Меню

Особенности автомобиля как изделия

Особенности автомобиля как изделия

При проектировании многих машин приходится учитывать их особенности, важные для обеспечения надежности. Некоторые из них являются достаточно общими. Например, чем производительнее машина, тем важнее ее безотказность и долговечность; если машина является неотъемлемой частью при обеспечении сложного технологического процесса то ее отказ нарушает ход этого процесса, то есть безотказность проектируемой машины — одно из важнейших требований. Кроме того, существуют и частные особенности, которые также важно учитывать конструктору. Рассмотрим их для автомобильных конструкций. Число таких особенностей значительно, и мы ограничимся некоторыми примерами.

Одни особенности облегчают обеспечение надежности, другие обусловливают повышение к ней требований, влияние третьих не является однозначным. Ниже указаны особенности, облегчающие обеспечение надежности.

1. Если автомобиль — машина единообразного назначения и массового использования, то отказ отдельных автомобилей обычно не вызывает отказа транспортного процесса в целом.

2. В тех случаях, когда автомобиль выполняет специальные функции и не подпадает под условия предыдущего пункта, различные условия его использования, могут положительно влиять на показатели надежности, повышая их. Например, в некоторых случаях масса груза специализированного автомобиля может быть пониженной (подвижные мастерские, автокраны); в других случаях специализированные автомобили могут иметь меньшие суточные и годовые пробеги (пожарные автомобили). То же относится к автомобилям, находящимся в индивидуальном пользовании.

3. Возможность обеспечивать повышенную надежность созданием резерва специализированных автомобилей (скорой помощи) или тем более общего назначения.

4. Автомобиль — ремонтируемое изделие, которое может восстанавливаться по агрегатам, узлам или деталям в различных условиях — от ремонтных мастерских до специализированных заводов (вторичное производство). Это позволяет поддерживать значительный ресурс агрегатов, а для автомобиля обеспечивать необходимые ресурсы.

5. Автомобиль — изделие, которое проектируется, как правило, в условиях четкой преемственности: по прототипам и их агрегатам имеются материалы и опыт конструирования, испытаний макетов и образцов, исследовательских работ.

6. Автомобили включаются, как правило, в систему планово — предупредительного обслуживания, типичную для крупных автотранспортных предприятий. Это создает условия накопления достоверной и разносторонней информации об их эксплуатационной надежности в различных условиях (например, климатических) путем организации подконтрольной эксплуатаций в различных

Приведем несколько примеров особенностей автомобиля, затрудняющих обеспечение его надежности;

1 .Автомобиль—сложное изделие, насчитывающее тысячи деталей не только механических, но также гидравлических, пневматическях и электрических систем и агрегатов. Например, модель одного из трехосных грузовых автомобилей включала около 4500 деталей 1700 наименований, в том числе 174 изделия электрооборудования и 7700 нормалей 600 наименований.

2. Автомобиль — это машина с ярко выраженными динамическими процессами, сопровождающимися значительными (механическими, тепловыми, электрическими и т. п.) нагружениями деталей и рабочих поверхностей.

3. Сложность конструкции автомобиля приводит к тому, что в его изготовлении участвует большое число заводов — сотни смежных предприятий поставляют заводу-изготовителю металл и другие материалы, комплектующие детали, узлы и агрегаты, неисправности и отказы которых увеличивают число причин возможной утраты исправного состояния и работоспособности выпускаемых автомобилей.

4. Обычно автомобиль — машина массового производства, что налагает свои ограничения, например:

— необходимость в высокой производственной стабильности, поскольку любая ошибка в проектировании, изготовлении, повторяется сотни и тысячи раз ежедневно;

— требование ограничения стоимости, в частности применяемых материалов и технологий;

— необходимость контроля (управления) организации производства не только на основном заводе, но и на заводах-поставщиках;

— зависимость производственной надежности выпускаемых автомобилей от большого числа рабочих различной квалификации.

5. Условия эксплуатации автомобилей носят случайный характер и имеют вероятностные характеристики дорожных условий, скоростей движения, массы перевозимого груза, режима движения. Даже в тех редких случаях, когда действие случайных факторов стремятся устранить, рассеяние значений наработки различных автомобилей одной выборки оказывается заметным. Наблюдение за партией автомобилей-самосвалов, одновременно поступивших с завода-изго-товителя на автотранспортное предприятие и эксплуатировавшихся в одинаковых условиях, показало, что они имели существенно различные пробеги (в тыс. км): 45—83 после 7 мес.; 66—130 через 13 мес.; 135—216 еще через 14 мес.

6. Особенности нагружения автомобиля состоят в том, что меняющиеся режимы и условия движения предопределяют для разных агрегатов и систем автомобиля различные режимы работы. Причем надежность различных агрегатов и систем зависит от условий эксплуатации (табл. 1).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Особенности автомобиля как изделия

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

Во внутреннем устройстве автомобиля можно выделить шесть структурных компонентов:

  • несущую конструкцию;
  • двигатель;
  • трансмиссию;
  • ходовую часть;
  • системы управления;
  • электрооборудование.
Читайте также:  Ремонт нового автомобиля закон
Устройство автомобиля
Несущая конструкция Несущая система автомобиля представляет собой остов, к которому крепятся все остальные агрегаты: двигатель, трансмиссия, подвеска, рулевое управление и т.д. Несущее основание должно быть достаточно прочным и жёстким, так как на него приходится основная нагрузка при движении автомобиля. Существует два типа несущих систем: отдельная рама (шасси) и несущий кузов.

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

По форме выделяют несколько разновидностей рам:

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

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

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

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

Лестничная рама

Х-образная рама

Двигатель Двигатель — источник механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Двигатель вырабатывает механическую энергию за счёт преобразования другого вида энергии (энергии сгорания топлива, электричества, солнечной энергии и т.д.). Соответственно выделяют несколько типов двигателей, различающихся по конструкции и используемому топливу:

  • Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
    — Поршневой ДВС
    — Роторно-поршневой ДВС
    — Газотурбинный ДВС
  • Двигатель внешнего сгорания
    — Паровой двигатель
  • Реактивный двигатель
  • Электрический двигатель
    — с питанием от аккумулятора
    — с питанием от топливных элементов
    — на солнечных батареях
  • Гибридный двигатель
    — электромотор + поршневой ДВС

В наше время наиболее распространёнными на легковых автомобилях остаются четырёхтактные поршневые ДВС, которые делятся на бензиновые и дизельные. Конструкция поршневого ДВС включает не только сам двигатель (блок цилиндров, головка блока, КШМ, ГРМ), но и вспомогательные механизмы (системы хранения и подачи топлива, выпуска отработавших газов, охлаждения и смазки). Подробнее см. страницы Двигатель внутреннего сгорания и Виды ДВС.

Трансмиссия Трансмиссия — это совокупность агрегатов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам, а также изменения его величины и направления. Простейшим вариантом трансмиссии является прямая передача, соединяющая двигатель с ведущим мостом напрямую. Однако в большинстве случаев частота вращения коленчатого вала поршневого ДВС не совпадает с оборотами колёс, поэтому возникает необходимость изменения передаточного числа трансмиссии. Для этого в состав трансмиссии автомобиля входят следующие компоненты:

  1. Сцепление — механизм, соединяющий двигатель с коробкой передач. Устанавливается только на автомобили с механической или роботизированной (секвентальной) коробкой передач. В первом случае сцепление управляется педалью, во втором — автоматически при помощи электроприводов. Сцепление состоит из одного или нескольких фрикционных дисков и пружин, прижимающих их к маховику двигателя. При нажатии педали (выключении сцепления) двигатель разъединён с трансмиссией, при отпущенной педали (включении сцепления) — соединён. Сцепление необходимо выключать при переключении передач, так как под нагрузкой крутящим моментом переключение невозможно. Сцепления бывают однодисковые и многодисковые, сухие и мокрые (работающие в масляной ванне).
  2. Коробка передач (КПП) — механизм, предназначенный для изменения частоты вращения приводного вала и преобразования крутящего момента. Коробка передач исправляет несоответствие оборотов коленчатого вала (от 500-800 до 5000-10000 об/мин) и ведущих колёс (0-2000 об/мин) и обеспечивает оптимальное использование мощности и крутящего момента. Коробки передач бывают механические, полуавтоматические, автоматические, вариаторные и автоматизированные (роботизированные). Подробнее см. страницу Коробка передач.
  3. Главная передача — механизм, увеличивающий крутящий момент и передающий его к ведущим колёсам. Главные передачи бывают цепные и зубчатые (червячная, коническая, гипоидная и цилиндрическая). Основной характеристикой главной передачи является передаточное число, показывающее отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни. Существуют главные передачи с возможностью выбора одного из двух передаточных чисел.
  4. Дифференциал — устройство, распределяющее крутящий момент между ведущими колёсами или ведущими мостами. Соответственно дифференциалы бывают межколёсными и межосевыми (в автомобилях с несколькими ведущими осями). Межколёсный дифференциал предотвращает проскальзывание ведущих колёс, возникающее при повороте автомобиля, когда они проходят разный тормозной путь. Дифференциал имеет планетарную конструкцию и состоит из конической зубчатой передачи карданного вала, корпуса и независимых друг от друга шестерней (сателлитов), вращающих полуоси.
    Обычный дифференциал имеет один недостаток: если одно из колёс теряет сцепление с дорогой, весь крутящий момент передаётся на него, а второе колесо остаётся неподвижным, что приводит к пробуксовке. Эта проблема решается либо ручной блокировкой дифференциала, либо использованием специального дифференциала с ограниченным проскальзыванием. Самоблокирующиеся дифференциалы бывают фрикционные (с вискомуфтой), шестерёнчатые и с электронным управлением.
  5. Карданные передачи — служат для передачи крутящего момента между валами, не лежащими на одной прямой или изменяющими свои положения в пространстве. Состоят из карданных валов, шарниров, промежуточных опор и соединительных устройств. В заднеприводных автомобилях обычно используется один карданный вал, соединяющий коробку передач с ведущей осью.
  6. Ведущий мост — конструктивный элемент трансмиссии, объединяющий главную передачу, дифференциал и полуоси с ведущими колёсами.

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

Ходовая часть Ходовая часть автомобиля состоит из мостов, подвески и колёс (дисков и шин). Легковой автомобиль обычно имеет два моста (передний и задний) и четыре колеса, два или четыре из которых ведущие (колёсная формула 4х2 или 4х4). Исключения составляют трёхколёсные микрокары и машины со сдвоенной передней или задней осью.

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

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

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

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

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

Системы управления К системам управления автомобилем относят рулевое управление, тормозную систему и электронные системы управления двигателем, трансмиссией и т.д.

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

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

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

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

Авто © 2023
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.

Adblock
detector