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(nèi)容,現(xiàn)在讓我們來看看動力系統(tǒng)的下一個階段,也就是傳動及變速系統(tǒng)。
有了傳動系統(tǒng),引擎的動力才得以從曲軸一路傳遞至后輪;有了變速系統(tǒng),引擎的動力才能適時的在不同的速度域發(fā)揮。究竟這變速系統(tǒng)的原理是什么,又有哪些傳遞動力的方式呢?
有了傳動系統(tǒng),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(tǒng)便是傳遞引擎動力的媒介,借由傳動系統(tǒng),引擎所輸出的扭力才能從輪胎發(fā)揮,真正將車輛加速。文字?jǐn)⑹龊芎唵危鋵?shí)傳動系統(tǒng)是非常重要的組成部分。如果沒有了傳動系統(tǒng),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(fā)揮水平對臥式引擎的優(yōu)點(diǎn),BMW 的摩托車得將引擎直放
有了傳動系統(tǒng)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(shè)計水平對臥式引擎。設(shè)計水平對臥式引擎時,BMW的工程師為了將引擎的優(yōu)點(diǎn)完全發(fā)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(zhuǎn)方向,和輪胎是一樣的。但以水平對臥式引擎來看,傳動系統(tǒng)就必須將動力輸出方向作一次直角的轉(zhuǎn)向,如此一來,輪胎才會往前轉(zhuǎn)。
減速比
傳動系統(tǒng)除了傳遞動力之外,也必須通過減速比適當(dāng)?shù)卣{(diào)整動力輸出。若是將引擎轉(zhuǎn)動的力量直接傳遞至后輪上,則當(dāng)引擎轉(zhuǎn)一圈時,后輪也必須轉(zhuǎn)一圈。換算之后,當(dāng)引擎以5,000rpm旋轉(zhuǎn)時,十七寸的輪組也以同樣速度旋轉(zhuǎn)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(jīng)過齒輪組等具有類似功能的機(jī)構(gòu)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(diào)節(jié)動力的功能
動力在經(jīng)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(jīng)過減速至2,500rpm 之后,扭力理論上可以放大至4公斤米。但因?yàn)閯恿υ趥鬟f過程中會有損耗,例如摩擦損耗等等,因此實(shí)際量測的數(shù)據(jù)會稍微低一些,也就是傳遞效率的問題。
各式傳動
傳動系統(tǒng)通常利用以下幾個常見機(jī)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(tǒng),用于綿羊車款的皮帶、普利盤系統(tǒng),美式巡航車所使用的齒型皮帶傳動系統(tǒng),BMW多功能車與旅行車所使用的軸傳動系統(tǒng)。以上所列舉的各種傳動方式,均各有優(yōu)、缺點(diǎn),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(tǒng)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(tǒng)是當(dāng)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(jīng)過引擎及變速箱之后,便傳遞至驅(qū)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(shù)及大齒盤的齒數(shù)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(diǎn)對金卡納非常重要,嚴(yán)格來說對所有競技都很重要,關(guān)注他們的牙盤和齒比吧)
動力經(jīng)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(tǒng)中,效率可以高達(dá)95%以上,是相對較好的設(shè)計。維修方便也是這類傳動的優(yōu)點(diǎn),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(zhuǎn)動慣量降低,不會增加車輛加速時的負(fù)擔(dān)。
在缺點(diǎn)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(tǒng)。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(tǒng)。
鏈條構(gòu)造簡單,卻可以傳動較大的動力,是目前最常見的設(shè)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(tǒng),除了傳遞動力之外,還可以兼作變速系統(tǒng)。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(diào)整皮帶的位置,可以制造不同的減速比達(dá)到變速功能,因此也可以作為變速系統(tǒng)。
CVT也有如鏈條齒盤傳動的前后齒以達(dá)到變速的功能
這類型的系統(tǒng)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(tǒng)利用摩擦力來進(jìn)行動力傳遞,因此會有動摩擦及靜摩擦的轉(zhuǎn)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(jìn)、退檔的有段系統(tǒng)
軸傳動
軸傳動型式的系統(tǒng)大量使用在汽車上,原因是可以輕易地設(shè)計大動力的傳動系統(tǒng),只要將傳動軸的直徑增加即可。在摩托車上,只有少數(shù)的休旅車種選用軸傳動系統(tǒng),雖然成本會比鏈條、齒盤系統(tǒng)增加許多,但優(yōu)點(diǎn)是動力傳遞較為柔順,不會有鏈條的震動,保養(yǎng)周期與平均壽命較長也是軸傳動不可忽視的優(yōu)點(diǎn)。
BMW引以為傲的軸傳動系統(tǒng)
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(shè)計,這類型的設(shè)計常被HARLEY-DAVIDSON的美式巡航機(jī)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(shè)計,在皮帶上設(shè)計齒數(shù),與皮帶輪上的凹痕相嵌合。其優(yōu)點(diǎn)為動力傳遞較為柔順、重量較輕、噪音低、保養(yǎng)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(diǎn)。此類型的系統(tǒng),也經(jīng)常用于引擎氣門系統(tǒng)的正時機(jī)構(gòu)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(shè)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(jù)引擎轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)。
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(shè)計中,曲軸的動力在經(jīng)過第一次減速比之后,便來到離合器。經(jīng)過離合器之后,才是變速齒輪組,再來才由傳動系統(tǒng)輸出至后輪。
因此,當(dāng)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(qū)動。反過來說,離合器切開時,騎士擰動油門,提升引擎轉(zhuǎn)數(shù)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(dāng)車輛停止時,輪胎的轉(zhuǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)速度,才不會熄火。這樣的過程,也就是所謂的半離合(半聯(lián)動),或稱動摩擦的狀態(tài)。簡單地說,離合器在此的功能便是調(diào)和動力輸出的前端(引擎)及后端(后輪)之間的轉(zhuǎn)數(shù),最后接合兩者。
離合器機(jī)構(gòu),由離合器片及摩擦片所組成
在離合器的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生摩擦力,當(dāng)黃色的來令耗盡時,則會產(chǎn)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(nèi)緣設(shè)計凹狀的齒槽,與離合器內(nèi)轂設(shè)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(jié),屬于驅(qū)動端。而離合器內(nèi)轂則與摩擦片接合,與變速箱連結(jié),屬于被動端。當(dāng)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(dāng)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(yùn)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(jī)構(gòu)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(dú)立旋轉(zhuǎn)。潤滑油還可以使兩者在摩擦?xí)r,可以更滑順地接合,另外也有散熱的功能。
DUCATI曾經(jīng)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(xiàn),不過考慮到保養(yǎng)與噪音問題,現(xiàn)在大多采用濕式離合器
干式離合器則是相反的設(shè)計,整組離合器機(jī)構(gòu)并不浸泡在油中,甚至直接外露在空氣里,方便散熱。因?yàn)樯倭藵櫥停墒诫x合器的接合力道十分強(qiáng)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。