Цепь, ремень или кардан?

Трансмиссия. Часть 3. Главная передача

В прошлых статьях мы разобрались с устройством коробки передач и сцепления. Однако есть еще один узел, без которого работа трансмиссии просто лишена смысла. В сегодняшней статье речь пойдет о главной передаче. Мы разберемся с устройством самого механизма, а также прикинем, когда лучше всего использовать тот или иной вариант конструкции.

Главная передача нужна для передачи мощности от ведомого вала коробки передач к заднему колесу. Это последнее звено в цепи передачи мощности от двигателя к колесу. Она также является последней в цепи понижения частоты вращения и усиления крутящего момента.
На мотоциклах главная передача представляет собой отдельный узел трансмиссии, на скутерах же главной передачи не существует. Там она обычно представляет собой пару шестерен, которые рассматриваются как продолжение коробки передач, а не как главная передача в ее традиционном понимании. Поэтому дальше по течению статьи мы будем говорить о мотоциклетных системах.
В современных мотоциклах используется три типа главной передачи: цепная, ременная и карданная. Наиболее распространенной является цепная передача, ее используют на машинах самого разного назначения, от малокубатурных байков вроде Yamaha YBR125 до высокопроизводительных спортбайков. Кардан устанавливают на байки, главные требования к которым – надежность и долговечность главной передачи, плюс большие сервисные интервалы. Относительно двух других типов главной передачи, ремень применяется меньше всего. Им оснащены все байки от Harley-Davidson и многие аппараты ныне покойной Buell, а также некоторые круизеры японских производителей. Теперь давайте поговорим о каждом виде подробнее.

Забавная, но от того не менее показательная моделька цепной главной передачи Moto Guzzi V8

Цепь

Цепной привод – наиболее удачная схема для применения на мотоцикле. Цепная передача компактна и легко располагается в большинстве современных конструкций. Хорошо отрегулированная и должным образом смазанная цепь – самый эффективный способ передачи энергии, потери при передаче мощности на колесо составляют около 5%. Она обладает низкой неподрессоренной массой (что это такое, мы поговорим в статье о подвесках байка) и достаточно дешева в производстве. Несомненный плюс – легкость изменения передаточного отношения главной передачи путем замены ведущей и ведомой звездочек.

Дополнительный элемент на мотоциклах с цепным приводом и длинноходной подвеской - успокоитель цепи, который препятствует соскакиванию цепи со здездочки (Kawasaki KLX250 2009)

Конечно, у цепи есть и недостатки. Цепь нужно часто обслуживать, а если этого не делать вовремя, эффективность ее работы заметно снизится. А когда байк эксплуатируется в непростых условиях вроде повышенной влажности или песчаной местности, интервалы обслуживания цепи резко сокращаются. Если совсем пренебрегать смазкой\чисткой\регулировкой цепи, она потрещит для предупреждения тысячу-другую километров, а потом феерично лопнет. Может, даже картер двигателя получит на память трещину или вмятину, а незадачливый хозяин навсегда запомнит, что за состоянием цепи нужно следить. Срок службы цепи можно продлить за счет установки закрытого кожуха или системы автоматической смазки. Однако эти меры не спасут цепь от растягивания и провисания. И чем мощнее двигатель, тем короче жизнь цепи.

Пожалуйста, не забывайте обслуживать цепь!

Развитие цепей с герметизированными шарнирами (O-ring, кольцевое уплотнение или X-ring, x-образное уплотнение) решило часть проблем, свойственных стандартным роликовым цепям, за счет предотвращения попадания грязи во вращающиеся втулки и удержания смазки внутри них.

Все цепи работают в паре со звездочками, стоимость которых невелика, но которые изнашиваются так же сильно, как и цепи. Постоянное воздействие вращающихся роликов цепи быстро «сжевывает» зубья звездочек, и, в конечном счете, требуется их замена в сборе с цепью. Ведущая звездочка закреплена на свободном конце вторичного (ведомого) вала коробки передач. Ведомая (задняя) звездочка обычно устанавливается на маятник, в котором закрепляется колесо, или непосредственно на ступицу (в случае с консольным маятником). Теперь подробнее о том, как устроена цепь.

•    Стандартная роликовая цепь состоит из внутренних и наружных звеньев. Внутреннее звено состоит из двух боковых пластин, двух полых втулок, запрессованных в отверстиях боковых пластин, и двух роликов, расположенных на втулках. Наружные звенья состоят из двух боковых пластин и двух пальцев, запрессованных в отверстия боковых пластин. Из отдельных звеньев цепь составляется путем введения пальцев втулочных звеньев в полые втулки резиновых звеньев. Ролики могут свободно вращаться на втулках, а втулки – на пальцах. Цепь стандартного роликового типа – наиболее дешевая, отлично подходит для установки на малокубатурные мотоциклы и недорогие среднекубатурники.

Устройство стандартной роликовой цепи

1 - роликовое звено, 2 – втулка, 3 – ролик, 4 – втулочное звено, 5 – палец, 6 – боковая пластина

•    Цепь типа O-ring. Конструкция в основном аналогична рассмотренной выше, за исключением наличия кольцевых уплотнений (те самые O-ring) между боковыми пластинами роликового и втулочного звеньев. Эти уплотнения служат для герметизации смазки, которой ролики и втулки смазываются при сборке, а также для предотвращения попадания грязи и влаги внутрь.

Kawasaki KLR650 2008, цепь типа O-ring

•    Цепь типа X-ring.  Работают аналогичным образом, что и O-ring, только кольцевое уплотнение в поперечном разрезе имеет X-образную форму. Это улучшает герметизацию и понижает потери при трении кольца о боковые пластинки.

Стоимость  (а также вес) цепей двух последних типов выше, что компенсируется увеличенным сроком службы. Однако в конечном итоге прочность цепи определяется материалом, из которого она изготовлена, а также тем, как пальцы закреплены в боковых пластинах. В гоночных байках срок службы – дело двадцатое, поэтому цепи для таких машин делают тонкими и легкими, часто используются прорези в боковых пластинах и полые пальцы. Ни о какой герметизации речи не идет, равно как и о долгой службе цепи. В общем, в борьбе с лишним весом все средства хороши.

Если решили заменить цепь, при покупке новой обязательно нужно учесть ее размерность. В его обозначении используется шифр из трех цифр, например, 525. Первая цифра обозначает шаг цепи (расстояние между центрами двух смежных пальцев), и выражена в восьмых долях дюйма. Две последующих цифры обозначают ширину вращающихся роликов, выраженную в восьмидесятых долях дюйма. То есть число 25 обозначает, что ширина равна 25/80 дюйма. Иногда производитель изменяет последнюю цифру для предоставления усиленной версии цепи, у которой шаг и ширина те же самые, но боковые пластины более толстые.

Ширина и шаг цепи

Ременная передача

Ремень применяли на самых первых мотоциклах, и он работал удовлетворительно, поскольку мощность движков того времени была невысокой. Чтобы вы немного представляли себе, о каких величинах мощности шла речь на заре мотостроения, то вот вам такой забавный факт: мощность первого мотоцикла, построенного в 1902 году Зигфридом Беттманом (Siegfried Bettman), основателем марки Triumph, составляла целых 1,75 лошадиных силы! Столько же, сколько теперь имеет стартер Triumph Rocket III…

Ах да, ременная передача. Первые ремни изготавливали из кожи, резины и ткани, они работали тихо и хорошо поглощали ударные нагрузки в передаче, однако проскальзывали при намокании или растяжении. По мере увеличения мощностей ременной привод уступил место цепному. Это происходило до тех пор, пока намного позже технология изготовления ремней не позволила создать ременной привод, способный выдерживать высокие нагрузки, характерные для современных мотоциклов.

Ременной привод BMW F800ST

Современный ремень состоит из внутреннего корда из искусственного волокна (чаще всего используется кевлар), залитого в резину. На внутренней поверхности ремня расположены зубья, которые работают по сопряженной поверхности зубчатых шкивов. Благодаря использованию зубьев исключается проскальзывание и обеспечивается та же эффективность, что и у цепной передачи. Шкивы должны быть больше, чем звездочки главной цепной передачи для снижения изгиба в процессе набегания и сбегания ремня; также это гарантирует, что передача распределяется по максимальному количеству зубьев, что уменьшит нагрузку на каждый из них.

Хорошо видно устройство ремня

Эффективность зубчатого ремня немного ниже, чем у чистой, новой цепи, но в процессе эксплуатации это различие приобретает обратный характер. Ременная система легче и тише цепи, не требует смазки и регулировки, работает дольше. Однако применение ремня по-прежнему ограничено мощностью мотора. С круизером ременная передача справится без проблем, однако стабильно высокую мощность спортбайковских моторов передать не сможет.
Так, с ремнями и цепями разобрались. Теперь давайте перейдем к наиболее тяжеловесному, но очень надежному механизму главной передачи – кардану.

Карданный вал

На мотоциклах привод карданным валом используется много лет, хотя с точки зрения предпочтительности он никогда не опережал цепной. Что лучше, цепь или кардан – предмет множества споров. В плюсы кардану можно записать жесткость, чистоту (благодаря закрытой конструкции) и неприхотливость в обслуживании. Фактически, вся работа владельца байка с карданом заключается в замене масла в картере конических шестерен (он же редуктор). При разговоре о минусах противники карданов на мотоциклах оживляются и вспоминают о дороговизне в производстве и большом весе (что приводит к повышению неподрессоренных масс). Главный «убийственный козырь» борцов с карданом – большие потери при передаче мощности на колесо.

Кардан и подвеска Tetralever, Kawasaki GTR1400 2008

Лучше всего применять кардан на двигателях, в которых коленвал расположен продольно линии мотоцикла – то есть когда ось вращения кардана и коленвала параллельна. Чтобы было понятней – любой оппозитный BMW, Honda Gold Wing, байки Moto Guzzi с поперечным расположением цилиндров.
Если же коленвал расположен в раме поперечно (например, рядные четверки), то присоединить вал к приводу можно, только изменив направление его вращения под прямым углом при помощи пары конических шестерен. Современные байки с карданным приводом и поперечным расположением коленвала доказывают, что это можно сделать технично и аккуратно (тот же BMW K1300R).
Необходимо также обеспечить ход задней подвески. Для этой цели на переднем конце вала используется карданный шарнир или шарнир равных угловых скоростей (ШРУС). Сам карданный вал вращается внутри рычага подвески, а картер главной передачи привинчивается к концу рычага.

Существует несколько побочных эффектов, связанных с использованием карданного вала. Сразу оговорюсь, что нижеперечисленные недостатки были более очевидны на ранних конструкциях, в современных системах эффект не так заметен. Первый – жесткость передачи, которой противостоит «эластичность» цепных передач (инженеры могут бороться с этим эффектом установкой демпфера в коробке передач). Второй – склонность некоторых машин, оснащенных карданным валом, «козлить» при ускорении. BMW справилась с этим эффектом, применив подвеску типа “Paralever” (об устройстве которой мы поговорим в статьях о подвеске и шасси).

Paralever и кардан на BMW R1200GS Adenture

Окончательное снижение частоты вращения и усиление крутящего момента происходят в картере главной передачи за счет использования малой ведущей шестерни и большого зубчатого колеса с внутренним зацеплением.

Карданный шарнир Yamaha FJR1300 2004



Малая шестерня и зубчатое колесо FJR1300

***************

Я надеюсь, что после прочтения статьи вы сможете осознанно судить о том, почему для того или иного мотоцикла выбирается та или другая схема главной передачи, а также оценивать будущие разработки в этой области. Теперь ваши познания включают в себя то, как работает двигатель, впускная и выпускная системы, а также трансмиссия (кто не читал – добро пожаловать в наш «железный цех»!). В ближайших планах – поведать вам все наиболее интересное о колесах, шинах и тормозных системах. И о том, почему рисунок протектора на колесах направлен в разную сторону, мы тоже обязательно поговорим. Так что оставайтесь с нами, и обязательно оставляйте комментарии о статье! Всего наилучшего!