© Tony Foale 1987 - 2002

Итак, после снятия всех ненужных частей, похоже, наилучшее место для начала какого-либо усовершенствования управляемости – рама и маятник, чтобы обеспечить жесткую базу, от которой и плясать. Главная задача состоит в том, чтобы удерживать колеса на одной линии, как при скручивании, так и при боковом изгибе. Чтобы это получить, главная петля рамы должна поддерживать рулевую колонку и шарнир маятника в правильном отношении друг к другу. Вероятно, большинство рам имеет все еще тип двойной петли, введенный на мотоцикле Manx Norton в 1950, разработанном Ирландцем МакКандлесом, эта машина прославилась своей хорошей управляемостью, но не забывайте, что мощность байка была всего 50 л.с., весил он лишь 300 фунтов (136 кг), а шины того времени были способны передавать намного более низкие усилия, чем те, к которыми мы привыкли теперь. Несмотря на прошлые успехи, этот тип рамы не очень структурно эффективен, т.е. при своем весе он не дает достаточной жесткости. К счастью часто можно весьма существенно улучшить это с минимальным добавлением веса и с небольшим объемом работы.

Перед тем, как вдаваться в конкретику, давайте рассмотрим некоторые основные структурные принципы, знание которых позволит лучше провести изменения вашей собственной рамы, независимо от типа. Самое важное, что нужно уяснить - различие между степенью изгиба, которое происходит в трубе в зависимости от того, пробуем ли мы ее согнуть или вытянуть (растяжение). Пара примеров для иллюстрации. Рассмотрим две трубы с идентичными размерами при идентичным силах, но одна нагружена на изгиб, а другая на растяжение, как на рис. 1. Вам придется поверить мне на слово в отношении точности чисел в таблице, потому что методы вычисления, хотя и не трудные, находятся вне предмета данного типа журнала.

(к сожалению, рис. 1 отсутствует)

Есть несколько моментов, которые мы можем вывести из этих чисел, самый существенный - огромное различие в степени податливости и уровня напряжения между двумя типами нагрузки. Для большей из этих двух труб деформация более чем в 1000 раз больше для случая изгиба, а напряжение - в 85 раз, тогда как для меньшей трубы деформация - почти в 5000 больше, и напряжение - почти в 200 больше. Также важный отметить влияние размера трубы. В случае растяжения, если мы уменьшаем диаметр наполовину, то вес уменьшается немного меньше чем наполовину, и как деформация, так и напряжение увеличиваются чуть больше. Чем в два раза. Но когда те же самые трубы подвергаются изгибу, отклонение меньшей - в 9 раз сильнее, чем большей, и напряжение - почти в 5 раз больше. Другое существенное влияние на структурные свойства элементов рамы оказывает длина этих элементов. Деформация элементов растяжения пропорциональна их длине для данной нагрузки, то есть если мы удваиваем длину, мы также удваиваем гибкость, но уровень напряжения будет неизменен. В то же время ситуация для изгибающей нагрузки намного более критична – деформация пропорциональна кубу длины, то есть если мы удвоим длину, то деформация увеличится в восемь раз, и напряжение удвоится, а для утроенной длины гибкость увеличится в двадцать семь раз. Из этого можно заключить, что везде, где только возможно, будет намного более эффективно, если мы станем проектировать наши рамы так, чтобы материал в максимально возможной степени подвергался нагрузке растяжения (или сжатия), избегая изгибающейся ситуации. Однако там, где изгиб неизбежен, мы должны использовать наибольшие практически применимые секции при самых коротких размерностях и стараться уменьшать толщину стенок, чтобы избежать лишнего веса. Эту цель лучше всего достигнуть при использовании техники, известной как разбивка на треугольники, и рис. 2. показывает принцип.

Четырех- или более- сторонняя структура может сопротивляться показанной нагрузке только благодаря жесткости ее элементов на изгиб. Как мы видели, она допускает значительную деформацию в зависимости от размера труб. С другой стороны треугольная структура очень жесткая даже с тонкими трубами, на практике главный источник гибкости при этом типе структуры может вполне происходить из-за местной деформации в стене трубы в месте соединения с другими, это может оказаться весьма существенной проблемой и областью потенциальной неисправности при использовании крупного тонкостенного материала. Но учитывая практические размеры труб, используемых в разбитых на треугольники рамах, мы можем для всех целей считать такой отдельный треугольник как полностью жесткий. Не всегда возможно избежать использования четырехсторонних структур, но во многих случаях жесткость можно резко улучшить добавлением простых подкосов как на рис. 3.

Однако практические соображения могут физически не дать использовать этот тип укрепления - двигатели, батареи и т.п. имеют привычку располагаться не там, где желательно. К счастью есть другие подходы, которые в некоторых случаях мы можем использовать, как показано на рис. 4. Если любой из этих подходов не возможен, то не все еще потеряно, у нас все еще есть вероятно самый обычный метод, пусть и наименее эффективный - косынка - забудьте женский платок, я говорю о местном укреплении на стыке труб рамы. Способ, которым косынка укрепляет структуру, не всегда понимается правильно. Вообразите трубу, прикрепленную к другой трубе и получающую изгибающую нагрузку, как показано на рис. 5.

Если бы не было никакой поддерживающей косынки, то труба сгибалась бы по всей длине, тогда как с косынкой изгиб фактически ограничен неподдержанной частью. Как мы видели, степень сгибания пропорциональна кубу неподдержанной длины, а значит уменьшение ее вполовину увеличивает жесткость в восемь раз. Следовательно даже маленькие косынки могут значительно укрепить многотрубчатую раму. Однако в случае, когда труба подвергается нагрузке только растяжения или сжатия, косынка дает лишь незначительный эффект. По этой причине их редко можно найти на хорошо разработанных треугольных структурах, кроме как для усиления точек крепления. Есть еще одна проблема, которая неожиданно может возникнуть с такими очень жесткими конструкциями - жесткими к силам, действующим в их плоскости - если не будет трубы из большей секции, структура будет слабо сопротивляться скручивающим нагрузкам (скручиванию). Это легко проиллюстрировать с помощью прямоугольного куска картона - любая попытка деформировать прямоугольник в ромб встречает сильное сопротивление, но попробуйте его скрутить, и у вас не возникнет больших проблем. Есть два способа улучшить эту ситуацию, один - использование трубы большого диаметра (круглая труба является лучшей для этого типа нагрузки), который сама по себе имеет жесткость на скручивание, а другой - разбить структуру на треугольники вне плоскости четырех (или больше) сторон - примером этого является пирамида, как показывает эскиз 2 на рис. 4. Такой тип пирамиды может быть очень эффективным методом укрепления при условии, что вершину можно отставить достаточно далеко от плоскости основных труб. Ну да хватит всей этой теории, давайте посмотрим, как можно применить ее на практике.

Реальный мир

Из вышесказанного можно видеть, что с точки зрения структуры рама, полностью разбитая на треугольники, типа как на Krauser BMW, потенциально наилучшая, но крупномасштабный производитель, осознающий себестоимость, далеко уходит от этой концепции из-за трудоемкой природы производства, в конце концов есть еще очень много соединений для сварки. Более легкой с точки зрения производства – хребтовая рама и все ее вариации. Она использует жесткость, получаемую и при изгибе и при скручивании, от использования одного большого основного элемента секции, и эта концепция нашла широкое применение на некоторых машинах типа мопеда в форме сварных штамповок. Yamaha FS1E - хороший пример этого способа. Однако кроме мелких изготовителей рам, типа Egli и Moko в Швейцарии, и вашего покорного слуги в Великобритании, было немногих попыток использовать этот тип для больших машин. Norton Commando - примечательное исключение, но он было испорчен двумя способами, один – хребтовый каркас мог бы быть побольше, и второй - потенциальная жесткость этой структуры была устранена путем использования резиновых опор крепления двигателя И маятника. Вероятно главной причиной не использования ее в производстве то, что на большом байке место, необходимое для двигателя, воздушного фильтра, аккумулятора и т.д., в большинстве случаев не совместимо с этой концепцией. В настоящее время наиболее популярен тип двойных труб (Дельта и т.п.), который можно считать почти расколотой хребтовой трубой, предоставляющей больше места для двигателя. Как и хребтовая труба, она может быть весьма жесткой, если сделана должным образом, и я рассматриваю ее как существенное усовершенствование в массовом производстве рам. Я лишь надеюсь, что она переживает вечные требования моды, которые часто диктуют изменения ради самой моды. Если у вас есть любой из вышеупомянутых типов рамы, маловероятно, что вам придется думать о модификации для улучшения ее жесткости. Поскольку они более распространены, вполне вероятно, что у вас определенная многотрубчатая рама, состоящая из набора гнутых труб средней длины, восходящая корнями к упомянутому ранее Manx Norton. Эти типы рам традиционны, разумно дешевы в производстве и структурно неэффективны, то есть они слишком тяжелы для той жесткости, которую они предоставляют, и которая часто является минимальной. Рассмотрение под любым углом показывает, что они состоят в основном из соединения наборов четырехсторонних структур. Значит, если мы можем использовать некоторые из методов разбиения на треугольники, обсуждавшиеся ранее, мы получаем возможность значительно укрепить раму. Вероятно лучший способ понять это состоит в том, чтобы следовать фактическому примеру. Ранее в этом году меня попросили укрепить две рамы для современной модели Kawasaki 750. Несмотря на благоприятные отзывы об управляемости этой машины при многих дорожных испытаниях, скоро были обнаружены недостатки в намного более суровых условиях мотодрома (спросите ТМ.) . Эти рамы должны были участвовать в гонках в классе, где правила запрещали любым модификации, влекущие удаление элементов, но разрешали добавление. Поскольку вес был очевидным приоритетом, грубая способ не мог применяться, любой добавленный материал должен был отработать свое применение. Я нахожу очень полезным измерять жесткость рамы, так как это тот способ, которым вы можете контролировать эффективность вашей работы. Это не так трудно, как звучит, потому что вам нужны только сравнительные цифры и большой точности в наших целях не требуется. У меня есть тяжелая труба, хорошо подогнанная к месту установки маятника в раму, я жестко закрепил эту трубу в зажимном приспособлении, хотя подойдет любой прочный объект типа стены. Для удобства нагрузки эта труба расположена вертикально, так, чтобы, когда рама установлена на ней, рама располагается горизонтально. Раму можно нагружать в кручении и боковом изгибе, прилагая силу к концу другой трубы, вставленной в рулевую колонку. Эта труба должна хорошо соответствовать отверстию рулевой колонки, и при длине трубы приблизительно три или четыре фута будет возможно значительно согнуть раму при умеренном ручном давлении на конце этой трубы. Это не страшно. Всякий раз, когда я проделываю это перед аудиторией, возникает недоверие и изумление относительно степени отклонения, которое так легко можно сделать. Если прилагать неизменную нагрузку через динамометр всегда к одному и тому же месту трубы, то мы можем сравнивать жесткость рамы в процессе модификации. Возможно более ценное следствие этой контролируемой нагрузки - то, что мы можем фактически видеть и измерять степень деформации в раме. Таким образом очень легко оценить, где наиболее важно поставить трубчатые подкосы , а где это будет в значительной степени неэффективным. Фотографии показывают законченные модификации, которые я придумал для Kawasaki 750 и в них есть примеры большинства из упомянутых выше методов.

Большая открытая область перед двигателем была основательно разбита на треугольники, фактическое расположение дополнительных труб диктовалось необходимостью избежать контакта с системы выпуска и частями картера, не было места использовать метод пирамиды, и все крепление лежат в плоскости. Эта модификация была особенно эффективна, жесткость голой рамы на скручивание более чем удвоилась. Область шарнира маятника подвергается высоким нагрузкам, стремящимся деформировать его в продольном направлении, эти силы возникают от натяжения цепи и любой боковой нагрузки на заднем колесе. Они стремятся скрутить секции рамы сразу выше и ниже шарнира маятника, секция выше затрагивается больше всего просто потому, что она длиннее. Чтобы ограничить этот изгиб была добавлена пирамида. Это не всегда возможно из-за расположения большого воздушного фильтра и/или аккумулятора. Было видно, что большая четырехсторонняя область под двигателем становилась ромбовидной под нагрузкой, но сам двигатель не давал места любому перекрестному креплению, и поэтому два задних угла были укреплены косынками, насколько позволяло место. Аналогичная область выше двигателя все равно приближалась по форме к длинному тонкому треугольнику и поэтому не нуждалась в подобной модификации. Пока мы рассмотрели только голую раму, двигатель весьма жесток, и при установки на место имеет большой потенциал как средство укрепления всей структуры. К сожалению, у современных байков есть два фактора, которые очень уменьшают этот эффект. Во-первых, тенденция к применению резиновых опор (что хорошо в других аспектах) не делает ничего, чтобы помочь управляемости. Во-вторых, чтобы сократить издержки производства, отверстия креплений в картерах обычно отливаются, вместо того, чтобы их сверлить, а это приводит к конусным отверстиям, которые имеют люфт на монтажных болтах. Эти болты - обычно 10 мм. в диаметре, но наименьшая часть отверстия примерно 11 или 12 мм. Значительного укрепления можно достичь, если уделить внимание этим двум областям. Резиновые втулки можно заменить проточенными алюминиевыми, а крепежные отверстия можно аккуратно расширить либо до 7/16" (близко к 11 мм.) или до 12 мм. (эту работу лучше всего проводить с установленным двигателем для обеспечения точного выравнивания). Болты двигателя тогда можно заменить на болты правильного диаметра; я обычно использую для них нержавеющую сталь. Оба этих метода были применены к Kawa, и, кроме того, были добавлены две съемных трубы между внешними трубами, держащими рулевую колонку, и нижними трубами передней части рамы; это в значительной степени усилило стороны рамы. Итак, насколько эффективный были эти модификации? Ну, меньше чем 10% было добавлен к голому весу рамы, который повысился от 28 фунтов до 30.5 фунтов. Я не могу дать вам точные цифры по увеличению жесткости, потому рама стала настолько жесткой, что основное сгибание происходило в моем зажимном приспособлении, но было очень трудно обнаружить какое-либо существенное движение между любыми секциями рамы. Если бы тогда меня заставили дать оценку, то я думаю, что было усиление жесткости приблизительно в семь - десять раз. Еще немного о размере трубы, необходимой для этой работы по укреплению. В цифрах относительной деформации трубы при изгибе или растяжении/сжатии, мы видели, что уровни напряжения и деформация были минимальны в ситуации растяжения, а значит весьма небольшие трубы секции могут быть очень эффективными. Не обязательно использовать те же размеры труб, что уже использованы в раме. Если только труба-распорка не слишком длинна и не подвергается сжатию, которое может вызвать коробление, то диаметр в 1/2" со стенками толщиной, дающей 16 или 18 калибр, должен быть более чем адекватным. Это очень хорошо укрепляет основную петлю рамы, но весьма часто именно маятник является главным источником скручивающего движения. К сожалению, у меня не было возможности измерить или изменять маятник от Kawa, поэтому я не знаю, как модификации рамы соотносились со всей сборкой. Возможно самый эффективный способ усилить маятник – укрепление, аналогичное тому, что использовалось давно на Vincent, а позже консоль "кантилевер" байков Yamaha. В действительности они - только версии пирамиды, в которых был найден компромисс с потребностью избежать труб, проходящих через колесо, и т.д.

На рынке есть множество так называемых "усиленных" маятников, но грустный говорить, что многие из них дают не больше, чем косметическую выгоду. Большая гибкость в маятнике происходит из-за скручивания трубы крепления, и следовательно эти маятники, в которых только добавлены трубы по бокам, не могут многому помочь. Последнее звено в цепи, которая отвечает за удержание колес на одной линии, конечно передняя вилка. Постоянные читатели знают мои взгляды относительно этой гадости, но если вам приходится ими пользоваться, их можно улучшить. Если деньги – не проблема, купите замену высшего качества со стойками большого диаметра и большой осью колеса. Если вы придерживаетесь оригиналов, то добавьте усиление над колесом, но хорошего качества или вообще не заморочивайтесь. В виде альтернативы маятнику есть много неэффективных на рынке, удостоверьтесь, что он жесткий, а также важно, чтобы он был сделан аккуратно, в противном случае он может нарушить выравнивание с вилкой и помешать свободному движению перьев вилки. Если у вас есть доступ к станкам, тогда изменение диаметра оси колеса от обычных 15 или 17 мм. к более жестким 20 мм (как на некоторых итальянских машинах) может быть весьма эффективным.

Еще одно предостережение

Укрепление рамы, как было рассмотрено, в большинстве случаев значительно уменьшает степень напряжения в элементах рамы, а так же усиливает всю структуру, но есть случаи, когда усиление одной части рамы может привести к увеличенному риску возникновения неисправности в другой не усиленной области. Гибкая рама действует как пружина и может поглощать и уменьшать некоторые виды нагрузки; если укреплены только некоторые элементы рамы, то мы можем передавать большую нагрузку к неукрепленным областям, которые могут деформироваться больше, чем прежде даже при том, что вся рама деформируется меньше.Итак, теперь у вас есть жесткая рама, от которой можно двигаться дальше, но пока это все, что есть на данный момент. Управляемость, вероятно, уже несколько улучшится, но чтобы получить первоклассные результаты, вы должны начать процесс тонкой настройки. А именно - выбрать жесткость пружин в соответствии с шинами, изменить геометрию, перемещая перья вилки в траверсах, и т.д. - список бесконечен. Но это - уже другая история...