Niemiecki Hildebrant & Wolfmuller był pierwszym seryjnie produkowanym motocyklem na świecie. Obaj wspólnicy uzyskali nań patent 20 stycznia 1894 roku. Od tej chwili do dnia dzisiejszego konstrukcje podwozi motocyklowych przeszły długą drogę. Eksperymentowano i budowano różne „wynalazki”, często zaprojektowane na podstawie mylnych wniosków.
Pierwsze ramy motocyklowe mocno przypominały rowerowe. Silniki miały wtedy moce rzędu 2,5-4 KM. Jednak wkrótce osiągi znacznie się zwiększyły, a jednoślady rozwijały coraz większe prędkości. Proste i prymitywne ramy pękały, nie wytrzymując szybszej jazdy po ówczesnych nierównych drogach, a także często od wibracji silnika. Natychmiast zorientowano się, że sprawę może poprawić zastosowanie resorowania – przede wszystkim przedniego koła. Przedniego, bo jest ono sterowane i szarpnięcie kierownicy na jakimś wyboju powoduje wywrotkę.
Pierwszym miękkim zawieszeniem był tzw. „trapez”. Składał się ze sztywnego widelca, który przesuwał się w górę i w dół. Druga jego część, obracająca się w główce ramy, była połączona z głównym widelcem za pomocą obrotowych dźwigni, a pomiędzy obiema częściami widelca (główną i tą w główce ramy) montowano sprężynę. Później do ruchomych dźwigienek dodano jeszcze nożycowy, cierny amortyzator, by zapobiegać „bujaniu” się widelca po przejechaniu wyboju. Amortyzator można było skręcać lub luzować zazwyczaj za pomocą wielkiej nakrętki motylkowej, dostosowując jego tłumienie do stanu drogi – nawet podczas jazdy. Ta dość skomplikowana konstrukcja (ale niewymagająca skomplikowanej obróbki) była stosowana praktycznie we wszystkich motocyklach i w różnych mutacjach nawet jeszcze w latach 50-tych. Jednak w tzw. międzyczasie wymyślono coś znacznie prostszego i lepszego – widelec teleskopowy. To było rzeczywiście genialne – jedna rura wsuwa się w głąb drugiej, gdy motocykl najedzie na wybój, a w środku tkwi sprężyna powodująca powrót do poprzedniego położenia. Dwa takie urządzenia po obu stronach przedniego koła, połączone półkami obracającymi się w główce ramy i zawieszenie gotowe. Później dodano jeszcze amortyzację olejową; olej i zaworki dwustronnego działania mieściły się w rurach, czyli goleniach teleskopów.
Widelec teleskopowy ma jednak swoje wady. Przede wszystkim podczas mocnego hamowania z większej prędkości „siada”, czyli jedna goleń zagłębia się w drugiej nawet do końca, a więc w zakresie całego skoku. W takiej sytuacji teleskopy stają się sztywnym zawieszeniem i aż do czasu zakończenia hamowania nie są w stanie wybierać nierówności nawierzchni. W latach 50-tych zaczęto więc dość powszechnie stosować zawieszenie wahaczowe w różnych wariantach. Były więc wahacze pchane – gdy oś obrotu wahacza znajduje się za osią przedniego koła (taki widelec miały np. polskie SHL-ki M11 i „dederowskie” MZ-ki ES) i wahacze wleczone – z osią obrotu przed osią przedniego koła (np. polski skuter OSA). Mutacją tego rozwiązania były „krótkie wahacze” pchane (np. SHL M17 Gazela) i wleczone.
Jednak to rozwiązanie też miało wady. Wahacz pchany podczas hamowania również mocno usztywniał zawieszenie i nie pracował, wahacz wleczony „siadał” podobnie jak teleskopy. Jednak najgroźniejsza okazała się inna wada. Przy pewnych prędkościach zawieszenie wahaczowe potrafiło wpaść w drgania samowzbudne – tzw. „shimmy”. Powodowało to gwałtowne i prędkie skręty kierownicy od jednego skrajnego położenia w drugie. To zjawisko było nie do opanowania i kończyło się groźną wywrotką. Z kolei wahacze krótkie nie zapewniały odpowiednio dużego skoku koła. Wahacze znikły więc z motocykli i powrócono do zawieszeń teleskopowych, starając się inaczej zapobiegać ich „nurkowaniu” podczas hamowania. Wymyślono więc układy „anty-dive” (czyli: anty nurkowanie), które miały lekko usztywniać zawieszenie, gdy motocyklista wcisnął przedni hamulec. Układ tego hamulca był połączony z zaworkami w przednim zawieszeniu i zmniejszał przepływ oleju w tłumieniu dobicia. Ten system stosowany też w motocyklach seryjnych w latach 80-tych również okazał się ślepą uliczką.
W rezultacie zawieszenie teleskopowe zwycięsko wyszło ze wszystkich wymienionych „zamachów”, a sprawę „nurkowania” przy hamowaniu załatwia się obecnie odpowiednio progresywnie działającym tłumieniem dobicia. Pod koniec lat 80-tych w USA opatentowano widelec teleskopowy „upside-down” (górna część w dół). W teleskopach klasycznych węższa górna goleń wsuwa się w dolną szerszą. Zauważono, że w niektórych sytuacjach (mocne hamowanie na przyczepnej nawierzchni lub na wybojach) mniejszej średnicy górne golenie potrafią wyginać się tuż pod dolną półką. W widelcach upside-down zlikwidowano to zjawisko – górne golenie mają większą średnicę, a dolne mniejszą. Jednak klasyczny teleskop przetrwał i tę burzę, i jest nadal powszechnie stosowany. Upside-down montuje się w motocyklach o sportowym charakterze i wyczynowych.
A co z tylnym zawieszeniem? Przez wiele lat tył był po prostu sztywny, a komfort miało zapewnić siodło na sprężynach lub miękka kanapa. Później, w bardziej luksusowych motocyklach zastosowano zawieszenie suwakowe – w uproszczeniu dwa niby-amortyzatory sprężynowe umożliwiały niewielki skok osi koła. Przełomem był stosowany do dziś tylny wahacz. Przez wiele lat montowano dwa amortyzatory ze sprężynami. Jednak prędkości osiągane przez motocykle rosły, opony zapewniały coraz większą przyczepność i asfalty były coraz bardziej przyczepne. Zwykły wahacz spawany z rur stalowych okazał się zbyt wiotki – oba jego ramiona wyginały się względem siebie, czego następstwem było „pływanie” tylnego koła w zakręcie, lub inaczej mówiąc niepewne i nieprecyzyjne prowadzenie się motocykla. Choć w wielu, szczególnie mniejszych motocyklach, typowy dwuramienny wahacz z dwoma teleskopami stosuje się do dziś, w maszynach z dużą mocą i sportowych wahacze tylne stanowią najczęściej sztywną konstrukcję przestrzenną, a specjalny układ dźwigni steruje pracą pojedynczego teleskopu. Przez wszystkie lata istnienia motocykla najwięcej jednak eksperymentowano z jego kręgosłupem, czyli ramą. W miarę wzrostu osiągów silników pojedyncze, podobne do rowerowych, ramy okazywały się zbyt wiotkie. Zaczęto więc stosować podwójne dolne części, tzw. kołyski. Okazało się też, że główka ramy (przy dość prymitywnych przednich zawieszeniach) ma tendencję do „kiwania się” w przód i w tył podczas jazdy po nierównościach. Sprawę załatwiło dodanie belki poprowadzonej od dołu główki ramy do jej głównego węzła.
Takie rozwiązanie zastosowano choćby w polskich motocyklach WFM. Ale powstawały czasem też bardzo dziwne konstrukcje. Rama niemieckiego NSU Supermax była spawana z dwóch symetrycznych wytłoczek blaszanych.
Zaczęto stosować powszechniej również ramy kratownicowe, w których często silnik spełniał rolę usztywniającą. Pojawiły się również konstrukcje monocoque w których zbiornik paliwa stanowił główny element konstrukcyjny.
Odpowiednio sztywna rama przestrzenna ma sporą masę, na arenę wkroczyło więc aluminium.
Ramę z tego materiału w swoich motocyklach sportowych w 1985 roku zastosowało Suzuki. Cztery lata później w maszynach Yamahy zastosowano ramy grzbietowe „delta-box”, w których silnik był elementem nośnym. Dziś w prawie wszystkich motocyklach sportowych stosuje się właśnie takie konstrukcje. Były też i inne „patenty”. W latach 60-tych w nieistniejącym już Ośrodku Techniczno-Zaopatrzeniowym Polskiego Związku Motorowego zbudowano ciekawą ramę. Jej główny kręgosłup składał się z jednej belki – cienkościennej rury o dużej średnicy.
Dolna część tylnego stelaża zamocowana była obrotowo do węzła osi wahacza, zaś jego górną część można było przesuwać po belce głównej i mocować w żądanym miejscu za pomocą masywnego zacisku. Zmieniało się w ten sposób geometrię motocykla. Ten jeden element można było w związku z tym stosować zarówno w maszynie wyścigowej jak i rajdowej, do których z laminatu wykonywano odpowiednie zbiorniki paliwa, owiewki aerodynamiczne itp. To rozwiązanie w owym czasie świetnie spełniało swoje zadanie. Obecnie również widuje się nietypowe konstrukcje, które stosowano w przeszłości, ale oczywiście z zastosowaniem najnowocześniejszej techniki z projektowaniem komputerowym. W latach 20- i 30-tych w angielskich motocykle Vincent HRD głównym elementem konstrukcyjnym był potężny silnik V2, do którego przykręcono wszystkie pozostałe zespoły, zawieszenia, zbiornik paliwa itp. Motocykl nie miał więc ramy w pełni tego słowa znaczeniu. Obecnie tak zbudowany jest włoski Ducati Panigale. Ale klasyczne, stalowe, przestrzenne ramy rurowe są do dziś najczęściej stosowanym rozwiązaniem.
[Włodzimierz Kwas]
artykuł pochodzi z wydania 9 (84) wrzesień 2014
