Zavěšení předního kola

Různé druhy předních vidlic můžeme rozdělit podle kinematiky pérování, tj. podle dráhy středu předního kola vzhledem k rámu během zdvihu pérování na pérování po přímce, pérování po kružnicí a pérování po obecné křivce.

Typickým představitelem první skupiny je klasická teleskopická vidlice (obr. 1).

Obr. 1 Klasická teleskopická vidlice.

Má lehkou a kompaktní konstrukci. Hřídel kola je svými konci vetknut v kluzácích, které jsou vedeny pouzdry a opřeny pružnými členy. Obvykle se používá tlačné šroubové pružiny. Její konstrukce umožňuje snadné vestavění hydraulických tlumičů. Největší nevýhodou je, že osa kola leží daleko od pevného bodu (hlavy řízení), a tak na ložiska v hlavě působí značné síly. Proto zde musí mít rám i ložiska masivní provedení. Brzdné síly působící na tuto dlouhou páku vytváří na pevných trubkách silný ohybový moment, vidlice se nadměrně namáhá a teleskopy se navíc zasunou. Spotřebuje se tak značná část dráhy pružení a její zbytek již nestíhá absorbovat případné nerovnosti. Zabránit kroucení vidlice lze zvětšením průměru nosných trubek. Tlustší trubky a tím i kluzáky však znamenají vyšší hmotnost, především neodpérovaných hmot, a větší kluzné a těsnící plochy zvětšují sílu pro utržení vidlice z klidu. Ta je pak méně citlivá. Proti ponořování vidlic při prudkém brždění byly v 80. letech vyvinuty anti-dive systémy které většinou hydraulicky, pomocí tlaku brzdové kapaliny, ovládaly průtok oleje tlumičem. Opět to však znamená vyšší hmotnost a tak se dnes tento problém řeší vhodnou progresí pružin i tlumičů. Skon ramen teleskopu se volí blízký sklonu osy řízení `alfa`(obr.2). Výrobně je nejvýhodnější shodný sklon, kdy jsou ramena rovnoběžná s osou řízení. Odchylka většinou pramení z požadavku, aby při propérování docházelo k minimální změně stopy (obr. 2).

Obr. 2 Dispozice předního kola.

  1. Osa řízení, 2. Stopa, 3. Úhel osy (hlavy) řízení `alfa`, 4. Bod dotyku pneumatiky s vozovkou, 5. Průsečík osy řízení s jízdní dráhou

Zlepšení z hlediska menší neodpružené hmoty při zachování vysoké ohybové pevnosti vidlice je dosaženo u systému Upside-Down (obr. 3).

Obr. 3 Vidlice typu Upside-Down.

Jak již plyne z názvu, jedná se o klasickou teleskopickou vidlici umístěnou v převrácené poloze. Vnější pevná, mohutně dimenzovaná, trubka z lehké slitiny je velmi odolná proti ohybu a zkroucení. Vnitřní zásuvnou trubku přesahuje o velký kus, což stabilitu vidlice ještě zvyšuje. Díky vývoji těchto vidlic byly zdokonaleny i ty klasické, a tak jsou v poslední době opět na vzestupu. Avšak téměř výlučné použití vidlic typu Upside-Down u sportovních speciálů svědčí o jejich nesporných kvalitách.

Dnes se u většiny teleskopických vidlic, ať již klasických nebo Upside-Down, používá progresivně vinutých pružin a sílu tlumení lze podle charakteru jízdy u moderních vidlic nastavit jednoduchým způsobem pomocí jehlových ventilů pro úroveň tlaku i tahu. Umístění těchto ventilů je naznačeno na obr. 4.

Obr. 4 Princip nastavení velikosti tlumení.

Zcela odlišný je systém pérování kyvnou vidlicí (obr. 5), u kterého se střed kola při propérování pohybuje po kružnici. Kyvná ramena mohou být buď tlačená nebo vlečená.

Obr.5 Tažená a tlačená kyvná vidlice.

Kyvná vidlice umožňuje dosáhnout ještě nižší neodpérované hmoty než u teleskopu, protože kromě kola zůstává neodpérována jen část hmoty pružin a tlumičů a hmota ramen vidlice. Hmota ramen vidlice se však projeví jako hmota redukovaná. Její redukovaná velikost vyplývá z podmínky rovnosti setrvačného momentu vidlice a momentu myšlené setrvačné síly působící na redukovanou hmotu uloženou v ose kola.

kde: mred…redukovaná hmotnost ramene

I…… moment setrvačnosti ramene

k……vzdálenost středu kola od čepu kývání

mr…..hmotnost ramene

rse…..poloměr setrvačnosti

Protože se někdy používá tvrdších pružin, působících na kratší vzdálenosti od čepu kyvné vidlice než je osa kola, projeví se neodpérovaná část hmoty pružin a tlumičů také ještě méně. Tento vliv lze stanovit z podmínky rovnosti momentů setrvačných sil příslušících původní hmotě a hmotě redukované na střed kola při určitém zrychlení ramena.

kde: mred…redukovaná hmotnost neodpérované části pružin a tlumičů

mp…..hmotnost neodpérované části pružin a tlumičů

p……vzdálenost uložení pružiny od středu kývání

(eps)…úhlové zrychlení ramena

ap……zrychlení v místě uložení pružiny

ar……zrychlení v místě středu kola

Volba tvrdších pružin umístěných na kratší vzdálenosti je tedy výhodnější z hlediska minimalizace neodpružených hmot, zvyšuje se však ohybové namáhání ramena vidlice a stoupají nároky na uložení kyvné vidlice v čepu. Oproti teleskopickým mění kyvné vidlice při propérování stopu mnohem více. Relativně menší změnu stopy mají vidlice vlečené, zvláště pak je-li rameno vidlice ve střední poloze zdvihu kolmé k ose řízení. Změny rozvoru jsou však značné. Na stabilitu jízdy má vliv i vzpírání tlačeného ramena respektive noření vlečeného ramena při brždění. Tyto špatné vlastnosti se dají částečně eliminovat vhodným umístěním reakce brzdy a zkrácením ramene. Na moderních motocyklech se již kyvné vidlice prakticky nevyskytují, výjimku tvoří některé skútry s krátkým vlečeným ramenem a soupravy motocyklu se sajdkárem kde se používá dlouhé tlačené rameno pro dobrou odolnost vůči bočním silám.

Mezi dříve používané typy patří vahadlové vidlice (obr. 6), někdy také, ať již správně či nesprávně, nazývané paralelogramové vidlice.

Obr. 6 Vahadlová vidlice.

Jedná se o masivní kývavý rám v jehož dolním konci je opřena osa kola a horní konec je zavěšen na dvou párech vahadel, která s čepem, procházejícím osou řízení, tvoří čtyřčlenný mechanizmus. K odpérování byla použita většinou tlačná, zřídka tažná, úhlopříčně uložená pružina. V čepech jednoho páru vahadel byly obvykle uloženy třecí tlumiče. Název paralelogramové si zaslouží jen ty vidlice, jejíchž vahadla jsou stejně dlouhá a kde jsou tytéž vzdálenosti mezi čepy vahadel u osy řízení a mezi čepy na kývavém rámu. Kinematika pérování je zde shodná s odpérováním kyvnou vidlicí stejně dlouhou jako vahadla. I při poměrně malých zdvizích pérování vzniká značná změna rozvoru i stopy, čímž je zdvih těchto vidlic omezen. Paralelogram se proto změnil na obecný čtyřčlenný mechanizmus, kde při propérování opisuje střed kola dráhu, která způsobuje minimální změny v geometrii.

Dalším typem je pružinová vidlice (obr. 7), kterou v současné době používá u některých svých modelů firma Harley Davidson.

Obr. 7 Pružinová vidlice.

Jedná se vlastně o modifikaci vahadlové vidlice, kdy spodní vahadla tvoří jakousi krátkou tlačenou kyvnou vidlici. Nad horním vahadlem je umístěna pružina s tlumičem která se opírá o pevnou část vidlice. Kinematika pohybu středu kola zůstává nezměněna, zisk je jen v menší neodpérované hmotě. Důvod jejího uplatnění je pravděpodobně jen estetický.

Snaha oddělit od sebe brzdné a řídící sily vedla ke vzniku několika ve své podstatě podobných systémů u kterých se brzdná síla přenáší rovnou na rám motocyklu. Ve starší literatuře jsou označovány jako odpérování osy řízení ale dnes častěji používaný název je řízení rejdovým čepem. K nejznámějším řešením patří pření vidlice motocyklu Elf 500 pro silniční závody (obr . 8).

Obr. 8 Přední vidlice motocyklu Elf 500.

Kolo je vedeno jednostranným výkyvným ramenem ukotveným na pomocný rám nebo přímo na blok motoru. Druhé rameno, suplující rejdový čep, zajišťuje propérování a přes systém pák i zatáčení kola. Velmi podobný systém zavedla v sériové výrobě Yamaha u modelu GTS, odpérováno však je spodní výkyvné rameno s čepem přímo na rámu ve tvaru omega. Dalším řešením, které bylo použito v sériové výrobě je vidlice Bimoty Tesi (obr. 9).

Obr. 9 Přední vidlice Bimota Tesi 1D.

Zde je kolo vedeno oboustranným výkyvným ramenem které zároveň zajišťuje i pérování. Uvnitř náboje kola je umístěn složitý mechanizmus umožňující zatáčení kola. Osou prochází rejdový čep na kterém jsou teprve umístěna ložiska kola. Povely z řidítek se ke kolu dostávají přes systém pák a otočných čepů. Aby mělo propérování minimální vliv na systém řízení je osa uložena v rameni rotačně a rejdový čep si zachovává stále optimální záklon, což zajišťuje pomocný čtyřkloubový mechanizmus. Jak již bylo řečeno velkou výhodou těchto systémů je přenos brzdných sil přímo na rám. Systém řízení není tudíž tolik namáhán a hlava řízení nemusí být tolik masivní. Tyto systémy také vykazují maximální tuhost mezi předním a zadním kolem. Nevýhodou je omezený úhel natočení kola, hmotnost systému a cenová náročnost při přesné výrobě. U systému Bimota navíc kulové klouby řízení vykazují vysoký moment utržení z klidu.

Úplnou novinkou v konstrukci přední vidlice je systém Telelever (obr. 10) od společnosti BMW. Konstruktérům se zde podařilo skloubit klasickou teleskopickou vidlici a řízení rejdovým čepem a získali tak vynikající vlastnosti.

Obr.10 Vidlice BMW Telelever.

Teleskopická vidlice s tenkými trubkami, bez pružin a tlumičů přebírá vedení kola. Namísto dvou běžných držáků teleskopů (brýlí) je zde použit jen horní, ve kterém jsou teleskopy uloženy pomocí kulových čepů. Pouzdra mohou být díky tomu extrémně dlouhá a tak i velmi stabilní. Obě pouzdra se nad kolem spojují a přes další kulový čep a krátké výkyvné rameno se kotví na rám nebo přímo na motor. Toto rameno vlastně nahrazuje spodní brýle a přenáší na rám brzdné síly. Zároveň zajišťuje pérování, neboť je na něm umístěna centrální pružící a tlumící jednotka která tak usnadní nastavení tlumení. Výhodou této vidlice je výborná tuhost a hlavně to, že se kolo při propérování pohybuje téměř vertikálně (obr.11) a setrvačné síly tak minimálně naklánějí motocykl.

Geometrie se při nájezdu na překážku mění na stabilnější, přičemž rozvor zůstává nezměněn. Vidlice není těžká, úhel otáčení kola neomezuje a reaguje velmi citlivě i při brždění. Na silnici se tyto výhody projevují vysokou aktivní bezpečností.

Obr.11 Kinematika systému Telelever.

Na modelu R 1100 S je dokonce vidlice Telelever použita v kombinaci se systémem Upside - Down.