Влияние назначения и конструктивного решения автомобиля на его массу

Тема: «Снижение собственной массы автотранспортных средств»

(1 час)

Масса автомобиля оказывает значительное влияние на его эксплуатационную экономичность. Отношение массы автомобиля к его полезной нагрузке (так называемая удельная материалоемкость) должно быть по возможности ниже, так как характеризует балласт, приходящийся на единицу полезной нагрузки. При неполном использовании грузоподъемности эта величина возрастает, и расход топлива, отнесенный к единице транспортной работы (тонно-километр), увеличивается. Масса автомобиля оказывает влияние как на сопротивление качению, так и на динамические качества автомобиля, а также на способность преодолевать подъем. Изменение аэродинамического сопротивления автомобиля от массы, как уже говорилось, не зависит. Большое влияние масса автомобиля оказывает и на его стоимость. Чем выше серийность выпуска автомобиля, тем больше влияют на его стоимость цены и количество используемых материалов и тем меньше влияние затрат на конструкторские и исследовательские работы.

Итак, снижение, массы для экономичной эксплуатации является весьма важным. Существует ряд эмпирических формул для расчета расхода топлива в зависимости от массы автомобиля. На каждые 100 кг снаряженной массы легкового автомобиля (без пассажиров) приближенно принимают расход бензина порядка 1 л/100 км. По такой формуле автомобиль массой 600 кг должен потреблять в среднем 6 л/100 км, а автомобиль массой 1100 кг – 11 л/100 км. Эта закономерность в целом справедлива в настоящее время, хотя более точные современные формулы определяют, что на каждые 100 кг увеличения массы автомобиля расход топлива растет на 0,7 л/100 км. В этой зависимости нашло отражение снижение расхода топлива у автомобилей большого класса путем введения ограничений на минимально допустимую скорость.

Влияние назначения и конструктивного решения автомобиля на его массу

Размещение двигателя непосредственно у ведущей оси предполагает снижение массы, поскольку в этом случае передача мощности от двигателя к ведущим колесам происходит по более короткому пути, означающему экономию материала в трансмиссии. В таких конструкциях двигатель с коробкой передач и главной передачей образует одно целое, и весь этот блок легче по сравнению с раздельным размещением агрегатов. В качестве примера на рис. 1 изображен продольно расположенный в задней части автомобиля двигатель, образующий с коробкой передач и главной передачей единый компактный блок. Размещение главной передачи под двигателем создает возможность для лучшего использования пространства под капотом и косвенно влияет на габариты и массу автомобиля.

Рис. 1 Двигатель, расположенный в задней части автомобиля в едином блоке с коробкой передач и главной передачей

Общий картер коробки передач и главной передачи часто снабжается и общим масляным картером, что упрощает техническое обслуживание. Такой способ используется у автомобилей с поперечным расположением двигателя и цилиндрической главной передачей. Если, главная передача имеет гипоидное зацепление, то для ее работы требуется другой тип масла, чем для коробки передач и, следовательно, масляные картеры двигателя, коробки передач и главной передачи отделены друг от друга.

Привод на колеса проще осуществляется у автомобилей с задним расположением двигателя. Каждая полуось при этом может быть снабжена только одним шарниром возле картера главной передачи, допускающим небольшие амплитуды колебаний, например, при однорычажной подвеске [2]. Другие типы подвески требуют дополнительного шарнира у колеса. Этот шарнир имеет меньший диапазон угловых колебаний и часто заменяется простой резинометаллической муфтой.

В случае передней ведущей оси шарнир привода управляемого колеса более сложен и должен отвечать требованиям работы при больших наклонах колеса. Для этой цели применяется шарнир равных угловых скоростей, который дороже и имеет несколько большую массу, что увеличивает нежелательную величину общих неподрессоренных масс автомобиля [3].

Наибольшую массу имеет автомобиль с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами. В этом случае необходим карданный вал между коробкой передач и задним мостом, имеющий большую длину, массу и требующий формирования тоннеля в днище кузова автомобиля. На обоих концах карданного вала имеются шарниры, в особенности, если используется зависимая задняя подвеска. При этом применяются крестообразные шарниры, снабженные игольчатыми подшипниками с постоянным заполнением смазкой.

Если карданный вал имеет большую длину и его трудно сбалансировать, то он обычно разделен на две половины. Подшипник, размещаемый в середине, закреплен на кузове упруго во избежание передачи вибраций. Такой способ привода ведущей оси имеет ряд крупных недостатков по сравнению с другими методами, прежде всего – большую массу и стоимость. При использовании длинного карданного вала, кроме того, часто увеличиваются шум и вибрации в кузове.

При размещении коробки передач сзади и объединении ее с главной передачей масса трансмиссии уменьшается мало. Соединительный вал между двигателем и коробкой передач вращается с той же угловой скоростью, что и коленчатый вал двигателя, и требует совместной балансировки. Такая схема трансмиссии применяется только в тех случаях, когда необходимо загрузить задний мост и уменьшить нагрузку на передний или когда коробка передач, имея большие размеры, слишком выступает внутрь кузова и ограничивает пространство для управления педалями.

Чтобы автомобиль был экономичным, он, как уже говорилось выше, должен двигаться с полной нагрузкой двигателя. Шестиместный автомобиль с большим багажником с высокой максимальной скоростью не может быть экономичным, если используется одним пассажиром для поездок на работу.

Если автомобиль предназначен для поездок на работу, а в выходные дни – за город, то он должен быть четырехместным (или со схемой сидений «2 места для взрослых + 2 места для детей») и иметь небольшой багажник. Такая машина может перевозить и четырех пассажиров на короткие расстояния без багажа, например, в театр. При поездке за город на отдых можно использовать задние сиденья для дополнительного багажа. Максимальная скорость такого автомобиля может быть небольшой, и вполне достаточно, если она будет немного превышать скорость, допускаемую правилами дорожного движения.

Небольшие габариты автомобиля облегчают стоянку и движение в условиях города. Так как диаметр колес легкового автомобиля небольшой, то он может иметь две большие двери, обеспечивающие удобную посадку на передние сиденья. Наклоняя спинки сидений, можно внутри кузова разместить крупные предметы. Выгодным является наличие третьей задней двери, а также возможность увеличивать объем кузова для размещения багажа за счет откидывания спинок задних сидений.

Малый диаметр колес уменьшает неподрессоренную массу, что необходимо для легкового автомобиля, чтобы достичь хорошей плавности хода. Запасные части небольшого автомобиля дешевы, и поэтому он всегда будет пользоваться повышенным спросом потребителей.

Для большой семьи, и прежде всего – для поездок на отдых, необходим автомобиль средних размеров. Хорошим примером для этих целей может служить автомобиль с кузовом типа «универсал». Поездки по городу на таком автомобиле без пассажиров или с одним пассажиром, однако, невыгодны.

Если автомобиль предназначен исключительно для поездок на отдых, то лучше всего использовать машину целевого назначения – специальный «жилой» автомобиль или прицеп-кемпинг. Для «жилых» автомобилей обычно используют шасси малых грузовых автомобилей, часто с дизельным двигателем. В этих автомобилях высота кузова, обеспечивающая возможность стоять в полный рост, весьма велика. При этом растут аэродинамическое сопротивление и масса автомобиля, ухудшается его маневренность. В случае использования заднего привода и зависимой задней подвески со сдвоенными колесами конструкция такого автомобиля становится весьма сложной. Конструкторские решения со сдвижной крышей нельзя назвать практичными, поэтому лучше всего использовать специально разработанное или измененное шасси с двигателем сзади или же с передней ведущей осью.

Пример автомобиля, специально созданного фирмой «Дженерал Моторс» (США) как «дача на колесах», показан на рис. 2. Автомобиль выполнен по схеме с передней ведущей осью, две задние оси позволяют простой монтаж колес, поскольку их подвеска обеспечивает отсутствие выступания колес в кузов.

Проходимость такого автомобиля – жилого фургона – довольно ограниченна, и для ее улучшения иногда прибегают к запасной системе дополнительного электрического или гидравлического привода на задние колеса. В этом случае стоимость автомобиля значительно возрастает.

Для длинных переездов между городами необходим большой малошумный автомобиль с большой плавностью хода и высоким уровнем комфорта, включая возможность подключения к телефонной сети [4].

Сказанное выше показывает в общих чертах классификацию автомобилей по различным категориям. Каждая из них должна соответствовать особым, характерным именно для нее требованиям, и экономичность эксплуатации не может служить единственным критерием оценки того или иного автомобиля. Существует множество категорий автомобилей различного назначения. Однако для них всех снижение массы автомобиля является безусловно желательным.

Рис. 2 Автомобиль-дача фирмы «Дженерал Моторс» с приводом на переднюю ось от 8-цилиндрового V-образного двигателя

1 - низкорасположенная рама; 2 - двигатель с коробкой передач «Гидроматик»; 3 - пневматическая подвеска задних осей; 4 - тормоза с усилителем; 5 - кресла-кровати; 6 - кухонный отсек.