Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

грунт с помощью лома. Он может быть использован для вытаски-

вания автомобилей малой грузоподъемности. Трос лебедки при

этом закрепляют в проушине якоря. У самоуглубляющегося якоря

сошник под действием силы тяги, воспринимаемой тросом и тя-

гой, стремится глубже погрузиться в грунт.

Если автомобиль не имеет лебедки, то для самовытаскивания

могут быть использованы ведущие колеса. Для этого на полуосях с

помощью шпилек и гаек устанавливают фланцы, на которые на-

девают лебедку с тросом. Тросы разматывают, их концы прикреп-

ляют к опорам на местности. Суммарная сила тяги на тросах само-

выталкивателя больше силы тяги на ведущих колесах автомобиля

во столько раз, во сколько радиус колеса больше радиуса бараба-

на (достигает

70...80

% веса автомобиля).

Приспособления, повышающие проходимость автомобиля. При

работе автомобилей в тяжелых дорожных условиях широко при-

меняют цепи различных конструкций, увеличивающие силу тяги

по условиям сцепления. Цепи укрепляют на ведущих колесах ав-

томобиля.

Простейшим приспособлением для увеличения сцепления ко-

лес с дорогой являются витые цепи с замочными устройствами. За

20 мин такие цепи можно равномерно намотать на ободья и шины,

а затем запереть замками.

Цепи браслетного типа надевают на обод и шину одного или

двух колес (при сдвоенных колесах). На укатанных снежных и об-

леденелых, а также на размокших грунтовых дорогах с твердым

основанием цепи увеличивают силу тяги на

20...45

% по сравне-

нию с обычными шинами. На слабых грунтах (рыхлых, песчаных,

болотистых и т.п.) использовать цепи не следует, так как срыв

грунта выступами цепей может привести к быстрому «зарыванию»

колес в грунт,

т.е.

к застреванию автомобиля.

Проходимость автомобиля по глубокому рыхлому снегу можно

повысить, используя

траковые

цепи

противоскольжения.

Для трех-

осных автомобилей можно применять также гусеничные цепи.

Рассмотренные приспособления необходимо использовать толь-

ко для временного повышения проходимости автомобиля на тя-

желых участках пути. При работе автомобиля на дорогах с твердым

покрытием цепи не нужны.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные геометрические показатели проходимости ав-

томобиля. Каково их значение для автомобилей высокой проходимости?

2. Какими дополнительными средствами можно увеличить проходи-

мость автомобиля?

3. Какие конструктивные факторы влияют на проходимость? Назови-

те специальные типы автомобилей высокой проходимости.

Глава 29

ПЛАВНОСТЬ ХОДА АВТОМОБИЛЯ

29.1. Влияние колебаний на человека

В результате длительного воздействия колебаний кузова при

движении автомобиля пассажиры и водитель утомляются. Колеба-

ния кузова отражаются также на сохранности перевозимого груза

и самого автомобиля. Поэтому одним из основных требований,

предъявляемых к современному автомобилю является повышение

плавности хода и улучшение комфортабельности.

Колебания автомобиля можно разделить на низкочастотные (до

15...

18 Гц) и высокочастотные — вибрации. Вибрационная чув-

ствительность организма составляет

15...

1500

Гц. С высокой часто-

той преимущественно колеблются неподрессоренные массы, а с

низкой — подрессоренные (кузов).

Вес неподрессоренных масс (мостов, колес и др.) не восприни-

мается подвеской, а передается через шину на опорную поверх-

ность.

Вес подрессоренных масс передается через упругие элементы

подвески.

Действие колебаний на организм человека зависит от их час-

тоты, амплитуды, продолжительности и направления воздей-

ствия.

В настоящее время нет единого мнения о пределах частот коле-

баний, которые соответствуют определенному виду воздействия

на организм человека. Человек не ощущает колебаний при ходь-

бе, так как привык к частоте, составляющей в зависимости от

числа шагов

1,7...2,5

Гц в 1 с.

Влияние знакопеременных ускорений колебаний на организм

человека в большой степени зависит от их частоты. С увеличением

частоты даже небольшие ускорения колебаний могут вызвать не-

приятные или болезненные ощущения (табл. 29.1).

Таблица 29.1

Колебания (мостов, колес и др.), влияющие на организм человека

Показатель

Частота, Гц

Ускорение колебаний,

м/с

вызывающее ощущения

неприятные/болезненные

Значение показателя

2,3/2,7

1,5

2,1/2,5

1,9/2,3

1,7/2

381

29.2. Измерители плавности хода

Рассмотрим колебания тела весом

(рис. 29.1) с одной степе-

нью свободы, расположенного на пружине жесткостью С. Когда

пружина находится в свободном состоянии, тело занимает поло-

жение /. При равновесии системы возникает статическая дефор-

мация пружины под действием веса

вследствие чего тело за-

нимает положение //, причем деформация (прогиб) пружины

/о=0г/С.

(29.1)

Переместим тело в положение /// и, сжав пружину, затем от-

пустим ее. Тело начинает колебаться, перемещаясь вверх и вниз.

Если с этим телом связать самопишущий прибор и протягивать с

постоянной скоростью ленту, то на ней будет записана кривая

колебаний тела. На полученной кривой отметим

амплитуду^

(наи-

большее отклонение тела от положения равновесия) и период /

(промежуток времени, который соответствует двум ближайшим

одинаковым положениям тела, например, крайним верхним).

Во время колебаний тело движется неравномерно, причем од-

новременно изменяются его положение, скорость, ускорение и

нарастание ускорения.

Колебания кузова автомобиля характеризуются в основном се-

мью аналогичными измерителями.

Период колебаний /, с — время, в течение которого кузов совер-

шает полное колебательное движение (частота — величина, об-

ратная периоду колебания:

1//).

Угловая частота

— величина, численно равная произведе-

нию частоты колебаний на

2п:

2яу

2я//.

Угловая частота со-

ответствует фазе колебаний без начальной фазы в момент време-

ни

1 с. В практике частоту колебаний измеряют числом колеба-

ний в 1

мин:

60//.

Частоты

О.

и п связаны равенством

60//

60П/(2я)

(ЗО/п)

Jc/m,

где т — масса колеблющегося тела.

(29.2)

у//////////////

Рис.

29.1.

Схемы колебаний

тела с одной степенью сво-

боды:

— вес груза; С — жесткость

пружины;

Уо

— прогиб пружи-

ны,/

— амплитуда колебаний;

/—период

колебаний;

I—Ill

—

положения тела (груза)

382

Подставив в выражение (29.2) значение жесткости С из фор-

мулы

(29.1)

и выразив массу т через

/g,

получим

Таким образом, чем больше статический прогиб подвески, тем

меньше частота собственных колебаний. Используя мягкие под-

вески, уменьшают частоту собственных колебаний кузова и по-

вышают комфортабельность автомобиля.

Амплитуда колебаний — наибольшее отклонение (перемещение)

от положения равновесия, м.

Скорость

колебаний — первая производная перемещения по

времени, м/с.

Ускорение колебаний — вторая производная перемещения по

времени или первая производная скорости колебаний по време-

ни,

м/с

Среднее квадратичное ускорение колебаний

ск

м/с

Скорость

нарастания ускорения колебаний — третья производ-

ная перемещения по времени или первая производная ускорения

колебаний по времени,

м/с

29.3. Колебания автомобиля

Кузов автомобиля имеет шесть степеней свободы (рис.

29.2,

а)

и может совершать колебания шести различных типов. Линейные

перемещения вдоль осей X, У и Z соответственно обозначаются и

называются:

— подергивание,

— шатание,

— подпрыгивание.

Угловые перемещения вокруг этих осей называются:

— покачи-

вание^

—

галопирование,

— виляние.

Рис. 29.2. Колебательная система автомобиля (а) и схема для определе-

ния приведенной жесткости подвески (б):

[,,

— жесткости передней и задней подвесок;

— жесткость пружины;

Q,,

—

жесткость шины;

— груз;

а„

а.

— направления колебаний

383

Из-за сложности исследования системы с шестью степенями сво-

боды при расчете подвески обычно изучают только два вида колеба-

ний — линейные вдоль оси

и угловые вокруг оси у, т. е. рассматри-

вают кузов как систему с двумя степенями свободы. Эти колебания

имеют первостепенное значение для комфортабельности.

Величинами

{

на схеме обозначены приведенные жест-

кости упругих элементов, прогиб которых равен суммарным про-

гибам подвесок и шин, воспринимающих одинаковую нагрузку.

Для определения приведенной жесткости рассмотрим колебатель-

ный процесс груза весом

(рис. 29.2,

б),

установленный на уп-

ругом элементе подвески и шине, жесткости которых соответ-

ственно равны

Под действием веса

упругая система деформируется, значе-

ние деформации равно сумме прогибов упругого элемента подвес-

ки и

шины:/

Вместе с тем суммарный прогиб, м,

этой системы, который определяют по изменению положения оси

колеса/=

Следовательно,

С„/С

Решив это равенство относительно жесткости

пр

получим

С - Г С КС + С

}

^пр

*-TI

^ш/\

*-Т1

*^ш/-

Рассмотрим влияние колебаний на сопротивление движению.

Колебания автомобиля возникают в основном при движении по

дорожным неровностям. При наезде жестким колесом на неров-

ность возникает сопротивление движению. При большой высоте

неровности и малой скорости движения колесо может остано-

виться. В точке контакта колеса с неровностью возникают верти-

кальная и горизонтальная реакции. Для преодоления препятствия

необходима вертикальная сила, способная поднять вес G на вы-

соту

Ад

дорожной неровности. Часть веса кузова, приходящаяся на

данное колесо, и есть вертикальная нагрузка со стороны автомо-

биля. Вертикальная сила, противоположная гравитационной силе,

может быть вызвана энергией поступательного движения автомо-

биля т.е. кинетической энергией, которая должна быть больше,

чем необходимая для поднятия автомобиля на высоту

Минимальная необходимая сила

iga

где

— угол на-

езда.

Энергия горизонтальной составляющей расходуется на посту-

пательное движение и подъем колеса только за время подъема.

Если автомобиль движется с достаточной скоростью, то после

достижения колесом верхней точки препятствия вертикальная

скорость колеса не равна нулю и колесо подскакивает вверх. Гра-

витационная сила останавливает вертикальное перемещение ко-

леса и возвращает его в исходную позицию до контакта колеса с

опорной поверхностью.

Эластичное колесо, нагруженное упругим элементом подвес-

ки, например пружиной, и кузов автомобиля не поднимаются на

384

высоту Ад. Вертикальная жесткость колеса и пружины при опреде-

ленных их параметрах не дает колесу оторваться от дорожной не-

ровности. Энергия, аккумулированная в упругом элементе под-

вески и в шине, после преодоления препятствия расходуется на

поступательное движение автомобиля. В процессе деформации уп-

ругие элементы подвески и шины нагреваются из-за внутримоле-

кулярного трения, и часть энергии безвозвратно теряется.

На твердом ровном дорожном покрытии применение жестких

шин способствуют уменьшению потерь, обусловленных сопро-

тивлением качению. На дорогах с большими неровностями жест-

кость колеса и подвески увеличивает энергию, затраченную на

движение. В этом случае целесообразно иметь мягкие шины (с мяг-

кой боковиной и низким давлением), которые достаточно хоро-

шо сглаживают дорожные неровности, — и колебания, достигаю-

щие кузова автомобиля, уменьшаются.

Жесткость как передней, так и задней подвесок современных

автомобилей находится в пределах

20...

60 кН/м, а жесткость шин —

200...450

кН/м (меньшие значения

жесткостей

относятся к легко-

вым, а большие — к грузовым автомобилям). Для перспективных

автомобилей разрабатывают подвески с регулируемой жесткостью.

Мягкая подвеска в момент переезда препятствия значительно

деформируется. После переезда через препятствие колебания ку-

зова при наличии мягкой подвески продолжаются, затухая весьма

медленно. Для гашения начавшихся колебаний устанавливают амор-

тизаторы, которые могут иметь регулируемое сопротивление.

Чтобы иметь представление о том, каким образом можно умень-

шить галопирование, познакомимся с понятием о центре упруго-

сти системы.

Центром упругости системы называют точку, в случае приложе-

ния к которой внешней возмущающей силы возникает только ли-

нейное перемещение системы. Для определения положения центра

упругости рассмотрим стержень,

который опирается на упругие

элементы подвески (рис. 29.3).

Если возмущающая сила Р

приложена не к центру упругос-

ти (ЦУ), а к другой точке, то

возникает как линейное, так и

угловое перемещение стержня

(положение

7).

Если сила прило-

жена к центру упругости, то про-

исходит только линейное пере-

мещение стержня (положение 2).

В последнем

случае/,

вслед-

ствие чего галопирование отсут-

ствует.

Рис. 29.3. Схема для определения

положения центра упругости и

схема для определения приведен-

ной жесткости подвески

Варламов

385

Определим расстояние х от

центра упругости до центра тяже-

сти (ЦТ). Из условия равновесия

стержня относительно центра тя-

жести имеем

R\l\

где

R\,

— реакции опор. Ре-

шив найденное уравнение отно-

сительно расстояния х, получим:

=(/?!/,

-/?

)/Р.

Заменим реакции

{

С,/,

Q/2,

тогда

P=R

}

Подставив в выражение для

определения расстояния х найден-

ные значения

и Р, получим

(С,/,+С

)

Но

следовательно,

(С,/,

)/(С,

Приме-

ним полученное выражение к

колебаниям кузова, заменив

подрессоренную массу кузова

(рис. 29 4,

д)

тремя массами:

(рис. 29.4, б), связан-

ными между собой условно не-

весомым стержнем. Массы

т\

расположены соответственно

на расстояниях

1к

2к

от центра

тяжести кузова, а масса

— в

его центре тяжести.

Чтобы система из трех масс

соответствовала в динамическом отношении действительной мас-

се подрессоренной части автомобиля, необходимо соблюдение

следующих условий:

сумма всех масс системы должна быть равна подрессоренной

массе автомобиля, т.е. т, +

пг

;

центр тяжести системы должен совпадать с центром тяжести

кузова:

/п

2к

;

момент инерции системы относительно горизонтальной оси у

должен быть равен

моменту

инерции подрессоренной массы от-

носительно той же оси:

Рис. 29.4. Схемы расчета свобод-

ных колебаний кузова:

а — схема подвески кузова, б — сис-

тема, эквивалентная подрессоренной

массе; в — положения центров тяже-

сти и упругости;

/п

— масса кузова,

L — база автомобиля,

— жест-

кости пружин,

/Я|,

m-i,

т$

— массы,

заменяющие в сумме массу

кузова,

ЦУ — центр упругости

— радиус инерции подрессоренной массы автомобиля.

386

Из этих условий определим массы:

(29.3)

Если вывести стержень из состояния равновесия, а затем отпу-

стить, то он начинает колебаться (рис. 29.4, в). Во время колеба-

ний появляется сила инерции

/я

я,

создающая момент отно-

сительно центра упругости:

= Рх =

Момент

= 0, если масса

или плечо силы равно нулю.

Из уравнения (29.3) следует, что масса

0, если

р£/(/

2к

)

= 1,

так как масса кузова т

*•

Для легковых автомобилей отношение

р^/(/

2к

)

близко к еди-

нице, вследствие чего они имеют хорошую плавность хода. Если

плечо х = 0 и центр тяжести совпадают с центром упругости, то

х=(С

1к

-С

2к

)/(С,

)

Тогда

C!/

2к

или

С,/С

2к

1к

Следовательно, жесткость подвесок необходимо выбирать та-

ким образом, чтобы она была обратно пропорциональна расстоя-

нию центра тяжести от передней и задней осей. Тогда при одина-

ковых прогибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет

перемещаться вертикально без галопирования.

29.4. Повышение плавности хода

Шины влияют на высокочастотные колебания автомобиля. Для

улучшения плавности его хода целесообразно иметь шины воз-

можно меньшей жесткости. Для этого увеличивают ширину про-

филя шин и снижают давление воздуха в них.

Применение независимой подвески передних колес позволяет

получить отношение статических прогибов передней и задней

подвесок, близкое к единице. В результате при наезде автомобиля

на препятствие галопирования практически не происходит, так

как кузов перемещается параллельно самому себе.

Установка независимой подвески для задних ведущих колес

значительно усложняет конструкцию привода колес, поэтому в

настоящее время ее применяют для

заднеприводных

автомобилей

только среднего и большого классов.

В качестве упругого элемента независимой подвески использу-

ют пружины, а в последнее время и упругие

пневмоэлементы,

реже —

торсионы.

Пружины и

торсионы

имеют большую долго-

вечность, практически не имеют внутреннего трения, просты в

387

изготовлении и не нуждаются в техническом обслуживании. Пнев-

моподвеска обеспечивает высокую плавность хода благодаря не-

большой жесткости, благоприятному характеру изменения упру-

гой характеристики, а также возможности регулирования в ши-

роких пределах жесткости подвески и высоты.

Контрольные вопросы

1. Чем измеряется плавность хода автомобиля?

2. Расскажите о видах колебаний автомобиля.

3. Что такое центр упругости системы?

4. Как влияют шины на плавность хода автомобиля?

5. Назовите преимущества независимой подвески.

РАЗДЕЛ III

КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЯ

Глава 30

ТРАНСМИССИЯ

30.1. Назначение и типы

Трансмиссией называется силовая передача, осуществляющая

связь двигателя с ведущими колесами автомобиля. Она служит для

передачи от двигателя к ведущим колесам мощности и крутящего

момента, необходимых для движения автомобиля.

Крутящий момент, подведенный от двигателя к ведущим ко-

лесам

(рис.

30.1),

стремится сдвинуть их относительно поверх-

ности дороги в сторону, противоположную движению автомоби-

ля. Вследствие этого из-за противодействия дороги на ведущих

колесах возникает тяговая сила

которая направлена в сторону

движения и является движущей силой автомобиля. Тяговая сила

вызывает возникновение на ведущем мосту толкающей силы

J°

которая через подвеску передается на кузов и приводит в движе-

ние автомобиль.

В зависимости от того, какие колеса автомобиля являются ве-

дущими (передние, задние или те и другие), мощность и крутя-

щий момент могут подводиться только к передним, только к зад-

ним или к передним и задним колесам одновременно, а автомо-

биль соответственно будет переднеприводным,

заднеприводным

или полноприводным.

Переднеприводные и

заднеприводные

автомобили имеют ог-

раниченную проходимость и предназначены для эксплуатации на

Рис.

30.1.

Движущие силы автомобиля

389

Трансмиссии

По конструкции

Механические

Гидрообъемные

Электрические

Гидромеханические

•*

Электромеханические

•*

По изменению крутящего

момента

Ступенчатые

Бесступенчатые

*•

Комбинированные

Рис. 30.2. Типы трансмиссий автомобилей

дорогах с твердым покрытием и сухих грунтовых дорогах. Такие

автомобили имеют колесную формулу 4x2. В этой формуле первая

цифра означает общее число колес автомобиля, а вторая — число

ведущих колес. Если ведущие колеса двухскатные (грузовые авто-

мобили, автобусы) и, следовательно, общее их число равно 6, то

колесная формула этих автомобилей имеет также обозначение

4x2

Полноприводные двухосные автомобили и трехосные автомо

били с двумя задними ведущими мостами обладают повышенной

проходимостью. Они способны двигаться по плохим дорогам и

вне дорог. Их колесные формулы имеют обозначения

соответствен-

но 4x4 и

6x4.

Полноприводные трех- и четырехосные автомобили

имею!

высокую проходимость — могут преодолевать рвы, ямы и другие

подобные препятствия. Их колесные формулы обозначаются соот-

ветственно 6x6 и 8x8.

Колесная формула характеризует не только проходимость ав-

томобиля, но также тип его трансмиссии.

На автомобилях применяют трансмиссии различных

типов

(рис. 30.2).

Наиболее распространены механические ступенчатые и гидро-

механические трансмиссии. Трансмиссии других типов имеют ог-

раниченное применение.

Выбор типа трансмиссии зависит от назначения автомобиля и

взаимного расположения двигателя и ведущих колес. Характер

менения передаваемого крутящего момента в разных

трансмисси-

ях различен.

390

30.2. Механическая ступенчатая трансмиссия

В механической ступенчатой трансмиссии передаваемый от дви-

гателя

к ведущим колесам крутящий момент изменяется ступен-

чато в соответствии с передаточным числом трансмиссии, кото-

рое равно произведению передаточных чисел шестеренных (зуб-

чатых) механизмов трансмиссии. Передаточным числом зубчатой

передачи механизма называется отношение числа зубьев ведомой

шестерни (колеса) к числу зубьев ведущей шестерни.

На автомобиле с колесной формулой 4x2, передним располо-

жением двигателя и задними ведущими колесами (рис. 30.3, а) в

трансмиссию входят — сцепление 2, коробка передач

кардан-

ная передача 4, главная передача б, дифференциал 7 и полуоси 8.

Крутящий момент от двигателя 1 через сцепление 2 передается к

коробке передач 3, где изменяется в соответствии с включенной

передачей. От коробки передач крутящий момент через кардан-

ную передачу

4подводится

к главной передаче

Сведущего

моста

5, в которой увеличивается, и далее через дифференциал

и по-

луоси 8 — к задним ведущим колесам.

Рис. 30.3. Механические трансмиссии автомобилей с колесными форму-

лами 4x2

(и,

б, в), 4x4 (г), 6x4

(д),

6x6

(е)

и 8x8 (ж):

I — двигатель; 2 — сцепление; 3 — коробка передач; 4 — карданная передача;

ведущий мост; 6 — главная передача, 7 — дифференциал; 8 — полуось; 9 —

»•

арданный

шарнир; 10 — раздаточная коробка; 11 — межосевой дифференциал

391

Для легковых автомобилей такое взаимное расположение дви-

гателя и механизмов трансмиссии обеспечивает равномерное рас-

пределение нагрузки между передними и задними колесами и

возможность размещения сидений между ними в зоне наимень-

ших колебаний кузова. Недостатком является необходимость при-

менения длинной карданной передачи с промежуточной опорой.

Более рациональной компоновкой является расположение дви-

гателя и механизмов трансмиссии в непосредственной близости

от ведущих колес передних (рис. 30.3, в) или задних (рис. 30.3, б),

Такая трансмиссия не имеет карданной передачи между коробкой

передач и ведущим мостом и состоит из сцепления 2, коробки

передач 3, главной передачи, дифференциала 7 и привода веду-

щих колес, который осуществляется не полуосями, а карданны-

ми передачами. При этом в приводе ведущих управляемых колес

применяются карданные шарниры 9 равных угловых скоростей.

Эти трансмиссии просты по конструкции, компактны, имеют

небольшую массу и экономичны.

Заднее расположение двигателя и трансмиссии обеспечивает

лучшие обзорность и размещение сидений в кузове между моста-

ми автомобиля, изоляцию салона от шума двигателя и отработав-

ших газов. Однако ухудшаются управляемость, устойчивость авто-

мобиля, безопасность водителя и переднего пассажира при

наез

дах и столкновениях.

Переднее расположение двигателя и трансмиссии

улучшаем

управляемость и устойчивость автомобиля, но при движении

H;I

скользких подъемах дороги возможно пробуксовывание

ведущих

колес вследствие уменьшения на них нагрузки.

Механическая трансмиссия автомобиля с колесной

формул

4x4 и передним расположением двигателя 1 (рис. 30.3, г)

кроме-

сцепления 2, коробки передач 3, карданной передачи

и заднею

ведущего моста 5 дополнительно включает передний ведущий

уп

равляемый

мост и раздаточную коробку 10, соединенную с этим

мостом и коробкой передач карданными передачами.

Крутящий

момент от раздаточной коробки подводится к переднему и

задне

му ведущим мостам. В раздаточной коробке имеется

устройство

для включения привода переднего ведущего моста или

межосевоп

дифференциал, распределяющий крутящий момент между веду

щими мостами автомобиля.

Передний ведущий мост имеет главную передачу,

дифферен

циал

и привод колес в виде карданных передач с шарнирами

равных

угловых

скоростей, обеспечивающих подведение крутя

щего момента к передним ведущим управляемым колесам.

У автомобилей с колесными формулами 6x4 (рис. 30.3, д) и

6*ь

(рис. 30.3,

е)

крутящий момент к среднему (промежуточному)

заднему ведущим мостам может подводиться одним общим валом

(главная передача среднего моста имеет проходной ведущий вал)

392

или раздельно — двумя валами. В раздаточной коробке 10 полно-

приводных автомобилей имеется специальное устройство для вклю-

чения привода переднего моста и межосевой дифференциал 77,

распределяющий крутящий момент между ведущими мостами.

Автомобиль с колесной формулой

8x8

обычно имеет подтеле-

жечное расположение ведущих мостов, при котором сближены

ведущие

мосты — первый со вторым и третий с четвертым.

При

:УГОМ

первые

два

моста являются управляемыми.

При установке двух двигателей 7 (рис. 30.3,

ж}

трансмиссия

имеет два сцепления 2, две коробки передач 3 и две раздаточных

коробки

70с

межосевыми дифференциалами 77. Такая схема по-

:июляет

автомобилю продолжать движение при одном работаю-

щем двигателе.

По сравнению с другими трансмиссиями, механическая про-

ще

по конструкции, надежнее в работе, более экономична, име-

гг

меньшую массу и достаточно высокий КПД

(0,8...0,95).

Недо-

статком

ее является разрыв потока мощности при переключении

передач, что не позволяет полностью использовать мощность дви-

штеля,

снижает

тягово-скоростные

свойства, ухудшает проходи-

мость автомобиля, усложняет управление автомобилем. Правиль-

ность

выбора передачи и момента переключения передач зависит

от квалификации водителя, а частые переключения передач в ус-

ловиях города приводят к его сильному утомлению.

30.3. Гидрообъемная трансмиссия

Гидрообъемная трансмиссия представляет собой бесступенча-

тую силовую передачу, в которой крутящий момент двигателя к

псдущим

колесам автомобиля передается гидравлическим

пото-

ком жидкости.

Двигатель 7 (рис. 30.4) внутреннего сгорания приводит в дей-

ствие

гидронасос 2, соединенный трубопроводами с гидродвига-

телями 3, валы которых связаны с веду-

щими колесами автомобиля. При работе

двигателя

гидродинамический напор

жидкости, создаваемый гидронасосом,

идродвигателях ведущих колес преоб-

разуется

в механическую работу. Ведущие

колеса с гидродвигателями, установлен-

ными

в них, называются гидромотор-

колесами.

Рабочее давление в гидравли-

ческой

системе в зависимости от конст-

рукции гидроагрегатов составляет 10...

М)

МПа.

На рис. 30.5 представлена схема рабо-

ii.i

простейшей гидрообъемной переда-

Рис. 30.4. Гидрообъемная

(электрическая) трансмис-

сия:

/ — двигатель; 2 — гидрона-

сос (генератор); 3 — гидро-

двигатель (электродвигатель)

393

Рис. 30.5. Гидрообъем-

ная передача:

— двигатель; 2 и 5 —

кривошипы, 3 и 7 — ша-

туны; 4 и 8 — поршни;

б — колесо, 9 — трубо-

провод

чи,

в которой используется гидростатичес-

кий напор жидкости. При вращении колен-

чатого вала двигателя 1 через кривошип 2

и шатун 3 перемещается поршень 4 гидро-

насоса. Жидкость из гидронасоса через тру-

бопровод 9 подается в цилиндр гидродви-

гателя, перемещает поршень

<?и

через ша-

тун

и кривошип 5 приводит во вращение

ведущее колесо 6.

В действительности гидрообъемные пе-

редачи,

применяемые на автомобилях, го-

раздо сложнее. Они включают роторные гид-

ронасосы плунжерного типа, колесные гид-

родвигатели, магистрали высокого и низ-

кого давлений, редукционные клапаны, ох-

ладитель, дренажную систему и подпитывающую систему (резер-

вуар, фильтр, охладитель, насос, редукционный и предохрани-

тельный клапаны).

Преимуществом гидрообъемной трансмиссии является бессту-

пенчатое автоматическое изменение ее передаточного числа и

передаваемого крутящего момента, что обеспечивает плавное

тро-

гание автомобиля с места, облегчает и упрощает управление им,

снижает утомляемость водителя и, следовательно, повышает без-

опасность движения. Она также повышает проходимость автомо-

биля в результате непрерывного потока мощности и плавного из-

менения крутящего момента.

По сравнению с механической трансмиссией гидрообъемная

имеет большие габаритные размеры и массу, меньшие КПД и

долговечность, более высокую стоимость. Она сложна в изготов-

лении и требует надежных уплотнений.

30.4. Электрическая трансмиссия

Электрическая трансмиссия является бесступенчатой

передачей,

в которой крутящий момент изменяется плавно, без участия во-

дителя, в зависимости от сопротивления дороги и частоты вра-

щения коленчатого вала двигателя.

Принципиальная схема электрической трансмиссии подобна

схеме гидрообъемной трансмиссии: двигатель внутреннего сгора-

ния (см. рис. 30.4) приводит в действие генератор 2. Ток от генера-

тора поступает к электродвигателям 3 ведущих колес автомобиля.

Ведущее колесо (рис. 30.6) с установленным внутри электродви-

гателем 1 называется электромотор-колесом. Крутящий момент от

электродвигателя к колесу передается через колесный редуктор 2.

При применении быстроходных электродвигателей в ведущих ко-

лесах используют понижающие зубчатые передачи.

394

Рис. 30.6. Электромотор-колесо:

1 — электродвигатель; 2 — редуктор

Электрическая трансмиссия

обладает всеми преимуществами

и недостатками гидрообъемной

трансмиссии, кроме требования

к надежности уплотнения. Одна-

ко КПД трансмиссии не превы-

шает 0,75, что ухудшает тягово-

скорсетные

свойства автомобиля.

Кроме того, расход топлива по

сравнению с механической транс-

миссией повышается на

10...20

30.5. Гидромеханическая трансмиссия

Гидромеханическая трансмиссия является комбинированной

трансмиссией

(рис. 30.7), которая состоит из механизмов механи-

ческой и гидравлической трансмиссий. Передаточное число и кру-

тящий

момент в ней изменяются ступенчато и плавно.

В гидромеханическую трансмиссию входят гидромеханическая

коробка передач 2, включающая гидротрансформатор и механи-

ческую коробку передач, карданная передача

главная переда-

ча 4, дифференциал 5 и полуоси 6.

Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления, и в нем

передача крутящего момента от двигателя 1 к трансмиссии проис-

ходит благодаря гидродинамическому (скоростному) напору жид-

кости. Гидротрансформатор плавно автоматически изменяет кру-

тящий момент в зависимости от

нагрузки.

Крутящий момент от

идротрансформатора

передается к

механической коробке передач, в

которой передачи включаются с

помощью фрикционных механиз-

мов. Применение гидротрансфор-

матора обеспечивает плавное

тро-

ание автомобиля с места, умень-

шает число переключений пере-

дач, что снижает утомляемость

нодителя,

улучшает проходимость

автомобиля,

почти вдвое

повыша-

Рис.

30.7. Гидромеханическая

трансмиссия:

/ — двигатель, 2 — гидромеханичес-

кая коробка передач; 3 ~ карданная

передача, 4 — главная передача; 5 —

дифференциал, 6 — полуось

395

ет долговечность двигателя и механизмов трансмиссии вследствие

уменьшения в трансмиссии динамических нагрузок и крутильных

колебаний.

Снижается также вероятность остановки двигателя при

резком увеличении нагрузки.

Недостатками гидромеханической трансмиссии являются бо-

лее низкий КПД, что ухудшает

тягово-скоростные

свойства и топ-

ливную экономичность

автомобиля,

более сложная конструкция

и большая масса, а также высокая стоимость в производстве (око-

ло

10%

стоимости автомобиля).

30.6. Электромеханическая трансмиссия

Электромеханическая трансмиссия является комбинированной

и состоит из элементов механической и электрической трансмис-

сий.

На рис. 30.8 показана схема электромеханической трансмиссии

автобуса большой вместимости. Двигатель 4 внутреннего сгорания

расположен в задней части автобуса и приводит в действие гене-

ратор 5. Ток, вырабатываемый генератором, подводится к элект-

родвигателю

Крутящий момент от электродвигателя через кар-

данную передачу 2 подводится к ведущему мосту 3 и далее через

главную передачу, дифференциал и полуоси к ведущим колесам

автобуса. Устанавливать сцепление и коробку передач в такой транс-

миссии нет необходимости, так как при возрастании сопротивле-

ния дороги снижается частота вращения электродвигателя и авто-

матически увеличивается крутящий момент, подводимый к веду-

щим колесам автобуса.

Режим работы двигателя в различных дорожных условиях зави-

сит только от подачи топлива, которая осуществляется педалью.

Отсутствие педали сцепления и рычагов переключения коробки

передач существенно облегчает работу водителя автобуса, кото-

рый в условиях города работает с частыми остановками. Кроме

Рис. 30.8. Электромеханическая трансмиссия:

электродвигатель;

2 — карданная передача, 3 — ведущий мост; 4 — двига-

тель, 5 — генератор

396

того, электромеханическая трансмиссия повышает проходимость

и безопасность движения. Недостатком электромеханической транс-

миссии по сравнению с механической является меньший КПД

(не превышает 0,85), что ухудшает тягово-скоростные свойства и

топливную экономичность (расход топлива увеличивается на

15...20

%).

Трансмиссия также имеет большие размеры и массу.

30.7. Трансмиссия автопоезда

Автопоезд, состоящий из автомобиля — тягача и прицепа или

полуприцепа, может иметь различные трансмиссии в зависимос-

ти от назначения. Так, на автопоезде, предназначенном для рабо-

ты по дорогам с твердым покрытием, трансмиссию имеет только

автомобиль-тягач. На

автопоезде,

рассчитанном на работу в усло-

виях бездорожья, для повышения проходимости прицеп (или по-

луприцеп) обычно оборудуют ведущими мостами. Мощность и

крутящий момент к этим мостам могут подводиться от двигателя

автомобиля-тягача через механическую, гидравлическую или элек-

трическую передачу.

Для привода дополнительного оборудования автопоезда (лебед-

ки, насоса подъема грузового кузова и др.) в трансмиссии имеется

коробка отбора мощности с приводом от коробки передач.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение трансмиссии, перечислите ее типы, укажите

назначение.

2. Почему происходит движение автомобиля при передаче трансмис-

сией к ведущим колесам мощности и крутящего момента от двигателя?

3. Какова колесная формула автомобиля и что она характеризует?

4. Перечислите основные механизмы механических трансмиссий ав-

томобилей с различными колесными формулами.

5. Какие эксплуатационные свойства автомобиля зависят от транс-

миссии и ее технического состояния?

Глава 31

СЦЕПЛЕНИЕ

31.1. Назначение и типы

Сцеплением называется силовая муфта, в которой передача

крутящего момента обеспечивается силами трения, гидродина-

мическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты

называются соответственно фрикционными, гидравлическими и

электромагнитными.

Сцепление служит для временного разъединения двигателя и

трансмиссии и плавного их соединения. Временное разъединение

двигателя и трансмиссии необходимо при переключении пере-

дач, торможении и остановке автомобиля, а плавное соедине-

ние — после переключения передач и при

трогании

автомобиля с

места.

При движении автомобиля сцепление во включенном состоя-

нии передает крутящий момент от двигателя к коробке передач и

предохраняет механизмы трансмиссии от возникающих в ней ди-

намических нагрузок, например при экстренном (аварийном)

торможении, резком включении сцепления, неравномерной ра-

боте двигателя и резком снижении частоты вращения коленчато-

го вала, наезде колес на неровности дороги и т. д.

На автомобилях применяются различные типы сцеплений

(рис.

31.1).

Все сцепления, кроме центробежных, являются посто-

янно замкнутыми, т.е. постоянно включенными; их выключает

водитель при переключении передач, торможении и остановке

автомобиля.

На автомобилях

наибольшее

применение получило фрикцион-

ное сцепление.

По связи ведущих

и ведомых частей

Фрикционные |

•>-|

Гидравлические

Электро-

магнитные

»•

*•

I-

По созданию

нажимного усилия

С периферийными

пружинами

С центральной

пружиной

По числу

ведомых дисков

Однодисковые

р»

Двухдисковые

р*

Центробежные

1 1

Многодисковые

Полуцентробежные |

По типу

привода

механиче-

ским

приводом

гидравличе-

ским приводом

Рис.

31.1.

Типы сцеплений

398

Однодисковое сцепление применяют на легковых автомобилях,

автобусах и грузовых автомобилях малой и средней, а иногда и

большой грузоподъемности. Двухдисковое сцепление устанавлива-

ют на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобу-

сах большой вместимости. Многодисковое сцепление используют

очень редко — только на автомобилях большой грузоподъемности.

Гидравлическое сцепление (гидромуфту) в качестве отдельного

механизма на современных автомобилях не применяют. Ранее его

использовали в трансмиссиях автомобилей, но только совместно

с последовательно установленным фрикционным сцеплением.

Электромагнитное сцепление применялось на некоторых авто-

мобилях, но широкого распространения не получило в связи со

сложностью конструкции.

31.2. Фрикционное однодисковое сцепление

Фрикционным сцеплением называется дисковая муфта, в кото-

рой крутящий момент передается силами сухого трения.

На современных автомобилях широко распространено одно-

дисковое сухое сцепление, в котором для передачи крутящего

момента применяется один ведомый диск.

Однодисковое сцепление (рис.

31.2,

и)

состоит из ведущих и ведо-

мых деталей, а также деталей включения и выключения сцепления.

Ведущими деталями являются маховик 3 двигателя, кожух 7 и на-

жимной диск 2, ведомыми — ведомый диск 4, деталями включе-

ния — пружины 6, деталями выключения — рычаги 12 и муфта с

подшипником 7. Кожух 1 прикреплен болтами к маховику. Нажим-

ной диск 2 соединен с кожухом упругими пластинами 5. Это обес-

печивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск

5 6

Рис. 31.2. Однодисковое фрикционное сцепление:

а — включено; б — выключено;

— кожух; 2 — нажимной диск; 3 — маховик;

4— ведомый диск;

5—

пластина;

6—

пружина; 7— подшипник;

8—

педаль; 9 —

вал; 10 — тяга; 11 — вилка; 12 — рычаг

399