6.2. ПЕРЕДНЯЯ ВИЛКА

Передняя вилка служит для обеспечения управления мотоциклом и подрессоривания переднего колеса.

На дорожных мотоциклах Ирбитского мотоциклетнего завода применяются телескопические передние вилки.

Передняя вилка (рис. 6.2) состоит из шарнирного устройства, направляющей части, упругого элемента.

Рис. 6.2. Передняя вилка: 1 - болт крепления амортизатора; 2 - конус корпуса амортизатора; 3 - трубка корпуса амортизатора; 4 - кольцо стопорное; 5 - штифт; 6 - наконечник пера вилки; 7 - трубка пера вилки; 8 - втулка верхняя; 9 - корпуа сальника; 10 - сальник резиновый; 11 - уплотнение фетровое; 12 - гайка сальника; 13 - пружина; 14 - шайбы фрикционные; 15 - мостик рулевой колонки; 16 - болт стяжной; 17 - кожух пера с кронштейном фары; 18 - кольцо уплотнительное кожуха; 19 - наконечник пружины верхний; 20 - гайка затяжная; 21 - шарикоподшипник верхний; 22 - гайка подшипника; 23 - стержень рулевой колонки; 24 - болт затяжной демпфера; 25 - шайба пружинная; 26 - шайба опорная; 27 - гайка стержня рулевой колонки; 28 - траверса; 29 - сальник; 30 - шайба защитная; 31 - труба рамы головная; 32 - шайба неподвижная демпфера; 33 - шарикоподшипник нижний; 34 - шайба подвижная демпфера; 35 - сальник резиновый; 36 - гайка трубки амортизатора; 37 - шток амортизатора; 38 - кольцо стопорное; 39 - шайба; 40 - поршень амортизатора; 41 - втулка нижняя; А - полость подпоршневая; Б - полость надпоршневая гасителя вертикальных колебаний колеса (амортизатора) и гасителя крутильных колебаний вилки (демпфера)

Шарнирное устройство соединяет вилку с рамой так, что обеспечивается возможность поворота вилки с колесом относительно рамы, и соответственно обеспечивается управляемость. Шарнирное устройство таково, что ось вращения вилки пересекается с плоскостью дороги немного впереди точки касания колеса с дорогой (так называемый вылет передней вилки). За счет этого при движении мотоцикла создается стабилизирующий момент, который обеспечивает прямолинейное движение мотоцикла. У мотоциклов-одиночек при наклонах мотоцикла на поворотах этот момент изменяется и поворачивает вилку в сторону наклона. У мотоцикла с коляской стабилизирующий момент сохраняется постоянным и наклон невозможен, поэтому при прохождении поворотов к рулю требуется прикладывать определенное усилие.

Шарнирное устройство выполнено на двух радиально-упорных шарикоподшипниках, нормальная работа которых регулируется стяжной гайкой. Для предотвращения отворачивания гайки она фиксируется в траверсе стяжным болтом.

Направляющая часть передней вилки обеспечивает вертикальное перемещение колеса, при этом должны сохраняться заданное направление движения и параметры устойчивости. В направляющую часть входят две трубы пера вилки, жестко закрепленные в мостике рулевой колонки и траверсе. По трубам телескопически перемещаются два наконечника пера вилки, каждый на двух втулках. Внутри наконечников находится масло, которое смазывает подвижное соединение и одновременно является рабочей жидкостью для амортизатора.

Для крепления верхней втулки и для предотвращения вытекания масла сверху на наконечник наворачивается гайка с сальниками. Снизу к наконечникам крепится ось с колесом и тормозом. Ось имеет левую резьбу для предотвращения самоотворачивания оси при ослаблении стяжного болта левого наконечника.

За счет жесткого крепления труб в мостике и траверсе, а также оси в наконечниках колесо совершает плоско-параллельное движение. При ослаблении крепления труб или оси устойчивость и управляемость мотоцикла ухудшаются.

Упругим элементом вилки является цилиндрическая пружина с постоянным шагом навивки, установленная внутри трубы пера вилки. Пружина установлена так, что она является упругим элементом при ходе сжатия и пружинным буфером при ходе отдачи. Одним концом она наворачивается на спиральную канавку гайки трубки амортизатора и, следовательно, жестко соединена с наконечником пера вилки, Второй конец пружины крепится в спиральной канавке верхнего наконечника пружины. Наконечник же с осевым зазором 0,2-0,5 мм установлен на што« ке амортизатора и таким образом зафиксирован в осевом направлении относительно трубы пера вилки. Длины пружины и штока выбраны так, что в ненапряженном состоянии пружины поршень не доходит до гайки, находящейся на трубке амортизатора. При наезде колеса на препятствие, колесо начинает двигаться вверх, при этом вверх движутся и наконечники перьев вилки, сжимая пружины. За счет этого сглаживаются нагрузки, передаваемые на раму. Поршень амортизатора при этом движется внутри трубки корпуса амортизатора. При проезде препятствия и отрыве от дороги колесо вместе с наконечниками перьев под действием собственной массы и силы пружины начинает двигаться вниз. Если бы пружина не была закреплена по концам, то это движение происходило бы до тех пор, пока поршень не ударился бы о гайку, находящуюся на трубке амортизатора. В существующей же конструкции колесо с наконечниками будут двигаться вниз под действием собственной массы и силы пружины до тех пор, пока пружина не распрямится полностью (поршень при этом еще не дойдет до гайки). Пружина закреплена в осевом направлении, поэтому при дальнейшем движении колеса она начнет работать на растяжение и затормозит движение колеса. При этом не происходит удара поршня о гайку и не снижается долговечность амортизатора. Для того чтобы при заворачивании и отворачивании затяжной гайки пружина не выскочила из спиральной канавки наконечника пружины или гайки трубки амортизатора, ее шаг и шаг спиральных канавок у наконечников выполнен неодинаковым. Кроме того, при сборке передней вилки нужно обеспечить свободное проворачивание обоих штоков вместе с затяжной гайкой.

В передних вилках Ирбитского мотоциклетного завода применяют гидравлические гасители колебаний (амортизаторы) одностороннего действия с гидравлическим буфером прямого хода. Если бы амортизатора не было, то после проезда препятствия сжатая пружина резко распрямилась бы и мотоцикл подбросило бы вверх, а затем под действием веса ой опустился бы вниз, сжав пружину, затем снова вверх и т. д. Такие длительные колебания вызывали бы значительное утомление водителя и снижение управляемости мотоцикла. Для предотвращения этих явлений и служит амортизатор.

Трубка корпуса амортизатора ввернута в конус корпуса амортизатора. Конус болтом крепится к наконечнику пера вилки. Наружный диаметр конуса в его цилиндрической части немного меньше внутреннего диаметра трубы пера вилки. Конус осевым и радиальным каналами сообщает внутреннюю полость трубки амортизатора (полость А) с внутренней полостью наконечника пера вилки. Шток проходит через гайку трубки амортизатора. На штоке расположен поршень, имеющий четыре лыски, по которым масло может свободно перетекать из полости под поршнем в полость над поршнем (из полости А в полость Б). Над поршнем в шток устанавливают штифт, а между штифтом и поршнем свободно с осевым зазором расположена шайба. Наружный диаметр шайбы соответствует внутреннему диаметру трубки корпуса амортизатора, а внутренний диаметр значительно больше диаметра штока. Внутренняя полость наконечника пера вилки и амортизатора заполнена маслом вплоть до гайки трубки амортизатора.

При наезде колеса на препятствие наконечник пера вилки вместе с амортизатором поднимается вверх, при этом поршень движется вниз относительно трубки амортизатора. Под действием напора жидкости снизу шайба поднимается над поршнем до упорa в штифт. Масло начинает перетекать из-под поршня вверх по лыскам поршня и радиальному зазору между шайбой и штоком, не испытывая сопротивления. Поскольку шток начинает занимать часть объема амортизатора, излишки масла по осевому и радиальному каналам конуса корпуса амортизатора вытекают в наконечник пера вилки. После проезда препятствия пружина стремится «отстрелить» наконечник пера вилки с амортизатором вниз. Сила давления масла сверху прижимает к поршню шайбу. она перекрывает лыски на поршне и, соответственно, радиальный зазор между поршнем и трубкой амортизатора. Поскольку зазор между штоком и гайкой трубки амортизатора очень мал, масло запирается в полости Б. Однако по имеющимся зазорам между деталями масло постепенно вытекает из полости Б и поршень медленно поднимается вверх, а наконечники перьев вилки плавно опускаются. В результате этого колебания быстро затухают. Таким образом, амортизатор, не препятствуя сжатию пружины, оказывает сопротивление ее резкому распрямлению. В мотоциклах ИМЗ используются односторонние амортизаторы, обратного действия, которые оказывают сопротивление только при ходе отдачи (на обратном ходу).

При наезде на крупные препятствия возникают усилия, под действием которых пружина полностью сжимается и происходит удар трубы пера вилки о его наконечник. Для предотвращения этого предусмотрен гидравлический буфер хода сжатия, принцип действия которого заключается в следующем. При приближении торца наконечника к торцу трубы внутрь трубы начинает входить конус корпуса амортизатора. Вследствие того, что зазор между цилиндрической частью конуса и внутренним диаметром трубы очень мал, масло оказывается зажатым между трубой, конусом и наконечником. Дальнейшее движение наконечника будет возможным лишь по мере вытекания масла. Вытекание же будет происходить медленно, так как зазоры между деталями очень малы, а объем масла довольно велик. В результате этого сближение трубы с наконечником тоже будет происходить медленно, что и предотвратит удар.

При движении по неровной дороге боковые удары отклоняют вилку от прямолинейного положения. За счет стабилизирующего момента вилка стремится вернуться в первоначальное положение, однако, поскольку она и колесо имеют значительную массу, то вилка по инерции проходит нейтральное положение и поворачивается в противоположную сторону. Затем весь процесс повторяется. Возникают крутильные колебания вилки вокруг оси поворота. Дополнительные силы, способствующие колебаниям вилки, создаются за счет упругой деформации шины. На больших скоростях характер чередования этих сил может совпасть с частотой собственных колебаний вилки. В результате резонанса амплитуда колебаний начинает возрастать и мотоцикл теряет устойчивость и опрокидывается. Причем усилия возрастают настолько, что руль невозможно удержать руками. Это одна из причин, почему нельзя превышать максимальную скорость, установленную заводом.

Для уменьшения вероятности возникновения крутильных колебаний на вилке установлен гаситель - демпфер. Гаситель имеет набор фрикционных шайб, одна часть которых соединена с вилкой, другая - с рамой. Шайбы прижимаются друг к другу тарельчатой пружиной, усилие которой регулируется затяжным болтом. При вращении вилки между шайбами создаются силы трения, которые препятствуют нарастанию колебаний. Силы трения уменьшают также и нагрузки, передаваемые на руль при боковых ударах на колесо. Поэтому при езде с большими скоростями или по неровным дорогам болт демпфера рекомендуется затягивать. При езде же по хорошим дорогам с умеренными скоростями болт демпфера желательно ослаблять.