ЗАДНЯЯ ЗВЕЗДА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ МОТОЦИКЛА

Заявляемое техническое решение относится к звездам цепных передач мотоциклов, точнее к ведомой звезде, располагающейся на заднем колесе мотоцикла (задней звезде).
Известна задняя звезда зубчатой передачи мотоцикла, изготовленная из стали, чаще всего используется сталь типа Ст45 или ее аналоги, которые имеют после термообработки твердость выше 210 единиц по Бриннелю и достаточно высокую износостойкость. Такие звезды выпускаются большим числом компаний-производителей и устанавливаются на современных серийных мотоциклах, число зубьев таких звезд, как правило, составляет 36-48, а профиль зуба определяется, в том числе, используемой в мотоцикле цепью. Параметры цепей и зубьев применяемых в мотоциклетной передаче звезд в достаточной степени стандартизованы. В качестве примера производителя стальных звезд можно привести французскую компанию «АFАМ Industries S.A.» ([1]: сайт в интернете  или http://www.dc-afam.ru/). Стальные звезды демонстрируют высокую надежность и ресурс, однако значительный вес (600-900 граммов в зависимости от количества зубьев) является существенным недостатком известного технического решения, особенно учитывая тот факт, что задняя звезда относится к неподрессоренной массе мотоцикла, уменьшение которой представляет значительный интерес.
Уменьшить вес задней звезды мотоцикла возможно при использовании более легких сплавов, прежде всего сплавов на основе алюминия. Использование алюминия позволяет приблизительно вдвое снизить массу задней звезды, однако вследствие недостаточной твердости поверхности и низкой износостойкости алюминиевые звезды имеют низкий (до 5-10 раз ниже по сравнению со стальными) ресурс.
Износ алюминиевых звезд носит прежде всего абразивный характер и связан с попаданием песка; и грязи между роликами цепи и зубьями задней звезды. Увеличение ресурса алюминиевой задней звезды мотоцикла в этом случае может быть достигнуто нанесением на поверхность алюминиевой звезды повышающих износостойкость покрытий.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению-(прототипом) является задняя звезда зубчатой передачи мотоцикла, изготовленная из алюминиевого сплава с нанесенным на ее поверхность твердым электрохимическим покрытием. Известное техническое решение применяется рядом производителей высококачественных задних звезд, прежде всего звезд для спортивных мотоциклов, например компанией «AFAM Industries S.A.». Твердое электрохимическое покрытие наносится на всю поверхность звезды (возможно, за исключением небольших участков токоподвода), изготавливаемой, как правило, из сплава 7075 с твердостью после термообработки ~150 единиц по Бринеллю, методом твердого анодирования (|2]: _transmission_afam_alloyrearsprockets.html); аналогичные задние звезды представлены на сайте итальянской компании «RED Racing Parts» ([3]:ssories/finaltransmissions/rearsprocketsaftermarketrims/marvic.php). Технология твердого анодирования хорошо известна и подробно описана ([4]: Аверьянов Е.Е. «Справочник по анодированию». М: Машиностроение, 1988-224 с; [5]: Шрейдер А.В. «Оксидирование алюминия и его сплавов». М.: Металлургиздат, 1960-220 с). Применение твердого анодного покрытия, а также (в некоторых моделях) дополнительных углублений с обеих сторон зубьев для более эффективного удаления абразивных частиц позволяет значительно увеличить ресурс известной алюминиевой звезды - до 60÷70% от ресурса стальной звезды при существенном снижении ее веса. Например, согласно данным [3], алюминиевая задняя звезда с твердым анодным покрытием, состоящая из 40 зубьев и предназначенная для работы с 525-й цепью, весит 360-370 граммов в то время как соответствующая стальная задняя звезда весит около 700 граммов. Однако, несмотря на значительное снижение веса и рост ресурса, известное техническое решение не обеспечивает достижение ресурса качественных стальных звезд и не позволяет реализовать минимальный вес алюминиевой звезды.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение ресурса и снижение веса задней звезды зубчатой передачи мотоцикла.
Технический результат достигается тем, что в задней звезде зубчатой передачи мотоцикла, изготовленной из алюминиевого сплава с нанесенным на ее поверхность твердым электрохимическим покрытием, толщина твердого покрытия, нанесенного на поверхность зубьев и примыкающую к ним на расстояние не более 10 мм поверхность звезды, составляет не менее 40 мкм, а толщина покрытия, нанесенного на всю оставшуюся часть поверхности задней звезды, за исключением участка токоподвода, не превышает 25 мкм. Твердое электрохимическое покрытие толщиной не менее 40 мкм может быть нанесено на поверхность задней звезды, примыкающую к поверхности зубьев на расстояние не более 3 мм. Твердое электрохимическое покрытие на поверхности зубьев и примыкающей к ним на расстояние не более 10 мм поверхности задней звезды может быть выполнено методом микродугового оксидирования. Твердое электрохимическое покрытие, нанесенное на всю оставшуюся часть поверхности задней звезды может быть выполнено методом микродугового оксидирования. Толщина твердого электрохимического покрытия, нанесенного на всю оставшуюся часть поверхности задней звезды, за исключением участка токоподвода, может не превышать 10 мкм. Твердое электрохимическое покрытие, нанесенное на всю оставшуюся часть поверхности задней звезды может быть выполнено методом анодирования, в том числе твердого анодирования.
Таким образом, в заявляемом техническом решении толщина нанесенного на различные участки поверхности алюминиевой звезды твердого электрохимического покрытия существенно различается. Это оказалось принципиально важным для достижения заявляемого технического результата, поскольку, как установлено авторами настоящей полезной модели, роль твердого покрытия существенно отличается на различных участках задней звезды и при нанесении твердого покрытия конкурируют два противоположных процесса: повышение износостойкости поверхности и снижение ее (поверхности) сопротивления усталостным нагрузкам.
Снижение предела усталости алюминиевых сплавов при нанесении твердых покрытий и особенно при увеличении их (покрытий) толщины известно ([6]: Верник С., Пиннер Р., «Химическая и электролитическая обработка алюминия и его сплавов». Л-д.: Судпромгиз, 1960-387 с.). С другой стороны, требуемый уровень износостойкости достигается при достаточно толстом твердом покрытии, обычно не менее 40 мкм.
Авторами заявляемого технического решения при анализе напряжений, возникающих в процессе работы задней звезды мотоцикла, установлено, что зона максимальных напряжений (то есть область, где требуются максимальные усталостные характеристики) не совпадает с зоной, в которой требуется максимальная износостойкость (область зубьев и примыкающая к ней).
На поверхности зубьев и примыкающей к ней поверхности звезды основная задача твердого покрытия - обеспечить износостойкость поверхности, прежде всего по отношению к абразивному износу. При этом напряжения в этой области существенно ниже максимальных напряжений, возникающих в задней звезде при работе мотоцикла, для оптимально спроектированной звезды эти напряжения не превышают 70% от максимальной величины напряжений в звезде. В то же время, зона максимальных напряжений практически не подвергается абразивному износу, в этой зоне толщина твердого покрытия для обеспечения требуемого уровня коррозионной стойкости и, возможно, декоративных качеств может быть существенно меньше (чтобы обеспечить ресурс коррозионной защиты 3 года в типичных условиях эксплуатации мотоцикла достаточна толщина покрытия 5÷8 мкм) или даже для коррозионной защиты остальной поверзности задней звезды и с декоративными целями можгут использоваться и другие технологии, например, порошковая окраска. Таким образом, при небольшой толщине твердого покрытия (или даже при использовании покрытий другого типа, например, лакокрасочных) в зоне, максимальных напряжений предел усталости материала соответствует своему максимальному значению, а это означает, что соответствующие сечения задней звезды могут иметь меньшую площадь и звезда будет легче без потери надежности. В случае же твердого электрохимического покрытия постоянной толщины по всей поверхности звезды (за исключением участка токоподвода) его толщина определяется уже условием требуемого ресурса по износу ≥40 мкм, в результате заметно снижаются усталостные характеристики материала звезды, соответственно, необходимо увеличивать площади сечений задней звезды и автоматически увеличивается ее вес.
Здесь также целесообразно указать, что при прочих равных условиях (при одной и той же площади сечений и дизайне вырезов в звезде) возникающие при работе мотоцикла напряжения в задней звезде меньше в случае, когда плоскость симметрии звезды постоянна. Сказанное поясняет фиг.1, на которой схематично представлены чертежи двух различных звезд: в одной (фиг.1а) плоскость симметрии зубьев совпадает с плоскостью симметрии той области звезды, которая присоединяется к заднему колесу, а во второй (фиг.1б) эти плоскости смещены. В результате во втором случае появляются дополнительные изгибающие напряжения, для противодействия которым требуется увеличивать сечения и в итоге вес задней звезды.
Максимальный размер области, в которой толщина твердого электрохимического покрытия составляет не менее 40 мкм, - 10 мм от зубьев определяется тем, что на таком расстоянии от зубьев уже возможно расположение выборок в задней звезде (см. фиг.1), вблизи которых локальные напряжения при работе мотоцикла начинают увеличиваться. Кроме того, увеличение площади, на которую наносится твердое электрохимическое покрытие значительной толщины, приводит к увеличению энергетических затрат на создание покрытия.
В качестве износостойкого покрытия поверхности поверхности зубьев и примыкающей к ним на расстояние не более 10 мм поверхности задней звезды согласно заявляемому техническому решению используются твердые электрохимические покрытия, полученные методом анодирования, в том числе твердого анодирования, и/или микродугового оксидирования ([7]: Суминов И.В., Эпельфельд А.В, Людин В.Б. И др. «Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование)». М.: Экомет, 2005-368 с). Микродуговое оксидирование (МДО) зубьев и примыкающей к ним поверхности алюминиевой задней звезды мотоцикла предпочтительно, поскольку оно создает покрытие с более высокими износостойкими и коррозионными характеристиками. Для большинства применяемых цепей абразивное воздействие приложено к области, примыкающей к поверхности зубьев на расстояние не более 3 мм, и в этом случае достаточно обеспечить твердое покрытие толщиной не менее 40 мкм именно такой области. Твердое покрытие остальной части поверхности задней звезды, которая не подвергается абразивному износу, может иметь толщину менее 10÷15(25) мкм и быть сформировано как методами анодирования (в том числе твердого анодирования), так и методами МДО или другим способом. Выбор между этими технологиями определяется, в том числе, имеющимся оборудованием и требованиями к декоративным качествам покрытия, а также экономическими параметрами (соотношением между стоимостью МДО и анодирования). Здесь также отметим, что заявляемое техническое решение позволяет снизить энергетические затраты при нанесении покрытия за счет значительного уменьшения его толщины на большей части поверхности задней звезды.
Реализовать заявляемое техническое решение возможно различными способами. Например, при использовании метода МДО можно нанести покрытие толщиной ~10 мкм на всю поверхность задней звезды, а затем с помощью маски «закрыть» от электрохимического воздействия всю поверхность звезды, кроме поверхности зубьев и примыкающей к ней поверхности, и продолжить МДО только подвергающейся абразивному износу области, реализовав в этой области твердое покрытие толщиной >40 мкм. Возможен и обратный подход, например, когда вначале покрытие толщиной >40 мкм наносится на поверхность зубьев и примыкающую к ней поверхность звезды (вся остальная часть «маскируется»), а затем маска удаляется и на всю поверхность дополнительно наносится МДО-покрытие толщиной ~5 мкм. Аналогичные технологические операции могут быть проведены при создании покрытий методами анодирования (в том числе твердого анодирования), а также при использовании смешанной технологии, когда часть покрытий наносится методом МДО, а часть - методами анодирования. Более того, заявляемой формуле и описанию полезной модели не противоречит и ситуация, когда твердое электрохимическое покрытие нанесено только на поверхность зубьев и примыкающую к ним на расстояние не более 10 мм поверхность задней звезды, а остальная часть поверхности окрашивается, например, порошковой краской. Конкретная реализация заявляемого технического решения, как и детали дизайна задней звезды мотоцикла (включая, например, структуру канавок на зубьях для дополнительного удаления абразива) не является предметом настоящей заявки на полезную модель.
На фиг.2 представлена фотография алюминиевой задней звезды мотоцикла согласно заявляемому техническому решению. Звезда изготовлена из сплава, Д16Т и состоит из 40 зубьев, рассчитанных на 525-ю цепь, покрытие наносилось методом МДО, толщина твердого покрытия, нанесенного на поверхность зубьев и примыкающую к ним на расстояние 2 мм поверхность звезды, составляет около 60 мкм, толщина покрытия, нанесенного на всю оставшуюся часть поверхности звезды, за исключением участка токоподвода, составляет 5-7 мкм. В качестве поверхности токоподвода использовалась цилиндрическая посадочная поверхность задней звезды, для этой поверхности возникающие в процессе работы мотоцикла напряжения достаточно малы, абразивный износ полностью отсутствует и толщина покрытия может варьироваться в широких пределах.
Вес алюминиевой звезды по заявляемому техническому решению с нанесенным покрытием составил ~290 граммов, что на ~20% меньше веса прототипа, при этом ресурсные испытания звезды показали, что ее ресурс не менее ресурса качественной стальной звезды. Аналогичные результаты были получены для алюминиевой задней звезды мотоцикла, изготовленной из сплава В93 (аналог сплава 7075).
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в заявляемой полезной модели совокупностью признаков, является снижение веса и увеличение ресурса работы задней звезды мотоцикла.
Сопоставительный анализ предлагаемой полезной модели и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемой задней звезды зубчатой передачи мотоцикла по сравнению с наиболее близким аналогом, что обеспечивает ей соответствие критерию «новизна».
Использование заявляемой задней звезды зубчатой передачи при сборке серийных мотоциклов, а также при тюнинге обеспечивает заявляемому техническому решению и соответствие критерию «промышленная применимость».