Использование роликовой и бесшумной цепей

Летом 1964 я собирал модель Honda 305cc и хотел завершить её установкой цепи ГРМ, когда обнаружил пластину главной тяги, исчезающее в кулачковой цепи. К счастью, мне удалось восстановить потерянное звено (с помощью магнита и фонарика).

Этот опыт подчеркнул важность бесконечных заклёпанных цепей в отношении приводов распределительных валов; никакой возни с мелкими деталями и вероятности потерять в высокоскоростной работе замыкающее звено.

Из-за четырёхтактного двигателя требуются два оборота кривошипа и один оборот распределительного вала, между кривошипом и распредвалом (распредвалами) необходимо обеспечить двухступенчатый привод.

У большинства современных чётырёхтактных мотоциклов верхние распределительные валы, хотя несколько двигателей со штанговыми толкателями в приводе клапанов и коромысла по сентиментальным причинам всё ещё с нами.

В чисто гоночных двигателях обычный кулачковый привод осуществляется цепью цилиндрических зубчатых колёс и валом (двигатели Manx Norton, Ducati). Другой привод проводится через клиновой зубчатый ремень и цепное колесо, которое тихо работает, легко устанавливается и не требует никакой смазки (последний Ducati). Тем не менее подавляющее большинство серийных мотоциклетных двигателей приводят свои цепи ГРМ в движение с определённой металлической цепью и звездочками, недорогими и подходящими для повседневного применения.

Любопытство может быть ужасным чувством, так как будучи любопытным по жизни ты находишь новые вопросы, на которые хочется найти ответ. Один из таких моих вопросов: почему кулачковая цепь AJS 7R работала не непосредственно от кривошипа, а от цепного колеса кривошипом редуктора 2:1. Ответ – «хордальное движение», лёгкое движение цепи вниз и вверх при попадании в зубчатые пространства цепного колеса, движение, которое становится больше с уменьшением зубцов на звёздочке. Почему подобное движение существует? Если вы подумаете о звёздочке просто как о центральных линиях её зубцов, становится ясно, что цепь не окружает что-то круглое, как это делает приводной ремень, а, на самом деле, окружает многоугольник (что просто означает многогранную фигуру) с равным количеством сторон и зубцов. Теперь всё становится ясно: чем меньше зубцов, тем «ухабистее» становится цепное колесо и тем больше становится сопровождаемое им «хордальное действие». Почему оно вредно? Потому что это накладывает на привод дополнительные пиковые нагрузки на высокой частоте, сокращая срок его службы.

Выпуск журнала «Cycle World» от ноября 1971-го: «Подтверждено использование цепи Morse Hy-Vo для моделей BSA 650. Подобный эффективный способ передачи энергии уже используется на переднеприводном Oldsmobile Toronado».

Именно поэтому производители цепей и звёздочек в своих каталогах рекомендуют, что для достижения наилучших результатов ни одна из звёздочек в приводе не должна иметь больше 20 зубцов. Исходя из моего опыта, только Harley-Davidson действительно воспользовался этим советом, количество зубцов на приводных колёсах их гоночных мотоциклов исторически было в этом диапазоне. У меня всё еще есть 13-зубчатая передняя звёздочка в моём наборе для 250cc.

Всё это объясняет, почему так много производителей двигателей, например AJS в своём 350cc 7R, применяя роликовую цепь, используют редуктор 2:1 от кривошипа для привода нижней звёздочки. Это позволяет звёздочке иметь в два раза больше зубцов и таким образом избегать чрезмерного хордального движения.

Следует отметить, что свободный ход кулачковой цепи демпфируется от «тетивы» путём соприкосновения с пластиковыми лезвиями Weller, одно из которых действует как натяжитель цепи.

В коробках передач мотоциклов чаще всего используется роликовая цепь, и люди с удивлением обнаруживают, что используемые в MotoGP цепи довольно лёгкие. На это есть своя причина. Часть натяжения цепи – это то, что вырабатывается двигателем и наматывается на цепь. Но другая часть натяжения добавляется простой центробежной силой самой цепи. При скорости 200 миль в час заднее колесо вращается с частотой 2700 об/мин, а с 40-зубчатой задней звездочкой и 100 звеньями цепь в целом вращается со скоростью 1100 об/мин, создавая дополнительное центробежное напряжение на нагрузку, которую она несёт. Чем легче цепь, тем меньше становится это напряжение.

С уменьшенным хордальным воздействием такая цепь может лучше выдерживать плотное наматывание вокруг маленькой ведущей звездочки кривошипа.

Еще в 1990-х гоночные команды супербайков были обеспокоены тем, что из-за износа цепи кулачки во время мероприятия выходили из строя, поэтому они начали преобразовывать зубчатый привод, чтобы устранить возникающую потерю мощности. Было забавно слушать разогрев гоночных двигателей, пытаясь отличить тех, у кого зубчатая передача, от тех, у кого серийный кулачковый привод. В конце концов, организаторы запретили зубчатые передачи, полагая, что серийный привод был дешевле. Но, конечно, командам приходилось менять цепь, по меньшей мере, для каждого заезда, а может и в субботу днем, что делало результат намного более дорогим с точки зрения денег и времени, чем использование зубчатого привода. Как заменить бесконечную цепь ГРМ? Вы разделяете картеры, затем поднимаете коленчатый вал настолько, чтобы соскользнуть со старой цепи и надеть новую. Затем снова всё собираете.

Теперь мы переходим к бесшумной зубчатой цепи и цепи Morse Hy-Vo, которые представляют собой цепи с перевернутыми зубьями, а не используют круглые ролики, как в цепях конечного привода.

«Бесшумные» цепи с перевернутыми зубьями датируются минимум 1843 годом, когда такой привод применялся вместо более шумных и более дорогих зубчатых колес в гребном приводе корабля. Звездочки для цепей с перевернутыми зубьями больше похожи на шестерни, чем на обычные звездочки с роликовыми цепями. Звездочки для цепей с перевернутыми зубьями больше похожи на шестерни, чем на обычные звездочки с роликовыми цепями.

Цепь Morse Hy-Vo идёт ещё дальше, чтобы уменьшить хордальное движение (Morse является подразделением BorgWarner). Его звенья соединяются не круглыми штифтами, а коромыслом качающегося контакта. Это все равно, что поместить поцелуй в качающийся контакт от кресел-качалок, сделанных достаточно маленькими, чтобы вписаться в отверстия в звене цепи и направляющих пластинах. Контакт качения этого коромысла сконструирован таким образом, что при изгибе цепи ее линия действия (точка контакта, через которую проходит натяжение цепи) перемещается в направлении, противоположном нормальному хордальному движению. Результатом является привод, способный бесперебойно работать при высокой частоте вращения, поэтому сегодня цепь Morse Hy-Vo так часто выбирается для верхних распредвалов двигателей мотоциклов. С уменьшенным хордальным воздействием такая цепь может лучше пережить плотное наматывание вокруг маленькой звездочки на кривошипе.

Источник материала:
https://www.cycleworld.com/driving-camshafts-roller-chain-silent-chain-morse-hy-vo-chain/