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摩托車傳動原理、傳動形式與離合器
2020-03-06 14:49:44   來源:大排摩托   類型:轉載   作者:佚名   閱讀(6534次)
 

摩托車中每個部件都有自己的用處,并不是只有常說的引擎、減震是最重要的內容,現在讓我們來看看動力系統的下一個階段,也就是傳動及變速系統。

有了傳動系統,引擎的動力才得以從曲軸一路傳遞至后輪;有了變速系統,引擎的動力才能適時的在不同的速度域發揮。究竟這變速系統的原理是什么,又有哪些傳遞動力的方式呢?

有了傳動系統,引擎才能將動力輸出至后輪,使車輛加速

為什么需要傳動?

傳動系統便是傳遞引擎動力的媒介,借由傳動系統,引擎所輸出的扭力才能從輪胎發揮,真正將車輛加速。文字敘述很簡單,但其實傳動系統是非常重要的組成部分。如果沒有了傳動系統,那引擎便得放置在后輪旁,直接將曲軸與后輪相接,作動力輸出,如此一來,車輛的重心便會偏在后方,操控性能會大幅度降低。

為了發揮水平對臥式引擎的優點,BMW 的摩托車得將引擎直放

有了傳動系統之后,引擎便可以放置在前、后輪胎的中間,維持前、后輪相近比例的荷重,而BMW也才能在摩托車上設計水平對臥式引擎。設計水平對臥式引擎時,BMW的工程師為了將引擎的優點完全發揮,必須將引擎直放,也就是曲軸將與車身平行。以一般直列四缸的引擎配置來看,曲軸的方向是垂直于車身方向的,或者說,曲軸的旋轉方向,和輪胎是一樣的。但以水平對臥式引擎來看,傳動系統就必須將動力輸出方向作一次直角的轉向,如此一來,輪胎才會往前轉。

減速比

傳動系統除了傳遞動力之外,也必須通過減速比適當地調整動力輸出。若是將引擎轉動的力量直接傳遞至后輪上,則當引擎轉一圈時,后輪也必須轉一圈。換算之后,當引擎以5,000rpm旋轉時,十七寸的輪組也以同樣速度旋轉時,直線的速度便約是600km/h(超級高鐵...)。這樣的速度顯然是太快了,因此需要經過齒輪組等具有類似功能的機構來作減速。

若直接讓引擎的動力傳遞到車輪上,車輛就會變得難以操控,因此傳動也扮演著調節動力的功能

動力在經過減速之后,雖然速度變慢了,但扭力卻會跟著放大。若引擎可以在5,000rpm 輸出2kg-m的扭力,則經過減速至2,500rpm 之后,扭力理論上可以放大至4公斤米。但因為動力在傳遞過程中會有損耗,例如摩擦損耗等等,因此實際量測的數據會稍微低一些,也就是傳遞效率的問題。

各式傳動

傳動系統通常利用以下幾個常見機械元件來作搭配,首先是常用于仿賽車及一般街車款的鏈條、齒盤系統,用于綿羊車款的皮帶、普利盤系統,美式巡航車所使用的齒型皮帶傳動系統,BMW多功能車與旅行車所使用的軸傳動系統。以上所列舉的各種傳動方式,均各有優、缺點,也適合不同車款,下面會作簡單的介紹。

R1250GS身為BMW的多功能旗艦,動力系統為水平對臥雙缸搭配上軸傳動

鏈條與齒盤

鏈條與齒盤所組成的傳動系統是當今最常見的,在仿賽車上幾乎全部使用這一類型的傳動件。動力經過引擎及變速箱之后,便傳遞至驅動軸上的小齒盤(前齒),再借由鏈條傳遞至后輪軸上被動的大齒盤(后齒)。小齒盤的齒數及大齒盤的齒數換算成減速比,因此鏈條及齒輪在搭配之后,動力還可以獲得一次扭力放大。(這一點對金卡納非常重要,嚴格來說對所有競技都很重要,關注他們的牙盤和齒比吧)

動力經前齒與后齒的搭配而放大扭力

齒盤與鏈條互相搭配的好處在于傳動效率高,可承受的扭力也大,在搭配良好的系統中,效率可以高達95%以上,是相對較好的設計。維修方便也是這類傳動的優點,不需拆解任何零件,利用眼力觀察,齒盤及鏈條的磨耗也可以被輕易地檢查出來。鏈條及齒盤重量輕盈,尤其齒盤可以使用鋁合金制品,使整體轉動慣量降低,不會增加車輛加速時的負擔。

在缺點方面,鏈條、齒盤為金屬互相接觸,除了互相磨耗之外,也會帶來震動與噪音。在起步或是再加速的情況下,也會帶來較為明顯的生硬感,行車舒適度不如其他的傳動系統。也正因如此,以長途騎乘為主打的休旅、巡航車種,會盡量避開鏈條及齒盤的傳動系統。

鏈條構造簡單,卻可以傳動較大的動力,是目前最常見的設計

皮帶與普利盤

皮帶與普利盤則是綿羊車款常見的傳動系統,除了傳遞動力之外,還可以兼作變速系統。這里所指的皮帶是V 型皮帶,利用兩旁的V 型斜面與普利盤接觸的摩擦力來傳遞動力。利用普利盤的開合情形調整皮帶的位置,可以制造不同的減速比達到變速功能,因此也可以作為變速系統。

CVT也有如鏈條齒盤傳動的前后齒以達到變速的功能

這類型的系統組合除了可以加入變速的功能之外,也可以搭配離心式離合器,使駕駛只需要操作油門,便可以使車輛行走。整個系統利用摩擦力來進行動力傳遞,因此會有動摩擦及靜摩擦的轉換來使整體動力傳遞更加柔順,增加舒適度,但也限制了傳遞動力的效率及最大傳遞扭力。動力的傳遞效率大約在80% 至90%之間,若是在變速的情況之下,傳遞效率則會更低。(注意:這是踏板車款在競技中的重要先天缺陷之一,在賽道和金卡納中都是)

YAMAHA的YCC-AT,將無段變速的CVT改為可以進、退檔的有段系統

軸傳動

軸傳動型式的系統大量使用在汽車上,原因是可以輕易地設計大動力的傳動系統,只要將傳動軸的直徑增加即可。在摩托車上,只有少數的休旅車種選用軸傳動系統,雖然成本會比鏈條、齒盤系統增加許多,但優點是動力傳遞較為柔順,不會有鏈條的震動,保養周期與平均壽命較長也是軸傳動不可忽視的優點。

BMW引以為傲的軸傳動系統

齒型皮帶及皮帶輪

最后要提的則是齒型皮帶及皮帶輪的設計,這類型的設計常被HARLEY-DAVIDSON的美式巡航機車所使用。這里的皮帶并非利用摩擦來與皮帶輪接觸,而是采用類似鏈條及齒盤的設計,在皮帶上設計齒數,與皮帶輪上的凹痕相嵌合。其優點為動力傳遞較為柔順、重量較輕、噪音低、保養周期較長;不過齒型皮帶傳動也有著成本高與皮帶更換難度較高的缺點。此類型的系統,也經常用于引擎氣門系統的正時機構之上。

除了美式巡航車之外,BMW 也在F800S 上使用齒型作為傳動元件

離合器

不論是綿羊車款或是檔車都需要有離合器的設計,使車速為零時,輪胎可以和引擎分離,才不會使引擎在車輛停止時熄火。一般綿羊車款是使用離心式離合器,是根據引擎轉速來自動控制的,不需要騎士操作。今天,我們主要探討的是檔車上需要騎士控制的離合器機構。

離合器的最大功能就在于切斷及接合引擎的曲軸所輸出的動力,一般的變速箱設計中,曲軸的動力在經過第一次減速比之后,便來到離合器。經過離合器之后,才是變速齒輪組,再來才由傳動系統輸出至后輪。

因此,當離合器切斷動力時,從變速齒輪開始直至后輪都不會有動力驅動。反過來說,離合器切開時,騎士擰動油門,提升引擎轉數也不會影響車速。

除此之外,離合器還有重要的功能便是使車輛起步。當車輛停止時,輪胎的轉動速度便為零,此時必須利用離合器的摩擦力,以引擎的動力逐漸帶起車速,并維持引擎的最低運轉速度,才不會熄火。這樣的過程,也就是所謂的半離合(半聯動),或稱動摩擦的狀態。簡單地說,離合器在此的功能便是調和動力輸出的前端(引擎)及后端(后輪)之間的轉數,最后接合兩者。

離合器機構,由離合器片及摩擦片所組成

在離合器的結構中,可以主要分成兩部分,第一是離合器片,第二是摩擦片。在圖中,離合器片及摩擦片便是交叉放置,七片摩擦片便放置在八片離合器片之間。離合器片上附著黃色的來令,借此和摩擦片產生摩擦力,當黃色的來令耗盡時,則會產生離合器力量不足,需要更換以維持性能。在形狀上,離合器片則是在外圍長有齒型的突起形狀,剛好與離合器外蓋的齒槽接合。而摩擦片則在內緣設計凹狀的齒槽,與離合器內轂設計的凸槽相接合。

從圖表中可以看到,離合器外蓋接合了離合器片,并且與曲軸相連結,屬于驅動端。而離合器內轂則與摩擦片接合,與變速箱連結,屬于被動端。當離合器拉桿是放松時,另一個稱為離合器壓板的元件以彈簧將離合器片及摩擦片壓在一起,使主動端與被動端接合。而當離合器拉桿被壓下時,壓板便會松開,使離合器片及摩擦片兩者能相對地自由運動,動力也就被切開了。

濕式與干式

了解了離合器的基本作動原理,大家還會想問:常聽到的濕式離合器及干式離合器究竟代表什么意義呢?這里所談到的濕式離合器便是指整組離合器機構浸泡在潤滑油(齒輪油),以潤滑油來幫助離合器片與摩擦片完全分離,獨立旋轉。潤滑油還可以使兩者在摩擦時,可以更滑順地接合,另外也有散熱的功能。

DUCATI曾經追求極致性能,在高階車款皆采用干式離合器,增加性能表現,不過考慮到保養與噪音問題,現在大多采用濕式離合器

干式離合器則是相反的設計,整組離合器機構并不浸泡在油中,甚至直接外露在空氣里,方便散熱。因為少了潤滑油,干式離合器的接合力道十分強勁,常使用在競技車款上,車輛起步需要更高的離合器操作技巧,否則會在接合的瞬間熄火。

(編輯:阿飛)

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