23 października 2021

Na specjalnym wsporniku, przedstawionym na rysunku 9, umieszczono ułożyskowane duże, tylne koło zębate z tego samego motocykla, o liczbie zębów 38. Na tym samym rysunku widoczne są trzy z czterech zabieraków przenoszących moment obrotowy na tylne koło za pośrednictwem gumowych poduszek w kształcie sektorów. To rozwiązanie konstrukcyjne zostało opracowane przez firmę Royal Enfield i przejęte później przez wielu innych wytwórców motocykli, podobnie jak sucha miska olejowa i wiele innych rozwiązań [2].

tylne-kolo-zebate-zamocowane

Rys. 9 Tylne koło zębate zamocowane na wysięgniku i w specjalnym wsporniku

Oba koła łańcuchowe były nowe i nigdy nie używane. Koła połączono w czasie każdej z prób jednym z dwóch nowych łańcuchów tj. bez-o-ringowy i o-ringowy, oba o wielkości 530 i długości 108 ogniw. Dla każdego łańcucha przeprowadzono sześć biegów z rosnącymi prędkościami obrotowymi wrzeciona wynikającymi z budowy tokarki. Każdy bieg trwał około pięciu minut w celu ustabilizowania wskazań watomierza. Dla obu łańcuchów przeprowadzono taką samą ilość biegów w takich samych warunkach temperatury otoczenia. Przed przeprowadzeniem prób tokarka pracowała luzem przez 0,5 godziny dla rozgrzania i ustabilizowania temperatury oleju we wrzecienniku. Pomiar mocy elektrycznej przeprowadzono za pomocą elektronicznego watomierza przedstawionego na rysunku 10.

watomierz-elektroniczny-wskazuje

Rys. 10 Watomierz elektroniczny wskazuje chwilowy pobór mocy w wielkości 280 W

Pierwszą serią pomiarów przeprowadzono na łańcuchach nasmarowanych wstępnie przez producenta. Zastosowany środek smarny ma również, a może głównie funkcje konserwujące. Producent pragnie, aby łańcuch dotarł do użytkownika bez widocznych oznak korozji. W drugiej serii pomiarów, a właściwie przed pomiarami, oba łańcuchy zostały posmarowane olejem przekładniowym Hipol o lepkości 80W/90. Tego typu olej wielu producentów łańcuchów zaleca, na opakowaniach swoich wyrobów, jako podstawowy środek smarny. Zgodnie z zasadami olej został naniesiony na wewnętrzną powierzchnię łańcuchów na jedną dobę przed próbami. Celem tej zwłoki było zapewnienie czasu na penetrację środka smarnego.

Wyniki pomiarów
Wyniki uzyskane w czasie prób przedstawiono w tabeli 1 i 2.

lancuch-w-stanie-dostawy

Tab. 1 Łańcuch w stanie dostawy; temperatura otoczenia 8,6 oC

 

lancuch-pokryty-olejem-Hipol

Tab. 2 Łańcuch pokryty olejem Hipol 80W/90; temperatura otoczenia 5,6 oC

Z pomiarów przeprowadzonych w pierwszej serii wynika jednoznacznie, że różnica oporów rośnie wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. Dobrą wizualizacją uzyskanych wyników są wykresy pokazujące wzrost oporów tarcia w łańcuchach w funkcji prędkości obrotowej. Wykresy pokazano na rysunku 11.

wykres-mocy-oporow

Rys. 11 Wykres mocy oporów w funkcji obrotów wrzeciona tokarki dla łańcuchów pokrytych smarem przez producenta

Linia koloru czerwonego reprezentuje moc oporów przy napędzaniu łańcucha o-ringowego. Linia koloru niebieskiego obrazuje moc oporów dla łańcucha zwykłego, zaś linia koloru żółtego przedstawia wartość różnicy mocy oporów. Na osi pionowej oznaczono wartość mocy w Watach, a na osi poziomej prędkość obrotową w obr/min.

wykres-oporow-lancuchow

Rys. 12 Wykres oporów łańcuchów w funkcji obrotów wrzeciona tokarki dla łańcuchów pokrytych olejem

Wyniki pomiarów przeprowadzonych w drugiej serii, z naoliwionymi łańcuchami, przedstawiono w tabeli 2.
Uzyskane wyniki wskazują na ogromny wpływ oleju na zmianę charakteru zjawisk. Przedstawiono je na rysunku 12. Wszystkie oznaczenia i kolory krzywych pozostawiono takie jak na rysunku 10.

Analiza wyników
Uzyskane wyniki wskazują w pierwszej serii na nieco wyższą niż we wzmiankowanej publikacji różnicę poboru mocy. Ponadto nie jest ona wartością stałą lecz zmienia się w funkcji prędkości obrotowej. Z przeprowadzonych badań wynika, że wynosi ona około 67 W na niekorzyść łańcucha o-ringowego przy prędkości obrotowej 1950 obr/min.

ekstrapolacja-krzywych-strat

Rys. 13 Ekstrapolacja krzywych strat mocy dla łańcuchów pokrytym smarem przez producenta

Obroty wrzeciona tokarki wynoszące 1950 obr/min odpowiadają prędkości jazdy około 45 km/h na biegu bezpośrednim. Wartość 67 W, jest pomijalnie mała, stanowi ona bowiem zaledwie około 0,4% mocy znamionowej silnika Bulleta 500 wynoszącej 16 kW [3]. Obroty mocy maksymalnej silnika tego motocykla wynoszą około 5500 obr./min. Bieg najwyższy jest biegiem bezpośrednim, zatem z taką prędkością obrotową wiruje małe koło łańcuchowe przy prędkości jazdy około 125 km/h. Arkusz kalkulacyjny umożliwia ekstrapolowanie krzywych przy pomocy tzw. linii trendu. Dla uzyskanych z badań danych, najdokładniejszą ekstrapolację daje krzywa wielomianu drugiego stopnia. Wynik ekstrapolacji przedstawiono na rysunku 13. Z wykresu ekstrapolacji można odczytać, że różnica straty mocy przy prędkości około 125 km/h wynosi około 300 W.

ekstrapolacja-krzywych-strat-mocy14

Rys. 14 Ekstrapolacja krzywych strat mocy dla łańcuchów pokrytych olejem przekładniowym

Paraboliczny kształt krzywych wynika z oporów aerodynamicznych elementów wirujących stanowiska badawczego, ruchu łańcucha w powietrzu oraz z oporów hydraulicznych w układzie smarowania kół zębatych tokarki. Gdyby badać same siły tarcia w funkcji prędkości obrotowej, to powinny być one liniami prostymi, jak na rysunku 15.

wyliczona-moc-tarcia

Rys. 15 Wyliczona moc tarcia łańcucha o-ringowego w funkcji prędkości jazdy

Naniesienie na obydwa łańcuchy oleju przekładniowego znacząco zmieniło wyniki pomiarów. Były one takim zaskoczeniem, że ponowiono próby. Otrzymane powtórnie wyniki nie zmieniają tego obrazu. Okazuje się, że w zakresie prędkości obrotowych od 170 do 450 obr/min pokryty olejem łańcuch o-ringowy pobierał porównywalną lub mniejszą moc niż łańcuch zwykły. Ponadto największa zmierzona różnica poboru mocy była mniejsza i wynosiła około 39 W dla obrotów 1950 obr/min.
Podobnie jak dla pierwszych pomiarów dokonano ekstrapolacji krzywych strat tarcia. Jej wynik przedstawiono na rysunku 14. Z ekstrapolacji wynika, że w zakresie obrotów powyżej 1950 obr/min opory tarcia łańcucha o-ringowego ponownie wzrosną i przekroczą wartość uzyskaną przez łańcuch zwykły, będzie to jednak wzrost nieco mniejszy niż poprzednio, tj. około 250 W.
Wyniki ekstrapolacji krzywych należy traktować wyłącznie jako hipotezę ponieważ wykraczają one daleko poza zakres pomiaru. Przed zbudowaniem stanowiska przeprowadzono próby quasi-statyczne polegające na zginaniu jednego ogniwa łańcucha o-ringowego, umieszczonego w imadle, za pomocą dynamometru. Następnie ze zmierzonej wartości siły wyznaczono pracę tarcia i wyliczono moc strat dla różnych prędkości obrotowych kół łańcuchowych. Wyliczona na takiej podstawie moc strat tarcia w łańcuchu o-ringowym przy maksymalnej prędkości jazdy tj. około 125 km/h wynosiła około 100 W. Wyniki obliczeń przedstawiono na rysunku 15.

Wnioski
Z przeprowadzonego postępowania wywnioskowano, że zastosowanie w motocyklu klasycznym łańcucha o-ringowego, pomijając aspekt montażu i możliwości ocierania szerszego łańcucha o obudowę sprzęgła lub skrzynki biegów, nie spowoduje istotnego pogorszenia parametrów ruchowych ze względu na małą wartość różnicy straty mocy.
W przypadku smarowania łańcucha o-ringowego olejem przekładniowym wartość tej różnicy jest jeszcze mniejsza.
Wydaje się, że wszyscy motocykliści po zamontowaniu łańcucha o-ringowego, niezależnie od rodzaju motocykla, powinni go bez zbędnej zwłoki dodatkowo przesmarować.

Jerzy Mydlarz

Niniejszym chciałbym przekazać serdeczne podziękowania dla pana Zbigniewa Wichrowskiego z firmy V-MOTOR z Bielska-Białej za bezpłatną pomoc w zakuwaniu łańcucha o-ringowego do celów badawczych.

Literatura:
1. Materiały informacyjne firmy IWIS
2. M. Walker: Royal Enfield the complete story, The Crowood Press Ltd, 2003
3. Instrukcja obsługi motocykla Royal Enfield Bullet 500 cc

artykuł pochodzi z wydania 1/2 (76/77) styczeń/luty 2014