Motocyklowe skrzynie biegów - część 1

Jak wszystkie pojazdy mechaniczne, wyposażone w silniki spalinowe, również motocykle przenoszą moc na koła za pomocą skrzyni biegów. Dotyczy to wszystkich konstrukcji, może poza jednym wyjątkiem. Jest nim współcześnie budowana amerykańska maszyna BossHoss, która wyposażona w samochodową pięciolitrową jednostkę napędową V8 po prostu nie wymaga zmiany przełożeń. Pozostałe motocykle zawsze mają skrzynie biegów, chociaż bardzo różnych konstrukcji.
Podstawowo rozróżnić możemy trzy rodzaje skrzyń przekładniowych – klasyczna, bezstopniowa CVT (Continously Variable Transmission) oraz automatyczna DCT (Dual Clutch Transmission).

Klasyczna motocyklowa skrzynia biegów w znakomitej liczbie przypadków różni się od samochodowej wieloma istotnymi elementami konstrukcyjnymi. Niemal od początku istnienia motocykli ich konstrukcja oparta była na kołach zębatych o zazębieniu prostym i sekwencyjnej zmianie przełożeń, czyli mniej więcej tak, jak odbywa się to w samochodach sportowych i wyścigowych. W dawnych konstrukcjach motocyklowych stosowano ręczną zmianę biegów dźwignią umieszczoną bezpośrednio w skrzyni biegów (w USA to rozwiązanie wykorzystywano jeszcze w latach 40.) lub też zamocowaną w tzw. kulisie przy zbiorniku paliwa. Lata 50. to już całkowita dominacja systemu z nożną zmianą biegów.

Większość obecnie stosowanych przekładni motocyklowych umieszczonych jest we wspólnej obudowie z silnikiem i pracuje we wspólnej kąpieli olejowej (łącznie ze sprzęgłem), lecz nie zawsze tak jest. Niektóre firmy, jak Harley-Davidson, Moto Guzzi, czy BMW, w pewnych modelach stosują skrzynie biegów w osobnej obudowie, co jeszcze w latach 30. ubiegłego wieku było rozwiązaniem najbardziej rozpowszechnionym. Obecnie w seryjnych motocyklach raczej odchodzi się od tego rodzaju konstrukcji, bo są bardziej skomplikowane i energochłonne w produkcji.

Każda skrzynia przekładniowa ma mniej więcej taką samą zasadę działania. Składa się z kilku podzespołów – wałka sprzęgłowego, na którego końcu jest zamocowane sprzęgło i na który jest przekazywana jest moc z silnika, zestawu kół zębatych zmieniających przełożenia, elementu sterującego oraz wałka zdawczego, który przekazuje napęd na tylne koło poprzez łańcuch, wał lub pas napędowy.

Współcześnie najczęściej stosowane są skrzynie biegów o 5 lub 6 przełożeniach. Każde z przełożeń wymaga osobnej pary kół. Ponieważ podczas pracy są one cały czas zazębione, każda para musi składać się z jednego koła przesuwnego i drugiego stałego. Koła przesuwne najczęściej luźno obracają się na wałku na tulejkach ślizgowych lub (rzadziej w maszynach sportowych) łożyskach igiełkowych. Koła nieprzesuwne są wyfrezowane z jednego elementu z wałkiem lub na niego wciśnięte za pomocą prasy.

Dalsze przekazanie mocy z wałka sprzęgłowego to zadanie kół przesuwnych, które mogą się przesuwać wzdłuż wałka i łączą się z nieruchomym kołem zębatym za pomocą sprzęgieł kłowych. Za prawidłowe przesuwanie się kół odpowiedzialne są obrotowe bębny sterujące. Wyfrezowane w tym wałku rowki o odpowiednich kształtach zamieniają jego ruch obrotowy w ruch liniowy wodzików, które przesuwają koła zębate na właściwe pozycje.

Istnieją także inne, bardziej finezyjne rozwiązania. Enerdowski Simson w modelu S51 zastosował bardzo ciekawą skrzynię biegów z klinem przesuwnym, umożliwiającą w tej samej przestrzeni zmieszczenie kół zębatych dla 3 i 4 biegu. W tym systemie zablokowanie odpowiedniego koła zębatego zapewniają 3 stalowe kulki, poruszane klinem przesuwającym się wewnątrz jednego z wałków skrzyni.

Uniesienie kulek przez klin powodowało, że łączyły one wybrane koło zębate z wałkiem. Ta konstrukcja działała bardzo sprawnie, a producent przewidywał żywotność podzespołu na co najmniej 40 000 km. Takie rozwiązanie pozwala na znaczne zredukowanie gabarytów skrzyni przekładniowej, ma jednak jedną podstawowa wadę – nadaje się jedynie do współpracy z jednostkami napędowymi o znikomej mocy, rzędu kilku KM.

W sportowych maszynach stosuje się obecnie tzw. skrzynie kasetowe – to współczesne rozwiązanie, które przeniesiono do zwykłych motocykli ze sportu. Wszystko działa tak, jak w tradycyjnej przekładni manualnej, ale zestaw wałków i kół zębatych umieszczony jest w oddzielnej obudowie, zwanej kasetą. Montuje się ją w silniku jako oddzielny podzespół. Montaż i demontaż kasety jest prosty i szybki. Do tych czynności nie trzeba rozbierać silnika, więc oszczędność czasu i nakładu pracy jest ogromna, w dodatku wymieniając całą wcześniej przygotowaną kasetę redukuje się możliwość popełnienia błędów montażowych. Łatwo można w nich też wymieniać koła zębate, gdy zachodzi potrzeba zmiany wartości przełożeń.

Co ciekawe, to rozwiązanie po raz pierwszy, jeszcze przed II. WŚ, wykorzystane zostało w polskim motocyklu Sokół 600 RT. W zespole napędowym zastosowano w bardzo nietypowy sposób mocowania niezależnej trzystopniowej skrzyni biegów. Jako zupełnie oddzielny, integralny podzespół mocowana była w tylnej części obudowy silnika. Skrzynia biegów typu kasetowego, jaką zastosowano w Sokole 600, była wtedy ewenementem, ale dzisiaj używa się tego rozwiązania dosyć często.

To rozwiązanie umożliwiało naprawę silnika lub skrzyni biegów, bez konieczności rozbierania całego zespołu napędowego. Kasowanie nadmiernego luzu łańcucha sprzęgłowego realizowane było przez obrót obudowy, umieszczonej mimośrodowo w bloku. Te rozwiązania były własnym pomysłem konstruktora, inż. Tadeusza Rudawskiego, które PZInż zakupił od niego i opatentował w roku 1936. Chwilę później ten rodzaj skrzyni przekładniowej zaczęto stosować w motocyklach brytyjskich.

W zasadzie nie różni się niczym od klasycznej manualnej skrzyni biegów, poza jednym elementem – podczas zmiany przełożeń nie trzeba używać sprzęgła, napęd rozłączany jest automatycznie. To rozwiązanie wspomagane sterowaniem elektronicznym po raz pierwszy wprowadziła Yamaha w systemie YCC-S (Yamaha Chip Controlled Shift), jednak konstrukcja półautomatycznego sprzęgła opartego na czystej mechanice jest dużo starsza i stosowana była nawet w czechosłowackich motocyklach Jawa. Naciśnięcie nożnej dźwigni zmiany biegów w pierwszej fazie powodowało rozłączenie napędu. Przy odrobinie wprawy w tym systemie, naciskając pedał z odpowiednim wyczuciem można było jeździć na półsprzęgle.

Współcześnie mechaniczne automaty zastąpione zostały przez systemy elektroniczne, zwane quickshifterami. Początkowo stosowane w sporcie wyczynowym, pozwalały jedynie na zmianę biegów na wyższe (up-shiftery), jednak wraz z rozwojem konstrukcji pojawiły się także down-shiftery pozwalające na redukcję biegów. Obecnie topowe marki motocyklowe stosują to rozwiązanie nie tylko w maszynach sportowych, ale także coraz częściej w sportowo-turystycznych, a nawet turystycznych.

Jego logika działania jest jednak zupełnie inna, niż w przypadku mechanicznego półutomatycznego sprzęgła. Quickshifter nie powoduje bowiem rozłączenia napędu, aby nie “marnować czasu”. Odpowiedni czujnik umieszczony na dźwigni zmiany biegów wyczuwa chęć zmiany przełożenia i wysyła sygnał do centralnej jednostki sterującej, która na milisekundy odcina zapłon lub dopływ paliwa, czyli wyłącza silnik. Ten moment wystarczy, aby znieść siły panujące w układzie napędowym i zmienić bieg bez konieczności użycia sprzęgła.

W tym samym czasie dokonuje się synchronizacja obrotów kół zębatych kolejnego przełożenia. Bezpośrednio po zazębieniu nowej pary kół paliwo lub zapłon są ponownie dostarczane i silnik wznawia pracę. Czas zmiany biegu (odcięcia paliwa lub zapłonu) wynosi najczęściej kilkadziesiąt milisekund (50-90) i zależny jest od szczegółów konstrukcji skrzyni biegów oraz obrotów silnika. Coraz bardziej rozbudowane systemy elektroniczne pozwalają na coraz szybsze działanie tych systemów, co ma ogromne znaczenie w sporcie, a w użytkowaniu drogowym zwiększają komfort jazdy.

Oprócz klasycznych skrzyń biegów stosowane są również bezstopniowe CVT oraz coraz powszechniej stosowane dwusprzęgłowe DCT, ale ich omówieniem zajmiemy się w osobnym materiale.

Polecamy inne artykuły z cyklu:

Motocyklowe ramy nośne

Motocyklowe skrzynie biegów – część 2

Motocyklowe układy wydechowe

Motocyklowe układy hamulcowe

Motocyklowe łańcuchy napędowe

Motocyklowe świece zapłonowe

Silniki motocyklowe

Opony motocyklowe – klasyfikacja i oznaczenia

Motocyklowe zbiorniki paliwa

Motocyklowe zawieszenie tylnego koła

Tylne zawieszenie w motocyklu – diagnostyka i typowe usterki

Motocykl – przednie zawieszenie – typowe usterki i serwisowanie