REKLAMA

Ramy motocyklowe

Każda z firm ma swój pomysł na kształt i budowę ram motocyklowych. Jak to się dzieje, że ramy są tak mocne i wytrzymałe oraz dlaczego robi się je najczęściej ze stali i aluminium?

Pierwsze motocykle budowano w prosty sposób: do roweru mocowano silnik, zbiornik paliwa i lampy. Szybko okazało się, że takie rozwiązanie jest za delikatne. Dlatego zaczęto pracować nad coraz wytrzymalszymi i bardziej przestrzennymi konstrukcjami. Na początku tej drogi najczęściej stosowanym materiałem była stal w postaci rur, ale od czasu do czasu decydowano się na stalową blachę. Ten materiał był tani, łatwo dostępny, a co najważniejsze bez większych problemów poddawał się obróbce. Pojedyncza albo podwójna rama kołyskowa z rur jest tak dobrym rozwiązaniem, że stosuje się je do dziś.

Problemy zaczęły się w latach 60., kiedy to moce silników rosły tak szybko, że konstruktorzy mieli spore problemy z zaprojektowaniem odpowiednio wytrzymałych ram. Najlepiej widać to na przykładzie japońskich motocykli z przełomu lat 60. i 70. Np. Kawasaki KZ 1000 było piękne i mocne, ale co z tego, skoro rama była za słaba na 90-konny silnik. W latach 80. postęp w technologii produkcji ram gwałtownie przyspieszył. Wtedy to odkryto aluminium jako materiał do ich budowy, a Suzuki wypuściło 100-konnego GSX-R-a 750, którego konstrukcja była podporządkowana lekkości.

 

Kawasaki 500 Mach 3
Mocny trzycylindrowy dwusuw zamocowany w delikatnej klasycznej kołyskowej ramie stalowej. To nie ma prawa działać! Zbyt delikatne rury nie gwarantowały odpowiedniej sztywności, więc motocykl prowadził się niestabilnie.

 

Jednym z pierwszych producentów, który zrozumiał, jak ogromny potencjał drzemie w tym materiale, była Bimota. W modelu YB 4 Włosi aluminiowym profilem połączyli główkę ramy z mocowaniem wahacza. Mimo sporych rozmiarów, konstrukcja była bardzo lekka. Ten rodzaj ramy w motocyklu to rama grzbietowa, a każda z firm ma swój patent na odróżnienie się od konkurencji. Jedni robią pojedyncze odlewy, inni spawają poszczególne elementy, jeszcze inni skręcają ramy z mniejszych elementów. Każda z tych dróg prowadzi do tego samego celu.

A co by się stało, gdyby połączyć ze sobą stal i aluminium? Tym, który najbardziej twórczo podszedł do tego zagadnienia, był Massimo Tamburini, konstruktor takich legendarnych bike’ów, jak Ducati 916 czy MV Agusta F4. Zdecydował się on na stalową ramę kratownicową, a silnik wykorzystał jako element nośny stabilizujący całą konstrukcję. Ponadto dołączył elementy aluminiowe służące jako mocowanie osi wahacza.

 

MV Agusta F4
Kratownicowa rama ze stalowych rur, połączona z masywnym aluminiowym mocowaniem jednoramiennego wahacza – oto genialne dzieło Massimo Tamburiniego.

 

 

REKLAMA

REKLAMA

Rama motocyklowa droga jak ze złota

Sztandarowym przykładem tego rozwiązania, będącym oczywiście rozwinięciem pierwotnej konstrukcji, jest Ducati 1199 Panigale. Tutaj silnik jest centralnym elementem, do którego dokręcono główkę ramy, stelaż zadupka czy mocowanie wahacza. To bardzo lekka, ale też bardzo droga konstrukcja. Naprawa po glebie kosztuje furmankę pieniędzy. Co więcej, do regulacji zaworów trzeba rozebrać połowę maszyny. Na marginesie: dość podobnie zbudowane są wszystkie boksery beemki z zawieszeniem typu Telelever, choć w tym przypadku serwis jest o wiele łatwiejszy.

Ramy motocyklowe nawet po wielu latach pracy nie mają prawa zawieść. Spełnienie tego wymogu jest tym trudniejsze, że podczas jazdy działają na nie ogromne siły. Wyobraź sobie załadowany bagażami motocykl z dwiema osobami na pokładzie. Waży on mniej więcej 400 kg. Nagle drogę zajeżdża mu samochód, więc jeździec hamuje awaryjnie. W takim przypadku opóźnienie wynosi mniej więcej 10 m/s2, a więc widelec o długości około 1 m przenosi na główkę ramy siłę wynoszącą 4000 N [siła F = masa (m) razy przyspieszenie (a)]. Owa główka ramy jest zamocowana w dwóch małych łożyskach oddalonych od siebie o około 20 cm. Tak wygląda to w warunkach idealnych, a przecież asfalt nigdy nie jest gładki.

Równie duże obciążenia jak w ramach motocyklowych działają w tylnym zawieszeniu.

Uświadom sobie, jak wytrzymałe musi być mocowanie centralnego amortyzatora. Wahacz, który prowadzi tylne koło, może osiągać długość ponad 580 mm. Amortyzator jest zamocowany w odległości ok. 20 cm od osi wahacza. Zgodnie z zasadą dźwigni, na amortyzator i jego mocowanie działają o wiele większe obciążenia niż na tylne koło. A gdy dołożysz do tego nagły najazd na próg zwalniający... Siły działające na ramę w punkcie mocowania amortyzatora są ogromne, dlatego w niektórych firmach całymi tygodniami testuje się maszyny w ekstremalnych warunkach na specjalnym torze. To żadna przyjemność dla kierowców, ale w tym przypadku chodzi o twoje, czyli właściciela motocykla, bezpieczeństwo, ale także o renomę producenta.

Dotychczas nie uwzględniliśmy działania sił napędowych, ściślej – tego, że, dla utrudnienia, są one niesymetryczne, tzn. łańcuch napędza tylne koło tylko z jednej strony. Gdy motocykl jedzie w złożeniu, na ramę, widelec czy wahacz działają potężne siły skręcające. Ale i to nie wszystko. Pracujący silnik wibruje, dodatkowo obciążając ramę, wydech rozgrzewa jej elementy do nawet +100O C, a polarna zima potrafi schłodzić je do -30O C. Grubo! Konstruktorzy muszą dać sobie radę z jeszcze jednym ograniczeniem – z masą. Stalowa rama 180-konnego KTM-a 1290 Super Duke’a wraz z aluminiowym zadupkiem waży 9,6 kg. To arcydzieło lekkiej budowy.

W ten sposób wróciliśmy do materiałów. KTM konsekwentnie stawia na ramy ze stali. Zdaniem pomarańczowych przy danej sztywności stal zajmuje znacznie mniej miejsca. Nawet ich maszyna z MotoGP, model RC16, jest wyposażona w ramę stalową, a nie jak w przypadku innych teamów aluminiową. Stal jest łatwiejsza w obróbce i o wiele wytrzymalsza niż aluminium. Dlatego poddawane wielkim obciążeniom ramy maszyn enduro są niemal wyłącznie wykonane z tego materiału.

Jakie będą w przyszłości ramy w maszynach sportowych? Zobaczymy. Dziś dominuje jeszcze aluminium, często w formie odlewów. Jedynie Kawasaki w przypadku modeli H2 wróciło do stali. Oszczędność na masie w stosunku do porównywalnej ramy aluminiowej wynosi około 20% – twierdzą ludzie z Kawasaki. Czy kratownicowe ramy ze stalowych rur – które w latach 90. rozkwitły dzięki Ducati – będą kręgosłupem w BMW S 1000 RR na sezon 2025?

Prawda jest też taka, że w motocyklach sporą rolę ogrywają – oprócz techniki – marketing oraz rachunek kosztów. Stal pokona aluminium, jeśli będzie to przynosiło korzyści.

 

Egli-Vincent
Całkiem inne spojrzenie na ramę. Centralna rura o dużej średnicy została wykonana z nierdzewnej stali i ona jest szkieletem motocykla. W ten sposób Egli uzyskał ogromną odporność na skręcanie i nietypowy wygląd.

 

REKLAMA

 

Rama motocyklowa ma być sztywna czy nie?

Jaka powinna być rama? zbyt wiotka spowoduje, że motocykl nie będzie się dobrze prowadził, Zbyt sztywna da ten sam efekt.

Dlatego ramy projektuje się, zadając im określone parametry wytrzymałościowe. Na przykład sprawdza się sztywność boczną. Zamocowaną w osi wahacza ramę wraz z silnikiem (element nośny) obciąża się siłą boczną działającą na główkę ramy w płaszczyźnie poziomej. Rama superbike’a obciążona w ten sposób siłą 2923 N ugina się o ok. 1 mm. Jeśli przyłożysz do główki tej samej ramy siłę (1017 N), skierowaną pionowo w górę (tak mierzy się sztywność wzdłużną), rama ugnie się również o ok. 1 mm. Wynika z tego, że sztywność boczna jest o wiele większa niż sztywność wzdłużna. Odporność na skręcanie mierzy się w niutonometrach na stopień kąta skręcenia (Nm/°). W praktyce sprowadza się to do zamocowania ramy w osi wahacza i przyłożenia siła w środkowym punkcie główki ramy za pośrednictwem dźwigni o długości 1 metra. Powstający przez to moment obrotowy skręca główkę ramy, wychylając jej oś. Trzymając się przykładu superbike’a, aby przekręcić ją tylko o 1O, należy przyłożyć siłę o wartości 6480 N.

 

Faza projektu ram motocyklowych 

 

 

Zanim ruszy proces projektowania ramy, konstruktorzy muszą znać następujące założenia wstępne:

  • pozycję silnika (1) i mas wirujących w płaszczyźnie pionowej i poziomej; ma to wpływ na wyznaczenie środka ciężkości maszyny i rozkład mas
  • kąt (2) i ustawienie główki ramy w pozycji pionowej i poziomej, co również ma wpływ na geometrię i rozkład mas
  • wysokość osi wahacza (3) oraz odległość od tylnej zębatki łańcucha, co wpływa na sposób pracy zawieszenia i rozstaw osi
  • odporność na zginanie, sztywność boczną i odporność na skręcanie
  • wytrzymałość na zmęczenie, która jest testowana podczas symulacji jazdy w laboratorium
  • odporność ramy na uszkodzenia powodowane przez ekstremalne obciążenia; wartość ta musi być ustalona na wyższym poziomie niż wynika to z działania sił występujących podczas normalnej jazdy.

 

 

zobacz galerię

Zobacz również:
ABS był pierwszym i do dziś pozostał chyba najważniejszym systemem ratującym skórę motocykliście. Przez lata zasada jego pracy nie uległa zmianie, za to jego możliwości wzrosły niesamowicie. Sprawdziliśmy jak ABS pierwszej generacji (z 1988 r.) wypada w porównaniu z najnowszym.
ZOBACZ WIĘCEJ

Komentarze

 
DODAJ KOMENTARZ

REKLAMA

REKLAMA