thumb|Widelec konwencjonalny (po lewej) i widelec odwrócony (USD)

Widelec teleskopowy – rodzaj przedniego zawieszenia motocykli i rowerów, w którym dwie rury nośne (golenie) współpracują z teleskopowo przesuwnymi rurami ślizgowymi zawierającymi elementy resorujące i tłumiące.

Charakterystyka ogólna Widelec teleskopowy jest najpowszechniej stosowanym rozwiązaniem przedniego zawieszenia we współczesnych motocyklach. Składa się z dwóch goleni zamocowanych w półkach kierownicy oraz współpracujących z nimi rur ślizgowych połączonych z osią przedniego koła. Wewnątrz goleni znajdują się sprężyny stalowe oraz olej hydrauliczny – sprężyna absorbuje energię uderzenia, a olej kontroluje prędkość ugięcia i odbicia.

Popularność widelca teleskopowego wynika z prostoty konstrukcji, niewielkiej liczby części ruchomych, stosunkowo niskich kosztów produkcji oraz korzystnego stosunku masy do sztywności. Konstrukcja ta stopniowo wyparła starsze rozwiązania – widelce trapezowe (girder), wahaczowe (leading-link) oraz widelce trapezowe z zewnętrznymi elementami sprężystymi – stając się standardem w motocyklach drogowych, sportowych i terenowych.

Niektóre widelce umożliwiają napełnienie ich sprężonym powietrzem przez zawór w górnej części goleni, co pozwala na regulację charakterystyki resorowania bez wymiany sprężyn. Jakościowe widelce posiadają elastyczny przewód łączący obie golenie, wyrównujący ciśnienie powietrza po obu stronach.

Widelce teleskopowe występują w dwóch podstawowych odmianach: klasycznej (konwencjonalnej, RSU – right side up) oraz odwróconej (upside-down, USD). Odrębną kategorię stanowią układy hybrydowe, takie jak opracowany przez BMW system Telelever, w którym funkcję resorowania przejmują wahacz i centralny amortyzator, natomiast sam widelec pełni głównie rolę prowadzącą i kierowniczą.

Zastosowanie w rowerach W rowerach widelec teleskopowy jest stosowany jako amortyzowany widelec przedni, przede wszystkim w rowerach górskich, a także w części rowerów trekkingowych i turystycznych. W takiej konstrukcji elementy sprężyste i tłumiące są zintegrowane z goleniami widelca, dzięki czemu widelec jednocześnie prowadzi przednie koło, przenosi obciążenia związane z kierowaniem i hamowaniem oraz pochłania nierówności podłoża. Zawieszenie rowerowe stosuje się w celu poprawy komfortu i prowadzenia roweru przez rozpraszanie energii pochodzącej od nierówności terenu, przy czym w literaturze wskazuje się również możliwość strat energii generowanej przez rowerzystę wskutek oscylacyjnych ugięć zawieszenia podczas pedałowania.

Historia thumb|Wczesny widelec teleskopowy z tłumieniem olejowym w BMW R12 (1939)

Początki widelców teleskopowych sięgają początku XX wieku. Jednym z pierwszych producentów wykorzystujących to rozwiązanie była brytyjska firma , która stosowała widelce teleskopowe bez tłumienia hydraulicznego już od 1908 roku – od początku seryjnej produkcji swoich motocykli. Widelce te nie posiadały hydraulicznego tłumienia drgań, pełniły jednak rolę resorującą dzięki sprężynom, a ich zastosowanie było pionierskie jak na swoje czasy. W 1934 roku duński producent jako pierwszy zastosował widelec teleskopowy z tłumieniem olejowym.

Za pierwsze seryjnie produkowane motocykle z w pełni hydraulicznym tłumieniem widelca uznaje się modele BMW R 12 oraz BMW R17, które zostały zaprezentowane 14 lutego 1935 roku na Niemieckiej Wystawie Automobilowej w Berlinie. Projekt hydraulicznego widelca opracował inżynier na bazie koncepcji prototypu BMW R7 z 1934 roku. Model R12 produkowany był do 1942 roku w łącznej liczbie ponad 36 000 egzemplarzy i był szeroko używany przez wojsko niemieckie podczas II wojny światowej.

Po II wojnie światowej część producentów, w tym BMW, rozwijała alternatywne konstrukcje zawieszenia przedniego. W 1955 roku BMW zaczęło montować widelec Earlesa (ang. Earles fork) – rozwiązanie opatentowane w grudniu 1951 roku przez brytyjskiego inżyniera Ernesta Earlesa – charakteryzujące się wysoką sztywnością boczną, naturalnym ograniczeniem nurkowania przy hamowaniu i niemal stałym rozstawem osi podczas pracy zawieszenia. Widelec Earlesa był szczególnie ceniony przy zastosowaniu z wózkami bocznymi, gdyż jego geometria uniemożliwiała uciążliwe nurkowanie podczas hamowania. BMW stosowało go we wszystkich modelach drogowych do 1968 roku – kiedy w ramach serii /5 powróciło do widelców teleskopowych – a w modelach wyścigowych od 1953 roku.

Widelec USD W późnych latach 80. XX wieku ekipy wyścigowe odkryły, że odwrócenie widelca teleskopowego – umieszczenie grubszych, sztywniejszych rur ślizgowych u góry przy potrójnym uchwycie – znacząco poprawia sztywność i precyzję prowadzenia. Widelce USD (upside-down) trafiły początkowo wyłącznie do motocykli wyścigowych, a następnie – w wyniku wymagań homologacyjnych, które nakazują zbliżenie motocykli seryjnych do wersji startowych – zaczęły być montowane w seryjnych motocyklach sportowych i stopniowo trafiać do szerszych segmentów rynku.

Systemy anti-dive W latach 80. XX wieku rozwijano systemy ograniczające zjawisko nurkowania zawieszenia podczas hamowania (anti-dive), działające przez hydrauliczne zwiększanie tłumienia kompresji pod wpływem ciśnienia w układzie hamulcowym. Do najbardziej znanych rozwiązań należały: TRAC (Honda, od 1969) – klamra hamulcowa obracała się na osi i naciskała zawór ograniczający przepływ oleju w widelcu AVDS (Kawasaki) – ciśnienie hydrauliczne z przewodu hamulcowego zamykało zawory tłumienia w widelcu ANDF (Suzuki) – podobna zasada działania, oparta na wzroście ciśnienia hamulcowego

Systemy te okazały się jedynie połowicznym rozwiązaniem – zwiększone tłumienie zwalniało nurkowanie, lecz go nie eliminowało, a przy jeździe po nierównościach pogorszeniu ulegał komfort i czułość zawieszenia. Z czasem zostały wyparte przez widelce z wkładami cartridge, widelce USD oraz układy takie jak BMW Telelever.

Konstrukcja thumb|BMW R60/2 z klasycznym widelcem teleskopowym thumb|Widelec odwrócony (USD)

Widelec klasyczny (RSU) W klasycznym widelcu teleskopowym cieńsze golenie (ang. stanchions) mocowane są w górnej i dolnej półce kierownicy, natomiast grubsze rury ślizgowe (ang. sliders lub lowers) przesuwają się po goleniach i połączone są z osią przedniego koła. Wewnątrz goleni umieszczone są sprężyny stalowe – odpowiedzialne za resorowanie – oraz olej hydrauliczny, którego przepływ przez kalibrowane otwory zapewnia tłumienie drgań.

Tłumienie Tłumienie odpowiada za kontrolę prędkości ugięcia i odbicia zawieszenia. W najprostszych konstrukcjach olej przepływa przez otwory o stałym przekroju, co oznacza, że tłumienie rośnie wraz z prędkością ugięcia, lecz nie można go regulować niezależnie w fazach kompresji i odbicia. W nowoczesnych widelcach stosuje się wkłady typu cartridge, w których zawory iglicowe lub blatowe precyzyjnie sterują przepływem oleju osobno w fazie kompresji i odbicia – dzięki temu zawieszenie może być jednocześnie miękkie na małych nierównościach i sztywne przy gwałtownych uderzeniach. Wkłady cartridge umożliwiają ponadto regulację tłumienia za pomocą zewnętrznych pokręteł, co jest standardem w motocyklach sportowych i wyścigowych.

Widelec odwrócony (USD) W widelcu USD grubsze rury ślizgowe (sliders) mocowane są u góry w potrójnym uchwycie, a cieńsze golenie łączone są z osią koła. Rozwiązanie to przynosi dwie główne korzyści: zmniejszenie mas nieresorowanych – lżejszy element przy osi koła pozwala kołu szybciej podążać za nierównościami nawierzchni – oraz zwiększenie sztywności zestawu, gdyż grubsza, odporniejsza rura przejmuje największe naprężenia tuż poniżej uchwytu kierownicy.

Wadą widelca USD jest trudniejsza obsługa serwisowa – brak dolnych śrub spustowych utrudnia wymianę oleju – a w przypadku uszkodzenia uszczelki olejowej olej, którego zbiornik znajduje się powyżej uszczelnienia, spływa grawitacyjnie w kierunku tarczy hamulcowej i opony, co stwarza poważne zagrożenie bezpieczeństwa. Widelce USD stosowane są powszechnie w motocyklach sportowych, motocrossowych i enduro, a także w droższych motocyklach klasy adventure.

Półka kierownicy thumb|Półka kierownicy (triple clamp)

Półka kierownicy (ang. triple clamp, triple tree lub yoke) łączy golenie widelca z ramą motocykla poprzez łożyska główki ramy. Składa się zazwyczaj z górnej i dolnej półki, zapewniając dwa punkty mocowania, które utrzymują golenie równolegle względem siebie i przenoszą obciążenia skrętne na ramę. Oba elementy połączone są piastą (kolumną kierowniczą), która obraca się w łożyskach główki ramy, umożliwiając skręcanie przedniego koła.

Z tendencją do stosowania jednostronnego tłumienia (tylko w jednej goleni) półka musi być odpowiednio wzmocniona, aby samodzielnie zapewniała wymaganą sztywność zestawu. Do górnej półki mocowane są zwykle kierownice tradycyjne (ang. handlebar), natomiast kierownice sportowe (clip-on) mocowane są bezpośrednio do goleni, poniżej lub powyżej górnej półki, obniżając pozycję kierowcy.

Geometria i wpływ na prowadzenie Widelec teleskopowy współtworzy kluczowe parametry geometryczne motocykla: kąt główki ramy (ang. rake) oraz wyprzedzenie (ang. trail).

Rake to kąt nachylenia osi główki ramy względem pionu. Mniejszy kąt – bardziej pionowa główka – poprawia zwrotność i ułatwia manewrowanie przy niskich prędkościach, lecz zmniejsza stabilność przy dużych prędkościach. Większy kąt – bardziej pochylona główka – zwiększa stabilność kierunkową kosztem zwinności. Typowe wartości rake dla motocykli drogowych wynoszą od 23° do 30°, dla cruiserów nawet powyżej 35°.

Trail to odległość między punktem styku opony z nawierzchnią a rzutem osi skrętu na nawierzchnię. Większa wartość wyprzedzenia stabilizuje motocykl przy jeździe na wprost – koło dąży do samoczynnego powrotu do pozycji prostej po wychyleniu – natomiast zbyt duże wyprzedzenie utrudnia inicjowanie skrętów i wymaga większej siły na kierownicy. Typowe wartości trail dla motocykli drogowych wynoszą od 80 do 120 mm.

Podczas hamowania widelec teleskopowy ugina się ku dołowi (zjawisko nurkowania, ang. fork dive), co tymczasowo zmniejsza zarówno rake, jak i trail, zmieniając charakter prowadzenia w trakcie manewru. Jednocześnie ugięcie obciąża przednią oponę, poprawiając jej przyczepność – jest to efekt pożądany z punktu widzenia skuteczności hamowania, lecz niekorzystny dla geometrii i stabilności. Zjawisko nurkowania było jedną z głównych przyczyn rozwoju systemów anti-dive, widelców Earlesa oraz układów takich jak BMW Telelever i Duolever, które eliminują lub silnie ograniczają to zjawisko.

Zalety i wady Zalety Prosta i sprawdzona konstrukcja z małą liczbą części ruchomych Niskie koszty produkcji i łatwość serwisowania w porównaniu z alternatywnymi rozwiązaniami Możliwość uzyskania dużego skoku zawieszenia przy stosunkowo niewielkiej zmianie rozstawu osi Dobre pochłanianie drgań w typowych warunkach drogowych Lekka konstrukcja w porównaniu ze starszymi rozwiązaniami z zewnętrznymi elementami nośnymi

Wady Nurkowanie podczas hamowania, zmieniające geometrię przedniego zawieszenia Podatność na skręcanie (torsja) przy gwałtownym hamowaniu lub podczas jazdy po nierównościach Zmiana rozstawu osi podczas pracy zawieszenia Tarcie statyczne (stiction) między goleniami a lagami, ograniczające czułość na małe nierówności Wzajemne wiązanie funkcji resorowania, tłumienia i prowadzenia koła w jednym elemencie, co ogranicza możliwości niezależnej optymalizacji każdej z nich

Przypisy

Linki zewnętrzne

Kategoria:Elementy budowy pojazdów Kategoria:Motocykle