Ζάντες - πως επιδρούν!

Η σημαντικότερη βελτίωση για μια μοτοσυκλέτα
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

3/1/2017

Ο τροχός είναι το μοναδικό μη αναρτώμενο και ταυτόχρονα κινούμενο και περιστρεφόμενο εξάρτημα σε μια μοτοσυκλέτα. Επίσης, είναι μεγάλο σε όγκο, βαρύ και πέρα από την αδράνεια και τη στροφορμή, δημιουργεί και άλλο ένα φαινόμενο της φυσικής που ονομάζεται γυροσκοπικό φαινόμενο. Αυτό σημαίνει ότι η συμπεριφορά ενός τροχού κατά την κίνηση της μοτοσυκλέτας επηρεάζει τη λειτουργία των αναρτήσεων, των φρένων, του πλαισίου ΚΑΙ των επιδόσεων του κινητήρα! Έτσι, ενώ η πρώτη σκέψη των περισσότερων μοτοσυκλετιστών όταν θέλουν να βελτιώσουν την μοτοσυκλέτα τους είναι να αλλάξουν την εξάτμιση, στην πραγματικότητα θα έπρεπε να επικεντρωθούν στους τροχούς της.

Πως οι τροχοί επηρεάζουν τις αναρτήσεις

Ας ξεκινήσουμε από τα εύκολα: Ένας τροχός (ζάντα+ελαστικό+δισκόφρενο) ζυγίζει πάνω από 3 κιλά σε μια σπορ μοτοσυκλέτα, με αποτέλεσμα να εμφανίζει σημαντική αδράνεια. Η κύρια δουλειά των αναρτήσεων είναι να κρατούν τους τροχούς πάνω στο έδαφος. Κάθε φορά που περνάμε πάνω από ανωμαλίες ο τροχός ανεβαίνει και η ανάρτηση αναλαμβάνει να τον επαναφέρει όσο πιο γρήγορα γίνεται πίσω στην αρχική του θέση, ώστε να μην χάσει την επαφή του με το έδαφος.

Το βάρος του τροχού και η ταχύτητα κίνησής του (πάνω-κάτω) δημιουργούν την αδράνεια που πρέπει να διαχειριστεί η ανάρτηση. Όσο μεγαλύτερο το βάρος του τροχού, τόσο περισσότερο αυξάνεται η αδράνειά του, ειδικά σε συνεχόμενες ανωμαλίες. Το αποτέλεσμα είναι να μην προλαβαίνει η ανάρτηση να επιστρέψει εγκαίρως τον τροχό στην αρχική του θέση και τελικά να χάνει την επαφή του με το έδαφος. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα που κινούμαστε, τόσο πιο συχνά χάνει την επαφή του με το έδαφος ο τροχός. Με την μοτοσυκλέτα σε όρθια θέση (π.χ. στις ευθείες της εθνικής) αυτό μπορεί να προκαλέσει από απλό ελάφρωμα του τιμονιού στις υψηλές ταχύτητες, απουσία αίσθησης στα χέρια του αναβάτη, έως επικίνδυνη αστάθεια και ανεξέλεγκτα κουνήματα.

Μέσα στη στροφή, η μεγάλη αδράνεια του τροχού και η αδυναμία της ανάρτησης να τους κρατήσει στο έδαφος, δημιουργεί μικρογλιστρήματα μειώνοντας τελικά το συνολικό κράτημα που μπορούν να προσφέρουν τα ελαστικά. Συνδυάζοντας όλα τα παραπάνω φαινόμενα μαζί, είναι εύκολο να καταλάβουμε ότι όσο ελαφρύτεροι είναι οι τροχοί μιας μοτοσυκλέτας, τόσο πιο σταθερή γίνεται στις υψηλές ταχύτητες και βελτιώνεται το κράτημα των ελαστικών. Επιπλέον, οι ελαφρύτεροι τροχοί βοηθούν τις αναρτήσεις να προσφέρουν μεγαλύτερη άνεση, άρα εδώ δεν μιλάμε για μια βελτίωση που αφορά μόνο την σπορ οδήγηση.

 

Πως οι τροχοί επηρεάζουν τα φρένα και τις επιταχύνσεις

Η περιστροφή των τροχών δημιουργεί ένα δεύτερο φαινόμενο της φυσική που ονομάζουμε στροφορμή. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάρος του τροχού (παίζει ρόλο και η διάμετρος και η απόσταση του βάρους από το κέντρο περιστροφής) και η ταχύτητα περιστροφής του, τόσο αυξάνονται και οι επιπτώσεις της στροφορμής. Η στροφορμή σε απλά ελληνικά είναι μια δύναμη αντίστασης του τροχού να επιβραδύνει όταν φρενάρουμε και να επιταχύνει αντίστοιχα όταν ανοίγουμε το γκάζι.

Οι ελαφρύτεροι τροχοί βοηθούν τα φρένα να είναι πιο αποτελεσματικά και κυρίως βελτιώνουν κατακόρυφα την αίσθηση των φρένων. Αντίστοιχα, οι επιταχύνσεις εν κινήσει (ρεπρίζ) βελτιώνονται πάρα πολύ στις υψηλές ταχύτητες, καθώς η δύναμη αντίστασης των τροχών είναι μικρότερη.    

 

Πως οι τροχοί επηρεάζουν την ευελιξία

Το τρίτο αλλά ταυτόχρονα και το σημαντικότερο φυσικό φαινόμενο, του οποίου η ένταση επηρεάζεται άμεσα από το βάρος των τροχών, είναι το λεγόμενο γυροσκοπικό φαινόμενο. Η εμφάνισή του γίνεται κάθε φορά που προσπαθούμε να αλλάξουμε πορεία στην μοτοσυκλέτα μας και γίνεται πολύ έντονο όσο πιο απότομα προσπαθούμε να το κάνουμε και φυσικά όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα που κινούμαστε.

 Στην πραγματική ζωή, από τα 80km/h και πάνω το γυροσκοπικό φαινόμενο παίζει κυρίαρχο ρόλο στην ευελιξία μιας μοτοσυκλέτας, σε τέτοιο βαθμό, που μια μοτοσυκλέτα 200 κιλών με ελαφρύτερους τροχούς να δείχνει στα χέρια σου έως και 30 κιλά ελαφρύτερη από μια ίδιου βάρους μοτοσυκλέτα αλλά με βαρύτερους τροχούς

Πως η Ducati βελτίωσε τα ιαπωνικά πλαίσια

Κατανοώντας την ελεγχόμενη παραμόρφωση
Μπάμπη Μέντη
Από τον

Μπάμπη Μέντη

20/7/2022

Επί ολόκληρες δεκαετίες το ζητούμενο των ιαπωνικών εργοστασίων μοτοσυκλετών ήταν η ακαμψία του πλαισίου. Χρησιμοποιώντας αποκλειστικά κινητήρες με έναν, δύο, τρεις ή τέσσερεις κυλίνδρους εν σειρά, τα ιαπωνικά εργοστάσια σχεδίαζαν για τις μοτοσυκλέτες παραγωγής ατσάλινα περιμετρικά πλαίσια από σωλήνες στρογγυλής διατομής, όπου το κάτω τμήμα τους ήταν αφαιρούμενο για εύκολη και γρήγορη τοποθέτηση του κινητήρα στις γραμμές παραγωγής.

Σε αυτή την “αδύναμη” αρχιτεκτονική του πλαισίου προς όφελος της ταχύτερης και φτηνότερης παραγωγής, έρχεται να προστεθεί και η “χαλαρή” σύνδεση του κινητήρα με το πλαίσιο λόγω του σχεδιασμού των κάρτερ, τα οποία ήταν οριζόντια χωρισμένα (λεπτομέρειες θα βρεις ΕΔΩ) και οποιαδήποτε ισχυρή σύνδεσή τους με το πλαίσιο θα προκαλούσε την καταστροφική καταπόνησή τους και πιθανότατα την καταστροφή του κινητήρα. Επιπρόσθετα, οι ιαπωνικοί δικύλινδροι εν σειρά και τετρακύλινδροι εν σειρά, έπασχαν από κραδασμούς δεύτερης τάξης λόγω χρονισμού του στροφάλου τους, κάνοντας συχνή τη χρήση ελαστικών βάσεων σύνδεσης του κινητήρα με το πλαίσιο.

Την ίδια εποχή, η Ducati και η Moto Guzzi μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα στενά και ισχυρά κάρτερ των V2 κινητήρων τους ως ενεργό δομικό στοιχείο των πλαισίων τους, τα οποία μάλιστα ήταν κατασκευασμένα από χρωμιομολυβδενιούχο ατσάλι, το οποίο έχει εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά από το κράμα μετάλλου που χρησιμοποιούσαν τα ιαπωνικά εργοστάσια. Μάλιστα οι Ιταλοί είχαν τεράστια πρακτική εμπειρία και εκατοντάδες εξειδικευμένους τεχνίτες που γνώριζαν κάθε μυστικό για την κατασκευή σωληνωτών πλαισίων από χρωμιομολιβδενιούχο ατσάλι, καθώς αυτή την τεχνική που ονόμαζαν Superleggera” (υπερελαφριά) χρησιμοποιούσαν για την κατασκευή πλαισίων αγωνιστικών αυτοκινήτων επί δεκαετίες. Ακόμα και οι τετρακύλινδρες εν σειρά μοτοσυκλέτες των Ιταλών (Gilera, MV Agusta, Benelli) είχαν πολύ πιο ισχυρά πλαίσια από τις ιαπωνικές μοτοσυκλέτες, διότι ο σχεδιασμός των πλαισίων τους ακολουθούσε κατά γράμμα τη σχεδίαση των αγωνιστικών μοτοσυκλετών τους, αδιαφορώντας για την εύκολη και γρήγορη τοποθέτηση του κινητήρα στις γραμμές παραγωγής και σπανίως είχαν αφαιρούμενα τμήματα. Επίσης οι Ιταλοί αδιαφορούσαν για κάποιες λεπτομέρειες στο σχεδιασμό των πλαισίων τους, όπως ας πούμε η απευθείας σύνδεση του πλαϊνού σταντ πάνω στα κάρτερ του κινητήρα, που είχε ως αποτέλεσμα το βάρος της μοτοσυκλέτας να “ανοίγει” τα ζεστά-μαλακά κάρτερ μετά από κάθε βόλτα και να προκαλεί διαρροές λαδιού…

Οι Ιταλοί σχεδίαζαν και κατασκεύαζαν πλαίσια έχοντας στο μυαλό τους μόνο την συμπεριφορά της μοτοσυκλέτα στη γρήγορη (αγωνιστική) οδήγηση, ενώ οι Ιάπωνες είχαν στο μυαλό τους τη διαδικασία παραγωγής και την πρακτικότητα.

 

Έως τα μέσα της δεκαετίας του ’70, τα ελαστικά των μοτοσυκλετών ήταν στενά και οι πίστες είχαν πολλές ευθείες και λίγες ανοιχτές στροφές. Η ανάγκη να πλαγιάζουν οι μοτοσυκλέτες ήταν μικρή, οπότε η μοναδική δουλειά που είχε να κάνει το πλαίσιο μιας μοτοσυκλέτας έως τότε ήταν η σταθερότητα στην ευθεία με υψηλές ταχύτητες.

Ένα απόλυτα άκαμπτο πλαίσιο και το χαμηλό κέντρο βάρους ήταν το μόνο που χρειαζόσουν, κάτι που βόλευε τα ιαπωνικά εργοστάσια με τους τεράστιους σε όγκο αερόψυκτους τετρακύλινδρους κινητήρες να είναι χαμηλά τοποθετημένοι, ενώ τα μακριά  μεταξόνια και οι μεγάλης διαμέτρου τροχοί βοηθούσαν τον τομέα της σταθερότητας.

Άλλωστε δεν είναι τυχαίο πως τη δεκαετία του ’70 έγιναν τόσο δημοφιλή τα “Monocoque” πλαίσια με την απόλυτη ακαμψία και τις μηδενικές ελαστικότητες.

Τα προβλήματα για τους Ιάπωνες άρχισαν να εμφανίζονται όταν τα ελαστικά των μοτοσυκλετών έγιναν slick στους αγώνες ταχύτητας και ταυτόχρονα άρχισαν να γίνονται όλο και πιο φαρδιά στις μοτοσυκλέτες παραγωγής.

Το ανώτερο επίπεδο κρατήματος των ελαστικών επέτρεψε στις μοτοσυκλέτες να πλαγιάζουν περισσότερο και με μεγαλύτερες ταχύτητες και έβαλε μέσα στο παιχνίδι τη συμπεριφορά της μοτοσυκλέτας στις στροφές.

Τα Ιαπωνικά πλαίσια παραγωγής δεν μπορούσαν πλέον να ανταπεξέλθουν σωστά σε αυτές τις νέες απαιτήσεις. Ήταν η χρυσή εποχή για τις ευρωπαϊκές βιοτεχνίες κατασκευής πλαισίων, που έφτιαχναν ισχυρότερα πλαίσια από χρωμιομολυβδενιούχο ατσάλι, χωρίς τους περιορισμούς που είχαν οι Ιάπωνες από την διαδικασία μαζικής βιομηχανικής παραγωγής. Εταιρείες όπως η ιταλική BIMOTA και η βρετανική HARRIS έβγαλαν περιουσίες έως και το τέλος της δεκαετίας του ’80.

Η πρώτη ιαπωνική εταιρεία που προσπάθησε να σχεδιάσει ένα πλαίσιο παραγωγής για τις ανάγκες της νέας εποχής ήταν η Yamaha με το FZ 750, βάζοντας στο στόμα μας τις λέξεις Genesis και Deltabox. Η φιλοσοφία “Genesis” ήθελε το μπλοκ τον κυλίνδρων να γέρνει εμπρός στις 45⁰ μεταφέροντας το βάρος του κινητήρα κοντά και χαμηλά στον εμπρός τροχό για σταθερότητα στις υψηλές ταχύτητες, ενώ την ίδια στιγμή ο εμπρός τροχός έγινε μόλις 16” από 18-19” για μείωση του γυροσκοπικού φαινομένου, αλλά και για να κρατηθεί η γωνία κάστερ και το μεταξόνιο σε λογικά επίπεδα προς όφελος της ευελιξίας.

Η λέξη Deltabox περιέγραφε το τριγωνικό σχήμα του πλαισίου από σωλήνες τετραγωνικής διατομής και ήταν εμπνευσμένο από τα δίχρονα YZR 500 των GP.

Πρακτικά αυτή η αρχιτεκτονική είχε μεγαλύτερο όφελος στις ευθείες και ελάχιστο στις στροφές, διότι το πολύ χαμηλό κέντρο βάρους δεν βοηθά την ευελιξία και ο τροχός των 16” δεν έχει ομοιογενή συμπεριφορά. Έτσι η τελευταία εξέλιξη των πλαισίων Genesis χρησιμοποιούσε τροχούς 17”, ενώ το 1988 η Kawasaki με το ZXR 750 και το κάθετο μπλοκ κυλίνδρων του κινητήρα της, έγινε το πρότυπο των ιαπωνικών τετρακύλινδρων superbike έως την εμφάνιση της Yamaha R1 με το tri-axes κιβώτιο, που μίκρυνε ακόμα περισσότερο το μήκος του κινητήρα, επιτρέποντας τη χρήση μακρύτερου ψαλιδιού.

Όλα αυτά τα χρόνια που οι Ιάπωνες πειραματίζονταν με δεκάδες διαφορετικά είδη πλαισίων, προσπαθώντας να ακολουθήσουν την εξέλιξη των ελαστικών, οι Ιταλοί συνέχιζαν να κατασκευάζουν πλαίσια με τα ίδια υλικά και την ίδια αρχιτεκτονική που χρησιμοποιούσαν επί δεκαετίες…

Και απ’ ότι κατάλαβε πρώτη η Honda αντιμετωπίζοντας τις Ducati 851/888 και 916 στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα Superbike, οι “νεροσωλήνες” των Ιταλών ήταν πολύ ανώτεροι από τα εντυπωσιακής εμφάνισης ογκώδη αλουμινένια πλαίσια των εργοστασιακών RC 30 και RC 45. Με τα slick ελαστικά να έχουν πλέον εντυπωσιακού επιπέδου κράτημα και τις μοτοσυκλέτες να πλαγιάζουν συνεχώς πάνω από τις 55⁰ στις στροφές, οι αναβάτες των Honda έβλεπαν μπροστά τους τις Ducati να “κυματίζουν” οριακά πλαγιασμένες μέσα στη στροφή, ακολουθώντας τις ανωμαλίες της ασφάλτου και να ανοίγουν πολύ νωρίτερα το γκάζι στις εξόδους. Την ίδια στιγμή τα εντελώς άκαμπτα αλουμινένια “δοκάρια” των ιαπωνικών μοτοσυκλετών χοροπηδούσαν πάνω από τις ανωμαλίες της ασφάλτου, καταπονώντας υπερβολικά τα ελαστικά τους, κάνοντας εύκολο το σπινάρισμα στο άνοιγμα του γκαζιού και την ίδια στιγμή οι αναβάτες είχαν ελάχιστη αίσθηση για το επίπεδο πρόσφυσή τους.

Ο λόγος που τα πλαίσια των Ducati κατάφερναν να είναι άκαμπτα όταν η μοτοσυκλέτα ήταν όρθια στην ευθεία και να αποκτούν χαρακτηριστικά ανάρτησης όταν η μοτοσυκλέτα πλάγιαζε υπερβολικά, έχει να κάνει κυρίως με την μακροχρόνια τεχνογνωσία των Ιταλών “Μαστόρων” στην κατασκευής πλαισίων από “νεροσωλήνες” χρωμομολυβδένιου.

Το συγκεκριμένο κράμα έχει συγκεκριμένες ιδιότητες “ελαστικότητας” και αν ξέρεις σε ποιο μήκος να κόψεις τον κάθε σωλήνα και πώς να τους ενώσεις μεταξύ τους, τότε μπορείς να επιτύχεις με πολύ μεγάλη ακρίβεια τη συμπεριφορά του στις δυνάμεις που ασκούνται πάνω του από διαφορετικές κατευθύνσεις.

Άλλωστε δεν είναι καθόλου τυχαίο πως όλα τα εργοστάσια κατασκευής πλαισίων για αγωνιστικά go-kart είναι ιταλικά και φυσικά φτιάχνονται από “νεροσωλήνες” ίδιους με των ιταλικών μοτοσυκλετών, διότι τα go-kart δεν έχουν αναρτήσεις και το πλαίσιό τους είναι εκείνο που έχει το ρόλο ανάρτησης.

Επίσης αν ξέρεις πόσο μήκος, πόσο πάχος, πόση διάμετρο και σε πιο σημείο να κολλήσεις τους “νεροσωλήνες” μπορείς να έχεις σε κάθε πίστα ένα ειδικά σχεδιασμένο πλαίσιο ή με μερικές αλλαγές στους σωλήνες τοπικά να επιτύχεις την ακαμψία ή την ελαστικότητα που θέλεις, στο σημείο που θέλεις!

Κι αυτό ακριβώς έκανε τότε η Ducati στο Παγκόσμιο Πρωτάθλημα WSBK, όπου είχε πάντα μαζί της σε κάθε αγώνα έναν “μαστρο-συγκολλητή” για να προσαρμόζει τα πλαίσια στις ανάγκες της συγκεκριμένης πίστας.

Προφανώς η Honda δεν μπορούσε να έχει χυτήριο και πρέσες για να φτιάχνει επί τόπου διαφορετικά αλουμινένια πλαίσια…

Το αποτέλεσμα αυτής της εμπειρίας της Honda από τους αγώνες του WSBK τη δεκαετία του ‘90, ήταν η παρουσίαση του CBR 600 F4, της πρώτης Ιαπωνικής μοτοσυκλέτας με αλουμινένιο πλαίσιο το οποίο είχε “ελεγχόμενες ελαστικότητες” και ταυτόχρονα χρησιμοποιούσε τον κινητήρα ως ενεργό τμήμα του πλαισίου (Pivotless).

Σήμερα, την ίδια ακριβώς φιλοσοφία ακολουθεί η Ducati στα MotoGP σχεδιάζοντας καλάμια πιρουνιού, ψαλίδια και monocoque πλαίσια από carbon - ένα υλικό υψηλής τεχνολογίας, το οποίο σου επιτρέπει να επιτύχεις συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ελαστικότητας σε συγκεκριμένα σημεία του… αν φυσικά ξέρεις πώς να το κάνεις!