Ходовая часть трансмиссия шасси автомобиля

Лекция 1

Тема лекции

Общее устройство автомобиля и двигателя

План лекции

1.1 Определение понятия «автомобиль»

1.2 Определение понятия «пожарный автомобиль»

1.3 Определение понятия «аварийно-спасательный автомобиль»

1.4 Определение понятия «базовое шасси»

1.5 Задачи курса «Базовое шасси пожарных и аварийно-спасательных автомобилей»

1.6 Общее устройство автомобиля

1.7 Автомобильные двигатели. Назначение, классификация

1.8 Общее устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Литература, интернет-источники

1. Автомобиль: Основы конструкции : Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» / Н.Н. Вишняков, В.К. Вахламов, А.Н. Нарбут и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 304 с.

2. Устройство автомобиля : Учебник для учащихся автотранспортных техникумов / Е.В. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур. – 6-е изд., стереотип. – М.: Машиностроение, 1987. – 352 с.

3. Пожарная техника : Учебник / Под ред. М.Д. Безбородько. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2004. – 550 с.

Содержание лекции

1.1 Определение понятия «автомобиль»

Автомобиль (от греческого autos – «сам» и латинского mobilis – «подвижный») – самоходная транспортная машина, приводимая в движение установленным на нем двигателем.

Любой автомобиль состоит из трех основных частей :

3) шасси .

По назначению автомобили подразделяют на:

3) специальные – не выполняют транспортную работу. Оборудованы специальными приспособлениями, устройствами, механизмами. Могут иметь специальные кузова.

Пожарные и аварийно-спасательные автомобили относятся к специальным автомобилям.

1.2 Определение понятия «пожарный автомобиль»

Согласно ГОСТ Р 53248-2009 Техника пожарная. Пожарные автомобили. Номенклатура показателей:

« Пожарные автомобили – оперативные транспортные средства на базе автомобильных шасси , оснащенные пожарно-техническим вооружением, оборудованием, используемые при пожарно-спасательных работах ».

Основные пожарные автомобили (ПА):

1) перевозят личный состава к месту вызова,

2) перевозят огнетушащее вещество (или может подавать огнетушащее вещество в зону пожара из других источников);

3) перевозят пожарное оборудование;

4) подают огнетушащее вещество в зону пожара.

Специальные пожарные автомобили – пожарные автомобили, предназначенные для обеспечения выполнения специальных работ на пожаре (какой-либо из пунктов 1), 2), 3), 4) не выполняется). Это автолестницы и коленчатые подъемники, рукавные автомобили, автомобили ГДЗС и т.д.

1.3 Определение понятия «аварийно-спасательный автомобиль»

Согласно ГОСТ Р 53248-2009 Техника пожарная. Пожарные автомобили. Номенклатура показателей:

«Пожарный аварийно-спасательный автомобиль (АСА) – пожарный автомобиль , оборудованный генератором, комплектом аварийно-спасательного инструмента и предназначенный для доставки личного состава, пожарно-технического вооружения, оборудования к месту пожара (аварии) и проведения действий при аварийно-спасательных работах».

1.4 Определение понятия «базовое шасси»

Согласно ГОСТ Р 12.2.144-2005 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Автомобили пожарные. Требования безопасности. Методы испытаний:

« Базовое шасси – автомобильное шасси, специально изготовленное либо серийно выпускаемое , предназначенное для размещения на нем салона для личного состава боевого расчета и пожарной надстройки».

Таким образом, пожарные автомобили состоят из шасси (основы транспортного средства) и пожарной надстройки .

Согласно НПБ 312-2003 Техника пожарная. Аварийно-спасательный автомобиль. Общие технические требования. Методы испытаний:

« Базовое шасси АСА – серийно выпускаемое автомобильное шасси, с доработкой кузова (салона) в целях приспособления его для выполнения специальных работ».

АСА (по НПБ 312-2003) создаются на шасси грузовых автомобилей, грузоподъемностью от 2 до 12 т, а также на базе автобусов.

1.5 Задачи курса «Базовое шасси пожарных и аварийно-спасательных автомобилей»

Пожарные и аварийно-спасательные автомобили могут выпускаться в разных вариантах конструктивного исполнения:

1. Применение стандартных (серийных) шасси с наиболее подходящими для эксплуатации характеристиками в зависимости от назначения, условий применения (мощность двигателя, колесная формула, грузоподъемность).

2. Выполнение модернизации стандартных шасси с учетом специфики эксплуатации ПА (установка более мощного двигателя, изменение передаточных чисел трансмиссии, усиление подвески и т.п.).

3. Изготовление для ПА специального шасси. ПА, изготовленные на специальном шасси имеют более высокие эксплуатационные свойства, по сравнению с аналогами на базовых шасси.

Третий вариант – более перспективный, однако требует больших затрат. Поэтому большинство отечественных ПА выполняются по первому (реже – второму) варианту конструктивного исполнения.

В связи с этим, специалисту по пожарной безопасности важно иметь знания по устройству серийных автомобилей, на базе которых изготавливаются ПА . Это, главным образом, грузовые автомобили ЗИЛ, КамАЗ, «Урал». Реже используются шасси ГАЗ, УАЗ (в основном — на АСА и ПА легкого класса).

Необходимо изучить их общее устройство, а также назначение, основы конструкции и принцип действия отдельных агрегатов, узлов, механизмов и систем базовых автомобилей.

Все зарубежные ПА создаются на базе национальных, региональных (евронормы) международных (ИСО) стандартов и норм.

Для создания ПА на зарубежных предприятиях (фирмах) используются современные специальные шасси с более высоким уровнем энергообеспечения и безопасности.

Наметилась тенденция к созданию многоцелевых пожарно-спасательных автомобилей с расширенным спектром функций, а также ПА первой помощи (автомобилей быстрого реагирования с набором функциональных контейнеров).

Студентам необходимо освоить навыки анализа различных конструктивных схем, знать основные тенденции развития конструкции автомобиля.

1.6 Общее устройство автомобиля

Автомобиль состоит из отдельных деталей, узлов, механизмов, агрегатов и систем.

Механизм – устройство, предназначенное для преобразования движения и скорости.

Агрегат – соединение нескольких устройств в одно целое.

Система – совокупность отдельных частей, связанных общей функцией (например, системы питания, охлаждения, смазки и т. д.).

Автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, кузова и шасси.

Двигатель – источник энергии.

Шасси объединяет трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления.

Кузов, устанавливаемый на шасси, предназначен для размещения водителя и пассажиров в легковом автомобиле и груза в грузовом. Кузов грузового автомобиля состоит из платформы для груза, кабины водителя, капота, закрывающего двигатель, и оперения. В данной дисциплине кузов не изучается.

Ходовая часть состоит из рамы, на которой установлен кузов и все механизмы автомобиля, подвески (рессоры и амортизаторы), передних и задних мостов и колес. Крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам, вызывает противодействие дороги, которое выражается силой реакции, приложенной к ведущим колесам и направленной в сторону движения автомобиля. Силы реакции передаются на ведущий мост, а от него через рессоры на раму автомобиля и толкают ее вперед. Рама в свою очередь передает эти силы через передние рессоры на передний мост и к передним колесам, вызывая поступательное движение автомобиля.

Механизмы управления — рулевое управление, которым изменяют направление движения автомобиля, и тормозная система, позволяющая быстро уменьшать скорость движения или останавливать автомобиль.

Трансмиссия (см. рисунок) передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля и изменяет величину и направление этого момента. В трансмиссию входят следующие механизмы: сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси. Последние три механизма составляют ведущий (обычно задний) мост.

Шасси автомобиля и все,что нужно об этом знать.

Любое транспортное средство, независимо от его типа и назначения, состоит из трех основных частей: двигателя, кузова и шасси. Шасси автомобиля — это система, состоящая из собранных воедино узлов ходовой части, трансмиссии и механизма управления. Она является одной из самых важных частей транспортного средства, так как позволяет обеспечить восприятие и передачу всех сил, которые действуют на него во время движения.

Функции шасси

Элементы подвески ходовой части снижают нагрузки и компенсируют колебания при движении по ухабистой дороге и бездорожью. Подрамник позволяет установить на шасси кузов, двигатель и другие агрегаты. Передний и задний мосты посредством колес передают вращательное движение и таким образом обеспечивают движение автомобиля.

Первые автомобили, выпускаемые в прошлом столетии, имели некоторое отличие от тех, которые сегодня ездят по дорогам. Все автомобили — и легковые, и грузовые — раньше имели раму, на которую устанавливались все агрегаты и узлы (кузов, трансмиссия, двигатель и т. д.). С течением времени рамное шасси автомобиля осталось только у грузовиков и автобусов. В легковых же автомобилях функции рамы начал выполнять кузов.

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ШАССИ

Таким макаром, можно выделить две разные схемы шасси тс.

• Рамное шасси, которое в общем случае представляет собой несколько крепких балок, на которые инсталлируются все узлы автомобиля. Такая конструкция позволяет автомобилям перевозить огромные грузы и просто управляться с разными динамическими нагрузками.

• Несущий кузов. В погоне за уменьшением веса легковых автомобилей все функции рамы были переопределены на кузов. Такая рама не позволяет перемещать огромные грузы, но в то же время обеспечивает больший комфорт и скорость движения.

Зависимо от предназначения автомобиля, могут употребляться последующие виды конструкций:

• лонжеронные;
• хребтовые;
• периферийные;
• вильчато-хребтовые;
• решетчатые.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНО ШАССИ?

Благодаря шасси и элементам подвески, которые входят в состав ходовой части, происходит понижение нагрузок и компенсация колебаний во время движения транспортного средства по неровной дороге и бездорожью. Благодаря подрамнику, который входит в состав шасси, инженеры получили возможность устанавливать на шасси кузов, силовой агрегат, трансмиссию и прочие агрегаты. За счет фронтального и заднего мостов посредством передачи крутящего момента на колеса происходит движение авто.

Когда-то все автомобили (и легковые и грузовые) имели раму, чего не скажешь о нынешних авто. На раму устанавливался кузов, двигатель, трансмиссия, а также навесное оборудование ходовой части. Со временем производители авто поняли то, что в раме для легковушек нет необходимости, и все функции рамы стал выполнять модифицированный кузов. А рама стала уделом тяжелых внедорожников (рамников) и грузовых авто.

Составные элементы шасси

Классический комплект автомобильного или колесного тракторного шасси состоит из следующих агрегатов.

Трансмиссия

Она включает в себя сцепление, КПП, карданную передачу, полуоси, главную передачу, дифференциал. Для машин с полным приводом в трансмиссию включается раздаточная коробка.

Сцепление. В схеме трансмиссии ТС находится непосредственно в контакте с маховиком двигателя и в нужное время отключает соединение с коленвалом, прекращая передачу крутящего момента на шестеренки коробки передач.

Конструктивно сцепление бывает «сухим» (на автомобилях и тракторах фрикционные диски работают в воздушной среде) и «мокрым» (работающее в масляной ванне, такой тип стоит на мотоциклетных движках с поперечным расположением). Также оно бывает однодисковым — на легковых автомобилях и малых грузовиках, или двухдисковым — на тяжелых грузовиках и тракторах.

Коробка переключения передач. КПП бывают механические, полуавтоматические и автоматические. Коробка передач служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя на средних оборотах коленчатого вала, при разных скоростях движения транспорта и при разных условиях движения (дорога, бездорожье). Обеспечивается это путем изменения угловой скорости и как следствия, крутящего момента, на выходном валу КПП, по отношению к входному валу. Достигается это за счет использования шестерней с различными передаточными числами.

Раздаточная коробка. Служит для распределения крутящего момента между ведущими осями автомобиля и для повышения крутящего момента.

Дифференциал. Механическое устройство, которое распределяет крутящий момент от входного вала (карданного вала), на приводные валы колес (полуоси). Бывает блокируемый и не блокируемый.

Шасси грузовых автомобилей

Наиболее распространенными считаются лонжеронные рамы. Они представляют собой две продольные балки, соединенные поперечинами. Форма таких балок может быть совершенно разной: трубчатой, Х- или К-образной. В наиболее нагруженной части рама имеет увеличенное сечение швеллера. Параллельная схема лонжеронов (балки располагаются на равном расстоянии на всем протяжении шасси) применяется на грузовых автомобилях.

В легковых автомобилях повышенной проходимости могут применятся лонжероны, которые имеют некоторое расхождение осей как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Хребтовая рама представляет собой одну несущую продольную балку, на которую крепятся поперечины. Зачастую эта балка имеет круглое сечение, благодаря чему в ней могут размещаться элементы трансмиссии. Такая рама обеспечивает большую стойкость к кручению, чем лонжероны. Также использование шасси хребтового типа предполагает использование независимой подвески всех колес. Вильчато-хребтовая рама имеет разветвление продольной балки в задней или передней части. То есть она совмещает в себе лонжероны и хребтовую балку. Остальные типы рамы шасси не используются для грузовых автомобилей.

Достоинства и недостатки шасси наземного ТС

Современные ТС, будь то автомобиль, трактор или специальное самоходное устройство оснащается шасси, которое укомплектовано по последнему слову конструкторской мысли.

Положительным качеством шасси современных автомобилей является их высокая надежность и ресурс агрегатов, который позволяет без замены им работать не один десяток тысяч километров. А использование в виде опоры землю, дает ТС на базе данного шасси перемещать огромные грузы, на большие расстояния с малой затратой топлива и оптимальной скоростью.

Основным недостатком шасси наземных ТС является отсутствие универсальности при переходе работы из одной среды в другую.

Факторы, влияющие на изменения в конструкции шасси ТС

Шасси наземных транспортных средств изменялись с самого момента их изобретения и установки на повозки. Вначале это касалось облегчения конструкции колеса. В деревянном круге делались пропилы для облегчения конструкции. С появлением металлических спиц их стали устанавливать в колеса. С изобретением подшипников они стали устанавливаться на оси для облегчения вращения колеса и увеличения срока службы колесной оси.

Кузов на каретных повозках вначале подвешивали на ремнях или на цепях. Затем на них принялись устанавливать подрессоренную подвеску в виде пружин, которые стали устанавливать и на другие повозки, если такое желание высказывал хозяин. В начале XIX века была изобретена рессора. Их сразу же стали устанавливать на кареты и другие повозки. В период безраздельного господствования гужевого транспорта многие части шасси ТС изготавливались из дерева.

Такая тенденция сохранялась и при производстве первых самоходных колясок. Однако с развитием автомобильного транспорта изменялся подход к обеспечению безопасности водителя во время езды. Деревянные детали менялись на металлические. Мягкость хода на первых моделях автомашин обеспечивалась за счет рессор и пружин. С появлением амортизаторов их стали устанавливать в подвеску машин.

На современных автомобилях все силовые элементы конструкции шасси ТС изготавливаются из качественной стали. В элементах крепления рессор и в пружинах устанавливают резиновые или пластиковые отбойники, а некоторые элементы подвески, типа шаровых опор, закрывают резиновыми пыльниками.

Дальнейшее развитие элементов шасси приведет к использованию в конструкции новых конструктивных материалов, такие как композитные материалы и нано-материалы, которые будут способны восстанавливать свою структуру. А в системе подвески претерпит изменение связи, т.е. переход от механической связи подвески к магнитной и электромагнитной подвески.

Что такое шасси в автомобиле: назначение, принцип работы

Функционально любой автомобиль можно рассматривать, как совокупность пассажирского и грузового отсеков, а также всех механизмов и конструкций, позволяющих транспортному средству передвигаться, то есть кузова и шасси.

Исторически сложилось выделение двигателя в самостоятельную единицу, к шасси не относящуюся, хотя структурно он тоже всегда упоминается в его составе.

Функции шасси в машине

Исходя из основного предназначения автомобиля, шасси должно выполнять следующие задачи:

• принимать крутящий момент от двигателя, преобразовывать его до нужной величины и передавать на ведущие колёса;
• обеспечивать максимальное гашение ударов и толчков от неровностей дороги, сохраняя от перегрузок пассажиров, груз и механизмы автомобиля;
• задавать направление движения, стабильность и безопасность на любых дорогах;
• выполнять служебное, экстренное и стояночное торможение;
• придавать дополнительную прочность и жёсткость кузову.

Некоторые элементы шасси могут монтироваться внутри кузова, сохраняя при этом свою функциональную автономность.

Устройство и конструкция

В соответствии с выполняемыми функциями шасси состоит из отдельных систем:

• Трансмиссия, куда относятся коробка передач, раздаточная коробка, система приводов и карданных валов, редукторы ведущих мостов, полуоси;
• Подвеска с упругими элементами, демпферами (амортизаторами), направляющим аппаратом;
• Колёса и ступичные узлы;
• Рулевое управление, куда входят руль, колонка, усилители, рулевой редуктор (рейка), рулевая трапеция и поворотные кулаки;
• Тормозная система, достаточно сложно устроенная по соображениям эффективности и безопасности.

Конструктивно узлы шасси могут быть скомпонованы вокруг рамы автомобиля или, при её отсутствии, вокруг нижних элементов силовой структуры несущего кузова.

Для повышения комфорта и улучшения управляемости часто на машины устанавливаются передний и задний подрамники. Это прочные пространственные конструкции, к которым крепятся детали подвесок и трансмиссии, а сами они монтируются на кузове.

Так кузов избавляется от многих нежелательных сил, которые прикладывались бы к нему со стороны дороги и силового агрегата.

Большое значение компоновка шасси имеет и для технологичности процессов сборки и ремонта автомобилей. Вместо того, чтобы производить все работы вокруг объёмного и тяжёлого кузова, производится предварительная сборка всех элементов на раме или подрамниках, после чего полученные крупные модули соединяются с кузовом.

Такой подход имеет и свои недостатки, поскольку детали подрамников начинают в свою очередь мешать при сборочно-разборочных операциях. Но преимуществ больше, поэтому подрамники присутствуют почти на всех современных автомобилях.

Трансмиссия

Через трансмиссию проходит путь крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам. При этом он меняется в широком диапазоне, в зависимости от выбираемого водителем или автоматически суммарного передаточного числа трансмиссии.

Это число означает отношение оборотов двигателя к частоте вращения колёс. Ровно во столько же раз, во сколько скорость вращения вала двигателя больше, чем валов на выходе трансмиссии, возрастает крутящий момент.

Это очень важно для реализации всей мощности мотора, поскольку она зависит от частоты вращения вала, но при этом может потребоваться на любой скорости.

В состав классической механической трансмиссии могут входить:

• Сцепление , предназначенное для рассоединения двигателя, всех прочих узлов и плавного их подключения;
• Коробка передач , непосредственно меняющая общее передаточное число, а значит скорость и крутящий момент;
• Раздаточная коробка , используется на полноприводных автомобилях, с её помощью вращение распределяется по разным осям;
• Карданные валы и привода с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС), связывающие между собой узлы трансмиссии и ступицы колёс;
• Главные передачи , где крутящий момент дополнительно умножается, а вращение разворачивается от продольного направления на поперечное;
• Дифференциалы , позволяющие осям и колёсам на одной оси вращаться с разной скоростью.

Трансмиссия в авто с передним приводом.

Трансмиссия в авто с задним приводом.

Чаще всего используется механическая трансмиссия с ручной или автоматической коробкой, но возможно применение гидравлических и электрических трансмиссий, например на гибридных и особо большегрузных автомобилях.

Классификация

Шасси может быть рамного типа или собранным на основе несущего кузова. Рамы, в свою очередь, подразделяются на:

• Лестничного типа в виде двух лонжеронов, соединённых силовыми поперечинами;
• Объёмная, представляющая собой пространственную конструкцию, к которой крепятся навесные детали кузова;
• Хребтовая, когда все нагрузки принимает на себя мощная труба по центру автомобиля, на которую и навешиваются элементы трансмиссии и подвески, часто внутри неё проходят карданные валы;
• Интегрированная, то есть включённая в силовую структуру несущего кузова для принятия на себя основной доли всех нагрузок, но не отделяемая от деталей кузова;
• Распределённая, с отдельными передними и задними подрамниками, соединёнными несущим днищем автомобиля со встроенными лонжеронами и поперечинами.

Применение рам ограничено тяжёлыми автомобилями, грузовиками, а также полноприводными машинами высокой проходимости, где важна прочность и способность постоянно противостоять изгибающим нагрузкам.

Иногда от кузова наоборот требуется высокая жёсткость, тогда используется пространственная рама, например в автоспорте.

Во всех прочих случаях использование отдельной рамы нежелательно, поскольку это увеличивает массу и стоимость машины. Тогда в автомобилях применяется несущий кузов.

Силовая структура, часто из высокопрочных сортов стали, образует каркас кузова, выполняя требования по прочности и безопасности, но в условиях постоянных ударных и скручивающих нагрузок ослабевает из-за усталости металла. Но для дорожных автомобилей это не так важно, зато конструкция получается лёгкой и жёсткой.

Шасси грузовых автомобилей

Практически всегда грузовики строятся на шасси с рамой лестничного типа. Два массивных лонжерона вдоль автомобиля, обычно переменного сечения, обеспечивают независимое размещение кабины с двигателем и грузовой платформы или сцепного устройства для полуприцепа.

Для тяжёлого грузовика именно такой подход очень важен. В кузове, а здесь это означает именно грузовую платформу, размещается очень большая масса, погасить колебания которой с помощью только подвески невозможно.

Плоская рама же обеспечивает гибкость и податливость, груз обретает некоторую свободу и его перемещения в такт неровностям дороги не достигают разрушающих нагрузок. Сама же рама выполнена из упругой стали, восстанавливающей свою исходную форму после снятия напряжения.

Кроме того, рамная конструкция позволяет выполнить шасси грузовика функционально завершённой конструкцией. На нём располагаются двигатель, трансмиссия, подвески и тормоза.

Остаётся навесить на раму любой кузов из предусмотренной линейки, будь то бортовой грузовик, фургон, цистерна или седельный магистральный тягач.

Так же достаточно легко решаются вопросы с изменением количества мостов, размеров, типов кабин и дополнительного оборудования. Модульность конструкции позволяет снизить себестоимость автомобилей.

Вплоть до поставки голых шасси специализированным фирмам для постройки уникальных автомобилей в единичном производстве.

Достоинства и недостатки

Концепция разделения автомобильного конструктива на шасси и кузов имеет свои преимущества:

• возможность территориального разделения кузовных цехов и производителей шасси, с выделением сборочных производств;
• дешевизна расширения номенклатуры автомобилей на единой платформе, вплоть до построения разных марок машин на одном шасси;
• проведение рестайлинга моделей без дополнительных затрат на разработку нового шасси;
• минимальные затраты на проведение крупных ремонтов;
• вынесение мелкосерийного производства за рамки крупных предприятий.

Недостатками будут неизбежные затраты из-за невозможности дублирования функций кузова и шасси одними и теми же узлами:

• некоторое увеличение общей массы автомобиля;
• трудности с распределением массы по осям;
• повышение центра тяжести автомобиля и ухудшение управляемости;
• невозможность перекомпоновки узлов при создании модификаций.

По этим причинам чёткое разделение шасси и кузова не используется в дорогих спортивных и представительских автомобилях, где главными являются их потребительские характеристики, а не вопросы оптимизации производства.

Так же поступают и при конструировании самых дешёвых бюджетных автомобилей, где модели быстро обновляются, а номенклатура модификаций минимальна, гораздо важнее малая масса, то есть общее количество затраченных материалов и деталей.

Устройство автомобиля

Основные узлы устройства автомобиля

Несмотря на огромное число моделей и брендов, при детальном рассмотрении оказывается, все легковые транспортные средства устроены одинаково.

Основные части любого автомобиля:

1. Двигатель (мотор). Устройство трансформирует тепловую энергию в механическую, что необходимо для передачи крутящего момента к колесам. Другими словами, благодаря ему машина едет;
2. Трансмиссия (силовая передача). Отвечает за тот самый крутящий момент, который стимулируется источником энергии от мотора. В данный узел входят следующие агрегаты: коробка передач, сцепление, карданная передача, ведущий мост;
3. Ходовая часть (в простонародье – «ходовка»). Механическая основа движения автомобиля. Конструкция включает переднюю и заднюю подвески, колеса, ведущие мосты;
4. Системы управления. Собственно говоря, это рулевая система (чтобы ехать) и тормозная (чтобы останавливаться);
5. Электрооборудование. Сюда входят аккумулятор, проводка, генератор. Словом – источники и потребители тока.

Все перечисленные элементы крепятся к несущей конструкции – кузову автомобиля. Последний состоит из днища, передних и задних лонжеронов (силовые детали каркаса, делающие его прочным и устойчивым), моторного отсека, крыши и навесных элементов (двери, капот, крышка багажника, бампер, крылья).

Данный перечень — лишь «верхушка айсберга», но ее вполне достаточно, чтобы начать понимать базовый принцип устройства автомобиля.

Если вы ищете учебник или пособие, в котором легко и доступно, «для чайников», расписано устройство автомобиля, рекомендуем обратить внимание на книгу Бескаравайного М.И. «Устройство автомобиля просто и понятно для всех». Пособие легко скачать в Интернете из любой онлайн-библиотеки.

Краткий обзор важных систем и агрегатов устройства авто

Итак, согласно схеме общего устройства машины, она работает следующим образом.

Благодаря кузову все узлы устройства собраны вместе. Системы работают синхронно и слаженно. За запуск двигателя отвечает аккумулятор. Последний выдает искру, из-за которой воспламеняется бензин в камере сгорания. Детонация запускает движение поршней в моторе. Двигатель, с помощью трансмиссии (если максимально просто, это сила, которая крутит колеса) передает энергию на колеса. За плавность и исправность хода отвечает ходовка. Машина едет или останавливается. Эти процессы контролируются педалями «газ» и «тормоз». В автомобилях с механической коробкой передач есть еще педаль «сцепление» (об этом чуть ниже). Чтобы работали все лампочки и датчики, а также исправно функционировал бортовой компьютер, генератор вырабатывает ток.

Водитель, сидя за рулем в комфортабельном салоне, не видит и не ощущает всю сложность технического устройства автомобиля. Он лишь поворачивает ключ в замке, переключает рычаг коробки, давит педали, крутит руль, да жмет кнопочки на панели. Ну, и контролирует уровень топлива в баке. Сказка, да и только!

Однако, все же, если он хочет понимать устройство автомобиля, хотя бы на уровне «для начинающих», должен разбираться еще в некоторых механизмах.

• Важным элементом схемы и устройства автомобиля является движок (или мотор). Они бывают внутреннего сгорания (на бензине или газе) и электрические. Первые подразделяются еще на десяток подвидов, но мы туда углубляться не станем.

• Не менее значимой частью управления считается тормозная система. Она бывает стояночная (чтобы фиксировать авто на неровной поверхности) и рабочая (предназначена для временной или полной остановки, а также для снижения скорости движения);

• Коробка передач. Речь идет о знакомых каждому водителю терминах «механика» или «автомат», если грамотно – МКПП и АКПП. Еще бывает роботизированная коробка (некий микс первых двух), но она не получила широкого распространения. Автоматом управлять проще, поскольку он сам контролирует скорость и нагрузку на машину, в такой машине нет педали сцепления. В случае же с механикой, водитель, с помощью последнего, самостоятельно переключает скорости, следя за нагрузкой на авто.

Что такое сцепление? Как работает данный элемент устройства? Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда мы заводим тачку, она сразу не едет. Почему при заведенном двигателе она стоит на месте, пока мы не переключим скорость и не нажмем на педаль газа (тормоза и сцепления, потом газа при МКПП)? Сейчас попробуем объяснить:

1. Силовой агрегат (движок) авто оснащен маховиком и коленвалом. На самом деле, там внутри сложная система шестеренок, валов и зубьев, но чтобы углубиться в детали этой конструкции, нужно обладать хотя бы минимальным запасом специальных знаний. А потому, мы стараемся объяснять проще.
2. Со стороны маховика к мотору прикреплена коробка передач со сцеплением.
3. Завод автомобиля происходит на «нейтралке» (нейтральная передача), при которой зубья коленчатого вала выведены из зацепления. Другими словами, вал коробки вращается вхолостую, крутящая сила, пока, не передается на колеса.
4. Чтобы начать двигаться, нужно выжать сцепление. Оно спровоцирует плавное сочленение шестеренок маховика с трансмиссией. Далее, следует включить первую скорость. Начнется движение всего механизма, можно жать педаль газа. В автомобилях с АКПП весь этот процесс выполняется автоматически, без участия водителя.

Ну что же, мы разобрали базовые элементы конструкции и устройства современного автомобиля, постарались объяснить все максимально доступно и просто. Теперь вы понимаете, каким образом тачка едет, почему работает двигатель, за что отвечает тот или иной агрегат.

Мало кто поспорит, управлять современной машиной, да еще с АКПП – одно удовольствие. Но это – только если соблюдать рекомендации по уходу, относиться к авто бережно, вовремя проходить ТО и реагировать на малейшие неисправности.

Электрооборудование и системы помощи водителю

Многое в машине контролируется электрикой. Она довольно сложная, но значительно облегчает процесс вождения и делает пребывание в салоне максимально комфортным. Именно она запускает двигатель, поддерживая его в рабочем состоянии. Блок управления, аккумулятор, генератор, распределитель, искрообразующие свечи, — всё это отдельные части автомобиля, без которых невозможно представить его нормальное функционирование.

Второстепенными элементами автоэлектрики являются источники освещения: фонари, габаритные огни, поворотники, подсветка салона и т. д. Сюда же относится звуковой сигнал, всевозможные датчики и регуляторы.

К электрооборудованию можно причислять и системы, призванные улучшать курсовую устойчивость и управляемость автомобиля.

Тормозная система

Позволяет замедлять движение машины, вплоть до её полной остановки. Незаменима система во время экстренных ситуаций, а также когда автомобиль надо удерживать от самопроизвольного движения вниз. Автомобильные тормоза включают несколько подсистем: ручную, запасную, вспомогательную, антиблокировочную. Их совокупность называется тормозным управлением.

Задача основной тормозной системы — регулировать скорость движения машины, останавливать транспортное средство в случае необходимости. Состоит она из привода и исполнительных механизмов (барабан, диск). На современных легковых авто чаще используется гидропривод, реже — электрический, пневмо или комбинированный варианты. В некоторых случаях для повышения давления жидкости и эффективности торможения применяются вакуумный усилитель и регулятор.

При отказе или неисправности главного тормоза (разгерметизация одного из контуров и понижение уровня жидкости до критического) задействуется резервная тормозная система. Работает она как самостоятельный узел или вкупе с ручником.

Ручной или стояночный тормоз, оснащённый механическим приводом, предназначен для:

• удержания машины на спусках;
• аварийного торможения в чрезвычайных случаях.

Коэффициенты эффективности замедления автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч при усилии на педаль до 50 кг основной системы и подсистем:

• главный тормоз — не меньше 5,8 м/с2;
• аварийный и ручной — 2,75 м/с2.

Принцип функционирования тормозов прост. После нажатия на педаль тормозное усилие передаётся на колёсные механизмы. Последние прижимают к дискам колодки, тем самым останавливая вращение.

Устройство шасси автомобиля

Шасси автомобиля состоит из множества механизмов, передающих крутящийся момент от двигателя к колесам, передвигающих автомобиль и управляющих им: трансмиссии, механизма управления автомобилем и ходовой части.

Сцепление автомобиля

Сцепление служит для того, чтобы передавать крутящий момент двигателя к коробке передач и плавно соединять или разъединять двигатель с механизмами трансмиссии. От педали сцепления идет трос, приводящий в действие механизм сцепления. Сцепление служит для предохранения деталей двигателя и трансмиссии от перегрузки и повреждения при резком включении передачи или торможении.

Шасси автомобиля.

Объединяет все агрегаты , механизмы и представляет собой совокупность всех механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колёса, передвижения автомобиля и управления им.

Шасси состоят из трёх механизмов:

2. Ходовой части.

3. Механизмов управления.

Трансмиссия – совокупность узлов и механизмов соединяющих двигатель с ведущими колёсами, служащая для передачи и изменения крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам автомобиля. В состав трансмиссии входят:

— раздаточная коробка, если автомобиль полноприводный;

Ходовая частьавтомобиля включает в себя:

— раму, выполняющую функцию несущей системы, если конструкция автомобиля рамная;

— переднюю и заднюю подвески, которые связывают мосты с рамой, смягчают толчки и гасят колебания;

— кожух заднего моста;

Механизмы управления автомобилем включают:

Тормозная система служит для снижения скорости, остановки, и удержания автомобиля на месте. В состав тормозных систем входят:

— привод тормозных механизмов с усилителем;

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля и включает в себя:

— рулевой привод с усилителем;

Кузов.

Предназначен для размещения водителя, пассажиров и груза.

У автобусов и легковых автомобилей в кузове размещаются пассажиры и водитель. Кузов грузового автомобиля состоит из платформы под груз и кабины водителя.

2. Компановочные схемы автомобилей.

Компановка автомобиля может быть самой разнообразной, так как она зависит от:

— взаимного расположения двигателя, кабины и кузова;

— типа рамы (несущей системы);

— числа мостов и расположение их по длине автомобиля;

Различают схемы компановки автомобиля по расположению двигателя:

1. Переднее расположение двигателя (впереди кабины).

Такая компановка позволяет равномерно распределить нагрузку между мостами. При этом, если автомобиль заднеприводный, то он имеет лучшее сцепление шин с дорогой на различных режимах. Обеспечивается хорошая доступность к двигателю.

Если автомобиль переднеприводный, то это упрощает конструкцию трансмиссии, так как сцепление, коробка передач, главная передача с дифференциалом объединены, но при движении на подъём ухудшаются динамические характеристики из-за снижения вертикальной нагрузки на ведущий мост, а при торможении становится неблагоприятным распределение нагрузок.

2. Заднее расположение двигателя.

Такая компановка упрощает трансмиссию заднеприводного автомобиля, так как отсутствует карданный вал и длинная труба глушителя. При этом шум в салоне уменьшается, но усложняется управление двигателем, приводом сцепления и переключение передач.

1. Современные грузовые автомобили имеют, как правило, компановку кабина над двигателем.

Такая компановка обеспечивает увеличение нагрузки на передний мост, позволяет снизить собственную массу автомобиля без уменьшения грузоподъёмности и уменьшить базу автомобиля.

Длина автомобиля является одним из важных параметров для стеснённых городских условий. Для увеличении вместимости городские автобусы выполняют сочленёнными, а вне которых странах двухэтажными

Ходовая часть трансмиссия шасси автомобиля

Автомобиль — это сложная механическая система, состоящая из набора взаимосвязанных узлов и агрегатов, выполняющих различные функции. Традиционно в конструкции автомобиля выделяли три основных блока: двигатель как источник механической энергии, шасси как совокупность элементов передачи крутящего момента к ведущим колёсам и управления автомобилем и кузов как внешняя оболочка и пространство для размещения пассажиров и багажа. С появлением несущих кузовов границы между кузовом и шасси практически стёрлись, но сохранилось функциональное разделение автомобиля на механическую часть, салон, грузовое отделение и внешнее оформление. Подробнее об экстерьере и интерьере автомобиля см. страницы Дизайн автомобиля и Интерьер автомобиля.

Во внутреннем устройстве автомобиля можно выделить шесть структурных компонентов:

Рама — это металлическая конструкция, которая несёт на себе кузов и другие компоненты. У автомобилей с отдельной рамой кузов является независимым структурным элементом и крепится к раме с помощью кронштейнов. Рама, двигатель, трансмиссия, подвеска, колёса и системы управления вместе образуют отдельное шасси, способное самостоятельно передвигаться без кузова. Рама обычно сделана из стали или алюминия и сама по себе выступает элементом пассивной безопасности машины.

По форме выделяют несколько разновидностей рам:

• Лонжеронная (лестничная) рама состоит из двух продольных лонжеронов, соединённых поперечинами (траверсами), которые бывают прямыми, К-образными, Х-образными или трубчатыми. Лонжероны имеют прямоугольное швеллерное или замкнутое (короб) сечение, либо круглое сечение (трубчатая рама).
• Периферийная рама — тоже состоит из продольных лонжеронов, но они расположены по периметру кузова на большом расстоянии друг от друга. В отличие от обычной лестничной, такая рама позволяет значительно опустить пол автомобиля и уменьшить его общую высоту.
• Хребтовая рама — несущим элементом шасси является толстая центральная труба, соединяющая двигатель, коробку передач и ведущий задний мост.
• Вильчато-хребтовая и Х-образная рамы — первая представляет собой хребтовую раму с передней и задней вилками для крепления двигателя и заднего моста, вторая — раму с продольными лонжеронами, в центральной части объединёнными в закрытый трубчатый профиль.
• Несущее основание — хребтовая или лонжеронная рама, объединённая с полом автомобиля для повышения жёсткости, при этом пол в салоне отделён от кузова.

Преимущества рамной конструкции заключаются в простоте конвейерной сборки, возможности постоянного изменения дизайна автомобиля, простоте замены повреждённых панелей кузова, способности выдерживать большие нагрузки и хорошей шумо- и виброизоляции салона. В то же время рамные автомобили всегда тяжелее машин с несущим кузовом, при этом их конструкция невыгодна с точки зрения безопасности и рационального размещения узлов и агрегатов, а салон меньше по объёму из-за проходящих под кузовом лонжеронов. В наше время рамное шасси сохранилось только на грузовиках, полноразмерных пикапах и больших внедорожниках.

В современных легковых автомобилях функции рамы выполняет несущий кузов, который несёт на себе всё внутреннее оборудование. Как правило, такой кузов имеет несущий каркас из сваренных деталей и днище, а к ним крепятся подвижные элементы (двери, капот, багажник). Ранние автомобили с несущим кузовом оснащались приваренной к кузову обычной рамой или передним и задним подрамниками, забиравшими на себя часть нагрузки. Среди несущих кузовов различают каркасно-панельные (все внешние панели закреплены на внутреннем металлическом или деревянном каркасе), скелетные (панели являются несущими наряду с каркасом) и оболочковые (панели сварены в цельный корпус, заменяющий каркас) конструкции. Также существует бескаркасно-скорлупный тип несущего кузова (монокок), выполненный из высокопрочных композитных материалов (стеклопластика, углеродного волокна) и не требующий дополнительных усилений (хотя иногда объединённый с лонжеронными подрамниками).

Промежуточное положение между рамой и несущим кузовом занимает т.н. пространственная рама, которая сделана из алюминия или прочной стали и несёт на себе как внутренние агрегаты, так и отдельные панели кузова (обычно алюминиевые или пластиковые). На спортивных и гоночных автомобилях часто использовалась жёсткая пространственная рама из тонких труб.

Лестничная рама

Х-образная рама

Трансмиссия полноприводных автомобилей имеет свои особенности. Различают подключаемый вручную (4WD), подключаемый автоматически и постоянный (AWD) полный привод. В первом случае автомобиль оснащается дополнительной раздаточной коробкой, распределяющей крутящий момент между ведущими мостами, обеспечивающий устойчивое движение машины по бездорожью на понижающих скоростях и отключающая одну ось. Во втором случае обычно применяется вискомуфта в сочетании с самоблокирующимся дифференциалом (Torsen), а в автомобилях с постоянным полным приводом наряду с двумя межколёсными дифференциалами устанавливается центральный межосевой дифференциал.

Колесо — это движитель автомобиля, обеспечивающий его связь с дорогой и передвижение по ней. Колесо обычно состоит из ступицы, диска и металлического обода, а одевающаяся на обод шина является отдельным элементом. Размер колеса — это диаметр его обода в дюймах, обычно колеблется в пределах 10-25″. В каждом автомобиле есть ведущие (соединённые с трансмиссией и создающие при контакте с дорогой тяговое усилие), ведомые и управляемые (поворачивающиеся по команде водителя) колёса. Управляемые колёса всегда передние, ведущими могут быть как передние, так и задние. По конструкции выделяют следующие виды колёс:

• Спицованные — с деревянными или металлическими спицами, встречаются только на классических автомобилях.
• Стальные штампованные — сделаны из стального листа, диск приваренный к ободу.
• Легкосплавные — изготовлены из алюминиевого или магниевого сплава, бывают литые, кованые и комбинированные.
• Композитные — сделаны из лёгких композитных материалов.

Шина — упругая резиновая оболочка колеса, обеспечивающая сцепление с дорогой и поглощающая удары. Пневматическая шина состоит из покрышки с протектором и камеры (в бескамерных шинах камера отсутствует). В зависимости от внутренней структуры различают радиальные и диагональные шины, от предназначения — летние, зимние и всесезонные. В маркировке шины по метрической системе указываются ширина профиля (мм), отношение высоты профиля к ширине (%), тип (радиальная или диагональная) и диаметр обода («). Например, 225/50 R16.

В особых случаях вместо колёс на автомобилях применяются комбинированные движители. Это может быть полугусеничный движитель, состоящий из передних колёс (иногда со съёмными лыжами) и одного или двух задних мостов на гусеницах. Полугусеничные движители использовались на довоенных автомобилях повышенной проходимости и автосанях. Очень редко встречаются комбинации колёс и водомётного движителя (в амфибиях) или лопастного винта (в автомобилях на воздушной подушке).

Мост — это агрегат, соединяющий колёса на одной оси. Мосты крепятся к раме или несущему кузову с помощью подвески (см. Подвеска). Мост может быть ведущим (с ведущими задними колёсами), управляемым (в заднеприводных автомобилях с ведомыми передними колёсами), комбинированным (в переднеприводных и полноприводных автомобилях с ведущими передними колёсами) и поддерживающим (в переднеприводных автомобилях с ведомыми задними колёсами). По типу подвески выделяют неразрезные (зависимая подвеска) и разрезные (независимая подвеска) мосты.

Назначение рулевого управления заключается в изменении направления движения автомобиля за счёт поворота управляемых колёс. Состоит из рулевого колеса, рулевого механизма и рулевого привода. Водитель управляет автомобилем, вращая рулевое колесо, расположенное под необходимым углом. Рулевой механизм увеличивает приложенное усилие водителя и преобразует вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг. Он имеет передаточное число, обеспечивающее поворот колёс на максимальный угол за несколько оборотов рулевого колеса. Рулевой привод — это система тяг и шарниров, соединяющих рулевой механизм с управляемыми колёсами независимо от колебаний подвески. Детали рулевого привода образуют рулевую трапецию.

Существует три основных типа рулевых механизмов:
— глобоидально-червячный (состоит из закреплённого на рулевом валу глобоидального червяка и ролика, вращающего связанную с рычагами ось);
— винт-шариковая гайка (винтовой вал рулевого колеса перемещает гайку, связанную через тяги с рулевой трапецией);
— реечный (закреплённая на рулевом валу шестерня двигает рейку, которая через тяги поворачивает колёса).

Для снижения прикладываемого к рулевому колесу усилия применяются усилители рулевого управления. Они бывают трёх типов: гидравлические (ГУР), электрогидравлические (ЭГУР) и электрические (ЭУР).

Тормозная система предназначена для снижения скорости движения автомобиля вплоть до полной остановки, а также для надежного удержания его на месте. Рабочая тормозная система обеспечивает замедление и остановку автомобиля, а стояночная — удерживает его неподвижно на дороге. Подробнее см. страницу Тормоза