摩托车制造商在消除不良振动方面付出了很多努力

深入探讨驱动摩托车发动机设计的机械原理。
Yamaha’s TD1-B
雅马哈的TD1-B很重。凯文·卡梅伦推测这是由于其发动机振动——更厚的材料能抵抗开裂。Jay McNally/Cycle World Archives

本文最初发表于Cycle World

在我组装1965年的雅马哈 TD1-B时,我一次又一次地对它的零件有多重感到惊讶。我的结论是,这种重量是由其发动机振动决定的。通过改变车架管壁的厚度来控制开裂的出现。啊,厚就是好!

重量和振动以其他方式也联系在一起。当本田制造其1997年1100cc Super Blackbird时,它决定为其配备二次平衡器。为什么是那款车型,而不是例如80年代初的CB900F——同样是横置并列四缸发动机?至少部分答案是,那些巨大的早期发动机非常沉重,以至于它们疯狂往复运动的活塞产生的抖动力量几乎无法移动它们。

CBR1100XX Super Blackbird
本田90年代末的极速跑车CBR1100XX Super Blackbird,配备了二次平衡器来抑制发动机振动。Cycle World Archives

在这里,我将介绍振动偏移量的概念:如果发动机是一个自由漂浮在太空中的物体,那么由活塞产生的抖动力量在前后移动它多远的距离。显然,发动机相对于其活塞越重,其偏移量就越小,它们传递给骑手的 the discomfort 也就越小。这解释了为什么早期的英国双缸发动机,从500cc开始,振动还算可以忍受。但随着市场对动力需求的增加,更大、更重的活塞和更高的转速产生了更大、更麻人的振动偏移量。最终,诺顿的835cc并列双缸发动机不得不安装在橡胶“Isolastic”减震器上,以防止其最严重的抖动传递给骑手。

仔细观察CB900F,我们可以看到发动机相当重,并且是橡胶安装的,该车的许多其他部件也是橡胶安装的。橡胶之多,以至于对于那些想将900cc改装成赛车的人来说,出现了“去橡胶化套件”,用金属套筒的精确对齐取代了橡胶的模糊感。这些套件还包括预先切割好的加强板和角撑,焊接到底盘上以进一步加固。

CB900F
本田CB900F采用了橡胶发动机支架来帮助隔离振动,但这导致底盘不够精确。赛车手为比赛而“去橡胶化”并加固了他们的CB。Cycle World Archives

如果你试图制造一辆高性能运动摩托车,那么橡胶安装发动机就太可惜了,因为它会削弱底盘的固有刚性。为了在没有发动机刚性的情况下使底盘足够坚固,它必须包含更多的金属,并且自身更重。

早些时候,杜卡迪在20世纪50年代和60年代尝试制造更大、更令人兴奋的运动单缸发动机,积累了独特的经验。在450cc的Desmo发动机中,振动偏移量变得如此之大,以至于在怠速时,它仅凭振动就能在路面或混凝土地板上缓慢爬行。塔廖尼博士改变了方向,运用了一个众所周知的事实:90度V型双缸发动机可以使其初级(意味着曲轴转速)抖动力量达到自平衡。一个主要结果是保罗·斯马特(Paul Smart)在1972年驾驶新款锥形传动双缸发动机赢得了激动人心的Imola 200大赛的胜利,并获得了《Cycle》杂志当时在美国媒体的无尽赞誉。

当铝被考虑作为可能的底盘材料时——首先是以70年代初至中期MX后摇臂的形式,然后是从1980年开始作为完整的公路赛底盘,必须处理振动的影响。大多数铝合金缺乏钢材的一个宝贵特性——疲劳极限。疲劳极限是指低于该水平的循环应力,零件的寿命基本上是无限的。

在1980赛季前,当雅马哈为其并列四缸YZR500测试方形管铝制底盘时,它不断开裂,每测试一天就必须焊接。1972年,我曾见过埃里克·奥芬施塔特(Eric Offenstadt)未来感十足但不太实用的整体式铝制底盘(为振动剧烈的川崎750三缸制造),每天日落后从Daytona练习场装载起来,带去焊接当天出现的裂缝。铝会记住每一次的“侮辱”,所以如果铝作为底盘材料的轻量化潜力要得以实现,这样的底盘就必须有效地防振。

以下是处理发动机振动的四种基本方法

  1. 任其发展。将发动机牢固地固定,让骑手、双手、双脚和臀部在麻木中抱怨。振作起来,坚持住。
  2. 橡胶安装发动机以及其他许多部件,然后通过额外的结构重量来恢复底盘刚性。
  3. 选择一种固有自平衡的发动机结构,并将发动机牢固地安装,作为底盘刚性的一部分。
  4. 提供平衡轴或其他方式的振动抵消(例如1993年杜卡迪巧妙而时尚的Supermono中的假平衡“活塞”)。低振动,铝制底盘的刚性安装已成为常态。

对我来说,“任其发展”太过了,我1967年几次骑行雅马哈TD1-B量产赛车时,双手都麻木了。对于现代人来说,骑着经典的复古英国双缸车,感受这种振动也太过了。“它们都这样振动吗?”他们会有些责备地问道。

TD1
在这辆TD1上看不到任何橡胶减震。任其发展!Mark Hoyer

橡胶发动机支架在汽车中效果很好,而汽车(F1赛车除外)很少将发动机刚性作为底盘的一部分。但在自行车上,橡胶安装要求底盘本身足够坚固才能完成工作——需要额外的材料和重量。一个例外是埃里克·布尔(Erik Buell)对Isolastic概念的重塑——一个在单个平面上振动的发动机,就像哈雷V型双缸发动机那样,可以被允许在允许这种运动的减震器上运行,同时保持抗扭刚性。

一些发动机配置——如直列六缸、水平对置发动机(如宝马双缸本田金翼四缸和六缸发动机),或者90度V型发动机——具有固有的自平衡性和平稳性。

第四种方法是使用平衡器来抵消发动机振动,这会增加一些重量和摩擦。

1986年,本田通过VFR750中90度V型四缸发动机固有的平稳性,将铝制底盘推向了展厅。本田和雅马哈在80年代都生产了90度V型汽缸配置的低振动工厂250cc公路赛双缸车型。雅马哈在其1986年的TZ250量产赛车中,使用了一个平衡轴来消除由于两个气缸不在同一平面上造成的摇摆力偶。一些持怀疑态度的车手确信平衡轴一定会消耗大量动力,但当他们拆除了平衡轴后,他们的赛车振动得厉害,速度也没有更快。

大功告成。前进的道路是消除振动的根源,然后将刚性安装的发动机作为铝制底盘的重要组成部分。

 

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