오토바이 프레임

Motorcycle frame
트라이톤: 관 모양의 강철 노턴 페더베드 프레임의 트라이엄 엔진

오토바이 프레임은 오토바이의 핵심 구조물이다. 엔진을 지지하고, 스티어링 및 리어 서스펜션의 위치를 제공하며, 승차자와 승객 또는 짐을 지지한다. 또한 프레임에는 연료 탱크와 배터리가 부착되어 있다. 프레임 전면에는 선회하는 전면 포크를 고정하는 조향 헤드 튜브가 있으며, 후면에는 스윙암 서스펜션 운동을 위한 피벗 지점이 있다. 일부 모터사이클은[1] 부하를 견디는 응력 부재로 엔진을 포함하며, 다른 자전거는 단일 프레임을 사용하지 않고 대신 엔진에 프론트 및 리어 서브프레임을 부착한다.[2]

자재

초기에는 오토바이가 모터 달린 자전거에 불과했고, 그 결과 프레임은 관 모양의 강철이었다. 강철 튜브의 사용이 여전히 일반적이지만, 현대에는 티타늄, 알루미늄, 마그네슘, 탄소 파이버와 같은 다른 재료와 이러한 재료의 복합 재료가 사용되고 있다. 각 오토바이는 다양한 설계 매개변수(비용, 복잡성, 중량 분포, 강성, 출력 및 속도 등)를 가지므로 이상적인 프레임 설계는 단 한 건도 없으며 설계자는 최적의 선택을 숙지하여 결정해야 한다.[3]

강철

유럽과 미국에서는 최근까지도 강철 튜브가 기본 재료였다. 주요 제조업체(AJS, Ariel, BSA, Matchless, Norton, Sunbeam, Trial, Velocette, BMW, DKW, Ducati, Moto-Guzzi, Halley-Davidson, Indian)는 모두 강철 튜브를 사용했다.

예

알루미늄

원형 또는 타원형 알루미늄 관으로 용접된 프레임에 의해 관형강 프레임이 계승된 자전거 프레임에서 볼 수 있는 개발과 달리, 오토바이 프레임의 알루미늄은 거의 독점적으로 용접되며, 종종 모노코크 프레임을 형성한다.

예

탄소섬유

1983년 암스트롱 오토바이는 혁명적인 탄소섬유 프레임을 이용해 250cc 그랑프리 오토바이를 제작했다.[4] 포뮬러 원 산업에서 사용되고 있는 기술에 이어 암스트롱 디자이너 마이크 이토우와 배리 하트가 탄소 섬유 프레임을 이용해 그랑프리 경주에 출전하는 최초의 오토바이를 만들었다.[4]

예

마그네슘

마그네슘 액자 엘프 5
예

티타늄

예

합성

그리브스 250DCX 스포츠맨 1962
예
  • 2개의 알루미늄 합금 빔과 탄소 섬유 플레이트로 구성된 Bimota SB8K
  • MV 아구스타 F4 750 세리에 오로, 마그네슘 및 알루미늄
  • Greves 250DCX Sportsman, 주조 합금 "다운튜브", 튜브형 강철 리어 서브프레임 및 세미 모노코크 척추 포함.

종류들

척추 또는 등뼈

오토바이 엔진이 하나의 척추에 매달려 있다. 척추는 단단한 구조일 수 있다.

예

싱글 크래들

오토바이 엔진은 척추가 하나 달린 단일 요람에 고정되어 있다.

예

하프 이중 크래들 또는 이중 크래들

오토바이 엔진은 단일 척추와 단일 다운튜브가 있는 이중 요람에 고정되어 있다.

예
Honda CB750의 더블 크래들 프레임

전이중 크래들

모터사이클 엔진은 별도의 크래들 쌍 안에 제자리에 고정되어 있다. 노턴 페더베드 프레임이 전형적인 예였지만, 많은 "이중" 프레임들은 실제로 탱크 아래에 하나의 척추를 가지고 있다.

예
가와사키 ZX-10R의 트윈빔 프레임
Buell 번개의 알루미늄 빔 프레임

둘레

빔 또는 트윈 스파링이라고도 하며, 두 빔이 엔진을 감싸서 스티어링 헤드와 스윙 암을 가능한 최단 거리로 결합하여 강성을 향상시킨다. 빔은 보통 압착 금속(철강/알루미늄)으로 만들어진다. 트레일리스 프레임은 동일한 개념을 사용하지만 용접 부재를 사용해 프레스 금속 대신 트레일리스(trellis)를 형성한다.

안토니오 코바스는 현재 많은 현대적인 경주용 오토바이와 생산용 오토바이에 사용되고 있는 알루미늄 둘레 프레임 섀시를 개척한 공로를 인정받고 있다.[7] 1982년 코바스는 강철 백본 프레임을 대체할 더 강하고 가벼운 알루미늄 트윈빔 섀시를 개발했다.[7] 이 기술은 주요 오토바이 제조업체들이 베꼈고 1990년대까지 그랑프리 대회의 모든 주요 레이싱 팀들은 코바스가 개척한 알루미늄 프레임 디자인을 사용했다.[8]

예

충분하지 않은

Ariel Arrow에 압입된 강철 프레임

판금에서 프레임을 누르거나 스탬프를 찍어 자동차형 세미모노코크(semi-monocoque)를 형성한다. 가장 초기 사례 중 하나는 1920년 루이 재누르가 제작한 965cc 오토바이로 프레임을 사용한 프레스 스틸과 후면 스윙 팔, 앞 포크 등을 사용했다. 프레임을 완전히 누를 수도 있고(Ariel Arrow), 기존의 강관형 척추(Honda Super Cub)에 의해 조향 헤드에 압착된 후부 섹션만 있을 수도 있다. 슈퍼 컵과 화살도 기존의 망원경 포크가 아닌 강철 포크를 눌렀다.

예

모노코크

주요 기사: 모노코크

자동차 업계에서 더 흔히 볼 수 있는 모노코크 프레임은 외부 피부를 통해 하중이 지지되는 구조로 구성된다. 오토바이에서는 거의 경주용 오토바이에만 사용된다.

프랑스의 산업가 겸 엔지니어인 조르주 로이는 1920년대 경직성이 결여된 당시의 자전거에서 영감을 받은 오토바이 프레임의 개선을 시도했다. 이것은 그들의 취급과 그에 따른 성능을 제한했다. 그는 1926년에 특허를 출원했고 1929년 파리 오토모티브 쇼에서 그의 새 오토바이를 공개했는데, 아트 데코는 1930년 마제스틱을 유행시켰다. 그것의 새로운 형태의 모노코크 차체는 그가 다루었던 문제들을 해결했고, 프레임과 차체 구조는 원소로부터 어느 정도 보호해 주었기 때문에 더 나은 경직성과 함께 이중 역할을 했다. 엄격히 보면, 크로스 멤버를 통해 리벳으로 고정된 트윈 사이드 레일이 있는 박스 단면 압착형 프레임과 플로어 팬, 후면 및 전면 벌크헤드를 사용했기 때문에 세미 모노코크에 가까웠다.[12]

1968년 오사 250cc 그랑프리 레이서

피아티 경량 스쿠터는 1950년대에 함께 용접된 시트 스틸 프레스들의 모노코크 속이 빈 껍데기를 사용하여 제작되었는데, 그 안에 엔진과 변속기가 설치되었다. 기계에 접근할 수 있도록 볼트 온 풋보드에 올려놓으면서 기계가 옆으로 기울어질 수 있다.[13]

모노코크 프레임 오토바이는 1967년 그랑프리 오토바이 경주 시즌을 맞아 스페인 제조업체 오사가 개발했다.[14] 1기통 오사는 경쟁사보다 20마력(15kW)이나 적었지만 45파운드(20kg) 가벼웠고 모노코크 프레임도 기존 오토바이 프레임보다 훨씬 딱딱해 경마장에서 민첩성이 뛰어나다.[14] 오사는 1970년 맨섬 TT에서 열린 250cc 이벤트 도중 추락한 후 라이더가 사망하기 전 모노코크 자전거로 그랑프리 4개 대회에서 우승해 오사 공장이 그랑프리 대회에서 탈퇴하게 됐다.[14]

에릭 오펜슈타트, 댄 하네브링크와 같은 유명한 디자이너들은 1970년대 초에 경주를 위한 독특한 모노코크 디자인을 만들었다.[15] 1973년 맨섬 TT 레이스에서 열린 F750 이벤트는 피터 윌리엄스가 노턴 특공대를 기반으로 디자인하는 것을 도운 모노코크 프레임 존 플레이어 스페셜에서 우승했다.[16][17] 혼다는 1979년 모노코크 그랑프리 경주용 오토바이인 NR500도 실험했다.[18] 이 자전거는 타원형 모양의 실린더를 가진 엔진을 포함한 다른 혁신적인 기능들을 가지고 있었고, 결국 한 번에 너무 많은 새로운 기술을 개발하려고 시도하는 것과 관련된 문제들에 굴복했다. 1987년 존 브리튼은 무게가 12kg(26lb)에 불과한 복합 모노코크 섀시를 특징으로 하는 Aero-D One을 개발했다.[19]

알루미늄 모노코크 프레임이 가장 빠른 생산 오토바이를 목표로 하는 그들의 대표 생산 스포츠 바이크인 [20]가와사키 ZX-12R에서 2000년부터 양산된 오토바이에 처음으로 사용되었다. 2000년 사이클월드에 의해 "모노코크 백본...단일 직경 빔"과 "주조물과 시트메탈 스탬핑의 조합으로 조립"[21]이라고 기술되었다.

단품 카본 섬유 자전거 프레임은 때때로 단조로운 것으로 설명되기도 하지만, 대부분의 구성 요소를 사용하여 프레임 구조를 형성하므로([22]단조된 조각으로 몰딩하더라도), 이것들은 단조로운 것이 아니며, 페달 사이클 산업은 계속해서 이들을 프레임셋이라고 부른다.

알루미늄 모노코크 프레임을 보여주는 2006 ZX-14 컷어웨이
예

세미모노코크

주요 기사: 모노코크

'모노코크' 프레임이 튜브나 롱론 등 추가 지지대를 사용하는 경우 프레임을 '세미모노코크'라고 더 적절하게 부른다. 피터 윌리엄스의 세미 모노코크 노턴 레이서가 그 예다.

세미 모노코크 프레임이 있는 JPS Norton

트렐리스

두카티 몬스터 1000에 있는 스틸 트레일리스 프레임(빨간색). 엔진은 응력 부재다.

트레일리스 프레임은 삼각형 철근 배근으로 배열된 금속 튜브를 사용하여 가능한 한 직접 스티어링 헤드를 스윙암 피벗에 연결한다. 격자형 거더 원리를 사용하는 트레일리스 프레임은 일반적으로 용접 또는 브레이징된 원형 또는 타원형 단면 금속 관형 세그먼트로 구성된다. 잘 설계된 트레일리스 프레임은 엔진과 구성부품의 배치를 단순화하고 유지보수를 위해 접근성이 좋은 강력하고 가벼운 구조를 제공해야 한다. 트레일리스 프레임의 시공은 예를 들어 합금 빔 프레임보다 더 복잡한 공정이 필요하지만, 간단한 지그와 유능한 용접기만 있으면 된다. 큰 자본 지출이 필요하지 않기 때문에 상대적으로 적은 수로 만들 수 있는 모델에 이상적이다. 이 때문에 트레일리스 프레임은 유럽 제조업체, 특히 두카티 제조업체의 호감을 샀다.

야마하 TRX850과 같은 일부 모터사이클에는 스윙암 피벗 영역에서 합금 주물을 채용하는 하이브리드 프레임이 있다. 또 다른 변화는 트레일리스 프레임에서 엔진을 매달지만 엔진 후면에 스윙암 피벗을 주조하는 것이다.

예

응력 부재로 사용되는 엔진

추가 정보: 응력 부재 엔진
구조 튜브가 엔진 케이스에 직접 볼트로 고정되어 프레임 삼각형을 완성하는 Halley-Davidson 모델 W

승차자의 편의를 위해 모터사이클의 엔진을 고무 부싱에 장착하여 기계의 나머지 부분으로부터 진동을 분리할 수 있다. 이 전략은 엔진이 프레임 강성에 거의 기여하지 않고, 진동을 발산하기보다는 흡수가 프레임, 배기 파이프 및 기타 부품에 응력 손상으로 이어질 수 있다는 것을 의미한다.[3]

대신 엔진이 프레임에 단단하게 장착되면 진동이 전체 프레임과 라이더를 통해 전달되고 소멸된다. 견고한 마운팅은 엔진이 프레임의 전체 강성에 기여할 수 있도록 한다. 또한 프레임보다는 엔진에 직접 스윙암을 장착할 수 있게 되어 스윙암 피벗까지 아래로 연장되는 프레임 부재의 필요성을 피하게 된다. 엔진과 프레임 사이의 장착 지점 수를 늘리면 프레임에서 진동과 응력이 더 잘 분산될 수 있으며, 일반적으로 후면 스윙암, 상단 실린더 헤드 및 전면 하단 크랭크케이스 영역 사이에 삼각형을 형성한다. 단단하게 장착된 엔진이 프레임의 강성에 기여할 뿐만 아니라 결정적인 역할을 하는 경우, 그리고 엔진이 없을 경우 프레임이 변형될 정도로 헤드스톡에서 스윙암으로 힘을 전달하는 삼각형 또는 트레일리스 구조를 닫는 데 필수적인 부분인 경우, 엔진은 응력 부재 또는 상승된 engi라고 불린다.ne. 엔진과 프레임 사이의 부하를 공유하면 모터사이클의 전체 중량이 감소한다.[3]

스트레스를 받은 회원 엔진은 적어도 1916년 할리데이비슨 8밸브 레이서만큼 일찍부터 개척되어 1919년까지 생산되는 할리데이비슨 모델 W에 통합되었다.[23] 이것은 키스톤, 즉 다이아몬드 액자라고 불렸다.[24][25] 1946년형 빈센트 시리즈 B 라피드는 첨단 섀시로 설계되었으며, 이 섀시는 "그 날을 위한 투어 디포스"[26]라고 불리며, 이 섀시는 스트레스를 받는 멤버 엔진을 포함하고 있다. 1983년 가와사키 GPZ900R의 초기 시험에서는 트윈다운튜브가 포함되어 풀 크래들을 만들었지만, 다운그레이드는 하중이 거의 없는 것으로 밝혀져 섀시 강성을 위해 강철 백본과 엔진의 조합에 전적으로 의존하여 제거되었다.[27] 1994년 BMW의 R1100 시리즈 트윈스는 전방 텔레레버 포크에서 후방 모놀레버로 총 하중을 운반하는 엔진으로 스트레스의 프레임을 완전히 완화시켰다.[28][29]

강성

오토바이 설계자들에게 프레임 강성은 문제가 되는데, 오토바이가 후손인 자전거 프레임에 대한 문제였다.[30][31]

취급 특성을 개선하기 위해 공장에서 생산된 프레임의 강성을 수정할 수 있다. 이것은 종종 공장 프레임을 삼각측량하여 이루어진다.[30][32] 삼각측량은 구조물을 경직시키기 위해 많은 공학 용도에 사용되는 기술이다.[33] 그러나 유연한 프레임이 일부 하중을 흡수하는 스프링 역할을 하기 때문에 프레임의 다른 부분에 과부하가 걸리면 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다.[34]

횡강성

21세기에는 높은 트랙션 타이어를 구동하는 고출력 엔진,[35] 특히 포크를 중심으로 성능이 우수한 서스펜션 구성품 등의 발전으로 전체적인 프레임 강성이 강화된 디자인을 소비자에게 제공하는 상황이 발생하였다.[36] 분석가들은 무한 횡방향 강성이 바람직한지 [36]또는 유한 수준의 내장 플렉스가 바람직한지에 대해 의견이 다르다.[37][38]

참고 항목

참조

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  2. ^ 참고: 그 예로는 빈센트 HRD가 있다.
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원천