Жизнь в кружении

19 декабря 2013

У мотоцикла может не быть подвесок, тормозов и даже рамы. Но представить себе мотоцикл без колес невозможно.


Жизнь в кружении

Выпуск:
Журнал «МОТО» – декабрь 2013

Автор:
Александр Воронцов, фото из архива редакции

Теги:
Колесо / Мотоцикл / Техника / Обод / Литье /

Просмотры:
7741

Комментарии:
1

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями:

Подобно многим другим элементам ходовой части мотоцикла, колесо досталось ему по наследству от велосипеда. Хотя Готтлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха, создателей самого первого «официального» мотоцикла (у французов, американцев и англичан свои кандидатуры на титул изобретателя мотоцикла), скорее, вдохновляла… карета. Потому что колеса их Reitwagen mit Petroleummotor были такими же, как у обычных четырехколесных Wagen: деревянными. Да, к тому же и Reitwagen был четырехколесным: помимо пары основных колес машина имела парочку маленьких поддерживающих. 

У первого в мире мотоцикла – Daimler Reitwagen – деревянные колеса были изготовлены по каретному принципу.

Но первый мотоцикл так и остался уникальным: Даймлер и Готтлиб гениально предугадали общую компоновку аппарата, но прогноз устройства отдельных элементов ходовой части их особо и не заботил: им важно было опробовать свой мотор. А в конструкции серийных мотоциклов с конца XIX века до конца 70-х годов ХХ века царило спицованное колесо (термин в некоторой степени условный, поскольку спицы есть и у литого колеса). 

Чешская компания Bohmerland уже в 30-е годы применяла литые колеса на своих мотоциклах.

Оно состоит из трех основных элементов: ступицы, обода и стальных проволочных спиц. Если вдуматься, спицованное колесо – гениальное изобретение: легкое, не боится ударов, достаточно простое в производстве. Поскольку проволочные спицы работают только на растяжение, фактически мотоцикл на этих колесах… висит. Если бы спицам приходилось сопротивляться только силе тяжести, они могли бы располагаться радиально. Но спицы также воспринимают нагрузку от крутящего и тормозного моментов, поэтому их располагают по касательной к окружности центров отверстий под головки спиц – тангенциально. 

Обычно в мотоциклетном колесе 36–40 спиц (их число, как нетрудно догадаться, всегда кратно четырем). Впрочем, для кастомайзеров (у них одно время многоспицевые колеса вошли в моду) и 100 не предел. В традиционном колесе тот конец спицы, который вставляется в ступицу, загнут под углом до 90°. Место изгиба является концентратором напряжения – значит, там возможна поломка. Поэтому иногда применяют прямые спицы, хотя это и ведет к усложнению конструкции ступицы. 

Когда в колесе сотня спиц, то их можно пускать по радиусу.>>

Распространение бескамерных шин стало вызовом для конструкторов спицованных колес – ведь воздух может уйти через отверстия под спицы. Выходов два: либо уплотнять их, либо применять обод, в котором отверстия под спицы и посадочное место шины изолированы друг от друга – например, со специальным внутренним гребнем для крепления спиц (по этому пути часто идут разработчики всяческого колесного афтермаркета). 

Производители афтермаркетовых колес под бескамерные шины часто используют внутренний гребень на ободе.

Альтернативы спицованным колесам стали искать еще сто лет назад. Так, на американском Militaire 1911 года, как и на Reitwagen, были использованы деревянные колеса «артиллеристского» типа. Тогда же в автомобилестроении произошел массовый переход со спицованных на штампованные дисковые колеса, и некоторые конструкторы попробовали применить такие узлы и на мотоциклах – но быстро убедились, что штампованные для двухколесных машин слишком тяжелы. Лишь через много лет на скутерах и минибайках прижились штампованные колеса малого диаметра. Причем самой распространенной стала конструкция с ободом, состоящим из двух половин – она облегчала замену шины. 

Уже в 20-е годы прошлого века некоторые изобретатели разработали литые колеса из легких сплавов, но они значительно опередили свое время. Распространение эта технология получила лишь полвека спустя. Так, в конце 60-х годов немецкий конструктор Фридль Мюнх не смог найти подходящего колеса, 

<< Специальная конструкция обода и спиц мотоциклов BMW позволяет устанавливать бескамерные шины на спицованное колесо.

способного передавать крутящий момент автомобильного двигателя NSU, для своего супермотоцикла Mammuth – и поставил сзади многоспицевое литое (сохранив спереди обычное спицованное). 

В 1971 году крохотная американская компания Rokon выпустила эндуро RT340 с колесами, отлитыми из магниевого сплава. Но это были лишь предвестники. Подлинная революция началась, когда в начале 70-х открыли для себя достоинства литых колес создатели гоночных мотоциклов. И шины, и ходовая часть в целом уже тогда позволяли проходить виражи с большой скоростью, разгоняться и тормозить в наклоне – но подводила малая жесткость на скручивание колесных ободьев. Только литые колеса позволили решить эту проблему, и к середине 70-х годов все ведущие гоночные команды перешли на их использование. 

Схема расположения спиц и действующих на них сил: а – в статике на спицы воздействует лишь приходящийся на колесо вес G; b – при разгоне мотоцикла на спицы ведущего колеса воздействует сила тяги Pk; c – при торможении на колесо воздействует сила инерции Pf, на спицы – тормозная сила Pm.

Тогда же началось стремительное распространение литых колес на дорожных мотоциклах, и уже к началу 80-х годов они стали стандартом для мощных машин. Оказалось, что в массовом производстве литые колеса даже дешевле спицованных – поэтому в 80-е их стали применять даже на мопедах. Тогда же, в 70-е годы, конструкторы попробовали использовать на мотоциклах составные колеса большого диаметра. Наиболее известна разработанная специалистами концерна Honda система Comstar: литой обод с внутренним фланцем, к которому присоединяются штампованные спицы. Теоретически у такой системы есть некоторые преимущества: например, в случае сильного удара можно заменить один лишь обод. На практике же эти достоинства не перевешивали усложнения технологии производства, и составные колеса тихо сошли со сцены.  


<< Литые колеса гоночных мотоциклов 70-х годов отличались бесхитростным дизайном.




















Поначалу технология изготовления литых колес была не слишком совершенной, они получались гораздо тяжелее спицованных – потому что массой отливки технологи старались компенсировать снижение прочности из-за возникающих при литье каверн. Примитивным был и рисунок спиц – просто прямые стержни (литые детали лучше работают на сжатие, чем на растяжение). Со временем технология совершенствовалась, центробежное литье и литье под давлением позволяли получить более плотные отливки, и колеса стали легче, а их рисунок – разнообразнее.

Спицованные колеса до сих пор незаменимы для внедорожных мотоциклов.

Следующим революционным шагом стало появление кованых колес. Мотоциклетное колесо – деталь ажурная, поэтому для его изготовления иногда используется не классическая ковка в несколько переходов, как для автомобильных, а так называемая жидкая штамповка – когда металл заливается в пресс-форму и уплотняется пуансоном гидравлического пресса во время кристаллизации. И при ковке, и при жидкой штамповке происходит упорядочение кристаллической структуры металла – поэтому при той же массе деталь намного прочнее литой (на практике ее чаще делают легче без ущерба для прочности). 

Дисковые колеса большого диаметра любит применять на своих мотоциклах Harley-Davidson.

Недостаток у обоих процессов также общий: чрезвычайно высокая стоимость оборудования, что самым печальным образом отражается на цене колес. Поэтому в серии их ставят лишь на элитные спортбайки. Четверть века назад гоночные команды начали применять углепластики. Делают из них и колеса – при прочих равных условиях они чуть ли не вполовину легче литых. Но стоят они столько, что только хорошие гоночные бюджеты могут оплатить их применение. Впрочем, несколько компаний делают карбоновые колеса и для тюнинга серийных мотоциклов. 

Конструкция сборного колеса Comstar.>>

<< Колесо мотороллера Т-200 с разборным штампованным ободом.

Иногда для удешевления применяют составную конструкцию, в которой из углепластика изготовлен только обод. Интересно, что ни одна конструкция мотоциклетных колес (за исключением разве что деревянных) не ушла в прошлое. У каждой есть свои достоинства и недостатки, что и диктует область применения. Спицованные колеса более трудоемки в изготовлении и эксплуатации, зато не требуют дорогого оборудования. Их жесткость ниже, чем у литых и кованых, зато они отлично противостоят ударам, а при случае их легко отремонтировать. Поэтому они незаменимы для внедорожных мотоциклов – эндуро, кросса, триала. Охотно используют их и изготовители дешевых дорожных аппаратов – там, где рабочая сила недорога. Наконец, их традиционный вид импонирует производителям неоклассиков и круизеров. 

Кованые колеса поражают своей ажурностью.

Колеса со штампованными составными дисками значительно облегчают замену шины, но их масса удерживается в разумных пределах лишь при относительно небольшом диаметре обода. Поэтому их удел – недорогие модели минибайков и скутеров, а также мотовездеходов. Литые колеса наиболее универсальны. Они проигрывают спицованным лишь в стойкости к ударам (да и то современные рецептуры сплавов творят чудеса – так что литыми колесами обзавелись даже туристические эндуро). 

Литые колеса недороги в массовом производстве, поэтому все чаще приходится доплачивать за установку спицованных колес. К тому же литье дает полную свободу дизайнерам, которые ограничены лишь необходимостью делать обод круглым. Поэтому мы найдем литые колеса на мототехнике всех классов, кроме спортивных внедорожных мотоциклов. 

На мотоцикле Munch Mammuth конца 60-х переднее спицованное колесо сочеталось с литым задним.

У кованых колес лишь один недостаток, но он перечеркивает все их достоинства: цена. Слишком дорого стоит оборудование для их производства, да и механической обработки они требуют большей, чем литые. Поэтому их область применения – спорт, в серии их ставят только на элитных моделях. А вот для тюнинга мотоциклов кованые колеса чрезвычайно привлекательны.

Все, что относится к кованым колесам, еще в большей степени приложимо к углепластиковым. Они еще легче, прочнее и… дороже. Так что у них та же сфера обитания: спорт и тюнинг. 

Размер имеет значение 

Каждый узел любой машины – плод конструкторских компромиссов, и колеса не исключение. Потому что изменение любого параметра приносит как выгоду, так и ущерб. Возьмем, например, размер мотоциклетных колес. Чем больше колесо, тем лучше оно «держит дорогу». Потому что и пятно контакта шины с асфальтом больше, и неровности колесо проходит охотнее, и мотоцикл устойчивее – за счет большего момента инерции, его не так просто сорвать в занос или пустить колеса в юз при торможении. 

Но из-за того же момента инерции машина неохотно меняет направление движения. Поэтому маленькие колеса способствуют острой управляемости. К тому же они легче и предоставляют больший простор для компоновщиков (особенно на капотированных мотоциклах и скутерах). 

<< Современные литые колеса могут иметь самую изощренную форму.

Интересно проследить, как менялись представления об оптимальном размере колес. До Второй мировой войны для дорожных мотоциклов применялись колеса размером от 18 до 21 дюйма. В 50-е годы, когда дороги стали лучше, а подход к управляемости – серьезнее, вошли в моду 16-дюймовые колеса. Впоследствии выбор размера колес зависел от того, чего хотел добиться конструктор в первую очередь: устойчивости или управляемости. Поэтому для дорожных мотоциклов этот параметр колебался от 16 до 19 дюймов (и сейчас владельцы мотоциклов 80-х годов мучаются с поисками подходящих шин). 

Лишь в 90-е годы установился некий стандарт: 17 дюймов для шоссейных машин, 18–19 для туристических эндуро, 21 дюйм спереди и 18–19 сзади для серьезных внедорожных аппаратов. 

У первых скутеров диаметр колес был невелик: 8, даже 5 дюймов – ведь тогда выше всего ценилась компактность этих аппаратов. Но устойчивость машин той героической эпохи никуда не годилась – что стало заметно, когда появились скутеры, развивавшие более 60 км/ч. Поэтому уже в 50-е годы произошел массовый переход на 10-дюймовые колеса, а в наши времена нормальным даже для компактного скутера считается размер 12–13 дюймов (не говоря уже о том, что все популярнее становятся аппараты с большим по скутерным меркам размером 16 дюймов). 

Колесо – это неподрессоренная масса. Так называется та часть машины, которая располагается между дорогой и упругими элементами. Чем больше отношение подрессоренной массы к неподрессоренной, тем плавнее идет аппарат и тем меньше отрыв колес от дороги на неровностях. Кроме того, чем тяжелее колесо, тем труднее его раскрутить и затормозить, а также изменить плоскость вращения (проще говоря – повернуть). Поэтому снижение массы колес – одна из главных задач конструкторов (для динамики мотоцикла уменьшение массы колеса на 1 кг равноценно экономии 2 кг общей массы). 

Уже в 50-е годы широкое распространение получили ступицы и ободы из алюминиевого сплава. Этот же материал – основной и для литых колес. Колеса из магниевого сплава примерно на треть легче алюминиевых, но они гораздо дороже (как из-за редкости металла, так и из-за сложности технологии: магний легко возгорается). К тому же магниевые сплавы хуже алюминиевых противостоят ударам и быстрее стареют. 

Масса карбонового колеса – примерно 60 % от массы алюминиевого, но из-за цены оно остается труднодоступной экзотикой. Так, если комплект стандартных литых колес для современного спортбайка обойдется примерно в $ 1400, кованых алюминиевых – $ 1800, кованых магниевых – $ 2700, то за углепластиковые запросят не меньше $ 3500.

Дырочка от бублика 

В 1989 году весь мир облетела сенсационная весть: швейцарскому дизайнеру Франко Сбарро удалось переизобрести колесо! Действительно, представленные им на Женевском автосалоне мотоциклы щеголяли колесами, у которых не было ни спиц, ни ступиц. На самом деле ступица была – просто она разрослась почти до размеров обода. Тем не менее такая система получила название «бесступичное» (или «орбитальное») колесо. 

Франко Сбарро и изобретенное им орбитальное колесо.

Такой узел можно представить как огромный подшипник, у которого на внешнем кольце смонтированы шина и тормозной диск (а также зубчатый обод для приводного колеса), а к внутреннему крепятся направляющий аппарат и тормозная скоба. По словам изобретателя, такое колесо обеспечивает уменьшение неподрессоренных масс, снижение центра тяжести машины, увеличенную жесткость узла за счет отсутствия спиц, более точное управление и улучшенные тормозные качества. 

Увы, потенциальным инвесторам сразу же бросались в глаза не менее очевидные недостатки: дороговизна изготовления из-за необходимости точной обработки больших закругленных поверхностей, плохая защита этих самых поверхностей от пыли и грязи, высокий риск повредить элементы колеса на дорожных неровностях, большой момент инерции. Поэтому вряд ли стоит ожидать появления бесступичных колес на мотоциклах в ближайшем будущем. 

Моноцикл – аппарат эффектный.

Зато творцы концепт-байков с удовольствием применяют их на своих творениях, отдают дань уважения этим эффектным колесам и кастомайзеры. Как экстремальный случай применения бесступичного колеса можно рассматривать моноцикл – мотоцикл, который весь (вместе с водителем) помещается внутрь огромного колеса. Причем эта идея намного старше изобретения Франко Сбарро: первый велосипед-моноцикл построил француз Руссо еще в 1869 году, а оснащенный ДВС моноцикл Garavaglia был представлен на выставке в Милане еще в 1904 году. 

С тех пор энтузиасты во всем мире неутомимо продолжают строить подобные аппараты и даже ухитряются отправляться на них в путешествия – несмотря на то, что езда на моноцикле весьма напоминает цирковой трюк. 

Объединяй 

Мотоцикл по-немецки – Motorrad, то есть «моторное колесо». Попыткам объединить двигатель и колесо больше ста лет. Еще у первого серийного мотоцикла – немецкого Hildebrand und Wolfmuller 1894 года – заднее колесо фактически было частью двигателя, поскольку у этого замечательного аппарата отсутствовал коленвал: шатуны соединялись с колесом. В те же годы французский изобретатель Феликс Милле экспериментировал со звездообразными моторами, встроенными в переднее или заднее колесо.

 
Встроенный в колесо двигатель – идеальный вариант для электроскутера.

Его идея получила практическое воплощение четверть века спустя: с 1921 по 1924 годы в Германии выпустили около 2000 мотоциклов Megola с ротативным пятицилиндровым двигателем в переднем колесе. Еще один популярный вариант мотор-колеса – когда легкий одноцилиндровый моторчик подвешен к ступице колеса, и такой агрегат можно поставить вместо обычного колеса на любой велосипед. 

На мотоцикле Hildebrand & Wolfmuller заднее колесо служило и коленвалом, и распредвалом.

Комбинации такого типа пользовались большой популярностью в середине прошлого века. В наше время идея мотор-колеса переживает бурное возрождение, но на совершенно другой основе. На выпускаемых стотысячными тиражами электровелосипедах и электроскутерах мотор часто встроен прямо в ступицу колеса. Побочное достоинство такой схемы – легкость ее переделки в полноприводный вариант. Недостаток – большой момент инерции и большая неподрессоренная масса. 

Немецкая Megola со звездообразным мотором в переднем колесе.

Материалы по теме:

Оставить комментарий

Для добавления комментария требуется зарегистрироваться или авторизоваться на сайте .

Мне нравится0
Денис Фить
Это точно, впрочем как и велосипед...
Имя Цитировать Мне нравится0
 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

↑ Наверх