Конструкция автомобиля

Автомобиль состоит из двигателя, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления, электрооборудования, кузова для перевозки пассажиров или грузов и кабины (у грузовых А.).
В зависимости от рода двигателя различают: паровые А. (распространения не имеют); бензиновые А. - с двигателем внутреннего сгорания, работающим на А.ном бензине (большинство легковых А. и грузовых А, малой и средней грузоподъёмности); дизельные А. - с двигателем внутреннего сгорания, работающим на дизельном топливе (преимущественно грузовые А. большой грузоподъёмности и многоместные автобусы); газобаллонные автомобили - с газовым двигателем внутреннего сгорания, работающим на сжатых или сжиженных горючих газах, запас которых находится в установленных на А. баллонах (распространены только в районах с дешёвым газовым топливом); газогенераторные автомобили - с двигателем внутреннего сгорания, работающим на газе, получаемом из твёрдого топлива (древесных чурок, угля, торфа и различных брикетов) в газогенераторе, установленном на А. (получили массовое применение в годы Великой Отечественной войны вследствие дефицита жидких топлив); газотурбинные автомобили - с газовой турбиной (пока распространения не получили, но перспективны для применения в качестве тяжёлых и внедорожных грузовых А. и скоростных междугородных автобусов); электрические А. - с двигателем, работающим от аккумуляторных батарей (из-за малого запаса хода и большого веса пока используются в небольшом количестве, главным образом как грузовые А. малой грузоподъёмности для работы в городах, перспективны как легковые и грузовые А. после промышленного освоения аккумуляторов большой ёмкости при малом весе).
Трансмиссия (силовая передача) передаёт вращающий момент от двигателя к движителю А. (колёсам, гусеницам и др.). Трансмиссия может быть: механической, электромеханической и гидромеханической. Наиболее распространена механическая трансмиссия, которая обычно состоит из сцепления - муфты, дающей возможность кратковременно разъединить и плавно соединить двигатель и последующие механизмы трансмиссии; коробки передач - шестерённого ступенчатого редуктора, позволяющего изменять в широких пределах вращающий момент на ведущих колёсах (тяговую силу) и осуществлять задний ход; карданной передачи - валов с шарнирами, передающих вращающий момент от коробки передач к главной передаче при изменяющихся углах между их валами; главной передачи - шестерённого редуктора, постоянно повышающего вращающий момент, передаваемый от коробки передач к ведущим колёсам; дифференциала - механизма, распределяющего вращающий момент от главной передачи между ведущими колёсами, благодаря чему они вращаются на поворотах и неровностях дороги с разными угловыми скоростями; полуосей, передающих вращающий момент на ведущие колёса. Главные передачи, выполняемые ранее в виде пары конических шестерён с прямыми зубьями (у грузовых А. в виде двух пар - цилиндрической и конической), делают со спиральными зубьями или с гипоидным зацеплением. При поперечном расположении двигателя главные передачи выполняются в виде цилиндрических передач. На некоторых А. высокой проходимости или большой грузоподъёмности применяют разнесённые главные передачи в виде центрального конического редуктора и бортовых (колёсных) редукторов (пары цилиндрических шестерён с наружным или внутренним зацеплением, планетарного редуктора).
Наиболее перспективны бесступенчатые передачи, которые значительно облегчают управление, улучшают комфортабельность езды и проходимость А. Эти передачи часто называют автоматическими трансмиссиями, поскольку в них передаточное число изменяется автоматически с помощью аппаратуры автоматического управления коробкой передач или овместного действия трансформатора момента и аппаратуры автоматического управления.

Широко распространены гидромеханические (гидротрансформатор и ступенчатая механическая коробка передач), гидрообъёмные (гидронасос и гидромоторы) и электромеханические (генератор, электродвигатели и механические редукторы) трансмиссии. Гидромеханическую передачу чаще всего применяют для легковых А. высокого класса и больших городских автобусов, электромеханические - для особо тяжёлых грузовых А.
Ходовая часть А. состоит из рамы, подвески, осей (мостов) и колёс. Рама А. служит для установки кузова, кабины, двигателя, коробки передач и других механизмов и узлов. У большинства легковых А. и автобусов раму заменяет кузов, который в этом случае представляет собой прочную и жёсткую несущую систему. Подвеска А. выполняет упругую связь рамы или несущего кузова с осями (мостами). При помощи подвески осуществляется передача сил, действующих на колёса, раме (кузову), смягчаются динамические нагрузки, колебаниям придаётся желаемый характер, что обеспечивает необходимую плавность хода и устойчивость А. при движении. Долгое время на А. применялась подвеска в виде листовых рессор, затем в качестве упругого элемента стали использовать также витые пружины, торсионы, пневматические или гидропневматические элементы. Для быстрого гашения колебаний в систему подвески вводятся амортизаторы (обычно гидравлические рычажные и телескопические), а для уменьшения крена на поворотах - стабилизаторы поперечной устойчивости. Широко распространена независимая подвеска колёс, при которой каждое колесо подвешено к раме отдельно, так что изменение положения одного из них не вызывает перемещения другого.
На большинстве А. применяют дисковые колёса, состоящие из прикрепляемого к установленной на оси ступице диска и обода с камерной или бескамерной пневматической шиной, а для тяжёлых грузовых А. и больших автобусов - также бездисковые колёса с ободом, крепящимся непосредственно к ступице.
Механизмы управления А. включают рулевое управление и тормозную систему. Рулевое управление служит для изменения направления движения А., что осуществляется поворотом передних колёс вместе с цапфами, на которых они установлены, посредством рулевого механизма (червячная, винтовая, кривошипная или реечная передачи), связанного валом с рулевым колесом (штурвалом) и системой привода с цапфами передних колёс. Для облегчения управления А. в рулевой привод вводятся гидравлические, пневматические или гидропневматические усилители. В России и других странах, где принято правостороннее движение, применяют левое рулевое управление, и наоборот. Это улучшает обзорность дороги, что особенно важно при обгоне. Рулевое управление должно обеспечивать хорошую поворотливость А. без бокового скольжения управляемых колёс на повороте при минимальном усилии на рулевом колесе, а также стабилизацию колёс при прямолинейном движении. Лёгкость управления создаётся необходимым передаточным числом рулевого механизма и рулевого привода (силовое передаточное число находится в пределах 100-300), причём передаточное число рулевого механизма часто бывает переменным. Рулевой привод осуществляет одновременный поворот управляемых колёс на различные углы с качением их без бокового скольжения. Стабилизация управляемых колёс, т. е. их способность сохранять положение, занимаемое при прямолинейном движении, и автоматически возвращаться в это положение, когда рулевое колесо будет отпущено, достигается поперечным и продольным наклоном шкворней поворотных цапф колёс. Для повышения маневренности А., особенно повышенной проходимости, делают управляемыми все колёса (2-осные А.) или колёса двух передних осей (4-осные А.). Для этой же цели выполняют поворотными колёса прицепов-роспусков или полуприцепов у автопоездов. Тормозная система служит для замедления движения и полной остановки (рабочий ножной тормоз), а также для удержания А. на месте (стояночный ручной тормоз). Рабочий тормоз действует на все колёса А. На каждом колесе устанавливают барабанный или дисковый тормозной механизм, действие которого осуществляется гидравлическим, пневматическим или пневмогидравлическим приводом. В тормозных механизмах тормозные колодки с фрикционными накладками во время торможения прижимаются к колёсному тормозному барабану или диску. Гидравлический привод, который часто бывает снабжен вакуумным или пневматическим усилителем, применяется на легковых А. и грузовых А. малой грузоподъёмности, на остальных А. устанавливается преимущественно пневматический привод, получающий сжатый воздух от компрессора, приводимого в действие двигателем А. Стояночный тормоз действует обычно только на ведущие колёса (непосредственно или через трансмиссию).
Для повышения надёжности тормозов применяют раздельный привод от одной педали на передние и задние колёса или дублированный привод на задние колёса. На больших автобусах и тяжёлых грузовых А. всё больше используют дополнительные тормоза-замедлители, в которых часто тормозной момент создаётся двигателем при перекрытом выпускном трубопроводе и прекращении подачи топлива. Применяются также тормоза-замедлители с независимым от двигателя электрическим или гидравлическим тормозящим устройством, действующим на трансмиссию А.

Электрооборудование А. состоит из источников тока (аккумуляторной батареи и установленного на двигателе генератора) и нескольких групп потребителей, оно необходимо для работы системы зажигания и пуска двигателя, а также для приборов наружного и внутреннего освещения, световой и звуковой сигнализации А. Система наружного освещения и сигнализации включает: наружное головное освещение, осуществляемое фарами с ближним и дальним светом (свето-технические параметры фар подбираются так, чтобы обеспечить видимость дороги вперёд на 100-150 м при движении с большими скоростями и безопасный разъезд на сравнительно узкой дороге без ослепления водителей встречных А.); белые или жёлтые фонари (подфарники), обозначающие спереди габариты А. при его движении в тёмное время суток с выключенными фарами по хорошо освещенным улицам и дорогам; задние (красные) фонари, обозначающие габариты А. сзади; указатели поворотов (фонари с мигающими огнями, установленные спереди и сзади, а иногда и с боковых сторон А.); фонари светового стоп-сигнала для оповещения о торможении. Кроме того, могут устанавливаться противотуманные фары, габаритные фонари и отражатели, а также специальные светящиеся знаки (автопоезд, такси и т. п.). В некоторых странах введены мигающие задние красные фонари для обозначения стоящего на дороге А.
Степень совершенства конструкции А. оценивается по компактности конструкции - рациональное использование габаритов и массы, обеспечивающее необходимую грузо- или пассажировместимость А. при минимальных затратах материалов на его изготовление; по динамичности - интенсивность разгона, устойчивость движения на прямой передаче, максимальная скорость, тяга на крюке (для автопоездов); по топливной экономичности - расход топлива на выполненную транспортную работу (грузовые А. и автобусы) или на 1 км пробега (легковые А.); по проходимости - геометрические параметры шасси и кузова (дорожный просвет, углы свесов, радиусы продольной и поперечной проходимости), тягово-сцепные свойства, удельное давление на грунт; по удобству пользования - степень обеспечения сохранности грузов в пути и лёгкость выполнения погрузочно-разгрузочных работ, комфортабельность перевозок пассажиров (размеры сидений, проходов, высота подножек, ширина дверей, мягкость подвески, отопление, вентиляция и т. п.); по лёгкости управления - размер усилий и количество необходимых для управления действий водителя, манёвренность А., лёгкость пуска двигателя, запас хода и др.; по безопасности движения - устойчивость управляемого движения, надёжность торможения и длина тормозного пути, обзорность дороги, эффективность освещения и сигнализации и др.; по приспособленности к техническому обслуживанию и ремонту - периодичность и трудоёмкость технического обслуживания и ремонта, лёгкость доступа к агрегатам и узлам при их осмотре, регулировке и ремонте; по долговечности и надёжности - сроки службы, межремонтные пробеги, потребность в ремонтных работах, стабильность рабочих процессов, интенсивность отказов, бездефектность и др.
Совершенствование конструкции А. предусматривает максимальную автоматизацию управления рабочими процессами агрегатов, механизмов и систем, а также управления движением А. Созданы А., которые могут работать по заданному маршруту без водителя или при минимальном его участии. Большое внимание уделяется при конструировании новых моделей А. повышению общей надёжности и сведению до минимума необходимых операций технического обслуживания. У перспективных моделей отсутствуют узлы, нуждающиеся в регулировке, в систематической добавке масла (применены антифрикционные материалы или долговечная смазка), а жидкие масла (в двигателе, трансмиссии) могут сменяться через длительный период (30 - 50 тыс. км).

См. илл. Автомобиль ЗИЛ-130

Автомобильная подвеска

Схема автомобильной четырёхступенной (I—IV) коробки передач: 1 — первичный вал; 2, 3 — муфты с синхронизаторами; 4 — выходной вал; 5 — шестерни, входящие в зацепление с зубчатыми колёсами; 6 — вторичный вал.