Проф. Е. ЧУДАКОВ
НАША страна в ближайшие годы должна пережить весьма быстрое развитие автомобильного дела, поэтому необходимо, чтобы возможно большее число граждан Союза знало устройство автомобиля и уход за ним.
Для сообщения кратких сведений об устройстве автомобиля, в нашем журнале предположено дать ряд статей по этому вопросу с таким расчетом, чтобы в результате у читателя получилось достаточное знакомство с автомобилем в целом. В связи с ограниченным местом, которое может быть отведено в журнале для таких статей, здесь в будут сообщаться лишь основные сведения, предназначенные, главным образом, для лиц, начинающих изучение автомобиля. Для более подробного изучения будут рекомендованы соответствующие полные курсы по устройству автомобиля.
В случае непонимания читающими того или другого места в цикле статей по устройству автомобиля, просим обращаться письменно в редакцию. В следующем номере журнала будут даваться раз'яснения по всем затронутым вопросам.
Автомобилем называется самодвижущийся экипаж, предназначенный для перевозки пассажиров или груза по безрельсовым дорогам. Кроме автомобиля для той же цели служат трактор и мотоцикл. Главнейшим отличием автомобиля от трактора вляется то, что автомобиль полезную нагрузку (пассажиры или груз) обычно несет на себе; трактор же эту нагрузку тянет за собой на специальных тележках. Этот признак является основным для отличия автомобиля от трактора.
Рис. 1. Современный пассажирский (легковой) автомобиль
Однако, за последнее время начинают получать широкое распространение грузовые автомобили, снабженные прицепками и, следовательно, несущие груз как на своей платформе, так и на прицепных тележках. Таким образом, граница между автомобилями и транспортирующими тракторами в большей мере стирается и отдельные виды конструкций могут быть произвольно отнесены к тому или другому типу.
Основным отличием автомобиля от мотоцикла является наличие у первого не менее четырех колес при двух ведущих колесах, мотоцикл же нормально имеет два колеса, из которых одно является ведущим.
Рис. 2. Общий вид современного грузового автомобиля
На рис. 1 дан общий вид пассажирского автомобиля, который обычно носит название легкового автомобиля. На рис. 2 представлен общий вид грузового автомобиля. Главнейшим отличием одного автомобиля от другого является конструкция кузова: в первом автомобиле он предназначен для посадки пассажиров, во втором — для размещения груза. В зависимости от числа пассажиров и требований удобства, а также в зависимости от рода груза, для которого предназначается автомобиль, форма кузова изменяется весьма сильно, и в настоящее время существует очень большое число различных типов автомобильных кузовов. Кузов автомобиля крепится на раме последнего, на которой устанавливаются все механизмы автомобиля, обеспечивающие последнему возможность движения. Все эти механизмы принято разделять на две части: а) автомобильный двигатель и б) автомобильное шасси, включающее в себя все механизмы автомобиля, за исключением двигателя. Таким образом, весь автомобиль можно разбить на три основные группы: двигатель, шасси и кузов.
Рис. 3.
На рис. 3 представлен общий вид автомобиля со снятым кузовом, т.-е. общий вид автомобильного шасси вместе с двигателем. В состав автомобиля входят следующие основные механизмы и детали:
А — моторная группа, состоящая из бензинового двигателя, сцепления и коробки скоростей; на рис. 4 эта группа представлена отдельно и указано расположение перечисленных выше механизмов. Впереди автомобиля расположен прибор Р, называемый радиатором и служащий для охлаждения воды, пропускаемой через рубашку двигателя для охлаждения его стенок.
Г — карданный вал, передающий усилие от моторной группы к задней оси автомобиля.
Д — задняя ось автомобиля, или, как часто ее называют, задний мост автомобиля.
Е — передняя ось автомобиля.
Ж — рама автомобиля, на которой жестко укреплена моторная группа А и к которой на рессорах З подвешены передняя и задняя оси автомобиля.
З — рессоры автомобиля, служащие для уменьшения тряски автомобиля при езде по неровной дороге.
И — рулевой штурвал, при помощи которого шофер устанавливает направление движения автомобиля.
К — тормозная рукоятка.
Л — тяга к тормозам на задних колесах. Если потянуть рукоятку К на себя (на фиг. 3 это обозначает влево), то через посредство тяги Л будут приведены в действие тормоза на задних колесах автомобиля.
М — щиток, на котором устанавливаются контрольные приборы, требующие надзора шофера. Для того, чтобы яснее был виден механизм передачи усилий от мотора к колесам, на фиг. 5 представлены основные механизмы передачи в разрезе; движение автомобилю сообщается следующим образом:
Бензиновый двигатель А при своей работе развивает на валу "а" определенную мощность, измеряемую в лошадиных силах, эта мощность и идет на сообщение автомобилю движения. Усилие от вала "а" мотора А передается к сцеплению Б, которое исполнено вместе с маховиком двигателя и представляет собой фрикционную муфту, т.-е. соединение, передающее усилие через посредство силы трения.
Рис. 4
От сцепления усилие переходит к коробке скоростей В, где оно, благодаря введению в передачу шестерен, может быть увеличено в желаемое число раз. С валика коробки скоростей В усилие передается к карданной передаче, которая состоит из карданного вала Г и двух карданов "г". Карданом называется такой механизм, соединяющий два вала, который дает возможность передавать усилие с одного вала на другой и в том случае, когда угол наклона между валами не остается постоянным.
От карданной передачи усилие подводится к передаче коническими шестернями "д", при помощи которых и приводятся в движение две полуоси с насаженными на них накрепко задними колесами, как это схематически представлено на рис. 6; здесь "и" — полуоси, на которых укреплены колеса Н.
Рис. 5
Между конической передачей "д" и полуосями обычно вводится специальный механизм — диференциал, служащий для того, чтобы колеса, к которым подведено движущее их усилие, могли вращаться с различной скоростью.
Таким образом, колеса Н при помощи названных выше механизмов получают от двигателя вращательное движение и начинают катиться вперед или назад, смотря по направлению их вращения. Для того, чтобы колесо при своем вращении начало катиться, необходимо чтобы между этим колесом и дорогой происходило достаточное трение; в случае очень скользкой дороги колесо может начать вертеться на месте, и это явление называется буксованием колеса; наблюдается оно, главным образом, в зимнее время. При нормальной дороге колеса не должны буксовать, и как только они приводятся от двигателя во вращательное движение, они начинают катиться; при этом они перемещают задний мост Д, от последнего уже усилие передается через рессоры З к раме автомобиля и тем самым приводит в движение весь автомобиль. Итак, окончательно получаем следующий путь передачи усилий от основного источника — двигателя: вал мотора "а", — сцепление Б, — коробка скоростей В, — карданная передача Г, — коническая передача "д", — полуоси "н" и колеса автомобиля Н. Колеса, к которым подводится движение от мотора, называются ведущими. На рис. 3 и 5 представлен автомобиль с двумя задними ведущими колесами; применяются конструкции автомобиля с передними ведущими колесами и с четырьмя ведущими колесами; эти конструкции мы рассмотрим подробно в дальнейшем в отдельной статье.
Подавляющее большинство автомобилей во всем мире и все автомобили в Союзе имеют источником движущей силы бензиновый двигатель. Значительно меньшее распространение имеют автомобили с электромотором, или, как их называют, "электрические автомобили". В таком автомобиле источником движущей силы является электромотор, который питается током от аккумуляторной батареи, расположенной на раме автомобиля.
Наконец, еще меньшее распространение имеет паровой автомобиль, в котором источником движущей силы является паровая машина. Так как последние два типа автомобиля в ближайшие годы не должны получить у нас сколько-нибудь заметного распространения, в кратком обзоре мы их рассматривать совсем не будем.
Все механизмы и детали автомобиля по их назначению могут быть разбиты на четыре основные группы:
В первую группу входят те механизмы, через посредство которых усилие от мотора подводится к ведущим колесам. Как уже было указано, сюда входят следующие механизмы: двигатель, сцепление, коробка скоростей, карданная передача, передача в задней оси, полуоси. Во вторую группу входят: рама автомобиля, передняя и задняя ось, рессорная подвеска и колеса, т.-е. те детали и части, которые образуют остов автомобиля и обеспечивают ему возможность движения.
Третью группу составляют механизмы управления, а именно рулевое управление и тормоза.
В дальнейшем в отдельных статьях мы рассмотрим порознь каждый из перечисленных выше механизмов.
Назначение каждого из перечисленных механизмов более или менее ясно из самого названия их и из приведенного выше описания. Дополнительного пояснения требуют, главным образом, два механизма: сцепление и коробки скоростей, действие которых мы вкратце рассмотрим.
Эти два механизма в своей работе связаны друг с другом, и потому мы их рассмотрим совместно. Назначение коробки скоростей заключается в том чтобы дать возможность автомобилю преодолевать отдельные повышенные сопротивления дороги, как-то: под'ем, тяжелый грунт и т. д.
Рис. 6
Автомобиль предназначается для езды по всяким дорогам, и он должен быть в состоянии преодолевать как встречающиеся под'емы, так и отдельные участки тяжелой дороги (мягкий грунт). Для этой цели на ведущих колесах автомобиля должно развиваться усилие, достаточно большое для преодоления указанных сопротивлений.
Кроме того, очень большое усилие требуется также на ведущих колесах при разгоне автомобиля, когда надо в короткое время сообщить автомобилю возможно высокую скорость.
Автомобильный двигатель выбирается всегда такого размера и такой мощности, которые обеспечивают автомобилю заданную скорость при нормальной дороге (горизонтальное шоссе).
Постоянная передача у задней оси (на рис. 5 обозначена буквой "д") выбирается всегда такой, чтобы при максимальной скорости автомобиля на горизонтальном шоссе двигатель имел заданное максимальное число оборотов своего вала. Таким образом, усилие, которое может быть создано двигателем на ведущих колесах при неизменной передаче "д", соотвотствует лишь нормальной дороге. При увеличившемся сопротивлении из-за под'ема или трудного грунта, а также при разгоне автомобиля это усилие будет уже недостаточным — для увеличения его и вводится коробка скоростей.
Как видно из рис. 5, коробка скоростей представляет собой набор шестерен, которые можно переключать на ходу автомобиля и тем менять передаточное число между валом двигателя "а" и карданным валом Г. Переключение шестерен в коробке скоростей производится при помощи рычага "р", который перемещается в соответствующее положение рукой шофера.
Переключая шестерни в коробке скоростей таким образом, что при тех же оборотах двигателя обороты карданного вала будут уменьшаться, мы увеличиваем усилия на карданном валу обратно-пропорционально уменьшению его оборотов. Например, если карданный вал станет вращаться в 5 раз медленнее, чем вал двигателя, то усилие, с которым он будет вращаться, должно быть в 5 раз больше, чем усилие на валу двигателя. А чем больше будет усилие на карданном валу, тем, очевидно, больше будет усилие и на ведущих колесах; скорость же вращения последних, а следовательно и скорость движения автомобиля, будет при этом соответственно уменьшаться.
Отсюда окончательно устанавливаем назначение коробки скоростей: коробка скоростей имеет своей целью увеличение движущей силы на ведущих колесах, что является необходимым при под'емах, тяжелой дороге, при разгоне автомобиля и что осуществляется путем введения сменных передач в коробке скоростей.
Кроме того, коробка скоростей служит для получения заднего хода, для каковой цели необходимо получить вращение ведущих колес в обратную сторону.
Автомобильный двигатель имеет такую конструкцию, которая позволяет ему при его работе вращаться только в одну сторону — всегда по движению часовой стрелки. Поэтому для получения обратного движения колес необходимо между ними и двигателем ввести соответствующую передачу шестернями, что и осуществляется шофером при помощи рычага перевода скоростей.
Сцепление вводится в передачу для того, чтобы при переключении шестерен в коробке скоростей уменьшить удар на зубья последних.
Так как при переключении шестерен в коробке скоростей на ходу автомобиля — получается жесткое соединение валов, связанных с значительными массами и имеющих различную скорость вращения, то при таком переключении должны возникнуть огромные ударные силы, вредно отзывающиеся как на зубьях шестерен, так и на прочих механизмах.
Если же выключить сцепление и тем самым от'единить маховик двигателя от коробки скоростей, то удар значительно уменьшится, и переключение шестерен будет производиться плавно и без шума.
После соответствующего переключения шестерен, сцепление вновь включается; но так как оно представляет собой фрикционную муфту, передающую усилие через посредство силы трения, то уравнивание оборотов вала А и коленчатого вала двигателя происходит не мгновенно, а некоторое время происходит буксование; благодаря этому, в системе не могут появиться ударные силы, и сила, возникающая при этом, не превосходит силы трения фрикционной муфты.
Из сказанного следует, что сцепление является по существу подсобным механизмом коробки скоростей и приводится в действие при переключении шестерен.
Таким образом, переключение шестерен в коробке скоростей заключается в следующем:
Нажатием ногой на педаль шофер выключает сцепление, т.-е. от'единяет двигатель от коробки скоростей, далее при посредстве рычага он устанавливает такую передачу в коробке скоростей, которая соответствует сопротивлению дороги. После переключения шестерен педаль сцепления плавно отпускается, и тем самым двигатель вновь соединяется с коробкой скоростей и с задними колесами.
Проф. Е. Чудаков