Tất cả các xe tham gia MotoGP đều sử dụng bộ khung sườn nhôm! Khung sắt và một số loại khác được sử dụng trước đây! Khung Trellis được thấy khá nhiều. Nhưng bộ khung Twin-spar có phải là tốt nhất?

WebiQ gửi đến bạn vài chi tiết kỹ thuật và kiến thức về xe máy. Trong bài viết này, tôi sẽ xem xét lại những ưu điểm và nhược điểm của từng loại khung xe máy.

Từ “tiến hóa” gây hiểu lầm.

Bộ khung sườn xe máy bắt đầu như một khung xe đạp với một động cơ được gắn cưỡng bức trên đó. Và khung xe cơ bản có 3 cạnh với kích thước khác nhau. Bản thân động cơ được sử dụng như một bộ phận kết nối tăng độ chắc chắn. Phát triển theo thời gian thành khung nhôm hiện đại.

Điều đó đúng, nhưng điều này tạo ấn tượng rằng khung nhôm là một sự tiến hóa. Và phần còn lại không thể đáp ứng các các tính năng như bộ khung sườn nhôm. Trên thực tế, đa số mọi người nghĩ như vậy.

Ngoại trừ mô tô địa hình, chiếc xe với động cơ 4 xi-lanh, DOHC, 4 van, làm mát bằng chất lỏng, được gắn trên khung sườn đôi bằng nhôm là thành tựu cao nhất của một chiếc mô tô, và nếu bạn không đáp ứng các yêu cầu này, bạn không phải là người mới nhất và tốt nhất! Bạn có nghĩ vậy không?

Hãy để tôi là người đầu tiên đảm bảo với bạn, đó là một sai lầm lớn. Chỉ vì khung nhôm là thứ cuối cùng xuất hiện từ quá trình tiến hóa không có nghĩa là khung nhôm là một vị thần toàn năng khi kết thúc quá trình tiến hóa. Trong thực tế, có nhiều tính năng mà nó kém hơn khung thép về hiệu suất.

Có nhiều người sẽ nói, đó là về hiệu suất, phải không, chẳng hạn như sản xuất đắt hơn hay gì đó? Điều đó không đúng, và đôi khi khung thép sản xuất đắt hơn.

Nếu bạn nghĩ rằng khung nhôm là loại khung mới nhất và chắc chắn nhất thì bạn sẽ nhầm theo nhiều cách nghĩ khác nhau.

Một bộ khung sườn xe yêu cầu những gì?

Ngày xưa, mục đích duy nhất là gắn động cơ, nhưng khung ngày nay rất quan trọng đối với hiệu suất lái xe, như bạn đã biết.

Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn một chút, nó có thể được chia thành “chắc chắn”, “độ cứng” và “chi phí”. Nếu bạn sử dụng sự chắc chắn cho động cơ, nó sẽ không bị vỡ, đúng không? Chắc chắn là tính cần thiết để ngăn ngừa sự phá vỡ.

Bạn không thể bị bẻ cong khi bạn tác động sức mạnh vào động cơ, bạn có thể? Độ cứng là cần thiết để ngăn ngừa sự uốn cong.

Mặt khác, nếu bạn cho chiếc xe sự chắc chắn và độ cứng để chịu được sức mạnh của động cơ, bạn không thể bỏ ra 10.000 USD để sản xuất, đúng không? “Chi phí” là giữ cho giá của chiếc xe trong phạm vi chấp nhận được.

Giá thành có vẻ như một sự sáo rỗng, nhưng nó là một yếu tố quan trọng không thể tránh khỏi khi nói về bộ khung sườn xe.

Tuy nhiên, điều thú vị cần lưu ý là không phải tất cả xe máy đều là khung nhôm kép nếu chúng vẫn vô cùng đắt giá.

Từ đây, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn các đặc điểm của từng hình dạng khung điển hình.

Double Cradle Frame – Khung ống thép đôi

Bộ khung sườn ống thép đôi là chiếc xe đầu tiên có động cơ được lắp trên bộ khung 3 cạnh của xe đạp. Nhưng khi động cơ “lớn hơn”, bộ khung cần nhiều hơn là chỉ có 3 cạnh. Đây là một kiệt tác, động cơ công suất lớn, với các ống khung được sắp xếp xung quang cung cấp độ cứng hoàn toàn hơn hẳn bộ khung 3 cạnh của xe đạp.

Khung ống thép đôi được tạo thành bằng cách uốn cong các ống thép. Và khi nhìn từ bên cạnh, phần bao quanh động cơ có thể được xem như một cái nôi. Vì có hai ống ở mỗi bên nên đơn giản là “double” + “cradle” = Double Cradle – Ống thép đôi.

Vẫn có những bộ khung với chỉ một ống thép thẳng xuống và không bị chia làm 2. Được gọi là Down Tube Cradle – Khung nôi đơn. Hầu như xe máy ngày nay không còn sử dụng loại này.

Bộ khung ống thép đôi đầu tiên được Norton giới thiệu ra thế giới tại Vương quốc Anh và đã thành công rực rỡ trong các cuộc đua trên toàn thế giới, bao gồm cả Grand Prix. Nó cũng được gọi là khung giường ngủ vì nó thoải mái hơn khi ngồi như một chiếc giường so với những bộ khung khác lúc bấy giờ.

So với khung phẳng, Double Cradle có độ chắc chắn và độ cứng vượt trội, và thân xe (và động cơ) chắc chắn, do đó hệ thống treo có thể di chuyển hiệu quả hơn và rung động không ổn định do thiếu độ cứng của khung giảm đáng kể. Những điều đó tạo thành một suy nghĩ: Vận hành thoải mái = Giường ngủ êm ái = Double Cradle (Cười).

Nhưng thời gian thật tàn nhẫn, sự phát triển đã không cho phép bộ khung ống thép đôi được giữ sự “nổi tiếng”. Tuy vậy, sự yêu thích với thời gian vẫn giữ nó không bị mất đi. Vẫn còn nhiều dòng xe Classic sử dụng Double Cradle Frame. Dòng xe Naked rất phổ biến hầu như vẫn luôn là khung nôi đôi này. Honda CB-SF/SB, XJR, INAZUMA và ZRX đều sử dụng loại này.

Ngoài ra còn có một biến thể là “semi-double cradle – nôi bán đôi”, là ống đôi chỉ dành cho nửa sau và ống đơn cho nửa đầu. Bộ khung này dành cho loại xe ít đòi hỏi sự chắc chắn và độ cứng như sử dụng khung đôi và được sử dụng khi độ nhẹ và khả năng vượt trội quan trọng hơn. Ví dụ điển hình là mô tô địa hình. Trong nhiều trường hợp, ngay cả đối với các mô hình thi đấu chuyên nghiệp, chỉ có một ống khung kéo dài xuống từ cổ lái. “Cảm giác mỏng manh” là tất cả những gì cần thiết để đảm bảo chắc chắn và độ cứng, thì ngược lại ưu điểm nhẹ và mỏng là cách tốt nhất để tăng tốc và bay.

Những lợi ích

• Độ cứng cao hơn so với khung ống đơn
• Khung được hoàn thiện ở một mức độ nào đó chỉ bằng cách uốn cong các ống thép.
• Dễ dàng kiểm soát độ cứng bằng cách thêm và giá cố các cốt thép

Bất lợi

• Bộ khung khá nặng nề
• Động cơ khó tháo lắp
• Đòi hỏi kỹ năng và tay nghề cao trong sản xuất / sửa chữa

Backbone Frame – Khung xương phía sau

Backbone Frame là một sự phát triển của Double Cradle Frame. Đặc điểm khác biệt là bộ khung xương phía sau không có toàn bộ các ống thép uốn phía dưới của bộ khung ống đôi. Và khung chính như “cột sống” nên được gọi là Backbone.

Toàn bộ phần dưới của khung đôi đã không còn, nên nhìn nó có vẻ yếu ớt. Bộ khung trở nên nhỏ hơn so với khung đôi. Từ đó, động cơ được sử dụng như một phần của khung.

Đúng hơn, đây là lần đầu tiên động cơ được thiết kế để trở nên mạnh mẽ và cứng cáp ngay từ đầu..

Bản thân động cơ dường như cứng hơn một ống thép uốn cong, phải không?
Vì vậy, bằng cách sử dụng động cơ một cách tích cực, đã có thể giảm trọng lượng và tăng độ cứng của khung bằng cách loại bỏ một phần của khung. Bởi vì nó sử dụng một động cơ “rất cứng” làm thành viên bổ sung sự chắc chắn. Bộ khung này còn được gọi là Diamond Frame – Khung kim cương.

Mẫu đại diện là Kawasaki GPZ900R Ninja. Việc nó là chiếc xe nhanh nhất thế giới tại thời điểm được giới thiệu cho thấy định dạng này có lợi thế hơn so với bộ khung ống đôi. Ngày nay, hình dạng này được sử dụng trên nhiều mô tô thể thao đường trường hạng 250cc, chẳng hạn như CBR250RR, YZF-R25, GSX250R và Ninja250.

Có những ngoại lệ đối với quy tắc này, trong đó động cơ không được sử dụng như một thành phần tạo độ chắc chắn, chỉ khung xương sống cung cấp toàn bộ sự chắc chắn cho chiếc xe. Ví dụ điển hình là Honda Super Cub và Honda Monkey.

Động cơ chỉ được treo lên bộ khung và không liên quan gì đến độ chắc chắn của khung.

Những lợi ích

• Nhẹ hơn khung ống đôi
• Dễ dàng tháo lắp

Bất lợi

• Với động cơ lớn cần thiết kế để động cơ như một thành phần chắc chắc của bộ khung
• Các bộ phận kết nối giữa động cơ và khung cần thiết kế chính xác và chịu lực tốt

Twin-Spar Frame – Khung trụ đôi

Đây là một bước phát triển thêm của khung xương sống. Còn được gọi là khung hai ống.

Trong khi khung xương sống về cơ bản được hình thành bởi một “xương sống” duy nhất, chúng tôi muốn có độ cứng hơn nên thêm “hai xương”. Nếu bạn động cơ 2 xilanh, không cần phải uốn cong phần trên của động cơ như khung xương sống, vì vậy sẽ hiệu quả hơn khi xoay nó sang trái và phải của động cơ.

Khung này dựa trên ý tưởng rằng bằng cách chuyển động cơ sang trái và phải, có thể kết nối các trục gắp treo bánh sau và cổ lái theo một đường thẳng, đây là cách hiệu quả nhất để kết nối các bộ phận chịu lực nhiều nhất..

Hình dạng này được giới thiệu vào thời điểm mà việc sử dụng vật liệu nhôm ngoài ống thép trở nên phổ biến, vì vậy nó đã phát triển gần như hoàn toàn dựa trên tiền đề của khung nhôm. (Bộ khung ống đôi cũng có 2 ống bằng thép)

Nếu bạn làm một vật giống như hộp từ các tấm nhôm và kẹp động cơ vào giữa hai miếng nhôm, chắc chắn nó sẽ trở thành một khung song song. Khung làm bằng gỗ ép đùn thay vì tấm nhôm cũng được sử dụng rộng rãi.

Hiệu quả nhất tại thời điểm hiện tại, với rất ít trường hợp ngoại lệ, tất cả các mô tô được gọi là Supersports đều có hình dạng khung này. Hầu hết tất cả các mô tô trong MotoGP đều có loại khung này.

Trong những năm gần đây, việc kiểm soát độ cứng của vật liệu ngày càng trở nên phổ biến hơn bằng cách thay đổi độ dày của chúng ở các vị trí khác nhau, điều này ngày càng có lợi cho khung trụ đôi nhôm.

Những lợi ích

• Hình dạng thẳng lý tưởng khi nhìn từ bên cạnh
• Giảm thiểu các công đoạn kết nối như việc hàn dính
• Dễ dàng kiểm soát độ cứng

Bất lợi

• Khi động lớn hơn, nó sẽ có hình dạng cong khác xa lý tưởng khi nhìn từ trên xuống. Bộ khung sẽ lớn hơn rất nhiều
• Nhôm là loại vật liệu đắt tiền
• Khuôn đúc cũng sẽ đắt hơn nhiều

Monocoque – Khung nguyên khối

Dựa trên bộ khung Backbone, nhưng phát triển theo hướng khác so với bộ khung Twin-Spar. Ý tưởng cơ bản giống như khung xương sống, nhưng bản thân khung phục vụ một số chức năng, chẳng hạn như hộp chứa tăng cường và bộ lọc không khí.

Nó không còn được tạo thành từ các ống nữa mà là hình hộp giống như sự kết hợp của các tấm ván. Có thể nói, để đảm bảo độ cứng, khung được tạo thành hình hộp khổng lồ, và các chức năng khác nhau được kết hợp bằng cách tận dụng kích thước khổng lồ của nó.

Ví dụ điển hình là ZX-12R và ZX-14R, trong đó khung có thể được sử dụng làm hộp lọc không khí hoặc đặt bình ắc-quy.

Được phát triển thêm là dòng DUCATI Panigale 1198, hoàn toàn sử dụng động cơ như một thành phần kết nối chắc chắn, và kết quả là không còn vật thể giống như khung. Có một khung kết nối cổ lái với động cơ, nhưng đó là chính hộp làm sạch không khí và tôi không chắc liệu mình có thể gọi nó là khung không.

Hộp làm sạch không khí được kết nối với động cơ và cổ lái được tích hợp, vì vậy nó được coi như một khối liền khối, nhưng trên thực tế, nó có thể được gọi là không khung.

Những lợi ích

• Bạn có thể kết hợp nhiều chức năng khác nhau.

Bất lợi

• Rất khó để thay đổi thiết kế.

Underbone Frame – Khung xương dưới

Trái ngược với backbone, xương dưới là sự mất đi của khung đôi phía trên. Khung chỉ có phần phía dưới.

Không có lợi thế cụ thể về độ chắc chắn hoặc độ cứng. Nhưng vì không có gì ở phía trên, nó đã được sử dụng bởi những chiếc xe tay ga muốn có chỗ để chân. Sau cùng, bạn có thể coi nó như một chiếc xe tay ga = underbone.

Underbone cũng được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện tiện ích, đặc biệt là ở Đông Nam Á, để có thêm chỗ để chân. Thật thuận tiện để bước qua ngồi lên xe mà không cần phải nâng chân quàng qua yên xe quá cao. Hay bạn có thể chở thêm đồ ở vị trí này. Và các bạn nữ đặc biệt rất ưa chuộng bởi hình thể của chiếc scooter cùng hộc đựng đồ lớn. Thật thuận tiện!

Những lợi ích

• Tạo không gian để chân lớn. Dễ dàng thiết kết hộc đựng đồ lớn.

Bất lợi

• Không cứng nhắc.

Trellis Frame – Khung dạng lưới

Bộ khung Trellis đã được DUCATI sử dụng trong nhiều năm và trở nên nổi tiếng với bộ khung sườn trông giống khung lồng chim của xe bốn bánh hơn là khung xe máy, và đã được phát triển cho xe máy. Có thể gọi là Trellis và tiếng Ý gọi là Truss Frame.

Nó hiếm khi được sử dụng trong xe máy từ Nhật Bản, nhưng nó là một hình dạng khung khá phổ biến cho xe mô tô thể thao cao cấp, chẳng hạn như Ducati, KTM và BMW.

Nó được đặc trưng bởi khả năng theo đuổi sự chắc chắn và độ cứng lý tưởng một cách tự do bằng cách lắp ghép các ống nhỏ thành một hình tam giác (hình giàn) và kết hợp chúng với các giàn lớn và nhỏ. Mặc dù các đường ống là dễ thấy, các bề mặt hình tam giác kết hợp với các đường ống có thể được coi là một cấu trúc giống như khối liền khối lớn. Đặc điểm khác là nó “đẹp để nhìn” (đây là một ý tưởng cá nhân).

Hiệu suất rất cao vì bạn có thể đặt đường ống lý tưởng ở nơi lý tưởng, nhưng điểm yếu lớn nhất là nó đòi hỏi rất nhiều kỹ năng trong sản xuất vì nó đòi hỏi phải hàn các ống ngắn lại với nhau một cách chính xác và không thể so sánh được để tạo ra toàn bộ. Ngoài ra, vì có nhiều đường ống, chúng có xu hướng nặng, và nếu chúng ta cố gắng giữ chúng không trở nên nặng, đường kính của ống sẽ trở nên cực kỳ nhỏ và độ dày thành ống sẽ trở nên rất mỏng, điều này sẽ làm tăng thêm độ khó của sản xuất vốn đã khó. Để bắt đầu, có rất nhiều điểm hàn. Nó hoàn toàn không thích hợp để sản xuất hàng loạt.

Lý do tại sao rất ít ví dụ nào về việc sử dụng nó trên các dòng xe từ Nhật Bản là nó không phù hợp để sản xuất hàng loạt. Mặt khác, lý do tại sao có rất nhiều trường hợp áp dụng mô tô nước ngoài là chúng phù hợp hơn với sản xuất số lượng nhỏ. Nếu chúng ta dựa vào công nhân lành nghề để sản xuất, chúng ta có thể sản xuất số lượng xe máy theo kế hoạch không? Đây là một ngã ba trong suy nghĩ.

Nếu bạn phải sản xuất một số lượng xe máy nhất định, như xe máy được sản xuất tại Nhật Bản, bạn không thể áp dụng chúng ngay cả khi bạn muốn.

Những lợi ích

• Hiệu suất rất cao
• Thật đẹp khi nhìn vào
• Khung có thể trở nên nhẹ nhàng

Bất lợi

• Sản xuất đòi hỏi kỹ năng cao
• Không thích hợp để sản xuất hàng loạt

Đúng người, đúng nơi, đúng lúc

Ví dụ, một chiếc xe tay ga mua sắm 50cc với khung ống đôi bằng nhôm sẽ kém tiện lợi hơn vì nó sẽ không bằng phẳng dưới chân. Bạn thường không cần một chiếc xe tay ga mua sắm quá cứng nhắc thay vì có thể tháo lắp nhanh chóng, phải không?

Nếu ZX-14R sử dụng khung nhôm kép thay vì khung liền khối, nó sẽ có thân máy rộng đến mức nực cười. Bạn sẽ không có được tính thể thao mà mình hướng tới nếu bạn giữ nó rộng và nếu bạn vượt qua động cơ để giảm chiều rộng, bạn đang bỏ đi những lợi ích của ống đôi. Bạn không cần một chiếc ZX-14R như vậy, phải không?

Nếu bạn sử dụng khung giàn trên một chiếc thể thao 250 phân khối, giá của thân xe sẽ tăng vọt. Nó cứng cáp, dẻo dai và nhẹ tuyệt vời, nhưng có rất ít người muốn 250cc với giá 30.000 USD, đúng không?

Nếu bạn chuyển xe địa hình của mình sang loại ống đôi bằng nhôm, đá sẽ va vào động cơ khi lái xe trên sỏi đá. Nếu bạn cần tấm bảo vệ để tránh đá va vào động cơ và bạn cần hỗ trợ để đặt một bộ phận bảo vệ, thì khung phải tồn tại dưới động cơ ngay từ đầu.

Như bạn thấy, hình dạng của khung bạn cần phụ thuộc vào mục đích (mục tiêu) của chiếc xe. Ngay cả khi bạn sử dụng hình dạng và chất liệu đỉnh cao nhất, bạn cũng không thể tận dụng nó một cách tốt nhất.

Bạn nói vậy, nhưng tại sao không “alumin hóa” nó?

Nhôm có trọng lượng riêng nhẹ hơn thép, vì vậy nó có thể được chế tạo nhẹ hơn với hình dạng giống nhau. Đó là phần tốt nhất về nhôm! Tuy nhiên, cùng một hình dạng không thể cung cấp độ bền như thép.

Vì vậy, nếu bạn làm ống dày hơn để có độ bền tương đương với thép, thì cuối cùng bạn sẽ có thể làm cho nó nhẹ hơn một chút với cùng độ bền như thép.

Nhôm vẫn là tốt nhất! Thép là một thỏa hiệp để giảm chi phí! Nhưng vấn đề là khối lượng lớn hơn thép lúc đó. Lý do khiến nó lớn hơn là nó gặp bất lợi trong các lĩnh vực khác, chẳng hạn như khí động học và tính di động. Hơn nữa, diện tích khung tăng lên làm cho khung cực kỳ cứng và các ứng suất trước đây đã được khung hấp thụ nay được chuyển sang các bộ phận khác của xe.

Như bạn thấy, việc sử dụng khung thép không chỉ là vấn đề chi phí, mà còn có lý do tại sao thép được sử dụng. Không phải mọi thứ bằng nhôm đều tốt hơn.

Trên thực tế, có rất nhiều ví dụ về việc bánh xe 4 bánh trở nên nặng hơn do được sản xuất với ưu tiên “được làm bằng nhôm”. Không đơn giản là bạn có thể làm cho chúng nhẹ hơn bằng cách sử dụng nhôm!