Трансмиссия мотоцикла
Максимальное использование мощности современного двигателя в условиях соревнований эндуро предъявляет соответствующие требования к конструкции трансмиссии мотоцикла. Основным требованием к ней является надежность и устойчивость к перегрузкам. Опыт показывает, что большинство поломок относится именно к трансмиссии. При этом чаще всего выходят из строя сцепление и задняя цепь, что и для опытного гонщика обычно равноценно сходу с соревнований.
Идеал и действительность
Идеалом, или лучше сказать, воплощением самых смелых желаний гонщика, можно считать такую трансмиссию, при которой возможна длительная работа двигателя с оптимальной частотой вращения и автоматическим плавным переключением передач в соответствии с изменением нагрузки на мотоцикл.
При такой системе намного легче стало бы управление мотоциклом, в особенности на пересеченной местности, исчезла бы неприятная смена нагрузок при преодолении препятствий и лучше использовалась мощность двигателя при максимальной безопасности его эксплуатации без риска повышения частоты его вращения до максимальной. За такую конструкцию гонщик готов заплатить повышением массы и даже некоторым снижением КПД.
Отвечать этим требованиям, видимо, смогут в будущем гидростатическая и электрическая передачи. При гидростатической передаче двигатель должен вращать насос, подающий гидравлическую жидкость под давлением к турбине в заднем колесе или же к какому-либо другому его приводу.
Фантазия изобретателей идет еще дальше: две турбины могли бы приводить оба колеса мотоцикла с заданным распределением мощности между ними. Основным препятствием для осуществления подобных идей является низкий КПД гидростатических приводов, который составляет примерно 0,5.
Электрические приводы нашли применение на железнодорожных локомотивах. При этом двигатель внутреннего сгорания вращает генератор постоянного тока, напряжение от которого поступает на тяговый электродвигатель. Большая масса такой трансмиссии исключает ее использование на мотоциклах.
Наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к мотоциклам эндуро, коробки передач с автоматическими муфтами, позволяющими плавно изменять передаточное отношение. Чаще всего используются муфты двух типов — гидравлические и механические.
Основным элементом гидравлической муфты является гидротрансформатор, состоящий из насосного кольцеобразного колеса большого диаметра, приводимого во вращение двигателем, а также реакторного и турбинного колес. Этот гидротрансформатор выполняет функции автоматической муфты, сглаживающей рывки на ее входе и обеспечивающей передаточное отношение в пределах от 1:1 до 1:2. В комбинации с автоматической двух- или трехступенчатой коробкой передач здесь можно получить плавное переключение скоростей без участия мотоциклиста. На разработку таких гидравлических систем уже затрачены огромные средства. В США и других странах еще в 50-х годах ими начали оснащать легковые автомобили с большим рабочим объемом двигателя, а также грузовые и специальные автомобили. Недостатком гидравлических систем по сравнению с механическими является сложность всей трансмиссии и, соответственно, более высокая стоимость. Для небольших маломощных двигателей они неприемлемы из-за больших размеров и массы.
Знание основных законов механики позволяет легко определить, что передаваемый вращающий момент возрастает пропорционально третьей степени диаметра фрикционной или пятой степени гидравлической муфты.
Для автомобилей малого класса и двухколесных транспортных средств гидравлический трансформатор в автоматических трансмиссиях должен быть заменен менее совершенной центробежной фрикционной муфтой, связанной с передачей клиновым ремнем, так как фрикционные передачи с плавным изменением КПД не способны передавать требуемые вращающие моменты.
В мотоциклетной практике такая система хорошо зарекомендовала себя в мопедах и мотороллерах, где часто используются одноступенчатые передачи. Для более мощных мотоциклов эндуро нерационально использовать центробежную муфту из-за ее большой массы, малого ресурса и сложности ремонта в условиях соревнований.
Однако и передача клиновым ремнем здесь себя не оправдывает: хотя она и дает плавное изменение передаточного отношения, но диапазон передаточных чисел с ее помощью слишком мал. К тому же установка клиноременной передачи не всегда проста. Еще одним недостатком клиноременной передачи является низкая передаваемая мощность при значительных размерах шкивов и малая долговечность.
Ниже мы еще вернемся к вопросу применения фрикционных муфт зубчатых колес и столь нелюбимой спортсменами цепи.
Классическая схема трансмиссии
За семидесятилетнюю историю развития мотоциклов для международных шестидневных соревнований эндуро практически не менялась конструкция применяемой на них трансмиссии. Как и прежде, классическая трансмиссия состоит из первичной передачи, фрикционной муфты, многоскоростной механической коробки передач и вторичной передачи.
Некоторые отклонения от этой схемы, появлявшиеся в прошедшие десятилетия и не оправдавшие себя, лишь подтверждают ее жизнеспособность. Одним из таких отклонений был сначала прямой, а позднее карданный вал для привода заднего колеса. Но он был чересчур жестким и не позволял легко изменять передаточное отношение всей передачи. Не решили проблему и бесступенчатые ременные передачи, применявшиеся на американских мотоциклах «Рокон». Они отличались значительными размерами, низким КПД и были малонадежны.
Применялась также и впоследствии забытая автоматическая коробка передач. Она не получила распространения из-за сложности конструкции и неудобств, создаваемых гонщику.
Упругая первичная цепная передача
Как и соединение коленчатого вала со ступенчатой коробкой передач, первичная передача с помощью цепи представляет собой современный элемент конструкции мотоциклов для соревнований эндуро.
Преимуществом этой передачи по сравнению с зубчатой является ее большая упругость: она не требует специального амортизатора, необходимого при передаче вращающего момента зубчатыми колесами. Другим преимуществом цепной передачи, которое при современном уровне техники не столь существенно, можно считать более низкие требования к точности изготовления. Малошумная цепная передача способна обеспечить передачу мощности при значительном расстоянии между валами.
В современных мотоциклах первичная цепная передача устанавливается в масляной ванне.
Недостатками первичной цепной передачи являются невозможность получения высокой частоты вращения, малый срок службы и невысокий КПД. Нередко считают, что цепная передача малонадежна, но это несправедливо и объясняется ее неправильной эксплуатацией при высоких частотах вращения.
Нагрузки, которые испытывает цепная передача, складываются из нагрузок, обусловленных вращающим моментом, и нагрузок, вызванных центробежными силами, пропорциональными второй степени частоты вращения. Если разогнать двигатель до максимальной частоты вращения, например с 8000 до 10000 об/мин, получив наибольший крутящий момент, то доля значительно выросших нагрузок, вызванных центробежными силами, составит более 56%, и первоначально безопасная цепная передача становится ненадежной. Исходя из этих соображений, первичные цепные передачи не следует устанавливать на мотоциклах низких классов с высокобортными двигателями, предназначенных для соревнований эндуро.
Для первичных цепных передач в мотоциклах средних и высших классов используются простые или реже двойные роликовые цепи. Специальные бесшумные цепные передачи HY=VO, часто применяемые на дорожных мотоциклах высшего класса, в условиях соревнований эндуро малопригодны из-за высоких частот вращения. Иногда составной частью конструкции первичного привода является упругий натяжной замок цепи, но для спортивных мотоциклов он используется в исключительных случаях, так как даже частично растянутая цепь должна быть заменена.
Шум зубчатых колес
Первичная передача зубчатым редуктором, используемая в шоссейно-гоночных мотоциклах и для максимальных частот вращения, кроме отсутствия упругости имеет и другие недостатки, в частности сильный шум при работе. Из различных способов уменьшения шума зубчатых колес наиболее надежным считается жесткая установка обоих колес, тщательная шлифовка боковых поверхностей зубьев, увеличение числа зубьев и использование косозубого зацепления.
Для спортивных мотоциклов осуществима только жесткая посадка валов.
Точная шлифовка удорожает изготовление зубчатых колес и зачастую снижает поверхностную твердость зубьев, а вместе с этим и срок службы колес. Увеличение числа зубьев означает уменьшение уверенности в качестве зубьев, что еще больше повышает требования к уменьшению величины угла зацепления.
Изменение методики измерения шума, рекомендованной ФИМ, повлияло на конструкцию первичного привода мотоциклов для соревнований эндуро. Модуль зубьев подбирают прежде всего с учетом условий их прочности и только потом по уровню создаваемого ими шума. Это относится и к углу зацепления.
Точность обработки поверхности зубьев требует особого внимания. До некоторой степени это касается угла наклона линии зуба: в современных мотоциклах используются обычные зубчатые колеса с прямыми или косыми зубьями. При косозубом зацеплении создаются нежелательные боковые нагрузки на коленчатый вал и ведомый вал коробки передач.
При использовании косозубых колес угол наклона линии зуба нельзя назначать произвольно. Для мотоциклов эндуро его стараются выбрать меньшим, чтобы коэффициент перекрытия с учетом ширины колес был равен 2 или 3. Параметры зацепления рассчитывают в соответствии с данными, приведенными в специальных справочниках по расчету зубчатых колес. В зубчатых колесах с косыми зубьями длина линии зацепления увеличивается пропорционально ширине колеса и тангенсу угла наклона зуба. Из опыта использования бесшумных передач в дорожных мотоциклах известно, что первичный привод зубчатыми колесами более шумен, если во время вращения колес число входящих в зацепление зубьев изменяется.
Материалом для зубчатых колес обычно служит термообработанная цементированная сталь. Однако большие колеса, устанавливаемые в коробке передач, после закалки иногда испытывают деформации. Особенно ненадежны в этом отношении колеса, образующие одновременно барабан сцепления, работающий в масляной ванне. В этом случае цементированную сталь заменяют высоколегированной, закаленной на воздухе. Эта сталь имеет значительно меньшую поверхностную твердость, однако ее тепловая деформация меньше.
Для длительной и бесшумной работы первичной передачи, как зубчатой, так и цепной, необходима ее защита от грязи и обеспечение постоянной смазки. Чтобы добиться повышения КПД и долговечности, рационально подавать смазочный материал непосредственно на зацепляющиеся зубья, однако на практике для мотоциклов эндуро чаще применяется смазка разбрызгиванием. Уровень масла следует выбирать возможно более низким, так как высокий уровень означает повышение сопротивления колесу и, следовательно, его повышенный нагрев.
Передаточное отношение первичной передачи, определяемое отношением числа зубьев зубчатого колеса со стороны сцепления к числу зубьев колеса на коленчатом валу и выбираемое в зависимости от скоростной характеристики двигателя, параметров коробки передач и вторичного привода, для мотоциклов эндуро колеблется от 2,8:1 (у мотоциклов класса 80 см3) до 2,1:1 (у мотоциклов с четырехтактным двигателем класса более 500 см3).
Изменение этого отношения позволяет, о чем часто забывают, изменять требуемые размеры сцепления и коробки передач. При уменьшении передаточного отношения первичного привода и выборе соответствующей конструкции вторичного привода можно облегчить коробку передач. Но при этом затрудняется переключение передачи и увеличивается частота вращения передаточных колес.
Сцепление
В мотоциклах для соревнований эндуро используют сцепление как «сухого», так и «мокрого» типа. Раньше для спортивных мотоциклов чаще использовали «мокрое», то есть работающее в масле, сцепление. Для этого было несколько причин.
Прежде всего сцепление «сухого» типа необходимо надежно защищать от любой грязи. Во-вторых, все элементы сцепления «мокрого» типа защищены маслом от коррозии. В-третьих, здесь отсутствует необходимость уплотнения муфты и отделения ее от первичной передачи. При этом главная передача может быть выполнена более компактной. Четвертое преимущество «мокрого» способа сцепления гонщики объясняют следующим образом: так как его диски работают, постоянно находясь в масляной среде, нет опасности внезапного снижения коэффициента трения и вследствие этого проскальзывания дисков, которое обычно возникает при попадании масла в сцепление «сухого» типа.
Однако сейчас все больше преобладает другое мнение. «Сухое» сцепление, отличающееся значительно большим коэффициентом трения, обеспечит требуемый вращающий момент при меньших габаритах и меньшей силе сжатия дисков. Это облегчает управление сцеплением. К тому же «сухое» сцепление легче выключается, так как диски здесь не покрыты маслом. Уплотнение сцепления обеспечивается за счет его тщательного изготовления. «Сухое» сцепление лучше отвечает жестким требованиям шестидневных соревнований эндуро благодаря легкости замены дисков, а при необходимости и пружин. И, наконец, к преимуществам «сухого» сцепления следует отнести также возможность его исполнения отдельно от двигателя и коробки передач. Благодаря этому частички, образующиеся в результате износа фрикционных накладок дисков сцепления, не попадают в коробку передач или же в масло, циркулирующее в двигателе, если используется общая система смазки, как в четырехтактных двигателях.
Сцепление должно быть рассчитано на передачу вращающего момента, превышающего максимальный вращающий момент двигателя по коэффициенту запаса прочности, который, с другой стороны, не должен превышать 1,15—1,3. Даже правильно рассчитанное и отрегулированное сцепление кратковременно проскальзывает при экстремальных нагрузках, например при резком переключении либо при приземлении после прыжка мотоцикла. Вследствие этого оно защищает всю передачу от поломки.
В этом отношении представляет интерес конструкция сцепления на некоторых мотоциклах «Хонда».
В этом шестидисковом сцеплении три диска установлены обычным способом, а три других — на механизме свободного хода. При включении двигателя работают все шесть дисков, при торможении двигателем и при обратном вращающем моменте в зацепление входят лишь три диска.
На мотоциклах для соревнований эндуро сцепление закреплено на ведущем валу коробки передач, установка сцепления на коленчатом валу себя не оправдала.
Дальнейшее усовершенствование сцепления идет в направлении поиска новых материалов для фрикционных дисков. Так, для дисков стали использовать разновидность асбеста, отличающуюся меньшим износом, большей прочностью. Она пригодна для изготовления как «сухого», так и «мокрого» сцепления. Кроме того, диски сцепления, работающие в масле, стали изготовлять из твердого картона. В паре со стальным диском диск с такой фрикционной накладкой при работе в масле позволяет повысить коэффициент трения до 0,11 — 0,13, в то время как для асбестовых дисков в аналогичных условиях коэффициент трения составляет 0,07—0,09.
Корпус всех современных дисковых сцеплений выполнен в виде зубчатого колеса с большим числом зубьев. Стальные диски остались неизменными в течение десятилетий, так как ослабление дисков ведет к их деформации и в результате к выходу из строя всего сцепления.
В современных сцеплениях устанавливается от четырех до шести дисков, очень редко в «мокрых» сцеплениях — восемь. Передаваемый вращающий момент пропорционален площади фрикционных поверхностей. Однако переключение многодискового сцепления обычно затруднено. Качество работы сцепления влияет на работу всей трансмиссии. Взаимное расположение ведущих и ведомых элементов сцепления должно исключать возможность его разбалтывания и выключения. Современные сцепления могут быть значительно улучшены за счет принудительного раздвигания дисков при выключении. В этом случае сцепление не выключается при случайном нажатии рычага сцепления, а только при перемещении всего барабана сцепления, при этом боковые диски выходят из зацепления.
Важным элементом современного сцепления является устройство, которое позволяет выключать его на длительное время, что особенно важно для мотоциклов эндуро, например при толкании мотоцикла. Сейчас эта задача решается установкой легкого аксиального подшипника на рычаг сцепления. При этом в случае «сухого» сцепления он должен иметь достаточную смазку.
Пружины сцепления работают надежно, если для них предусмотрено достаточно места. Нагрузки на пружину не должны превышать расчетных значений. Недопустимы длительные деформации пружин с последующим резким снятием нагрузки, что вызывает проскальзывание сцепления. Иногда надежность сцепления можно повысить за счет материала пружин, но диски при длительном проскальзывании прежде всего из-за повышения температуры выходят из строя.
Многоступенчатые коробки передач
Число ступеней коробки передач для мотоциклов эндуро до сих пор не ограничено правилами ФИМ, как, например, в шоссейно-гоночных мотоциклах. Как с учетом оптимального использования мощности двигателя, так и с точки зрения гонщика более предпочтительна ступенчатая коробка передач. Интервал передаточных отношений коробки передач, то есть соотношение передаточных отношений на первой и высшей передачах, в мотоциклах эндуро является самым высоким по сравнению с другими спортивными мотоциклами. Первая передача здесь обеспечивает такую малую скорость, которая позволяет как можно быстрее выбираться из затора. Такая скорость нужна на экстремально тяжелых участках трассы, когда гонщик вынужден толкать мотоцикл с работающим двигателем, не отключая сцепление. Высшая передача, наоборот, должна обеспечить максимальную скорость на ровных участках трассы.
Разница между соседними ступенями коробки передач должна быть относительно невелика, примерно такой же, как у шоссейно-гоночных или кроссовых мотоциклов. Это дает возможность полнее использовать мощности двигателя при езде по пересеченной местности, а также на последнем в соревнованиях скоростном гоночном круге и при соревнованиях на ускорение.
В соответствии с этими требованиями коробка передач, как правило, имеет восемь (для наиболее мощных) и даже десять ступеней (для маломощных мотоциклов эндуро).
Практическое решение является, как всегда, компромиссным между требованиями гонщиков и возможностями реальных коробок передач. Многолетний опыт эксплуатации спортивных мотоциклов однозначно привел к идее использования двухвальной коробки передач как единственно отвечающей требованиям, предъявляемым к мотоциклам эндуро. Трехвальные и особенно синхронные многовальные коробки передач либо комбинации двух коробок передач влекут за собой повышение нагрузок на переключающие элементы, а также значительно усложняют конструкцию, снижая ее надежность.
Комбинация двухступенчатой первичной передачи с обычной трех-пятиступенчатой коробкой передач не оправдывает себя из-за конструктивных трудностей и сложности переключающего устройства. Разность передаточных отношений первичного привода из конструктивных соображений не может быть велика, поэтому приходится мириться с невыгодным перекрытием некоторых ступеней передачи.
Оптимальным числом ступеней для коробок передач с классическим переключением вилкой и торцовыми кулачками принято считать от четырех до шести. Для седьмой ступени необходимо удлинение валов, что, если не принимать специальных мер для предотвращения чрезмерного прогиба, требует значительного увеличения их диаметра. Это сразу же скажется на габаритах и массе всей коробки передач.
В последнее время для абсолютного большинства мотоциклов эндуро применяются пяти- и шестиступенчатые двухвальные коробки передач. Исключением являются мотоциклы класса 80 см3 с семи- или восьмиступенчатой коробкой передач, переключение ступеней в которой производится шпонкой, скользящей в полом валу.
Выбор числа ступеней трансмиссии
Уменьшение количества ступеней по сравнению с оптимальным ведет к сужению диапазона передаточных отношений коробки передач, а именно: к увеличению скорости на низшей и уменьшению скорости на высшей ступенях. Кроме того, увеличивается разность передаточных отношений соседних ступеней.
Качество ступенчатой передачи контролируется с помощью диаграммы пилообразной формы, которая отражает зависимость скорости мотоцикла от частоты вращения двигателя на каждой из ступеней коробки передач. На этой диаграмме четко виден спад частоты вращения при переходе на более высокую ступень. По кривой мощности легко определить и соответствующее падение мощности.
Еще более наглядной является диаграмма зависимости тягового усилия заднего колеса или диаграмма мощности в зависимости от скорости также на различных ступенях коробки передач. Построение этих диаграмм довольно трудоемко, так как для этого необходимо определить или знать целый ряд характеристик. Но они, как правило, позволяют выявить недостатки в рассчитанной последовательности ступеней передач.
В заключение хотелось бы сказать, что ценность данных, полученных теоретически, не может быть переоценена. В отличие от испытаний здесь рассматривается установившийся режим работы двигателя на полной мощности при определенных частотах вращения (без влияния инерционных сил при ускорении и без учета важных переходных процессов при регулировке карбюратора).
Как и для двигателя, параметры коробки передач необходимо проверять на практике.
Валы и зубчатые колеса
Эти детали изготовляют из высоколегированной стали. Их поверхность в зависимости от размеров зубьев упрочняется цементированием на глубину 0,3—0,5 мм. Для этой же цели они подвергаются термообработке, после которой производится тонкая шлифовка отверстий и некоторых поверхностей, а также окончательный контроль. Без преувеличения можно сказать, что за последние 50 лет ни состав применяемых в мотоциклостроении цементированных сталей, ни способы термообработки практически не изменились. Следовательно, остались почти неизменными и прочностные характеристики.
Однако конструкция коробок передач была значительно усовершенствована. Оба вала рассчитываются для обеспечения конструктивной жесткости с учетом последних достижений теории прочности. При этом на валах стараются избежать проточек, канавок, острых кромок. Теперь не применяют смазочные винтовые дорожки, часто приводившие к поломкам.
Хотя представления о конструкции оптимальной коробки передач и изменились, неизменным осталось стремление к снижению ее внешних размеров и массы при достаточной надежности. Однако современная коробка передач должна все же иметь достаточно большой внутренний объем для размещения в ней зубчатых колес большого диаметра. Такие колеса позволяют увеличить число зубьев и получить более благоприятные характеристики их обкатывания. Кроме того, благодаря меньшей нагрузке на зубья колеса могут быть более узкими. Стремление к сужению коробки передач, наблюдаемое в последнее время, объясняется меньшей длиной валов, что дает возможность уменьшить их диаметр, не опасаясь чрезмерного прогиба. Общая масса коробки передач при этом значительно снижается.
Для установки зубчатых колес применяют их напрессовку на гладкую цилиндрическую поверхность вала, а также скользящую посадку на гладкий вал со шлицами. Последнему способу, сохраняющему свободное вращение колеса на валу, отдают предпочтение. В мотоциклах для соревнований эндуро пока не нашли применения колеса с омедненным отверстием, полученным развертыванием, или с запрессованной бронзовой втулкой. Зато в настоящее время часто используются колеса, закрепленные на плавающей втулке. Для этого устанавливают игольчатые подшипники с сепаратором, часто разборные для удобства монтажа. Возможно также использование игольчатых подшипников без сепараторов.
Отдельные колеса переключаются с помощью торцовых кулачков взаимодействующих с кулачками колес своей или соседней ступени. Число кулачков обычно нечетное — три или пять. Их выполняют фрезерованием, боковые поверхности шлифуют, верхние кромки притупляют.
Правильное плавное переключение достигается высокой точностью изготовления с соответствующей термообработкой.
Важным параметром, о котором иногда забывают, является зазор между торцовыми кулачками двух входящих в зацепление колес. При малом угловом зазоре переключение затруднено, при большом происходит удар, сотрясающий всю трансмиссию при каждом уменьшении или увеличении газа. Обычно величина углового зазора лежит в пределах 10—15°.
Вопросы, касающиеся модуля и профиля зубьев, выходят за рамки этой книги. Однако можно напомнить основные положения, которых придерживаются при выборе зубчатых колес коробок передач для мотоциклов эндуро: первое — минимальное число зубьев равно 11; второе — наименьший модуль равен 2 мм; третье — рекомендуемый угол зацепления составляет 20°; четвертое — минимальная ширина головки зуба на окружности вершин составляет 0,5 мм; пятое — минимальный радиус закругления зуба у основания 0,2 мм; шестое все допуски — положительные.
Переключающие механизмы
Переключающие механизмы для мотоциклов эндуро в общем достаточно простые, без особых требований к конструкции и технологии их изготовления. Однако даже самая малая поломка, например, пружины, из-за невозможности ремонта или замены в условиях соревнований обычно означает неизбежное поражение. Таким образом, неисправность переключающего механизма может вывести из строя всю трансмиссию.
Поскольку переключение скользящей шпонкой часто отказывает, на мотоциклах эндуро используют в основном вращающуюся цилиндрическую или дисковую, а также перемещающуюся возвратно-поступательно плоскую кулису. Так как у наиболее широко применяемых сейчас шестиступенчатых коробок передач ход кулисы относительно велик, наибольшее распространение нашли цилиндрические вращающиеся кулисы.
Основным требованием к вилке механизма переключения является ее устойчивость к деформации. Важное значение имеет легкость хода вилки по валику и тщательность монтажа. При нейтральном положении и переключении ступеней передач аксиальное давление на вилку не должно вызывать местный нагрев, который может вызвать внезапную поломку.
Существует несколько вариантов переключающих механизмов, применяемых в мотоциклах эндуро. Все они хорошо зарекомендовал себя на практике. Очень важно при расчете автоматических переключающих механизмов добиваться как можно меньших нагрузок на возвратную пружину или пружины, а также обеспечить надежность упоров, не отказывающих даже при самом жестком переключении. Главными требованиями, касающимися эксплуатации переключающих механизмов, является легкость регулировки упоров и четкая фиксация передач.
В мотоциклах эндуро в последнее время автоматический переключающий механизм размещают под специальной крышкой на коробке передач, что позволяет быстро отрегулировать или отремонтировать этот механизм.
Другим современным элементом переключающего механизма является фиксация положения легко вращающегося желобчатого ролика большого диаметра, прижимаемого к проточке в переключающей кулисе, что значительно облегчает переключение.
Мотоциклы для соревнований эндуро должны выдерживать даже тяжелые падения без особых последствий. При этом важно, чтобы вал переключающего механизма был прочнее, чем его переключающий рычаг, так как поломка даже конца этого вала равносильна выходу гонщика из соревнований. В современных мотоциклах передняя часть переключающего рычага изогнута в направлении назад.
Автоматические коробки передач
Стремление к упрощению управления мотоциклом в сложных условиях пересеченной местности привело к изобретению автоматической коробки передач. Как уже сказано выше, для соревнований эндуро малопригодны бесступенчатые коробки передач. Автоматическая коробка позволяет переключать ее ступени без помощи гонщика.
Наиболее простым способом является использование нескольких центробежных муфт, первая из которых определяет передачу во время разгона при подаче газа. Следующие муфты последовательно включаются при увеличении скорости езды. Они вводят в действие более высокие ступени коробки передач, колеса низших ступеней вращаются вхолостую.
Преимуществом автоматических коробок передач является более быстрое переключение, недостатком — значительная сложность конструкции, высокие цена и масса. Кроме того, переключение осуществляется не всегда в точно необходимый момент.
Для мотоциклов эндуро разработаны эффективные фрикционные муфты для ручного переключения коробки передач, а также многоступенчатые коробки передач с ножным управлением, отвечающие современным требованиям.
Стартер
Еще одним элементом, имеющим исключительно важное значение для мотоциклов эндуро, является стартер. Его работа должна быть надежной не только в ответственный момент старта, но и при пуске двигателя, заглохшего, например, на тяжелой болотистой трассе. Применявшиеся прежде тросовые и электрические стартеры в настоящее время не используются. Пуск осуществляется ножным рычагом, вращающий момент которого через механизм свободного хода связан с коленчатым валом двигателя.
Наиболее важным параметром стартера является передаточное отношение между его валом и коленчатым валом. Выбор этого отношения сравнительно прост для мотоциклов с двигателями малого рабочего объема, которые легко прокручиваются как в холодном, так и в прогретом состояниях. В противоположность этому для мотоциклов с двигателями, имеющими рабочий объем 500 см3 и высокую степень сжатия, и особенно для мотоциклов с четырехтактными одноцилиндровыми двигателями с рабочим объемом более 500 см3 проблема пуска более сложна. Если передаточное отношение невысоко, то при полном повороте рычага стартера двигатель проворачивается только на один ход сжатия, что, конечно, недостаточно для его пуска. При более высоком передаточном отношении, наоборот, усталый гонщик может оказаться не в состоянии провернуть рычаг стартера. Наилучшим решением здесь оказалось сохранение относительно высокого передаточного отношения при использовании декомпрессора или при открывании выпускного клапана к моменту первого прокручивания.
С целью повышения КПД для мотоциклов эндуро наиболее выгодной является пусковая система, работающая независимо от сцепления, а не привод пускового устройства через вал коробки передач. В первом случае пуск осуществляется быстрее и проще, без необходимости установки коробки передач в нейтральное положение. Кроме того, здесь исключена опасность чрезмерного повышения нагрузок и, как следствие, поломки зубьев коробки передач при старте.
Наибольшие недостатки пуска через свободно вращающееся колесо коробки передач и сцепление гонщик ощущает в самый ответственный момент: при пуске проскальзывает сцепление, и двигатель не проворачивается. Причем даже в том случае, когда во время езды сцепление не проявляло ни малейших признаков проскальзывания. Причина этого кроется в слишком высоком крутя щем моменте, передаваемом при пуске на сцепление, который превышает момент при нормальной работе двигателя. В таком случае необходимо быстро перевести двигатель в нормальный режим работы с помощью декомпрессора. Кроме того, здесь необходимо отрегулировать сцепление или выбрать иную систему пуска.
Вторичная передача
Самые большие неприятности для гонщика приносит вторичная цепь, которая требует постоянного ухода в ходе соревнований и часто выходит из строя. И все же вторичная цепная передача в условиях соревнований эндуро пока не имеет равноценной замены. Наибольшим преимуществом цепной передачи является возможность силовой связи довольно далеко удаленных друг от друга выходного вала коробки передач и заднего колеса при низкой массе, простоте и умеренной цене всех деталей.
Цепная передача обладает хорошей амортизационной способностью. Еще одним достоинством является простота смены передаточного отношения путем замены одной из звездочек, а также способность передавать вращающий момент даже при некоторых колебаниях расстояния между ведущей и ведомой звездочками, что имеет место в подвеске заднего колеса мотоцикла.
Кроме цепных на мотоциклах используются передачи и других типов.
Передачи с помощью зубчатых колес ставят лишь при малом межосевом расстоянии сопрягаемых колес, что возможно при двигателе, размещенном около заднего колеса. Такая компоновка используется в мотороллерах, но не может применяться на мотоциклах для соревнований эндуро.
Передачи плоским ремнем ушли безвозвратно в историю, а клиноременные передачи для увеличения передаваемой мощности должны иметь более высокую частоту вращения. Зубчатый ремень может заменить в некоторых случаях вторичную цепную передачу, но его использование в мотоциклах эндуро требует дальнейшей доработки.
Карданный вал является, без сомнения, важным элементом каждого дорожного мотоцикла с двигателем большого рабочего объема, однако для кроссовых мотоциклов неприемлемы его большая жесткость и масса. Кроме того, в ходе соревнований эндуро очень трудно оперативно изменять передаточное число карданной передачи и ремонтировать ее. Как результат на некоторых кроссовых мотоциклах с двигателем типа «боксер» карданная передача была заменена цепной.
Защитный кожух цепной передачи
Обычно для вторичной цепной передачи выбирают цепь с шагом 5/8" и шириной 1/4". На некоторых мотоциклах эндуро с двигателями малого рабочего объема используют цепь меньшего шага — 1/2", а в мотоциклах с четырехтактным двигателем — более широкие цепи (3/8"). Отличающиеся надежностью двухрядные цепи не используются из-за их большой ширины и массы.
Одним из самых важных элементов конструкции цепной передачи является ее защитный кожух. В практике спортивного мотоциклостроения применялись как цепные передачи без кожуха, так и с легким кожухом, защищающим от прямых брызг с колес, или с кожухом, полностью закрывающим передачу. Однако использование легкого, лишь частично защищающего цепь, кожуха нельзя считать удачным, так как иногда он полностью забивается грязью, что приводит к поломке передачи.
Наиболее подходящими для мотоциклов эндуро являются кожухи, со всех сторон закрывающие цепную передачу. При этом кожух задней цепи связан с коробкой передач двумя упругими профилированными трубками. Цепь движется в этих трубках, опираясь цилиндрическими валиками и внутренними поверхностями боковых пластин на продольные направляющие. Этот радикальный способ защиты цепи, запатентованный предприятием «МЦ Чопау» (ГДР), применяется на всех современных спортивных мотоциклах. Отдельные конструктивные различия касаются передней части кожуха, которая может быть отлита заодно с картером двигателя или представлять собой крышку с приливом для крепления упругих трубок. Возможны и другие конструкции.
Достоинства и недостатки закрытого кожуха для защиты цепной передачи очевидны и без дальнейших пояснений. Следует лишь отметить, что в настоящее время 10—30% скоростных мотоциклов для шестидневных соревнований имеют такие кожухи. По мнению автора, они должны стать неотъемлемой частью каждого мотоцикла эндуро.
Натяжные и направляющие устройства
Необходимым дополнительным устройством для некоторых вторичных цепных передач в мотоциклах эндуро является направляющая нижней ветви цепи, как правило, не ведущий. Эти направляющие обычно крепятся к маятниковой вилке и в большинстве случаев значительно влияют на габариты конструкции. Направляющая должна ограничивать боковые отклонения цепи, предотвращая ее сброс со звездочек, а в экстремальных условиях, когда нижняя ветвь цепи погружается в грязь и песок, предохранять ее от повреждений.
Другую проблему при использовании цепной передачи создает изменение натяжения цепи при ходах сжатия и отбоя задней подвески. Поэтому конструкторы стремятся разместить цапфу маятниковой вилки как можно ближе к оси задней звездочки. Кроме направляющей для свободной нижней ветви цепи предусматривается также натяжной ролик, закрепляемый обычно на коробке передач или на маятниковой вилке несущей ветви. Другой ролик предназначен для верхней ветви цепи. Ролики предотвращают чрезмерное провисание и набегание цепи на головки зубьев, что может привести к ее разрыву.
