Motocyklowe ramy nośne
W obecnych konstrukcjach samochodów osobowych praktycznie niemal nie stosuje się ram nośnych – zastąpiły je samonośne nadwozia. W przypadku motocykli tego rodzaju rozwiązania nie występują, poza samonośnymi nadwoziami w nielicznych skuterach. W klasycznych motocyklach nadal obowiązuje rama nośna, przy czym zaznaczyć trzeba, że rozwiązań w tym obszarze jest bardzo dużo.
Wszytko zaczęło się od roweru
Pierwsze motocykle, budowane jeszcze w XIX wieku można było określić jako zwykłe rowery, z doczepionym silnikiem. Prędkości osiągane przez jednoślady nie były wielkie, więc i konstrukcja ramy nie podlegała większym obciążeniom (poza wibracjami), dlatego też nie musiała być szczególnie mocna.
Jednak bardzo szybko, bo już na początku XX wieku, w sportach motorowych stosowano coraz większe i mocniejsze jednostki napędowe, próbując jednak zachować minimalną masę, oszczędzając głównie na ramie i zawieszeniu przedniego koła. Szybko okazało się, że motocykle rozwijają na tyle duże prędkości, że wiotkie stalowe ramy negatywnie wpływają na trakcję pojazdu, zwłaszcza że pierwsze jednoślady praktycznie pozbawione były zawieszeń kół jezdnych.
Zwykłe rowerowe ramy, określane jako pojedyncze kołyskowe, już nie wystarczały. Biorąc d uwagę, że maszyny pod koniec pierwszej dekady XX wieku nie wymagały już stosowania klasycznych rowerowych pedałów, dla większej wygody, ale także w celu obniżenia środka ciężkości można było siodło umieszczać niżej.
Górną rurę zaczęto więc w tylnej części wyginać ku dołowi. Klasyczna stalowa pojedyncza rurowa rama kołyskowa, która ewoluowała ze zwykłej ramy rowerowej, do dzisiaj jest wykorzystywana w lżejszych motocyklach o małych pojemnościach.
Czas eksperymentów
W latach 20. XX wieku eksperymentowano z kształtami ram oraz materiałami, z których je wykonywano. Zamiast drogich rur ciągnionych łączonych (twardymi lutami mosiężnymi) ze stalowymi odkuwkami węzłów, niektóre firmy (szczególnie niemieckie) zaczęły stosować ramy z prasowanych profili stalowych, łączonych nitami, lub skręcanych śrubami.
Tego typu konstrukcje wymagały jednak innego podejścia – ramy były w ciągu dalszym typu kołyskowego, ale podwójne: od główki ramy w dół odchodziły dwa elementy nośne, otaczające silnik po obu stronach. Ramy z prasowanych profili były tańsze i łatwiejsze w produkcji, jednak mało odporne na skręcanie.
Już w latach 30. zaczęto używać silnika jako elementu nośnego ramy. Tak powstały ramy typu otwartego, a dobrym tego przykładem jest motocykl NSU 501 OSL. Szybko jednak okazało się, że przy dużych (jak na owe czasy) mocach silnika, rzędu 30 KM, konstrukcja z pojedynczą ramą typu otwartego jest zbyt wiotka i negatywnie wpływa na trakcję pojazdu.
Szczególnie skomplikowane pojedyncze ramy rurowe konstruowali Brytyjczycy (Brough Superior), stosując już przed wojną resorowane zawieszenia obu kół stosując w nich mechaniczne amortyzatory cierne. Podwójne ramy rurowe typu zamkniętego, ze sztywnym zawieszeniem tylnego koła były standardowym rozwiązaniem używanym przez firmy amerykańskie (Harley-Davidson, Indian, Excelsior) aż do zakończenia II Wojny Światowej.
Ekstremalnym przykładem przedwojennego motocykla, praktycznie pozbawionego ramy, był niemiecki, czterocylindrowy Windchoff. Do potężnego zespołu napędowego z przodu mocowany był stalowy odlew będący jednocześnie główką ramy, do którego przytwierdzono przednie zawieszenie. Z kolei z tyłu do obudowy skrzyni biegów zamontowano poziome rury stalowe, podtrzymujące napędową przekładnię kątową i tylne koło.
Były to rozwiązania tak skomplikowane i drogie w produkcji, że nigdy nie znalazły zastosowania w masowej produkcji. W niezbyt wysilonych konstrukcjach (MZ ETZ) z powodzeniem stosowano szczątkowe stalowe ramy grzbietowe, do których mocowane były silniki i zawieszenia. Jedynym tego typu polskim motocyklem była WSK Sarenka, w której rama spawana była z dwu symetrycznych wytłoczek stalowych. Współczesne ramy grzbietowe są znacznie bardziej rozbudowane i pozwalają na współpracę z jednostkami napędowymi o znacznie większych mocach.
Konstrukcje współczesne
Wraz z rozwojem technologii materiałowych pojawiły się nowe możliwości przy konstruowaniu ram motocyklowych. Zaczęto wykorzystywać stale chromowo-molibdenowe, a także aluminium zarówno spawane, jak i odlewane. Zaczęto budować bardzo skomplikowane przestrzenne konstrukcje.
Nowe technologie pozwoliły między innymi na konstruowanie ram grzbietowych z rur aluminiowych o przekroju owalnym. Jako pierwszy wykorzystał je zespół wyścigowy Over Racing, a do produkcji seryjnej jako pierwsza wprowadziła to rozwiązanie włoska Bimota w modelu Supermono.
Pomysły na wykorzystanie silnika do zamknięcia węzłów otwartej ramy z lekkich stopów pojawiły się już ponad 50 lat temu. Pionierem była w tej dziedzinie zapomniana już dzisiaj włoska Laverda, która na potrzeby wyścigów długodystansowych przygotowała w 1971 r. dwucylindrowy model 750 SFC. W tamtym przypadku udział jednostki napędowej w utrzymaniu sztywności układu nośnego nie był jednak wystarczający.
W 1977 r. Ducati przedstawiło Pantah, w którym jednostka napędowa nie tylko uzupełniała ramę, ale również stanowiła bazę do ułożyskowania wahacza tylnego koła. Firma z Bolonii do dzisiaj z powodzeniem korzysta z tego rozwiązania. W kolejnych latach powstawały coraz ciekawsze konstrukcje a otwarta rama zaczęła się pojawiać nie tylko w motocyklach sportowych. Zastosowano ją na przykład w podwoziu klasycznej Yamahy TR-1 w roku 1981.
Ciekawostkę stanowił fakt, że została złożona z wielu skręconych ze sobą elementów. Przednią i centralną część wykonano jako konstrukcję przestrzenną ze stalowych wytłoczek, tylną zbudowano z cienkich, stalowych rurek, przy czym części dolne stanowiły dwie oddzielne, stalowe wytłoczki. Całość „spinał” silnik typu V2, nadając konstrukcji ostateczną sztywność.
Jeszcze dalej w opieraniu struktury nośnej o silnik poszło niemieckie BMW. Prawdziwy przełom nastąpił w 1993 r., gdy na rynku pojawił się model R 1100RS. Górna część korpusu jego silnika stała się elementem mocującym dla wahacza przedniego, zawieszenia oraz ram pomocniczych – przedniej, bardziej solidnej, tworzącej górne oparcie dla kolumny resorująco – tłumiącej przedniego zawieszenia i tylnej, zbudowanej z cienkich, stalowych rurek.
Obecnie stosowane są często ramy skręcane z wielu elementów, z wykorzystaniem zarówno stali, jak lekkich stopów. Doskonałym tego przykładem jest Indian Scout zaprezentowany po raz pierwszy w roku 2014. Silnik, będący także elementem nośnym, umieszczony został w niekonwencjonalnej ramie, składającej się z pięciu solidnych, aluminiowych odlewów, połączonych za pomocą śrub krótkimi stalowymi rurami.
Na przeciwnym krańcu skali trudności w produkcji stoją stalowe rurowe ramy kołyskowe, ze sztywnym zawieszeniem tylnego koła, które stosowane są przy budowie indywidualnych maszyn customowych, bardzo cenionych przez miłośników klasycznych rozwiązań. Pochodną tego rozwiązania do dzisiaj w seryjnej produkcji stosuje Harley-Davidson w modelach Softai. Rama z pozoru wygląda na pozbawioną amortyzacji tylnego koła, jednak resorowanie realizowane jest poprzez wahliwy trójkąt tylnej części ramy z ukrytym elementem resorująco -tłumiącym.
W latach 80 powszechnie uważano, że ciśnieniowo odlewane alaninowe ramy stanowią kres możliwości technicznego wyrafinowania i że właśnie do nich należy przyszłość. Wraz z rozwojem technologii cyfrowych pojawiły się obrabiarki numeryczne pozwalające na frezowanie ram z bloków aluminium. Technologie te jednak są wyjątkowo drogie i energochłonne, a efektywne wykorzystanie użytego bloku aluminiowego w takich przepadkach to zaledwie 4% całej jego masy.
Praktyka wykazała, że ramy z lekkich stopów nie we wszystkich aspektach są lepsze od stalowych, w dodatku okazuje się, że nie zawsze istnieje techniczne (i ekonomiczne) uzasadnienie do ich stosowania. Redukcja masy przy zastosowaniu ram z lekkich stopów nie jest aż tak znacząca, gdyż dla zachowania pożądanej sztywności, grubość profili z aluminium musi być znacznie większa niż stalowych. W motocyklach klasy średniej oszczędza się 3-4 kg, a w większych 4-6 kg.
W maszynach o profilu typowo sportowym są to wartości znaczące, w sportowo-turystycznych godne uwagi, a w pozostałych – pomijalne. Z tych powodów klasyczne stalowe ramy nadal z powodzeniem stosowane są przez producentów, chociaż trzeba zauważyć, że ich udział w konstrukcjach motocyklowych stale maleje. W motocyklach o dużych pojemnościach szacuje się, że ma je obecnie ok. 60% modeli, a 15 lat temu lat temu było to 80%. Te dane nie dotyczą najmniejszych, a zarazem najbardziej popularnych maszyn klasy 125 cm³, gdzie konstrukcje ramy inne niż stalowe zdarzają się niezwykle rzadko.
Inne zastosowania
Ramy motocyklowe czasami też pełnią zupełnie zaskakujące role. W motocyklach Buell, ale także Yamaha TDM, czy XTZ 600 Tenere, służą jako zbiornik oleju. Tego rodzaju rozwiązanie nie jest jednak wyjątkowo praktyczne, bo koszty produkcji elementu są dosyć wysokie, a procedury sprawdzania poziomu dosyć skomplikowane.
Inne zastosowanie dla ramy znalazła indyjska firma Sachs w modelu Madass. Rurowa rama o dużej średnicy w tym wyjątkowo minimalistycznym pojeździe wykorzystywana jest jako zbiornik paliwa. Podobne rozwiązanie zastosowano w australijskim ultralekkim motocyklu Unit Scycraft. Co ciekawe, w tym jednostkowo produkowanym motocyklu w celu redukcji masy zastosowano ramę, wahacz i obręcze kół z włókna węglowego, Maszyna jednak nie jest przeznaczona do zastosowań drogowych.
Polecamy także:
Tylne zawieszenie w motocyklu – diagnostyka i typowe usterki
Motocykl – przednie zawieszenie – typowe usterki i serwisowanie
Motocyklowe zawieszenie tylnego koła
Motocyklowe skrzynie biegów – część 1
Motocyklowe skrzynie biegów – część 2
Opony motocyklowe – klasyfikacja i oznaczenia
Motocyklowe zawieszenie tylnego koła
Diagnostyka, konserwacja i wymiana zestawu napędowego w motocyklu
