А. А. АКУЛОВА
Ю. Н. СТРОГАНОВ
ОСНОВЫ КОНСТРУКЦИИ
АВТОМОБИЛЕЙ
Учебное пособие
Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина
А. А. Акулова, Ю. Н. Строганов
ОСНОВЫ
КОНСТРУКЦИИ
АВТОМОБИЛЕЙ
У ч еб но е пособи е
Под общей редакцией кандидата технических наук,
доцента Ю. Н. Строганова
Рекомендовано методическим советом УрФУ
для студентов, обучающихся по направлениям подготовки
23.03.02 — Наземные транспортно-технологические машины,
23.03.03 — Эксплуатация транспортно-технологических
машин и комплексов,
23.05.02 — Транспортные средства специального назначения
Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017
УДК 629.02:629.33(075.8)
ББК 39.33-02я73
А44
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. завкафедрой Л. А. Новопашин (кафедра «Тракторы
и автомобили» ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет»);
д‑р техн. наук, проф. О. Г. Огнев (кафедры прикладной механики, физики
и инженерной графики СПбГАУ)
Акулова, А. А.
А44 Основы конструкции автомобилей : учеб. пособие / А. А. Акулова,
Ю. Н. Строганов ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. Ю. Н. Строганова. —
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 168 с.
ISBN 978-5-7996-2127-8
В издании приведен материал для студентов технических специальностей всех
форм обучения в рамках освоения курса «Конструкция автомобилей». Первая часть
издания содержит основные сведения об автомобилях и общие требования, предъявляемые к ним. Текст основной части разделен на главы по описываемым узлам
автомобиля с пояснением принципа работы, рассмотрением устройства существующих конструкций и указанием вектора развития описываемых частей. Для узлов
и агрегатов приведены общепринятые классификации с указанием преимуществ
и недостатков различных типов конструкций. Целью книги является ознакомление читателя с основами конструкции современного автомобиля для последующего более глубокого изучения в узкоспециализированных изданиях.
УДК 629.02:629.33(075.8)
ББК 39.33-02я73
ISBN 978-5-7996-2127-8
© Уральский федеральный
университет, 2017
Оглавление
Введение................................................................................................................. 4
1. Общие сведения об автомобилях.................................................................... 5
1.1. Историческая ретроспектива................................................................... 5
1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции............................ 9
1.3. Типаж и классификация автомобилей..................................................11
2. Трансмиссии автомобилей.............................................................................17
2.1. Муфты сцепления....................................................................................17
2.2. Гидротрансформаторы............................................................................27
2.3. Коробки переключения передач............................................................31
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы.........................47
2.5. Карданные передачи...............................................................................56
2.6. Ведущие мосты и главные передачи......................................................65
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов............................... 81
3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания.....81
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески.......................91
4. Система рулевого управления.....................................................................108
4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах.....108
4.2. Приводы рулевого управления............................................................116
5. Тормозные системы автомобилей..............................................................122
5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы....122
5.4. Тормозной привод.................................................................................131
6. Несущие системы автомобилей...................................................................140
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования...........140
7. Движители колесных машин.......................................................................152
7.1. Колесные движители.............................................................................152
7.2. Шины......................................................................................................155
Заключение........................................................................................................165
Список библиографических ссылок...............................................................166
3
Введение
А
втомобильная промышленность является одной из наиболее
масштабных и высокотехнологичных отраслей машиностроения. Ежегодно число автомобилей в мире нелинейно растет,
крупнейшие производители открывают новые производственные площадки в развивающихся странах, в том числе на территории России.
Несколько десятилетий развитию российского автопрома не уделялось
должного внимания, в результате чего отечественные автопроизводители
потеряли конкурентоспособность не только на мировом, но и на российском рынке. В последние годы государство активно внедряет различные
программы по поддержке и субсидированию российских автопроизводителей, а транспорт признан одним из приоритетных направлений развития экономики РФ.
Очевидным фактом является невозможность развития отрасли без
квалифицированных кадров как в сфере проектирования, так и сфере
обслуживания и эксплуатации автомобилей. Для инженера автомобильной отрасли важно знать и понимать устройство узлов, агрегатов и систем базовых машин, оценивать влияние конструктивных параметров
на эксплуатационные свойства машины, безопасность дорожного движения и экологию.
Кроме того, автомобили используются в разных отраслях народного хозяйства, имея разнообразные условия эксплуатации и назначение,
что в настоящий момент привело к бесконечному количеству моделей
на рынке. Невозможно осветить все имеющиеся на сегодняшний день
технические решения в данной области, поэтому в данном учебном пособии приводятся наиболее популярные конструктивные решения, назначение и классификация основных систем и агрегатов.
4
1. Общие сведения об автомобилях
1.1. Историческая ретроспектива
Н
ачиная со второй половины XVII в. инженеры-изобретатели
по всей Европе пытались создать «самоходные» экипажи, используя вместо лошадей паровой двигатель. Одним из первых, кому это удалось, стал французский военный инженер Николя Коньо, построивший в 1769 г. трехколесную повозку (рис. 1.1), оснащенную
паровым двигателем мощностью около 2 л. с. и развивавшую скорость
до 4 км/ч.
Рис. 1.1. Паромобиль Н. Ж. Коньо [1, с. 236]
В повозке Коньо движение от штоков паровой машины передавалось
через храповой механизм к приводному переднему колесу. Такая конструкция обеспечивала хорошее сцепление с дорогой, поскольку основная масса приходилась на приводное колесо, что затрудняло управление
машиной. Эксперименты в направлении паромобиля были закончены
после того, как повозка Коньо врезалась в стену.
В начале XIX в. в Англии Ричард Третвик построил «самоходную»
повозку, применив кривошипно-ползунный механизм и зубчатую пе5
1. Общие сведения об автомобилях
редачу для передачи движения от одноцилиндрового двигателя к задним колесам.
1886 г. признан началом эпохи автомобилестроения. Первыми изобретателями автомобиля по праву считаются Готлиб Даймлер и Карл Бенц,
независимо друг от друга запатентовавшие повозки с двигателями внутреннего сгорания. Развитие автомобильного транспорта стало возможным благодаря появлению двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе.
В 1883 г. Готлиб Даймлер построил первый бензиновый двигатель,
использовав принцип калильного зажигания топливно-воздушной смеси. Двумя годами позже Карл Бенц изготовил четырехтактный бензиновый двигатель с искровым зажиганием. Еще одним нововведением Бенца
стало использование ременной передачи в трансмиссии автомобиля, выполнявшей одновременно роль фрикционного сцепления. В 1892 г. Рудольф Дизель запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, однако применение в автомобилестроении данный тип ДВС получил только
в 20‑е гг. XX в.
К 1895 г. Даймлер совместно с Вильгельмом Майбахом освоил серийное
производство собственных автомобилей, которые к 1902 г. получили название «мерседес». Сегодня первые образцы созданных Даймлером и Бенцом автомобилей выставлены в музее компании Mercedes-Benz (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Отреставрированный образец одного из первых автомобилей компании
Mercedes-Benz
Первым автомобилем в привычном его понимании принято считать
автомобиль, спроектированный французскими инженерами Луи-Рене
6
1.1. Историческая ретроспектива
Панаром и Эмилем Левассором в 1891 г. (рис. 1.3). В конструкции своего автомобиля они по лицензии использовали двухцилиндровый двигатель Даймлера, а все остальное шасси спроектировали самостоятельно.
Кроме того, Панар первым предложил использовать систему поворота
управляемых колес и карданную передачу и разработал фрикционное
коническое сцепление.
2
3
1
4
5
12
6
7
8
11
10
9
Рис. 1.3. Автомобиль фирмы Панар-Левассор:
1 — рычаг переключения передач; 2 — рычаг рулевого управления; 3 — педаль сцепления;
4 — глушитель; 5 — карбюратор; 6 — двигатель; 7 — коробка передач; 8 — фрикционная
сцепная муфта; 9 — коническая передача; 10 — тормозная муфта; 11 — трехлистовая рессора; 12 — рычаг тормоза [1, с. 238]
Созданию современного автомобиля способствовал ряд удачных конструкторских и инженерных решений, которые приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Эволюционные технические решения в автомобилестроении
Автор технического решения
Шарль Жанто
Год
1881
Альберт де Дион
1893
Говард К. Мармон
Фирма DeDion&Bouton
1902
1904
Описание технического решения
Рулевая трапеция
Рессорная независимая подвеска задних приводных колес
Многодисковое сцепление
Однодисковое фрикционное сцепление
7
1. Общие сведения об автомобилях
Окончание табл. 1.1
Автор технического решения
Джон Уолтер Кристи
Генри Мартин Лиланд
Брувер Д. МакИнтайр
Год
1909
1911
1927
Альфред Рцеппа
1929
Эрл МакФерсон
1949
Описание технического решения
Переднеприводное шасси
Электростартер
Гидравлические амортизаторы
Шаровые муфты равных угловых скоростей
Независимая подвеска управляемых
колес с качающимся рычагом и вращательно-поступательной парой, винтовой пружиной и амортизатором
История российского автомобилестроения начинается с выпуска автомобилей марки «Русо-Балт» в начале XX в. Завод располагался в Риге
и в период с 1909 по 1915 гг. произвел свыше 800 автомобилей.
В 1916 г. началось строительство завода Автомобильного московского сообщества (позже — ЗИС), который в первые годы своей работы занимался отверточной сборкой автомобилей по договоренности с фирмой
Fiat. В ноябре 1924 г. на заводе собрали первый грузовой автомобиль.
Во время Великой отечественной войны завод был эвакуирован в г. Ульяновск, где на базе его производственных мощностей в 1943 г. началось
строительство Ульяновского автомобильного завода.
В 1929 г. правительство СССР и американская компания Ford Motor
Company подписали договор о налаживании производства легковых и грузовых автомобилей — так было принято решение о запуске автомобильного завода в Нижнем Новгороде (позже — г. Горький). Уже в 1932 г.
с конвейера сошёл первый грузовой автомобиль.
В 1966 г. началось строительство волжского автозавода в г. Тольятти, являющегося на сегодняшний день крупнейшим автопроизводителем
в России. Целью создания завода стал массовый выпуск доступных легковых автомобилей для внутреннего рынка. В 1969 г. по решению правительства началась стройка Камского автомобильного завода в г. Набережные Челны для увеличения парка средних и тяжелых грузовых
автомобилей.
На сегодняшний день автомобильная промышленность России находится на стадии активного развития, пытаясь сократить технологическое
отставание от крупнейших мировых производителей. Помимо крупных
предприятий, осуществляющих полный цикл производства, на территории нашей страны размещены производственные мощности по сборке
автомобилей зарубежных компаний.
8
1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции
1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции
Требования к конструкции автомобиля формируются под действием
многих факторов: социальных, технологических, экономических и экологических. Для автомобилей основные требования выдвигаются со стороны потребителей и зависят от их нужд. Основной задачей транспорта
является безопасная перевозка грузов и пассажиров, поэтому автомобиль
с точки зрения потребителя должен быть быстрым, безопасным, экономичным. Кроме того, одни автомобили являются признаком статуса, другие — средством самовыражения, что формирует определенные требования к эргономике и дизайну транспортного средства.
За последние тридцать лет общественная позиция по отношению к личному транспорту сместилась от желания обладать мощным и быстрым
«суперкаром» к выбору экономичного, компактного и безопасного транспортного средства.
Автопроизводитель на этапе проектирования руководствуется в основном экономическими факторами, стараясь максимально минимизировать издержки на производство автомобиля без ухудшения потребительских свойств.
Темпы автомобилизации населения настолько высоки, что существующая инфраструктура не успевает перестраиваться, вследствие
чего увеличивается плотность транспортных потоков, износ дорожного полотна, аварийность и отрицательное воздействие на экологию.
В связи с этим вводятся требования ограничения к конструкциям автотранспортных средств на уровне регионального и федерального законодательства.
В настоящее время максимальные массы и габариты автомобилей, эксплуатируемых на автомобильных дорогах общего пользования, регламентируются приказом Федеральной дорожной службы
№ 56 от 15.03.1999 года. Согласно этому приказу, «максимальные размеры транспортных средств с учетом размеров съемных кузовов и тары
для грузов, включая контейнеры, не должны превышать приведенных
ниже значений» [2].
Соответствие тем или иным требованиям зависит от эксплуатационных свойств транспортного средства. Под эксплуатационными свойствами понимают свойства, характеризующие его приспособленность
к условиям эксплуатации, технологическому обслуживанию и ремонту и показывающие его эффективность при выполнении транспортной
работы.
9
1. Общие сведения об автомобилях
Принято выделять две группы эксплуатационных свойств: связанные
с движением и не связанные с движением. Эксплуатационные свойства,
связанные с движением, характеризуют специфические требования к отдельным системам и узлам.
Таблица 1.2
Ограничения максимальных параметров транспортных средств
Наименование
параметра
Максимальная длина:
— грузового автомобиля;
— прицепа;
— сочлененного транспортного средства;
— сочлененного автобуса;
— автопоезда
Максимальная ширина: всех транспортных средств
Максимальная высота
Предельный радиус поворота:
— внешний;
— внутренний
Пределы допустимых осевых нагрузок, при расстоянии между осями:
— свыше 2 м;
— 1,65…2 м;
— 1,35…1,65 м;
— 1…1,35 м;
— до 1 м
Значение
параметра
12 м
12 м
16,5 м
18 м
20 м
2,5 м
4м
12,5
5,3
10 (6) т
9 (5,7) т
8 (5,5) т
7 (5) т
6 (4,5) т
Примечание: В скобках указаны значения для автомобилей группы «Б». К группе «А» относятся автомобили, эксплуатация которых разрешается на дорогах I–III
категории, а к группе «Б» — автомобили, эксплуатация которых разрешена на всех
дорогах.
Эксплуатационные свойства, не связанные с движением, соответствуют общим требованиям к конструкции всех систем и агрегатов, к таким
свойствам относят безотказность, долговечность, ремонтопригодность
и т. д. Таким образом, сформулируем основные общие требования к конструкции автомобиля в целом и к отдельным его системам: минимальная
масса и габариты, высокая надежность, простота конструкции и обслуживания, невысокая стоимость, технологичность, низкий уровень шума
и вибрации, отсутствие органолептических раздражителей.
10
1.3. Типаж и классификация автомобилей
1.3. Типаж и классификация автомобилей
Типажом называют необходимую для удовлетворения потребностей
народного хозяйства совокупность моделей автотранспортных средств,
которая описывает систему основных параметров автомобилей и их группировку по ключевым признакам. Типаж в зависимости от назначения
создается для каждой группы транспортных средств (рис. 1.4).
Типаж автотранспорта
Легковые автомобили
Грузовые автомобили
Автобусы
Класс
Группа
Колесная формула
Полная масса
Объем и мощность
двигателя
Максимальная скорость
Время разгона до 100 км/ч
Число мест
Пробег до капитального
ремонта
Полная масса
Базовая модель
и основные модификации
Грузоподъемность
Колесная формула
Мощность двигателя
Удельная мощность
Осевая нагрузка
Габаритная длина
Осевая нагрузка
Назначение
Число мест для сидения,
проезда стоя и общее
Полная масса
Мощность двигателя
Максимальная скорость
Рис. 1.4. Параметры, записанные в типаже по видам транспортных средств
В широком смысле автомобилем принято называть механическое наземное безрельсовое транспортное средство, оснащенное и приводимое
в движение собственным двигателем и имеющее не менее четырех колес.
По назначению принято выделять четыре основные группы автотранспортных средств: легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы, специальный и специализированый подвижные составы.
Легковым называется автомобиль, предназначенный для перевозки
не более восьми пассажиров, водителя и их багажа.
Грузовым автомобилем называют транспортное средство, предназначенное преимущественно для перевозки грузов и технологического оборудования.
Если механическое транспортное средство предназначено для перевозки более чем девяти человек, то его называют автобусом.
В СССР и России долгое время применялась отраслевая нормаль
ОН 025270–66 «Классификация и система обозначения автомобильно11
1. Общие сведения об автомобилях
го подвижного состава, а также его агрегатов и узлов, выпускаемых специализированными предприятиями» [3], которая классифицировала ТС.
В соответствии с ней класс и тип автомобиля входят в его обозначение модели вида
<Название завода>–abcdе,
где: а — класс автомобиля по ОН 025270–66; b — тип автомобиля (1 —
легковой, 2 — автобус, 3 — грузовой, 4 — тягач, 5 — самосвал, 6 — цистерна, 7 — фургон, 8 — резерв, 9 — специальный автомобиль); c и d —
порядковый номер модели; е — модификация модели.
Также могут добавляться еще две цифры для обозначения конкретного исполнения. Например, маркировка «KAMAZ–65206‑T5» обозначает
следующее: автомобиль производства ПАО «KAMAZ»; 6 класс (6); седельный тягач (5); 6‑я модификация 20‑й модели; вариант комплектации Т5.
Классификация легковых автомобилей согласно отраслевой нормали производится по рабочему объему двигателя. Принято выделять пять
классов (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Классы легковых автомобилей в соответствие с ОН 025270–66
Цифра
Класс
1
Особо малый
2
Малый
3
Средний
4
Большой
5
Высший
Группа
Первая
Вторая
Первая
Вторая
Третья
Первая
Вторая
Первая
Вторая
–
Объем
Сухая масса
до 849
до 649
850…1099
650…799
1100…1299
800…899
1300…1499
900…1049
1500…1799
1050…1149
1800…2499
1150…1299
2500…3499
1300…1499
3500…4999
1500…1899
5000 и более
1900 и более
Не регламентируется
В Европейских странах существует общепринятая неофициальная классификация легковых автомобилей по габаритным размерам, которая
предусматривает следующие классы: A; B; C; D; E; F; Minivan (табл. 1.4)
Таблица 1.4
Европейская классификация легковых автомобилей
Классы
A
Длина
до 3650
12
B
3600–
3800
C
3800–
4400
D
4300–
4700
E
4300–
4700
F
4700–
5100
Minivan
4500–
4800
1.3. Типаж и классификация автомобилей
Окончание табл. 1.4
Классы
База
Ширина
Пример
A
2150–
2450
1450–
1600
B
2350–
2500
1550–
1650
Fiat Uno
Audi A1
C
2400–
2700
1670–
1740
Skoda
rapid
D
2500–
2700
1670–
1770
Peugeot
408
E
2500–
2700
1670–
1770
F
2700–
3000
1800–
1900
BMW 5
Audi A8
Minivan
2700–
3000
1750–
1900
VW
Sharan
Класс грузовых автомобилей определяется согласно полной массе:
1 — менее 1200 кг;
2 — 1200–2000 кг;
3 — 2000–8000 кг;
4 — 8000–14000 кг;
5 — 14000–20000 кг;
6 — 20000–40000 кг;
7 — более 40000 кг.
Класс для автобуса, согласно отраслевой нормали, определяется габаритной длиной (табл. 1.5).
Таблица 1.5
Классы автобусов
Цифра
2
3
4
5
6
Класс
Особо малый
Малый
Средний
Большой
Особо большой
Габаритная длина, м
До 5
От 6 до 7,5
От 8 до 9,5
От 10,5 до 12
Более 16
Открытие границ после распада СССР потребовало унификации российской и мировой системы маркировки и классификации авто- и мототранспортных средств. Основой для такой унификации послужили
рекомендации Европейской экономической комиссии организации объединённых наций (ЕЭК ООН). На сегодняшний день в России действует государственный стандарт ГОСТ Р 52051–2003 «Механические транспортные средства и прицепы. Классификация и определения». Согласно
этому стандарту все механические наземные безрельсовые транспортные средства разделены на пять групп: L, M, N, O, T. В табл. 1.6 приведено описание классов согласно ГОСТ Р 52051–2003 [4].
13
1. Общие сведения об автомобилях
Таблица 1.6
Классификация механических транспортных средств по ГОСТ Р 52051–2003
Класс Категория
Описание
Механические транспортные средства, имеющие менее четырех колес,
и квадроциклы
L1
Двухколесный мопед
L2
Трехколесный мопед
L
Мотоцикл
L
3
L4
Мотоцикл с коляской
L5
Трицикл
L6
Легкий квадроцикл (массой до 350 кг)
L7
Квадроцикл (массой до 400 кг)
Механические транспортные средства, имеющие не менее четырех колес
и используемые для перевозки пассажиров
Транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров и имеющие, помимо места водителя, не более восьми
M1
мест для сидения
M
Транспортные средства, используемые для перевозки пассаM2
жиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест
для сидения, максимальная масса которых не превышает 5 т
Транспортные средства, используемые для перевозки пассаM3
жиров, имеющие, помимо места водителя, более восьми мест
для сидения, максимальная масса которых превышает 5 т
Механические транспортные средства, имеющие не менее четырех колес
и предназначенные для перевозки грузов
Транспортные средства, предназначенные для перевозки груN1
зов, имеющие максимальную массу не более 3,5 т
N
Транспортные средства, предназначенные для перевозки груN2
зов, имеющие максимальную массу свыше 3,5 т, но не более
12 т
Транспортные средства, предназначенные для перевозки груN3
зов, имеющие максимальную массу более 12 т
Прицепы (включая полуприцепы)
O1
Прицепы, максимальная масса которых не более 0,75 т
Прицепы, максимальная масса которых свыше 0,75 т,
O2
но не более 3,5 т
O
Прицепы, максимальная масса которых свыше 3,5 т, но не боO3
лее 10 т
O4
Прицепы, максимальная масса которых более 10 т
14
1.3. Типаж и классификация автомобилей
Поскольку число автомобилей непрерывно растет, для обеспечения
контроля мировым сообществом была принята единая система маркировки автомобилей — Vehicle Identification Numb (VIN).
Номер VIN состоит из 17 знаков и имеет три составные части:
• WMI (World Manufacturers Identification) — всемирный индекс изготовителя (1–3 цифры);
• VDS (Vehicle Description Section) — описательная часть модели или
модификации автомобиля (4–9 цифры);
• VIS (Vehicle Identification Section) — отличительная часть: код, год
выпуска и порядковый номер автомобиля (10–17 цифры).
С точки зрения влияния конструктивных параметров на эксплуатационные свойства автомобиля большое значение имеет его компоновочная
схема. Под компоновкой автомобиля понимают взаимное расположение
двигателя, основных агрегатов трансмиссии, ведущих колес и кузова (кабины) автомобиля. На рис. 1.5 изображены основные компоновочные
схемы легковых автомобилей.
а
б
г
в
д
1
2
Рис. 1.5. Компоновочные схемы легковых автомобилей:
а — классическая (переднемоторная заднеприводная); б — переднеприводная переднемоторная; в — заднеприводная заднемоторная; г — с постоянным полным приводом с межосевым дифференциалом (1); д — с подключаемым полным приводом при помощи муфты (2)
(вискомуфтой; электромагнитной муфтой)
Классическая компоновка (рис. 1.5, а) долгое время являлась наиболее
распространенным типом компоновочной схемы среди легковых автомобилей в силу своей простой технической реализации и лучшей устойчи15
1. Общие сведения об автомобилях
вости в сравнении с заднемоторной. Однако использование такой схемы
влечет за собой увеличение массы автомобиля, габаритной длины и ухудшение эргономических показателей салона.
Заднемоторная компоновочная схема (рисунок 1.5, в) позволяет обеспечить наилучшие тягово‑скоростные и динамические свойства, поэтому применяется в большинстве спортивных автомобилей. Значительным
ее недостатком является избыточная поворачиваемость, что ухудшает
управляемость автомобиля.
На сегодняшний день большинство легковых автомобилей имеет переднеприводную компоновку (рис. 1.5, б), поскольку она позволяет достичь хорошей управляемости и устойчивости при небольшой массе
и размерах. Переднипроводная компоновка обеспечивает меньший вес
автомобиля и компактную схему трансмиссии.
В линейке каждого производителя присутствуют полноприводные модели (рис. 1.5 г, д), которые наряду с хорошими динамическими качествами обладают высокими показателями проходимости. Недостатками
полноприводной компоновки являются повышенная масса и расход топлива. Более подробно возможные конструктивные исполнения полноприводных автомобилей описаны далее.
16
2. Трансмиссии автомобилей
2.1. Муфты сцепления
Д
Требования и классификация муфт сцепления
ля кратковременного разъединения трансмиссии автомобиля и двигателя внутреннего сгорания во время остановок и переключения передач в конструкции автомобиля предусмотрено специальное устройство. В качестве такого устройства применяется
управляемая муфта сцепления, которая обеспечивает плавность протекания этих процессов и снижает динамические нагрузки в трансмиссии.
При переключении передач без выключения сцепления нагрузки в трансмиссии в 50…200 раз выше, чем нагрузки при переключении с выключенной муфтой.
Сцепление — это силовая муфта, передача крутящего момента в которой происходит силами трения, гидродинамическими силами или электромагнитным полем. Такие муфты называются соответственно фрикционными, гидравлическими и электромагнитными.
Классификация сцеплений приведена на рис. 2.1. Все типы, кроме центробежного, являются постоянно замкнутыми, т. е. без воздействия водителя обеспечивают передачу крутящего момента.
В зависимости от назначения автомобиля и особенностей его эксплуатации используются различные муфты сцепления:
· однодисковые фрикционные (получили распространение на легковых, грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности, малых автобусах, поскольку способны передавать ограниченный крутящий момент);
· двухдисковые фрикционные (устанавливаются на грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости, поскольку за счет увеличения числа пар трения могут передать
больший момент);
· многодисковые фрикционные (устанавливаются на грузовых автомобилях большой грузоподъемности);
17
2. Трансмиссии автомобилей
· гидравлические (гидромуфты) (в настоящее время в качестве самостоятельных агрегатов не применяются, встречаются в составе гидродинамических передач);
· электромагнитные (применяются редко ввиду сложности конструкции).
Рис. 2.1. Классификация муфт сцепления по различным признакам
Помимо общих требований, к сцеплению предъявляют специальные
требования, описание которых приводится ниже.
1. Обеспечение надежной передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии, заключающейся в возможности передачи крутящего
момента, превышающего крутящий момент двигателя. Так как фрикционные накладки со временем изнашиваются, усилие нажимных пружин
ослабевает, и происходит буксование, что приводит к сильному нагреву
сцепления и его выходу из строя, поэтому передача крутящего момента
должна происходить без скольжения дисков.
2. Обеспечение плавности включения упругими свойствами ведомого диска. Менее значительно на это влияют пружины гасителя крутильных колебаний. Наибольшую плавность включения обеспечивают многодисковые сцепления.
3. Обеспечение полноты включения регулировкой зазора между выжимным подшипником муфты выключения сцепления и концами рычагов выключения.
4. Чистота выключения сцепления, которая характеризует полное разъединение двигателя и трансмиссии. Это необходимо для облегчения пе18
2.1. Муфты сцепления
реключения передач и отсутствия скольжения дисков. Отводу ведомого
диска препятствует осевая сила, которая присутствует из-за трения в шлицевом соединении ступицы диска и первичного вала КПП. Эта сила называется остаточной. Ее величина при использовании многодискового сцепления подсчитывается последовательным суммированием сил трения,
возникающих в шлицевых соединениях отдельных дисков. Зазор между
трущимися поверхностями при отводе нажимного диска в однодисковых сцеплениях составляет 0,75…1,0 мм, в двухдисковых — 0,5…0,6 мм,
а в многодисковых — 0,25…0,3 мм. При этом ход нажимного диска при
выключении сцепления не превышает 1,5…2,0 мм для однодисковых сцеплений и 2,0…2,5 мм для двухдисковых сцеплений.
5. Минимальный момент инерции ведомых частей, который необходим для снижения ударных нагрузок в шестернях включаемых передач.
Для снижения этого момента инерции необходимо снижать диаметр ведомого диска (на грузовых автомобилях большой грузоподъемности он
обычно не превышает 400 мм) и массу фрикционных накладок, толщина которых составляет 3,3…4,7 мм. Если расчетный диаметр диска однодискового сцепления превышает максимально разрешенный по ГОСТу,
увеличивают количество поверхностей трения, применяя многодисковые
муфты, реже — накладки с повышенным коэффициентом трения.
Ввиду сильного негативного влияния асбестовой пыли на здоровье
человека применение асбеста во фрикционных накладках запрещено.
В настоящее время накладки изготавливаются из различных композитных материалов, а в случае необходимости передачи крутящего момента очень большой величины — из керамики, которая обладает высокой
износостойкостью и термоустойчивостью, но не обеспечивает достаточной плавности работы.
6. Хороший отвод теплоты от поверхностей трения, который необходим для надежной работы сцепления. За одно включение температура нажимного диска повышается на 7…15 °C, что приводит к нагреву
фрикционных накладок и снижению их коэффициента трения. При достижении их температуры 200 °C коэффициент трения снижается почти
вдвое. Кроме того, высокая температура приводит к разрушению накладов и короблению ведомого и нажимного дисков и появлению на них
трещин. При конструировании муфты сцепления необходимо предусмотреть мероприятия, способствующие отводу теплоты от трущихся
поверхностей.
7. Обеспечение поддержание нажимного усилия в заданных пределах
в процессе эксплуатации во избежание пробуксовывания между ведомыми и ведущими частями. Для выполнения этого требования в конструк19
2. Трансмиссии автомобилей
циях сцепления используют диафрагменные пружины, регулировки нажимного усилия или дополнительный ряд пружин меньшей жесткости.
8. Обеспечение предохранения трансмиссии от динамических нагрузок путём использования в конструкции фрикционных муфт сцепления
демпферов крутильных колебаний (пружинно-фрикционного типа). Для
гидравлических муфт использование дополнительных устройств не требуется.
Из-за целого ряда преимуществ (низкой массы, небольших габаритов,
невысокой стоимости, хорошей ремонтопригодности, простоты изготовления) наибольшую популярность получили фрикционные однодисковые муфты сцепления.
Конструкции фрикционных муфт сцеплений
Фрикционное сцепление (сухое) — дисковая муфта, в которой крутящий момент передается за счет силы сухого трения. Такое сцепление является постоянно замкнутым.
Однодисковое сцепление — фрикционная муфта, в которой передача
крутящего момента обеспечивается посредством одного ведомого диска.
Принципиальная схема такого сцепления показана на рис. 2.2.
а
4
3
5
2
6
1
7
12
8
11
10
б
9
Рис. 2.2. Принципиальная схема работы однодисковой фрикционной
муфты сцепления:
а — включено; б — выключено;
1 — 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 [5, с. 19]
20
2.1. Муфты сцепления
На рис. 2.2 ведущими деталями являются маховик 3, кожух 1, нажимной диск 2, а ведомыми — ведомый диск 4, пружины 6, рычаги 12, муфта выключения 7.
На рис. 2.2, a муфта находится во включенном состоянии. Нажимные
пружины 6 прижимают через нажимной диск 2 ведомый диск 4 к маховику 3. Маховик 3 соединен болтами с кожухом 1, который посредством
упругих пластин 5 соединен с нажимным диском 2. Так обеспечиваются
передача крутящего момента от кожуха на нажимной диск и осевое перемещение нажимного диска при включении и выключении сцепления. Ведомый диск 4 расположен между маховиком и нажимным диском и имеет возможность осевого перемещения по шлицам первичного (ведущего)
вала 9 коробки передач.
При нажатии водителем на педаль выключения сцепления 8 система
тяг и рычагов передает воздействие на выжимной подшипник 7, перемещая его влево. Выжимной подшипник поворачивает отжимные рычаги 12,
связанные с нажимным диском. Таким образом, отжимные рычаги оттягивают нажимной диск от ведомого, и муфта сцепления выключается.
Нажимные пружины
В сцеплениях автомобилей применяют следующие типы нажимных
пружин: цилиндрические, конические и тарельчатые (диафрагменные).
Для обеспечения равномерности нажима цилиндрические пружины
в современных сцеплениях устанавливают по периферии, поэтому их
принято называть периферийными. Как правило, пружины располагают по некоторой окружности (при требуемом большом количестве пружин — по двум окружностям) на нажимном диске. Центрирование пружин
и уменьшение их деформации обеспечивается выступами на нажимном
диске и кожухе сцепления.
В сцеплениях может устанавливаться одна центральная цилиндрическая пружина, что способствует снижению диаметра сцепления, однако
приводит к увеличению осевых размеров муфты. Использование конической пружины, устанавливаемой центрально (рис. 2.3, б), ведет к снижению осевых размеров сцепления и возможности реализовать большое
нажимное усилие, одновременно с этим она обладает наибольшей трудоемкостью изготовления.
Наиболее предпочтительную характеристику имеет тарельчатая пружина (рис. 2.3, а, рис. 2.4), поскольку она обеспечивает почти одинаковую нажимную силу в некотором диапазоне перемещения, что позволяет
21
2. Трансмиссии автомобилей
при износе накладок сохранять усилие, необходимое для передачи заданного крутящего момента, и облегчать выключение сцепления. Она имеет
форму усеченного конуса и состоит из сплошного кольца с меридиально
расположенными лепестками, которые выполняют функции упругих отжимных рычагов. Использование тарельчатой пружины позволяет обеспечить плавное включение сцепления, равномерно распределить нагрузку на нажимной диск и уменьшить число деталей сцепления.
а
б
Рис. 2.3. Однодисковое сцепление:
а — с диафрагменной пружиной; б — с конической пружиной
Рис. 2.4. Диафрагменная пружина
Ведущие диски (двухдисковые сцепления)
Для передачи значительного крутящего момента в конструкции большегрузных автомобилей используют двухдисковые сцепления. Устройство таких муфт, помимо использования нажимного, подразумевает на22
2.1. Муфты сцепления
личие промежуточного диска, установленного между двумя ведомыми
дисками. Следовательно, крутящий момент передается через две пары
поверхностей трения при помощи ведущего и промежуточного дисков.
Основным недостатком такой конструкции является ее теплонагруженность, поэтому диски выполняются массивными с ребрами, радиальными или спиральными каналами для вентиляции.
Для того чтобы обеспечить возможность осевого перемещения и вращения ведущих дисков вместе с маховиком используются направляющие
устройства различного типа, которые изображены на рис. 2.5: выступы
(а), пальцы, закрепленные в маховике (б), шлицы (в), пальцы, запрессованные в маховик (г).
а
б
в
г
Рис. 2.5. Варианты соединения ведущих дисков с маховиком
Чистота выключения двухдискового сцепления обеспечивается принудительным отводом промежуточного диска при помощи различных пружинных устройств. Некоторые из таких конструкций изображены на рис. 2.6.
а
1
2
3
2
в
4
8
7
4
3
б
1
2
3
4
5 6
г
Рис. 2.6. Устройства для чистоты выключения двухдискового сцепления:
1 — маховик; 2 — пружины; 3 — промежуточный диск; 4 — нажимной диск; 5 — упор;
6 — кожух; 7 — рычаги; 8 — винтовые пружины
23
2. Трансмиссии автомобилей
Ведомый диск
Ведомый диск, изображённый на рис. 2.7, передает крутящий момент
на вал коробки переключения передач через шлицевое соединение. Диск
выполняют разрезным для уменьшения осевой жесткости, что обеспечивает хороший контакт поверхностей трения, плавность включения и снижение вероятности коробления при нагреве.
3
4
6
9
1
2
5
7
8
10
14
13
11
12
Рис. 2.7. Ведомый диск сцепления:
1 — заклепка крепления фрикционных накладок; 2 — фрикционная накладка; 3 — пружинная пластина; 4 — заклепка; 5 — пластина демпфера; 6 — пружина демпфера; 7, 14 — кольца
фрикционные; 8 — упорное кольцо демпфера; 9 — ступица ведомого диска; 10 — пружинное кольцо демпфера; 11 — балансировочный грузик; 12 — упорный палец; 13 — ведомый
диск; В — размер (7,4...8,0 мм)
Довольно часто между диском и фрикционными накладками дополнительно устанавливают пластинчатые пружины. При выключении сцепления они переходят в свободное состояние, а при включении — распрямляются, что способствует более плавному нарастанию усилия сжатия
поверхностей трения. На фрикционных накладках выполняют вентиляционные канавки для удаления продуктов их износа.
Гасители крутильных колебаний, встраиваемые в ведомый диск, необходимы для снижения или устранения высокочастотных колебаний, которые возникают в трансмиссии. Они меняют упругую характеристику системы и снижают вероятность возникновения резонанса. Конструктивно
гасители крутильных колебаний представляют собой упруго-фрикцион24
2.1. Муфты сцепления
ную систему, в которой энергия крутильных колебаний воспринимается
пружинами разной жесткости, пружины, в свою очередь, зажаты фрикционными пластинами. При возникновении колебаний пружины сжимаются и разжимаются, приводя фрикционные пластины в движение. Таким образом, происходит рассеивание энергии крутильных колебаний
и ударных нагрузок в трансмиссии.
Наибольшее распространение получили пружинно-фрикционные гасители крутильных колебаний. Конструктивно такие демпферы представляют собой упруго-фрикционную систему, в которой энергия крутильных колебаний воспринимается пружинами разной жесткости, пружины,
в свою очередь, зажаты фрикционными пластинами. При возникновении
колебаний пружины сжимаются и разжимаются, приводя фрикционные
пластины в движение. Таким образом, происходит рассеивание энергии
крутильных колебаний и ударных нагрузок в трансмиссии.
Привод сцепления
В автомобилях используются следующие типы приводов сцепления:
механический, гидравлический, электромангнитный (менее распространен). К приводу сцепления предъявляются следующие требования: легкость и удобство выключения и выключения сцепления, высокий КПД,
простота регулировки и доступность.
Государственными стандартами устанавливаются максимальные значения хода педали (150…180 мм) и усилия на ней (до 200 Н) в зависимости от типа автомобиля. Для снижения усилия на педали сцепления используются пневматические и вакуумные усилители.
В механическом приводе сцепления чаще всего для передачи усилия
используют трос. Такой тип привода имеет невысокую стоимость и прост
в изготовлении, но при износе фрикционных накладок возникает необходимость дополнительной регулировки.
Наиболее распространен гидравлический привод. Он имеет главный
(ГЦ) и рабочий (РЦ) цилиндры, соединенные между собой трубопроводом. Плунжер РЦ через толкатель действует на вилку включения сцепления, связанную с выжимным подшипником. Удаление воздуха из привода производится специально установленными клапанами.
Гидравлический привод имеет ряд значительных преимуществ в сравнении с механическим: высокий КПД, плавность включения муфты, снижение динамических нагрузок при резком отпускании педали. Недостатками гидравлического привода являются сложность производства
и обслуживания и меньшая надежность.
25
2. Трансмиссии автомобилей
а
3
1
2
б
4
1
2
Рис. 2.8. Схемы механического и гидравлического приводов сцепления:
1 — выжимной подшипник сцепления; 2 — педаль сцепления; 3 — механическая тяга;
4 — гидравлическая система
Для значительного снижения усилия на педали используется пневматический усилитель сцепления (рис. 2.9). При выходе его из строя это
усилие может возрастать в два–три раза.
Установленный в гидравлический привод пневматический усилитель
состоит из рабочего цилиндра с поршнем 2, следящего устройства с поршнем 3, диафрагмы 4 и впускных и выпускных клапанов управления 5. Ниже
описан принцип работы пневматического усилителя привода сцепления.
При нажатии на педаль выключения сцепления по каналам усилителя
поступает рабочая жидкость, действуя на поршни 2 и 3, и перемещает их.
26
2.2. Гидротрансформаторы
Под действием поршня 3 диафрагма 4 с седлом клапанов управления 5
прогибается вправо, тем самым закрывая выпускной клапан и открывая
впускной клапан.
4
5
3
2
6
1
Рис. 2.9. Пневматический усилитель привода сцепления
грузовых автомобилей КамАЗ:
1 — шток; 2, 3, 6 — поршни; 4 — диафрагма; 5 — клапаны [5, с. 41]
Сжатый воздух через впускной клапан поступает по каналам в пневматический цилиндр усилителя и перемещает поршень 6, который оказывает дополнительное воздействие на шток 1 выключения сцепления.
При отпускании педали жидкость перестает воздействовать на поршни
2 и 3, под действием пружин они возвращаются в исходное положение.
Впускной клапан закрывается, открывается выпускной, через который
сжатый воздух из пневматического усилителя выходит в окружающую
среду, а поршень 6 перемещается в исходное положение.
2.2. Гидротрансформаторы
Общие понятия о гидротрансформаторах
Для облегчения управления на современных автомобилях используются автоматические коробки переключения передач, представляющие
из себя гидродинамическую передачу. Как правило, гидродинамическая
27
2. Трансмиссии автомобилей
передача состоит из гидравлической передачи и механической коробки
переключения передач, в большинстве случаев планетарной.
Самый простой гидравлический механизм, позволяющий реализовать гидромеханическую передачу, называется гидромуфтой. Гидромуфта состоит из двух колес насосного двигателя, связанного с маховиком,
и турбинного двигателя, установленного на валу коробки переключения
передач. В гидромуфте передача крутящего момента происходит за счет
кинетической энергии масла, при этом между ведущими и ведомыми частями нет жесткой механической связи. Поскольку гидравлическая муфта
не способна трансформировать крутящий момент, применения в трансмиссиях автомобиля она не нашла.
Гидротрансформатор — это гидравлическое устройство, которое располагается между двигателем и КПП (рис. 2.10). В его состав, в отличие от гидромуфты, входят три лопастных колеса: насосное 3 (ведущее),
турбинное 2 и реакторное 4, установленное на муфте свободного хода.
Гидротрансформатор заполняется специальным гидротрансформаторным маслом, имеющим меньшую вязкость,
1
2
3
4
нежели трансмиссионное, на три четверти
его объема.
Во время работы двигателя маховик вращает насосное колесо, увлекающее за собой масло, которое под действием центробежной силы стремится к наружной части
насосного колеса и воздействует на лопатки турбинного, увлекая его за собой. После прохождения турбинного колеса масло
перемещается в реакторное, что позволяет
повысить крутящий момент и обеспечить
безударный вход жидкости обратно в насосное колесо. Это циклический процесс,
благодаря которому гидротрансформатор
обеспечивает передачу и повышение крутящего момента.
Гидромуфта, в отличие от гидротрансформатора, способна только переносить
энергию от двигателя к трансмиссии без
изменения крутящего момента. Это обуРис. 2.10. Гидротрансформатор:
славливается отсутствием в ней реакто1 — фрикционная блокировка;
ра. Реактор имеет лопатки специального
2 — турбинное колесо; 3 — насопрофиля, изменяющие направление потосное колесо; 4 — реактор
28
2.2. Гидротрансформаторы
ка жидкости и направляющие ее на лопатки насосного колеса под определенным углом, что позволяет увеличить момент, передаваемый от двигателя к коробке передач.
Самое большое увеличение крутящего момента в гидротрансформаторе происходит в момент, когда автомобиль начинает движение. В этот
момент реактор тормозится муфтой свободного хода, и с разгоном автомобиля и уравниванием скоростей вращения насосного и турбинного колес происходит расклинивание муфты, скорость реактора увеличивается
и все меньше изменяет передаваемый крутящий момент.
Так как при достижении турбинным колесом угловой скорости вращения, близкой к угловой скорости вращения насосного, поток жидкости
начинает перемещаться в противоположную сторону. Чтобы в это время
реактор не создавал помех движению жидкости, необходимо обеспечить
его свободное вращение — для этого его устанавливают на муфту свободного хода. После того как скорости колес уравниваются, реактор перестает выполнять свою функцию, и гидротрансформатор начинает работать
как гидромуфта. Все это позволяет обеспечить плавный разгон автомобиля и бесступенчато изменять крутящий момент.
К преимуществам использования гидротрансформатора можно отнести:
· плавное начало движения автомобиля;
· повышение долговечности двигателя и трансмиссии за счет снижения крутильных колебаний и ударных нагрузок в трансмиссии;
· отсутствие разрывов в потоке мощности и крутящего момента, что
способствует увеличению проходимости в тяжелых дорожных условиях;
· снижение утомляемости водителя за счет отсутствия необходимости управлять муфтой сцепления.
Основными недостатками гидротрансформатора можно считать:
· низкий КПД относительно полностью механических систем, что
приводит к некоторому снижению тягово‑скоростных свойств и топливной экономичности автомобиля;
· сложная конструкция и, как следствие, высокая стоимость;
· необходимость применения дополнительного механизма для расширения диапазона передач.
Параметры оценки гидротрансформатора
Основные параметры оценки гидротрансформатора:
· передаточное отношение i (отношение угловых скоростей валов турбины и насоса);
29
2. Трансмиссии автомобилей
· коэффициент трансформации K (отношение моментов на валах турбины и насоса);
· КПД h;
· коэффициент момента на валу насоса lН;
· коэффициент прозрачности П.
Изменение этих параметров при постоянной угловой скорости насоса
и при постоянном моменте насоса изображается на безразмерной характеристики гидротрансформатора (рис. 2.11), которая определяется экспериментально. По характеристике можно отметить, что при некотором
значении передаточного отношения iM гидротрансформатор переходит
в режим гидромуфты.
К
К
К
К
Рис. 2.11. Безразмерная характеристика гидротрансформатора
Из безразмерной характеристики видно, что в момент перехода ветвь
КПД гидротрансформатора меняет свою форму, чем и обусловлено наличие двух режимов, поскольку при передаточном отношении i* КПД
начинает снижаться. В режиме гидромуфты момент не трансформируется, т. е. K = 1.
Способность гидротрансформатора передавать нагрузку на двигатель
характеризуется коэффициентом прозрачности П. В зависимости от конструкции гидротрансформатора возможны три варианта этих коэффициентов.
Непрозрачный гидротрансформатор (П = 1) — при изменении режима работы турбины не изменяется нагрузочный режим насоса, следовательно, и двигателя.
Гидротрансформатор с прямой прозрачностью (П > 1) — увеличение
нагрузки турбины влечет за собой рост нагрузки двигателя.
30
2.3. Коробки переключения передач
Гидротрансформаторы с обратной прозрачностью (П < 1) в автомобилях не применяются.
2.3. Коробки переключения передач
Назначение и требования к коробкам передач
Коробка передач (рис. 2.12) предназначена для изменения в широком
диапазоне крутящего момента, следовательно, и тягового усилия на ведущих колесах, и скоростей движения автомобиля, а также для обеспечения движения задним ходом и длительного разобщения двигателя от ведущих колес при работе двигателя на холостом ходу.
Рис. 2.12. Коробка переключения передач
Коробка переключения передач выполняет несколько важных функций в автомобиле, главная из которых — обеспечение возможности изменения крутящего момента, передаваемого на ведущие колеса в зависимости от дорожных условий и достижение оптимальной скорости движения
автомобиля, что, в свою очередь, позволяет работать двигателю в наиболее экономичном режиме. Это происходит путем изменения передаточного числа коробки передач.
В табл. 2.1. представлены типы коробок передач, применяющихся в автомобилях.
31
2. Трансмиссии автомобилей
Таблица 2.1
Классификация коробок передач
По изменению
передаточного числа
Ступенчатые
Бесступенчатые
Комбинированные
По связи между валами
По управлению
Механические
Гидравлические
Электрические
Неавтоматические
Полуавтоматические
Автоматические
В ручной коробке переключение передач происходит в результате перемещения водителем рычага, расположенного в салоне автомобиля, с одновременным выключением сцепления. В полуавтоматической коробке
водитель только выбирает передачу, а ее включение производится автоматически. В полностью автоматической КПП водитель только выбирает
направление, в котором должен двигаться автомобиль, а переключение
передач происходит полностью в автоматическом режиме в зависимости
от скорости и условий движения.
Коробка переключения передач должна удовлетворять следующим
требованиям:
· обеспечение оптимальных тягово‑скоростных свойств при высокой
топливной экономичности автомобиля;
· низкий шум и вибрации;
· простота и удобство управления;
· высокий КПД;
· обеспечение возможности установки привода отбора мощности для
привода технологического оборудования.
Чтобы удовлетворить первому требованию и обеспечить оптимальные тягово‑скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля, на этапе конструирования автомобиля необходимо правильно подобрать число передач, диапазон передаточных чисел и их плотность для
промежуточных передач. Слишком малое число передач снизит степень
использования мощности двигателя, топливную экономичность, среднюю скорость движения и производительность автомобиля, а слишком
большое — приведет к утомлению водителя при частом их переключении,
дополнительным потерям времени на переключение при разгоне, увеличит сложность конструкции, массу и размеры агрегата, что приведет к высокой стоимости. С учетом этих факторов в большинстве случаев число
передач легкового автомобиля равно пяти, а грузового — шестнадцати.
Уровень шума, который создает коробка передач при работе, главным образом зависит от типа и качества нарезки зубчатых колес, применяемых в ней. Использование косозубой передачи позволяет снизить
32
2.3. Коробки переключения передач
уровень шума и обеспечить большую прочность и долговечность зубчатых колёс, но в то же время возрастет сложность их изготовления и стоимость. Также в косозубых передачах возникает дополнительная осевая
сила, нагружающая подшипники валов КПП.
Для обеспечения легкости и удобства переключения передач используют различные типы приводов управления (механический, электрический или пневматический), частичную или полную автоматизацию переключения и устанавливают синхронизаторы. Это приводит к снижению
усилия на рычаге переключения КПП в салоне и позволяет избежать дополнительных манипуляций с подбором подходящих для переключения
скорости движения автомобиля и частоты вращения двигателя.
В случае если на автомобиле установлено дополнительное оборудование, например, лебедки, насосы, подъемные механизмы и так далее, необходимо предусмотреть возможность отбора мощности в КПП.
Проектирование коробки переключения передач происходит с учетом
всех перечисленных выше требований, по которым можно оценить удачность исполнения агрегата с точки зрения его эксплуатации.
Объективными конструктивными параметрами для оценки являются трудоемкость, металлоемкость, стоимость изготовления коробки и ее
ресурс.
Металлоемкость оценивается удельной величиной вычислением отношения массы КПП к мощности двигателя.
Ниже приведены значения ресурса коробок передач (в тыс. км пробега до капитального ремонта).
Легковые автомобили......................................................125...250
Грузовые автомобили и автобусы..................................250...500
Для внедорожных автомобилей и автомобилей высокой проходимости устанавливается пониженный ресурс.
Различают два основных конструктивных вида ступенчатых коробок
передач: вальные (с неподвижными осями валов) и планетарные. Вальные коробки передач широко применяются как в механических трансмиссиях, так и в гидромеханических. Планетарные применяются в гидромеханических трансмиссиях, поэтому рассматриваются отдельно.
Основные кинематические параметры коробки передач: диапазон передаточных чисел (переднего хода), Дк; число ступеней, n; передаточное
число высшей передачи, uв.
Диапазоном передаточных чисел называют отношение передаточных
чисел крайних передач — низшей (uн) и высшей (uв). Низшую передачу
принято называть первой. Высшей передачей в соосных коробках передач является прямая передача (uв = 1) или ускоряющая (uв < 1).
33
2. Трансмиссии автомобилей
а
б
Рис. 2.13. Кинематические схемы:
а — двухвальной четырехступенчатой КПП; б — трехвальной четырехступенчатой КПП
Момент, передаваемый от двигателя, может проходить в коробке передач через одну или несколько пар зубчатых колес, в зависимости от этого
выделяют двухвальные (рис. 2.13, а), трехвальные (рис. 2.13, б) и многовальные коробки передач.
Двухвальные коробки передач
Двухвальные коробки передач (рис. 2.14, 2.15) получили распространение в конструкциях переднеприводных и заднеприводных (с задним расположением двигателя) автомобилях. Конструктивно их совмещают в одном
блоке с двигателем, сцеплением, главной передачей и дифференциалом.
Поперечное расположение коробки передач позволяет применять главную передачу с цилиндрическими шестернями. При продольной компоновке применяется главная передача с коническими или гипоидными
шестернями, что усложняет производство агрегата и требует дополнительных регулировок.
Основные достоинства двухвальных коробок передач:
· простота конструкции;
· малая масса;
· высокий КПД на промежуточных передачах (при передаче крутящего момента участвует только одна пара шестерен).
В то же время в двухвальной коробке передач нет прямой передачи (в передаче крутящего момента не участвуют шестерни), и максимальный КПД
на высшей передаче ниже, чем на прямой передаче трехвальной коробки.
34
2.3. Коробки переключения передач
Рис. 2.14. Пятиступенчатая коробка передач автомобилей Lada Granta:
1 — подшипник муфты выключения сцепления; 2 — направляющая втулка муфты подшипника выключения сцепления; 3 — ведущая шестерня главной передачи; 4 — передний подшипник шестерен вторичного вала; 5 — заглушка переднего подшипника вторичного вала;
6 — ось сателлитов дифференциала; 7 — шестерня привода спидометра; 8 — шестерня полуоси; 9 — корпус дифференциала; 10 — сателлит; 11 — картер дифференциала; 12 — ведомая
шестерня главной передачи; 13 — кольцо подшипника дифференциала регулировочное;
14 — подшипник корпуса дифференциала; 15 — сальник полуоси; 16 — шестерня первой передачи вторичного вала; 17– синхронизатор первой и второй передачи; 18 — шестерня второй передачи вторичного вала; 19 — шестерня третьей передачи вторичного вала; 20 — синхронизатор третьей и четвертой передач; 21 — шестерня четвертной передачи вторичного
вала; 22 — задний подшипник шестерен вторичного вала; 23 — шестерня пятой передачи
вторичного вала; 24 — синхронизатор пятой передачи; 25 — вторичный вал; 26 — крышка картера КПП; 27 — шестерня пятой передачи первичного вала; 28 — задний подшипник
первичного вала; 29 — первичный вал-шестерня; 30 — картер КПП; 31 — передний подшипник первичного вала; 32 — сальник первичного вала
35
2. Трансмиссии автомобилей
Рис. 2.15. Коробка переключения передач автомобиля Audi A6
Максимальное передаточное число одной зубчатой пары коробки передач не должно превышать некоторого предела, близкого к четырём,
превышение которого приводит к увеличению габаритов и повышению
уровня шума. Это ограничивает область применения двухвальных коробок передач только легковыми автомобилями малого класса.
Работу и устройство двухвальной коробки передач (рис. 2.16) разберем
на примере автомобиля АЗЛК. Она имеет пять передач для движения вперед и заднюю передачу. Шестерни передач, используемых для движения
вперед, находятся в постоянном зацеплении. Они косозубы и установлены на двух валах. Для передачи заднего хода используются прямозубые
шестерни. Передачи, предназначенные для движения вперед, включаются в работу с использованием синхронизаторов, а задняя — в результате перемещения «паразитной» шестерни заднего хода. Синхронизаторы
и шестерня заднего хода связаны с рычагом КПП, находящимся в салоне,
и перемещаются с его помощью.
Картеры 15 и 30 и крышка 23 картера КПП чаще всего изготавливаются из алюминия методом литья. Они соединяются между собой болтами
14, и образуется единый картер, в который устанавливаются валы КПП
и главная передача с мелколесным дифференциалом.
36
Рис. 2.16. Коробка передач автомобилей АЗЛК:
1 — корпус дифференциала; 2 — ось; 3 — сателлит; 4 — отверстие; 5, 22 — гайки; 6 — манжета; 7 — фланец; 8, 36, 41 — кольца; 9 — подшипник; 10, 31 — ведущая и ведомая шестерни главной передачи; 11, 25 — первичный и вторичный валы; 12, 13, 16, 17, 19, 20, 26, 28,
29, 33, 34 — шестерни;14, 35 — болты; 15, 30 — картеры; 18, 21, 27 — синхронизаторы; 23 — крышка; 24 — шайбы; 32 — пробка; 37 —
палец; 38 — муфта; 39 — выточка; 40 — пружина; 42 — ступица [5, с. 82]
2.3. Коробки переключения передач
37
2. Трансмиссии автомобилей
Шестерни первой передачи 13, второй передачи 16 и заднего хода
12 выполнены одним целым с первичным валом 11. Свободное вращение вала обеспечивается тремя подшипника: в хвостовике коленчатого
вала двигателя и картерах КПП и главной передачи. Также на первичном
валу на подшипниках установлены ведущие шестерни 17, 19, 20 соответственно III, IV и V передач. Ступицы синхронизаторов 18 и 21 установлены на первичном валу жестко — для обеспечения передачи через них
крутящего момента.
Вторичный вал 25 изготовлен вместе с ведущей шестерней 10 главной передачи. Он вращается в двух подшипниках, установленных в картерах главной передачи и коробки передач. На вторичном валу свободно установлены ведомые шестерни 26 и 28 соответственно I и II передач,
находящиеся в постоянном зацеплении с соответствующими ведущими шестернями первичного вала. На вторичном валу также жестко закреплены ведомые шестерни III, IV, V передач и заднего хода, а также
ступица синхронизатора 27 для включения I и II передач. При включении I и II передач синхронизатор 27 соединяет соответственно шестерни
26 и 28 с вторичным валом, а при включении III, IV и V передач синхронизаторы 18 и 21 соединяют с первичным валом соответственно шестерни 17, 19 и 20.
Передача заднего хода включается перемещением с помощью вилки промежуточной («паразитной») шестерни в зацепление с шестернями 12 и 29.
Все передачи, предназначенные для движения вперед, в данной коробке выполнены синхронизированными, то есть включаются с помощью синхронизаторов.
Для включения I и II, III и IV передач используется два двусторонних
синхронизатора, а включение V передачи осуществляется односторонним. Конструкция двустороннего синхронизатора вынесена в увеличенном виде. На нем изображена ступица 42, которая жестко установлена
на шлицах вала КПП. На ступице имеются наружные шлицы, на которые устанавливается скользящая муфта 38. В муфте выполнено три отверстия, в которые устанавливаются три блокирующих пальца 37. Пальцы жестко соединяются с латунными коническими кольцами 36 и имеют
в средней части кольцевую блокировочную выточку 39. Кольца 36 изготавливаются с наружной конической поверхностью, которая имеет ту же
форму, что и коническая поверхность колец 41. Кольца привариваются к шестерням. Пружина 40 предназначена для прижатия блокирующих пальцев к скользящей муфте синхронизатора и обеспечения ее связи с коническими кольцами.
38
2.3. Коробки переключения передач
Синхронизатор необходим при переключении передач для уравнивания угловой скорости вала, который вращается со скоростью шестерни
предыдущей передачи, и угловой скорости шестерни включаемой передачи. В случае если бы для включения передач использовалась обычная
зубчатая муфта, то уравнивание скоростей происходило бы ударом, в момент зацепления этой муфты и дополнительного зубчатого венца шестерни. Конические поверхности синхронизатора и колец 41 позволяют
избежать этого путем уравнивания скоростей силами трения, которые
образуются между поверхностями в момент включения передачи. После того, как скорости уравнялись, зубья скользящей муфты входят в зацепление с зубчатым венцом синхронизатора, который выполнен на шестерне. В результате между вращающейся шестерней и валом образуется
жесткая связь, и передача включается.
Слив масла из коробки производится откручиванием пробки 32 в нижней части картера главной передачи. Для соединения внутренних полостей коробки передач и главной передачи в шейке первичного вала коробки 11 выполняют отверстие 4.
Трехвальные коробки передач
Трехвальные коробки переключения передач используются на автомобилях с передним продольным расположением двигателя и задним или
полным приводом. Такие коробки имеют, как правило, 4…6 передач, одна
из которых выполняется прямым соединением первичного и выходного валов коробки) и имеет передаточное число u = 1. Прямое соединение
валов обеспечивает больший КПД коробки передач, меньшую шумность
и более высокую топливную экономичность, чем при передаче момента
через две пары шестерен.
На рис. 2.17 представлена схема работы трехвальной коробки в трех
режимах. Буквой а обозначена схема работы коробки на всех передачах,
кроме прямой. Крутящий момент в таком случае передается с первичного вала коробки 1 через шестерни постоянного зацепления 2 и 7 на промежуточный вал 5, а с него — через шестерни передачи 6 и 3 — на вторичный вал КПП. Буквой б обозначена схема коробки передач с включенной
прямой передачей. В таком случае крутящий момент передается напрямую с первичного вала 1 на вторичный 2, при этом шестерни постоянного зацепления хоть и не размыкаются, но не снижают КПД коробки, поскольку не передают крутящий момент.
39
2. Трансмиссии автомобилей
а
б
1
2
3
4
1
в
2
3
4
1
2
4
10
9
7
5
6
7
5
6
7
5
8
Рис. 2.17. Схема работы трехвальной коробки передач:
а, б — движение вперед; в — движение задним ходом;
1 — первичный вал; 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10 — шестерни; 4 — вторичный вал; 5 — промежуточный вал
Пример конструкции трехвальной пятиступенчатой коробки передач
грузового автомобиля МАЗ приведен на рис. 2.18.
Рис. 2.18. Коробка передач грузовых автомобилей МАЗ:
1, 9, 10 — первичный, вторичный и промежуточный валы соответственно; 2, 6 — синхронизаторы; 3, 14 — рычаги; 4, 5, 7, 8, 11, 12, 16 — шестерни; 13 — насос; 15 — шарнир; 17, 23 —
кольца; 18 — прорезь; 19 — корпус; 20 — фиксатор; 21 — штифт; 22 — муфта [5, с. 91]
40
2.3. Коробки переключения передач
Передачи в данной коробке включаются с использованием синхронизаторов посредством неавтоматического дистанционного управления, причем прямой выполнена не высшая передача, а четвертая. Пятая передача
в данном случае является понижающей, то есть при ее включении выходящий из коробки крутящий момент ниже входящего.
В представленной коробке первичный вал 7 отливается одним целым
с шестерней постоянного зацепления, а промежуточный вал 10 — с шестерней 11 первой передачи. Шестерни остальных передач и отбора мощности 12 соединены с промежуточным валом шпонками.
На вторичном валу находятся шестерни II, III и IV передач — они обозначены номерами 7, 5 и 4 соответственно — и шестерня 8, используемая как для первой передачи, так и для заднего хода. Включение IV и V
передач обеспечивается синхронизатором 2, а II и III передач — синхронизатором 6. Для включения I передачи шестерня 8 вводится в зацепление с шестерней 11, а для включения передачи заднего хода — с отдельным блоком шестерен, который находится вне поля приведенного вида.
Вторичный вал в данном случае выполняется полым для нагнетания
масла с помощью шестеренчатого насоса 13 к подшипникам скольжения,
на которых установлены шестерни II, III и V передач. Все шестерни в данной коробке, кроме передач I и заднего хода, являются косозубыми и находятся в постоянном зацеплении.
В данной коробке реализован принцип дистанционного неавтоматического управления коробкой. Рычаг КПП 14, расположенный в салоне,
соединен с коробкой передач тягами, валиками и карданными шарнирами 15. Далее привод соединяется с рычагом 3 механизма переключения,
который управляет головками ползунов с вилками переключения передач.
Помимо этого, в механизм переключения входят фиксаторы, предотвращающие самовольное выключение передачи, замок, исключающий одновременное включение двух передач, и предохранитель, который предотвращает включение передачи заднего хода вместо первой по ошибке.
Многовальные коробки передач
На многих грузовых автомобилях и автомобилях повышенной проходимости существует потребность в расширении диапазона передаточных
чисел. Для этих целей применяют многовальные коробки с числом передач от 8 до 24. По своей сути они являются трехвальными КПП со встроенными или последовательно установленными дополнительными коробками (редукторами), причем дополнительная коробка может иметь
передаточное число как больше, так и меньше единицы. В зависимости
41
2. Трансмиссии автомобилей
от влияния на диапазон передаточных чисел выделяют два типа дополнительных коробок: делители и демультипликаторы.
Делителем называется коробка передач, которая увеличивает число передач, незначительно изменяя диапазон передаточных чисел
(на 20–25 %). Она имеет такое название, поскольку «делит» каждую передачу на две, тем самым снижая разрыв между соседними передачами.
Делитель обычно имеет две передачи, одна из которых является прямой, а вторая имеет передаточное число, немного отличающееся от единицы. Переключение передач в этом случае происходит в таком порядке: I‑пониженная, I‑повышенная, II-пониженная, II-повышенная и так
далее. Делитель устанавливается перед основной коробкой.
Демультипликатором называет дополнительная коробка передач,
предназначенная для увеличения диапазона передаточных чисел. Обычно он имеет одну прямую и одну или две понижающие передачи с передаточным числом значительно больше единицы. Благодаря этому при
включении в демультипликаторе пониженной передачи все передаточные числа трансмиссии становятся выше, чем число первой передачи
в основной коробке. Таким образом, переключение передач происходит
в следующем порядке: I‑пониженная, II-пониженная, III-пониженная, …,
I‑повышенная, II-повышенная и так далее.
Элементы управления коробкой передач
На подавляющее большинство автомобилей с ручной КПП устанавливается механический привод переключения передач. Он может быть
непосредственным (рычаг переключения передач напрямую действует
на головки и штоки вилок переключения) и дистанционным (воздействие
от рычага на вилки передается при помощи дополнительных звеньев).
На большинстве автомобилей КПП располагается на близком от водителя расстоянии, поэтому применяется непосредственный привод.
Включение передачи происходит при помощи вывода зубчатой муфты (чаще — синхронизатора) из зацепления с шестерней одной передачи
и ввода в зацепление с другой. Для этого необходимо переместить зубчатую муфту, которая установлена на валу на шлицах, вдоль вала коробки.
Для этого используются вилки, которые могут перемещаться качательно или, чаще всего, поступательно.
На рис. 2.19 изображен первый вариант. Деталь, обозначенная цифрой 1, соединена с рычагом салона и совершает вращательные движения,
перемещая шток 2. Он, в свою очередь, поворачивает вокруг оси вилки 3,
которая перемещает по валу зубчатые муфты. Каждая вилка управляет42
2.3. Коробки переключения передач
ся своим штоком (они расположены параллельно друг другу) и включает первую или вторую передачи. Выбор штока, который будет передвигаться, осуществляет водитель, перемещая рычаг КПП вправо или влево.
1
2
3
Рис. 2.19. Конструкция механизма переключения передач
с качательным движением вилок:
1 — рычаг; 2 — ползун; 3 — вилки переключения
Одним из требований к коробке является наличие специальных механизмов для фиксации включенной передачи или нейтрального положения
и замков, необходимых для одновременного перемещения двух вилок.
Общие сведения об АКПП
Процесс управления автомобилем с механической коробкой передач
требует дополнительных трудозатрат на управление педалью сцепления
и рычагом переключения передач, что приводит к утомляемости водителя. В связи с этим на легковых, грузовых автомобилях и автобусах начали
применять автоматические КПП, которые являются гидромеханическими передачами. В этом случае управление автомобилем осуществляется
только педалями газа и тормоза с предварительным выбором направления движения рычагом КПП.
Гидромеханическая передача сочетает в себе передачу энергии сразу
двумя способами и состоит из следующих элементов: гидротрансформатора, механической вальной или планетарной коробки, системы управления.
Применение дополнительно механической коробки необходимо для
расширения диапазона передаточных чисел и длительного разобщения
двигателя с трансмиссией.
У большинства современных автоматических коробок механическая
часть выполнена в виде нескольких планетарных рядов, управляемых
43
2. Трансмиссии автомобилей
фрикционными дисковыми муфтами. Планетарная передача (рис. 2.20)
состоит из «солнечной» шестерни (А), «коронной» (В) и нескольких сателлитов (C), закрепленных на водиле (D).
А
C
D
A
B
D
B
C
Рис. 2.20. Простая планетарная передача
В случае если ни один из элементов планетарной передачи не заторможен фрикционными элементами, она не будет передавать крутящий момент — КПП с двигателем будут разъединены. Чтобы планетарная передача начала передавать и изменять крутящий момент, нужно на один из ее
элементов передать крутящий момент, а один элемент затормозить, тогда
третий получит вращение с угловой скоростью, которая зависит от числа зубьев шестерен, входящих в состав передачи. Если затормозить сразу два элемента, то передача будет прямой. Планетарные коробки применяются в ГМП шире, чем вальные, поскольку они компактнее, и для
изменения их передаточного числа необходимо просто затормозить один
из элементов. Это торможение осуществляется с помощью мокрых многодисковых фрикционных муфт.
Для обеспечения более широкого диапазона передаточных чисел
и большего количества передач в ГМП устанавливают сразу несколько
планетарных рядов, соединенных последовательно.
Несмотря на удорожание конструкции, повышение расхода топлива
и более низкий КПД в сравнении с механической коробкой переключения передач, гидромеханические трансмиссии имеют ряд значительных
преимуществ, благодаря которым автоматические коробки все чаще используются в конструкциях современных автомобилей:
· автоматическое переключение передач, упрощающее работу водителя;
44
2.3. Коробки переключения передач
· улучшение проходимости за счет безразрывного переключения передач;
· больший ресурс коробки благодаря долговечности работы планетарных передач;
· большая жесткость конструкции, обеспечивающая снижение уровня шума при работе.
На рис. 2.21 изображена семиступенчатая гидромеханическая передача 7G-Tronik, которая используется на автомобилях Mercedes-Benz классов Е, S, SL и CL 2003 года выпуска.
4
3
5
2
6
1
7
8
11
10 9
Рис. 2.21. Устройство коробки передач 7G-Tronik:
1 — ведущий вал; 2 — фрикцион блокировки гидротрансформатора с гасителем крутильных колебаний; 3 — масляный насос с контролем давления; 4 — фрикционы и планетарные
передачи; 5 — выходной вал; 6 — стояночный тормоз; 7 — селектор; 8 — электронный блок
управления; клапаны и датчики встроенные в поддон; 9 — электронный блок переключения передач; 10 — высокоскоростные соленоиды; 11 — гидротрансформатор [7, с. 157]
Переключение передач здесь осуществляется с помощью гидравлики, которая посредством гидронасосов и цилиндров сжимает фрикционные тормоза планетарных механизмов. Управление силовой гидравлической частью осуществляется золотниковыми устройствами
с электромагнитами, которые переключаются по команде блока управления. На рис. 2.22 схематично представлено движение потока мощности
на разных передачах в автоматической коробке передач; фрикционные
45
2. Трансмиссии автомобилей
пакеты и планетарные ряды, участвующие в передаче момента, выделены черным, а серым показаны неактивные в данный момент элементы.
Рис. 2.22. Управление переключением передач в автоматической коробке передач
На блок управления приходят сигналы от рычага, расположенного
в салоне автомобиля. Он имеет четыре положения:
Р — parking (парковка);
R — reverse (задний ход);
N — neutral (нейтральная передача);
D — drive (движение вперед с автоматическим переключением передач).
Также в конструкции данной коробки предусмотрен режим ручного
переключения передач, для этого водитель переводит рычаг влево и последовательно переключает передачи его передвижением вперед-назад.
46
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
Назначение раздаточных коробок и требования к ним
Для реализации полноприводной компоновки в конструкции автомобиля необходим узел, способный распределять крутящий момент между
осями автомобиля. Дополнительная коробка передач, функция которой
заключается в распределении крутящего момента, называется раздаточной.
Часто в конструкции раздаточной коробки используется дополнительная передача, которая позволяет увеличить тяговую силу на колесах и повысить проходимость.
К раздаточным коробкам предъявляются следующие требования:
· в трансмиссии автомобиля не должно возникать явления циркуляции мощности;
· крутящий момент должен распределяться между осями в соответствии со сцепным весом оси;
· обеспечение необходимого крутящего момента на ведущих колесах
для движения в тяжелых дорожных условиях;
· возможность установки коробки отбора мощности;
· механизм переключения в двухступенчатой раздаточной коробке
должен иметь устройство для надежной фиксации включенной ступени и нейтрального положения.
Для автомобилей с блокированным приводом (жесткой кинематической связью между осями) имеет место явление циркуляции мощности.
Оно возникает в том случае, если колеса передней и задней оси находятся в разных дорожных условиях или проходят неодинаковый путь. Наличие циркуляции мощности имеет ряд негативных последствий: повышенный износ шин и деталей трансмиссии, увеличение расхода топлива,
снижение долговечности трансмиссии. По этой причине конструкция раздаточных коробок с блокированным приводом предусматривает устройство, позволяющее отключать передний мост на дорогах с твердым асфальтобетонным покрытием.
Классификация раздаточных коробок
Классификация раздаточных коробок представлена на рис. 2.23.
Определить основные силовые и кинематические связи, присущие
раздаточной коробке, можно по ее кинематической схеме. Существует
47
2. Трансмиссии автомобилей
множество конструктивных решений, которые условно можно поделить
на три основные группы.
Рис. 2.23. Классификация раздаточных коробок передач
К первой группе относят кинематические схемы, представленные
на рис. 2.24. Они имеют дифференциальный привод и соосные выходные валы. Дифференциальный привод исключает возникновение циркуляции мощности в трансмиссии, что позволяет реализовать постоянный
полный привод. Кроме того, по схемам можно видеть, что в конструкции коробок первой группы используется несимметричный цилиндрический дифференциал, который позволяет улучшить тягово‑скоростные
свойства автомобилей с неравномерной загрузкой по осям. Использование схем первой группы рекомендуется для большегрузных, многоосных автомобилей, которые по условиям эксплуатации должны постоянно иметь полный привод.
Рис. 2.24. Схемы раздаточных коробок с дифференциальным приводом:
МБ — механизм блокировки дифференциала [6, с. 181]
48
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
Ко второй группе (рис. 2.25) относят схемы с несоосными выходными валами и блокированным приводом, а также подключаемым передним мостом. Для несоосной схемы характерно наличие прямой передачи,
то есть возможности жесткого соединения входного и выходного вала.
Создание вероятности отключения одного из мостов позволяет достичь
значительной экономии топлива. Использование схем второй группы возможно для автомобилей, которые эксплуатируются в основном на дорогах с хорошим покрытием (моноприводная схема) и иногда нуждаются
в кратковременном подключении переднего моста.
а
б
в
Рис. 2.25. Схемы раздаточных коробок с блокированным приводом
и несоосными выходными валами [6, с. 182]
Схемы третьей группы (рис. 2.26) имеют два соосных выходных вала
с блокированным приводом и периодически включаемый передний мост.
В конструкции таких коробок невозможно осуществить прямую передачу. Коробки третьей группы выполняются двухступенчатыми с подключаемым полным приводом.
Рис. 2.26. Схемы раздаточных коробок с блокированным приводом и соосными
выходными валами [6, с. 182]
49
2. Трансмиссии автомобилей
Конструкция раздаточных коробок
На рис. 2.27 изображена конструкция раздаточной коробки семейства автомобилей ГАЗ повышенной проходимости. Коробка имеет две
ступни, подключаемый передний мост, блокированный привод и несоосные выходные валы.
а
б
в
Рис. 2.27. Раздаточная коробка грузовых автомобилей ГАЗ
повышенной проходимости:
а — общий вид; б, в — механизм переключения;
1 — ведущий вал; 2, 4, 5, 9, 11 — шестерни; 3 — картер; 6 — крышка; 7, 10 — валы привода
мостов; 8 — промежуточный вал; 12, 13, 18, 19, 20 — выемки; 14, 17 — ползуны;
15, 16 — сухари [5, с. 131]
Управляемая шестерня 4 установлена на шлицах на входном валу 1.
Вилка управления шестерней 4 связана через блокирующее устройство
(рис. 2.27, б, в) связана со штоком шестерни 9 промежуточного вала 8. Такое конструктивное решение позволяет исключить выключение переднего моста при включенной пониженной передаче, а также включение прямой передачи при подключенном переднем мосту.
50
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
При включении пониженной передачи шестерня 4 находится в зацеплении с шестерней промежуточного вала 2, одновременно с этим шестерня 9 входит в зацепление с шестерней 5 вала привода заднего моста
и шестерней 11 вала привода переднего моста.
При переключении с пониженной на повышенную передачу шестерня 4 входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом шестерни 5,
при этом шестерня 9 выходит из зацепления с шестерней 11, что приводит к отключению привода переднего моста и включению прямой
передачи.
Блокирующее устройство состоит из двух сухарей 15, 16 и разжимной
пружины — они расположены между ползунами 14 и 17. Сухари входят
в выемки ползунов, разжимаемые пружиной. Средняя выемка ползуна 14
соответствует нейтральному положению, а крайние — включенной пониженной или прямой передаче. На ползуне 17 выполнено две выемки —
глубокая 18 (для включения переднего моста) и меньшей глубины 19 (для
выключения переднего моста).
Управление раздаточной коробкой осуществляется с помощью двух
рычагов, один из которых управляет выбором передачи, а второй — подключением моста.
Конструкция раздаточной коробки с дифференциальным приводом
показана на рис. 2.28. Кинематическая схема данной конструкции изображена на рис. 2.25, б. Такие коробки устанавливаются на большегрузные автомобили семейства КамАЗ.
В приведенной конструкции имеется привод отбора мощности, подключаемый муфтой 5. Шестерня 2 жестко соединена с входным валом
1 и постоянно передает крутящий момент на промежуточный вал 27 и шестерню 29. Шестерня 29 вращает шестерню 18, установленную на игольчатых подшипниках на корпус дифференциала.
Коробка имеет пониженную и повышенную передачу. Пониженная передача включается муфтой 28, посредством которой момент с шестерни
29 передается на шестерню 8, а с нее — на корпус дифференциала, где момент распределятся между соосными выходными валами 11 и 21.
При движении автомобиля в плохих дорожных условиях необходима блокировка межосевого дифференциала для улучшения показателей
проходимости. В приеденной конструкции блокировка осуществляется
при помощи пневматической камеры 23. При подаче водителем сигнала
о необходимости заблокировать дифференциал сжатый воздух поступает в полость между крышкой и диафрагмой, перемещает диафрагму и через шток 24 вилкой 22 передвигает муфту 20 и соединяет вал 21 привода
переднего моста с корпусом дифференциала 16. В результате дифферен51
2. Трансмиссии автомобилей
циал блокируется, а валы 21 и 11 привода ведущих мостов жестко соединяются и вращаются с одинаковой скоростью.
Рис. 2.28. Раздаточная коробка полноприводных грузовых автомобилей КамАЗ:
1 — ведущий вал; 2, 4, 8, 13, 14, 15, 18, 29 — шестерни; 3 — крышка; 5, 19, 20, 28 — муфты; 6 — коробка отбора мощности; 7 — маслосборник; 9 — подшипник; 10 — саттелиты; 11,
21 — валы привода мостов; 12 — обойма; 16 — дифференциал; 17 — картер; 22 — вилка;
23 — пневматическая камера; 24 — шток; 25 — диафрагма; 26 — клапаны; 27 — промежуточный вал [5, с. 133]
52
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
Межосевые дифференциалы
Основной причиной для использования межосевого дифференциала
является исключение возникновения циркуляции мощности. Причина
и негативные последствия этого явления описаны выше.
Кроме того, наличие несимметричного межосевого дифференциала
позволяет распределить крутящий момент пропорционально сцепному
весу осей, что значительно повышает тягово‑динамические свойства автомобиля. Как правило, больший момент отводится к задним осям, что
позволяет улучшить разгон автомобиля и его управляемость.
При движении по грунтам с низким коэффициентом сцепления наличие межосевого дифференциала ухудшает проходимость. Дифференциальный механизм имеет дополнительную степень свободы, что, с одной
стороны, позволяет мостам двигаться с разной скоростью без появления
паразитной мощности. С другой стороны, при пробуксовке одной из осей
больший момент будет уходить на эту ось. В таком случае вся энергия,
подводимая к колесам, будет расходоваться на увеличение угловой скорости буксующих колес, при этом колеса, имеющие сцепление с дорогой,
будут неподвижны.
В связи с этим большое значение с точки зрения проходимости имеет блокировка дифференциала. При блокировке дифференциала момент
распределяется по осям поровну (для симметричного) или в некотором
заданном соотношении (для несимметричного). Блокировка дифференциала может быть принудительной, как было описано для конструкции
коробки КамАЗа. В случае с принудительной блокировкой водитель сам
принимает решение о необходимости заблокировать дифференциал, однако не всегда водитель может адекватно оценивать дорожные условия,
в связи с чем некоторые конструкции автомобилей предусматривают самоблокирующиеся дифференциалы.
Большинство самоблокирующихся дифференциалов являются механизмами повышенного трения, т. е. они чувствительны к разнице угловых скоростей выходных валов. Существуют различные конструктивные
решения для дифференциалов повышенного трения, которые будут описываться ниже.
Несмотря на свои преимущества, дифференциалы повышенного трения имеют более низкий КПД, более высокую стоимость и сложность изготовления, при этом дополнительное трение возникать не должно или
оно не должно оказывать сильного влияния на работу механизма при
незначительной разнице скоростей, вызванной поворотом автомобиля
или прохождением других кратковременных препятствий.
53
2. Трансмиссии автомобилей
Фрикционные муфты, в которых диск сжимаются с определенным
усилием, позволяют контролировать степень блокировки дифференциала. Такое конструктивное решение позволяет управлять распределением
момента между передней и задней осью в зависимости от скорости автомобиля и дорожных условий. Использование таких механизмов ограничено максимальным моментом, который они могут передавать без перегрева фрикционных элементов, поэтому основное применение они нашли
в конструкциях легковых автомобилей и легких внедорожников.
Дифференциал Torsen (TORqueSENsing — чувствующий крутящий момент) является дифференциалом повышенного трения, использующим
принцип заклинивания червячной передачи (рис. 2.29).
4
В
3
2
1
5
6
7
А
8
9
Рис. 2.29. Межосевой дифференциал Torsen автомобиля AudiQuattro:
1 — корпус дифференциала; 2, 4 — передняя и задняя шестерни; 3 — червячные сателлиты;
5 — фланец карданной передачи; 6 — ось сателлитов; 7 — прямозубые шестерни; 8 — ведомый вал; 9 — полый ведущий вал; А — к передней оси; В — к задней оси [7, с. 175]
Внутри дифференциала находятся ведомые 2, 4 (полуосевые) червячные колеса и ведущие 3 (сателлиты) червячные шестерни. Червячные
шестерни приводят в движение червячные колеса, однако передача движения в обратную сторону от колес к шестерням невозможна, благодаря
чему реализуется блокировка дифференциала. В зависимости от величины передаточного числа и конструкции дифференциала, крутящий момент может распределяться по осям автомобиля в соотношении от 2,5 : 1
(60 : 40 %) до 7 : 1 (86 : 14 %), а также распределяться в любых промежуточных значениях.
54
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы
Важной особенностью дифференциала Torsen является линейная характеристика, мгновенное перераспределение момента и отсутствие влияния на процесс торможения. Эти свойства механизма обусловили его
широкое использование в качестве межколесных и межосевых дифференциалов автомобилей.
В последние годы в конструкции трансмиссий получили распространение муфты, в которых для блокировки валов используются многодисковые мокрые сцепления (рис. 2.30). Управление такими муфтами происходит за счет давления масла на поршни, сжимающие диски. Давление
масла регулируется через блок управления при помощи контрольного клапана. Фирма Haldex запатентовала многодисковую фрикционную муфту,
работающую в масле, со встроенным электрическим гидронасосом и гидроаккумулятором, известную как муфта Haldex.
2
1
3
4
5
6
Рис. 2.30. Конструкция и принцип действия активной гидравлической муфты:
1 — выходной вал; 2 — рабочий поршень; 3 — диски; 4 — поршневой насос;
5 — управляющий клапан; 6 — входной вал
При движении автомобиля электрический насос создает незначительное давление в системе, чтобы в срабатывании муфты не происходило задержки. В тот момент, когда возникает разность в угловых частотах вращения выходных валов, давление в системе нарастает пропорционально
разнице угловых скоростей, и поршень 2 сжимает диски 3. Фрикционные диски, связанные с выходными валами, уравнивают их частоту вращения с помощью трения.
55
2. Трансмиссии автомобилей
2.5. Карданные передачи
Классификация карданных передач
Передача, служащая для передачи крутящего момента между валами,
расположенными несоосно или под углом друг к другу, называется карданной.
Карданная передача используется для связи различных механизмов
в конструкции автомобилей, например, коробки переключения передач
и раздаточной коробки, главной передачи и ведущих колес. Часто карданные передачи используются в рулевом управлении и приводе вспомогательного оборудования.
Классификация карданных передач, используемых в различных конструкциях автомобилей, представлена на рис. 2.31.
Рис. 2.31. Классификация карданных передач
Одновальные передачи, состоящие из одного карданного вала и двух
карданных шарниров, используются на легковых автомобилях с короткой базой. Двухвальные передачи состоят из двух карданных валов, трех
карданных шарниров и промежуточной упругой опоры (рис. 2.32). Такая передача используется на автомобилях с классической компоновкой и удлиненной базой. Применение такой конструкции позволяет
избежать резонанса эксплуатационной частоты и частоты колебаний
карданного вала.
Для многоосных полноприводных автомобилей используются многовальные передачи.
56
2.5. Карданные передачи
1
2
3
Рис. 2.32. Конструкция промежуточной опоры:
1 — вилка; 2 — упругая подушка; 3 — подшипник промежуточной опоры [7, с. 141]
Конструкция карданной передачи
Конструкция карданной передачи в общем случае включает карданные валы 13 и 17, карданные шарниры, промежуточную опору 15 и соединительные устройства (рис. 2.33).
На некоторых автомобилях используются закрытые карданные передачи, в этом случае передача располагается внутри трубы, которая воспринимает нагрузки от ведущего моста. Для такой передачи характерно
использование только одного шарнира и упругого вала для компенсации
неравномерности.
Открытая карданная передача имеет не менее двух карданных шарниров и специальное устройство для компенсации изменения расстояния
между агрегатами в процессе движения.
Недостатком такой конструкции карданного шарнира является его
неравномерность, которая выражается в отставании и забегании ведомого
вала относительно ведущего. Наглядно этот процесс описан на рис. 2.34,
где показаны кинематическая схема карданного шарнира и зависимость
угловых скоростей от времени.
На графике можно видеть, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ω1 угловая скорость ведомого вала ω2 изменяется по гармоническому закону, при этом чем больше угол γ между валами, тем больше
амплитуда колебаний ведомого вала. В связи с этим карданные шарниры
неравных угловых скоростей способны передавать вращения при угле γ,
не превышающим 15…17°.
57
2. Трансмиссии автомобилей
17 18 19
5
6
4
11
3
7
8 9
12
13
14
15
16
20
10
21
2
1
Рис. 2.33. Карданная передача:
1 — эластичная муфта; 2 — болт крепления эластичной муфты к фланцу; 3 — крестовина; 4 — сальник; 5 — стопорное кольцо; 6 — подшипник крестовины; 7 — гайка; 8 — фланец эластичной муфты; 9 — сальник; 10 — обойма сальника; 11 — кронштейн безопасности; 12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре; 13 — передний карданный
вал; 14 — кронштейн промежуточной опоры; 15 — промежуточная опора; 16 — вилка переднего карданного вала; 17 — задний карданный вал; 18 — вилка заднего карданного вала;
19 — фланец ведущей шестерни главной передачи; 20 — гайка; 21 — болт крепления вилки
[7, с. 139]
ω1
α
γ
ω2
ω
ω2
ω1
π/2
π
α
Рис. 2.34. График зависимости угловых скоростей карданной передачи
58
2.5. Карданные передачи
Для того чтобы избежать неравномерности вращения между валами
соединенных узлов, используют минимум два карданных шарнира, выполняя ряд требований к их установке:
· ведущие вилки расположены под углом 90° относительно друг друга;
· угол γ1 между ведущим и карданным валом должен быть равен углу
γ2 между карданным и ведомым валом;
· ведущий, карданный и ведомый валы должны лежать в одной плоскости.
Если в карданной передачи используется более трех карданных шарниров неравных угловых скоростей, то равномерности вращения валов
связываемых агрегатов добиваются определённым соотношением углов
между валами всех шарниров.
В конструкции карданного шарнира неравных угловых скоростей
(рис. 2.35) имеются вилки 1 и 5, жестко закрепленные на ведущем и карданном валу 6 соответственно.
6
5
4
3
2
1
7
8
9
10
12
11
Рис. 2.35. Детали карданной передачи:
1 — шлицевая вилка; 2 — П‑образная пластина; 3 — стопорная шайба; 4 — крестовина; 5 —
вилка заднего карданного вала; 6 — задний карданный вал; 7 — фланец ведущей шестерни
главной передачи; 8 — задний карданный шарнир; 9 — игольчатый подшипник; 10 — стопорное кольцо; 11 — болт; 12 — уплотнительное кольцо [7, с. 142]
59
2. Трансмиссии автомобилей
На вилках есть отверстия, в которые на игольчатых подшипниках устанавливается крестовина. Для сбалансированности вращения карданного
шарнира крестовину центрируют при помощи стопорных колец и крышек, которые фиксируют обойму подшипника. Помимо максимального
допустимого угла, для карданных шарниров устанавливают минимальный угол γ равный 2°, чтобы не допускать эффекта бринеллирования.
В современных конструкциях карданных шарниров используются пластичные смазки, долгое время не теряющие своих свойств, поэтому закладка смазки производится при сборке и не требует замены в течение
всего срока эксплуатации.
Полукарданные шарниры
В некоторых конструкциях легковых автомобилей используют полукарданные (упругие) шарниры. За счет деформации упругой части муфты
такие шарниры способны передавать крутящий момент между двумя валами, расположенными под углом до 8°. Упругое звено муфты выполнено из резинотканевых материалов и армировано металлическими нитями или тросами.
1
12
11
10
9
7
8
2
3
4
5
6
Рис. 2.36. Упругая муфта Гуибо:
1 — гайка; 2 — ведомый вал коробки передач; 3 — шайба стопорная; 4 — болт (3 шт.); 5, 6 —
фланцы муфты; 7 — обойма; 8 — карданный вал; 9 — сальник; 10 — стопорное кольцо; 11 —
центрирующее кольцо; 12 — уплотнитель [7, с. 143]
На рис. 2.36 изображена конструкция упругой муфты Гуибо, в качестве упругого звена которой используется предварительно сжатый упру60
2.5. Карданные передачи
гий резиновый элемент, усиленный металлическими пластинами. Достоинством такой муфты является хорошее демпфирование крутильных
колебаний в трансмиссии.
Шарниры равных угловых скоростей
В некоторых случаях необходимо передавать крутящий момент при больших углах — это может обеспечить шарнир неравных угловых скоростей
(ШРУС). Такая проблема, например, характерна для приводных управляемых колес. В этом случае возникает необходимость использования синхронных шарниров или шарниров равных угловых скоростей. В конструкции привода управляемых колес используют два таких шарнира: внутренний
(связанный с узлами трансмиссии) и внешний (связанный с колесом).
Существует множество различных конструктивных решений для
ШРУСов, но все они базируются на одном принципе: «точки контакта,
через которые передаются окружные силы, должны находиться в плоскости, проходящей через биссектрису угла между валами (в биссекторной плоскости)» (рис. 2.37).
O
2
φ/
C
φ/
2
D
α
β
A
φ/
2
r2
r1
Oʹ
2
φ/
B
ω2
ω1
Рис. 2.37. Схема ШРУСа:
ω1 и ω2 — угловые скорости валов 1 и 2 соответственно; α, β — угол шарнира; О — точка
контакта рычагов валов 1 и 2; r1, r2 — радиусы вращения рычагов вала 1 и вала 2 соответственно; ОО’ — биссектриса угла φ
Такие шарниры, как правило, имеют ведущую и ведомую детали, вставленные одна в другую, с нарезанными канавками, по которым перека61
2. Трансмиссии автомобилей
тываются шарики. С одной стороны,
шарики создают жесткую связь между
ведущим и ведомым звеном, передавая крутящий момент, а с другой стороны, они позволяют одной детали
поворачиваться относительно другой.
Самый простой способ обеспечить
расположение точки контакта, через
которые передаются окружные силы,
в биссекторной плоскости — это использование сдвоенного карданного
шарнира, в котором ведомая вилка одного шарнира одновременно является
ведущей вилкой второго. Однако габариты такого шарнира не позволяют использовать его в приводе управб
ляемых ведущих колес.
В 1925 г. на автомобилях с переднеприводной компоновкой стали
устанавливать кулачковые шарниры
«Тракта» (рис. 2.39, а). Шарнир состоял из двух вилок и двух кулаков особого профиля и имел фиксированные
оси качания.
Рис. 2.38. Кулачковые карданные
Отечественными конструкторами
шарниры:
был спроектирован кулачково‑диса — шарнир «Тракта»; б — дисковый
ковый шарнир, получивший широкое распространение на полноприводных грузовых автомобилях КрАЗ,
Урал, КамАЗ (рис. 2.38, б).
Использование кулачковых шарниров во многом обусловлено тем, что
они способны передавать значительный крутящий момент при угле между валами до 45°. Недостатком таких шарниров является низкий КПД изза значительного трения, возникающего между контактирующими поверхностями.
Большинство ШРУСов, используемых в конструкциях современных
автомобилей, являются шариковыми. На рис. 2.39 изображены основные
конструкции, а их описание и характеристики приведены ниже.
Первым шариковым шарниром стал шарнир, предложенный немецким
изобретателем К. Вейсом в начале XX в. В конструкции данного шарнира
есть две пары шариков; одна пара передает момент при движении вперед,
а
62
2.5. Карданные передачи
вторая — при движении задним ходом. Шарнир получил название «четырехшариковый карданный шарнир с делительными канавками» (типа
«Вейс»). Максимальный угол между валами, при котором шарнир может
работать, составляет 32°.
а
б
в
г
Рис. 2.39. Конструкции шарниров равных угловых скоростей:
а — «Рцепп»; б — «Бирфильд»; в — «ГКН»; г — «Лебро»
К достоинствам такого шарнира относят технологичность и низкую
стоимость, а к недостаткам — ограниченный максимальный момент и низкий ресурс.
В 1927 г. была разработана конструкция шестишарикового карданного шарнира с делительным рычажком (типа «Рцепп», рис. 2.39, а). Сферический кулак, установленный на шлицах ведущего вала, связан через
шарики, находящиеся в сепараторе, со сферическим корпусом выходного
вала. Шарики имеют возможность перекатываться по меридиональным
канавкам полукруглого сечения, имеющимся на кулаке и на внутренней
стороне чашки. Установка шариков в биссекторной плоскости происходит благодаря делительному рычажку. Шарниры типа «Рцепп» могут передавать крутящий момент при углах между валами до 40°. Достоинствами шарнира являются его ресурс и компактность и то, что он способен
передавать больший момент, а недостатком — сложность изготовления.
Шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками
(типа «Бирфильд», рис. 2.39, б) имеет шесть канавок переменной глубины на кулаке и внутри сферического корпуса. Переменная глубина канавок получается за счет смещения их центра относительно центра шарнира
63
2. Трансмиссии автомобилей
на некоторое расстояние. Шарики закреплены в сепараторе, его наружная и внутренняя поверхности выполнены по сфере различных радиусов. В исходном положении шарики находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов. При отклонении вала, на котором установлен кулак,
на некоторый угол, верхний шарик сместится из сужающегося пространства, приводя в движение сепаратор и нижний шарик. Центры шариков
всегда находятся на пересечении осей канавок, что обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости.
Максимальный угол, при котором шарнир способен передавать крутящий момент, составляет 45°. Шарнир типа «Бирфильд», по сравнению
с шарниром «Рцепп», имеет более высокий ресурс и КПД. Недостатком
такого шарнира является неспособность компенсировать осевые перемещения, поэтому при его установке для привода передних колес на внутреннем конце карданного вала должен устанавливаться карданный шарнир, позволяющий компенсировать изменение длины карданного вала,
вызванное работой подвески.
Универсальный шестишариковый карданный шарнир (типа «ГКН»,
рис. 2.39, в) состоит из цилиндрического корпуса с нарезанными по внутренней стороне продольными канавками эллиптического сечения и сферического кулака с такими же канавками, нарезанными параллельно оси
вала. Сепаратор, в котором установлены шесть шариков, имеет две сферические поверхности разных радиусов, центры которых смещены в противоположные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через
шарики.
При отклонении одного из валов шарики устанавливаются в биссекторной плоскости, поскольку они должны перемещаться относительно
двух центров одновременно. Таким образом, если провести оси, проходящие через центры шариков, параллельно осям канавок корпуса и кулака, то при наклоне вала шарик установится на пересечении этих осей.
Недостатком такой конструкции является ограничение максимального
угла γ, который не превышает 20°.
Универсальный шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Лебро», рис. 2.39, г) выполнен из цилиндрического
корпуса, по внутренней поверхности которого под углом примерно 15…16°
к образующей цилиндра выфрезерованы шесть прямых канавок, и сферического кулака, на поверхности которого также нарезаны шесть канавок. Шарики установлены в сепараторе, который центрируется наружной
сферической поверхностью внутри цилиндрического корпуса. Независимо от угла наклона валов шарики находятся в биссекторной плоскости,
поскольку установлены в пересечениях канавок.
64
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
Достоинствами данного шарнира можно назвать его компактность,
простоту сборки и эксплуатации и высокий КПД; к недостаткам можно
отнести усложнение и удорожание конструкции.
Трехшиповой карданный шарнир (типа «Трипод») устанавливают
на легковых и грузовых автомобилях малой грузоподъемности. Возможны две вариации трехшипового шарнира, одна из которых позволяет передавать крутящий момент при углах до 45°, но не имеет осевой компенсации, а вторая является универсальной, но работает при небольших
углах (до 25°).
В первом случае в корпусе закрепляются шипы, расположенные друг
к другу под углом 120°, на которые устанавливаются ролики с шаровой
поверхностью. Ролики могут вращаться на шипах. Сферическая вилка,
которая вставляется в корпус, имеет три цилиндрических паза. При отклонении вала на некоторый угол ролики, вращаясь на игольчатых подшипниках, перекатываются в пазах, диаметр которых совпадает с диаметром ролика.
Универсальный трехшиповой шарнир состоит из ступицы с тремя шипами и цилиндрического корпуса, в котором имеются три продольных
паза. На шипах установлены сферические ролики на игольчатых подшипниках. Расположение шипов и пазов аналогично конструкции, описанной выше.
Принцип работы обоих вариантов трехшипового шарнира одинаков.
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
Главная передача
Главной передачей называют редуктор, увеличивающий крутящий момент и расположенный непосредственно перед ведущими колесами.
С одной стороны, от оптимально подобранного передаточного числа
главной передачи зависят максимальная скорость автомобиля и топливная экономичность, а с другой — максимальное тяговое усилие и размеры редуктора. Задача выбора передаточного числа главной передачи
является в этом плане оптимизационной. В зависимости от назначения
автомобиля и характеристик двигателя передаточное число главной передачи обычно составляет 6,5…9,0 у грузовых автомобилей и 3,5…5,5 —
у легковых автомобилей.
К главным передачам предъявляют следующие требования:
65
2. Трансмиссии автомобилей
· обеспечение оптимальных тягово‑скоростных свойств при высокой
топливной экономичности автомобиля;
· высокий КПД;
· минимальные габариты и масса;
· бесшумность работы;
· высокая жесткость конструкции.
Главные передачи можно классифицировать по числу зубчатых колес, по типу зацепления и по количеству ступеней. По числу зубчатых
выделяют одинарные — главные передачи с одной парой зубчатых колес
(используют при передаточных числах до 8) и двойные — с двумя парами зубчатых колес (при передаточном отношении 6…12 используют центральную главную передачу, при передаточном отношении больше 11 —
разнесенную).
По типу зубчатых колес можно выделить цилиндрические, гипоидные,
конические и червячные главные передачи, все они относятся к одинарным главным передачам. Как правило, двойные главные передачи представлены комбинацией двух различных типов зацеплений.
По количеству ступеней выделяют одноступенчатые и двухступенчатые главные передачи, последние используются крайне редко, на большегрузных автомобилях.
Одинарные главные передачи
Цилиндрическая главная передача (рис. 2.40, а) представляет из себя
пару цилиндрических зубчатых колес. Ведущая шестерня установлена
на выходном валу коробки переключения передач, а ведомая установлена на дифференциале привода ведущих колес. Использование такой
главной передачи возможно только в переднеприводных легковых автомобилях при поперечном расположении двигателя. Передаточное число
цилиндрической главной передачи — 3,5…4,2, по форме зуба шестерни
могут быть прямозубыми, косозубыми и шевронными. Несмотря на то,
что цилиндрическая главная передача обладает самым высоким КПД, она
более шумная и не может иметь большое передаточное число, поскольку
ее размеры значительно увеличиваются.
Коническая главная передача (рис. 2.40, б) состоит из ведущей конической шестерни и ведомого зубчатого колеса, зубчатый венец которого
установлен на межколесный дифференциал. Передача такого типа получила применение на легковых и грузовых автомобилях малой и средней
грузоподъемности. Оси ведущей и ведомой шестерен в лежат в одной
плоскости и пересекаются. По форме зуба различают передачи с прямым
66
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
и круговым зубом. Благодаря большей прочности и бесшумности в автомобилестроении получили распространение конические передачи с круговым зубом. КПД такой передачи находится в пределах 0,97…0,98, а передаточное число не более 7,2.
а
б
в
г
Рис. 2.40. Главные передачи:
а — цилиндрическая; б — коническая; в — гиподная; г — червячная
Для того чтобы не происходило заклинивание передачи вследствие
ввинчивания шестерни в колесо, зубья шестерни всегда имеют направление винтовой линии противоположное направлению ее вращения. В некоторых конструкциях возможно использование передачи с углом между
осями, не равными 90°.
Гипоидная главная передача (рис. 2.40, в и рис. 2.41) получила наибольшее распространение на легковых автомобилях и грузовых малой и средней грузоподъемности. Оси гипоидной ведущей шестерни и гипоидного
колеса являются скрещивающимися. Смещение оси ведущей шестерни
относительно центра гипоидного колеса называют гипоидным смещением, которое может быть верхним и нижним. Гипоидная передача имеет ряд преимуществ перед конической в том случае, если гипоидное смещение положительное. Положительным смещением считается такое, при
котором шестерня с левым направлением винтовой линии расположена
ниже, а с правым направлением винтовой линии — выше центра колеса.
На большинстве легковых автомобилей гипоидная шестерня расположена ниже центра гипоидного колеса, а для многоосных автомобилей
используется обратная компоновка передачи, так как вал ведущей шестерни должен быть проходным.
67
2. Трансмиссии автомобилей
1
2
3
4
5
6
19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9
8
7
Рис. 2.41. Гипоидная главная передача:
1 — картер заднего моста; 2 — полуось; 3 — гайка подшипников дифференциала; 4 — подшипник дифференциала; 5 — ведомая шестерня главной передачи; 6 — сапун; 7 — гайка; 8 — шайба; 9 — фланец ведущей шестерни; 10 — манжета; 11 — грязеотражатель; 12,
14 — подшипники ведущей шестерни; 13 — распорное кольцо; 15 — регулировочное кольцо; 16 — ведущая шестерня; 17 — картер редуктора; 18 — болт; 19 — стопорная пластина
[7, с. 148]
Передаточные числа гипоидных главных передач не превышают 8.
К преимуществам гипоидной главной передачи можно отнести высокую
плавность зацепления, бесшумность, более высокую прочность и малые
габариты. КПД гипоидной передачи равен 0,96…0,97. Недостатками передачи являются сложность сборки и регулировки и необходимость в специальном гипоидном масле, повышающем износостойкость передачи.
Червячная главная передача (рис. 2.40, г) применяется достаточно редко; существует несколько зарубежных грузовых многоосных автомобилей, в которых для создания проходных мостов использована червячная
передача. Выделяют передачи с верхним и нижним расположением червяка червячного колеса. Червячная передача может обеспечить достаточно
большое передаточное число, 8…12. По сравнению с другими, червячная
главная передача менее шумная и имеет меньшие габариты, более плавное зацепление и минимальные динамические нагрузки. Однако переда68
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
ча имеет самый низкий КПД (0,9…0,92) и является самой дорогостоящей
по трудоемкости изготовления и применяемым материалам.
На рис. 2.42 приведена конструкция одинарной центральной главной
передачи переднего моста автомобиля КамАЗ. Передача является конической. Ведущей является коническая шестерня 1, установленная на подшипниках 2 и в отдельном корпусе.
Коническая шестерня 1 передает крутящий момент коническому колесу 5, закрепленному на корпусе дифференциала 6. В корпусе симметричного конического дифференциала жестко закреплена ось сателлитов 7,
на которой свободно вращаются сателлиты 8, передавая крутящий момент к полуосевым шестерням 9.
Более подробно принцип работы дифференциала описан ниже.
3
4
5
6
2
1
9
8
7
Рис. 2.42. Центральная главная передача автомобиля КамАЗ:
1 — ведущая шестерня главной передачи; 2, 3 — подшипники; 4 — стакан;
5 — зубчатое колесо главной передачи; 6 — корпус дифференциала; 7 — ось сателлитов;
8 — сателлит; 9 — шестерня полуоси
69
2. Трансмиссии автомобилей
Двойные главные передачи
Для обеспечения требуемых тягово‑скоростных свойство грузовых
автомобилей большой и средней грузоподъемности передаточное число
главной передачи может быть больше 8. В таких случаях использование
одинарной передачи затрудняется значительным увеличением габаритов
редуктора, а червячная передача не используется в силу низкого КПД.
а
б
в
г
Рис. 2.43. Двойные главные передачи:
а — коническо-цилиндрическая; б — цилиндрическо-коническая;
в — двуступенчатая цилиндрическо-коническая; г — коническо-планетарная
Решением для таких автомобилей стало использование двойных главных передач (рис. 2.43), которые, как правило, являются комбинацией
цилиндрической и конической пар шестерен; КПД таких передач находится в пределах 0,93…0,96.
Применение наряду с конической парой шестерен с круговым профилем зуба цилиндрической пары позволяет увеличить передаточное число
без значительного увеличения вертикальных габаритов, повысить прочность и долговечность конической пары шестерен.
На рис. 2.43, а изображена двойная центральная главная передача, в которой ведущей является коническая шестерня. С конической шестерни
момент уходит на коническое колесо, установленное на одном валу с цилиндрической шестерней, передающий вращение на зубчатый цилиндрический венец, нарезанный на корпусе межколесного дифференциала.
При передаточном числе главной передачи свыше 11 используется
двойная разнесенная передача. Использование центрального редуктора
в данном случае не целесообразно, поскольку полуоси будут нагружены
значительным крутящим моментом. Как правило, в центральной части
ведущего моста располагают конический или гипоидный редуктор (с межколесным дифференциалом) с небольшим передаточным отношением,
70
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
и еще один редуктор ставится непосредственно перед колесами, поэтому
называется колесным. В качестве колесных редукторов часто используют планетарные передачи. К существенным недостаткам разнесенной передачи относятся: увеличение неподрессоренных масс, что отрицательно сказывается на плавности хода, трудоемкость и высокая стоимость.
Межколесные дифференциалы
Межколесным дифференциалом называют механизм трансмиссии автомобиля, предназначенный для распределения подводимого к нему момента между правым и левым ведущими колесами одного моста. Дифференциальный механизм имеет две степени свободы, позволяет ведущим колесам
вращаться с разной угловой скоростью при прохождении ими разного пути.
К конструкции дифференциала предъявляются следующие требования:
· осуществление пропорционального распределения крутящих моментов между колесами;
· обеспечение различной частоты вращения ведущих колес, что необходимо при повороте, движении автомобиля по неровной поверхности дороги и в других случаях;
· малые габаритные размеры и масса. Размеры и масса дифференциала влияют на размеры главной передачи в целом, следовательно,
и на дорожный просвет автомобиля.
По конструктивному выполнению межколесные дифференциалы могут быть:
· шестеренчатыми;
· кулачковыми;
· червячными.
По распределению крутящего момента все межколесные дифференциалы относят к симметричным.
Так же, как и межосевые, межколесные дифференциалы могут быть
принудительно-блокируемыми, самоблокирующимся и без блокировки. Отсутствие блокировки межколесного дифференциала снижает проходимость автомобиля.
Наиболее простым и популярным является симметричный конический дифференциал.
Шестеренчатый дифференциал
Симметричный конический дифференциал применяется в большинстве современных конструкций главных передач, поскольку имеет простую конструкцию, малые габариты, высокий КПД и надежность. Недо71
2. Трансмиссии автомобилей
статком такого дифференциала является необходимость установки
дополнительных блокирующих устройств. Кинематическая схема симметричного шестеренчатого конического дифференциала изображена
на рис. 2.44, а. Данный дифференциал представляет собой планетарный
механизм, который состоит из ведущего звена 1 (водила), полуосевых
шестерен 3 и 4 и сателлитов 2.
а
б
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Рис. 2.44. Детали конического симметричного дифференциала:
а — кинематическая схема; б — конструкция:
1 — правая коробка сателлитов дифференциала; 2 — болт коробки сателлитов; 3 — опорная
шайба шестерни; 4, 8 — полуосевые шестерни; 5 — опорная шайба сателлита; 6 — сателлиты; 7 — ось сателлитов; 9 — левая коробка сателлитов дифференциала
В зависимости от передаваемого крутящего момента в конструкции
могут быть использованы два сателлита для легковых или четыре сателлита — для грузовых автомобилей.
Принцип работы межколесного дифференциала можно описать следующим образом. Двигаясь прямолинейно по ровной дороге и при одинаковых дорожных условиях, колеса одной оси автомобиля проходят одинаковый путь, при этом со стороны дороги на каждое из колес действует
одинаковая сила сопротивления. С корпуса дифференциала момент передается на полуосевые шестерни через сателлиты, которые неподвижны относительно оси сателлитов. Таким образом, корпус дифференциала, сателлиты и полуосевые шестерни вращаются как одно целое.
Когда автомобиль входит в поворот, внутреннее по отношению к центру поворота колесо вращается медленнее, чем наружное, соответствующая ему полуосевая шестерня тоже замедляется. Сателлиты начинают
72
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
вращаться вокруг своих осей, что приводит к ускорению вращения полуосевой шестерни наружного колеса. Таким образом обеспечивается
вращение ведущих колес с разными угловыми скоростями при прохождении поворота. Такой же процесс происходит, когда автомобиль движется по неровной дороге.
При увеличении угловой скорости на одном из колес подводимый
к этому колесу момент падает. Поскольку симметричный дифференциал распределяет момент поровну, то момент на отстающем колесе также
уменьшается и становится равным моменту на колесе с большей скоростью. Таким образом, суммарный момент на ведущих колесах уменьшается, то есть уменьшается сила тяги, и ухудшаются тяговые свойства
и проходимость. В таком случае, если одно колесо находится на поверхности с низким коэффициентом сцепления, а второе — на сухой твердой
поверхности, то момент, подводимый к ведущей оси, будет ограничиваться моментом сцепления колеса, находящегося в худших дорожных
условиях (на скользкой поверхности). Этого момента может быть недостаточно, чтобы автомобиль сдвинулся с места, тогда колесо на поверхности с малым сцеплением начнет пробуксовывать, а второе останется
неподвижным.
Как было отмечено выше, применение блокировки дифференциала позволяет устранить данный недостаток. Для принудительной блокировки
дифференциала, как правило, используют зубчатую муфту, которая жестко соединяет одну из полуосей с корпусом дифференциала.
Конический симметричный дифференциал относят к дифференциалам
малого трения, поэтому для них необходима принудительная блокировка.
Одним из способов улучшения свойств симметричного конического дифференциала является установка фрикционных пакетов, которые
обеспечивают блокировку дифференциала при достижении определенной разницы частот вращения полуосей (рис. 2.45).
Одна часть фрикционных дисков устанавливается на полуосевых шестернях, а вторая закреплена на внутренней поверхности корпуса дифференциала. При возникновении разницы угловых скоростей полуосевых
шестерен сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, что приводит к появлению дополнительных сил в зубчатом зацеплении сателлита
и шестерни. Возникающие в зацеплении силы стремятся сдвинуть полуосевые шестерни в направлении от оси сателлитов, тем самым воздействуя на распорные кольца. Распорные кольца сжимаются фрикционно,
блокируя дифференциал.
73
2. Трансмиссии автомобилей
1
2
3
4
5
6
7
Рис. 2.45. Конический дифференциал повышенного трения:
1 — полуось; 2 — шестерня полуоси; 3 — корпус дифференциала, связанный с ведомой шестерней главной передачи; 4 — саттелит; 5 — ось сателлитов; 6 — ведомый диск, установленный на шестерне полуоси; 7 — ведомый диск, установленный в корпусе дифференциала
Кулачковый дифференциал
Кулачковые дифференциалы используются на автомобилях повышенной и высокой проходимости. В зависимости от расположения выделяют дифференциалы с горизонтальным (рис. 2.46, а) или радиальным
(рис. 2.46, б) положением сухарей.
74
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
а
б
в
Рис. 2.46. Кулачковые дифференциалы:
1 — корпус; 2 — обойма; 3 — сухарь; 4, 5 — звездочки
Сухари 3, выполняющие роль сателлитов, расположены в один или два
ряда в отверстиях обоймы 2 жестко связной с корпусом дифференциала.
Для привода полуосей используют звездочки 4 и 5, установленные с помощью шлицевого соединения.
Пока автомобиль движется прямолинейно по ровной дороге, сухари
расклинивают профилированные звездочки, оставаясь неподвижными
относительно обоймы. В этом случае корпус, звездочки и сухари вращаются как одно целое, а угловая скорость ведущих колес одинакова. Как
только колеса автомобиля начинают движение по разным траекториям,
сухари начинают перемещаться в отверстиях обоймы, обеспечивая разную угловую скорость ведущим колесам.
Кулачковые дифференциалы относят к дифференциалам повышенного
трения. Значительное трение между деталями дифференциала позволяет передавать больший крутящий момент на отстающее (неподвижное)
колесо и меньший — на забегающее (буксующее) колесо. При уменьшении частоты вращения звездочка, установленная на полуоси отстающего колеса, своими кулачками толкает сухари в направлении звездочки забегающего колеса. Между поверхностями сухарей и кулачков звездочек
возникают значительные силы трения, направленные в разные стороны.
Таким образом, создается дополнительный момент, который сонаправлен с ведущим моментом для отстающей звездочки и противоположен
ведущему моменту для забегающей, при этом увеличение тяговой силы
на колесах может достигать 10…15 %. Кулачковые дифференциалы имеют небольшую массу и габариты и позволяют добиться значительного
коэффициента блокировки, однако в сравнении с шестеренчатыми имеют более высокую стоимость.
Конструкция межколесных червячных дифференциалов не имеет принципиальных отличий от межосевых дифференциалов.
75
2. Трансмиссии автомобилей
Мосты
Мостами автомобиля называют металлические балки с колесами, предназначенные для поддерживания несущей системы и воспринимающие
вертикальные, поперечные и продольные усилия, действующие на автомобиль. Мост связан с несущей системой при помощи системы подрессоривания.
По расположению на автомобиле выделяют передние, задние и средние
(промежуточные) мосты. По типу устанавливаемых колес существуют ведущие, управляемые, комбинированные и поддерживающие мосты. С точки зрения конструкции наибольший интерес вызывают первые три типа.
К конструкции мостов предъявляют следующие требования:
· минимальная масса и габариты;
· высокая жесткость конструкции;
· обеспечение стабильных углов установки колес.
Ведущим называют мост, соединяющий между собой ведущие колёса одной оси. В зависимости от компоновки автомобиля ведущим может
быть передний мост для переднеприводного автомобиля, задний или задний и средний — для заднеприводного. Для полноприводного автомобиля ведущими могут быть все мосты.
Управляемым называется мост, на котором установлены не приводные
управляемые колеса. В случае если на мосту установлены управляемые
ведущие колеса, то есть к ним подводится крутящий момент, такой мост
называется комбинированным. Комбинированные мосты имеют наиболее сложную конструкцию.
При использовании зависимой подвески мост представляет собой жесткую пустотелую балку, в центре которой расположен картер главной передачи, а на концах — ступицы ведущих колес, установленные на подшипниках.
При применении независимой подвески необходимо выполнить конструкцию моста разрезной, в этом случае картер главной передачи крепится к раме, а полуоси выполняются качающимися (рис. 2.47).
По конструкции балки неразрезных мостов могут быть разъемными
и неразъемными (рис. 2.48), а по способу изготовления — штампованными или литыми.
На рис. 2.48, а изображена конструкция разъемной балки, которая имеет поперечный разъем по картеру главной передачи. Конструктивно балка состоит из частей 2 и 3 картера главной передачи, в которые запрессованы стальные трубчатые кожухи 1 полуосей. К кожухам привариваются
фланцы 5 и площадки 4 для установки рессор. Разъемные ведущие мосты выполняются литыми.
76
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
Рис. 2.47. Конструкция ведущего переднего моста автомобиля Porsche 911 Carrera 4
а
б
в
Рис. 2.48. Ведущие мосты:
а — разъемный; б, в — неразъемные;
1 — кожух; 2, 3 — части картера; 4 — площадка; 5, 6, 12 — фланцы; 7 — чашка;
8, 10 — кронштейны; 9, 13 — балки; 11 — труба [5, с. 210]
77
2. Трансмиссии автомобилей
На рисунке 2.48, б изображена конструкция штампосварного моста, который выполнен в виде балки 9 трубчатого сечения с центральной кольцевой частью, предназначенной для установки главной передачи. К балке
привариваются опорные чашки подвески 7, кронштейны для крепления
элементов подвески 8 и 10 и фланцы 6. В сравнении с литыми мостами
данная конструкция обладает меньшей массой.
На рис. 2.48, в изображен неразъемный литой ведущий мост, балка которого имеет прямоугольное сечение. Ступицы колес устанавливаются
на трубы 11, запрессованные в рукава балки. К фланцам 12 крепят опорные диски тормозных механизмов. К преимуществам таких мостов относят высокую жесткость и прочность, а к недостаткам — большую массу и габаритные размеры.
С точки зрения обслуживания неразъемные мосты являются предпочтительными, поскольку позволяют получить доступ к главной передаче без разбора моста.
Бортовые и колесные редукторы
Как говорилось ранее, при достаточно большом передаточном числе главной передачи применяют двойные разнесенные передачи. Принято выделять два типа редукторов в разнесенных передачах: бортовые,
расположенные перед колесами или непосредственно после межосевого
дифференциала, и колесные, расположенные в ступице колеса или тормозном барабане.
Среди редукторов разнесенной передачи выделяют следующие типы:
· с цилиндрической передачей внешнего зацепления;
· с конической передачей внешнего зацепления;
· с цилиндрической передачей внутреннего зацепления;
· с цилиндрической планетарной передачей с заторможенными эпициклической или солнечной шестернями;
· с конической планетарной передачей.
На рис. 2.49 приведена конструкция бортового редуктора первого типа.
Крутящий момент от центрального редуктора передается через вал 9 к косозубой шестерне 6 бортового редуктора, которая передает момент на зубчатое колесо 2. Зубчатое колесо установлено при помощи шлицевого
соединения на вал 4, крутящий момент с которого уходит на ступицу ведущего колеса.
Такая схема является наиболее простой среди схем разнесенных главных передач. Основным ее недостатком является невозможность реализовать большое передаточное число, поскольку значительно увеличиваются
78
2.6. Ведущие мосты и главные передачи
габариты и массы редуктора, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению проходимости и плавности хода.
Применение внутреннего зацепления вместо внешнего позволяет решить данную проблему, но при этом могут возникнуть трудности с размещением тормозных механизмов.
1
9
2
3
4
8 7 6 5
Рис. 2.49. Редуктор разнесенной передачи с внешним зацеплением [6, с. 220]
Наибольшее распространение получили редукторы разнесенных главных передач с планетарными и непланетарными цилиндрическими передачами. Основными преимуществами данного типа колесных редукторов
являются компактность и несущая способность.
Рассмотрим конструкцию редуктора разнесенной передачи с заторможенным водилом на примере колесного редуктора автомобиля MA3–5335
(рис. 2.50). Крутящий момент от полуоси 7 передается на солнечную шестерню 16 при помощи шлицевого соединения. Шестерня 16 удерживается от осевого перемещения стопорным кольцом 17 и упором 6. В зацеплении с солнечной шестерней находится три сателлита, установленных
на подшипниках 22 на осях 21. Оси установлены на сборном водиле, состоящем из фланца 15 и стакана 8. Последний установлен на шлицах рукава 5 балки моста вместе с подшипниками 9 ступицы колеса 10. Сателлиты 20 приводят в движение коронную шестерню 1, закрепленную болтами
13 к ступице колеса 10.
79
2. Трансмиссии автомобилей
24
1
2
3
23
22
21
4
20
5
19
6
18
7
17
16
8
9
15
14
13
12
12
11
10
Рис. 2.50. Редуктор привода ведущих колес с заторможенным водилом [6, с. 221]
Применение подобных конструкций позволяет добиться передаточного числа колесного редуктора в пределах 2…5.
80
3. Системы подрессоривания
автомобилей и тракторов
3.1. Назначение, требования и конструкции систем
подрессоривания
Д
Назначение и требования к подвеске
ля обеспечения плавности хода, т. е. уменьшения амплитуды
колебаний кузова и снижения вибронагруженности водителя,
пассажиров и грузов, в конструкции автомобиля используется
совокупность устройств, которые называют подвеской.
Конструктивное исполнение подвески и входящих в нее устройств
должно обеспечивать выполнение ряда требований:
· гашение колебаний кузова и колес при движении по неровностям
опорной поверхности;
· высокие показатели плавности хода автомобиля;
· минимальное влияние на кинематику поворота автомобиля;
· высокая энергоемкость;
· минимальная неподрессоренная масса.
Обеспечение этих требований зависит не только от отдельных характеристик устройств, входящих в систему подрессоривания, но и от их
совместной работы. Во время движения подвеска воспринимает вертикальные, продольные и поперечные нагрузки от колес и обеспечивает их
упругую связь с несущей системой.
При определении свойств плавности хода массу автомобиля принято
делить на две части подрессоренные и неподрессоренные массы. К подрессоренным относят массы, опирающиеся на подвеску, т. е. имеющие
упругую связь с колесами. Неподрессоренные массы опираются на дорогу через колесный движитель.
Неподрессоренные массы при движения автомобиля по неровностям
дороги имеют более высокочастотные колебания, поэтому увеличение
81
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
неподрессоренной массы отрицательно сказывается на плавности хода,
а также снижает ресурс механизмов автомобиля, поскольку увеличивается их вибронагруженность.
Конструкция подвески
По функциональности в подвеске автомобиля (рис. 3.1) можно выделить четыре устройства — направляющее, упругое, демпфирующее и стабилизирующее.
а
б
Рис. 3.1. Схемы подвески (а) и стабилизатора (б) поперечной устойчивости:
1 — направляющее устройство; 2 — упругое устройство; 3 — демпфирующее устройство;
4 — стабилизирующее устройство [5, с. 255]
Направляющее устройство предназначено для передачи продольных
и поперечных сил от колес к несущей системе автомобиля. Кинематика
направляющего устройства подвески определяет траекторию перемещения колеса при различных ходах подвески.
Назначением упругого устройства подвески является смягчение ударных нагрузок и толчков, передаваемых от колес на несущую систему.
Демпфирующее (гасящее) устройство подвески позволяет гасить колебания кузова путём преобразования колебательной энергии в тепловую за счет трения.
Стабилизирующее устройство используется в конструкции подвески
для снижения угловых колебаний кузова и уменьшения бокового крена
(рис. 3.2).
При движении автомобиля тяговая сила передается от ведущих колес
к несущей системе через направляющее устройство подвески, нагружая
шарниры крепления рычагов и тяг продольными силами. При повороте или действии на автомобиль боковых сил направляющее устройство
воспринимает, помимо продольных, поперечные усилия. Ниже более
подробно описана конструкция и кинематика направляющих устройств.
82
3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания
Рис. 3.2. Передняя подвеска автомобиля
со стабилизатором поперечной устойчивости
При движении автомобиля по опорной поверхности дороги колесо
наезжает на неровности, что вызывает его перемещение в вертикальной
плоскости в обоих направлениях. Возникающие при этом вертикальные
нагрузки воспринимаются упругим устройством подвески, преобразуя
ударные нагрузки в колебания кузова. Однако колебательные нагрузки отрицательно сказываются на самочувствии водителя и пассажиров,
а наступление резонанса с собственной частотой механизмов и агрегатов может привести к выходу их из строя, поэтому в конструкции подвески используется специальное устройство, предназначенное для гашения колебаний.
На большинстве подвесок в качестве демпфирующего элемента используют жидкостный или газонаполненный амортизатор. Принцип работы
такого устройства состоит в преобразовании механической энергии колебаний в тепловую энергию за счет жидкостного трения. Корпус амортизатора, заполненный амортизаторной жидкостью, прикреплен к балке моста.
Для гашения поперечных угловых колебаний и крена поперек автомобиля устанавливают стабилизатор поперечной устойчивости (СПУ).
Свободные концы стабилизатора крепят к рычагам подвески, а средняя
часть при помощи специальных опор крепится к кузову автомобиля. Та83
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
ким образом, при боковом крене один конец СПУ поднимается, а второй
опускается, что приводит к скручиванию стабилизатора в средней части,
создавая сопротивление крену и угловым колебаниям автомобиля.
Классификация подвесок
На рис. 3.3. представлена классификация подвесок автомобилей по различным классификационным признакам.
Подвеска
По направляющим элементам
Зависимая
Полузависимая
По упругим
элементам
С металлическим
Пружинная
Независимая
Рессорная
На поперечных
рычагах
Торсионная
На косых рычагах
На продольных
рычагах
МакФерсон
По демпфирующим элементам
По стабилизирующему устройству
С амортизатором
Со стабилизатором
Однотрубный
Двухтрубный
Без стабилизатора
Без амортизатора
С неметаллическим
Пневматическая
Гидропневматическая
Рис. 3.3. Классификация подвесок
По наличию связи между колесами одного моста все подвески разделяются на зависимые и независимые.
Если между двумя колесами одной оси присутствует жесткая механическая связь, то есть перемещение одного колеса приводит к перемещению другого, то такая подвеска считается зависимой (рис. 3.4, а). Зависимые подвески просты в обслуживании и имеют небольшую стоимость
в силу своей простоты.
Если между двумя колесами одной оси нет жесткой механической связи (рис. 3.4, б), т. е. перемещение одного колеса не влияет на положение
второго, то такую подвеску называют независимой. Конструкция незави84
3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания
симых подвесок сложнее, следовательно, обслуживание более трудоемкое, а цена их выше. Независимые подвески обеспечивают лучшую плавность хода и кинематику управляемых колес.
а
б
Рис. 3.4. Схемы зависимой (а) и независимой (б) подвесок
Значительную роль в обеспечении плавности хода играет упругое
устройство подвески, поэтому часто подвески классифицируют по типу
упругого элемента.
Упругие элементы подвески
Упругие элементы подвески принято разделять на металлические
и неметаллические. К металлическим упругим элементам относят рессоры, пружины и торсионы, упругие свойства которых определяются свойствами металла. К неметаллическим упругим элементам относят пневмобаллоны различной конструкции, упругая характеристика которых
зависит от геометрических параметров самого баллона и сжатого воздуха.
По типу упругого элемента выделяют рессорные, пружинные, торсионные, пневматические, гидропневматические и комбинированные подвески.
Одним из первых и долгое время наиболее распространенных типов
упругих элементов является рессора (рис. 3.5, а; рис. 3.6). Конструктивно рессора представляет собой несколько металлических полос выгнутой
формы, сделанных из рессорно-пружинной стали. Стальные полосы имеют различную длину и толщину при одинаковой ширине. Длина и кривизна стальных листов изменяется таким образом, что верхняя полоса
имеет наибольшую длину и кривизну, а нижняя является самой короткой и имеет самую малую кривизну. Лист рессоры, имеющий наибольшую длину, называют коренным, с помощью этого листа осуществляется крепление концов рессоры к несущей системе автомобиля.
85
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
б
в
а
1
2
3
5
6
г
4
7
8
Рис. 3.5. Упругие устройства подвески:
а — рессора; б — пружина; в — торсион; г — пневмобаллон;
1 — коренной лист; 2, 5 — болты; 3 — хомут; 4 — прокладка; 6, 7 — кольца; 8 — оболочка
3 4 5
2 1
6
7 8 9 10
27
26
16
17
18
19
20
21
25
24
23
11 12 13 14 15
22
Рис. 3.6. Задняя рессорная подвеска:
1 — проушина рессоры; 2, 8, 12 — резиновая втулка; 3, 11 — кронштейн; 4, 13 — втулка; 5,
15 — болт; 6 — шайбы; 7 — палец; 9 — пружинная шайба; 10 — гайка; 14 –пластина серьги;
16 — штанга стабилизатора; 17 — коренной лист; 18 — листы рессоры; 19 — резиновый буфер хода сжатия; 20 — стремянки; 21 — накладка; 22 — балка заднего моста; 23 — амортизатор; 24 — хомут; 25 — лонжерон рамы; 26 — кронштейн стабилизатора; 27 — серьга стабилизатора [7, с. 199]
86
3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания
В собранной рессоре листы скрепляются центральным стяжным болтом 2, обеспечивающим взаимное расположение листов, и хомутами 3,
исключающими боковой сдвиг листов.
Для снижения трения между листами рессоры на их концах крепят
неметаллические прокладки 4, выполненные из антифрикционных материалов, а сами листы покрывают графитовой смазкой, которая предохраняет их от коррозии и уменьшает трение между ними.
Листовые рессоры способны одновременно выступать в качестве упругого, направляющего, демпфирующего и стабилизирующего элемента, поскольку способны воспринимать продольные, поперечные и вертикальные силы и моменты, действующие в подвеске при торможении и разгоне.
Также к достоинствам листовых рессор можно отнести простоту их изготовления и обслуживания. Многолистовая рессора позволяет получать
нелинейную характеристику подвески, что также можно отнести к ее достоинствам.
Среди недостатков этого типа упругих элементов можно выделить высокую массу и габариты, необходимость смазывания в процессе эксплуатации, небольшой ресурс и невозможность получения высоких показателей плавности хода. Основной причиной снижения ресурса является
трение между листами, поэтому для исключения этого недостатка рессора должна содержать как можно меньше листов.
Наибольшее применение листовые рессоры получили в подвесках грузовых автомобилей и зависимых подвесках легковых автомобилей. Спереди они крепятся к несущей части автомобиля шарнирным пальцем,
а сзади — обычно подвижной серьгой. Это позволяет компенсировать
изменение длины рессоры при движении автомобиля. Виды креплений
рессор изображены на рис. 3.7
а
б
в
Рис. 3.7. Способы крепления рессор:
а — с витыми ушками; б — на резиновых подушках; в — с накладным ушком
и скользящей опорой
Нагрузка на оси грузовых автомобилей может изменяться в значительных пределах, поэтому подвеска должна иметь прогрессивную характеристику, что возможно получить при использовании дополнительных
87
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
рессор вместе с основными. Дополнительные рессоры имеют большую
жесткость, чем основная рессора, что позволяет уменьшить боковой крен
груженого автомобиля и не допустить слишком низкой частоты колебаний подвески.
Пружинные подвески являются наиболее распространёнными передними подвесками легковых автомобилей. Упругий элемент представляет
собой витую пружину, изготовленную из стального прутка (рис. 3.4, б).
Витые пружины, в отличие от рессор, способны воспринимать только
вертикальные усилия, поэтому применение пружины в качестве упругого
элемента требует использования направляющего, демпфирующего и стабилизирующего устройства. Цилиндрические витые пружины с прутком
постоянного сечения не способны обеспечить прогрессивную упругую
характеристику. Для решения этой проблемы используют бочкообразные витые пружины, пружины с переменным шагом витка или толщиной
прутка. В сравнении с рессорами пружины имеют меньшую массу, более
долговечны, просты в изготовлении и не требуют технического обслуживания. Исполнение концевых участков пружин имеет большое значение, поскольку их проворачивание в опорах приводит к появлению дополнительного шума.
В торсионных подвесках в качестве упругого устройства используются упругие валы, работающие на кручение, которые называют торсионами (рис. 3.4, в; рис. 3.8).
Рис. 3.8. Торсионная подвеска
88
3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания
Торсион используется в подвесках для подрессоривания или в роли
стабилизатора поперечной устойчивости. Для обеспечения прочности
сплошной цилиндрический торсион должен иметь определенную длину,
если это невозможно по условиям компоновки, его выполняют составным — из круглых стержней или прямоугольных пластин. Для передачи
упругого момента на концах торсиона имеются головки с нарезанными
шлицами или четырехгранниками. Торсион закреплен с помощью головок к несущей системе автомобиля с одной стороны, а с другой — к рычагам подвески.
Торсионы имеют малую массу и малый диаметр при высокой энергоемкости; два торсиона, расположенные рядом, могут
использоваться в качестве стабилизатора. Для компенсации разницы по высоте при проседании
одной из сторон автомобиля используются механизмы регулирования высоты положения торсиона. На автомобиле торсионы
могут быть расположены как продольно, так и поперечно.
Рис. 3.9. Пневмоподвеска автомобиля
Mercedes-Benz C‑класса
В пневматических подвесках
(рис. 3.9) используют пневматические неметаллические баллоны (рис. 3.10). Упругие свойства
в таких подвесках обеспечиваются
за счет сжатия воздуха. На сегодняшний день пневматические подвески получили широкое распространение на автобусах, грузовых
автомобилях и легковых автомобилях класса «люкс», поскольку
они позволяют получить прогрессивную характеристику, добиться высокой плавности хода и комфортабельности.
В пневматических подвесках
используются различные типы
Рис. 3.10. Баллоны пневматической
пневмобаллонов: двойной круподвески
89
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
глый, диафрагменный, комбинированный, рукавный. Двойной круглый
баллон (см. рис. 3.4, г) выполнен из резинокордовой двухслойной оболочки. Корд выполнен из капрона или нейлона и упрочнен металлической
проволокой. Для разделения секций баллона используется опоясывающее кольцо. Крепление баллона осуществляется при помощи прижимных колец. Давление воздуха в круглых двойных баллонах составляет
3…5 атм, а грузоподъемность — 2…3 т.
Помимо двойных круглых баллонов, широкое распространение получили диафрагменные пневматические баллоны. Резинокордовый каркас
таких баллонов сверху и снизу заворачивается вокруг бортовых колец.
Сверху наружный слой каркаса плотно прилегает к круглой пластине, при
помощи которой осуществляется крепление упругого элемента к несущей
системе. Снизу каркас обкатывается по профилированному поршню, что
позволяет добиться нужной упругой характеристики.
Несмотря на свои преимущества, пневматические подвески являются
дорогостоящими, требуют квалифицированного обслуживания и менее
надежны, чем подвески с металлическим упругим элементом.
Резиновые упругие элементы используются в конструкциях подвесок
в качестве ограничителей хода подвески или буферов. Ограничители хода
служат для снижения шума при достижении подвеской крайних положений и выполняются из резины. Дополнительные упругие элементы работают на значительных участках хода подвески и воспринимают усилия.
В качестве материала для дополнительных упругих элементов используют ячеистый полиуретан в силу его прочности и износостойкости.
Гидропневматическая подвеска не получила широкого распространения в конструкциях автомобилей, однако представляет интерес с точки
зрения предложенного технического решения. В качестве упругого элемента в данной подвеске используется камера, разделенная мембранной
на две полости (рис. 3.11). Одна полость камеры заполнена сжатым газом, другая — специальным маслом.
Полость, заполненная маслом, связана с амортизационной стойкой.
Таким образом, при движении колеса по неровностям дороги перемещение колеса приводит к вытеснению жидкости из амортизатора в камеру.
Масло воздействует на разделительную мембрану и сжимает газ в смежной полости. За счет сжатия и разрежения газа обеспечиваются упругие
свойства подвески. Преимуществом такого решения является возможность изменения жесткости подвески путем изменения давления газа.
Кроме того, гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода и позволяют регулировать высоту положения кузова. Данный
вид подвески часто относят к адаптивным. Основными недостатками яв90
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
ляются сложность конструкции и, как следствие, ее высокая стоимость.
Она применяется на некоторых легковых автомобилях (Citroen, Mercedes,
Rolls-Royce и др.).
Рис. 3.11. Гидропневматический упругий элемент:
1 — сжатый газ; 2 — корпус; 3 — жидкость; 4 — штутер к насосу;
5 — штутер к амортизаторной стойке
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
Демпфирующие элементы
Для гашения колебаний в подвеске автомобиля используются специальные демпфирующие элементы, однако стоит отметить, что трение
присутствует также в рессорах и шарнирах креплений, кроме того, существует внутреннее трение в неметаллических элементах и шинах, следовательно, гашение колебаний происходит не только из-за амортизаторов.
Амортизаторы, благодаря жидкостному трению, позволяют эффектив91
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
но снизить скорость перемещения колеса относительно кузова, поэтому
они предназначены для быстрого гашения колебаний, вызванных работой упругих элементов.
В конструкциях первых автомобилей в качестве демпфирующего элемента использовались фрикционные диски, сжатые пружиной, в которых рассеивание колебательной энергии происходило за счет механического трения. Такая конструкция не позволяла изменять сопротивление
при увеличении скорости вертикального перемещения колеса и имела
невысокий ресурс, поэтому в современных конструкциях такие амортизаторы не применяются.
Следующим этапом стало использование компактных гидравлических амортизаторов, в которых гашение колебаний происходит за счет
жидкостного трения. Принцип работы такого амортизатора достаточно
прост. При ходе отбоя рычаг подвески воздействует посредством кулачка на поршень рабочей полости, заполненной маслом. Поршень, поджатый возвратной пружиной, перемещаясь вниз, вытесняет масло через
специальные отверстия в компенсационную полость. При ходе сжатия
поршень под действием пружины перемещается вверх, а жидкость поступает через клапан обратно в рабочую полость. Несмотря на свою компактность, простоту крепления к несущей системе и возможности внешнего регулирования степени демпфирования, данный тип амортизаторов
имеет ряд существенных недостатков: высокая масса и стоимость и значительные усилия, приходящиеся на кулачок и поршень, что снижает долговечность механизма. Из-за этого от применения данного типа амортизаторов отказались.
В конструкциях современных автомобилей получили распространение
телескопические однотрубные и двухтрубные амортизаторы.
Двухтрубный телескопический амортизатор (рис. 3.12, 3.13) состоит
из полости А, заполненной специальным маслом, на дне которой установлены обратные клапаны сжатия IV и отбоя III. В верхней части цилиндра 7, содержащего полость А, находятся направляющая для штока амортизатора и специальное уплотнение. Шток амортизатора связан
с поршнем 6, в котором также имеются клапаны I и II. Цилиндр 7 установлен в корпусе 8, который не до конца заполнен маслом, таким образом, между ними реализована компенсационная камера. Шток амортизатора закрывается специальным кожухом.
При ходе сжатия шток 5 перемещается вниз, тем самым давление под
поршнем нарастает, открывается клапан II, и жидкость перетекает в пространство над поршнем. Объем жидкости, равный объему погруженного
штока, вытесняется через клапан IV в компенсационную полость.
92
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
При ходе отбоя давление над поршнем растет, в результате чего открывается клапан I, и масло перетекает в полость под поршнем. Через клапан III
в полость А поступает количество жидкости, необходимое для компенсации
передвижения штока.
Однотрубный амортизатор стал
3
применятся в автомобилестроении 1
несколько позже, чем двухтрубный.
4
В отличие от двухтрубного, газонаА
2
полненный однотрубный амортиза5
тор (рис. 3.13, а) имеет один рабочий
цилиндр 4, внутри которого перемещается шток 7 с поршнем 5. В поршне
расположены клапаны определенного диаметра, через которые перетекает жидкость. При ходе отбоя давление
над поршнем нарастает, и открывается
6
клапан отбоя, через который жидкость
попадает в пространство под поршнем.
7
При ходе сжатия амортизатор работает
8
аналогично. При увеличении скорости
движения штока сопротивление воз9
растает, а скорость перетекания жидкости зависть от диаметров клапанов
и разности давлений.
Для компенсации объема, занимаемого штоком при работе подвески,
в конструкции газонаполненного аморРис. 3.12 — Схема двухтрубного тетизатора предусмотрена специальная
лескопического амортизатора:
камера 2, в которой находится газ в сжаI, II, III, IV — клапаны; 1 — направляютом состоянии. Рабочая полость амор- щая штока; 2 — зазор; 3 — уплотнение;
тизатора и компенсационная камера 4 — корпус; 5 — шток; 6 — поршень; 7 —
разделены плавающим поршнем 3. Ка- цилиндр; 8 — корпус; 9 — донный клапан
мера, заполненная газом, также служит
для компенсации температурного изменения объема масла.
Основной сложностью при производстве однотрубных газонаполненных амортизаторов является обеспечение герметизации, поскольку уплотнения находятся под действием давления. Нарушение герметизации при93
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
водит к вспениванию масла, снижению внутреннего давления, что, в свою
очередь, сказывается на эффективности демпфирования. При снижении
сопротивления амортизатора ухудшается плавность хода подвески, появляются посторонние шумы, что говорит о необходимости замены амортизатора.
а
б
13
10
12
9
8
11
10
7
9
6
8
7
6
5
4
5
4
3
2
3
2
1
1
Рис. 3.13. Конструкция телескопических амортизаторов:
однотрубного (а): 1 — нижняя проушина; 2 — газ; 3 — плавающий поршень; 4 — рабочий
цилиндр; 5 — поршень; 6 — корпус; 7 — шток поршня; 8 — сальник штока; 9 — направляющая штока; 10 — верхняя проушина;
двухтрубного (б): 1 — нижняя проушина; 2 — донный клапан; 3, 5 — рабочая полость; 4 —
поршень; 6 — рабочий цилиндр; 7 — корпус резервуара; 8 — корпус; 9 — шток поршня; 10 —
воздух; 11 — направляющая штока; 12 — сальник штока; 13 — верхняя проушина [7, с. 205]
94
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
При сравнении однотрубного и двухтрубного амортизатора можно выделить следующие преимущества первого:
· лучшее охлаждение ввиду отсутствия дополнительного корпуса;
· меньшая предрасположенность к вспениванию масла за счет внутреннего давления;
· большая нагрузка, приходящаяся на клапан сжатия, следовательно, большая энергоемкость работы на ходах сжатия;
· меньший диаметр амортизатора.
Основными недостатками однотрубного амортизатора являются вертикальные габариты и большая стоимость.
На конце штока и на цилиндре имеются крепления для соединения
амортизатора с рычагами подвески и кузовом автомобиля. Крепление
амортизаторов осуществляется с помощью упругих элементов.
Направляющие элементы подвески
Классификация подвесок производится не только по упругому элементу, но и по конструкции направляющего устройства подвески. Кинематика направляющего устройства определяет траекторию перемещения колеса относительно кузова автомобиля.
Основные типы направляющих устройств представлены на рис. 3.14.
Конструкции 1…5 относятся к зависимым подвескам. Наибольшее распространение зависимые подвески получили на грузовых автомобиля
и автобусах, а также в конструкциях легковых автомобилей повышенной
проходимости. Использование зависимой подвески для передних колес
легковых автомобилей невозможно по условиям компоновки из-за расположения двигателя и его систем.
Использование зависимой подвески имеет ряд недостатков:
· увод колес при преодолении поперечных неровностей дороги;
· наличие жесткой связи между колесами;
· над осью необходимо обеспечить наличие свободного пространства, соответствующего ходу сжатия подвески.
Частично указанные недостатки можно компенсировать правильным
подбором демпфирующих элементов и установкой продольных тяг или
рессор.
К преимуществам зависимых подвесок относят:
· постоянное значение колеи, углов схода и развала колес, что позволяет снизить износ шин;
· простота и экономичность изготовления;
· высокая надежность;
95
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
· возможность влиять на положение центра крена при помощи поперечной тяги.
Рис. 3.14. Основные конструкции подвесок:
1 — на продольных рессорах с поперечной балкой; 2 — на продольных тягах с поперечной
балкой; 3 — подвеска с дышлом; 4 — на продольных рычагах, нагруженных на изгиб;
5 — со связанными рычагами (торсионная балка); 6 — на двойных поперечных рычагах;
7 — на пространственных рычагах и тягах; 8 — на продольных рычагах; 9 — на косых рычагах; 10 — направляющая стойка (типа МакФерсон)
Тем не менее, с точки зрения безопасности движения необходимость
повышения управляемости и устойчивости привела к распространению
независимых подвесок, которые имеют небольшую массу и позволяют
колесам перемещаться независимо друг от друга на ходах подвески.
Для независимых подвесок характерно изменение колеи и углов развала, что является нежелательным, поэтому кинематика направляющих
96
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
устройств подвески должна обеспечивать высокое положение центров
крена. Не всегда возможно добиться необходимых характеристик, в таких случаях обязательным является использование стабилизатора поперечной устойчивости.
Передние независимые подвески в большей степени имеют ограничения габаритов по ширине, нежели по высоте, поскольку значительный
объем занимает двигатель и его вспомогательное оборудование, поэтому в качестве передних подвесок преимущественно используют подвеску
на двойных поперечных рычагах и МакФерсон.
В качестве независимых подвесок задних колес используются подвески, которые имеют небольшие габариты по высоте, чтобы не уменьшать
объем багажного пространства, поэтому в качестве задних подвесок применяют подвески на косых и продольных рычагах, многорычажную подвеску и МакФерсон.
Конструктивное исполнение подвески
Подвеска на двойных поперечных рычагах в качестве направляющего
устройства подвески имеет два рычага, расположенных поперек автомобиля один над другим на некотором расстоянии. Оба рычага шарнирно связаны с несущей системой автомобиля с одной стороны, а с другой
крепятся при помощи шаровых
шарниров к поворотной цапфе
(рис. 3.15).
Увеличение расстояния между
рычагами в вертикальной плоскости позволяет снизить действующие в рычагах и их опорах нагрузки, делая кинематику более
точной. Однако этот размер часто
ограничен по конструктивным соображениям. Конструкция самих
рычагов может быть А‑образной,
как показано на рисунке выше,
или один из рычагов может быть Рис. 3.15. Подвеска на двойных рычагах
выполнен одинарным (рис. 3.16).
Конструкция подвески на двойных поперечных рычагах позволяет, изменяя положение и длину рычагов, добиться оптимального расположения центров поперечного и продольного крена автомобиля.
97
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
Рис. 3.16. Двухрычажная подвеска
с нижним одинарным рычагом
а
Большинство имеющихся конструкций имеет рычаги разной
длины. Это связано с повышением устойчивости автомобиля при
прохождении поворотов. При использовании равноплечих рычагов угол развала при работе подвески не изменяется. При вхождении
автомобиля в поворот наружное
колесо получает дополнительную
нагрузку, а его развал стремится
к положительному, что отрицательно сказывается на устойчивости. Применение в конструкции
верхнего рычага меньшей длины
позволяет компенсировать этот
недостаток, поскольку кинематикой подвески будет обеспечиваться отрицательный развал на ходах
сжатия (рис. 3.17).
б
DB
a
DB
Рис. 3.17. Кинематические схемы двухрычажных подвесок
Для снижения продольного крена кузова в подвески на двойных рычагах используется наклон рычагов в поперечной плоскости. Такой эффект
возможен при наклоне осей, проходящих через крепления рычагов к ку98
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
зову автомобиля таким образом, чтобы при торможении равнодействующая сила была им сонаправлена (рис. 3.18). В результате этого не возникает дополнительная вертикальная нагрузка на рычаги, продольный
крен уменьшается.
Подвеску с таким расположением рычагов называют «противоклевковой», поскольку она позволяет избежать изменений положения кузова при торможении и интенсивном разгоне.
α
β
Рис. 3.18. «Противоклевковая» двухрычажная подвеска
К недостаткам такого типа подвески следует отнести сложность обеспечения правильной кинематики в ограниченном пространстве при использовании на передней оси.
В качестве упругих элементов подвесок на двойных рычагах могут
применяться пружины, торсионы, пневматические и гидропневматические устройства.
Подвеска спортивного автомобиля должна обеспечивать правильную
кинематику колес автомобиля и иметь минимальную массу неподрессоренных частей. Почти все гоночные и спортивные автомобили оборудуют
подвеской на двойных поперечных рычагах в связи с их оптимальными
кинематическими параметрами. Большие габариты являются недостатком
при установке подвески такого типа на автомобили, предназначенные для
повседневного пользования, однако при ее применении на автомобилях
«формульного» типа это становится преимуществом, поскольку позволят изменять ширину колеи автомобиля и противодействовать опрокидыванию вне зависимости от размеров и конструкции несущей системы.
На рис. 3.19 изображены кинематические схемы подвесок спортивных
автомобилей с различным типом привода упругой системы.
99
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
а
б
Рис. 3.19. Упругие системы с приводом:
а — с тягой (pull rod); б — с толкателем (push rod)
Подвеска МакФерсон (McPherson) благодаря своим преимуществам
получила широкое распространение в конструкции легковых автомобилей в качестве передней и задней подвески. Её особенностью является использование амортизационной стойки как направляющего элемента в подвеске.
Амортизационная стойка сверху при помощи специальной опоры крепится к кузову автомобиля, а снизу — к поворотному кулаку (рис. 3.20).
Нижняя часть поворотной цапфы связана с поперечным рычагом.
При использовании данного типа подвески на управляемых колесах
необходимо обеспечить поворот амортизационной стойки вместе с колесом, для чего в верхней опоре шток устанавливается на подшипнике.
Являясь направляющим элементом, стойка воспринимает продольные
и поперечные нагрузки, что создает дополнительное нагружение штока
амортизатора, поэтому в подвеске МакФерсон используют двухтрубные
амортизаторы с увеличенным диаметром штока.
Пружины, установленные на амортизационную стойку, стараются расположить под небольшим углом к оси самой стойки, чтобы снизить значение «пороговой жесткости». При параллельной установке пружины
снижается плавность хода, поскольку «пороговая жесткость» выше, следовательно, пружина сжимается не постепенно по мере нарастания вертикальных усилий, а достаточно резко при достижении этого порога.
Подвеска МакФерсон имеет меньше возможностей для регулирования положения центров продольного и поперечного крена. Основными
путями изменения их расположения являются изменение наклона стойки или положения нижнего рычага. Амортизационная стойка имеет наклон и в продольной, и в поперечной плоскостях. Для обеспечения высокого центра крена стойка должна быть расположена как можно ближе
к вертикали.
100
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
Рис. 3.20. Передняя подвеска автомобиля ВАЗ:
1 — шаровая опора; 2 — ступица; 3 — тормозной диск; 4 — защитный кожух; 5 — поворотный кулак; 6 — нижняя опорная чашка; 7 — пружина подвески; 8 — защитный кожух;
9 — буфер сжатия; 10 — верхняя опорная чашка; 11 — резиновый элемент верхней опоры;
12 — защитный колпак; 13 — подшипник верхней опоры; 14 — шток; 15 — опора буфера
сжатия; 16 — телескопическая стойка; 17 — гайка; 18 — эксцентриковый болт; 19 — поворотный кулак; 20 — вал привода переднего колеса; 21 — защитный чехол шарнира; 22 — наружный шарнир вала; 23 — нижний рычаг
101
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
МакФерсон обеспечивает незначительное, по сравнению с подвеской
на двойных рычагах, изменение развала колес при их вертикальном перемещении.
Основными преимуществами подвески МакФерсон являются:
· невысокая стоимость изготовления;
· большее расстояние между опорами в сравнении с подвеской
на двойных поперечных рычагах;
· небольшой занимаемый объем;
· меньшие изменения колеи и угла развала при ходе подвески;
· возможность осуществления больших ходов подвески.
Среди недостатков такой конструкции выделяют:
· сложность регулировки положения центров крена;
· значительные ударные нагрузки в месте крепления верхней опоры;
· трудоемкость обслуживания и ремонта, поскольку необходимо разбирать всю стойку;
· в сравнении с подвеской на поперечных рычагах она сильнее передает вибрации и шум.
Многозвенные подвески получили такое название, поскольку поворотный кулак колеса крепится к кузову четырьмя и более звеньями. Чтобы получить самую простую многозвенную подвеску, можно разделить
на отдельные звенья подвеску с двойными поперечными рычагами. Такая подвеска дает больше возможностей для компоновки подвески и позволяет улучшить управляемость и устойчивость автомобиля по сравнению с подвеской на двойных рычагах. Достигается это изменением
формы рычагов подвески и настройкой изменения развала и колеи колес при ходе подвески.
На рис. 3.21 приведена одна из конструкций многозвенной подвески.
Крепление рычагов к поворотному кулаку в ней осуществляется через
шаровые шарниры, а к кузову или подрамнику — через резиновые втулки.
Подвеска на продольных рычагах (рис. 3.22) в качестве направляющего устройства подвески имеет продольный рычаг, одним концом связанный с колесом, а другим установленный на поперечине или кузове таким
образом, чтобы иметь возможность проворачиваться. Рычаг подвергается высоким изгибным и крутящим нагрузкам, поэтому опоры должны
иметь высокую жесткость.
Простота конструкции и компактность данного типа подвески являются ее основными преимуществами, благодаря чему подвеска на продольных рычагах часто используется в качестве подвески задних колес
легковых автомобилей. В качестве упругого элемента данной подвески
используются торсионы, пружины.
102
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
Рис. 3.21. Многозвенная (многорычажная) подвеска
Рис. 3.22. Подвеска на продольных рычагах
При горизонтальном расположении осей рычагов практически не происходит изменения колеи и углов развала при работе подвески. Одним
из самых существенных недостатков такой конструкции является низкое расположение центра поперечного крена. При прохождении поворотов колеса наклоняются под углом, равным крену кузова, что приводит
к некоторому уменьшению силы сцепления колес с дорогой.
Подвеска с торсионной балкой или торсионно-рычажная подвеска
(рис. 3.23) часто называется полузависимой, поскольку конструктивно
103
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
является промежуточной между зависимой и независимой подвеской. При
равностороннем ходе подвески развал колес не изменяется, а при разностороннем — изменяется. Отличием от подвески на продольных рычагах является крепление рычагов к балке, которое выполнено не шарнирно, а жестко, при этом крепление балки к кузову является шарнирным.
Балка должна иметь высокую жесткость на изгиб, но иметь податливость
на скручивание. Балка крепится к кузову не жестко, а шарнирно (обычно
через эластичные втулки). В качестве основного упругого элемента в таких подвесках чаще всего используются пружины.
Рис. 3.23. Подвеска с торсионной балкой
Подвеска с торсионной балкой, появившаяся в 1970‑е гг., сейчас широко применяется в качестве задней подвески на большинстве переднеприводных автомобилей малого и среднего классов.
Регулируемые подвески. На автомобиле с обычной подвеской дорожный
просвет уменьшается с нагружением автомобиля. Это приводит к снижению плавности хода, поскольку упругие элементы подвески находятся
в сжатом состоянии. Также изменяется угол светового луча фар относительно земли. Чтобы избежать этого, в подвесках применяют пневматические упругие элементы, давление в которых регулируется компрессором и увеличивается по мере нагрузки оси автомобиля.
104
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
Системы регулируемых подвесок бывают двух видов. Первые достаточно просты, и сжатый воздух от электроприводного компрессора в них
подается через специальный клапан, который позволяет накачать воздух
или сбросить его. Управляется этот клапан водителем из салона автомобиля. Основной недостаток таких систем — медленная работа. Регулируемые подвески второго типа дороже и работают автоматически на основе показаний датчиков высоты кузова.
На рис. 3.24 изображена подвеска автомобиля Range Rover, который
снабжен и передней, и задней регулируемой подвеской. Давление в пневматических элементах с помощью электроприводного компрессора изменяет микропроцессор, управляя системой клапанов. Данные, необходимые для регулировки, он снимает с датчиков высоты над уровнем дороги,
которые установлены на каждом колесе.
Рис. 3.24. Задняя пневматическая подвеска автомобиля Range Rover
Регулируемая подвеска необходима не только для обеспечения постоянного уровня кузова, но и для изменения клиренса автомобиля при
разных скоростях движения. Кроме того, такая подвеска позволяет изменять давление в отдельных пневмоэлементах, что положительно сказывается на управляемости автомобиля при движении по разным дорожным покрытиям.
Подвески грузовых автомобилей. Большинство грузовых автомобилей,
прицепов и автобусов (рис. 3.25) снабжены подвеской с продольными полуэллиптическими листовыми рессорами.
105
3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов
Между тем, многие современные виды такого транспорта снабжаются уже пневматической подвеской. Делается это потому, что она легче
рессорной, обеспечивает более высокую плавность хода и позволяет регулировать дорожный просвет. Для грузовых автомобилей это дает возможность сравнять уровень полов кузова и складских помещений при
разгрузке, а для автобусов — понижать уровень пола при посадке и высадке пассажиров и сохранять его постоянным независимо от загрузки.
Рис. 3.25. Пневматическая подвеска автобуса
Балансирная подвеска (рис. 3.26) применяется в случаях близкого расположения соседних мостов многоосного автомобиля. В таких конструкциях мосты качаются на балансирных рычагах, которые одной стороной
соединены с ними, а другой — с рессорами. В этом случае горизонтальные силы передаются толкающимися и реактивными штангами, а рессорами воспринимаются только вертикальные.
В средней части рессоры крепятся к ступицам, вращающимся относительно оси балансира, закрепленной на раме, а по краям на них опираются расположенные рядом мосты.
106
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески
Рис. 3.26. Балансирная подвеска
107
4. Система рулевого управления
4.1. Общие сведения о рулевом управлении
и рулевых механизмах
Р
Назначение рулевого управления
улевое управление — это совокупность узлов автомобиля, необходимых для поворота управляемых колес. Оно необходимо как
для изменения направления движения автомобиля, так и для
его поддержания.
Изменение направление движения на автомобиле может происходить
одним из трех кинематических способов:
· поворотом управляемой оси (рис. 4.1, а);
· поворотом управляемых колес (рис. 4.1, б);
· поворотом сочлененных звеньев (складыванием рамы) (рис. 4.1, в)
или силовым, подведением к правому и левому борту сил тяги различных по величине или направлению (рис. 4.1, г).
Поворот управляемой оси. Самый первый тип рулевого управления
транспортных средств. Основное преимущество — простота конструкции. Управляемая ось устанавливается на шкворень, который расположен в ее центре. Но такая система имеет ряд существенных недостатков:
· необходимость уменьшения колеи на управляемой оси для снижения момента, требуемого для ее поворота;
· сложность обеспечения подрессоривания;
· возможность опрокидывания транспортного средства при слишком
большом угле поворота.
Сегодня рулевое управление с таким принципом используется на двухи трехколесных ТС.
Поворот сочлененных звеньев. Такой тип рулевого управления применяется на транспортных средствах, которые имеют колеса большого
размера, и для их поворота вокруг своей оси необходимо большое про108
4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах
странство, которое значительно увеличит габаритную ширину. Несущая
система в таких транспортных средствах разделена на две части с осью
на каждой из них. Они соединены между собой вертикальным шарниром
(шкворнем) и способны поворачиваться друг относительно друга под действием рулевых гидравлических цилиндров. Ограничивает применение
такого принципа рулевого управления невысокая точность, сложность
компоновки кузова и трансмиссии. В связи с этим такой тип применяется, в основном, на тракторах и различной спецтехнике.
а
б
в
г
Рис. 4.1. Способы поворота колесной машины
Силовой способ. Такой тип управления чаще всего применяется на гусеничных движителях и реализуется за счет разной по модулю или направлению на движителях правого и левого борта силы тяги. В простейшем
виде для осуществления поворота таким способом необходимо выполнить два условия:
· подводить силу тяги к ведущим колесам через дифференциал;
· обеспечить управление тормозными механизмами правого и левого борта отдельными рычагами, педалями и т. д.
В таком случае для поворота влево необходимо активировать тормозные механизмы правого борта, вся касательная сила тяги будет передаваться только на левую сторону, за счет этого она начнет «обгонять» правую и поворачивать ТС.
109
4. Система рулевого управления
Поворот управляемых колес. На транспортных средствах с таким принципом управления каждое управляемое колесо поворачивается вокруг
своей оси. Между собой колеса связаны рулевой трапецией — системой
шарниров, необходимых для синхронного поворота колес. Такой тип
управления используется на большинстве транспортных средств и почти всех легковых автомобилях, поэтому далее будут рассмотрены конструкции именно с таким принципом поворота.
Конструкция системы рулевого управления
В состав рулевого управления автомобиля входят рулевой привод и рулевой механизм.
Рулевой механизм включает в себя рулевое колесо, рулевой вал и рулевую передачу. Рулевой привод состоит из сошки, ролевых тяг, маятниковых рычагов, поворотных цапф и (во многих автомобилях) усилителя.
Тип рулевого механизма зависит от используемой рулевой передачи,
а тип рулевого привода — от рулевой трапеции, состоящей из рулевых
тяг и рычагов поворотных цапф.
На рис. 4.2, а изображено рулевое управление без усилителя автомобиля с независимой подвеской управляемых колес.
Рулевое колесо 1 передает усилие, прикладываемое водителем, через
рулевой вал 2 на рулевой механизм 3. В рулевой передаче 3 момент увеличивается в несколько раз, и рулевую сошку 7 приводит в движение рулевая тяга 8. Рулевая тяга воздействует на боковые тяги 6 и 10, а они,
в свою очередь, на поворотные цапфы 5 и 11, в результате чего происходит поворот управляемых колес.
На рис. 4.2, б изображена конструкция рулевого управления без усилителя, установленная на автомобиле с зависимой подвеской управляемых колес.
Для поворота автомобиля водитель вращает рулевое колесо 1, связанное с рулевым валом 2. Далее в рулевом механизме 3 происходит повышение крутящего момента, и он передается на рулевую сошку 7, которая передает усилие на продольную тягу 13, а она, в свою очередь, перемещает
поворотный рычаг 14 и рулевую цапфу 4. Второе колесо при этом поворачивается от усилия, которое передается на него от первого с помощью
рычагов поворотных цапф и поперечной рулевой тяги 15.
К рулевому управлению, помимо общих, предъявляется ряд специальных требований:
1) возможность поворота автомобиля с минимальными радиусами для
удовлетворения требований к маневренности;
110
4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах
а
б
Рис. 4.2. Рулевые управления при зависимой (а) и независимой (б) подвесках
управляемых колес [5, с. 333]
2) минимальные физические затраты водителя на управление автомобилем;
3) пропорциональность между сопротивлением повороту колес и требуемым усилием на рулевом колесе;
4) углы поворота управляемых колес должны соответствовать углам
поворота рулевого колеса;
5) минимальное влияние со стороны неровностей дороги на рулевое
колесо;
111
4. Система рулевого управления
6) предотвращение автоколебаний (самовозбуждающихся) управляемых колес вокруг осей поворота;
7) минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес;
8) требования к пассивной безопасности рулевых колонок.
Соответствие рулевого управления первым семи требованиям обеспечивается правильным выбором параметров рулевого механизма и рулевого привода.
Травмобезопасность рулевого управления влияет на пассивную безопасность автомобиля: при сильном фронтальном ударе передняя часть
транспортного средства сминается и движется навстречу водителю. Для
предотвращения передачи кинетической энергии через рулевой вал на водителя необходимо предусмотреть энергополгащающее устройство в конструкции рулевого управления. Это реализуется различными способами,
вот некоторые из них:
— специальное деформирующееся крепление рулевого вала к кузову
(рис. 4.3, а);
— сильфонное компенсирующее устройство в составе рулевого вала
(рис. 4.3, б);
— рулевой вал с перфорацией верхней части (рис. 4.3, в). На этом рисунке также изображен последовательный процесс смятия такого вала.
а
б
в
Рис. 4.3. Травмобезопасные рулевые механизмы:
1 — кронштейн; 2 — карданный шарнир; 3 — цилиндр; 4 — труба [5, с. 343]
112
4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах
Рулевые механизмы
Рулевой механизм — это устройство, которое преобразует вращательное движение рулевого вала в поступательное движение рулевого привода.
Одна из характеристик рулевого механизма — способность повышать
усилие, прилагаемое к рулевому колесу и передающееся рулевому приводу. Она зависит от передаточного числа рулевого механизма.
В зависимости от назначения и типа автомобиля передаточное число
соответствует одному из значений в диапазоне от 15 до 25. При таких значениях поворот управляемого колеса на угол 35…45° происходит за одиндва полных оборота рулевого колеса.
К рулевым механизмам, помимо общих, предъявляется ряд специфических требований:
1) передаточное число, определяющее оптимальное соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем;
2) высокий КПД;
3) возвращение рулевого колеса в нейтральное положение при отсутствии на нем усилия водителя;
4) минимальный люфт за счет уменьшения зазоров в подвижных соединениях.
Требования к высокой степени надежности связаны с тем, что рулевое управление напрямую влияет на активную безопасность автомобиля.
Классификация рулевых механизмов автомобилей приведена
на рис. 4.4.
Рис. 4.4. Классификация рулевых механизмов
Червячные рулевые механизмы. Основные их преимущества заключаются в меньшей чувствительности к передаче ударов от дорожных неровностей, больших углах поворота управляемых колес, способности передавать большие усилия.
Червячно-роликовый механизм (рис. 4.5) применяется на легковых
автомобилях с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажных грузовых автомобилях и автобусах.
113
4. Система рулевого управления
Преимущества: небольшие размеры, надежность, простота обслуживания, высокий КПД (0,85 от руля к колесам и 0,7 от колес к рулю).
Принцип работы. Червяк имеет форму глобоида для обеспечения более надежного зацепления при повороте на большие углы и крепится
на рулевом валу. Он передает крутящий момент на ролик, установленный
на подшипнике на оси. Эта ось за пределами механизма соединена с рулевой сошкой. При вращении рулевого колеса и червяка ролик выполняет качательные движения и перемещает сошку, которая воздействует
на тяги рулевого привода.
2
1
Рис. 4.5. Рулевой механизм «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя:
1 — ролик; 2 — червяк
Червячно-секторые рулевые механизмы (рис. 4.6) менее популярны
и применяются только на грузовых автомобилях.
1
2
Рис. 4.6. Червячно-секторный рулевой механизм:
1 — цилиндрический червяк; 2 — боковой сектор со спиральными зубьями
Преимущества: небольшое давление на зубья при работе и, следовательно, малое их изнашивание.
Недостатки: низкий из-за трения скольжения КПД (0,7 от руля к колесам и 0,55 от колеса к рулю).
Принцип работы аналогичен механизму «глобоидальный червяк-ролик».
114
4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах
Винтовые рулевые механизмы. Винторычажные рулевые механизмы
ввиду низкого КПД и быстрого изнашивания в настоящее время почти
не применяются, поэтому рассмотрим только винтореечный тип (рис. 4.7).
1
2
3
4
5
Рис. 4.7. Винтореечная рулевая передача:
1 — винт, 2 — шариковая гайка-рейка, 3 — шарики, 4 — круговой сектор, 5 — вал рулевой
сошки
Область применения: тяжелые грузовые автомобили.
Преимущества: высокий КПД (0,8…0,85 в обе стороны), способность
передавать высокие нагрузки.
Недостатки: необходимость из-за высокого КПД при передаче усилий
от колес к рулю применять дополнительно усилитель, воспринимающий
толчки и удары от неровностей дороги.
Принцип работы. При вращении винта, соединенного с рулевым колесом, усилие через шарики передается на гайку, и происходит ее поступательное движение. На гайке нарезана зубчатая рейка, которая находится в зацеплении с зубчатым сектором вала рулевой сошки.
Зубчатые рулевые механизмы. Шестеренные рулевые механизмы используются достаточно редко, а вот реечные механизмы (рис. 4.8) получили самое широкое распространение и используются практически
на всех легковых автомобилях малого и среднего классов с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН.
Преимущества: простота конструкции, компактность, низкая стоимость, высокий КПД (0,9…0,95 в оба направления), высокие жесткость
и точность управления.
Недостатки: высокая чувствительность к профилю дороги, повышенная нагруженность деталей, сложность установки на автомобили с зависимой подвеской, необходимость применения дополнительного усилителя.
Принцип работы. При вращении рулевого колеса вращается рулевой
вал с нарезанной на конце шестерней. Она, в свою очередь, перемещает
вправо или влево рулевую рейку, которая через шаровые шарниры и ру115
4. Система рулевого управления
левые тяги воздействует на поворотные цапфы управляемых колес и вращает вокруг своей оси.
5
1
2
3
8
4
5
5
6
7
Рис. 4.8. Реечный рулевой механизм без гидроусилителя:
1 — чехол; 2 — вкладыш; 3 — пружина; 4 — шаровой палец; 5 — шаровой шарнир; 6 — упор;
7 — рулевая рейка; 8 — шестерня
4.2. Приводы рулевого управления
Рулевой привод
Рулевой привод — система тяг и рычагов, соединяющая управляемые
колеса с рулевым механизмом.
К рулевому приводу, помимо общих требований к автомобилю, предъявляются специальные:
1) кинематически согласованное отношение углов поворота управляемых колес для исключения бокового скольжения;
2) отсутствие автоколебаний управляемых колес вокруг шкворней
(осей поворота);
3) невозможность самопроизвольного поворота управляемых колес
при любых ходах подвески.
116
4.2. Приводы рулевого управления
Классификация рулевых приводов изображена на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Классификация рулевых приводов
Рулевая трапеция (см. рис. 4.2, а) — это основная часть рулевого привода. Она состоит из поперечных рулевых тяг, рычага поворотных цапф
и оси управляемых колес.
Этот механизм получил такое название из-за того, что при виде сверху
имеет форму, похожую на трапецию: в основании лежит ось колес, вершиной являются поперечные тяги 6, 8 и 10, а боковыми сторонами являются рычаги поворотных цапф 5 и 11.
Такая форма предназначена для поворота колес на разные углы. Поскольку при повороте автомобиля внутренние и наружные колеса проходят траектории с разными радиусами по отношению к центру поворота,
необходимо, чтобы внутреннее колесо поворачивалось на больший угол,
чем внешнее. Это позволит избежать бокового скольжения, снизить расход топлива и изнашивание шит.
Рулевая трапеция может располагаться перед осью управляемых колес и называться «передней» (рис. 4.2, а), а может — за осью управляемых колес и называться «задней» (рис. 4.2, б). Ее расположение зависит
от компоновки автомобиля.
Кроме того, трапеция может быть разрезной (рис. 4.2, а) или неразрезной (рис. 4.2, б). Разрезная трапеция имеет поперечную рулевую тягу, состоящую из нескольких звеньев. Она применяется при независимой подвеске управляемых колес легковых автомобилей. Неразрезная трапеция
имеет сплошную поперечную рулевую тягу. Она используется при зависимой подвеске управляемых колес грузовиков и автобусов.
Рулевой усилитель
Рулевой усилитель — механизм, создающий дополнительное усилие
на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля.
117
4. Система рулевого управления
Он предназначен для снижения усилий на рулевом колесе (в 2–3 раза)
и смягчения ударов на рулевое колесо от неровности дорожного профиля.
Это позволяет повысить быстроту и точность действий водителя и дает
возможность удержать руль при возникновении чрезвычайных ситуаций.
Но применение усилителя руля имеет и свои недостатки, среди которых усложнение конструкции и повышенное нагружение деталей рулевого управления, дополнительный износ шин и повышение стоимости
автомобиля.
К рулевым усилителям, помимо общих, предъявляют еще и специальные требования, согласно которым усилители должны обеспечивать:
1) углы поворота управляемых колес, соответствующие углам поворота рулевого колеса;
2) требуемое усилие на рулевом колесе, соответствующее силе сопротивления повороту;
3) работу рулевого управления даже при отказе усилителя;
4) включение при достижении на рулевом колесе усилия свыше
25…100 Н;
5) минимальное время срабатывания;
6) отсутствие значительного влияния на стабилизацию управляемых
колес.
Рулевые усилители применяются практически на всех видах транспортных средств и бывают следующих видов: гидравлические, пневматические и электрические.
Гидравлические усилители наиболее популярны на сегодняшний день.
В качестве рабочей жидкости в них используется специальное масло. Рабочее давление — 6…10 МПа.
Преимущества: компактность, малое время срабатывания (от 0,2 секунд).
Недостатки: повышенные требования к уходу и надежности уплотнений, поскольку течь жидкости выводит систему из строя.
Принцип работы. На рис. 4.10 изображена схема гидроусилителя.
Основные его элементы — это гидронасос, подающий жидкость под
давлением; гидрораспределитель — устройство, распределяющее направление течения жидкости; гидроцилиндр — исполнительное устройство,
передающее на тяги возвратно-поступательное движение. Все полости
гидроусилителя заполенены маслом.
Гидронасос приводится в действие от ДВС автомобиля (в некоторых
конструкциях от электродвигателей, питающихся от бортовой сети), он
напрямую соединен с гидрораспределителем нагнетательным маслопроводом 2 и со сливным маслопроводом 3 через бачок. Гидрораспредели118
4.2. Приводы рулевого управления
тель устанавливается на продольной рулевой тяге, которая соединена
с поворотным рычагом управляемого колеса.
Внутри гидрораспределителя установлен золотник, который имеет
связь с рулевым механизмом. На золотнике выполнены три «пояска»,
а в корпусе гидроусилителя есть три отверстия. Между поясками находятся две основные камеры, а и б, и две реактивные, в и г, которые соединены с основными специальными отверстиями. В реактивных камерах
находятся пружины, возвращающие золотник в исходное положение. Гидрораспределитель связан с гидроцилиндром, который установлен на кузове или раме, маслопроводами 11.
Б
ГН
РМ
А
В
ГР
ГЦ
Рис. 4.10. Схема гидроусилителя:
1 — золотник; 2, 3, 11 — маслопроводы; 4 — пружина; 5 — колесо; 6, 9 — тяги;
7, 8 — рычаги; 10 — поршень;
А, В — полости; а–г — камеры; Б — бачок; ГН — гидронасос; ГЦ — гидроцилиндр; ГР — гидрораспределитель; РМ — рулевой механизм [5, с. 354]
Поршень гидроцилиндра штоком связан с поперечной рулевой тягой,
которую с поворотной цапфой управляемого колеса соединяет рычаг. Объем гидроцилиндра делится поршнем на полости А и В, каждая из которых
соединена с камерами а и б гидрораспределителя соответственно.
При движении прямо золотник гидрораспределителя находится в положении, изображенном на рис. 4.10. Масло при этом циркулирует из бачка
в гидронасос, из него — в гидрораспределитель и обратно в бачок.
Давление в полостях А и В гидроцилиндра одинаковое, поскольку полости а и б гидрораспределителя сообщаются.
При повороте рулевого колеса золотник, преодолев сопротивление
пружин, передвигается на 1–2 мм в одну из сторон в зависимости от направления вращения рулевого колеса. Жидкость, нагнетаемая насосом,
119
4. Система рулевого управления
будет поступать через гидрорасределитель в одну из полостей цилиндра,
давить на поршень и через шток, тягу и рычаг поворачивать колесо. В это
время масло из другой полости цилиндра также через гидрораспределитель будет уходить в бачок.
Вместе с этим, так как корпус гидрораспределителя связан с цапфой
колеса рычагом 7 и тягой 6, он переместится в ту же сторону, куда и золотник, и давление масла в полостях А и В уравновесится, давление жидкости в цилиндре упадет, и колесо перестанет поворачиваться.
Это позволяет синхронизировать угол поворота рулевого колеса и угол
поворота управляемого колеса — это называется следящим действием гидроусилителя по перемещению.
Это действие реализуется следующим образом. Если сопротивление
повороту управляемых колес увеличивается, то повышается и давление
масла в одной из камер, а или б, при этом на золотник передается усилие
от давления жидкости, а от него, через рулевой механизм, на рулевое колесо. Это приводит к увеличению усилия, необходимого для поворота,
на рулевом колесе пропорционально сопротивлению поворота управляемых колес.
Автомобильные гидроусилители выполняются в одном из следующих видов.
1. Гидроруль — это размещение рулевого механизма, гидрораспределителя и гидроцилиндра в одном агрегате. Он имеет сложную, но компактную конструкцию с относительно короткими маслопроводами, что
позволяет сократить время срабатывания.
2. Размещение гидрораспределителя и гидроцилиндра в одном агрегате, а рулевого механизма — отдельно. Этот вариант имеет более простую
конструкцию, чем гидроруль, но большую длину маслопроводов и время
срабатывания. К преимуществам относят возможность установки такого
усилителя на рулевой механизм любого вида.
3. Отдельное размещение всех трех элементов. В этом случае появляется возможность произвольной компоновки элементов усилителя, но увеличивается длина маслопроводов и время срабатывания.
На рис. 4.11 в качестве примера изображена конструкция реечного рулевого механизма с гидроуслителем.
Пневматические усилители на сегодняшний день используются очень
редко, в основном на грузовых автомобилях повышенной грузоподъёмности, имеющих пневматическую тормозную систему. На таких автомобилях пневмоусилитель используется водителем только при движении
во время движения в тяжелых дорожных условиях.
120
4.2. Приводы рулевого управления
8
9
7
6
10
5 4 3
2
1
Рис. 4.11. Реечный рулевой механизм с гидроусилителем:
1 — жидкость под высоким давлением; 2 — поршень; 3 — жидкость под низким давлением; 4 — шестерня; 5 — рулевая рейка; 6 — распределитель гидроусилителя; 7 — рулевая колонка; 8 — насос гидроусилителя; 9 — резервуар для жидкости; 10 — элемент подвески
[7, с. 231]
Электрический усилитель. В современном автомобилестроении набрали популярность и электрические усилители рулевого управления. В них
силовую роль играет электродвигатель, а управляющую — электронный
блок управления. Преимущества такого усилителя в удобстве регулирования, более высокой надежности.
Электроусилитель может устанавливаться по одному из вариантов,
приведенных на рис. 4.12.
а
б
в
Рис. 4.12. Электрические усилители рулевого управлениям:
а — с воздействием на рулевой вал; б — с воздействием на шестерню рулевого механизма;
в — с воздействием на рейку рулевого механизма
Сфера применения электроусилителей — это легкие автомобили, поскольку напряжения 12 В недостаточно для обеспечения работы мощного электроусилителя, необходимого для тяжелых автомобилей.
121
5. Тормозные системы автомобилей
5.3. Общие сведения о тормозных системах
и тормозные механизмы
Т
Назначение тормозной системы
ормозная система — часть автомобиля, необходимая для уменьшения скорости движения, остановки и удержания его на месте.
Она является одним из важнейших его элементов безопасности.
Существуют следующие типы тормозных систем: рабочая, стояночная,
запасная, вспомогательная и прицепная.
Рабочая тормозная система необходима для снижения скорости движения транспортного средства. Она воздействует на все колеса автомобиля и используется как при служебном, так и аварийном торможении
автомобиля. Приводится в действие рабочая тормозная система от педали ногой водителя.
Стояночная тормозная система предназначена для удержания автомобиля на месте. Действует, как правило, только на задние колеса или
вал трансмиссии. Приводится в действие водителем поднятием рычага.
Запасная тормозная система — это резервная тормозная система, которая служит для остановки автомобиля в случае поломки рабочей тормозной системы. Роль запасной тормозной системы при отсутствии
на автомобиле отдельного устройства выполняет часть рабочей системы. Примером этого является двухконтурная тормозная система или
использование в этих целях стояночного тормоза, который приводится
в действие отдельным от рабочего приводом.
Вспомогательная тормозная система необходима для длительного сдерживания роста скорости, например, при движении автомобиля на длинных спусках. Она устанавливается только на грузовые автомобили большой грузоподъемности.
122
5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы
Прицепная тормозная система служит для снижения скорости, остановки и удержания на месте прицепа. Также она необходима для самостоятельной его остановки при отсоединении от тягача. Применяется на всех
прицепах, использующихся в составе автопоездов.
В состав тормозной системы входит один или несколько тормозных
механизмов, осуществляющих непосредственное замедление автомобиля, и тормозной привод, приводящий их в действие.
К тормозному управлению предъявляются особо серьезные требования, регламентируются они в ГОСТ Р 51709–2001.
Технические требования к тормозным системам следующие:
· минимальный тормозной путь при максимально установившемся
замедлении;
· удержание транспортного средства на уклоне определенной величины;
· сохранение курсовой и траекторной устойчивости при торможении;
· минимальное влияние нагрева механизмов и деталей тормозной системы на показатели тормозных свойств;
· минимальное время срабатывания тормозного привода;
· соответствие между усилием на педали и тормозным моментом
на колесе;
· минимальные физические усилия водителя на управление тормозными системами (сила не более 500...700 Н; ход педали 80...180 мм);
· тормозная система не должна допускать наступления юза колес;
· разница в тормозном усилии на правом и левом колесе одной оси
не должна превышать регламентируемого значения;
· обеспечение установившегося движения с заданной скоростью на затяжных спусках;
· отсутствие раздражающих органолептических явлений при торможении (скрип, неприятный запах);
· повышенная надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы которых не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса.
Вспомогательная тормозная система
Вспомогательная тормозная система необходима для снижения нагрузки на рабочую тормозную систему во избежание ее перегрева и выхода из строя при длительных или частых резких торможениях, что характерно для горных районов.
123
5. Тормозные системы автомобилей
Вспомогательные тормозные системы бывают следующих типов: моторный тормоз, гидравлический или электрический тормоз-замедлитель.
Торможение двигателем, кстати, тоже является своего рода тормозом-замедлителем, но низкоэффективным.
Одна из самых эффективных конструкций — это моторный тормоз,
который представляет собой дополнительное устройство, выключающее подачу топлива и закрывающее специальные заслонки в выпускном
трубопроводе. Это создает существенное сопротивление перемещению
поршня на такте выпуска и замедляет вращение двигателя; создаваемый
тормозной элемент при включенной передаче передается к ведущим колесам автомобиля.
На рис. 5.1 приведен пример конструкции гидравлического тормоза
1
замедлителя. Такой тормоз состоит
из двух лопастных колес, одно из которых связано с каким-либо валом трансмиссии, а другое — с корпусом тормоза
и является неподвижным. При актива2
ции этого тормоза его пространство заполняется маслом, которое нежестко
связывает подвижное колесо и неподвижное и создает дополнительное сопротивление вращению вала трансмиссии, следовательно, и движению
автомобиля.
Такой тормоз нуждается в дополнительном радиаторе для охлаждения
рабочей жидкости, использующейся
в нем. В зависимости от количества
жидкости, подаваемой в полости торРис. 5.1. Гидравлический тормоз
моза, регулируется интенсивность торзамедлитель:
можения им.
1 — корпус; 2 — лопастное колесо
По схожему принципу работает
электрический тормоз-замедлитель, изображенный на рис. 5.2. Разница
лишь в том, что с вращающимся валом трансмиссии связан ротор замедлителя, а с корпусом — неподвижные обмотки статора. Для торможения
в этом случае необходимо подать напряжение на обмотки статора, изза этого образуется магнитное поле, препятствующее вращению ротора,
следовательно, и валу трансмиссии, с которым он связан.
124
5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы
1
2
Рис. 5.2. Электрический тормоз-замедлитель:
1 — ротор; 2 — обмотка статора
Тормозные механизмы
Тормозной механизм — узел автомобиля, непосредственно осуществляющий процесс замедления автомобиля. Происходить это может механическим способом (трением), гидравлическим, электрическим или
внеколесным.
На рис. 5.3 приведена классификация тормозных механизмов.
Рис. 5.3. Классификация тормозных механизмов
Эти механизмы тем или иным способом создают тормозной момент,
который препятствует свободному вращению самого колеса или элемента трансмиссии, связанного с ним.
125
5. Тормозные системы автомобилей
В автомобилях чаще остальных применяются фрикционные тормозные механизмы. В зависимости от формы тела вращения во фрикционном тормозном механизме он будет принадлежать к барабанному или
дисковому типу. Не вращающимися деталями в них являются тормозные колодки (накладки).
К тормозным механизмам, помимо общих, предъявляются следующие
специальные требования:
1) минимальная зависимость создаваемого тормозного момента от направления вращения тормозного диска (барабана);
2) сохранение высокой работоспособности при попадании на фрикционные поверхности влаги, масла или их перегреве;
3) наличие возможности вручную или автоматически регулировать
зазор между фрикционными поверхностями.
Барабанные тормозные механизмы
На рис. 5.4 изображены различные конструкции барабанных тормозных механизмов. В зависимости от расположения опорных устройств
и цилиндров каждая из них имеет свои особенности и характеристики.
В частности, это выражается в неравномерности распределения тормозных усилий между колодками или в способности создавать одинаковый
тормозной момент как при движении автомобиля вперед, так и назад.
а
б
в
г
Рис. 5.4. Колодочные барабанные тормозные механизмы:
а — механизм с односторонними опорами; б — с разнесенными опорами; в — механизм с самоусилением; г — механизм с разжимным кулаком [7, с. 249]
На рис. 5.5 приведено изображение конструкции одного из самых популярных барабанных тормозных механизмов.
126
5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы
Рис. 5.5. Барабанный механизм с и приводными силами и односторонним
расположением опор колодок:
1 — тормозной барабан; 2 — фрикционная накладка; 3 — колодка; 4 — тормозной щит;
5 — тормозной цилиндр; 6 — возвратные (стяжные) пружины; 7 — эксцентрик регулировки
тормоза
Корпус тормозного механизма жестко связан с неподвижной частью
автомобиля (балкой моста или поворотной цапфой). В нижней части тормозного щита крепятся два пальца с эксцентриковыми шайбами. В этих
шайбах закреплены нижние концы колодок. Эксцентриковые шайбы
необходимы для регулировки тормоза и крепятся к щиту болтами. От случайного проворачивания регулировочные эксцентрики удерживаются
сжатыми пружинами, которые позволяют провернуть его на любой угол
только за головку болтов.
В верхней части колодки контактируют с поршнями рабочего цилиндра. Перемещаться вбок им не дают направляющие скобы с пластинчатыми пружинами. Во время торможения автомобиля при его движении вперед в колодках создадутся силы трения, которые при таком расположении
опор и цилиндров будут переднюю колодку прижимать к вращающемуся барабану, а заднюю — отжимать. Это может привести к неравномерности износа накладок. Чтобы этого не произошло, передняя накладка
выполняется длиннее задней. Барабан тормоза съемный, он соединен
со ступицей колеса.
Для осуществления торможения водитель педалью тормоза нагнетает давление в системе, которое раздвигает поршни. Они в свою очередь
127
5. Тормозные системы автомобилей
действуют на колодки и прижимают их к барабану. При снятии давления
пружины возвращают колодки в исходное положение.
Ручной тормоз разжимает эти же колодки, но делает это с помощью
тросового привода. Трос соединен с нижним концом приводного рычага
ручного тормоза. Верхний конец этого рычага соединен с одной из колодок непосредственно, а с другой — через планку. В момент втягивания
троса рычаг вращается и прижимает к барабану сначала одну колодку,
а потом, посредством планки, вторую.
На рис. 5.4, б изображен барабанный тормоз с разнесенными опорами.
В этом случае при торможении в одну сторону обе колодки будут прижиматься силами трения к барабану, а при торможении в другую сторону обе
колодки будут отжиматься. Это приводит к равномерному износу, следовательно, накладки выполняются одинаковой длины. Каждая колодка здесь управляется своим цилиндром и имеет свой опорный палец. Регулирование зазора происходит с помощью автоматического устройства.
Опорный диск сервотормоза (рис. 5.4, в) укреплен на коробке передач; на нем установлены две колодки, разжимной и регулировочный механизмы. Верхние концы колодок прижаты стяжными пружинами к толкателям разжимного механизма, а нижние — к опорам регулировочного
механизма. Усилие стяжных пружин левой колодки меньше, чем усилие
пружин правой колодки. Сухарь регулировочного механизма может перемещаться вместе с опорами колодок на 3 мм относительно винта. В расторможенном положении сухарь прижат к корпусу сильными пружинами, и указанный зазор устанавливается со стороны левой колодки.
При перемещении тормозного рычага усилие от него через тягу передается на двуплечий рычаг. Положение тормозного рычага в заторможенном состоянии фиксируется защелкой на зубчатом секторе. Короткое
плечо двуплечего рычага давит при этом на разжимной стержень, который, вдвигаясь в корпус, разводит шариками толкатели обеих колодок.
Первой к барабану прижимается левая колодка, имеющая более слабые
стяжные пружины. Если торможение происходит при движении автомобиля вперед, то эта колодка захватывается барабаном, и ее нижний конец
перемещает правую колодку до ее соприкосновения с барабаном (перемещение колодки, которое не превышает 3 мм, происходит против хода
часовой стрелки). Обе колодки работают как первичные, причем приводным усилием для правой колодки является сила трения, передаваемая
от левой колодки. Так как тормозной момент трансмиссионного стояночного тормоза увеличивается главной передачей, то его размеры получаются меньше, чем размеры колесных тормозов или тормозов, установленных после межколесного дифференциала.
128
5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы
На рис. 5.4, г изображен тормоз с равными перемещениями колодок.
Оси, на которых установлены нижние части колодок, крепятся гайками
к кронштейну, который жестко установлен на тормозном щите. Верхние части колодок стяжными пружинами прижаты к разжимному кулаку. Кулак выполнен одним целым с валом, который на конце имеет
шлицы. На эти шлицы установлен рычаг, другой конец которого соединен с мембранной камерой, а она управляется тормозным приводом. Таким образом, при нажатии на педаль тормоза привод нагнетает давление
в мембранной камере, она перемещает рычаг, который поворачивает вал
и кулак, разжимая колодки.
Дисковые тормозные механизмы
Дисковый тормозной механизм изображен на рис. 5.6. Он состоит
из тормозных колодок, которые установлены в неподвижном суппорте,
соединенном с цапфой, и вращающегося тормозного диска, который соединен со ступицей колеса. Такой тип тормозного механизма имеет более интенсивное охлаждение, чем барабанный, самоочищается от влаги
и продуктов износа фрикционных накладок. Главным недостатком является отсутствие эффекта «самоприжимания» тормозных колодок как
в барабанном механизме. Это несколько снижает эффективность такого механизма.
Рис. 5.6. Дисковый тормозной механизм:
1 — колодки; 2 — суппорт; 3 — диск
129
5. Тормозные системы автомобилей
В механизмах с гидравлическим приводом внутри суппорта находится один или несколько цилиндров с поршнями. Дисковые тормозные механизмы бывают двух видов: с плавающей скобой (рис. 5.7, а) и с неподвижной скобой (рис. 5.7, б).
а
б
Рис. 5.7. Дисковые тормозные механизмы:
а — механизм плавающей скобой; б — с неподвижной скобой;
1 — тормозные колодки; 2 — рабочий тормозной цилиндр; 3 — скоба
В механизме с плавающей скобой при подведении давления жидкость
начинает действовать на поршень и скобу. Поршень под действием силы
перемещает колодку к диску, после чего начинает двигаться скоба, перемещая вторую колодку. Как только обе колодки коснулись тормозного
диска, начинается процесс торможения. В случае с неподвижной скобой
в суппорте находятся два или четыре поршня, расположенные попарно
друг напротив друга. При нагнетании давления в системе они выдвигаются
и перемещают колодки к диску. В этом случае все детали суппорта, кроме
поршней, неподвижны. При сбрасывании давления в системе тормозные
колодки отводятся от дисков на величину биения диска (0,05…0,08 мм).
Одной из главных проблем тормозных механизмов является их сильный нагрев при торможении. Охлаждение их осуществляется проходящим потоком воздуха, для этого на спортивных автомобилях даже используются специальные аэродинамические элементы, обеспечивающие
более интенсивный обдув тормозных механизмов. Для увеличения теплообменной площади в тормозных дисках в некоторых случаях выпол130
5.4. Тормозной привод
няют специальные отверстия, которые также помогают удалять продукты износа фрикционных накладок. В случае если и этого недостаточно,
на гоночных автомобилях применяют стойкие к перегреву керамические
тормозные диски.
5.4. Тормозной привод
Назначение и классификация
Тормозной привод — совокупность узлов и агрегатов, необходимых для
связи тормозной педали (рычага) и тормозных механизмов и приведения их в действие. Их классификация приведена на рис. 5.8.
Рис. 5.8. Классификация тормозных приводов
К тормозному приводу предъявляются следующие требования:
· быстрое и легкое приведение в действие тормозных механизмов;
· одновременное срабатывание тормозных механизмов;
· распределение приводных усилий между колесами в соответствии
с вертикальной нагрузкой на них;
· пропорциональность между усилием на педали (рычаги) и силами,
приводящими тормоз в работу.
Механический тормозной привод состоит из тяг, рычагов, тросов,
шарниров и пр. Он имеет простую конструкцию и высокую надежность.
К недостаткам относятся низкий КПД, необходимость постоянной регулировки из-за растягивания тросов, сложность обеспечения разного тормозного усилия на колесах, имеющих разную нагрузку. Ввиду последнего
недостатка на сегодняшний день механический тормозной привод используется только в стояночной тормозной системе (рис. 5.9).
Работает он следующим образом. Водитель поднимает вверх рычаг
ручного тормоза, обратно опуститься которому не позволяет храповой
механизм, установленный на нем. К концу рычага прикреплена тяга, которая передает усилие на уравнительный рычаг, а он в свою очередь на131
5. Тормозные системы автомобилей
тягивает тросы, соединенные с барабанными тормозными механизмами, и приводит их в действие. Опускание рычага производится отводом
защелки храпового механизма посредством нажатия специальной кнопки на рычаге.
Рис. 5.9. Механический привод стояночной тормозной системы:
1 — чехол; 2, 14 — передний и задний тросы; 3 — рычаг; 4 — кнопка; 5 — пружина;
6 — тяга защелки; 7 — втулка; 8 — направляющий ролик; 9 — направляющая заднего троса;
10 — распорная втулка; 11 — оттяжная пружина; 13 — кронштейн заднего троса
Гидравлический тормозной привод является гидростатическим, и энергия в нем передается давлением жидкости. Как известно, жидкость несжимаема и передает давление во все стороны объема равномерно.
На рисс. 5.10 изображена принципиальная схема гидравлического привода. Все объемы системы заполнены тормозной жидкостью.
Давление в главном тормозном цилиндре, создаваемое нажатием педали тормоза, передается во все стороны равномерно, воздействуя, в том
числе, и на рабочие цилиндры, находящиеся в тормозных механизмах.
Это приводит к перемещению поршней в рабочих цилиндрах и активации тормоза. Чем сильнее водитель жмет на педаль, тем большее давление нагнетается в системе, следовательно, возникает большее тормозное
усилие. При экстренном торможении давление в тормозной системе достигает 10–16 МПа.
При отпускании педали водителем она возвращается в исходное положение возвратной пружиной. Свою возвратную пружину имеет и главный цилиндр.
Гидравлический привод имеет ряд преимуществ: быстрое срабатывание, высокий КПД, простота конструкции, небольшие масса и размеры,
возможность свободной компоновки, обеспечение разных тормозных
усилий на осях за счет разных размеров поршней рабочих цилиндров.
К недостаткам относят выход системы из строя при возникновении уте132
5.4. Тормозной привод
чек, низкий КПД при температурах ниже –30 °C, сложность соединения
тормозных систем автомобиля-тягача и прицепов в составе автопоездов,
высокие требования к тормозной жидкости. Тормозная жидкость должна иметь высокую температуру кипения и низкую вязкость при сильном
охлаждении. Она изготавливается на спиртовых, гликолевых и масляных
основах. В тормозной системе необходимо применять только ту тормозную жидкость, которую рекомендует завод-изготовитель, в противном
случае возможно разрушение уплотнительных материалов.
1
2
3
4
5
6
7 8
9
10 11
15 14
20
19
22
21
18
17
12
13
16
1
Рис. 5.10. Принципиальная схема рабочей тормозной системы автомобиля:
1 — тормозной диск; 2 — скоба тормозного механизма передних колес; 3 — передний контур; 4 — главный тормозной цилиндр; 5 — бачок с датчиком аварийного падения уровня
тормозной жидкости; 6 — вакуумный усилитель; 7 — толкатель; 8 — педаль тормоза;
9 — выключатель света торможения; 10 — тормозные колодки задних колес; 11 — тормозной цилиндр задних колес; 12 — задний контур; 13 — кожух полуоси заднего моста;
14 — нагрузочная пружина; 15 — регулятор давления; 16 — задние тросы; 17 — уравнитель;
18 — передний (центральный) трос; 19 — рычаг стояночного тормоза; 20 — сигнализатор
аварийного падения уровня тормозной жидкости; 21 — выключатель сигнализатора стояночного тормоза; 22 — тормозная колодка передних колес [7, с. 244]
Чтобы повысить безопасность автомобиля, помимо рабочей необходима и запасная тормозная система. Двухконтурная рабочая тормозная
система выполняет обе эти функции, поскольку работоспособность одного контура не зависит от другого. Реализовано это способами, которые
изображены на рис. 5.11:
133
5. Тормозные системы автомобилей
· схема а — в один контур входят передние тормоза и первая секция
главного цилиндра, а задние тормоза и вторая секция входят во второй контур;
· схема б — в один контур входят первая секция главного цилиндра
и колеса, расположенные на одной диагонали, а во второй контур —
вторая секция и колеса, расположенные на другой диагонали;
· схема в — передние суппорта выполняются с двумя поршнями разных диаметров, в один контур входят первая секция главного цилиндра, малые поршни передних суппортов и задние механизмы,
а в другой — вторая секция главного цилиндра и большие поршни
передних суппортов;
· схема г — при такой компоновке работоспособными всегда остаются три колеса;
· схема д — полное дублирование систем.
а
б
в
г
д
Рис. 5.11. Способы разделения тормозного привода на два независимых контура
Для реализации этих схем в автомобиле необходимо использовать два
независимых главных тормозных цилиндра, которые устанавливаются параллельно и приводятся в действие от педали через уравнительный рычаг. Наиболее распространённым является альтернативный вариант —
сдвоенный главный цилиндр с двумя последовательно расположенными
полостями, управление которыми происходит одним штоком, соединенным с педалью через усилитель тормозов. Такой главный тормозной цилиндр изображен на рис. 5.12.
В корпусе установлены два поршня, один из которых жестко связан
со штоком усилителя, а второй свободно перемещается. Сверху к главному
цилиндру устанавливается бачок с тормозной жидкостью, необходимый для
компенсации небольших утечек. Внутри бачка находятся перегородки, разделяющие его на независимые объемы при понижении уровня жидкости.
134
5.4. Тормозной привод
5
6
4
3
2
1
20
7
8
9
19 18 13
17 16 23 22
21 15 14 13
10
12 11
Рис. 5.12. Главный тормозной цилиндр типа тандем:
А1, А2 — компенсационные отверстия; Б1, Б2 — перепускные отверстия; В, Г, Д, Е — полости;
1 — корпус; 2 — трубка; 3 — соединительная втулка; 4 — бачок; 5 — защитный колпачок;
6 — датчик сигнализатора аварийного падения уровня тормозной жидкости;
7 — упорное кольцо; 8 — наружная манжета; 9 — направляющая втулка; 10, 17 — поршни;
11 — стопорное кольцо; 12 — уплотнительное кольцо; 13 — шайба поршня; 14, 16 — манжеты; 15, 18 — упорные шайбы; 19 — пружина; 20 — пробка; 21 — болт держателя пружины;
22 — держатель пружины; 23 — пружина [7, с. 259]
При нажатии на педаль тормоза шток усилителя перемещает первый
поршень, отверстие в бачок перекрывается, и в полости создается повышенное давление, которое, с одной стороны, передается в первый тормозной контур (отверстия не изображены), а с другой — перемещает второй
поршень. При перемещении второго поршня закрывается второе отверстие в бачок и появляется давление во второй полости, которая сообщена со вторым контуром. Таким образом, в случае повреждения одного
из контуров (если жидкость из него вытечет) второй сохранит свою работоспособность.
Чтобы снизить усилие на педали при сохранении той же интенсивности торможения в приводы устанавливают специальные усилители, при
этом работоспособность тормозной системы должна сохраняться и при
135
5. Тормозные системы автомобилей
его выходе из строя. Источником энергии для усилителя может служить
энергия сжатого воздуха, энергия жидкости от насоса высокого давления, электрическая энергия, разрежение вакуумного насоса, разрежение
во впускном тракте двигателя. Последний вариант является самым распространенным, конструкция гидропривода с вакуумным усилителем
изображена на рис. 5.13.
1
5
2
3
6
4
Рис. 5.13. Схемы гидропривода тормозов:
с вакуумным усилителем (а): А — атмосферная полость; Б — вакуумная полость; 1 — бачок
главного тормозного цилиндра; 2 — запорный клапан; 3 — вакуумная камера; 4 — диафрагма; 5 — воздушный фильтр; 6 — шток педали тормоза;
с пневматическим (гидравлическим) усилителем (б): 1 — подвод воздуха; 2 — шток;
3 — педаль; 4 — тормозные механизмы; 5 — главный цилиндр; 6 — силовой цилиндр;
7 — следящий клапан (распределитель) [7, с. 261]
Такая конструкция имеет камеру, разделенную на две полости резиновой диафрагмой. С одной стороны диафрагма соединяется со штоком
главного цилиндра, а с другой стороны на нее через следящий клапан посредством толкателя воздействует тормозная педаль. В исходном положении диафрагму удерживает возвратная пружина.
Одна из полостей камеры усилителя соединена с атмосферой, а вторая — с впускным коллектором двигателя, где образуется разрежение.
136
5.4. Тормозной привод
При отпущенной педали тормоза атмосферная полость через следящий
клапан соединена с вакуумной, и давление в них одинаковое. При нажатии педали атмосферная полость перестает сообщаться с вакуумной
и соединяется с атмосферой. В результате этого давление в полостях становится разным, диафрагма под действием давления в атмосферной полости движется в левую сторону и перемещает шток главного цилиндра
с силой равной сумме силы на педали тормоза и давлению, умноженному на площадь диафрагмы.
Усилитель позволяет повышать силу на штоке главного цилиндра
в 3...5 раз и делает это пропорционально усилию на толкателе, для чего
в его конструкции встроены специальные механизмы.
Кроме этого, в тормозном приводе располагается регулятор тормозных сил. Он необходим для изменения тормозного усилия, передаваемого на оси в зависимости от их загруженности. Конструкции регуляторов
разнообразны, но имеют одинаковый принцип и являются по своей сути
управляемыми дросселями. Устанавливаются они, как правило, на кузове автомобиля и имеют связь с мостом через рычаг или шток. В исходном состоянии регулятор имеет проходное сечение меньшее по размеру,
чем сечение тормозной магистрали. При загрузке оси расстояние между
кузовом и мостом уменьшается, рычаг (шток) регулятора перемещается
и увеличивает проходное сечение. От этого увеличивается расход протекаемой через него жидкости и повышается интенсивность торможения
колес оси при ее нагружении.
Пневматический тормозной привод
Такой тип тормозного привода используется на многих грузовых автомобилях. Работает он на энергии сжатого воздуха, хранящегося в специальных баллонах — ресиверах. Пневматическим приводом активируются, как правило, и рабочая, и стояночная тормозные системы.
К его преимуществам относят неограниченные запасы рабочего тела
(воздуха); сохранение работоспособности при разгерметизации, если расход компрессора больше расхода утечки; простоту соединения тормозных систем тягача и прицепа.
Недостатками являются большее время срабатывания (по сравнению
с гидравлическим приводом); большие габариты; выход из строя при замерзании конденсата в узлах.
Принципиальная схема пневматического привода изображена
на рис. 5.14. При нажатии на педаль тормоза заслонка крана открывает137
5. Тормозные системы автомобилей
ся, и давление поступает в тормозной цилиндр, приводя в действие тормозной механизм.
При торможении поворотная пробка крана соединяет внутреннюю
полость тормозной камеры с ресивером, и сжатый воздух, воздействующий на диафрагму, приводит в работу тормозной механизм (рис. 5.14, б).
а
1
3
4 5 6
7
2
б
Рис. 5.14. Простейший пневматический тормозной привод автомобиля:
1 — ресивер; 2 — педаль; 3 — кран; 4 — тормозной цилиндр; 5 — пружина; 6 — шток
тормозного механизма; 7 — тормозная колодка
Компрессор может создавать усилие до 1,5 МПа. Максимальное избыточное давление в ресиверах настраивается регулятором давления и составляет 0,65...0,8 МПа.
Одно из негативных качеств атмосферного воздуха — наличие в нем
влаги. В компрессоре происходит интенсивное повышение давления воздуха и, как следствие, его нагрев. Затем, протекая по трубопроводам и другим агрегатам, он остывает. Эти процессы приводят к образованию конденсата внутри узлов привода, который ускоряет их коррозию и может
замерзнуть, перекрыв движение воздуха. Чтобы этого не происходило,
в привод встраиваются влагоотделители, работающие по термодинамическому или адсорбционному принципу.
Комбинированный тормозной привод
Комбинированный привод устанавливают на грузовые автомобили
и автопоезда. Они соединяют в себе сразу несколько типов привода и бывают пневмогидравлическими, электропневматическими и другими.
138
5.4. Тормозной привод
В электропневматическом приводе, применяющемся на грузовых автомобилях большой длины, электричеством осуществляется управление,
а пневматикой — исполнение торможения. На рис. 5.15 изображена схема электропневматического привода.
Рис. 5.15. Схема электропневматического тормозного привода автопоезда:
1 — тормозной кран; 2 — контактор; 3 — кран; 4 — воздухораспределитель; 5 — электропроводная связь; 6 — разъем; 7 — источник электропитания; А — соединительная магистраль
Электрическая часть состоит из контактора, крана для каждого прицепа
с электроуправлением, источника электропитания, проводов и разъема.
При нажатии на педаль тормоза краны открываются и выпускают сжатый воздух из магистрали А. Далее через воздухораспределитель газ поступает к тормозным камерам прицепа и начинается его торможение.
Такой привод имеет быстрое срабатывание, но необходимо обеспечить
его надежную защиту от механического воздействия и грязи.
139
6. Несущие системы автомобилей
Несущая система автомобилей.
Назначение. Типы. Требования
К
несущим системам относят кузова и рамы автомобилей, предназначенные для установки на них агрегатов и механизмов трансмиссии, систем управления и подрессоривания, а также вспомогательного оборудования.
На сегодняшний день большинство автопроизводителей ведёт исследования в области новых материалов, технологий и конструкций для
производства несущих систем. При проектировании нового автомобиля большое значение имеет выбор конструктивных и технологических
решений, поскольку в общих затратах на проектирование и производство несущая система занимает значительный объем. Конструктор должен учитывать множество факторов, таких, как стоимость материалов,
технологии и объемы производства, назначение автомобиля и его ценовой сегмент, требования безопасности и эргономики. Основной задачей,
стоящей перед инженером, занятым в проектировании несущей системы, является сокращение массы. Кузова, рамы и подрамники являются
материалоемкими изделиями, поэтому в борьбе за улучшение эксплуатационных свойств мировые автопроизводители ищут пути создания более легких несущих систем при сохранении ими прочности и жесткости
на необходимом уровне.
При нарушении целостности или работоспособности несущей системы автомобиль подлежит капитальному ремонту, поскольку возникает
необходимость снятия узлов, систем и агрегатов.
Основные направления исследований в области кузовостроения: применение композитных материалов и легких металлических сплавов, подбор оптимальных размеров и сечений элементов кузова, технологическое
совершенствование процесса сборки кузова.
140
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
В автомобилестроении принято выделять две основные группы несущих систем (рис. 6.1) — рамные и безрамные конструкции. В автомобилях с рамной конструкцией основные нагрузки воспринимает рама
(рамная несущая система) или рама совместно с кузовом (рамно-кузовная несущая система). При применении безрамной конструкции нагрузки воспринимаются элементами кузова (кузовная несущая система), который в этом случае называется несущим.
Несущая система
Рамная
Кузовная
Рамно-кузовная
Рис. 6.1. Классификация несущих систем автомобиля
В связи с тяжелыми условиями работы к несущим системам всех типов предъявляют следующие требования:
· высокая долговечность, поскольку она определяет ресурс эксплуатации автомобиля;
· высокая жесткость;
· исключение возможных относительных перемещений агрегатов
и механизмов;
· обеспечение достаточного хода подвески и больших углов поворота управляемых колес;
· удобство монтажа узлов, систем и агрегатов.
Во время движения автомобиля несущая система воспринимает статические и динамические нагрузки разного происхождения. Статическое
нагружение связано с действием веса грузов и пассажиров, агрегатов и систем, опирающихся на несущую систему. Несущая система подвергается изгибным и скручивающим нагрузкам. При движении по неровным
поверхностям на несущую систему передаются динамические нагрузки от системы подрессоривания. Для автопоездов характерно дополнительное нагружение несущей системы через тягово‑сцепное или седельно-сцепное устройство. Особенно высокие нагрузки действуют в момент
трогания автомобиля с места или резкого торможения.
Работоспособность несущей системы определяется ее прочностью
и жесткостью под действием динамических нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации.
Рамная несущая система (рис. 6.2) получила широкое распространение, вплоть до 30 гг. XX в. она являлась единственным вариантом несу141
6. Несущие системы автомобилей
щих систем. На сегодняшний день рамные конструкции не потеряли своей
актуальности для всех типов грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов, некоторых автобусов. В легковом автомобилестроении рамные конструкции используются для автомобилей повышенной и высокой проходимости.
Рамные конструкции имеют наиболее простую конструкцию, высокую
ремонтопригодность и технологичность производства. Универсальность
рамной конструкции обеспечивает возможность выпуска линейки модификаций на базе одного шасси.
Рис. 6.2. Рамная несущая система автомобиля:
1 — кузов; 2 — рама
Кузовная несущая система (рис. 6.3) является наиболее популярной
среди производителей легковых автомобилей. Кузовная несущая система представляет интегрированную конструкцию, в которой нагрузки приходятся по всему кузову. Для производства кузовных несущих систем
используют, как правило, сварку предварительно приготовленных металлических панелей и других компонентов, которые получили путем
штампования или отливки целых деталей сложной формы или с помощью комбинации этих методов. Несмотря на то, что панели и обшивка
транспортного средства воспринимают часть нагрузок, основная их масса приходится на лонжероны, перегородки и поперечины.
Для снижения вибраций, гибкости и шумности кузова многие автопроизводители используют конструктивные элементы коробчатого сечения.
Преимуществами таких несущих систем являются меньшая суммарная
масса и лучшее использование внутреннего пространства.
142
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
Рис. 6.3. Кузовная несущая система автомобиля
Рамно-кузовная несущая система (рис. 6.4) нашла применение преимущественно в автобусостроении. Особенностью конструкции является
совместная работа рамы и каркаса кузова, при этом кузов не имеет собственного основания, а связан непосредственно с рамой.
1
2
Рис. 6.4. Рамно-кузовная несущая система автомобиля:
1 — кузов; 2 — рама
Преимуществами использования конструкции данного типа являются низкая масса в сравнении с рамной, более простая конструкция и высокая технологичность производства. По сравнению с рамной несущей
системой рамно-кузовная имеет несколько меньшую массу кузова и более низкую высоту пола.
Рамы
Как правило, автомобильные рамы изготавливают из высокоуглеродистых сталей, структурными элементами рамы являются лонжероны и поперечины, которые изготовлены путем проката, гибки или прессования
143
6. Несущие системы автомобилей
стальных листов. Конструктивно лонжероны и поперечины могут иметь
поперечное сечение швеллера или квадратной трубы, иногда двутавра.
К конструкциям рам предъявляются специальные требования:
· обеспечение высокой прочности и жесткости при минимальной массе;
· высокая надежность;
· отсутствие взаимного перемещения узлов и агрегатов в процессе
движения;
· высокую технологичность производства и ремонта.
Типы рам, применяемых на автомобилях, приведены на рис. 6.5
Рама
Лонжеронная
Пространственная
Хребтовая
Лестничная
Неразборная
Х-образная
Разборная
Периферийная
Рис. 6.5. Классификация автомобильных рам по конструкции
Тип рамы определяется по виду используемой несущей структуры. Выделяют лонжеронные рамы и хребтовые. Для лонжеронных рам основными элементами являются два продольных лонжерона, как правило,
имеющих поперечное сечение швеллера. Между собой лонжероны связаны несколькими поперечинами. Взаимное расположение и форма лонжеронов и поперечин определяет вид несущей структуры: лестничные,
х‑образные, периферийные, с несущим основанием и пространственные.
Лестничная рама (рис. 6.6, а) является самым распространенным типов
лонжеронных рам, применяемых на грузовых автомобилях. Конструктивно лестничные рамы состоят из двух параллельных симметричных
балок, которые называют лонжеронами 1, соединенных поперечинами 3.
Как правило, лонжероны не являются горизонтальными, а имеют выгибы для установки колес, что позволяет увеличить ход подвески. Крепление механизмов, агрегатов и систем осуществляется при помощи специальных кронштейнов.
Соединение элементов рамы между собой производится заклепками,
болтами или сваркой. Клепаное соединение применяется в рамах боль144
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
шинства грузовых автомобилей, а сварка используется для легковых автомобилей повышенной проходимости или сверхтяжелых грузовиков.
Лестничные рамы имеют хорошее сопротивление изгибу, но слабое
сопротивление кручению и короблению. Еще одним недостатком лестничных рам является высокая высота пола кузова, следовательно, высокий центр тяжести автомобиля.
Х‑образная лонжеронная рама (рис. 6.6, б) представляет собой сдвоенный лонжерон 5, как правило, коробчатого сечения, раздвоенный в передней и задней части автомобиля. Передняя вилка, образованная лонжеронами, служит для установки силового агрегата, а задняя — для крепления
моста. Рама такого типа применялась на легковых автомобилях высокой
проходимости.
Между собой лонжероны связаны поперечинами и консольными кронштейнами, к которым крепится кузов.
Х‑образная рама позволяет увеличить углы поворота управляемых
колес, улучшая маневренность автомобиля, а также обеспечивает понижение пола кузова, центра тяжести автомобиля, что приводит к повышению показателей устойчивости. Основным недостатком является жесткость системы при боковом ударе, которая может привести серьезным
травмам у пассажиров.
Периферийная лонжеронная рама (рис. 6.6, в) является наиболее распространенной среди легковых автомобилей повышенной и высокой проходимости. Конструктивно рама состоит из двух лонжеронов коробчатого
сечения, соединенных поперечинами по периметру автомобиля. Эти рамы
имеют расширение между лонжеронами в средней части, и при установке
кузова на раму лонжероны располагаются снаружи от него. Места изгибов лонжеронов в горизонтальной плоскости являются концентраторами
напряжений, поэтому в этих местах производится усиление конструкции.
Периферийная рама хорошо справляется с боковыми нагрузками, позволяет понизить уровень пола, снизив центр тяжести. Для возможности
обеспечить необходимый ход подвески рама имеет изгибы в вертикальной плоскости в надколесном пространстве.
Хребтовая неразборная рама (рис. 6.6, г) является особенностью многоосных автомобилей фирмы «Татра». Основным элементом такой рамы
является центральная труба, которая соединяет силовой агрегат и механизмы трансмиссии. При такой конструкции колеса имеют независимую
подвеску. Основным достоинством конструкции является высокая крутильная жесткость системы. Однако конструкция не получила широкого
применения из-за сложностей, связанных с доступом к механизмам трансмиссии, что значительно удорожает обслуживание и ремонт.
145
6. Несущие системы автомобилей
а
б
в
г
Рис. 6.6. Схемы рам легковых автомобилей:
а — лестничная; б — Х‑образная; в — периферийная; г — хребтовая;
1, 8 — лонжероны; 2, 6 — кронштейны; 3, 10 — поперечины; 4, 7 — вилки; 5, 9 — балки [5, с. 451]
Пространственные рамы (рис. 6.7) используются в конструкциях спортивных и гоночных автомобилей, в которых низкая масса и высокая прочность имеют решающее значение. Проектирование такой конструкции
направлено на то, чтобы элементы рамы воспринимали в основном нагрузки сжатия и растяжения. В отличие от несущего кузова, в автомобилях с пространственной рамой обшивка не способна воспринимать нагрузки и является декоративной.
Рис. 6.7. Спортивный автомобиль с пространственной рамой
146
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
Кузова
Первоначально кузов автомобиля предназначался для размещения
водителя и пассажиров, а также для их защиты от вешних воздействий.
С течением времени кузова легковых автомобилей и некоторых автобусов стали несущими, т. е. воспринимающими все нагрузки и предназначенными для крепления всех агрегатов, узлов и механизмов автомобиля.
Помимо жесткости и прочности, конструкция кузова должна обеспечивать хорошую обтекаемость, привлекательный внешний вид, обеспечение эргономических показателей и требований санитарно-гигиенических норм. В связи с этим кузов является наиболее дорогостоящей частью
автомобиля.
К кузовам автомобилей предъявляются следующие требования:
· высокая энергоемкость в передней и задней части автомобиля для
снижения тяжести последствий ДТП для водителя и пассажиров;
· высокая комфортабельность и удобство для водителя и пассажиров;
· низкое значение коэффициента сопротивления воздуха;
· высокая долговечность и коррозионная стойкость;
· высокая прочность и жесткость при малой массе;
· высокая технологичность при производстве и ремонте.
Типы кузовов, применяемые в автомобилестроении, изображены
на рис. 6.8.
Кузова
По назначению
По конструкции
По нагруженности
Легковые
Каркасные
Несущие
Грузовые
Полукаркасные
Полунесущие
Автобусные
Бескаркасные
Разгруженные
Специальные
Рис. 6.8. Классификация автомобильных кузовов
В грузовых кузовах размещают различные грузы при совершении
транспортных работ, выделяют универсальные и специализированные
кузова (рефрижераторы, изотермические и т. д.). В пассажирских кузовах
147
6. Несущие системы автомобилей
производится перевозка пассажиров, поэтому, наряду с безопасностью,
они должны обеспечивать комфортную перевозку. Специальные кузова
предназначены для перевозки специализированного оборудования (лабораторного, медицинского и др.).
Несущий кузов воспринимает все нагрузки, действующие на автомобиль. Полностью несущим безрамным кузовом считается монокок, однако такие конструкции получили распространение только в спортивных
и гоночных автомобилях из-за высокой стоимости производства. Большинство легковых автомобилей сегодня имеет кузов, выполненный заодно с рамой, поэтому он также считается несущим, хотя в его конструкции присутствуют лонжероны и усиливающие элементы.
Такая конструкция получила название unitary construction design или
unibody.
Полунесущий кузов имеют некоторые автобусы. В такой конструкции
кузов непосредственно связан с рамой и воспринимает часть нагрузок,
приходящихся на автобус.
Разгруженный кузов не имеет жесткого соединения с рамой. Крепление к раме осуществляется при помощи резиновых элементов или подушек. Таким образом, кузов воспринимает только статическую нагрузку
от веса перевозимого груза.
Каркасный кузов имеют некоторые автобусы и спортивные автомобили. Его основой является пространственная рама (каркас), к которой
крепится обшивка кузова. Панели обшивки в таких конструкциях не способны воспринимать нагрузки, поэтому нагрузки воспринимаются рамой. В данном случае кузов является разгруженным, а несущим элементом является пространственная рама.
Полукаркасный (скелетный) кузов представляет собой элементы каркаса, такие, как стойки, дуги, усилители, которые соединяются между собой при помощи элементов внутренней и наружной облицовки. Нагрузки
воспринимаются как элементами каркаса, так и элементами облицовки.
Бескаркасный (оболочковый) кузов состоит из штампованных деталей
и панелей, сваренных между собой. Для увеличения жесткости такой системы поперечное сечение некоторых элементов является коробчатым,
определенной формы. Сами детали также имеют сложную форму, которая является решением оптимизационной задачи обеспечения высокой
прочности и жесткости с минимальной массой. Бескаркасными выполняются кузова современных легковых автомобилей, так как они очень
технологичны при производстве — автоматическая сварка панелей кузова может производиться на конвейере. Бескаркасными также делаются цельнометаллические кабины грузовых автомобилей.
148
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
Конструкционные материалы кузовов
Снижение выбросов и повышение топливной экономичности — одни
из самых перспективных направлений в развитии автопроизводителей.
Использование легких материалов позволяет решить задачу снижения
выбросов и повышения общей топливной экономичности гораздо эффективнее, чем прочие методы. Эксперименты показывают, что 10 % снижения веса могут привести к снижению расхода топлива на 6…8 %.
Тонколистовая сталь. Основными факторами при выборе материалов для производства кузовов являются такие характеристики, как прочность, коррозионная стойкость, простота обработки и высокий ресурс.
За историю кузовостроения было разработано множество методов улучшения характеристик стальных сплавов, на сегодняшний день подавляющее большинство компаний использует для производства несущих систем низкоуглеродистые и легированные стали.
За последние несколько лет значительно возросло использование высокопрочных низколегированных сталей. Эти материалы легли в основу Ultralight Steel Auto Body (ULSAB). Кузов ULSAB продемонстрировал
снижение массы кузова на 19 % при сохранении высокой прочности и эффективности.
Большая часть деталей кузова изготовлена из тонколистовой низколегированной или низкоуглеродистой стали (0,6…3 мм), которая обладает высокой прочностью и позволяет осуществлять глубокую штамповку
деталей сложной формы. Панели кузова в конструкции современных автомобилей подвержены высоким изгибным и скручивающим нагрузкам,
при этом они должны эффективно поглощать энергию при столкновениях, чтобы защитить водителя.
Наиболее распространенным методом производства панелей является
гидропрессование. В настоящее время развивается технология на основе
гидроформования, при котором стальная труба-заготовка расширяется
в форме требуемого профиля импульсом высокого внутреннего гидравлического давления. Это альтернативный путь создания закрытых полостей кузова, он может использоваться для формирования стоек двери,
усилителей крыши, оконных рам или фронтальных деталей.
Алюминиевые сплавы. Использование алюминия преимущественно служит для снижения массы, кроме того, алюминий имеет высокую коррозионную стойкость. Масса алюминиевого кузова в два раза меньше, чем
стального с такими же характеристиками жесткости и энергопоглощения.
Использование алюминия в конструкциях несущих систем ограничено его высокой стоимостью и сложностью технологической обработки.
149
6. Несущие системы автомобилей
Алюминий относится к трудносвариваемым материалам, поэтому сегодня только некоторые детали выполняются из алюминиевых сплавов, крепление которых осуществляется без сварки.
Магниевые сплавы. Магний является еще одним легким металлом, который становится все более распространенным явлением в автомобильной технике. Он на 33 % легче, чем алюминий, и на 75 % легче, чем сталь.
Магниевые сплавы имеют недостаточные физико-механические свойства;
при том же пределе текучести, что и у алюминия, магний имеет более низкий предел прочности. Модуль упругости и твердости магния ниже, а коэффициент температурного расширения — выше.
Магниевые сплавы имеют различные преимущества по сравнению
с алюминием, в частности, высокую долговечность и более быстрое затвердевание. Кроме того, компоненты магния имеют более высокую технологичность.
Из-за слишком низкой механической прочности чистый магний должен быть сплавлен с другими элементами. Наиболее распространенными легирующими элементами для применения в кузовостроении является группа Mg-Al-Zn.
Пластмассы (пластики). Пластмассы позволяют снизить массу кузова, однако их невозможно переработать и использовать в повторном
цикле производства. Пластмассы не подвержены коррозии, что является их значительным преимуществом, однако их производство является
вредным и значительно загрязняет атмосферу. Наиболее популярными
типами пластиков для производства деталей кузова являются полиамид
(нейлон), поликарбонат, полиэтилен, полипропилен и полиуретан. Пластмассы, содержащие газы и разрушающие озоновый слой, например, поливинилхлорид и политетрафторэтилен, выходят из обращения.
Пластмассы повсеместно применяются там, где их преимущества очевидны, например, в формованных бамперах, в которых сопротивление
незначительному разрушению при ударе является чрезвычайно ценным.
Композитные материалы. Композитные материалы являются одним
из наиболее перспективных направлений в кузовостроении. Благодаря
сочетанию нескольких компонентов композитные материалы позволяют получить легкие детали с высокими прочностными характеристиками.
Первым композитным материалом, использованным в кузове транспортного средства, был стеклопластик (GRP — Glass Reinforced Plastic),
в котором полиэстер или эпоксидная смола соединена со стекловолокном. В готовом изделии стекловолокно обеспечивает большую часть механической прочности, в то время как основа из смол поддерживает форму и обеспечивает удобство обработки поверхности.
150
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования
Альтернативный подход используется в листовой отливке (SMC — Sheet
Moulding Compound), в которой гибкие листы укрепленной смолы подготовлены и затем спрессованы. Компоненты более толстые, но маленькие
могут быть сформированы из густого литьевого компаунда (DMC — Dough
Moulding Compound). Наиболее часто используемый «каркас» во всех этих
материалах — стекловолокно, которое является дешевым, качественным
и имеет очень высокое отношение жесткости к массе. Для специального
применения в дорогостоящих конструкциях используют более жесткое
и прочное углеродистое волокно — кевлар, оно часто используется в качестве основы при изготовлении «кокона» гоночного автомобиля.
Различные типы слоистых материалов получили название «сандвичпанели» (Sandwich) — пластмассовые слои между тонкими слоями стали. Панели, сделанные из такого типа материала, могут действовать как
эффективные шумопоглотители.
151
7. Движители колесных машин
7.1. Колесные движители
К
олесо — это вид движителя, позволяющий установленному
на нему телу катиться, а не скользить. В автомобиле колеса
осуществляют его связь с дорогой, выполняя также функцию
подрессоривания и изменения направления движения.
Разрез колеса автомобиля изображен на рис. 7.1. Оно состоит из пневматической шины, обода, соединительной части и ступицы. Обод и соединительный элемент вместе называются диском.
Шина должна выполнять сразу две функции —
во‑первых, частично поглощать удары от профиля
дороги, во‑вторых, обеспечивать хорошее сцепление колеса с опорной поверхностью.
Диск необходим для соединения пневматической
шины и ступицы. Ступица необходима для обеспечения возможности вращения колеса вокруг своей оси
и соединения его с подвеской. Ступица устанавливается в цапфе колеса на подшипниках. При использовании разгруженных полуосей роль ступицы может
играть фланец полуоси.
Рис. 7.1. АвтомоКлассификация автомобильных колес приведебильное колесо:
на на рис. 7.2.
1 — шина; 2 — обод;
К ведущим колесам подводится крутящий момент,
3 — соединительный
который преобразуется в силу тяги.
элемент; 4 — ступица
Управляемые и поддерживающие колеса ведомые,
к ним не подводится крутящий момент. Управляемые также служат для
сохранения или изменения направления движения автомобиля.
Комбинированные колеса выполняют сразу две функции и являются
одновременно ведущими и управляемыми.
152
7.1. Колесные движители
Колеса
По назначению
По конструкции
Ведущие
Дисковые
Управляемые
Спицевые
Комбинированные
Бездисковые
Поддерживающие
Рис. 7.2. Классификация колес
Дисковые колеса могут в качестве соединительного элемента иметь
штампованный диск (рис. 7.3, а) или литой (рис. 7.3, б). Такой тип дисков наиболее распространен на всех автомобилях. Литые диски выполняются легкосплавными, в их составе используются алюминий и магний.
а
б
Рис. 7.3. Дисковые колеса
В бездисковых колесах (рис. 7.4) соединительный элемент выполняется вместе со ступицей и изготавливается разъемным. Такой тип дисков
используется на грузовых автомобилях и автобусах. Бездисковая конструкция обеспечивает легкость монтажа, большую долговечность, более низкую стоимость и меньшую, чем у стальных штампованных, массу.
Спицевые колеса в качестве соединительного элемента обода и ступицы имеют проволочные спицы (рис. 7.5). В настоящее время они практически не используются.
Все диски имеют размеры, строго регламентированные стандартами
и соответствующую маркировку.
153
7. Движители колесных машин
а
б
Рис. 7.4. Бездисковое колесо, его общий вид (а) и крепление колеса (б):
1 — секторы колеса; 2 — ступица; 3 — крепление; 4 — шпилька; 5 — гайка
Рис. 7.5. Спицевое колесо
Пример полной маркировки диска:
7,5J х 15 Н2 5х100 ЕТ 30 d53,2,
где 7,5 — ширина обода в дюймах; J — тип профиля закраин обода; 15 —
диаметр обода в дюймах; Н2 — наличие кольцевых выступов, необходимых для надежной фиксации шин, на посадочном месте обода с двух
сторон (индекс H означает их наличие только с одной стороны); 5 — количество отверстий под крепеж; 100 — диаметр центров отверстий под
крепеж; ЕТ 30 — вылет 30 мм; 53,2 — диаметр центрального центровочного отверстия.
Вылет колеса — это смещение центра пятна контакта колеса с дорогой
относительно вертикальной оси, проходящей через центр ступицы. Ее
необходимо правильно рассчитывать, поскольку положение пятна контакта относительно оси поворота колеса очень важно для управляемости
автомобиля. Примеры вылетов изображены на рис. 7.6
154
7.2. Шины
а
б
в
Рис. 7.6. Вылет диска:
а — отрицательный; б — нулевой; в — положительный
7.2. Шины
Шины являются очень важным элементом автомобиля, поскольку влияют на устойчивость, управляемость, топливную экономичность, тормозные свойства, плавность хода и другие характеристики автомобиля.
К шинам, помимо общих, предъявляются специальные требования,
согласно которым они должны иметь:
1) минимальное сопротивление качению;
2) надежное сцепление с дорогой;
3) низкую удельную нагрузку в месте контакта с дорогой;
4) максимально возможное сопротивление боковому уводу;
5) минимальные массу и момент инерции;
6) высокие упругие свойства, способствующие повышению плавности
хода;
7) высокую герметичность (способность надежно удерживать сжатый
воздух);
8) статическую и динамическую уравновешенность;
155
7. Движители колесных машин
9) минимальное биение, соответствующее допустимым пределам;
10) минимально допустимый уровень шума при движении автомобиля;
11) рисунок протектора, соответствующий дорожным условиям эксплуатации;
12) высокую самоочищаемость протектора на деформируемых дорогах;
13) высокую прочность, износостойкость, долговечность и противостояние проколам и другим видам повреждений;
14) достаточную ремонтопригодность (в том числе удобство монтажа
и демонтажа).
Важность того или иного требования зависит от назначения автомобиля.
Конструкция покрышки включает в себя каркас, брекер, протектор,
боковины и борта (рис. 7.7).
1
2
3
4
Рис. 7.7. Конструкция пневматической шины:
1 — двухслойный протектор (красным выделена мягкая резина); 2 — специальная форма бортового кольца; 3 — плечевые части, устойчивые к порезам; 4 — защитный бортовой
слой
Каркас шины состоит из прорезиненного корда, уложенного в несколько слоев. Корд — это ткань, состоящая из множества близко расположенных друг к другу металлических, стекловолокольных или композитных
нитей. Прочность корда напрямую влияет на долговечность шины. Для
повышения предельных нагрузок, которые способна выдержать шина,
увеличивают число слоев корда, но вместе с этим растут ее масса и сопротивление качению.
Форма борта шины должна обеспечивать плотное ее прилегание к ободу колеса. Механические свойства борта должны быть достаточно высоки156
7.2. Шины
ми, чтобы исключить возможность соскальзывания шины с обода. Чтобы
это предотвратить, внутрь бортов устанавливают специальные бортовые
кольца из металлической проволоки. Снаружи борта покрываются прорезиненным кордом и резиной.
Тонкий слой эластичной и прочной резины, наносимый снаружи
на каркас, называется боковиной. Он необходим для защиты шины от боковых повреждений.
Поверхность колеса, контактирующая с дорогой, называется протектором. Протектор должен обеспечивать надежное сцепление с опорной
поверхностью и защищать от повреждений каркас шины. Он изготавливается из резины с высокой степенью износостойкости. Протектор выполняется с определенным рисунком, тип которого зависит от назначения шины.
Брекер — это специальный пояс, изготовленный из многослойного
корда. Брекер находится между каркасом и протектором. Он существенно влияет на форму пятна контакта и защищает каркас от ударов, распределяя возникающие нагрузки по всем частям шины.
Изнутри шина покрыта тонким слоем мягкой резины; его свойства и состав зависят от того, является шина камерной или бескамерной.
В бескамерной шине внутренний слой должен быть воздухонепроницаемым, а на наружную поверхность борта необходимо дополнительно наносить слой эластичной резины, обеспечивающий герметичность внутреннего
пространства шины при ее посадке на обод. Этот слой также предотвращает резкое падение давления в шине при ее проколе. Вентиль для накачивания шины герметично устанавливается на диске. Бескамерные шины,
в отличие от камерных, имеют меньшую массу и меньше нагреваются при
использовании. Обусловлено это отсутствием трения камеры о покрышку. Главными недостатками бескамерной шины являются невозможность
её ремонта без наличия специальных материалов и повышенные требования к чистоте и гладкости места прилегания шины к ободу диска.
Более подробная классификация шин изображена на рис. 7.8.
Форма рисунка протектора существенно влияет на сцепление колес автомобиля с дорогой в тех или иных условиях.
Наибольшее распространение получили виды протектора, изображенные на рис. 7.9–7.13.
Шины с дорожным рисунком протектора (рис. 7.9) используются на автомобилях, передвигающихся по дорогам с твердым покрытием. Такой
рисунок состоит из множества диагональных зигзагообразных ребер и канавок, он обеспечивает низкий шум при использовании и достаточную
износостойкость.
157
7. Движители колесных машин
По назначению
По герметизации
По конструкции
По профилю
Рис. 7.8. Классификация шин
а
б
в
Рис. 7.9. Шины с дорожным рисунком:
а — симметричный; б — направленный; в — асимметричный
Дорожные шины также подразделяют на шины с симметричным рисунком (рис. 7.9, а), направленным рисунком (рис. 7.9, б) и асимметричным рисунком (рис. 7.9, в). Каждый из них имеет свои преимущества:
в шинах с направленным рисунком лучше осуществляется отвод грязи
и воды от пятна контакта с дорогой, ассиметричный рисунок обеспечивает хорошую работу при различных условиях эксплуатации, а запасное
колесо с симметричным рисунком можно устанавливать на место любого из колес.
Шины с универсальным рисунком протектора (рис. 7.10) используются на автомобилях, которые эксплуатируются как на дорогах с асфальтовым, так и с грунтовым покрытием. При движении по асфальту в большей степени работает центральная часть с мелкой насечкой, а при съезде
158
7.2. Шины
на более мягкое покрытие в ход вступают боковые части с крупной насечкой, цепляясь за грунт. Недостатком таких шин является повышенное
изнашивание при движении по сухим и твердым дорогам. Такие шины
используются, как правило, в течение всего сезона.
Рис. 7.10. Шины с универсальным рисунком протектора
Рисунок повышенной проходимости (рис. 7.11) выполняется на шинах,
которые устанавливаются на технику, работающую в тяжелых дорожных условиях. Такой протектор имеет высокое сцепление с мягким грунтом и не задерживает грязь между выступами. Движение на таких шинах
по твердому покрытию приводит к интенсивному износу грунтозацепов,
повышенному шуму и ухудшению управляемости ТС.
Рис. 7.11. Шины с рисунком повышенной проходимости
На рис. 7.12 изображена шина с карьерным рисунком. Такой тип протектора схож с предыдущем, но выступы в нем выполняются более широкими, а канавки — наоборот. Такой рисунок обеспечивает несколько
худшие сцепные с мягким грунтом свойства, но большую долговечность.
Рис. 7.12. Шина с карьерным рисунком протектора
159
7. Движители колесных машин
С зимним рисунком протектора (рис. 7.13) выполняются шины, предназначенные для использования на снежных и заледенелых покрытиях.
Канавки здесь выполняются достаточно широкими и глубокими для хорошего отвода снега и грязи из пятна контакта, но при движении по сухим и твердым покрытиям это приводит к быстрому износу шин и понижению допустимой максимальной скорости. Зимние шины выполняются
из тех сортов резины, которые минимально теряют свои эластичные свойства при отрицательных температурах.
Рис. 7.13. Шины с зимним рисунком протектора
Классификация шин по профилю
Для обычного профиля (тороидного) характерно близкое к окружности
сечение. Тип профиля характеризуется отношением его высоты H к ширине B, и в данном случае оно более 0,9 (рис. 7.14). Такие шины все реже
используются на легковых автомобилях и применяются, в основном,
на грузовых автомобилях, автобусах, прицепах и полуприцепах.
D
Н
d
Н
В
Рис. 7.14. Основные размеры шины
160
7.2. Шины
Шины с широким профилем (рис. 7.15) имеют сечение по форме близкое к овалу при Н/В = 0,6…0,9. Такие шины могут выполняться с одной
или двумя беговыми дорожками и работать с постоянным или переменным давлением воздуха. Шины с одной дорожкой и переменным давлением используются на автомобилях, которым необходимо кратковременно
повышать проходимость, а с двумя дорожками и постоянным давлением — на двускатных задних колесах.
Широкопрофильные шины относительно тороидных имеют большую
грузоподъемность, лучшую управляемость и устойчивость и повышают
проходимость ТС. Кроме того, из-за пониженного сопротивления качению снижается расход топлива.
а
б
Рис. 7.15. Широкопрофильные шины с двумя (а) и одной (б) беговыми дорожками
Низкопрофильные шины (рис. 7.16) применяются на более скоростных
автомобилях для повышения устойчивости и управляемости. В этих шинах Н/В = 0,50…0,8, а у сверхнизкопрофильных — Н/В < 0,5. Однако использование низкого профиля снижает амортизирующие свойства шины
и предъявляет более высокие требования к качеству дорожного покрытия.
Рис. 7.16. Низкопрофильная шина
На рис. 7.17 изображены арочные шины. В сечении они имеют профиль в виде арки с переменной кривизной. Борта таких шин выполняют161
7. Движители колесных машин
ся низкими и мощными, каркас — прочным, с малым сопротивлением изгибу, благодаря чему их радиальная деформация в два раза больше, чем
у обычных. Отношение у таких шин Н/В = 0,35…0,50, а рисунок протектора выполняется с мощными отдельными грунтозацепами.
Рис. 7.17. Арочная шина
Пневмокатки (рис. 7.18) — шины бочкообразной формы, обладающие большой эластичностью с отношением Н/В = 0,25…0,40. У таких шин
протектор с редкими невысокими грунтозацепами, служащими как для
повышения прочности покрышки, так и для придания формы. Благодаря эластичности, которая в 3...4 раза выше, чем у обычных шин, и низкому давлению внутри пневмокатки обладают очень низким давлением
на грунт, что позволяет использовать их преимущественно на сельскохозяйственной и специальной технике при передвижении по мягкому грунту, снежной целине, зыбучим пескам и болотам. Однако они имеют и свои
минусы — низкую грузоподъемность и быстрый износ при использовании на дорогах с твердым покрытием.
Рис. 7.18. Пневмокаток
162
7.2. Шины
Маркировка шин
Каждая шина имеет на боковине маркировку, содержащую информацию о производителе, размерности и условиях эксплуатации, для которых она предназначена. Пример маркировки шины с пояснениями приведен на рис. 7.19.
Конструкция шины:
R — радиальная, D — диагональная
Высота профиля, % от ширины
Ширина протектора (мм)
Диаметр диска (дюймы)
Индекс нагрузки
Индекс скорости
Класс шины
Бескамерная или
tube-type (тип камеры)
Максимальная
нагрузка и давление
Усиленная, если есть
эта надпись или «RF»
Детали конструкции
шины
Модель
Направление
вращения
Наружная сторона
асимметричных шин
Соответствие требованиям
безопасности ЕСЕ
Логотип производителя
Соответствие требованиям безопасности DOT
(департамент транспорта США), последние
4 цифры — дата выпуска: 26 неделя 2013 года
Тип дорожного покрытия:
Mud — грязь + Snow — снег
M+S — всесезонная резина
M+S — для тяжелых
зимних условий
Рис. 7.19. Маркировка шины
Классы шин: M/T — для бездорожья; A/T — универсальная; H/T — для
твердого покрытия; H/P — шоссейная.
Размерность шины указывается крупной надписью:
195/55 R 15 83 S,
где 195 — ширина профиля, мм (у широкопрофильных шин первая цифра — это наружный диаметр шины); 55 — это серия шины, она выражает
отношение высоты профиля к ширине, % (если серия не указана, то ее величина составляет 80…82 %); R — буква, указывающая направление нитей
корда (в данном случае шина радиальная, диагональные шины не обозначаются); 15 — посадочный внутренний диаметр шины, выраженный
163
7. Движители колесных машин
в дюймах, он же — диаметр диска; 83 — индекс нагрузки, он представляет
из себя условную величину, с помощью которого по таблицам определяется максимальная допустимая нагрузка на шину (индекс 83 соответствует 483 кг); S — индекс скорости, также является условным обозначением (буква S соответствует максимально допустимой скорости 180 км/ч).
В следующей табличной форме приведены значения индексов скорости:
Индекс
J
K
L
M
N
P
Q
R
S
T
И
H
V
VR
W
Y
ZR
Скорость 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 240 >210 270 300
>240
Помимо размерности, на шине в зависимости от страны-производителя и рынка, для которого она изготавливается, могут указываться дополнительные символы.
Соответствие шины стандартам США изображается отметкой DOT,
а европейским стандартам — индексом Е22 в круге.
После надписи MAXPRESSURE указывается значение максимально
допустимого давления воздуха в шине, измеряемое в ненагреом состоянии (в кПа).
Наличие букв «М + S» означает Mud + Snow (грязь + снег) и говорит
о возможности использования шин на снежном и грязном покрытии. Слово WINTER говорит о предназначенности шины для использования в зимний период, AQUATRED или AQUACCNTACT — о возможности движения
по мокрым дорогам, маркировкой AS (AllSeasons — все сезоны) или AW
(AnyWeather — любая погода) обозначаются всесезонные шины. Обозначение tubeless говорит о том, что шина бескамерная. Четыре цифры в овале показывают время изготовления шины (первые две — неделя, третья
и четвертая — год изготовления).
Шины с ассиметричным рисунком часто маркируются следующими
надписями:
ROTATION — указывается со стрелкой и показывает направление вращения;
LEFT — шина для левой стороны автомобиля;
RIGHT — шина для правой стороны автомобиля;
OUTSIDE — эта сторона должна быть снаружи автомобиля;
INSIDE — эта сторона должна быть внутри автомобиля.
Развитие автомобильных шин из-за их важности для безопасности
вождения происходит очень активно. Производители разрабатывают
новые материалы, конструкции шины и рисунки протектора для повышения их сцепных свойств, долговечности и снижения шума и сопротивления качению.
164
Заключение
В
заключение отметим, что с типовых конструкций, которые приведены в данном учебном пособии, стоит начинать изучение
конструкции автомобилей. Понимание устройства основных
узлов и агрегатов автомобилей является базой для изучения множества
специальных дисциплин, например, таких, как теория движения автомобилей, проектирование трансмиссий автомобилей, конструирование
и расчет автомобилей, эксплуатация и ремонт автомобилей и т. д.
Современные конструкции автомобилей становятся сложнее для повышения показателей безопасности, экологичности и топливной экономичности. Одним из основных направлений является увеличение электронных и автоматизированных систем в узлах и агрегатах автомобилей.
Механическая часть также совершенствуется, однако основные принципы работы механизмов остаются неизменными.
165
Список
библиографических ссылок
1. Крайнев А. Ф. Машиноведение на языке схем, рисунков, чертежей.
Детали машин, соединения и механизмы. М. : Спектр, 2010. 297 с.
2. Приказ Федеральной дорожной службы России № 56 от 15.03.99 г.
Об утверждении норм «Максимальные массы и габариты транспортных средств, эксплуатируемых на автомобильных дорогах общего назначения» [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.lenprom.spb.ru/files/documentation/85.pdf (дата обращения 27.03.17).
3. Порватов И. Н., Кристальный С. Р. Классификация и маркировка автомобилей. Методические указания к практическим занятиям. М. :
МАДИ, 2010. 49 с.
4. ГОСТ Р 52051–2003. «Механические транспортные средства и прицепы. Классификация и определения». М. : Издательство стандартов, 2003. 15 с.
5. Вахламов В. К. Автомобили: конструкция и элементы расчета: учебник. М. : Академия, 2006. 480 с.
6. Автомобили: конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия:
учеб. пособие для спец. «Автомобили и тракторы» / А. И. Гришкевич [и др.] ; под ред. А. И. Гришкевича. Минск : Высш. шк., 1985.
240 с., ил.
7. Основы конструкции автомобиля / А. М. Иванов [и др.]. М. : За рулем, 2005. 336 с., ил.
8. Лукин П. П., Гаспарянц Г. А., Родионов В. Ф. Конструирование и расчет автомобиля: учебник. М. : Машиностроение, 1984. 376 с., ил.
9. Осепчугов В. В. Автомобиль: анализ конструкций, элементы расчета : учебник. М. : Машиностроение, 1989. 304 с., ил.
166
Учебное издание
Акулова Анастасия Александровна
Строганов Юрий Николаевич
ОСНОВЫ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ
Редактор М. А. Терновая
Верстка О. П. Игнатьевой
Подписано в печать 27.06.2017. Формат 70×100/16.
Бумага офсетная. Цифровая печать. Усл. печ. л. 13,5.
Уч.-изд. л. 8,8. Тираж 50 экз. Заказ 186
Издательство Уральского университета
Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ
620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5
Тел.: +7 (343) 375-48-25, 375-46-85, 374-19-41
E-mail: [email protected]
Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ
620083, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4
Тел.: +7 (343) 358-93-06, 350-58-20, 350-90-13
Факс: +7 (343) 358-93-06
http://print.urfu.ru
I SBN 579962127 - 1
9 785799 621278
