И. М. Кошелев

Передняя вилка

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

       Передняя вилка состоит из шарнирного устройства, направляющей части, упругого элемента, 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, образуя так называемый вылет. 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.

       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, 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 пера вилки 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 штоке 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; 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 не одинаковым. Кроме того, при сборке передней вилки нужно обеспечить свободное проворачивание обоих штоков вместе с гайкой.

       В передних вилках ИМЗ применяют гидравлические гасители колебаний (амортизаторы) одностороннего действия с гидравлическим буфером прямого хода.

       Трубка корпуса амортизатора ввернута в конус. 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 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. 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 упора 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 вытекают в наконечник пера. После проезда препятствия пружина стремится "оттолкнуть" наконечник пера вилки с амортизатором вниз. Сила давления масла сверху прижимает к поршню шайбу, она перекрывает лыски на поршне и, радиальный зазор между поршнем и трубкой амортизатора. Поскольку зазор между штоком и гайкой очень мал, масло запирается в полости над поршнем. Однако по имеющимся зазорам между деталями масло постепенно вытекает из нее 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.

       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.

Передняя вилка