способствует быстрому и легкому восстановлению равновесия.

Устойчивым принято считать тот мотоцикл, который при мннимальном вмешательстве водителя сохраняет направление движения и свое положение по отношению к дороге.

Если, добиваясь равновесия, водитель вынужден сильно отклонять корпус или поворачивать руль, — мотоцикл считают недостаточно устойчивым. Это может определяться различными причинами, вызывающими нарушение его «геометрии», — неправильной регулировкой положения колес, износом, повреждением, поломкой узлов ходовой части, а также неправильным размещением или слишком большим весом груза и т. д. Рассмотрим некоторые из этих причин.

Устойчив только исправный

«Геометрия» бывает далека от идеальной у нерадивых или неопытных хозяев — из-за повреждений ходовой части, неправильной регулировки некоторых узлов. Так, иногда новичок уже при первой подтяжке цепи смещает заднее колесо из плоскости симметрии мотоцикла, как это показано на рис. 2. Если, например, заднее колесо отклонено влево, то для движения в прямом направлении придется в ту же сторону поворачивать руль. В этом случае на переднее колесо и вилку начинают действовать уже знакомые нам силы, стремящиеся отклонить руль влево. Водитель, разумеется, этому препятствует, крепко вцепившись в него руками. Мотоцикл уравновешен, но устойчив ли?

 

Рис. 2. Колеса находятся в разных плоскостях. Из-за этого появляется сила, стремящаяся повернуть руль.

Рис. 2. Колеса находятся в разных плоскостях. Из-за этого появляется сила, стремящаяся повернуть руль.

 

Большинство мотоциклистов знает, что, если при установившемся движении, когда машина хорошо уравновешена, вдруг повернуть руль, не наклонившись предварительно в ту же сторону, мотоцикл «повалится» в противоположную. Используя это, гонщики, когда нужно резко «положить» машину в вираж, ускоряют ее наклон мгновенным небольшим поворотом руля в сторону, противоположную наклону. В нашем примере освобожденный руль повернется влево, а мотоцикл, теряя равновесие, начнет валиться вправо. Теперь вы видите, что езда с неправильно установленными колесами утомительна и небезопасна.

Другой причиной неправильного положения колес является износ некоторых узлов и деталей. Решающее значение следует придавать состоянию шар-нирнбго узла задней качающейся вилки, подшипников рулевой колонки, направляющих втулок в перьях передней вилки. Не гордитесь тем, что вам удалось наездить 50 000 километров, «ничего не делая» с мотоциклом: его ходовая часть после этого может потребовать такого ремонта, который перечеркнет все ваши «достижения»!

Состояние подшипников рулевой колонки непосредственно сказывается на точности управления мотоциклом и, как результат, на его устойчивости. Лунки на дорожках качения не позволяют добиться плавного поворота руля: в одном положении он заедает, а в другом вся передняя вилка качается из-за люфтов в рулевой колонке. С такими подшипниками ни о какой «ювелирной» технике вождения не может быть и речи: водитель ездит на авось, приспосабливаясь к постоянному стремлению мотоцикла рыскать из стороны в сторону.

Перетяжка или, напротив, чрезмерное ослабление подшипников ускоряет их износ. Между тем правильная регулировка требует только внимания — не больше. Делают это так. Установив мотоцикл на центральную подставку, чтобы переднее колесо не касалось земли, и полностью освободив или сняв демпфер, постепенно затягивают гайку рулевой колонки, добиваясь минимального зазора в подшипниках. В рулевой колонке не должно быть люфта, но в то же время ось вилки должна вращаться в подшипниках легко и без заеданий. Цель можно считать достигнутой, если руль от легкого касания плавно перемещается около любого положения.

Износ втулок в узле крепления задней маятниковой вилки проявляется при резком ускорении, особенно на низших передачах: мотоцикл заметно тянет влево. Дело в том, что при разгоне на первой передаче вторичная цепь передает к задней звездочке большое усилие (400—450 кг), под действием которого маятниковая вилка вместе с колесом отклоняется вправо (рис. 3). Равновесие мотоцикла нарушается, и он валится влево.

 

Рис. 3. Износ деталей в соединении задней вилки с рамой приводит к смещению заднего колеса

Рис. 3. Износ деталей в соединении задней вилки с рамой приводит к смещению заднего колеса.

 

В этом случае никакие «методы» ремонта, кроме замены изношенных деталей, не дают желаемого результата. С сожалением отмечаем, что, несмотря на неоднократные предостережения, иные владельцы ЯВ по-прежнему пытаются устранять люфт в креплении маятниковой вилки, затягивая гайку стяжного болта. А ведь он служит лишь для подтягивания резиновых уплотнений и не оказывает никакого влияния на величину зазоров между втулками и их осью, от которой и зависит люфт. Завершается такой «ремонт» обрывом стяжного болта. «Проверка» посредством покачивания маятниковой вилки из стороны в сторону ненадежна, так как не каждый водитель способен приложить к ней усилия, соизмеримые с реальными, рабочими.

Иногда приходится слышать жалобы на то, что мотоцикл валится при пользовании тормозом переднего колеса. Как правило, возникает этот дефект в случае износа верхнего узла крепления перьев вилки (или при ослаблении резьбовых соединений), нижнего узла, включая обе подвижные трубы и ось колеса, и направляющих втулок. Большая часть конструкций вилок рассчитана так, что момент от силы торможения колеса больше прилагается к одному перу, из-за чего вилка нагружается несимметрично и поэтому закручивается (рис. 4). При торможении переднего колеса одно из перьев уходит назад несколько больше другого, колесо отклоняется на некоторый угол, а мотоцикл, теряя устойчивость, тянет в другую сторону. Добросовестная затяжка резьбовых соединений нижнего узла вилки позволяет почти поровну «поделить» момент от силы торможения между обоими перьями.

Рис. 4. При торможении переднего колеса со слабо затянутой осью вилка закручивается, колесо поворачивается и мотоцикл тянет в сторону.

Рис. 4. При торможении переднего колеса со слабо затянутой осью вилка закручивается, колесо поворачивается и мотоцикл тянет в сторону.

 

Демпфер, руль и щиток

Многие модели мотоциклов оснащаются демпфером. Он служит для уменьшения колебаний руля при движении по плохим дорогам, при боковом порывистом ветре. На дорожной машине демпфер имеет простейшую конструкцию. Он работает за счет сил сухого трения, из-за чего при затянутом винте трудно повернуть руль плавно на небольшой угол. Поэтому на мотоцикле-одиночке управление становится грубым, неточным, а это отрицательно сказывается на устойчивости машины, особенно при малых скоростях, когда почти отсутствует стабилизирующий гироскопический момент колес.

Учитывая состояние покрытия и скорость движения, водитель должен в одних случаях затягивать винт демпфера, в других — ослаблять. Двигаясь, например, по хорошему шоссе, винт демпфера можно полностью освободить.

На некоторые спортивные мотоциклы вместо такого демпфера устанавливают специальные гидрогасители колебаний руля, свободные от недостатков демпфера сухого трения. Однако из-за сложности и большой стоимости на дорожных мотоциклах они, как правило, не применяются.

Водителям, которым часто приходится ездить по бездорожью, можно рекомендовать руль увеличенных размеров и жесткости. Он способствует более точному управлению мотоциклом, уменьшению раскачивания от порывов ветра и неровностей дороги. В итоге — большая устойчивость.

Пример конструкции такого руля приводился в журнале «За рулем» (1970, № 3). Что касается различных экзотических конструкций, постоянно рождающихся в любительских мастерских, то они обычно способны поразить воображение окружающих, а не облегчить управление. Кстати, ряд полезных советов мотоциклистам — конструкторам рулей дает в своей книге «Мотоцикл без секретов» заслуженный мастер спорта И. М. Григорьев (Издательство ДОСААФ, Москва, 1973).

Совершенно исправный мотоцикл может утратить значительную долю своей устойчивости после установки дополнительного оборудования: дуг, багажников, различных щитков, конструкция которых не отвечает определенным требованиям. Наибольшую роль здесь играет ветровой щиток: маловыгнутый, плохо обтекаемый, неправильно установленный, он не только хуже защищает водителя от пыли и грязи, но и может вызывать неприятные колебания руля, тем большие, чем выше скорость движения. «Плоский» щиток, установленный почти вертикально поперек воздушного потока, сильно его за-вихряет и сам из-за этого испытывает хаотические рывки, передающиеся на мотоцикл. К тому же при такой установке «центр парусности» щитка смещен вперед по отношению к оси вращения вилки, делая из нее своеобразный флюгер. Щиток стремится повернуть вилку на 180°, что отрицательно сказывается на устойчивости, особенно при большой скорости движения (рис. 5, а).

 

Рис. 5. Неправильное (а) и правильное (б) положение щитка.

Рис. 5. Неправильное (а) и правильное (б) положение щитка.

 

Этих недостатков не имеет обтекаемый щиток, установленный даже более наклонно, чем вилка (рис. 5, б). В этом случае улучшается и защита водителя от потока пыли и грязи, так как он находится в наиболее «спокойной» зоне, непосредственно за щитком.

Хорошо сконструированный обтекаемый ветровой щиток не только не вносит помех в управление мотоциклом, но даже может значительно улучшить его характеристики, повысив скорость, снизив расход топлива и др. Вспомните обтекатели гоночных мотоциклов.

Не допускать резонанса!

Перейдем теперь к случаям внезапной потери устойчивости при движении мотоцикла. Речь пойдет не об очевидных причинах, таких, как прокол шины, блокирование колеса оборвавшейся цепью, а о тех, которые на первый взгляд мало связаны с происшедшим падением.

Есть немало водителей, главным образом мототуристов, которым знакомо следующее. Полностью загруженный мотоцикл движется по шоссе со скоростью 100 км/час. Ничто, кажется, не предвещает беды. Внезапно на волнистом участке мотоцикл начинает раскачиваться из стороны в сторону, сначала слабо, затем все сильнее, вырывая руль из рук и «рисуя» на дороге черный след в виде змейки. И вот — головокружительное, не поддающееся описанию падение! В чем тут дело?

 

Рис. 6. Мотоцикл с искривленной рамой (а), поврежденным амортизатором (б) или несимметрично нагруженный (в)

Рис. 6. Мотоцикл с искривленной рамой (а), поврежденным амортизатором (б) или несимметрично нагруженный (в) раскачивается в стороны на волнистой дороге. Ц. т. — центр тяжести; А, А1, А2 — точки опоры на разных участках дороги.


Оказывается, на дорожном покрытии, имеющем продольные волны, мотоцикл может раскачиваться не только вверх — вниз, но и в поперечном направлении. Самые разнообразные причины этого явления часто объединяет одно: при определенных условиях на движущийся мотоцикл передаются переменные по величине и направлению силы, действующие под углом к плоскости, в которой лежат точки опоры колес и центр тяжести машины. Так, если деформирована («закручена») рама, то при движении по волнам точка А контакта колеса с дорогой (рис. 6, а) колеблется в наклонной плоскости, не проходящей через центр тяжести. Это нарушает равновесие и вызывает колебания мотоцикла из стороны в сторону.

Или возьмем амортизатор, в котором сломана пружина. Он практически не несет нагрузки, поэтому перемещение колеса вверх при наезде на гребень сопровождается поворотом его плоскости вокруг исправного амортизатора (рис. 6, б). Точка А смещается в сторону, равновесие мотоцикла нарушается. Если на дороге встретится ряд таких «волн», мотоцикл станет раскачиваться.

Так же раскачиваться может и совершенно исправный мотоцикл, когда движется с наклоном к волнистой дороге: на повороте, в случае несимметричной загрузки (размещения не равных по весу и размерам предметов с боков) мотоцикла (рис. 6, в), при неправильной посадке водителя и т. п. Частота этих колебаний, называемых «вынужденными», зависит от длины волн на поверхности дороги и от скорости.

Кроме них, мотоцикл испытывает и «собственные колебания» подрессоренных частей на подвесках, колебания, частота которых зависит от жесткости пружин (повышается при более жестких пружинах) и веса мотоцикла (уменьшается с увеличением веса).

При определенных длине волн на дороге и скорости движения «вынужденные» колебания могут происходить с частотой «собственных» — тогда наступает явление «резонанса», и колебания в вертикальной плоскости достигают максимума. Неправильно загруженный или имеющий дефекты ходовой части мотоцикл начинает в этих условиях сильно раскачиваться и в поперечном направлении. Если эти колебания по частоте совпадут с собственными поперечными колебаниями (что зависит от жесткости рамы и обеих вилок), возникает резонанс поперечных колебаний, еще более опасный, чем резонанс вертикальных. В результате мотоцикл раскачивается поперек дороги с такой силой, что водитель оказывается не в состоянии справиться с управлением, даже очень крепко держа рукоятки руля. Если продолжать движение с прежней скоростью, углы отклонения переднего колеса вскоре достигают предела, после которого шина начинает проскальзывать по покры-

тию, оставляя на дороге черный зигзагообразный след. В этом случае падения избежать удается не каждому. Заметив подозрительно нарастающие колебания руля, водитель должен немедленно сбавить скорость, для чего бывает достаточно просто убрать «газ».

На твердом и сухом покрытии от момента начала раскачивания до полной потери управления, как показывает опыт, может пройти 4—5 секунд, а за это время можно успеть принять правильное решение.

На мокрой, скользкой дороге падение происходит быстрее — уже в самом начале раскачивания, при гораздо меньших угловых колебаниях руля. Сочетание дождя с сильным порывистым боковым ветром еще более осложняет положение водителя.

Теперь ясно, что все эти критические положения вызваны неисправностями машины, которым некоторые мотолюбители не придают должного значения, как и опасности ее перегрузки.

Легкий и одновременно жесткий нормально нагруженный современный мотоцикл во всем диапазоне скоростей, как правило, не подвержен грозным явлениям резонанса. Увеличение нагрузки на мотоцикл и, особенно, перегрузка вынесенного назад багажника резко снижают собственную частоту колебаний. Неправильное размещение груза может настолько снизить ее, что даже при умеренной скорости наступит резонанс поперечных колебаний, при котором трудно избежать падения. Тяжелый груз нужно крепить как можно ближе к общему центру тяжести мотоцикла. Если мототурист путешествует без пассажира, вещи следует размещать на его сиденье, оставляя для багажника лишь самые легкие.

Не перегружайте мотоцикл! — взывает инструкция. Между тем многие продолжают конструировать багажники, рассчитанные на перевозку чудовищных грузов, забыв, что возможности самой ходовой части мотоцикла не безграничны. Перегрузка приводит к преждевременной усталости и поломкам пружин амортизатора, к деформации рамы, вилок и т. д. И вот мотоцикл, всегда такой надежный, вдруг подводит хозяина.

Помните об этом, собираясь в дорогу!

Э. КОНОП,
инженер


1974N05P38-39, 1974N06P20-21









Связь с администрацией: admin@roker.kiev.ua