Автомобиль – классическое исполнение механических транспортных средств

Автомобиль – классическое исполнение механических транспортных средств

Автомобиль как машина прошёл достаточно длительный путь развития, начиная от конструкции на лошадиной тяге и заканчивая современными электрическими системами. Однако при всём наработанном совершенстве автомобиля, никогда не отступят на задний план общие сведения о таких машинах в целом. Ряд прошедших лет отметился пробами различных необычных дизайнерских решений, одни из которых имели успех, другие не имели вовсе. Рассмотрим общие сведения о конструкциях автомобильной техники, дающие цельное представление о ситуации в этой области механических машин.

Дизайнерская составляющая легкового автомобиля

Наиболее распространённым остаётся дизайн автомобильного транспорта, больше соответствующий прямоугольной форме, где колёса расположены в каждой области угла прямоугольника. Основываясь на этой идее прямоугольника, условно можно разделить «лёгкие» автомобили на пять групп конструкций:

  • передний привод (мотор в области передней части шасси),
  • задний привод (мотор в области передней части шасси),
  • полный привод (мотор в области передней части шасси),
  • задний привод (мотор в задней области шасси),
  • задний привод (мотор по центру шасси).

Наиболее распространенной схемой современных машин выступает схема с передним приводом при расположении мотора спереди.

Типичное исполнение облегчённых транспортных средств

Здесь конструкции машин варьируются от небольших двухместных спортивных автомобилей, до больших вместительных транспортных средств (внедорожники) для транспортировки людей. Также в ассортимент «лёгких» машин входят коммерческие автомобили, — фургоны и пикапы. Существует целый ряд различных типов исполнения кузова ТС:

  • седан,
  • хэтчбек,
  • универсал,
  • кабриолет,
  • купе,
  • фургон,
  • пикап.

Варианты систем конструкции легкового автомобиля

Этот термин используется для описания набора связанных компонентов автомобиля. Например, все компоненты, используемые для обеспечения работы тормозов, характеризуются одним термином — «тормозная система».

Конструкция автомобиля с мотором в передней части шасси

Такое исполнение легкового транспортного средства имеет целый ряд преимуществ. Например, явным видится фактор защиты человека (водителя/пассажира) в случае аварийного лобового столкновения с другим транспортным средством. Здесь двигатель выступает своего рода защитным барьером.

Автомобиль - задний привод двигатель спереди
Некогда широко распространённый конструктивный вариант автомобиля, где привод осуществляется на задние колёса от двигателя, расположенного в передней (фронтальной) области машины

Кроме того, конструкции подобного типа отличаются:

  • лучшим охлаждением двигателя встречным воздушным потоком,
  • эффективным исполнением функции поворота,
  • образованием свободного пространства, если двигатель установлен поперёк шасси,
  • действием привода в одном направлении с управляемыми колёсами.

Автомобиль — конструкция с мотором сзади

Исполнение с задним приводом, функционирующим от переднего двигателя, — технология, которая применялась долгое время. Ряд производителей машин современности продолжают использовать такую технологию (например, фирма «BMW»).

Длинный карданный вал, идущий от коробки передач до главной трансмиссии, которая является частью задней оси, является главной особенностью подобного рода конструкций. Карданный вал имеет универсальные шарниры для обеспечения возможности подвески. Этот вариант построения автомобилей также имеет ряд преимуществ.

При ускорении вес транспортного средства в основном переносится на задние ведущие колёса. Нет потребности создания сложных соединений с постоянной скоростью, подобных тем, что используются в конструкциях переднеприводных машин.

Конструкция автомобиля с полным и задним приводом

Полный привод сочетает в конструкции все положительные моменты, упомянутые выше. Однако такая конфигурация делает автомобиль технически более сложным, следовательно, более дорогим. Основное отличие полного привода — для соединения переднего и заднего модуля необходим дополнительный редуктор — раздаточная коробка.

Макет легковой машины, где двигатель размещается в задней части шасси, особой популярностью не пользовался. Однако в своё время именно на такой основе был построен недорогой успешно продаваемый автомобиль – «Жук» фирмы «Volkswagen».

Автомобиль - прямой задний привод
Схема организации прямого привода на задние колёса – достаточно редкое практическое исполнение, но обладающее некоторыми преимуществами своего рода

Преимущества конструкции подобного типа – вес конструкции переносится на задние колёса. Этим фактором обеспечивается качественное сцепление, а силовой агрегат и привод легко выполнить единым комплектом. Одним из недостатков такой машины является фактическое отсутствие полноразмерного грузового отсека. Лишь небольшой по размерам багажник находится в передней части.

Между тем главная проблема такой конструкции – плохая управляемость за счёт меньшего веса, приходящегося на управляемые колёса. Двигатели таких автомобилей, как правило, сделаны плоской формой.

Конструкция автомобиля задний привод + мотор в центре

Установка двигателя в средней части шасси автомобиля сопровождает один существенный недостаток – значительно сокращается область свободного пространства кузова. Поэтому вариант с центральным положением мотора видится непрактичным для большинства конструкций стандартных автомобилей.

Вместе с тем именно такого рода дизайн даёт оптимальное распределение веса. Соответственно выбирается такой дизайн на случай построения автомобилей с высокой производительностью. Одним из показательных примеров здесь выступает машина – «Ferrari Testarossa». Кстати, фактором среднего двигателя часто пользуются для описания любого транспортного средства, где мотор расположен между колёсными осями, даже если двигатель не установлен строго посередине.

Передний привод на передние колёса для современных легковых автомобилей наиболее распространённая компоновка, поэтому претендует на более подробное рассмотрение. Однако фактически все существующие макеты имеют однотипные основные компоненты, которые работают практически одинаково. Таким образом, главными компонентами легкового автомобиля являются:

  1. Силовая передача.
  2. Механизм торможения.
  3. Рулевая система.
  4. Подвеска.
  5. Электрическая схема.

Рассмотрим механическую часть кратким обзорным контекстом.

Силовая передача – обобщённый принцип работы

Существуют различные группы двигателей, сцепления, коробки передач и главной (бортовой) передачи. Один из самых распространенных вариантов построения показан на картинке ниже.

Автомобиль - конструкция силовой передачи
Так обобщённо схематично выглядит модуль силовой передачи транспортного средства, конструкция которого считается наиболее распространённой

Основной поток энергии, то есть способ прохождения энергии через систему, выглядит следующим образом:

Топливно-воздушная смесь воспламеняется над поршнями, создаваемое возгоранием топлива давление давит на поршни, которые в свою очередь передают силы давления на шатуны. Находящиеся на кривошипах шатуны приводят в движение коленчатый вал. Мощность передаётся через сцепление и через коробку передач.

Выход коробки передач связан с главной передачей, через которую мощность передаётся к передним колёсам через карданные валы. Эти валы имеют шарниры, поэтому свободно двигаются синхронно с рулевым механизмом и подвеской.

Автомобиль – кратко принцип работы сцепления

Сцепление позволяет водителю автомобиля отключить привод от двигателя, перевести машину в нужный режим работы. Маховик двигателя и крышка сцепления скреплены болтами, так что крышка всегда вращается вместе с двигателем.

Нажимной диск и пружины сцепления установлены на крышке. Вал редуктора закреплен таким образом, что вращается вместе с ведомой пластиной сцепления, но при этом допускается лёгкое проскальзывание. Муфта или ведомая пластина имеет фрикционные накладки.

Сцепление включено, когда педаль управления поднята. В таком состоянии пружины сцепления и нажимной диск удерживают ведомый диск на маховике. Привод подведён к коробке передач. Для выключения сцепления педаль управления нажимают до упора вниз. Выжимной подшипник сдвигает прижимную пластину от маховика и освобождает ведомую пластину. Привод отводится от коробки передач.

Функционал коробки передач – кратко принцип работы

Необходимость коробки передач очевидна, учитывая, что автомобильный двигатель вырабатывает мощность при достаточно быстром вращении. Коробка передач позволяет водителю поддерживать работу двигателя на максимальной скорости и одновременно снимать требуемую мощность.

Автомобиль - конструкция коробки передач
Вот таким – достаточно сложным механическим взаимодействием шестерён и валов представлена автомобильная коробка передач – значимый узел механической машины

Когда коробка передач находится в нейтральном положении, передачи мощности не происходит. Когда же коробка передач находится в режиме включения первой передачи, мощность передаётся от малой к большей передаче и далее на главную передачу. Различные ступени снижения скорости (вторая и третья передача) создаются с использованием разных размеров передач.

Меньшая скорость вне коробки передач имеет большую силу поворота (крутящий момент), потому что двигатель работает быстрее. Четвертая передача обычно заставляет выходной вал вращаться с той же скоростью, что и двигатель. Пятая передача заставляет выходной вал работать быстрее, чем двигатель, для экономичной езды на более высокой скорости.

Передняя сборка привода автомобиля преследует две основные задачи:

  1. Редуцирование скорости в соотношении примерно 3: 1. Это соотношение выходной передачи к шестерне, которое варьируется в зависимости от типа транспортных средств и применяемых моторов.
  2. Различные скорости для приводных валов достигаются при помощи блока — дифференциала. Блок дифференциала здесь необходим, учитывая разные скорости вращения колёс автомобиля при движении с поворотом.

Каждый из двух приводных валов имеет два стыка вращения с постоянной скоростью. Стыки представляют собой тяжёлые стальные валы, просто передающие привод автомобильным колёсам. Стыки здесь необходимы, потому что движение рулевого управления и подвески меняет положение колёс.

Система торможения легкового автомобильного транспорта

Гидравлические тормоза традиционно используются для замедления или остановки движения автомобиля. Ручной тормоз использует механическую связь для управления стояночным тормозом. Основные тормоза работают на все четыре колеса, плюс используется ручной тормоз.

Автомобиль - тормозная система транспортного средства (схема)
Тормозная система (схема): 1 – тормозные колодки; 2 – тормозная подкладка (накладка); 3 – пружина; 4 – плунжерное устройство; 5 – тормозная педаль; 6 – провод тормозной жидкости; 7 – поршень; 8 – пружина; 9 – тормозной цилиндр

Схема торможения обычно выстраивается на задних колёсах. В целом же гидравлический принцип заключается в том, что сила ноги водителя, применяемая к педали тормоза, способствует подаче жидкости под давлением на тормозные колодки всех четырёх колес. Тормозные материалы (фрикционные накладки) прижимаются к вращающимся поверхностям колёс, замедляя вращение, тем самым замедляя ход транспортного средства.

Диски зажаты между подушками фрикционной накладки. Барабаны, как правило, располагаются сзади, захватываются на внутренних поверхностях башмаками, покрытыми фрикционной накладкой. Это наиболее распространённая схема, но в некоторых конструкциях автомобилей используются либо только барабаны, либо только диски.

Автомобиль — рулевая система подвеска и шины

Оба передних колеса связаны механически так, чтобы вращаться вместе. При этом предусмотрено обеспечение рулевого управления. Рулевое колесо связано с ведущей шестерней, которая при вращении руля перемещает зубчатую рейку. Рейка в свою очередь перемещает оба колеса.

Многие автомобили оснащены усилителем рулевого управления, в котором используется насос с приводом от двигателя. Этим устройством облегчается поворот рулевого колеса. Некоторые современные системы используют небольшие электродвигатели для выполнения задачи рулевого управления.

Вместе с рулевой системой связана система подвески. Основными причинами применения системы подвески являются следующие:

  • необходимость сглаживания дефектов дорожного покрытия,
  • удержание шин в тесном контакте с дорожным покрытием,
  • создание сопротивления тормозным и рулевым усилиям,
  • обеспечение разных нагрузок пассажирских и багажных.

Как правило, используется схема продольного рычага с винтовыми пружинами и демпфером сзади, а также амортизационная стойка и встроенный демпфер спереди. На практике используются разные вариации дизайна, но фактически основной принцип остаётся неизменным.

Шины автомобиля также способствуют сглаживанию дорожных дефектов, плюс играют важную роль в плане удержания транспортного средства на дороге. Непогашенные шинами удары и вибрации поглощаются пружинами, встроенными в сиденьях водителя и пассажиров.


При помощи информации: ATT