hsq_cervenec_enduro




Teorie odpružení motocyklu

Mezi čtenáři tohoto serveru jsou určitě lidé, pro které motorkaření neznamená jenom nastartovat a jezdit, ale jsou to především dlouhé hodiny strávené v garáži u motorky. Tisíceré rozebírání a skládání. Já jsem také vyrostl s knížkami, ve kterých být motocyklistou znamenalo zejména znát svůj motocykl šroubek po šroubku. Jelikož dnešní literaturou motocyklistů je internet, rozhodl jsem se svou troškou také přidat k technické gramotnosti. Připravil jsem pro vás sérii článků o odpružení motocyklu, z hlediska obšírnosti tohohle tématu nebylo možné jej vtěsnat do jednoho. Jelikož tenhle článek obsahuje také vzorce a jeden vzorec statisticky sníží čtivost článku o 10%, musím hned na začátku použít slovo nová Jawa, které možná bude kompenzovat návštěvnost. Nakonec, není čeho se bát, projdeme si jenom základní fyzikální principy.

Odpružení jednostopých vozidel

Přední a zadní odpružení tvoří spolu s konstrukčním řešením s definovanou geometrií jednotný systém podvozku jednostopého vozidla, který je jedním z nejdůležitějších faktorů tvořících celkové jízdní vlastnosti.

Požadavky na odpružení podvozku jednostopého vozidla jsou:

  • Zlepšit stabilitu stroje na vozovce
  • Zlepšit pohodlí jezdce
  • Zmenšit namáhání částí motocyklu (rám, podvozkové části)

Základní pojmy geometrie lze vyčíst z obrázku

Pouze při dobrém odpružení je motocykl stabilní a může být vhodně ovládán. Pro dobré vedení je podmínkou, aby kola neustále sledovala vozovku a aby nebyla oddělována od styčné plochy. Jakmile začne kolo odskakovat od vozovky, pak dle velikosti kolmé reakce, která je dána huštěním a dotykovou plochou pneumatiky, se mění maximální možná reakce na styčnici kola úměrně kolmé reakci. Při odskočení kolo pak nemůže přenést žádnou takovouto sílu, a již při nepatrné boční síle přichází do smyku. Tenhle jev můžeme také pozorovat při jízdě na hranici schopností motocyklu, nebo také je jej možné dosáhnout špatnou technikou jízdy (pokud je to nechtěné).

Neustálý styk kola s vozovkou vyžaduje, aby kolo bylo co nejlehčí, přesněji řečeno aby neodpružená hmota byla co nejmenší, resp. její poměr vůči hmotě odpružené byl co největší. Neodpruženou hmotou rozumíme všechny pohyblivé části ve směru od vozovky – např. kolo s osou, brzdové třmeny, kluzáky, třeba i blatník a pod.

Požadavky pohodlné jízdy jsou:

  • Vhodné umístění jezdce
  • Odstranění přímých dorazů pružících členů a zmenšit svislé výchylky odpružené hmoty na minimum (i když se musí neustále sledovat požadavek styku kola s vozovkou)
  • Volit kmitočty volného kmitání odpružené hmoty tak, aby je lidský organismus snášel co nejpříznivěji
  • Zabránit tomu, aby vlivem opakujících se nerovností nedošlo k rozkmitání vozidla, aby amplituda kmitání nepřekročila nad přípustnou hranici (omezení možnosti vzniku rezonance)

Pokud má být výchylka jezdce co nejmenší, je vhodné jeho umístění (rozložení jeho jezdecké pozice) tak, aby jeho těžiště bylo ve středu mezi koly. Tím je svislá výchylka minimální. Úhlové natočení odpružené hmoty je v každém místě stejné. Třeba u hardtailových motocyklů můžeme pozorovat kmitání kolem osy zadního kola, což znamená, že výchylky které pak absorbuje hlava jezdce, jsou ve značném nepoměru k zadnici. V tomhle případu je pak kmitočet závislý na momentu setrvačnosti celého motocyklu k ose zadního kola.

Na základě rozboru vlivu kmitavých pohybů různých frekvencí na lidský organismus můžeme tvrdit, že nejlépe je snášen kmitavý pohyb s kmitočtem lidské chůze rychlosti 3÷5km/h s krokem dlouhým 0,75 m. Optimální kmitočet pro lidský organismus je tedy s frekvencí 1÷2 Hz. Tahle informace je však jen orientačním odrazovým můstkem pro návrh.

Při volném kmitání hmoty  na pružině s tuhostí je kmitočet

Výsledný kmitočet je daný vztahem:

Třeba u výrobců tlumičů (např. Öhlins, Hyperpro) najdete ideální hodnoty statického poklesu pružících jednotek vzhledem ke své váze. U vozidel s odpružením obou kol vzniká nejčastěji kmitání všeobecným rovinným pohybem vzniklým složením obou základních druhů pohybů. Proto není celkem reálné zjistit skutečný kmitočet odpružené hmoty tímhle jednoduchým způsobem. Přesný výpočet vzájemného vlivu obou odpružení je velice složitý a v současné době je počítán zejména simulačními programy na základě letitých zkušeností, podložen testováním. Je nutné uvést, že jak návrh předního, tak i zadního pružení vyžaduje stejnou pozornost. Nedokonalé odpružení jedné nápravy se nedá vyvážit zlepšeným odpružení kola druhého. Maximální zdvihy obou odpružení bývají obyčejně stejné, nebo přibližně stejné při měření ve svislém směru.

Propružení zadního kola ovlivňuje dva důležité parametry stability a řízení motorky – stopa (změnou úhlu řízení) a rozvor. Změna stopy vzniká tím, že se změní uhel osy řízení k vozovce. Tudíž je jej konstrukčně náročné odstranit. Bližší určení stopy i vlivu předního pružení se mění podle konstrukčního provedení vidlic.

K vlivu zadního pružení motocyklu při vyšetřovaní vlivu konstrukce přední vidlice se přihlíží na změnu stopy tím, že stanovíme závislost velikosti stopy na propružení přední vidlice při obou krajních polohách zadního odpružení. Takto získané křivky vymezí pole, ve kterém každý bod značí okamžitou velikost stopy při příslušných polohách obou pružení.

Ať se zabýváme předním nebo zadním pružením, je nutno jej rozlišovat z hlediska kinematiky. Sledováním pohybu osy kola, v místě uchycení k rámu, během zdvihu pružení tedy rozlišujeme:

  • Pružení po přímce
  • Pružení po kružnici
  • Pružení po všeobecné křivce

Motocyklové pružiny

Typů pružin z hlediska působení síly, konstrukce a charakteristiky je mnoho, avšak u podvozků motocyklů se používají téměř výlučně vinuté pružiny (namáhané na krut). Výjimečně můžeme potkat třeba vzduchové pružiny (BMW HP2 apod.). Co se týče charakteristiky pružiny, tu udává zejména její tuhost, což je třeba konstanta vyjadřující sílu potřebnou k jednotkové deformaci.  Tu lze jednoduše popsat matematickou přímou úměrou síly a výchylky.

U motocyklových podvozků se takhle dá popsat tuhost lineární pružiny. U motocyklů se často objevují též progresivní pružiny, jejichž tuhost není konstantní a mohli bychom si ji představit jako exponenciální funkci. Nejlépe to popisuje obrázek níže.

Červená křivka znázorňuje příklad progresivní pružiny. Může mít samozřejmě také i komplikovanější průběh. Z obrázku je zřejmé, že při použití progresivní pružiny je jakoby „nanucována“ oblast středního zdvihu tlumiče, protože k ponoru potřebujeme více síly než při lineárním průběhu. Což je výhodné z více důvodů, například jako kompenzace špatným průjezdem zatáčkou (prudký plyn) je kolo do jisté míry nuceno udržet se ve stejném (také středním) zdvihu tlumičů, čím motocykl působí značně stabilněji navzdory jezdecké chybě. Jenom jako zajímavost můžu uvést, že závodní motocykly jsou ve většině případů odpruženy lineárním typem pružin, nikoliv progresivním, jak je tomu čím dál častěji u cestovních strojů.

Tlumiče

Tlumič je v podstatě jednotné označení tlumící a pružící jednotky motocyklu, jež bývá v současnosti spojená. Pružení je zabezpečeno pružinou a tlumení obvykle hydraulickým tlumičem kmitů.

Prvotní funkcí tlumiče kmitů je utlumit kmitání vozidla na pružinách (z netlumených kmitů udělat tlumené) a zabránit tak pohupování vozidla a odskakování kola od vozovky (jak je zřejmé z modrého obrázku). V historii motocyklů se objevovaly také mechanické tlumiče kmitů, které byly na báze tření, ač to už bylo tření vyvolané samostatným zařízením (třecí segmenty obyčejně se stavitelnou silou přítlaku) nebo tlumení kmitů vyplynulo ze samotné konstrukce (použití listových pružin apod.).

Konstrukce motocyklových tlumičů je dnes v principu stejná u všech výrobců. Vysvětlíme si ji na obrázku níže, jedná se o tlumič s expanzní nádobou. Vinutá pružina zadního tlumiče je umístěna na vnější části hydraulického tlumiče kmitů.

1 – ložisko; 2 – vinutá pružina; 3 – hydraulická kapalina;  4 – Píst se dvěma ventilama; 5 – těsnění; 6 – pístnice; 7 – nastavení odskoku (rebound travel); 8 – nastavení předpětí pružiny; 9 – nastavení komprese (damping); 10 – membrána; 11 – vzduchový zásobník

Při zatížení, kompresi, se pístnice společně s pístem pohybuje v tomto případě směrem nahoru. Tím se otevře ventil v pístu a propouští kapalinu do prostoru pod pístem. Objem těchto dvou prostor není stejný kvůli objemu pístnice, a tak je nadbytečná kapalina vytlačovaná do prostoru expanzní nádoby. Místo expanzní nádoby také může být pneumatická část umístěna v druhém plášti tlumiče (Twintube), nebo plovoucí píst / membrána oddělující hydraulickou část od pneumatické (Monotube). V tomhle případě je rychlost komprese ovládána přes stavitelný ventil omezující maximální průtok do expanzní nádoby, ventil umístěný v pístu pro směr komprese má konstantní průtok. Pro zpětný chod (anglicky rebound travel) je pak nastavení ze spodu pístnice, jež upravuje například průměr otvoru, jeho zdvih apod. ventilem pro maximální průtok oleje zpět.

Moderní high-endové tlumiče jsou opatřeny také nastavením high speed a low speed damping. High speed damping je vysokorychlostní tlumení, které omezuje maximální rychlost tlumiče při velkých rázech. Například když najedete v cestě na díru a máte nastavené vysokorychlostní tlumení na maximum, tlumič nestihne včasně zareagovat a působí rázy kvůli nedostatečné dráze pružení. Low speed damping (tlumení nízkých rychlostí) je tlumení malých změn rychlostí propružení, například přidání plynu nebo nerovnosti vozovky. Nastavení low speed damping ovlivňuje také high speed damping. Nastavení rebound travel, zpětného chodu, nebo odskoku tlumiče je nastavení rychlosti vracení tlumiče po propružení. Je-li tohle tlumení nastaveno na příliš tuho, například v terénu nestačí vracet kolo k povrchu a působí rázy do rámu. Když je reboud travel nastaven na minimum, můžeme mít pocit, že se motorka pohupuje. Při velmi vysoké rychlosti pružení je možnost že se hydraulický olej zpění, u tlumičů s expanzní nádobou je však tohle riziko minimální.

Celkové tlumení ovlivňuje nejen nastavení tlumiče (všechny průchozí otvory, které omezují průtok hydraulické kapaliny), ale také viskozita (nebo laicky hustota, ačkoli viskozita je jiná vlastnost než hustota) hydraulického oleje, tlak plynů v pneumatické části a minimálním vlivem také mechanické tření.

Přední teleskopická vidlice funguje úplně stejně, vinutá pružina je u moderních motocyklů umístěna uvnitř tlumiče. U starých motocyklů není výjimkou, že pružiny jsou umístěny zvenčí.

Jak se Vám líbil tento článek?
Průměr: 1.16
Známkováno: 43x

Vložení komentáře

Pokud chcete vložit komentář, tak se registrujte a přihlaste.



TOPlist