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

Подождите немного. Документ загружается.

Представитель этого вида компоновки – полноприводный автомобиль ГАЗ-66.

Преимущества:

– минимальная возможная колесная база и длина автомобиля,

– увеличенная нагрузка на переднюю ось, что для полного привода является

положительным свойством,

– хорошая обзорность для водителя.

Недостатки:

– высокий пол кабины,

– затрудненный вход и выход из кабины,

– возможность перевозки не более двух человек в кабине, включая водителя,

т.к. в ее центральной части располагается капот двигателя,

– необходимость опрокидывания кабины для доступа к двигателю.

1.4. Двигатель за передним мостом, кабина максимально сдвинута вперед

(бескапотная компоновка), рис. 2.29.

Представители этого вида компоновки – автомобили МАЗ-5432, КАМАЗ-6520.

Существуют компоновки, в которых силовой агрегат сдвинут еще дальше назад,

внутрь колесной базы.

Преимущества:

– хорошая обзорность.

– удобство входа и выхода из кабины,

– ровный пол кабины.

Недостатки:

– необходимость подъема кабины для доступа к двигателю,

– повышенные вертикальные ускорения, воздействующие на водителя при

движении по неровным дорогам.

Нагрузка на дорогу от переднего моста при груженом автомобиле по сравне-

нию со схемами по п. 1.1 и п. 1.2 возрастает и составляет примерно 35% веса ав-

томобиля, что приемлемо для полного привода. Но при колесной формуле 4×2 и

6×4 – проходимость автомобиля ухудшается. Поэтому автомобили данной ком-

Рис. 2.29. Бескапотная компоновка грузового автомобиля,

двигатель за передним мостом, кабина максимально

сдвинута вперед

поновки предпочтительно использовать на дорогах с покрытием. Немаловажным

преимуществом для этого является то, что увеличение нагрузки на переднюю ось

позволяет повысить общую грузоподъемность автомобиля, не выходя за пределы

максимально допустимой нагрузки на ось.

2. Различия в компоновке грузовых автомобилей по количеству и типу осей.

По этому признаку грузовые автомобили подразделяются на двух-, трех-, че-

тырехосные и многоосные.

Двухосные грузовые автомобили (например, КАМАЗ-43253 на рис. 1.11) экс-

плуатируются преимущественно на дорогах общего пользования, хотя существу-

ют и двухосные автомобили повышенной проходимости с полным приводом

(ГАЗ-66).

Трехосная компоновка используется для увеличения несущей способности

(КрАЗ-6510, рис. 1.11) или проходимости (УРАЛ-4320, рис. 1.2), четырехосная

(рис. 1.4) и многоосная (рис. 2.30) – для увеличения грузоподъемности.

Варианты компоновочных схем трех- и четырехосных автомобилей показаны

на рис. 2.31.

Тема № 3. ТРАНСМИССИЯ

Трансмиссией называется одна из составляющих частей автомобиля, состоя-

щая из различных узлов и агрегатов, предназначенных для:

– передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам;

– изменения крутящего момента по величине и направлению;

– перераспределения крутящего момента между ведущими колесами.

Общее передаточное число трансмиссии:

дв

вкк

вк

дв

, где

дв

– частота

вращения вала двигателя автомобиля,

вк

– частота вращения ведущих колес (в

допущении, что они вращаются одинаково),

– крутящий момент на ведущем

колесе,

дв

– крутящий момент двигателя,

вк

– число ведущих колес.

Рис. 2.30. Колесный тягач МЗКТ-79221 (16х16) грузоподъем-

ностью 80 т

Тяговое усилие на ведущем колесе, если отсутствует его пробуксовывание по

опорной поверхности, пропорционально крутящему моменту, подведенному к

колесу, и его радиусу.

В первом приближении (без учета деформации пневмошины и поверхности

дороги) можно записать:

вккктяг

jRMF

, где

тяг

– сила тяги автомобиля,

– радиус колеса.

Таким образом, сила тяги автомобиля пропорциональна произведению крутящего

момента двигателя и передаточного числа трансмиссии, т.е.:

двтяг

MiF

Следует отметить, что в реальном автомобиле максимальная сила тяги ограни-

чивается в большинстве случаев не мощностью двигателя, а силой сцепления ко-

леса и опорной поверхности (силой трения скольжения в паре колесо-дорога). Ко-

эффициент трения скольжения в зависимости от дорожных условий изменяется в

пределах 0,1…0,9.

Для обеспечения движения автомобиля сила тяги должна быть больше суммы

сил сопротивления движению (трения качения колес по опорной поверхности, со-

ставляющей силы тяжести при движении на подъеме, аэродинамической силы,

силы инерции при разгоне). Понятно, что силы сопротивления изменяются в ши-

роких пределах в зависимости от условий движения. Характеристика двигателей

внутреннего сгорания, устанавливаемых на автомобили, не обеспечивает измене-

ния крутящего момента в требуемом диапазоне. Поэтому изменение крутящего

момента в широких пределах обеспечивается трансмиссией путем изменения пе-

а)

б)

Рис. 2.31. Варианты компоновочных схем трехосных (а) и четы-

рехосных (б) автомобилей по количеству и типу осей:

– оси с ведомыми колесами,

– оси с ведущими колесами,

– оси с управляемыми ведомыми и ведущими колесами

редаточного числа, рис. 3.1а. На этом рисунке показана зависимость изменения

крутящего момента на ведущих колесах. Римскими цифрами обозначен номер пе-

редачи в коробке передач, отрезки кривых линий – изменение крутящего момента

на каждой передаче, обеспечиваемое характеристикой двигателя.

3.1. Классификация трансмиссий

Трансмиссии подразделяются по ряду признаков, рис. 3.2. Конкретной конст-

рукции могут быть присущи несколько признаков.

1. Классификация по характеру изменения крутящего момента:

– ступенчатая, изменение крутящего момента – см. рис. 3.1а,

– бесступенчатая, изменение крутящего момента – см. рис. 3.1б,

– комбинированная.

2. Классификация по конструкции:

– механическая,

– гидрообъемная,

– электрическая,

– гидромеханическая,

– электромеханическая.

2.1 Механическая трансмиссия.

Передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам осуществляется

за счет только механических связей (сил) – силы трения и силы упругости мате-

риалов.

В ступенчатых механических трансмиссиях (подробнее см. раздел 3.2) переда-

точное число изменяется ступенчато за счет зубчатых передач, размещенных в

редукторе, в некоторых случаях и мультипликаторе, который носит название ко-

робка перемены передач (КПП).

Рис. 3.1. Графики изменения крутящего момента в трансмиссиях:

а – ступенчатая трансмиссия, б – бесступенчатая трансмиссия

а)

б)

В бесступенчатой механической трансмиссии передаточное число изменяется

плавно вследствие применения фрикционных передач, то есть передача осущест-

вляется за счет силы трения. Чаще это клиноременные вариаторы. В качестве

ремня используются клиновидные армированные резиновые ремни (открытая

клиноременная передача) или металлические составные клиновидные ремни (за-

крытая передача).

Открытая клиноременная передача использовалась в автомобилях малого

класса VOLVO-DAF (Голландия), VOLVO-343, рис. 3.3. В зависимости от нагруз-

ки и частоты вращения вала 12, связанного с двигателем, изменяется расстояние

между половинками ведущего шкива 9, а, следовательно, изменяется величина

радиуса

. Под действием силы натяжения ремня (если радиус

увеличивает-

ся) и пружины 6 (если радиус

уменьшается), изменяется величина радиуса

за счет перемещения половины 7 ведомого шкива. Передаточное число

изменяется. При работе двигателя на холостом ходу автоматическое сцепление

разъединяет трансмиссии и двигатель (в мототранспортных средствах с подобной

трансмиссией сцепление может отсутствовать, разъединение двигателя и транс-

миссии достигается пробуксовкой ремня при полностью раздвинутых половинах

ведущего шкива). В начале движения автомобиля нагрузка на двигатель, а, следо-

вательно, разрежение во впускном коллекторе, возрастают (водитель, нажимая

педаль топливоподачи, открывает дроссельную заслонку). Впускной коллектор

двигателя соединен трубопроводом 1 с полостью 2 ведущего шкива. Под воздей-

ствием разряжения мембрана 15 выгибается, половины ведущего шкива сдвига-

ются, передаточное число трансмиссии и крутящий момент на колесах наиболь-

шие. В процессе движения передаточное число устанавливается автоматически

для каждого положения педали топливоподачи, критерием является поддержание

постоянной скорости движения при изменении суммарной силы сопротивления

ТРАНСМИССИЯ

по характеру изменения

крутящего момента

по конструкции

СТУПЕНЧАТАЯ

БЕССТУПЕНЧАТАЯ

КОМБИНИРОВАННАЯ

МЕХАНИЧЕСКАЯ

ГИДРООБЪЕМНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ

Рис. 3.2. Типы трансмиссий автомобилей

движению (в определенном диапазоне). Значение установленного передаточного

числа трансмиссии является результатом совместной работы пневматического и

центробежного регуляторов, характеристики пружины последнего изменяются в

зависимости от положения педали топливоподачи. Изменение направления вра-

щения (движение задним ходом) обеспечивается перемещением муфты 11. В за-

висимости от ее положения ведущий шкив приводится от шестерни 10 либо 13.

Принцип действия закрытой передачи с металлическим клиновидным ремнем

аналогичен. Срок службы ремня увеличивается за счет особенностей его конст-

рукции. Основой ремня является стальная лента из 10…14 слоев стального листа

примерно по 0,2 мм толщиной каждый. На ленте подвижно расположены клино-

видные башмачки, рис. 3.4. Усилие в ремне передается через давление между

башмачками, лента не несет тягового усилия и является лишь направляющей.

Рис. 3.3. Схема открытой клиноременной передачи: 1 – трубопро-

вод, 2 – полость пневматического регулятора, 3, 6 – пружины,

4 – грузы центробежного регулятора, 5 – главная передача, 7 – ве-

домый шкив, 8 – клиновой резинотканевый ремень, 9 – ведущий

шкив, 10, 13, 14 – шестерни, 15 – мембрана пневматического ре-

гулятора

Рис. 3.4. Конструкция металличе-

ского клиновидного ремня

Общий вид фрикционной закрытой передачи показан на рис. 3.5, общий вид

коробки передач с клиноременным вариатором – на рис. 3.6.

Рис. 3.5. Фрикционная ременная закрытая передача

Рис. 3.6. Коробка передач с клиноременным вариатором:

1 – двигатель, 2 – коробка передач, 3 – ведущий шкив,

4 – ведомый шкив, 5 – металлический ремень

2.2 Гидрообъемная трансмиссия.

На легковых автомобилях не применяется из-за больших габаритов и массы,

высокой стоимости и низкого к.п.д. Применяется на спецмашинах и тракторах.

Может применяться для обеспечения активного привода прицепов. Преимущест-

вом данного типа трансмиссии является передача крутящего момента на значи-

тельное расстояние и через гибкие и легкосъемные связи. Кроме того, передача

бесступенчатая, легко регулируется и адаптируется с электронным управлением.

Принципиальная упрощенная схема представлена на рис. 3.7.

Гидронасос 2 приводится во вращение от двигателя 1, рабочая жидкость пода-

ется гидронасосом в гидромотор 3, который приводит во вращение ведущие коле-

са 4.

2.3 Электрическая трансмиссия.

Принципиальная схема представлена на рис. 3.8а. Ведущие колеса со встроен-

ными в них электродвигателями и колесным редуктором (как правило, планетар-

ным) называются электромотор колесами, рис. 3.8б.

Преимущества электрической трансмиссии – бесступенчатость, относительная

легкость регулирования и автоматизации, непрерывность потока мощности от

двигателя к ведущим колесам, что увеличивает проходимость автомобиля, повы-

шает долговечность двигателя из-за снижения динамических нагрузок (отсутству-

ет жесткая связь двигателя с ведущими колесами), возможность передачи потока

мощности на значительные расстояния без механической связи.

К недостаткам следует отнести низкий к.п.д. (ниже 0,75), что ведет к росту

расхода топлива на 10-20%, относительно большая масса и стоимость.

2.4 Гидромеханическая трансмиссия.

Это комбинированная трансмиссия, состоящая из механизмов механической и

гидравлической трансмиссии. В состав гидромеханической трансмиссии, рис. 3.9,

входит гидротрансформатор, который обеспечивает плавное изменение крутяще-

го момента, и механическая коробка передач, крутящий момент в которой изме-

няется ступенчато. Другие составляющие аналогичны механической трансмиссии.

Гидротрансформатор устанавливается вместо сцепления. Передача крутящего

Рис. 3.7. Схема гидрообъемной пе-

редачи: 1 – двигатель, 2 – гидрона-

сос, 3 – гидромотор, 4 – ведущие ко-

леса, 5 – трубопровод

момента в гидротрансформаторе осуществляется за счет гидродинамического, то

есть скоростного, напора жидкости.

Гидротрансформатор в определенном диапазоне плавно автоматически изме-

няет крутящий момент в зависимости от нагрузки. Это обеспечивает плавное тро-

ганье автомобиля с места, снижение числа переключений передач, облегчает

управление, почти в два раза повышает долговечность двигателя и других эле-

ментов трансмиссии из-за снижения динамических нагрузок, снижается вероят-

ность остановки двигателя при резком увеличении нагрузки. Гидромеханическая

трансмиссия облегчает управление автомобилем, особенно в городских условиях,

что снижает вероятность дорожно-транспортного пришествия.

К недостаткам следует отнести более низкий к.п.д. по сравнению с традицион-

ной ступенчатой механической трансмиссией, усложнение конструкции, высокая

стоимость (примерно 10% стоимости автомобиля).

2.5. Электромеханическая трансмиссия.

Это комбинированная трансмиссия, включает в себя элементы механической и

электрической трансмиссии. Применяется преимущественно на автобусах. Поток

мощности от двигателя внутреннего сгорания передается по пути: генератор –

электродвигатель – карданная передача – ведущий мост – ведущие колеса. В

трансмиссии отсутствуют сцепление и коробка передач.

Преимущество электромеханической трансмиссии – облегчение управления

автомобилем в городских условиях, характеризуемых частыми остановками.

Кроме того, повышается проходимость транспортного средства с такой трансмис-

сией за счет отсутствия разрывов потока мощности, что, например, происходит

при переключении передач в ступенчатой механической трансмиссии.

К недостаткам следует отнести большие габариты и массу, низкий к.п.д. (по-

рядка 0,85), что приводит к увеличению расхода топлива на 15-20% по сравнению

а)

б)

Рис. 3.8. Электрическая трансмиссия: а – принципиальная

схема, б – электромотор колесо; 1 – двигатель, 2 – элек-

трогенератор, 3 – электромотор колеса, 4 – электродвига-

тель, 5 – редуктор

с транспортным средством со ступенчатой механической трансмиссией (при про-

чих равных условиях).

3.2. Ступенчатая механическая трансмиссия

Конструкция данного типа трансмиссий, как и впрочем, любых других, опре-

деляется:

– типом, то есть «механическая трансмиссия», в которой крутящий момент

передается за счет механических связей. Следовательно, в состав транс-

миссии входят механические элементы (валы, шестерни, муфты, цепи или

ремни), передающие крутящий момент.

– назначением, а именно: передача крутящего момента, изменение его по ве-

личине, направлению и перераспределение между ведущими колесами

(осями).

– многообразием режимов работы автомобиля: отсутствие движения (стоя-

щий автомобиль) и собственно движение (начало движения, разгон, тор-

можение, движение задним ходом, движение при изменении силы сопро-

тивления, динамические нагрузки).

Таким образом, трансмиссия должна иметь набор взаимосвязанных элементов,

выполняющих функции обеспечения режимов работы автомобиля при всем их

многообразии.

В состав ступенчатой механической трансмиссии входят следующие элемен-

ты, рис. 3.10.

Рис. 3.9. Разрезанная гидромеханическая коробка передач заднеприводного ав-

томобиля: 1 – гидротрансформатор, 2 – элементы механической коробки пере-

дач, 3 – отверстия под болты крепления коробки передач к двигателю, 4 – фла-

нец крепления карданной передачи