Motorcyklers køremekanik

Køremekanik

Stabilisering.

Et to-hjulet køretøj, der hviler på vejbanen i hjulenes understøttelsespunkter, kan ikke af sig selv opretholde ligevægten. Det mindste vindpust eller den mindste ujævnhed i vejbanen vil bringe det til at vælte ud til en af siderne. En motorcykel, der kører hen ad en vej, befinder sig altså i den ustabile tilstand, man i fysikken benævner ustadig ligevægt, og skal denne tilstand gøres stabil, kan det i praksis kun ske, hvis man i tilfælde af en begyndende væltning kan påvirke cyklen med en vandret kraft, der er i stand til igen at rette køretøjet op i sin lodrette ligevægtstilling (se nedenfor).

Den stabiliserende kraft opstår, idet man lader cyklen køre ind i en kurve. Ethvert legeme, der bevæger sig i en cirkel, vil nemlig blive påvirket af en centrifugalkraft, der er rettet bort fra cirklens centrum, så ved at lade motorcyklen køre i en kurve, får man netop en vandret kraft, der virker i motorcyklens tyngdepunkt og er rettet bort fra kurvens centrum. Centrifugalkraftens størrelse afhænger for en bestemt motorcykel af kurvens radius og den hastighed, hvormed man kører, og på den måde, at større hastighed og mindre radius giver større centrifugalkraft. Man kan altså, når man kører med en given hastighed, regulere den stabiliserende krafts størrelse ved at gøre svinget skarpere (større centrifugalkraft) eller blødere (mindre).

[ Grafisk fremstilling af motorcykels svingmåde ]

Illustrationen viser centrifugalkraftens stabiliserende virkning. G = vægt af motorcykel + kører (lodret). C = centrifugalkraft (vandret). R = resulterende kraft. 1) Motorcyklen kører i ligevægtsstilling. 2) Faldet begynder, men cyklen kører stadig ligeud. 3) Motorcyklen kører ind i en kurve, og der opstår en centrifugalkraft, der retter cyklen op igen. 4) Ligevægten genoprettet.

Stabiliseringsproblemet for et tohjulet køretøj er altså løst, hvis blot man sørger for, at cyklen, så snart den viger ud fra den lodrette ligevægtstilstand, kører ind i en tilpas skarp kurve, hvorved den vil blive rettet op igen af den opståede centrifugalkraft. Nu er det imidlertid således, at man kun kan tillade ganske små afvigelser fra ligevægtstilstanden og de deraf følgende små styrebevægelser, hvis ikke forstyrrelserne skal påvirke kørslen på uheldig måde. Desværre er den menneskelige natur og reaktionsevne sådan, at der skal ret store ligevægtsudslag til, før hjernen registrerer det, og yderligere går der så igen en relativ lang tid, før man griber ind og giver forhjulet den nødvendige styrebevægelse. Skulle derfor ligevægtstilstanden opretholdes ved rent manuelle styrebevægelser, ville det medføre en urolig og svingende kørsel (jfr. scootere), og i tilfælde af en svær, hurtig motorcykel ville det sikkert være umuligt overhovedet at køre på to hjul.

[ Motorcyklens styregeometri. V = styrevinkel, e = forhjulets efterløb. ]Disse små for stabiliteten uundværlige styrebevægelser skal derfor helst fremkomme ganske automatisk uden indgriben fra førerens side, og ved en omhyggelig udformning af motorcyklens styregeometri og øvrige konstruktive opbygning er dette problem på moderne motorcykler løst til en sådan fuldkommenhed, at man i mangen katastrofesituation må tilråde føreren at overlade styringen alene til maskinen, idet denne nemlig reagerer langt rigtigere og hurtigere, end det er menneskeligt muligt.

Hvad der her er nævnt om stabiliseringen, har også til en vis grad gyldighed med henblik på styringen i det hele taget. Førerens opgave under kørslen skal helst indskrænkes til, blot ved en hældning af kroppen til den ene eller den anden side, at antyde, i hvilken retning og hvor brat kørslen skal ændres, hvorefter motorcyklen automatisk udfører de egentlige styrebevægelser. Selv om det selvfølgelig ikke er muligt i alle henseender og under alle forhold at opfylde disse krav, kan man dog komme ret nær til ideelle styreegenskaber, og i det følgende skal, ganske vist i grove træk, gøres rede for de styrekræfter, der er til rådighed, og hvorledes de i kraft af styretøjets geometri kan styre motorcyklen og gøre kørslen stabil.

Styregeometri.

Fysisk set er en motorcykel opbygget af to systemer, der er indbyrdes forbundne og drejelige omkring en fælles akse. Det ene system udgøres af forgaffel med forhjul, og det andet består af stellet med motoren og baghjulet. Med denne inddeling hører føreren og en eventuel bagsædepassager til det sidstnævnte system.

De to systemer kan dreje sig om en bagudhældende akse, styreaksen, der løber ned midt gennem kronhovedet (se fig.). Styrevinklen v er vinklen mellem styreaksen og kørebanen. Skæringspunktet mellem kørebanen og styreaksen A benævnes retningspunktet, og afstanden fra dette punkt til forhjulets berøringspunkt B1 udgør forhjulets efterløb e. Af stor vigtighed er ligeledes beliggenheden af de to drejelige systemers tyngdepunkter T1 og T2, ligesom hjulafstanden, afstanden mellem hjulenes berøringspunkter, har indflydelse på køreegenskaberne.

Styrekræfter.

De optrædende styrekræfter kan naturligt deles i 2 grupper: de statiske kræfter, hvis virkning fremkaldes af de på motorcyklen virkende tyngdekræfter, og som altså også påvirker styretøjet, når cyklen står stille, i modsætning til de dynamiske styrekræfter, der kun optræder, når motorcyklen er i bevægelse. Under almindelig kørsel har man altså at gøre med begge slags kræfter samtidig, og det afhænger så af kørehastigheden og styregeometrien, hvilke styrekræfter, der er de mest indflydelsesrige.

De dynamiske kræfters størrelse afhænger, som det senere vil blive vist, stærkt af hjulenes størrelse, og for almindelige motorcykler med de ret store hjul vil de dynamiske styrekræfter være langt de betydeligste helt ned til hastigheder omkring 25 km/t, men for scootere med relativt små hjul kan de statiske kræfter komme til at spille en større rolle.

Statiske styrekræfter.

Som tidligere nævnt forstås herved de styrekræfter, der opstår som følge af, at motorcyklen er påvirket af tyngdekraften. Der optræder flere sådanne kræfter, men de fleste har så ringe virkning, at de faktisk er betydningsløse for styreegenskaberne. Forhjulets efterløb i forbindelse med styreaksens hældning fremkalder dog en enkelt statisk styrekraft, der især i nogle situationer har en vis betydning.

[ Tyngdekræfter og hjultryk ]Motorcyklen er til stadighed påvirket af tyngdekræfterne P1 og P2, der virker i tyngdepunkterne T1 og T2 (se fig.), og disse kræfter modsvares af hjultrykkene H1 og H2. Når cyklen står lodret, ligger alle de nævnte kræfter i samme plan midt ned gennem cyklen og ligevægtsbetingelserne er i orden.

Drejer man nu forhjulet en lille smule ud til en af siderne, vil hjulets efterløb bevirke, at berøringspunktet mellem hjul og vejbane flytter ud til den modsatte side. Hjultrykket H1, der stadig virker lodret i berøringspunktet, ligger nu ikke mere i samme plan som styreaksen og de øvrige optrædende kræfter, og en kraft, der påvirker et drejeligt legeme og ikke ligger i samme plan som omdrejningsaksen (og ikke er parallel med denne), vil udøve et moment på legemet, det vil sige den vil forsøge at dreje legemet omkring aksen i samme retning som kraften virker. Med andre ord: Kraften H1 vil, når hjulet engang er drejet ud fra ligevægtsstillingen, søge at øge hjulets udslag. Denne virkning kender alle cykel og motorcykelejere, når de stiller køretøjet op ad en lygtepæl støttet mod sadlen. Får styret så af en eller anden grund et lille udslag fortsætter forhjulet drejningen lige indtil det slår mod anslaget, og affæren ender som regel med, at cyklen vælter.

Hvis man nu i stedet for at dreje forhjulet kipper cyklen til en af siderne, får man nøjagtig samme resultat. Kraften H1 er stadig lodret, men skærer ikke styreaksen, der nu danner en vis vinkel med den lodrette plan gennem hjulenes berøringspunkter. H1 udøver derfor et moment på forhjulet, der vil give hjulet en drejning til samme side som kipningen.

Den her omtalte styrekraft virker stabiliserende på kørslen. Tænker man sig nemlig motorcyklen bragt ud af sin ligevægtsstilling af for eksempel et vindstød, vil kipningen udløse en statisk styrekraft, der giver forhjulet et styreudslag, således at cyklen kører ind i en kurve til samme side som kipningen sker. Derved påvirkes cyklen af en centrifugalkraft, der kan rette den op igen og genoprette ligevægten. Det hele forløber ganske automatisk uden indgriben fra førerens side.

Den statiske styrekraft optræder hver gang motorcyklen viger ud fra ligevægtsstillingen, og altså ikke blot fordi cyklen ligger skråt som tilfældet er, når der køres i en kurve. Denne skråstilling er nemlig også en ligevægtsstilling, idet den resulterende påvirkning fra tyngdekraft og centrifugalkraft virker i cyklens midterplan. Først når cyklen bringes ud af denne ligevægtstilling, træder den statiske styrekraft altså i funktion og søger at genoprette ligevægten.

Dynamiske styrekræfter.

[ Ligevægtstilstand under kurvekørsel. De resulterende kræfter ligger i cyklens midterplan. ]Ethvert legeme, der er i bevægelse, er underkastet forskellige former for dynamiske påvirkninger. Centrifugalkraften, der optræder i en cirkelbevægelse, og som vi allerede har stiftet bekendtskab med, er en sådan dynamisk kraft. Af lige så stor betydning for stabilisering og styreegenskaber er de massekræfter og gyrokræfter, der påvirker motorcyklen under kørslen.

Er et legeme i bevægelse, vil det modsætte sig enhver påvirkning, der søger at ændre denne bevægelse. En hastighedsændring, eller med et fremmedord acceleration, vil derfor fremkalde en reaktion, der vil modarbejde den kraft, der søger at gennemtvinge hastighedsændringen. Denne reaktion kaldes massekraften, og dens størrelse afhænger af legemets træge masse (se nedenfor) og accelerationen således at kraften vokser, når én eller begge disse størrelser forøges. Massekraften har alle sikkert været ude for; det er nemlig den, der får folk til at tumle rundt mellem hinanden i en sporvogn ved kraftig opbremsning eller igangsætning.
[ Vægtfordelingens betydning for masse-inertimomentet. Til venstre lille og til højre stort inertimoment. ]Har man en retlinet bevægelse, er legemets træge masse simpelthen afhængig af legemets vægt, men er der tale om en drejende bevægelse (accelerationen er her ændringer i omdrejningshastigheden) spiller herudover også massefordelingen omkring omdrejningsaksen en rolle for massekraftens størrelse. Dette kommer til udtryk i legemets masseinertimoment, der altså er et mål for, hvor tæt legemets træge masser sidder omkring aksen (se fig.).

Medens centrifugal- og massekræfter er forholdsvis letforståelige begreber, er gyrokræfternes fysik mere kompliceret, og vi skal derfor nøjes med at pege på de forhold, der har særlig betydning for motorcyklens køreegenskaber.

Gyrokræfter eller gyrovirkninger opstår ved alle roterende systemer, hver gang rotationsaksen af en ydre påvirkning bringes ud af sin øjeblikkelige stilling. Har man f. eks. et hjul, der roterer om sin akse, og prøver man derefter at flytte aksen ved at påvirke den med en vis kraft, vil der opstå en gyrokraft, der får aksen til at slå ud vinkelret på den retning, man oprindelig prøvede at dreje aksen. I det tilfælde at hjulaksen er fastholdt i et par lejer vil gyrokræfterne påvirke disse lejer, således at hele det faste system vil dreje sig vinkelret på den forstyrrende krafts retning.

[ Eksempel på gyrokræfter i et roterende cykelhjul. ]

Der er yderligere det mærkelige ved fænomenet, at selv om den forstyrrende kraft er relativ lille, kan de opståede gyrokræfter være meget store, idet størrelsen, foruden af den forstyrrende kraft eller bevægelse, også afhænger af hjulets masseinertimoment (se ovf.) og dettes omdrejningshastighed. Er der derfor tale om et stort, tungt hjul, der roterer hurtigt, vil selv en ganske lille kraft udløse betragtelige gyrokræfter, der er i stand til aktivt at gribe ind i motorcyklens styring.

Kippes motorcyklen f. eks. til en af siderne, vil forhjulets akse også blive tvunget ud af sit plan, og dette udløser en gyrokraft, der vil dreje forhjulet således, at cyklen kører ind i en kurve til samme side som kipningen sker. Altså: Kipning til højre: cyklen går ind i et højresving!

Også hvis forhjulet drejes ud af sit hidtidige plan med en styrebevægelse, vil der opstå gyrokræfter, som vil prøve at kippe motorcyklen til den modsatte side af, hvad der ville være naturligt med den pågældende forhjulsstilling. Altså: Forhjulet drejes til højre (højre-sving): Motorcyklen kipper til venstre!

Eksempler på stabilisering.

Efter nu teoretisk at have undersøgt de forskellige styrekræfters natur og virkemåde skal vi med et par små eksempler anskueliggøre, hvorledes disse kræfter, som det er nævnt i indledningen, er i stand til at sikre motorcyklens stabilitet og styring med de færrest mulige indgreb fra førerens side.

Ser vi på en kørende motorcykel, vil den bestandigt blive bragt ud af ligevægt af små ujævnheder i vejbanen eller påvirkninger fra sidevind, og den vil da begynde at vælte over til siden. Så snart dette sker, vil gyrokraften dreje forhjulet således, at cyklen kører ind i et sving til samme side som kipningen sker, og der opstår derved en centrifugalkraft, der igen retter cyklen op i ligevægtsstillingen. Den statiske styrekraft vil også medvirke hertil, men er farten blot nogenlunde, vil dennes indflydelse som regel være af underordnet betydning.

Dette lyder ganske simpelt, men i virkeligheden er det forbløffende, at det kan lade sig gøre, idet det jo ikke alene er et spørgsmål om at frembringe den nødvendige kraft til at dreje forhjulet, men også at regulere denne krafts virkninger og tilpasse dem efter de forhåndenværende omstændigheder, og her kommer styregeometrien og massekræfterne ind i billedet.

Denne "dosering" og afbremsning af gyrokræfternes virkning sker på flere måder. For det første bevirker styreaksens hældning, at kun en del af den opståede gyrokraft udnyttes til at dreje forhjulet (resten bliver til lejetryk i forgaflen), men herudover virker forhjulets masseinertimoment om drejningsaksen bremsende, idet drejningen vil fremkalde en massekraft, der modsætter sig hjulets bevægelse.

Forhjulets efterløb betyder, at stel, baghjul og de masser, der er forbundet hertil, ved drejning af forhjulet vil bevæge sig lidt frem eller tilbage. Når gyrokraften derfor drejer forhjulet, vil der opstå en massekraft på denne del af cyklen, der igen vil virke tilbage gennem efterløbet, og derved modsætte sig hjulets drejning.

Som man ser af denne meget summariske gennemgang, er stabiliseringen et ret kompliceret foretagende, men ved en omhyggelig udformning af styregeometrien og de øvrige betydningsfulde størrelser, er det muligt at opnå et sammenspil mellem styrekræfter og massekræfter, således at stabiliseringen faktisk sker fuldstændig automatisk under alle forhold.

Et andet eksempel på gyrokræfternes indflydelse møder man, når man prøver at "køre" gennem et sving, det vil sige forsøger at svinge ved kun at dreje forhjulet. Dette er faktisk en umulighed ved normal fart, idet gyrokraften fra forhjulet sammen med centrifugalkraften ved drejningen vil kippe motorcyklen over til den forkerte side. Et sving skal derfor altid indledes ved, at cyklen kippes til den pågældende side, og det kan derfor ikke nytte at bagsædepassageren stritter imod; svinget kan ikke gennemføres blot ved at dreje forhjulet, og forsøg herpå vil resultere i at cyklen vælter til den modsatte side.

Endelig skal nævnes en form for "gyrostyring", der overfladisk betragtet kan forekomme ret besynderlig. Ønsker man f. eks. ved stor hastighed at foretage en skarp kursændring til højre med en tung maskine, skal dette gøres ved først at give forhjulet en drejning til venstre. Gyrokraften vil da i forbindelse med centrifugalkraften kippe maskinen hurtigt til højre, og denne kipbevægelse, der sker meget hurtigt, vil medføre en stor gyrokraft, der giver forhjulet det nødvendige styreudslag til højre, hvorefter cyklen kører ind i det ønskede højre-sving.

Affjedringens teori.

Der kan stilles to hovedkrav til ethvert køretøjs fjedersystem: Hjulet skal under alle omstændigheder ligge godt an mod vejbanen, således at køresikkerheden ikke påvirkes af vejbanens ujævnheder, og yderligere skal kørslen være så bekvem som mulig for passagererne. Kravenes rækkefølge er ikke tilfældig, men den største vægt burde lægges på køresikkerheden og ikke på bekvemmeligheden, hvad der imidlertid ikke altid er tilfældet i praksis, og dette må publikum bære sin store del af ansvaret for.

Ethvert fjedersystem er nemlig resultatet af en række kompromis'er, der må træffes, fordi de to hovedkrav i mange henseender fører til stik modsatte løsninger. F. eks. forlanger hensynet til køresikkerheden almindeligvis en ret stiv affjedring, medens bekvemmeligheden kun kan opnås med et blødt fjedersystem, og når valget skal træffes, må konstruktøren af økonomiske hensyn delvis rette sig efter det købende publikums smag og ønsker. Nu er det jo desværre således, at stor køresikkerhed kun er noget, man savner de få øjeblikke, hvor der virkelig er fare på færde, medens en behagelig blød affjedring kan nydes vedvarende under kørslen, så der er måske ikke noget at sige til, at folk foretrækker opfyldelsen af det sidste krav fremfor det første; men principielt forkert er det altså!

Affjedringens forløb.

[ Ideel affjedring. Hjulet følger forhindringen, medens den affjedrede del af maskinen fortsætter i samme vandrette bane. ]For at forstå de vanskeligheder, der melder sig, når valget mellem stiv og blød affjedring skal træffes, kan det være nyttigt først at betragte, hvad der egentlig sker, når et affjedret hjul passerer en forhindring i vejbanen. Det ideelle ville være, at hjulet følger forhindringens kontur både under ind- og udfjedringen, uden at de affjedrede dele af motorcyklen, stel og passagerer påvirkes deraf, men fortsætter uhindret i den samme vandrette bane.

[ Sådan går det i virkeligheden: Hjulet følger forhindringen, og bevægelsen forplantes til de affjedrede dele af maskinen. ]Disse ønskedrømme kan dog ikke opfyldes i virkeligheden. Når hjulet møder en forhindring, vil det blive ramt af et stød, og denne stødkraft vil accelerere hjulet op over forhindringen. Herved vil fjederen blive trykket sammen, og den udøver derfor en kraft på stellet, de affjedrede masser, der vil accelerere disse, og derved gøre stødet mærkbart for passagererne.

Følgen bliver altså, at ved passage af den samme forhindring (samme fjedersammentrykning), vil en stiv fjeder give en stor kraft på de affjedrede masser, og derved resultere i et kraftigt stød, medens en blødere affjedring vil afbøde virkningerne og gøre kørslen mere bekvem.

[ Hjulets teoretiske bevægelse efter at have passeret en forhindring. Fjederkraft og evt. dæmper modvirker dette opspring. ]Når hjulet har nået forhindringens top, er det blevet accelereret op af stødkraften og vil som følge af inertiens lov fortsætte sin bane opad, indtil fjederkraften standser bevægelsen og igen trykker hjulet ned mod vejbanen.

Hjulet har i kraft af sin opadgående bevægelse en vis bevægelsesenergi, og ved afbremsningen optages denne energi i fjederen, der trykkes sammen. Det fremgår heraf, at en stiv fjeder vil bremse hjulet meget hurtigere end en blød, og da man selvfølgelig er interesseret i at begrænse hjulets opspring til det mindst mulige, vil den stive fjeder være at foretrække i denne henseende.

Uaffjedrede masser.

De uaffjedrede masser udgøres af hjulet og de dele af fjedersystemet, der ligger mellem hjul og fjeder, og som deltager i bevægelserne. Deres størrelse har stor indflydelse på affjedringens godhed. Den bevægelsesenergi, hjulet tildeles under passage af en forhindring, afhænger nemlig foruden af forhindringens stejlhed også af de uaffjedrede masser, således at energien vokser med større masser. Store uaffjedrede masser er altså ensbetydende med stor bevægelsesenergi, og hjulet vil derfor springe højere og fjederen blive kraftigere sammentrykket, hvad der igen betyder øget påvirkning på de affjedrede masser og et mere føleligt stød. En tilfredsstillende affjedring kræver derfor små uaffjedrede masser, hvilket imødekommes ved at bruge små lette hjul i forbindelse med fjedersystemer som svingarme eller svinggafler.

Fjederkarakteristik.

[ Grafisk fremstilling af forskellige fjedertyper ]

Karakteristikker for forskellige fjedertyper. 1) Stiv fjeder. 2) Blød fjeder. 3) Progressiv fjeder.

For at anskueliggøre en fjeders virkemåde kan man optegne dens karakteristik. Herved forstås en kurve, der viser fjederkraftens afhængighed af sammentrykningen. Jo stejlere kurven ligger, desto stivere er fjederen, og man får af karakteristikken yderligere den oplysning, at det arbejde (eller den energi), fjederen indeholder i sammentrykket tilstand, anskueliggøres af trekantarealet under kurven (skraveret på illustrationen).

For hurtigt at bremse hjulet under opspringet skal man altså benytte en stiv fjeder, men dette er uheldigt af hensyn til komforten, og man går derfor ofte den middelvej at konstruere fjederen, så den får en progressiv karakteristik, det vil sige en fjeder, der ved mindre sammentrykninger er udpræget blød, og så har et stivere forløb ved større deformationer (se fig.). Herved opnår man en tilpas blød affjedring overfor alle hyppigt forekommende små ujævnheder, medens hjulets springende tendens ved passage af store huller undertrykkes af den progressive virkning.

Konstruktivt findes der flere metoder til at frembringe en progressiv karakteristik. Den almindeligste er at vikle fjederen konisk, men ofte deles fjederen i to elementer, en blød og en stiv, anbragt således at den stive fjeder først kommer i virksomhed, når sammentrykningen har nået en vis værdi. Enklest opnås progressiviteten dog, når der benyttes en gummifjeder, idet dette materiale i sig selv har en progressiv karakteristik, et forhold, der gør gummi til et særdeles velegnet fjedermateriale, især til lettere motorcykler og knallerter, hvor de mekaniske påvirkninger ikke er alt for store.

Dæmpning.

[ Fjederkarakteristik med friktionsdæmpning. ]I ethvert fjedersystem vil der, når systemet bringes ud af sin naturlige ligevægtsstilling, opstå svingninger. I en svingende bevægelse sker der en stadig omsætning af systemets en gang tilførte energi, idet den bevægelsesenergi, der opstår under hjulets opspring, oplagres i fjederen ved at denne sammentrykkes. Når bevægelsen vender, vil fjederen afspændes, og energien omsættes igen til bevægelsesenergi. I svingningens andet yderpunkt er fjederen strakt, men bortset fra dette er forholdene som før, og hjulet vil derfor svinge omkring fjederens ligevægtsstilling.

Et kompliceret svingningssystem som en motorcykel kan svinge på mange måder. Hjulene kan naturligvis uafhængigt af hinanden komme i svingninger, men derudover kan cyklen som helhed udføre svingninger, for eksempel lodrette bevægelser op og ned eller niksvingninger, hvor cyklen svinger i lodret plan om et omdrejningspunkt beliggende et eller andet sted mellem hjulene.

Fjernes systemets svingningsenergi ikke, vil svingningerne fortsætte, og da dette ikke kan tolereres af hensyn til køresikkerheden, er det nødvendigt på en eller anden måde at dæmpe svingningerne. Principielt sker al dæmpning ved at omsætte en del af den tilførte svingningsenergi til varme i dæmperen, og efter de metoder, hvorpå dette sker, kan dæmperkonstruktionerne deles i 3 grupper: Friktionsdæmpning, vædskedæmpning og egendæmpning i fjedermaterialet.

Friktionsdæmpning.

Friktionsdæmpning eller »gnidningsdæmpning« er den ældste form for svingningsdæmpning. En sådan dæmper består simpelthen af en metalplade, der af en kraftig fjeder presses ind mod en fastsiddende friktionsskive. Under hjulets bevægelser vil friktionen mellem plade og skive modsætte sig bevægelsen med en kraft, der i størrelse kun afhænger af anlægstrykket. Fjederkarakteristikken vil derfor ændres, når dæmpningen sætter ind, idet fjederkraften ved sammentrykning vil blive forøget med dæmperkraftens værdi (A til B i fig.), og under den videre sammentrykning vil fjedertrykket forløbe langs linien B-C. Omvendt under afspændingen. Her formindskes fjederkraften tilsvarende og forløber derfor ad D-E. Det skraverede areal er et mål for det arbejde, der er omsat til varme i dæmperen, og altså den energi, der er tappet ud af svingningssystemet.

Som det vil erindres, var det mærkbare stød afhængigt af fjederkraftens størrelse, og da denne, som det ses af figuren, nu er forøget, virker en friktionsdæmper snarere stødforstærkende end støddæmpende, så for komforten giver friktionsdæmperen altså ingen direkte fordele.

Den her skitserede dæmpertype brugtes meget i forbindelse med de ældre trapezforgafler (se senere), men en dæmpning af fuldstændig samme karakter fås fra friktionen i andre affjedringssystemers lejeføringer. Denne »lejedæmpning« er så betydelig, især ved teleskopforgafler med de lange lejer, at man ofte ved lettere cykler, hvor svingningsenergien er ret lille på grund af de små uaffjedrede masser, kan klare sig alene med denne form for dæmpning. Men det medfører altså den ulempe, at affjedringen kommer til at virke stivere.

Vædskedæmpning.

Benyttes en friktionsdæmper, får man en dæmperkraft, der er konstant under alle forhold, idet den kun afhænger af trykket mellem friktionspladerne. Dette er uheldigt, da man i høj grad er interesseret i at gøre dæmpningen afhængig af fjederbevægelsens karakter. Passeres et stort hul i vejen, bliver svingningsenergien stor, og man skal derfor helst have en stor dæmpning, medens det omvendte er tilfældet ved små ujævnheder.

[ Forskellige dæmpertyper. ]

Fjederkarakteristik med vædske (hydraulisk) dæmpning.
1) Dobbeltvirkende dæmper. 2) Enkeltvirkende dæmper. 3) Progressiv dæmper.

En sådan dæmperkarakteristik kan man få med en vædskedæmper, hvor den dæmpende kraft fremkommer ved, at et stempel under fjederbevægelserne presser olie gennem en snæver åbning. Modstanden kommer så til at afhænge af den hastighed, olien får gennem åbningen og dermed igen af stødkraftens størrelse, og dæmperkarakteristikken får et udseende som vist på tegningen.

En vædskedæmper kan lige som friktionsdæmperen være dobbeltvirkende, det vil sige at dæmperkraften er ens ved ind- og udfjedring. En dobbeltvirkende vædskedæmper har imidlertid samme stødforstærkende virkning som friktionsdæmperen, og man styrer da ofte oliestrømmen i dæmperen således, at den kraftigste dæmpning indtræder ved hjulets udfjedring. Både den dobbeltvirkende og enkeltvirkende dæmper har imidlertid visse principielle fejl, der kan undgås ved at forsyne dæmperen med en progressiv dæmperkarakteristik, hvilket betyder, at dæmperkraften foruden at være proportional med hastigheden i fjederbevægelsen også afhænger af fjederudslagets størrelse på en sådan måde, at dæmpningen bliver meget kraftig ved særlig store udslag. Dette kan gøres ved at regulere oliegennemstrømningshullets areal i forhold til udslagets størrelse; men angående den praktiske udformning af dæmperne kan vi i øvrigt henvise til de pågældende afsnit om fjedersystemernes opbygning.

Egendæmpning.

[ Gummis fjederkarakteristik. ]Alle fjedermaterialer er i besiddelse af en vis egendæmpning. Dette ytrer sig ved, at fjederkraften ikke følger samme karakteristiklinie ved sammentrykning og afspænding. Den omsatte energi bliver til varme i materialet, men i almindeligt anvendte materialer (stål) er denne effekt betydningsløs. Derimod har gummi en betragtelig egendæmpning, og da det samtidig har en stærkt progressiv karakteristik, er gummi særdeles velegnet som fjedermateriale.

Desværre er gummi ikke et særlig stabilt materiale, idet det ændrer egenskaber, når det udsættes for mekaniske, kemiske eller andre påvirkninger. Er der imidlertid tale om lette motorcykler (knallerter), er gummifjedre absolut det bedst egnede fjedermateriale, og de vinder da også mere og mere frem i disse konstruktioner.

Særlige forhold vedrørende affjedringen.

Ud over de nævnte principielle forhold kan der kort nævnes et par særlige ting, der kan være af stor betydning for affjedringens godhed.

For det første gælder alle de smukke teorier kun, når stødkraften virker i samme retning som fjederkraften. Er stødet mere eller mindre skævt, vil kun den del af stødet, der går i fjederkraftens retning, blive affjedret som ovenfor beskrevet, medens resten overføres som et uaffjedret stød til cyklen og passagererne. Det er derfor af stor vigtighed, at hjulets udvigeretning passer med den hyppigst forekommende stødretning. Teleskopgaflen opfylder disse krav ret godt, men bedre endnu er de svinggaffelaffjedringer, hvor hjulet er trukket, og især når der samtidig benyttes små hjul, som tilfældet er med mange scootere.

Det er tidligere nævnt som en fordel, at teleskopforgafler på grund af deres lange lejer udøver en så betydelig friktionsdæmpning, at man kan undvære egentlige dæmpere. Dette medfører imidlertid også visse ulemper. Friktionsdæmpningen har en stødforstærkende virkning, og dertil kommer, at stødkraften skal over en vis størrelse bestemt af friktionskraften, før den er i stand til at bringe fjederen i funktion. Er stødkraften mindre, vil stødet forplante sig uaffjedret til cyklen, og dette forhold gør teleskopgaflen mindre velegnet til brug i de helt lette cykler som knallerter o. lign.

Bremseteori.

Når en motorcykel bevæger sig hen ad en vej, er den i besiddelse af en vis bevægelsesenergi, og dette betyder fysisk set, at motorcyklen i kraft af sin hastighed er i stand til at udføre et arbejde. Ønsker man derfor at nedsætte hastigheden, skal bremsekraften udføre et tilsvarende modsat rettet arbejde.

Den eneste måde, bremsearbejdet kan udføres på, er at omsætte motorcyklens bevægelsesenergi til varme. Under en normal opbremsning, når hjulet ikke blokeres, opstår bremsekraften ved friktionen mellem bremsebelægning og bremseskål, og bremsearbejdet bliver derfor omsat til varme på dette sted. Blokeres hjulet derimod, sker varmeudviklingen stort set mellem dæk og vejbane, hvad der hurtigt virker ødelæggende på dækket.

Bremsefading.

Det er meget store varmemængder, der udløses ved en opbremsning. En almindelig motorcykel, der vejer ca. 250 kg og kører med 100 km hastighed, vil ved fuldstændig opbremsning frigøre en varmemængde på omkring 40 kcal., og denne varmeudvikling vil være tilstrækkelig til at opvarme ½ liter vand fra 20° til 100° C. Den udviklede varme bortledes hovedsageligt gennem bremseskålen, men ved hyppige opbremsninger, som man ofte er ude for under bjergkørsel, vil bremsernes temperatur stige, og det kan da ske, at bremserne »fader«, Denne bremsefading skyldes, at belægningernes temperatur er blevet for høj, og dette bevirker, at materialets friktionsevne forsvinder næsten totalt. Kører man derfor i stærkt bakket terræn, hvor selv en kortvarig svigten af bremserne kan få katastrofale følger, må det derfor kraftigt tilrådes overalt, hvor det er muligt, at bremse med motoren, for derved at skåne bremserne.

I de senere år er der sat meget ind på at konstruere fading-sikre bremser. Fuldnavsbremsetyperne er et eksempel herpå, idet det store virksomme bremseareal giver en lille varmeudvikling pr. cm², ligesom det store nav, der yderligere ofte er lavet af letmetal (god varmeledning), betyder bedre kølingsmuligheder. Af samme grund er forhjulsbremsen på Triumph's »Tiger 100« og »110«-modeller forsynet med et luftindtag foran på bremsepladen, således at fartvinden kan køle bremsebelægningerne indefra.

Bremsevejen.

For at kunne standse køretøjet så hurtigt som muligt skal bremsekraften selvfølgelig være så stor som mulig, men her sætter hjulenes vedhængning til vejbanen en grænse for, hvor højt man kan gå. Friktionskraften mellem hjul og vejbane afhænger nemlig foruden af hjultrykkets størrelse (der for en given motorcykel har en nogenlunde fast værdi), også af gnidningskoefficienten µ (my). Gnidningskoefficienten bestemmes blandt andet af vejbanens beskaffenhed og dækkenes tilstand og kan for en given vejbane ikke overstige en vis maximalværdi. Forøger man bremsekraften udover denne (blokerer hjulet), vil hjulet skride, og da gnidningskoefficienten derved falder, får man altså længere bremselængde med et blokeret hjul. Vejbanens beskaffenhed har altså stor indflydelse på bremsemulighederne, og især betyder det meget, om vejbanen er tør eller våd, idet gnidningskoefficienten på en våd overflade falder til under halvdelen af den tørre vejbanes µ (my), og er der tale om is- eller sneglatte veje, kan den komme helt ned under 1/10 af sin normale værdi.

De fleste motorcykelbremser er under alle omstændigheder i stand til at overskride grænsen for hjulets maximale friktionskraft (kan blokere hjulet), og den korteste bremsevej kommer derfor til at afhænge af den øjeblikkelige kørehastighed. Det, der egentlig sker under opbremsningen, er som nævnt, at motorcyklens bevægelsesenergi skal omdannes til varme. Imidlertid afhænger bevægelsesenergien af hastighedens kvadrat, medens bremsekraftens arbejde og dermed varmeudviklingen, simpelthen er proportional med den vej, hjulet gennemløber, og det følger heraf, at bremsevejen stiger til det 4-dobbelte. Dette bør man erindre sig, når man vil køre stærkt.

Et andet forhold, der har stor indflydelse på bremselængden, er affjedringens godhed. Bremsekraften er nemlig kun virksom, når hjulet ligger an mod vejbanen, så det nytter kun lidt, at bremserne er i orden og vejbanen tør, hvis hjulet til gengæld hopper og danser og kun rører vejen den halve tid. Gode bremseegenskaber vil derfor altid være uløseligt knyttet sammen med en god affjedring og effektive støddæmpere.

[ Standselængde. ]

Den vej, cyklen tilbagelægger fra bremsningen påbegyndes til køretøjet standser, er kun en del af den samlede bremsevej. Hertil skal yderligere lægges det stykke, motorcyklen kører i reaktionstiden, den tid der går fra forhindringen opdages til bremsningen påbegyndes. Reaktionstiden er meget forskellig fra menneske til menneske, men i reglen regner man med, at bremselængden forøges med et stykke, svarende til selve bremsevejen ved den pågældende hastighed. Hastigheden må altså altid afpasses således, at der er frit udsyn mindst to bremselængder frem.

Accelerationskræfter.

En hastighedsændring vil, som vi har set det tidligere, altid fremkalde visse accelerationskræfter. Bremsning er jo i allerhøjeste grad en hastighedsændring, og der optræder da også meget kraftige accelerationskræfter, der angriber motorcyklen i dens tyngdepunkt.

[ Accelerationskræfternes virkning under opbremsning. Man ser, hvorledes forhjulstrykket øges, og trykket på baghjulet formindskes. ]Denne kraft vil forsøge at tippe hele cyklen rundt om forhjulets berøringspunkt med vejbanen. Det er f. eks. denne kraft, der får motorcykler med teleskopgaffel til at »dykke« under opbremsning, og accelerationskraften vil forøge hjultrykket på forhjulet, medens baghjulet aflastes tilsvarende. I det foregående afsnit vistes, at den maximale bremsekraft var afhængig af hjultrykket, og accelerationskraften betyder derfor, at forhjulet er i stand til at overføre en større bremsekraft til vejbanen end baghjulet.

Heri ligger begrundelsen for, at mange motorcykler er forsynet med kraftigere bremser på forhjulet end på baghjulet og der skal derfor i denne forbindelse advares lidt mod den uvilje, der hersker blandt mange motorcyklister mod at bruge forhjulsbremsen. En hurtig og effektiv opbremsning er umulig uden fuld anvendelse af forhjulsbremsen, og man kan trygt gøre dette, uden at frygte for at cyklen skal slå en kolbøtte. Hertil er friktionskraften mellem hjul og vejbane nemlig alt for lille, så det højeste, der kan ske, er at forhjulet begynder at skride, og selvom dette jo ikke er særlig betryggende, kan udskridningen standses blot ved at slække lidt på bremsen et øjeblik. Det her anførte gælder selvfølgelig kun, når der er tale om kørsel på tør vej. Er føret glat, skal man være mere varsom med at benytte sin forhjulsbremse for kraftigt, da udskridningsfaren i dette tilfælde er mangedoblet.


Fra bogen:
MOTORCYKEL
&
KNALLERT

POLITIKENS HÅNDBOGSSERIE

[ Logo fra Politikens forlag 1956 ]

Bogen er skrevet af civilingeniør M. Teisen, civilingeniør J. Maimann og Hjalmar Petersen. Tegningerne er lavet af Arne Gaarn Bak, Verner Hancke, Erling Nederland og Ib Withen.