3. Передняя вилка мотоцикла

Передняя вилка мотоцикла служит для подвески переднего колеса к раме и для его поворота.

Пружинная передняя вилка мотоцикла независимо от конструкции состоит из неподвижной (подрессоренной) и подвижной (неподрессоренной) частей. В неподвижную часть входит стержень вилки, установленный на двух радиальноупорных подшипниках в головке рамы и связанный с рулем, с помощью которого стержень можно поворачивать. Промежуточные детали шарнирно связывают неподвижную часть вилки с подвижной. Между подвижной и неподвижной частями вилки вводится спиральная (одна или несколько) или пластинчатая пружина (рессоры) или торсионные валики.

Дружины (рессоры) смягчают удары при наезде колеса на неровности. Так, например, при наезде переднего колеса на неровности дороги колесо будет перемещаться вверх. Одновременно с движением колеса вверх будет перемещаться подвижная часть передней вилки, постепенно сжимая пружину, связывающую подвижную часть вилки с неподвижной. В результате этого удар колеса о неровности дороги будет поглощаться пружиной передней вилки.

Способность передней вилки поглощать удары тем выше, чем больше величина хода подвижной части вилки относительно величины хода неподвижной, чем мягче пружины вилки и т. д.

С целью облегчения управления мотоциклом и повышения безопасности движения передняя вилка мотоцикла должна обладать свойством возвращаться в начальное положение при движении по прямой, а при поворотах с наклоном мотоцикла сохранять заданное направление. Ось, вокруг которой поворачивается вилка, пересекается с поверхностью дороги несколько впереди точки касания колеса с дорогой, благодаря чему колесо легче устанавливается в направлении движения мотоцикла.

Из рис. 126 видно, что если отвести колесо в положение I, то оно под действием силы F, приложенной к плечу а, будет стремиться стать в положение II, совпадающее с направлением движения мотоцикла.

Рис. 126. Схема действия передней вилки.

Расстояние от пересечения оси поворота передней вилки с грунтом до точки касания с грунтом переднего колеса носит название вылета передней вилки. Чем больше вылет, тем выше способность вилки к самостабилизации. Для современных мотоциклов величина вылета колеблется в пределах 30–75 мм. Однако отметим, что при движении по извилистым дорогам целесообразно, чтобы вылет вилки был меньшей величины, а при быстром движении по прямым дорогам желательно, чтобы вылет вилки был большей величины.

Наклон стержня передней вилки современных мотоциклов лежит в пределах 58–70°.

Заметим также, что при движении неподрессоренной части передней вилки создается инерция. Сила инерции будет тем больше, чем выше скорость движения и больше вес движущихся масс вилки. Поэтому при прочих равных условиях чем меньше вес неподрессоренных масс вилки, тем слабее нагружается пружина вилки, а следовательно, тем меньше будет реакция пружины на раму мотоцикла, в результате чего последняя испытывает меньшие толчки.

При наезде колеса на неровность дороги пружина передней вилки сжимается. Пройдя препятствие, сжатая пружина распрямляется, отбрасывая колесо вместе с вилкой к дороге. При ударе о дорогу колесо снова подскакивает, пружина сжимается, а затем, разжавшись, опять отбрасывает колесо назад. Эти колебания прекращаются весьма медленно, так как внутреннее сопротивление деталей вилки незначительно. Такие колебания можно было бы устранить, если поставить пружину большей жесткости и с меньшим периодом колебаний. Но в этом случае вилка стала бы более жесткой и более резко передавала бы толчки, возникающие от неровностей дороги. Поэтому для уменьшения колебаний вилки применяются гасители (амортизаторы) продольных колебаний.

На мотоциклах различают два типа амортизаторов продольных колебаний вилки: фрикционные (амортизаторы трения) и гидравлические.

Принцип действия фрикционных амортизаторов чрезвычайно прост. Он состоит в том, что между подвижной и неподвижной частями передней вилки вводится два ряда поверхностей трения, из которых один ряд связан с подвижной частью вилки, а другой с неподвижной. Сила трения между рабочими поверхностями амортизатора регулируется водителем в зависимости от состояния дороги, скорости движения и т. д. Поэтому такие амортизаторы неудобны, так как отвлекают внимание водителя, кроме того, для работы с ними требуются опыт и навыки в регулировке.

В последнее время для поглощения колебаний передних вилок мотоциклов применяются значительно более совершенные гидравлические (жидкостные) амортизаторы. Принцип действия гидравлических амортизаторов основан на силе сопротивления жидкости, вытесняемой из замкнутого пространства через небольшое отверстие.

На рис. 127 показана схема устройства гидравлического амортизатора.

Рис. 127. Схема устройства гидравлического амортизатора двухстороннего действия: 1 — корпус амортизатора; 2 — поршень.

В цилиндрическом корпусе 1, связанном с подвижной частью передней вилки, движется поршень 2, соединенный стержнем с неподвижной частью вилки. Корпус У заполнен маслом, которое при перемещении поршня перетекает из одной части цилиндра в другую через небольшое отверстие, имеющееся в поршне. Вследствие этого сопротивление при перемещении поршня будет прямо пропорционально квадрату его скорости, т. е. в отличие от амортизаторов фрикционного типа сопротивление такого амортизатора быстро возрастает при увеличении скорости перемещения подвижной части вилки. Другими словами, действие такого амортизатора не проявляется при небольших толчках и прогрессивно возрастает с их усилением.

На схеме показано>устройство амортизатора двухстороннего действия, т. е. такого, который создает одинаковое сопротивление как при сжатии пружины, так и при ее распрямлении. В действительности для достижения наилучшей работы передней вилки действие амортизатора в обе стороны должно быть различным. При перемещении подвижной части передней вилки вверх, т. е. при сжатии пружины, амортизатор либо не должен оказывать сопротивления, либо это сопротивление должно быть во много раз меньше, чем при обратном перемещении подвижной части вилки, т. е. при распрямлении пружины. Поэтому на мотоциклах применяются преимущественно гидравлические амортизаторы одностороннего действия, создающие прогрессивно действующее сопротивление при обратном ходе вилки. Это достигается установкой клапанов и устройством дополнительной полости для перетекания масла, что усложняет конструкцию амортизатора.

У мотоциклетного рулевого управления поперечные толчки, возникающие от неровностей дороги, передаются на руль и воспринимаются руками водителя. Поэтому при больших скоростях движения мотоцикла или при движении по плохим дорогам водителю требуется приложить сравнительно значительное усилие, чтобы удержать руль в надлежащем направлении.

Для уменьшения усилия водителя при управлении мотоциклом в этих случаях в ряде конструкций передних вилок применяется рулевой амортизатор, поглощающий поперечные колебания передней вилки.

Принцип действия рулевого амортизатора заключается в том, что между рамой и стержнем передней вилки вводится амортизатор фрикционного типа. Сила трения амортизатора регулируется водителем в зависимости от скорости движения и состояния дороги.

Передние вилки мотоциклов в зависимости от их конструкции могут иметь разнообразное устройство… Однако всего различаются четыре основные системы (рис. 128): маятниковая, параллелограммная, рычажная и свечная (телескопическая).

Рис. 128. Схемы устройства передних вилок: а — маятниковые; 6 — параллелограммные; в — рычажные; г — телескопические.

Передние вилки мотоциклов должны отвечать следующим основным требованиям: иметь наименьший вес неподрессоренных масс; сохранять постоянство заданной величины вылета во время работы вилки; обеспечивать величину наибольшего хода вилки; быть прочными и надежными.

Передние вилки маятниковой системы не обеспечивают самостабилизации колеса и недостаточно поглощают силу удара, возникающую при наезде колеса на препятствие (неровности). Поэтому передние вилки этой системы на современных мотоциклах почти не применяются.

Вилки параллелограммной системы широко применялись в предвоенный период. К положительным качествам этих вилок следует отнести возможность получения большой прочности и значительной боковой жесткости. К недостаткам их относится большой вес неподрессоренных масс и ограниченная возможность хода вилки.

Вилки свечной (телескопической) системы широко распространены на современных мотоциклах.

К числу положительных качеств вилок свечной системы (по сравнению с вилками других типов) относятся наибольшее постоянство величины вылета, относительно небольшой вес неподрессоренных масс и наибольшие возможности увеличения хода вилки. Недостатками вилок являются плохая боковая жесткость, что требует усиления размерности деталей, и сравнительно низкая износоустойчивость трущихся деталей (втулок).

Вилки рычажной системы имеют наименьший вес непосредственных масс и в настоящее время после дальнейшего улучшения конструкции получают большее распространение, постепенно вытесняя вилки телескопической системы.

Устройство передней вилки мотоцикла М-72

Передняя вилка мотоцикла М-72 (рис. 129) свечной (телескопической) системы с гидравлическими амортизаторами.

Рис. 129. Передняя вилка мотоцикла М-72: 1 — подставка переднего колеса; 2 — грязевой щиток переднего колеса; 3 — труба вилки; 4 — верхний мостик; 5 — нижний мостик; 6 — стержень вилки; 7 — правый наконечник вилки; 8 — левый наконечник вилки; 9 — верхняя втулка; 20 — нижняя втулка; 11 — замочное кольцо нижней втулки; 12 — гайки крепления труб вилки; 13 — зажимные болты нижнего мостика; 14 — нижние кожухи подвижной части вилки; 15 — нижние кожухи неподвижной части вилки; 16 — верхний кожух (левый); 17 — верхний кожух (правый); 18 — пружины передней вилки; 19 — верхние наконечники пружин вилки; 20 — нижние наконечники пружин вилки; 21 — накидные гайки крепления нижних наконечников пружин вилки; 22 — сальники; 23 — стержни амортизатора; 24 — обратные клапаны (поршни) амортизатора; 25 — трубки амортизатора; 26 — втулка стержня амортизатора; 27 — контргайки крепления стержней амортизатора; 28 — направляющие стержня амортизатора; 29 — нижние гайки стержней амортизатора; 30 — ограничительные штифты обратных клапанов амортизатора; 31 — заглушки трубок амортизатора; 32 — пружинные замочные кольца втулок амортизатора; 33 — винт для спуска масла; 34 — регулировочный болт рулевого амортизатора; 35 — шариковые фиксаторы рулевого амортизатора; 36 — крестообразная пружина рулевого амортизатора; 37 — упорные шайбы пружины рулевого амортизатора; 38 — гайки крепления верхнего мостика вилки; 39 — гайка крепления верхнего шарикоподшипника стержня передней вилки; 40 — шариковые подшипники стержня передней вилки; 41 — неподвижная пластина рулевого амортизатора; 42 — подвижная пластина рулевого амортизатора; 43 — упорный штифт подвижной пластины рулевого амортизатора; 44 — проушины крепления стоек щитка переднего колеса.

Вилка состоит из телескопического корпуса, поворотного механизма, амортизирующего механизма и рулевого амортизатора.

Телескопический корпус вилки состоит из двух стальных труб 3, в верхней части которых имеются конические поверхности труб. Трубы соединяются жестко между собой в двух местах: сверху верхним мостиком 4, имеющим конусные гнезда, а снизу — нижним мостиком 5, имеющим цилиндрические отверстия с продольными разрезами. В нижний мостик запрессован стержень вилки 6, при помощи которого она соединяется с головкой рамы. На концах труб 3 на подшипниках скольжения (втулках) 9 и 10 устанавливаются стальные трубчатые наконечники 7 и 3. Трубы 3 закреплены гайками 12 в конических гнездах верхнего мостика и при помощи болтов 13 зажаты в цилиндрических разрезных гнездах нижнего мостика.

Для крепления к перьям вилки грязевого щитка переднего колеса 2 и подставки переднего колеса 1 на наконечниках вилки предусмотрены специальные проушины 44.

Переднее колесо и щиток крепятся к подвижным наконечникам вилки[6]. Такое крепление переднего щитка увеличивает вес неподрессоренных частей вилки. Нижние металлические кожухи 14 и 15 защищают внутренние детали вилки от грязи и влаги. Для этой же цели и для крепления фары на верхнюю часть перьев вилки надеваются верхние металлические кожухи 16 и 17, к которым приварены кронштейны для крепления фары.

Для смягчения толчков установлены цилиндрические пружины 18, а для погашения колебаний — гидравлические амортизаторы. На концы пружин навинчиваются наконечники 19 и 20. Верхние наконечники 19 с помощью болтов вместе с кожухами 15 прикрепляются к опорным поверхностям нижнего мостика передней вилки. Нижние наконечники пружин 20, навинченные на пружины, соединяются с наконечниками перьев вилки при помощи накидных гаек 21. В накидных гайках имеются кольцевые выточки с лысками, в которые входят специальные выступы кожухов 14. Между наконечниками пружин и втулками 9 зажимаются сальники 22. Усилия, возникающие от неровностей дороги, передаются наконечникам 7 и 5, которые сжимая пружины, перемещаются вверх по трубам 3.

Гидравлический амортизатор смонтирован внутри труб вилки и состоит из стержней 23 с втулками 26. Стержни верхней частью ввертываются в гайки 12 и закрепляются при помощи контргаек 27.

В нижней части стержней имеется заточка с направляющей 28, которая закрепляется гайками 29.

Между торцами направляющей 28 и ограничительными штифтами 30, запрессованными в стержни, помещается стальной обратный клапан или поршень 24, который может перемещаться по стержню между торцом направляющей и ограничительным штифтом. Диаметр отверстия клапана 24 несколько больше диаметра стержня, поэтому между клапаном и стержнем образуется кольцевой зазор, закрывающийся на время, когда клапан прижат к направляющей 28.

Трубки 25 закрепляются гайками снизу в наконечниках перьев при помощи заглушек 31, ввернутых в их торцы. Под торцами трубок прокладываются уплотняющие алюминиевые шайбы. В верхней части трубок установлены на пружинных замках 32 втулки 26, предназначенные для направления стержней и дозировки масла, поступающего через кольцевой зазор между втулкой и стержнем. В нижней части для поступления масла предусмотрены отверстия.

Масло в количестве от 80 до 100 см³ заливается в каждую трубу через гайки 12 и стекает в нижнюю часть наконечников, образующую масляный резервуар. Затем оно поступает в трубки амортизаторов 25.

Для периодической проверки наличия масла и удаления его из перьев в нижней части наконечников имеются сливные отверстия, которые закрываются винтами с уплотнительными кожаными прокладками.

Поворотный механизм вилки имеет следующее устройство: стержень вилки вместе с верхним 4 и нижним 5 мостиками устанавливается на шарикоподшипниках 40, которые запрессовываются в гнезда головки рамы. Свободный ход этих подшипников выбирается при помощи гайки 39, после этого верхний мостик вилки закрепляется сверху гайкой 38.

Для поглощения поперечных колебаний вилки имеется рулевой амортизатор. Фрикционный механизм рулевого амортизатора расположен под нижним мостиком вилки. Он состоит из неподвижной пластины 41, связанной с рамой мотоцикла. К рабочей части этой пластины с целью повышения трения сверху и снизу приклепаны фибровые шайбы. Снизу к неподвижной пластине прижимается подвижная пластина амортизатора, которая с помощью штифта 43 связана с нижним мостиком вилки. Сопротивление амортизатора регулируется болтом 34, который ввертывается в гайку, приваренную к подвижной пластине 42.

Необходимую упругость при затяжке амортизатора создает крестообразная пружина 36, имеющая отверстие, в которое при повороте болта входят шариковые фиксаторы 35, стопорящие затяжной болт рулевого амортизатора в любом положении.

Устройство передней вилки мотоцикла ИЖ-350

Передняя вилка мотоцикла ИЖ-350 параллелограммной системы штампованная с фрикционным амортизатором (рис. 130).

Рис. 130. Передняя вилка мотоцикла ИЖ-350: 1 — стержень вилки; 2 — нижний мостик; 3 — верхний мостик; 4 — затяжной болт верхнего мостика; 5 — верхние сережки вилки; 6 — нижние сережки вилки; 7 — регулировочная гайка (барашек) амортизатора; 8 — пружина амортизатора; 9 — неподвижные пластины амортизатора; 10 — перья вилки; 11 — крестовина перьев вилки; 12 — пружина вилки; 13 — упоры ход. вилки; 14 — упоры (ограничители поворотов).

Стержень вилки 1 закреплен в нижнем мостике 2 вилки. Верхний мостик 3 вилки фиксируется на стержне затяжным болтом 4. Стержень вилки монтируется на упорных шарикоподшипниках, запрессованных в головку рамы. К верхнему мостику вилки с задней стороны с помощью хомута и болтов крепится руль (на рисунке не показан).

К верхнему и к нижнему мостикам шарнирно крепятся верхние 5 и нижние 6 сережки передней вилки. В верхнем шарнире выполнен амортизатор. Регулировка сопротивления амортизатора осуществляется с правой стороны регулировочной гайкой 7, которая вращается от руки водителя и с помощью пружины 8, сжимающей фрикционные поверхности амортизатора. Неподвижные пластины 9 амортизатора своими концами охватывают трубу руля, которая удерживает их от проворачивания.

Верхние сережки вилки выполнены вместе с верхней крестовиной вилки, которая шарнирно соединяется с верхней частью штампованных перьев 10 передней вилки. Правая и левая нижние сережки вилки шарнирно соединены с нижней крестовиной 11 вилки, которая связывает правое и левое перья вилки. Средняя часть крестовины 11 выполнена в виде червяка, на спиральные канавки которого своими нижними витками навертывается пружина 12 вилки. Верхний конец пружины аналогичным образом соединяется с верхним мостиком 3.

Принципиальное устройство всех четырех шарниров вилки одинаковое. В отверстие мостика или крестовины помещается втулка с канавками для масла. Средняя часть втулки представляет собой широкую выточку, которая совпадает с соответствующим углублением, выполненным на внутренней части отверстия. Таким образом, внутри шарнира образуется относительно обширная полость для запаса смазки.

Подвод смазки осуществляется через масленки с помощью шприца. Шарнир затягивается болтом и гайкой. Размер втулки обеспечивает между подвижными деталями шарниров односторонний зазор 0,32—0,48 мм. На правом и левом перьях вилки выполнены упоры 13 с резиновыми подушками, служащие для ограничения хода вилки вверх. В нижнем мостике установлены резиновые упоры 14, ограничивающие поворот вилки.

Ось переднего колеса входит в вырезы в нижней части перьев вилки и затягивается гайками.

Вилка снабжается рулевым амортизатором, установленным в верхней части стержня вилки.

Обслуживание передних вилок

Обслуживание передних вилок параллелограммной системы заключается в периодической смазке шарниров вилки с помощью шприца.

Вилки свечной системы смазываются автоматически смазкой, находящейся в гидравлических амортизаторах.

Подшипники стержня вилки у обеих систем смазываются с помощью шприца.

С течением времени в подшипниках стержня передней вилки увеличивается свободный ход. Во избежание повреждения подшипников этот недостаток надо немедленно устранить. Проверять свободный ход в подшипниках рекомендуется следующим образом. Подложив под среднюю часть мотоцикла кирпичи и т. п., вывесить переднее колесо. Затем, отпустив полностью рулевой амортизатор, следует взяться за нижнюю часть перьев передней вилки (возле оси колеса) и покачать ее в продольном направлении. Имеющийся свободный ход в подшипниках стержня вилки будет сейчас же обнаружен.

Затяжка подшипников стержня передней вилки производится таким образом, чтобы в них не был ощутим свободный ход. В то же время затяжка должна обеспечить легкое вращение стержня передней вилки. Чрезмерная затяжка вызывает повышенный износ подшипников и может даже затруднить управление мотоциклом.

В передних вилках свечной системы относительно быстро изнашиваются опорные втулки. На этот износ указывает излишний свободный ход (качание) подвижных наконечников вилки относительно неподвижных ее труб (перьев). Изношенные втулки передней вилки следует заменить новыми.

Нельзя двигаться на мотоцикле с поломанными пружинами передней вилки, так как это может привести не только к повреждению деталей вилки, но и к серьезной аварии.

Если в результате какого-либо удара вилка даже незначительно искривлена, ее надо выправить, так как движение с искривленной вилкой затрудняет управление мотоциклом и приводит к быстрому износу трущихся деталей вилки.

Нельзя забывать о своевременной замене масла в передних вилках свечной системы соответственно времени года. Наличие в амортизаторах вилки летнего масла в зимний период усиливает жесткость вилки и, наоборот, летом наличие жидкого масла в амортизаторах приводит сравнительно часто к жестким ударам вилки, излишней утечке масла и т. п.