Губарев А.В., Никифоров С.С. Конструкция автомобилей. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

ДВИГАТЕЛЬ

ТРАНСМИССИЯ

НЕСУЩАЯ СИСТЕМА

ПОДВЕСКА НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ

ДВИЖИТЕЛЬ

КУЗОВ

КАБИНА

Рис. 2.1. Схема устройства автомобиля.

– направление потока мощности

– подвеска несущей системы,

– кузов или кабина,

– электрооборудование.

Зачастую несущую систему с подвеской и движитель рассматривают как со-

ставляющие элементы группы агрегатов и узлов под названием «ходовая часть».

У ряда автомобилей (например, грузовых) выделяют совокупность механиз-

мов агрегатов и систем, обеспечивающих движение и управление автомобилем, в

отдельную составную часть под названием шасси. В таких конструкциях в каче-

стве двух других составляющих частей автомобиля рассматривают двигатель и

кузов.

В состав шасси входят (рис.2.2):

– трансмиссия,

– несущая система,

– колеса (движитель),

– рулевое управление,

– тормозные системы.

В регистрационных документах на автомобиль используется то же понимание

термина «шасси», номер шасси наносится на раме автомобиля. Кабина (кузов)

также имеет свой номер, зафиксированный в регистрационных документах. В

легковых автомобилях, имеющих несущий кузов, шасси отсутствует, узлы, агре-

гаты и системы автомобиля крепятся к кузову.

Зачастую термин «шасси» употребляется в другом смысле – для названия ав-

томобиля без грузовой платформы или другого оборудования, рис. 2.3, который

предназначен для поставки на предприятия, где такое оборудование будет уста-

навливаться.

1. Двигатель (силовая установка).

Двигатель в автомобиле является источником механической, электрической и

тепловой энергии, необходимой для движения автомобиля, обеспечения безопас-

ности движения и создания комфортных условий для пассажиров и водителя.

Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели

внутреннего сгорания, представляющие собой агрегат, состоящий из совокупно-

сти механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его

цилиндрах топлива в механическую.

На автомобилях могут также применяться и другие виды силовых установок –

электрические, гибридные.

Рис. 2.2. Шасси автомобиля УРАЛ-4320

Рис. 2.3. Автомобиль УРАЛ-4320 без грузовой платформы

2. Движитель.

Это механизм, обеспечивающий взаимодействие автомобиля с опорной по-

верхностью и преобразующий механическую энергию двигателя в энергию по-

ступательного движения автомобиля.

В автотракторной технике используются следующие виды движителей:

– колесный,

– гусеничный,

– водометный, для движения по поверхности воды плавающей техники,

– комбинированный (сочетания вышеназванных типов движителей).

В автомобиле основным движителем являются колеса (ведущие и ведомые).

3. Трансмиссия или силовая передача.

Трансмиссия представляет собой совокупность агрегатов и узлов, предназна-

ченных для передачи механической энергии от двигателя к движителю и преобра-

зования этой энергии в удобную для использования в движителе форму. Мосты,

как составная часть трансмиссии (там, где они есть), выполняют и поддерживаю-

щую функцию, на них закрепляются колесные узлы (движитель).

4. Системы управления.

К этим системам относятся:

– рулевое управление, предназначенное для изменения направления движе-

ния автомобиля;

– тормозная система, предназначенная для снижения скорости движения ав-

томобиля, его полной остановки и удержания на месте;

– системы управления другими агрегатами и системами автомобиля (двига-

телем, трансмиссией, климат-контроль и т.д.).

5. Несущая система.

Несущая система предназначена для крепления всех частей, систем, агрегатов

и механизмов автомобиля.

Виды несущих систем:

– рамная (грузовые автомобили, автобусы на базе шасси грузовых автомоби-

лей, легковые автомобили большого и высшего классов, легковые автомо-

били повышенной проходимости);

– несущий грузов (легковые автомобили и автобусы), в данных системах

может присутствовать подрамник для крепления двигателя с коробкой пе-

редач, элементов передней или задней подвески.

6. Подвеска несущей системы.

Предназначена для обеспечения упругой связи движителя с несущей системой

и обеспечения плавности хода автомобиля.

7. Кузов (кабина).

Кузов предназначен для размещения грузов, водителя, пассажиров и защиты

их от внешних воздействий. В ряде случаев кузов является несущей системой. К

системе автомобиля «кузов» относят также узлы, агрегаты и подсистемы, не по-

павшие в другие системы автомобиля (световые приборы, стеклоочистители, сис-

темы отопления и вентиляции, устройства безопасности и т.п.).

8. Электрооборудование.

Можно выделить в отдельную составляющую ряд узлов, агрегатов, приборов,

выполняющих различные функции, но объединенные по принципу одинакового

вида используемой энергии – электрической. Элементы электрооборудования яв-

ляются частью других систем автомобиля.

2.2. Компоновка силового привода легковых автомобилей

Под термином «компоновка автомобиля» понимается взаимное расположение

основных систем автомобиля: двигателя, трансмиссии, кузова, движителя, систем

управления. На общую компоновку автомобиля определяющее влияние оказывает

компоновка силового привода, т.е. расположение двигателя и ведущей оси (осей),

а, следовательно, и агрегатов трансмиссии.

Теоретически существует шесть вариантов компоновки силового привода лег-

ковых автомобилей:

– двигатель спереди, привод на переднюю ось (передний привод);

– двигатель спереди, привод на заднюю ось (заднеприводная, в том числе и

классическая компоновка);

– двигатель спереди, привод на переднюю и заднюю оси (полный привод);

– двигатель сзади, привод на переднюю и заднюю оси (заднемоторная или

среднемоторная компоновки с приводом на все колеса);

– двигатель сзади, привод на заднюю ось (заднемоторная или среднемотор-

ная компоновки);

– двигатель сзади, привод на переднюю ось (данная компоновка в реальных

конструкциях не используется из-за недостаточной нагрузки на ведущую

переднюю ось).

В той или иной мере первые пять из перечисленных схем реализованы в авто-

мобилях, как в серийных, так и опытных экземплярах. Среди экономичных авто-

мобилей крупносерийного производства в настоящее время доминируют две кон-

цепции: передний привод и классическая компоновка.

Популярная ранее заднемоторная компоновка, рис. 2.4а, в настоящее время

практически не используется. Среднемоторная компоновка, рис. 2.4б, в том числе

со всеми ведущими колесами, применяется на спортивных дорогих автомобилях.

Полный привод используется в автомобилях повышенной проходимости, а

также в легковых автомобилях ограниченной проходимости с целью повышения

их устойчивости на скользких и мокрых дорогах.

2.2.1. Заднеприводная компоновка

Двигатель на автомобиль устанавливается таким образом, что его ось парал-

лельна оси автомобиля (продольное расположение двигателя). Разновидности

заднеприводной компоновки:

– двигатель и коробка передач расположены спереди, главная передача и

дифференциал – сзади (классическая компоновка), рис.2.5;

– двигатель – спереди, коробка передач в блоке с главной передачей – сзади,

так называемая схема «трансэксл», которая широкого распространения не

получила, хотя имеет ряд положительных качеств (увеличивается нагрузка

на ведущую ось, т.е. улучшаются сцепные свойства автомобиля, а также

вал между двигателем и коробкой передач может быть тоньше, чем валы

карданной передачи в автомобиле классической компоновки).

Классическая компоновка широко используется в современных автомобилях

как отечественного (ВАЗ, ГАЗ, ИЖ), так и зарубежного («Даймлер-Бенц»,

«BMW», «Опель», «Порше») производства.

Свойства автомобилей классической компоновки:

– желаемая нагрузка на передние управляемые колеса (двигатель располага-

ется примерно над центром передней подвески, иногда его смещают чуть

назад для увеличения нагрузки на заднюю ось);

– большой объем заднего моста при независимой задней подвеске (рис. 2.6),

что приводит к уменьшению объема багажника, необходимости установки

топливного бака в багажнике, однако на ряде конструкций, где вместо мос-

та используется подвесной редуктор с приводом на колеса отдельными ва-

лами (рис. 2.7), этот отрицательный эффект снижается;

– наличие тоннеля для карданного вала, что уменьшает объем салона авто-

мобиля;

– простой механизм привода управления коробкой передач для напольного

расположения рычага переключения передач;

– оптимальный к.п.д. на прямой передаче;

– несложная установка гидромеханической коробки передач;

– возможность установки двигателей увеличенного рабочего объема, как за

счет диаметра цилиндров, так и за счет количества цилиндров (пространст-

во между арками колес не накладывает ограничения на данное мероприя-

тие);

– повышается безопасность при фронтальном ударе, т.к. энергия удара час-

тично поглощается двигателем и трансмиссией;

– благоприятные пространственные возможности для оформления передней

подвески и рулевого управления;

– больший возможный угол поворота управляемых колес;

– для автомобилей класса ниже среднего характерны меньшие усилия на ру-

левом колесе, однако, при возрастании массы автомобиля возрастает на-

а)

б)

Рис. 2.4. Заднемоторная (а) и среднемоторная (б) компоновки силового привода

легковых автомобилей

грузка на переднюю ось, следовательно, возникает необходимость уста-

новки усилителя рулевого управления;

– больший передний свес по сравнению с вариантом поперечного располо-

жения двигателя при переднем приводе;

– увеличенная масса по сравнению с переднеприводными автомобилями (в

основном за счет трансмиссии);

– хорошая возможность использования прицепов (нагрузка на ведущую зад-

нюю ось возрастает);

– трудности в реализации тяговых сил при пониженном коэффициенте сцеп-

ления (дождь, снег), т.к. распределение веса между передней и задней

осями примерно равно 55% и 45%;

– при движении на подъеме автомобиль классической компоновки имеет

преимущество перед переднеприводным (нагрузка на заднюю ось возрас-

тает);

– относительно малое (8-10%) изменение распределения нагрузки по осям

при полной загрузке автомобиля;

– потеря устойчивости при пробуксовке задних колес;

– при прямолинейном движении ведущие колеса идут в колее передних, т.е.

понижается вероятность аквапланирования, но при повороте это преиму-

щество теряется, и возможен занос;

– меньше тормозной путь из-за более простого распределения тормозных

сил, но недостаточно нужная устойчивость при торможении на скользких

дорогах, при торможении двигателем на низшей передаче, а при переклю-

чении с высшей на низшую – возможен юз ведущих колес и занос автомо-

биля.

В целом классическая компоновка наиболее благоприятна для легковых авто-

мобилей среднего и высокого классов.

Рис. 2.5. Классическая компоновка легкового

автомобиля: 1 – двигатель, 2 – коробка пере-

дач, 3 – главная передача, 4 – карданная пе-

редача

2.2.2. Переднеприводная компоновка

На автомобиле с передними ведущими колесами двигатель может быть установ-

лен как продольно, так и поперечно относительно оси автомобиля.

1. Продольная установка двигателя.

В этом случае возможны следующие варианты компоновки силового привода:

– двигатель перед передней осью автомобиля,

– двигатель над передней осью автомобиля,

– двигатель позади передней оси автомобиля.

1.1. Двигатель перед передней осью автомобиля.

Конструкция двигателя в сборе с коробкой передач и коробки передач при та-

кой компоновке показана на рис. 2.8 и 2.9. Кроме рядных могут устанавливаться и

V-образные двигатели.

Рис. 2.6. Автомобиль ВАЗ-2105 классической компоновки: 1 – двигатель, 2 – ко-

робка передач, 3 – главная передача, 4 – карданная передача

а)

б)

Рис. 2.7. Подвесной редуктор в приводе задних колес: а – автомобили BMW 5-й се-

рии, б – автомобиль Audi Allroad

Типичные представители автомобилей с данной компоновкой силового приво-

да: Ауди-80, Ауди-100, М-2141.

Свойства автомобилей переднеприводной компоновки с продольной установ-

кой двигателя перед передней осью:

– повышенная нагрузка на переднюю ось, т.к. центр тяжести двигателя вы-

несен максимально возможно вперед, следовательно, улучшаются тягово-

сцепные свойства автомобиля на скользкой дороге;

– хорошая устойчивость автомобиля при боковом ветре;

– достаточно большое усилие на рулевом колесе, что требует установку уси-

лителя рулевого управления;

– недостаточная поворачивемость;

– неблагоприятное распределение тормозных сил;

– возможность установки двигателей увеличенного рабочего объема, как за

счет диаметра цилиндров, так и за счет количества цилиндров;

Рис. 2.8. Двигатель переднеприводного

легкового автомобиля в сборе с коробкой

передач при продольном его расположении

перед передней осью

Рис. 2.9. Конструкция коробки пере-

дач переднеприводного легкового ав-

томобиля при продольном располо-

жении двигателя перед передней

осью

– достаточная безопасность при фронтальном ударе, т.к. энергия удара час-

тично поглощается двигателем и трансмиссией;

– большой свес спереди, что затрудняет въезд на крутые подъемы (один из

вариантов некоторого уменьшения переднего свеса – установка радиатора

системы охлаждения сбоку от двигателя);

– относительно простая конструкция механической коробки передач и меха-

низма ее управления;

– несложная установка гидромеханической коробки передач (для этого име-

ется достаточное пространство).

1.2. Двигатель над передней осью автомобиля.

Типичный представитель такой компоновки – автомобиль ТОЙОТА-ТЕРСЕЛ,

см. рис. 2.10.

Свойства автомобилей переднеприводной компоновки с продольной установ-

кой двигателя над передней осью:

– уменьшение переднего свеса по сравнению предыдущей компоновкой;

– благоприятное распределение нагрузки на оси;

– более высокая стоимость коробки передач и низкий к.п.д. (примерно 0,85);

– сложность обслуживания и ремонта коробки передач.

1.3. Двигатель позади передней оси автомобиля.

В этом случае коробка передач располагается впереди двигателя. В настоящее

время эта схема применяется крайне редко. Подобную компоновку можно пред-

ставить, если мысленно «повернуть» заднеприводный автомобиль, показанный на

рис. 2.11.

Рис. 2.10. Двигатель переднеприводного легкового авто-

мобиля в сборе с коробкой передач при продольном его

расположении над передней осью

Свойства автомобилей переднеприводной компоновки с продольной установ-

кой двигателя позади передней оси:

– возможность создания автомобиля с большей колесной базой, что способ-

ствует увеличению плавности хода;

– усложнение привода управления коробкой передач;

– уменьшение объема салона у пассажиров спереди;

– повышенный нагрев салона;

– снижение безопасности при лобовом столкновении.

2. Поперечная установка двигателя.

В этом случае возможны следующие варианты:

– коробка передач устанавливается параллельно двигателю;

– коробка передач устанавливается последовательно двигателю.

2.1. С коробкой передач, установленной параллельно двигателю.

Картер коробки передач располагается вдоль нижней части картера двигателя

сзади по ходу автомобиля. В некоторых конструкциях двигатель и коробка пере-

дач объединены в один силовой агрегат и имеют общую масляную ванну. Конст-

рукция коробки передач, устанавливаемой параллельно двигателю, показана на

рис. 2.12.

Свойства автомобилей переднеприводной компоновки с поперечной установ-

кой двигателя и параллельной ему коробкой передач:

– сложность конструкции коробки передач;

– сложность привода управления коробкой передач;

– сложность обслуживания и ремонта коробки передач;

– наличие дополнительной зубчатой передачи на первичный вал коробки,

что снижает к.п.д. трансмиссии в целом;

– возможность установки двигателя с увеличенным числом цилиндров.

Рис. 2.11. Силовой привод

заднеприводного легкового

автомобиля при продольном

расположении двигателя ря-

дом с задней осью (среднемо-

торная компоновка)