20 października 2017

 

W niniejszym artykule omówiono problem doboru łańcucha do motocykli klasycznych, w aspekcie strat mocy w łańcuchu, na przykładzie motocykla Royal Enfield. Wnioski wynikające z niniejszego opracowania można rozszerzyć również na motocykle innych marek.

Jerzy Mydlarz

Royal Enfield Bullet 500 jest wyposażony fabrycznie w łańcuch bez-o-ringowy 530 o długości 95 ogniw. Jego żywotność jest określona na około 12 tysięcy kilometrów. Znane są częste przypadki konieczności wymiany oryginalnego łańcucha przed osiągnięciem takiego przebiegu, jak i udokumentowane zdarzenia znaczącego przekroczenia tej wartości. Trwałość łańcucha motocyklowego zależy zasadniczo od warunków eksploatacyjnych, stylu jazdy i częstotliwości jego smarowania. Ponieważ w polskich warunkach większość właścicieli eksploatuje swoje Bullety na drogach asfaltowych, to wpływ rodzaju drogi na zużycie łańcuch nie jest tak duży jak np. w Indiach. Styl jazdy ma duży wpływ na trwałość łańcucha. Płynna jazda i zwiększanie obrotów silnika przed włączeniem sprzęgła, przy każdej redukcji biegów mają istotne znaczenie. Co się tyczy smarowania, to nie wnikając w różne szkoły, rozpoczynające się od tradycyjnego gotowania łańcucha w smarze grafitowym po stosowanie najnowszych preparatów w aerozolach, trzeba stwierdzić, że najważniejsza jest sama czynność smarowania. Nie ma aż tak dużego znaczenia czym łańcuch jest smarowany. Łańcuch wyczyszczony i nasmarowany dowolnym olejem będzie miał niewiele mniejszą trwałość niż ten, nasmarowany preparatem optymalnym zalecanym przez producenta. Na rysunku 1 przedstawiono wpływ rodzaju smarowania i jego braku na trwałość łańcuch. Należy zwrócić uwagę, że łańcuch smarowany nieprawidłowo (ale jednak smarowany) zużywa się tylko trochę szybciej niż łańcuch smarowany prawidłowo. Smarowanie wstępne (kolor zielony) oznacza łańcuch posmarowany jedynie przez producenta.

wplyw-rodzaju-smarowania-na-trwalosc-lancucha

Rys. 1 Wpływ rodzaju smarowania na trwałość łańcucha [1]

Bardzo istotną informacją, zawartą w wykresach, jest gwałtowny wzrost zużycia łańcucha suchego – reprezentowany przez niebieską krzywą. Każdy motocyklista, który przejechał dłuższy odcinek drogi w deszczu wie, jak suchy potrafi być łańcuch po wypłukaniu przez wodę środków smarnych. Dlatego na każdą wyprawę należy zabierać dowolnego typu preparat do smarowania łańcucha.

Czy warto zastosować łańcuch o-ringowy w motocyklu klasycznym?
Przez fora internetowe i prasę motocyklową przetoczyło się wiele ciekawych dyskusji na ten temat. Trudno jest udzielić jednoznacznej odpowiedzi na wcześniej postawione pytanie, ponieważ zagadnienie ma wiele aspektów. W celu przeprowadzenia rzetelnej analizy należy w pierwszej kolejności porównać budowę obu rodzajów łańcucha. Na rysunku 2 pokazano przekrój ogniwa zwykłego łańcucha bez uszczelnień.

Przekroj-lancucha-zwyklego

Rys. 2 Przekrój łańcucha zwykłego [opracowanie własne]

Na przekroju widoczne są płytki zewnętrzne i wewnętrzne, tulejka z umieszczoną na niej rolką i przechodzący przez tulejkę sworzeń. Zielonym kolorem zaznaczono umownie warstwy środka smarnego, które w rzeczywistości są proporcjonalnie znacznie cieńsze niż te na przedstawionym przekroju. Na rysunku widoczny jest nieuszczelniony obszar pomiędzy wewnętrzną a zewnętrzną płytką (pokazaną jedynie we fragmencie z powodu przekroju). Rysunek 3 przedstawia przekrój ogniwa łańcucha o-ringowego. Pierścień uszczelniający jest wykonany z elastomeru, uszczelnia on przestrzeń pomiędzy płytkami zewnętrzną i wewnętrzną.

Przekroj-lancucha-o-ringowego

Rys. 2 Przekrój łańcucha zwykłego [opracowanie własne]

To uszczelnienie zapewnia utrzymanie smaru pomiędzy sworzniem a wewnętrzną powierzchnią tulejki. Zjawisko zwane potocznie wyciąganiem się łańcucha polega głównie na wzrastającym luzie pomiędzy sworzniem a wewnętrzną powierzchnią tulejki. Rolka osadzona na tulejce, w obu typach łańcuchów, nie jest uszczelniona, i między innymi dlatego również łańcuchy o-ringowe wymagają regularnego smarowania. Zastosowanie uszczelnień zapewnia wzrost trwałości łańcucha, a wymiarowo powoduje zwiększenie jego szerokości. Szerszy łańcuch może ocierać o obudowę sprzęgła lub skrzynki biegów. W motocyklu Royal Enfield Bullet 500, zastosowanie łańcucha o-ringowego wymaga usunięcia niewielkiej ilości materiału z obudowy sprzęgła w celu wyeliminowania tego zjawiska.

fragment-lancucha-o-ringowego

Rys. 4 Fragment łańcucha o-ringowego umieszczony w imadle

Pierścienie uszczelniające umieszczone pomiędzy płytkami łańcucha powodują wzrost oporów tarcia podczas jego pracy. W czasie jego ruchu pomiędzy kołami łańcuchowymi jest on niemal wyprostowany przez siłę rozciągającą – w górnym biegu podczas przyspieszania motocykla, a w dolnym biegu w czasie hamowania silnikiem. W czasie ruchu na kołach zębatych łańcuch jest zgięty. Na rysunku 4 pokazano kilka ogniw nowego łańcucha o-ringowego, uchwyconych za skrajne ogniwo pomiędzy szczękami imadła. Ogniwa zachowują pozycję poziomą.
Przedstawiony na rysunku 5 fragment nowego łańcucha zwykłego (bez o-ringów) tej samej wielkości (tj. 530) zachowuje się zupełnie inaczej. Nawet mniejsza ilość ogniw powoduje całkowite ugięcie łańcucha pod własnym ciężarem.

fragment-lancucha-zwyklego

Rys. 5 Fragment łańcucha zwykłego umieszczony w imadle

Ta prosta demonstracja dowodzi jednoznacznie, że opory tarcia przy zginaniu łańcuchów o-ringowych są większe. Wielu motocyklistów intryguje, jaki jest ilościowo wzrost oporów w układzie napędowym motocykla przy zastosowaniu łańcucha o-ringowego w porównaniu z łańcuchem zwykłym. W internecie można znaleźć różne informacje na ten temat. Serwis DirtArena.pl przedstawił tłumaczenie tekstu: „Utrata mocy. Jaki rodzaj łańcucha wybrać? O-ring (lub inny zabezpieczony uszczelkami, x-ring) czy może zwykły?” autorstwa pana Grega Burnsa, Mechanical Engineer, Dirt Tricks Inc. Ten bardzo ciekawy artykuł omawia różnicę pomiędzy oboma typami łańcuchów, a nawet podaje dane liczbowe.

schemat-stanowiska

Rys. 6 Schemat stanowiska

Z tych danych wynika, że największa różnica w stratach mocy wynosi dla łańcuchów o-ringowych 0,048 KM tj. około 36 W, w odniesieniu do łańcucha zwykłego bez-o-ringowego. Jest to cenna informacja, która może wskazywać na to, że często spotykany pogląd o większym obciążeniu silnika, wywołanym przez łańcuch o-ringowy można by włożyć pomiędzy anegdoty. Słabością przytoczonej publikacji jest jednak brak podania metody pomiaru różnicy mocy. Liczby są podane „na wiarę”. Ponadto trudno uwierzyć, że różnica strat mocy jest wielkością stałą w całym zakresie prędkości jazdy.
W tej sytuacji postanowiłem zbudować proste stanowisko pomiarowe i przeprowadzić analizę porównawczą poboru mocy przez dwa nowe łańcuchy tj. zwykły i o-ringowy.

Stanowisko pomiarowe
Przystępując do budowy stanowiska pomiarowe przyjęto następują założenia:

  1. Opory bezwładności obu łańcuchów są takie same, ponieważ pomiary będą prowadzone ze stałą prędkością obrotową;
  2. Próby będą się odbywać bez obciążania łańcuchów, ponieważ celem jest poznanie strat tarcia generowanych przez uszczelnienia w odniesieniu do łańcucha bez uszczelnień;
  3. Pomiar mocy strat będzie odbywał się poprzez pomiar mocy elektrycznej pobieranej przez silnik napędowy stanowiska. Watomierz będzie włączony pomiędzy źródło zasilania a silnik elektryczny jednofazowy napędzający stanowisko;
  4. Oba łańcuchy będą nowe i będą pochodziły od tego samego producenta firmy YBN, co zwiększa ich podobieństwo geometryczne i wymiary ogniw;
  5. Każdy łańcuch będzie posmarowany w pierwszym teście smarem fabrycznym w stanie dostawy, a w drugim olejem przekładniowym Hipol 80W/90 naniesionym na ten smar.

Schemat stanowiska przedstawiono na rysunku 6.

stanowisko-badawcze

Rys. 7 Stanowisko badawcze

Podstawę stanowiska badawczego, przedstawionego na rysunku 7, stanowi tokarka stołowa typu NUTOOL DN67FB. Ma ona sześć prędkości obrotowych wrzeciona do zwykłych prac tokarskich i zestaw kół zmianowych do nacinania gwintów. Pomiary prowadzono dla sześciu podstawowych prędkości obrotowych wrzeciona od 170 do 1950 obr/min.
W uchwycie tokarki umieszczono małe koło łańcuchowe motocykla Royal Enfield o liczbie zębów 18 (Rys. 8).

przednie-kolo-zebate-umieszczone

Rys. 8 Przednie koło zębate umieszczone w uchwycie tokarki