А.В. Буянкин Компоновочные схемы автомобилей. Методические указания к практической работе по курсу Транспортные средства. А.В. Буянкин Компоновочные схемы автомобилей. Методические указа. Методические указания к практической работе по курсу "Транспортные средства" для студентов направления 552100
 Скачать 389.16 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра автомобильных перевозок КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ Методические указания к практической работе по курсу "Транспортные средства" для студентов направления 552100 "Эксплуатация транспортных средств" и специальности 210100.03 "Организация перевозок и управление на транспорте (автомобильном)" (дневной формы обучения) Составитель А. В. Буянкин Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 23.09.99 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 240100.03 Протокол № 2 от 23.09.99 Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса КузГТУ Кемерово 2000 1 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Курс "Транспортные средства" является одной из специальных дисциплин, определяющих профиль инженера автомобильного транс- порта. Этот курс является основой для последующих специальных дис- циплин, создает базу для прочного освоения теории эксплуатационных свойств и основ расчета АТС. Так как автомобиль является предметом труда для инженеров по организации автомобильных перевозок и инженеров по организации дорожного движения, то и тем, и другим знание основ конструкции не- обходимо для выполнения своих функций. В основе курса лежит изучение не одной или нескольких кон- кретных моделей автомобилей, а общих принципов конструкций с вы- делением типовых схем. Основными задачами данного курса являются: изучение и анализ принципиальных схем механизмов и систем автомобиля, устройства типовых конструкций, понимание работы и назначения отдельных кон- структивных элементов механизмов и систем. При изучении конструкций механизмов и систем автомобиля не- обходимо постоянно задаваться рядом вопросов: как работает данный механизм или система и чем обеспечивается их нормальная работа в определенных условиях; чем отличаются механизмы различных типов, их преимущества и недостатки; из каких деталей состоит механизм или система; назначение детали, узла; какую роль в работе играет данный конструктивный элемент; что произойдет, если убрать данный элемент; почему, с какой целью сделано именно так, а не иначе? При таком подходе вырабатывается способность понимать и сво- бодно разбираться во всем многообразии существующих конструкций автомобилей, самостоятельно анализировать и оценивать уровень их совершенства, выявлять функциональное назначение отдельных эле- ментов. Изучение конструкций механизмов и систем автомобиля строится по следующей схеме: назначение, классификация, основные требова- ния, принципиальные схемы и их характеристики, устройство и работа типовых конструкций, назначение отдельных конструктивных элемен- тов. При изучении конструкции и рабочих процессов механизмов и систем АТС в первую очередь необходимо выделить предъявляемые к 2 ним требования, отметить, как эти требования выполняются в сущест- вующих конструкциях, а также определить влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на работу, выходные параметры, надеж- ность и долговечность АТС. 2. МЕТОД ЗАНЯТИЙ Изучение основ конструкции АТС осуществляется студентами самостоятельно с использованием рекомендуемой литературы, методи- ческих указаний и материалов лекций. В начале занятия каждому сту- денту выдается задание по теме. В течение 10 – 15 минут студенты изу- чают плакаты, макеты узлов АТС, наглядные пособия, после чего док- ладывают примерно по следующей схеме: • назначение и принципиальная схема механизма или системы; • краткое описание устройства и работы; особенности конструк- ции; • назначение отдельных элементов механизма или системы. После доклада преподаватель задает дополнительные контроль- ные вопросы по теме работы. 3. КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ Для сравнения приведенных схем принято: 1) легковые автомобили оборудованы четырехдверными закры- тыми кузовами типа "седан" и имеют два ряда сидений; грузовые авто- мобили снабжены бортовой платформой и имеют сдвоенные задние ко- леса; автобусы одиночные, вагонного типа; 2) сравниваемые автомобили имеют колесную формулу 4 × 2 и обладают одинаковыми геометрическими параметрами и параметрами массы, как-то: одинаковой планировкой и размерами салона кузова, одинаковыми размерами и массой грузовой платформы, двигателя, аг- регатов трансмиссии и др. 3.1. Компоновочные схемы легковых автомобилей К настоящему времени, в зависимости от расположения двигате- ля и ведущих колес, приняты три компоновочные схемы легковых ав- томобилей: 3 1) классическая (рис. 1, а) – двигатель, сцепление, коробка пере- дач расположены впереди, ведущий мост – задний, его привод осущест- вляется через карданную передачу (представители – ВАЗ–2107, ГАЗ– 3110); 2) переднеприводная (рис. 1, б) – двигатель, сцепление, коробка передач, главная передача и дифференциал расположены впереди, про- дольно или поперечно относительно продольной оси автомобиля, ве- дущий мост – передний (представители – ВАЗ–2110, "Москвич"–2141); 3) заднемоторная (рис. 1, в) – двигатель, сцепление, коробка пе- редач, главная передача и дифференциал расположены сзади, продоль- но или поперечно относительно продольной оси автомобиля, ведущий мост – задний (представитель ЗАЗ–968). Для автомобилей классической компоновки характерна относительно большая габаритная дли- на, а при использовании двигателей большого ра- бочего объема, которые не могут быть расположе- ны впереди оси передних колес,– большая база. Масса автомобиля из–за наличия карданной пере- дачи и туннеля в полу для нее оказывается боль- шей, чем для других компоновочных схем. Тун- нель для карданной передачи ухудшает также ком- поновку салона. Объем багажника (заштрихован на рис. 1) может быть сделан большим. Распределе- ние массы (порожний автомобиль – 48/52%, гру- женый – 52/48%) позволяет обеспечить автомоби- лю нейтральную или небольшую недостаточную поворачиваемость, а также высокую и стабильную курсовую устойчи- вость. В связи с относительно большой нагрузкой, приходящейся на ведущие колеса, автомобиль классической компоновки достаточно хо- рошо преодолевает подъемы и скользкие участки дороги. Однако на ав- томобиле обычных пропорций, чтобы избежать при торможении блоки- ровки задних колес и возникновения заноса, требуется устанавливать регулятор тормозных сил в приводе задних тормозных механизмов или применять антиблокировочную систему. К преимуществам схемы отно- сится также хорошая доступность к двигателю для его обслуживания и ремонта. Достоинства переднеприводной компоновки особенно четко про- являются при поперечном расположении двигателя небольшого рабоче- Рис. 1. Компоно- вочные схемы легковых автомобилей 4 го объема впереди оси передних колес, что позволяет сократить базу примерно на 10% и на столько же уменьшить сухую массу, сравнитель- но с автомобилем классической компоновки. Двигатель, сцепление, ко- робка передач и главная передача при такой компоновке образуют еди- ный компактный узел, что удобно как в производстве, так и в эксплуа- тации. Условия компоновки пассажирского салона хорошие, что объяс- няется отсутствием туннеля в полу. Вследствие небольшой нагрузки на задние колеса масса перевозимого в багажнике груза может быть при- нята большей, чем при других компоновочных схемах; объем багажни- ка ограничивается только задним свесом. Большим достоинством схемы является возможность создания полноценных модификаций кузовов ти- па "универсал". Распределение массы порожнего автомобиля составляет 60/40%, что обеспечивает автомобилю недостаточную поворачивае- мость и высокую курсовую устойчивость при любых нагрузках и ско- ростях. Однако при движении автомобиля на скользкой дороге, особен- но на подъеме, сила тяги на ведущих колесах может стать равной силе сцепления колес с дорогой, что может привести к потере управляемости и ограничивает проходимость. С другой стороны, из–за небольшой на- грузки, приходящейся на задние колеса, при торможении возможны их блокировка и занос автомобиля. Чтобы избежать этого, следует обяза- тельно устанавливать регулятор тормозных сил в приводе задних тор- мозных механизмов или применять антиблокировочную систему. Занос может возникнуть и при очень эффективном торможении двигателем. Недостатками схемы, особенно при поперечном расположении двигате- ля, являются "теснота" в моторном отсеке и затрудненный доступ к двигателю и агрегатам трансмиссии для их обслуживания и ремонта. Затраты, связанные с применением четырех карданных шарниров рав- ных угловых скоростей в приводе к передним ведущим управляемым колесам при поперечном расположении двигателя, компенсируются тем, что сложная в изготовлении коническая или гипоидная главная пе- редача заменяется более простой – с цилиндрическими зубчатыми коле- сами. При заднемоторной компоновке двигатель обычно размещают вдоль автомобиля, за осью задних колес, что связано со стремлением иметь примерно такую же величину заднего свеса, как и при других компоновочных схемах, и одновременно обеспечить хорошую доступ- ность к двигателю и агрегатам трансмиссии для обслуживания и ремон- та. При такой схеме обязательно применение независимой подвески 5 задних колес. Двигатель с трансмиссией, как и у переднеприводных ав- томобилей, образует единый компактный узел. Значения базы и массы автомобиля заднемоторной компоновки приблизительно такие же, как и при переднеприводной компоновке. Распределение массы груженого автомобиля – 42/58 %, что приводит к перегрузке задних колес, вызы- вает склонность автомобиля к избыточной поворачиваемости и обу- словливает недостаточную курсовую устойчивость. Большая нагрузка на задние колеса позволяет автомобилю легко преодолевать подъемы и скользкие участки дороги. При обычной длине переднего свеса объем багажника не может быть достаточным, так как большой объем зани- мают ниши управляемых колес и элементы рулевого управления. Рас- положенный сзади двигатель не обеспечивает защиты водителя и пас- сажиров при наездах и лобовых столкновениях. Другими недостатками схемы являются: длинные коммуникации, тяги и тросы систем управле- ния и наличие туннеля в полу салона для их размещения; недостаточно эффективный обогрев ветрового стекла; повышенный уровень шума в салоне и, как следствие, потребность в дополнительной шумоизоляции задней стенки; невозможность создания полноценных модификаций ку- зовов типа "универсал" с дверью в задней стенке; недостаточно эффек- тивное охлаждение двигателя. Сравнительная оценка компоновочных схем легковых автомоби- лей представлена в табл. 1. Таблица 1 Сравнительная оценка компоновочных схем легковых автомобилей Параметр Компоновочная схема I II III габаритная длина 1 2 3 масса 1 3 2 компоновка салона 1 3 2 объем багажника 2 3 1 устойчивость 2 3 1 проходимость 2 1 3 трудоемкость производства 2 3 1 (низшая оценка – 1, высшая – 3) 6 3.2. Компоновочные схемы грузовых автомобилей Для грузовых автомобилей наиболее распространены четыре ва- рианта компоновочных схем, которые характеризуются взаимным рас- положением кабины и двигателя: 1) капотная компоновка (рис. 2, а) – двигатель над передним мос- том, кабина за двигателем (представитель – КрАЗ–257); 2) короткокапотная компоновка (рис. 2, б) – двигатель над перед- ним мостом, кабина частично надвинута на двигатель (представитель – ЗИЛ–130); 3) "кабина над двигателем" (рис. 2, в) – двигатель над передним мостом, кабина над двигателем (представитель – ГАЗ–66); 4) "передняя кабина" (рис. 2, г) – двигатель сзади переднего моста, кабина максимально сдвинута вперед (представители – КамАЗ–5320, МАЗ–6422). Преимущества капотной компоновки: хорошая доступность к двигателю, удобство входа и выхода, наименьшая возможная на- грузка на передний мост; недостатки: большая база и габаритная длина, ограниченная перед- няя обзорность. Короткокапотная компоновка обеспечи- вает возможность уменьшения колесной базы и длины автомобиля, умеренную нагрузку на передний мост. Недостатками ее являются: повышение высоты пола кабины, затруднен- ный доступ к задней части двигателя, меньшая ширина двери, повышенный уровень шума, нагрев перегородки моторного отсека. У автомобилей, выполненных по этим схемам, в груженом состоянии на передние колеса приходится 27 – 30% массы, что явля- ется оптимальным для движения по плохим дорогам; в порожнем состоянии на задние колеса приходится более 50% массы, что также является положительным фактором. Компоновочные схемы "кабина над двигателем" и "передняя ка- бина" относятся к бескапотным. Преимуществами компоновочной схемы "кабина над двигателем" являются: возможность получить минимальную длину и базу и увели- Рис. 2. Компоновочные схемы грузовых автомобилей 7 чить нагрузку на передние колеса для полноприводных автомобилей, хорошая обзорность. К недостаткам можно отнести: большую высоту пола кабины и неудобный вход и выход, наличие кожуха над двигате- лем делает невозможным размещение в кабине трех человек, затруд- ненный доступ к двигателю через капот, расположенный внутри каби- ны, который не исключает возможности попадания в кабину отрабо- тавших газов. Поэтому, вместо применения капота, кабину иногда вы- полняют откидывающейся вперед, что приводит к усложнению приво- дов управлений и коммуникаций. Компоновочная схема "передняя кабина" позволяет получить промежуточные значения базы и габаритной длины. Преимущества: хо- рошая обзорность, удобство входа и выхода (подножка расположена впереди колес), умеренная высота и ровный пол кабины; недостатки: необходимость подъема кабины для доступа к двигателю, воздействие на водителя больших вертикальных ускорений. У автомобилей, выполненных по схемам 3 и 4, в груженом со- стоянии на передние колеса приходится 33 – 35 % массы, что благопри- ятно для движения по дорогам с твердым покрытием; в порожнем со- стоянии на задние колеса приходится менее 50 % массы, что совершен- но недопустимо для движения по бездорожью. Такие компоновки при- емлемы либо для полноприводных автомобилей, либо для автомобилей, предназначенных для движения по хорошим дорогам. Меньшая база и габаритная длина обеспечивают меньшую массу, высокую маневрен- ность и минимальную потребную площадь для стоянки. Увеличение массы, приходящейся на передний мост позволяет повысить грузоподъ- емность, не выходя за пределы дорожных ограничений. На рис. 3 представлено сравнение схем капотной и бескапотной компоновок грузовых автомобилей. 8 3.3. Компоновочные схе- мы автобусов Автобусы, в зависимости от расположения двигателя, имеют следующие компоновоч- ные схемы: 1) двигатель впереди (рис. 4, а, б) – представитель – ЛиАЗ–677; 2) двигатель под полом, в пределах колесной базы (рис. 4, в) – представитель – "Икарус"–260; 3) двигатель сзади, продольно или поперек, вертикально или горизон- тально (рис. 4, г, д, е) – представитель – ЛиАЗ– 5256. Для городского автобуса вагонного типа схема "двигатель впере- ди" обладает непреодолимыми недостатками и неперспективна. Недос- татки: перегрузка переднего моста, неудобная компоновка места води- теля и салона, шум и загазованность кабины, высокий уровень пола са- лона, невозможность размещения двери на переднем свесе. Для автобу- сов капотного типа (КАвЗ–685), используемых в сельской местности, такая компоновка оправдывает себя, так как при этом не перегружается передний мост. Широко распространена такая компоновка на автобусах малого класса универсального назначения, имеющих вагонную компо- новку (ПАЗ–672). Преимуществом в этом случае является возможность унификации двигателя и трансмиссии с агрегатами базового грузового автомобиля. Основными преимуществами схемы с расположением двигателя под полом внутри базы являются: ровность пола, возможность приме- нения стандартного заднего моста, удовлетворительное распределение нагрузки по мостам; недостатки: необходимость применения оппозит- ного двигателя, высокий уровень пола (сумма дорожного просвета, вы- соты двигателя, просвета между двигателем и полом и толщины двига- Рис. 3. Сравнение капотной и бескапотной компоновок грузовых автомобилей Рис. 4. Компоновочные схемы автобусов 9 теля), для междугородних автобусов – уменьшение объема багажного отделения под полом. Наиболее перспективной является схема с задним расположением двигателя. Преимущества: наилучшее распределение нагрузки по мос- там, наименьший уровень пола в передней части салона, наименьшие загазованность и шум в салоне. Недостатки: нестандартный задний мост, необходимость подъема пола по заднему свесу над двигателем, затруднения в размещении двери на заднем свесе, длинные коммуника- ции, тяги и тросы управления, затрудненное охлаждение двигателя. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лукин П. П., Гаспарянц Г. А., Родионов В. Ф. Конструирова- ние и расчет автомобиля: Учеб. для студентов втузов, обучающихся по специальности "Автомобили и тракторы". – М.: Машиностроение, 1984. – 376 с. 2. Осепчугов В. В., Фрумкин А. К. Автомобиль: Анализ конст- рукции, элементы расчета: Учеб. для студентов вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с. 10 Составитель Алексей Владимирович Буянкин КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ АВТОМОБИЛЕЙ Методические указания к практической работе по курсу "Транспортные средства" для студентов направления 552100 "Эксплуатация транспортных средств" и специальности 210100.03 "Организация перевозок и управление на транспорте (автомобильном)" (дневной формы обучения) Редактор Е. Л. Наркевич ЛР № 020313 от 23.12.96 Подписано в печать 26.10.99. Формат 60 × 84/16 Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.–изд. л. 0,6. Тираж 100+50 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а. |