Lezers stellen ons vaak uiteenlopende vragen over de techniek van motorfietsen. Zo ook Jan de Jong met de volgende vraag over de balhoofdhoek en naloop. Peter Aansorgh geeft een uitgebreide uitleg.
Hallo luitjes,
Even een vraagje, misschien een vraag om bijscholing mijnerzijds.
Als de balhoofdhoek wordt vergroot, dan vergroot je ook de naloop.
Hoe kan het dat bij twee motoren, in dit geval de Honda CB650R en de Aprilia Tuono uit MOTO73 nr.17, met gelijke voorwielafmeting en de as in het verlengde van de voorvork, de Aprilia een kleinere balhoofdhoek heeft en een grotere naloop?
Ik hoor het graag (ben altijd bereid bij te leren)
Jan de Jong
De Aprilia Tuono 660 Factory heeft een 120/70 ZR 17 voorband. De 41mm-Kayaba upside-down voorvork staat onder een balhoofdhoek van 24,1°, de naloop is 104,7 mm, de wielbasis is 1.370 mm. Kijken we naar de Honda CB650R, dan zien we een 41mm ‘seperate function Big Piston’-voorvork van Showa onder een balhoofdhoek van 25,5°, waarbij de naloop 101 mm bedraagt. Toch staat ook de Honda op een 120/70 ZR 17-voorband. De wielbasis is met 1.450 mm een tikje langer. Jan is dus scherp. De voorvork van de Honda staat meer onderuit, wat bij dezelfde wielmaat tot een langere naloop zou leiden. Maar de praktijk blijkt anders te zijn.
Naloop
Even terug naar de theorie. De voorvork zit bovenaan vast in de kroonplaten. In het midden van die kroonplaten zit de as, waarmee de kroonplaten en de voorvork ten opzichte van het frame kunnen draaien. Het huis op de kop van het frame, waarin de as draait, heet het balhoofd. Daarin zitten de balhoofdlagers. De as zelf heet de balhoofdpen. Die as staat altijd onder een hoek, zodat de voorvork ook onder een hoek staat, met de onderkant naar voren gericht. Dat heeft interessante gevolgen, want de voorvork eindigt natuurlijk in het midden van het voorwiel. En dat midden staat nog een eindje van de grond, zo’n 30 cm bij een 120/70-17 band. Die band raakt het asfalt recht onder de wielas. Dat raakpunt is echter niet het punt waar het wiel om scharniert als je stuurt. Het wiel scharniert immers om de hartlijn van de balhoofdpen. Trek je die lijn door naar het asfalt, dan krijg je twee punten op het asfalt: het raakpunt van de band en het ‘virtuele’ scharnierpunt. Dat afstand tussen die twee is de naloop. Die is dus direct afhankelijk van de balhoofdhoek: hoe groter de hoek, hoe groter de naloop. Hij is ook afhankelijk van de wiel- en bandenmaat, want die laatste bepaalt de afstand tot het wegdek en daarmee grootte van de driehoek wielas – raakpunt band – virtueel scharnierpunt. Hoe groter het wiel, hoe groter de naloop.
Terugstelkracht
De naloop heeft veel effect op het stuurgedrag. Als je stuurt, draait het contactpunt van het voorwiel namelijk rond het virtuele scharnierpunt. Het contactpunt dus in eerste instantie opzij. Hoe groter de naloop, hoe verder het wiel opzij gaat. En dat heeft gevolgen. Tussen de band en het wegdek treedt wrijving op. Doordat het wiel ‘naast’ het scharnierpunt staat, is er een afstand tot het scharnierpunt die als hefboom fungeert. De wrijvingskracht werkt op die hefboom. Er ontstaat zo dus een draaiend koppel ten opzichte van het virtuele scharnierpunt, want koppel is kracht x arm. Dat koppel probeert het wiel terug te duwen tot het wiel weer netjes recht achter het draaipunt aanloopt. Je kent dat van de winkelwagentjes: de zwenkwieltjes draaien altijd vanzelf terug tot ze in de rijrichting rijden. De terugstelkracht zorgt dus voor rechtuitstabiliteit. Oftewel, hoe groter de naloop, hoe meer rechtuitstabiliteit de motor biedt, maar hoe minder gemakkelijk een motor stuurt. Hoe kleiner de naloop, hoe lichter het stuurt maar hoe minder stabiliteit er is. Een veelgemaakte fout bij de hobbyisten die aan ‘Te land, te zee en in de lucht’ meedoen. Balhoofd recht naar beneden = geen naloop = slingeren = plons. Met veel vermaak.
Meer factoren
Hoe groter de naloop, hoe groter de hefboom en hoe groter de terugstelkracht. Hoe groter de terugstelkracht, hoe moeilijker het is om de motor van zijn lijn te krijgen en een bocht in te sturen. Er zijn natuurlijk veel meer factoren die bepalen of een motor gemakkelijk stuurt: de hoogte van de motorfiets en de ligging van het zwaartepunt spelen mee, want die bepalen hoeveel gewicht je moet kantelen en hoeveel kracht dat kost. De wielbasis speelt ook mee. De bandbreedte en de bandvorm spelen eveneens een rol: een bredere band zal moeilijker op zijn kant rollen dan een smalle. Een band met een ronde dwarsdoorsnede doet dat moeilijker dan een met een meer parabolische bandvorm, zoals je die in de racerij vaak aantreft. Zelfs het gewicht van het vliegwiel en het toerental dat je draait heeft invloed, want hoe meer inertie het vliegwiel heeft, hoe moeilijker je het blok – en dus de hele motor – van hoek verandert. Om diezelfde reden is de wielmaat een belangrijke factor. Een groter wiel heeft immers ook meer inertie. Daardoor kun je hem moeilijker op een andere hellingshoek brengen. Dat is een belangrijke reden waarom fabrikanten van allroads in het verleden vaak van de oorspronkelijke 21 inch voorwielen naar 19 of zelfs 17 inch gingen: dat rolt moeilijker over obstakels, maar het stuurt wel flitsender door de bocht en is dus prima voor would-be-avonturiers die toch niet offroad gaan. De echte allroad-rijders lieten ze daarmee wel in de kou staan. Maar dat is weer aan het veranderen.
Flitsend of traag
Er zijn dus veel factoren die bepalen hoe goed een motor stuurt en hoe goed de rechtuitstabiliteit is. Uiteindelijk zullen de balhoofdhoek en de naloop de finetuning geven. Die hangt ook af van het gebruiksdoel van de motorfiets. Sportieve motoren hebben vaak een steilere balhoofdhoek. Dat stuurt wat scherper, vooral in combinatie met een korte wielbasis. Bij iets minder sportieve motoren staat de voorvork vaak iets meer onderuit, dat stuurt relaxter. Hetzelfde geldt voor de naloop: een kortere naloop stuurt flitsender, een lange wat trager. Die verschillen merk je goed als je eens met belading rijdt. Die rust meestal op de achterkant van de motor. De achtervering zakt daardoor in en de motor gaat onderuit staan. De voorvork dus ook. De balhoofdhoek neemt dus toe en de naloop ook. De motor stuurt trager in en is moeilijker op het aansnijdpunt – de apex – te mikken. Door de veervoorspanning achter te verhogen, herstel je de geometrie en het stuurgedrag. De achtervering wordt daar overigens niet stugger van, vaak zelfs soepeler, als deze een progressief linksysteem heeft.
Offset
Een fabrikant zoekt bij het ontwerpen van een motor dus naar de ideale balhoofdhoek en de bijpassende naloop. Die naloop zal zonder maatregelen bij de meeste balhoofdhoeken en wielmaten te groot worden. Er is echter een manier om de naloop te verkleinen. Je kunt de asopnemers onderaan de voorvork zo construeren, dat de as niet in het hart van de voorvork staat, maar een paar centimeter naar de voorkant. Dat zie je vaak bij offroads en echte allroads, die met grote 21 inch-wielen zijn uitgerust. Bij een groot wiel staat het de wielas immers hoger. Dus is de driehoek as-scharnierpunt-contactpunt groter. Daarmee is ook de naloop groter. Door de as voor de voorvork te zetten, verschuift het raakpunt van de band met het asfalt naar voren, zodat het verschil tussen het virtuele scharnierpunt en het raakpunt kleiner wordt: de naloop wordt dus korter. Deze verplaatsing van de wielas heet ‘offset’.
Kroonplaten
Zoals Jan al opmerkte, hebben de fabrikanten deze truc niet uitgehaald. De vooras zit bij beide in het midden van de voorvork. Dat is correct, maar er is nog een andere manier om een offset te verkrijgen: je kunt de kroonplaten aanpassen. Je kunt de boring voor de voorvork in de kroonplaten voor de balhoofdpen plaatsen, dat heeft hetzelfde effect. Dat zal dus de clou van het verhaal zijn: het verschil in naloop tussen de Aprilia en de Honda zit in de offset van de kroonplaten.
