Автомобиль состоит из трёх основных частей:
1. Двигатель. На схеме показаны основные части двигателя автомобиля: распределительный вал, штанга, коромысло, клапан, головка цилиндра, цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, поддон картера.
Схема устройства двигателя автомобиля в поперечном разрезе.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.
Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используются стартер — обычно электрический двигатель, проворачивающий коленчатый вал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС (пускач).
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания — наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.
2. Шасси. Шасси автомобиля включает в себя элементы силовой передачи или трансмиссии, ходовую часть и механизмы управления.
Силовая передача передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам автомобиля.
Составными частями силовой передачи являются:
- — сцепление
- — коробка передач
- — карданная передача
- — главная передача
- — дифференциал
- — приводные валы
Узел сцепления служит для кратковременного разъединения двигателя от коробки передач и в дальнейшем, их плавного соединения при переключении передач, а также , в тот момент, когда транспортное средство трогается с места.
3. Коробка передач. Коробка передач позволяет изменять величину крутящего момента, который передается от коленчатого вала двигателя к карданному валу.
Блок коробки передач позволяет на длительное время отключать соединение двигателя с карданной передачей и обеспечивает возможность движение автомобиля задним ходом.
Основное назначение карданной передачи состоит в том, чтобы обеспечить возможность передачи крутящего момента от коробки передач к главной передаче под изменяющимся углом.
Основное назначение главной передачи — обеспечить с минимальными потерями передачу крутящего момента под прямым углом от карданного вала через дифференциал к приводным валам ведущих колес и увеличения крутящего момента.
Дифференциал обеспечивает возможность вращения ведущих колес с разной частотой вращения при движении автомобиля на поворотах и по неровной дороге.
Ходовая часть автомобиля состоит из рамы, передней и задней осей, которые соединяются с рамой системой подвески. В подвеску входят упругие элементы, такие как рессоры, цилиндрические пружины, пневматические баллоны и амортизаторы.
У большей части легковых автомобилей роль рамы выполняет несущий кузов.
Устройства управления автомобиля включают в себя рулевое управление, связанное с передними колесами рулевым приводом и тормозную систему. В современных транспортных средствах активно используются бортовые компьютеры, которые контролируют в некоторых случаях процесс управления и вносят необходимые корректировки.
Элементы рулевого управления позволяют совершать поворот передних колес, тем самым, изменяя направления движения автомобиля.
Конструктивные особенности, заложенные в реализацию тормозной системы автомобиля, должны обеспечивать быстрое снижение скорости движения автомобиля и полную остановку без потери управления, а также удержание транспортного средства в неподвижном состоянии.
4. Кузов. Кузов предназначен для размещения пассажиров и перевозимого груза и водителя. Кузов современного легкового автомобиля обычно является несущим, состоящим из отдельных панелей, соединённых сваркой. В состав кузова входят и такие элементы, как двери, крылья, крышка багажника.
Машина — это устройство, выполняющее механическое движение для преобразования материалов, энергии или информации с целью замены или облегчения физического или умственного труда.
— технологические машины – предназначены для изменения формы, размеров, состояния исходных тел: металлообрабатывающие станки, прессы;
— подъемно-транспортные – перемещение объектов в пространстве с требуемой скоростью;
— энергетические машины — происходит преобразование энергии (эл. двигатели и эл. генераторы), двигатели внутреннего сгорания, гидромоторы,
— информационные машины – преобразование вводимой информации для контроля, регулирования и управления движением.
Механизм — служит для преобразования движения.
— Редуктор – наиболее распространенный механизм, понижающий частоту вращения и увеличивающий вращающий момент
Кривошипно-ползунный механизм (применяется в двигателях внутреннего сгорания, прессах и т.д.) — возвратно-поступательное движение ползуна (поршня) преобразуется во вращательное движение кривошипа.
Рисунок 1.5 – Кривошипно-ползунный механизм
1 — кривошип — вращается вокруг неподвижной оси на угол 360 0 ;
2 — шатун — совершает плоскопараллельное движение;
3 — поршень — возвратно-поступательное движение;
4 — стойка с направляющей b — b — неподвижны.
2. Основные типы механизмов.
Основные виды механизмов:
плоские механизмы – все звенья располагаются в одной плоскости или в параллельных плоскостях;
пространственные механизмы – звенья лежат в разных плоскостях.
механизмы с гибкими связями (ременные и цепные передачи);
ременная передача цепная передача
механизмы с высшими и низшими кинематическими парами
кулачковые, зубчатые, шарнирно-рычажные
фрикционные, храповые, механизмы
храповый механизм шестизвенный шарнирный механизм
зубчатая передача кривошипно-ползунный механизм
гидравлические и пневматические механизмы.
3.Звенья и кинематические пары механизмов. Кинематические цепи.
Звенья механизма — твердые тела, из которых состоит механизм.
Бывают: подвижные (на рис. 1.- звенья 1-3) и неподвижные звенья (на рис. 1 — звено 4).
Кинематическая пара (КП) — подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев.
(На рис. 1 звенья 4-1, 1-2, 2-3, 3-4)
— низшие КП — соприкасаются по поверхности;
— высшие КП — соприкасаются по линии или в точке.
Свободное в пространстве тело имеет 6 степеней свободы: три вращательных и три поступательных.
Любая кинематическая пара ограничивает движение звеньев. Ограничения, накладываемые на движение звеньев называют связями. В зависимости от числа связей кинематические пары подразделяют на классы. Всего классов — пять; номер класса совпадает с количеством связей.
4. Кинематическая схема механизма
Кинематическая схема механизма — это схема механизма, в которой звенья и КП изображены условно, но в определенном масштабе с указанием необходимых размеров звеньев и направления движения ведущего звена
Рисунок 1.7 – Кинематическая схема кривошипно-ползунного механизма
На структурной схеме механизма масштаб не соблюдается.
Масштаб — это отношение какой-либо величины в соответствующих единицах измерения к величине отрезка, изображающего эту величину на чертеже.
, — масштаб длин или перемещений;
— масштаб скорости;
— масштаб ускорений.
Современный автомобиль напичкан множеством примочек и апгрейдов. В этой статье мы попробуем разобраться во внутренностях автомобиля, а именно, в его устройстве и конструкции. Какие детали служат для комфорта, какие необходимы для езды, а какие – для безопасности. Ниже представлен список комплектующих, на которые можно разделить все устройства и кузовные части автомобиля:
- Несущая конструкция автомобиля.
- Трансмиссия.
- Электрооборудование.
- Двигатель.
- Ходовая часть.
- Система управления автомобилем.
Далее рассмотрим все эти разделы более подробно.
Общие сведения об устройстве автомобиля
Несущая система автомобиля
Она является скелетом автомобиля, к которому в последующем крепятся все детали. Именно от нее зависит срок службы автомобиля, и именно на несущую систему приходятся все нагрузки, которым подвергается автомобиль во время движения. Отсюда и ценовое соотношение если определить стоимость всего автотранспорта в 100%, то 50% будет приходиться именно на эту систему. Условно ее можно разделить на несколько видов:
- Рамная несущая система. Преимущество этой системы в простоте, как производства, так и ремонта. Кроме того, рамная несущая система позволяет выпускать шасси, различные по модификации автомобиля.
- Кузовная несущая система. Данная система позволяет понизить массу автомобиля, снизить центр тяжести, а значит, повысить устойчивость при движении. Есть, конечно, у нее и недостаток – это достаточно плохая изоляция шумов извне.
- Рамно-кузовная система. Применяется исключительно на автобусах. Состоит из соединенных между собой деталей рамы и кузова. Является довольно простой при ремонте и производстве.
Схема трансмиссии заднеприводного автомобиля
Важность трансмиссии
Следующий элемент, который мы рассмотрим, – это трансмиссия. Это силовая передача, осуществляющая взаимосвязь двигателя с ведущими колесами автомобиля. Различают несколько видов трансмиссии: механическая (наиболее распространена), электрическая, гидрообъемная и комбинированная. На примере механической трансмиссии рассмотрим работу различных узлов, входящих в ее состав:
- Сцепление. Главной задачей является мягкое соединение маховика, первичного вала коробки передач. В состав сцепления входят следующие составные корзина и диск сцепления, а также выжимной подшипник.
- Коробка передач. Она предназначена для преобразования крутящего момента и дальнейшая его передача к карданному валу. Двигатель усиливается за счет вторичного вала. Среди коробок передач имеется разделение на механический и автоматический вид.
- Карданный вал (для автомобилей с задним приводом), передающий крутящий момент от вторичного вала к главной передаче.
- Соединение дифференциала и главной передачи представляет собой так называемый мост, который передает силу двигателя к колесам через полуоси.
- Полуось (приводной вал) – металлический стержень с устройством сцепления с дифференциалом и ШРУСом.
- Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) осуществляет подачу силы вращения на ведущие колеса.
- Раздаточный механизм распределяет усилия двигателя по ведущим колесам. Данный узел применяется в авто с колесной формулой 4*4.
Схма электрооборудования автомобиля – ВАЗ 2109
Электрооборудование автомобиля
Далее идет электрооборудование, которое представляет собой совокупность электрических приборов и аппаратов, обеспечивающих нормальную работу двигателя. Электрическая энергия необходима для запуска автомобиля, воспламенения горючей смеси, освещения, сигнализации, дополнительной аппаратуры. В состав электрооборудования входят источники и потребители тока. Источниками электрооборудования являются:
- Генератор – служит для преобразования механической энергии, получаемой от двигателя в электрическую энергию;
- Регулятор напряжения – выполняет функцию стабилизатора, держит на постоянном уровне напряжение тока, который вырабатывается генератором при изменяющейся частоте вращений коленчатого вала двигателя;
- Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – необходим для преобразования химической энергии в электрическую энергию.
Потребителями тока являются:
- Стартер – служит для обеспечения вращения коленчатого вала частотой необходимой для пуска двигателя;
- Система зажигания – в процессе своей работы осуществляет воспламенение топлива в цилиндрах в порядке рабочего режима двигателя;
- Система освещения – вспомогательная служба, обеспечивающая работу авто в условиях пониженной видимости;
- Система сигнализации – служит для обеспечения безопасности движения автомобиля.
Классификация двигателей
Следующее, что мы рассмотрим, – это двигатель. Он являет собой комплекс механизмов, которые преобразуют тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. Двигателя делят по многим параметрам. Во-первых, по виду топлива: бензиновые и дизельные. Во-вторых, по воспламенению горючей смеси: от электрической искры и от сжатия. В-третьих, по числу цилиндров: 2-ух, 3-ех, 4-ех, 5-ти, а также 6-ти и 8-ми цилиндровые и многоцилиндровые. В-четвертых, по расположению цилиндров: рядные и V-образные. Рабочий процесс двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.
Механизмы и системы двигателя
Распределяют следующие механизмы и системы двигателя. Рабочий процесс двигателя главным образом осуществляется благодаря работе кривошипно-шатунному механизму. Открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя производится за счет газораспределительного механизма. Подачу масла к трущимся деталям двигателя производит смазочная система. Охлаждение сильно нагретых деталей двигателя происходит за счет специальной системы охлаждения, которая отводит теплоту. Система питания подготавливает горючую смесь для двигателя и обеспечивает выход из двигателя отработавших газов. Воспламенение горючей и рабочей смеси в цилиндрах двигателя происходит благодаря системе зажигания.
Работа ходовой части
Ходовая часть – это комплекс устройств, при взаимодействии которых осуществляется перемещение автомобиля по дороге. Сюда входят колеса, а также задняя и передняя подвески. Через колеса осуществляется связь транспорта с дорогой. Главными задачами колес является передвижение по поверхности и изменение направления движения. Колеса различают по типу конструкции (дисковые, бездисковые, спицевые) и по назначению (ведущие, управляемые, комбинированные, поддерживающие). Колеса автомобиля могут быть с глубокими ободами или соединительными деталями, по внешнему виду напоминающими диски и спицы. Эти самые ободья необходимы для установки пневматической шины. Именно за счет ступицы осуществляется крепление колеса к мосту и его способность вращаться. За счет подвески происходит упругая связь колес и несущей системой. Подвеска выполняет две функции. Первая – повышение безопасности движения автомобиля, а вторая – это плавный ход автомобиля.
Типы подвески
Подвески делятся на следующие типы:
- Зависимая подвеска – это когда колеса одного из мостов взаимосвязаны друг с другом посредством жесткой балки. Следовательно, при движении они взаимосвязаны.
- Независимая подвеска – это когда колеса одного из мостов не связаны между собой, а подвешены независимо по отношению друг к другу, а следовательно и перемещение любого из колес не вызывает перемещения другого. Общими частями всех подвесок являются:
- Элементы, обеспечивающие упругость;
- Элементы, распределяющие направление силы;
- Гасящий элемент;
- Элементы, стабилизирующие поперечную устойчивость;
- Крепеж.
Работа подвески
Рассмотрим их более подробно. Элементы, которые обеспечивают упругость между неровностями на дороге и кузовом автомобиля, являются, так сказать, буфером. Сюда относятся пружины, рессоры, торсины. Жесткость пружин бывает постоянной и переменной. Рессоры визуально представляют из себя несколько металлических пластин взаимно связанных между собой, а также они довольно упруги по свойствам. Торсины внешне выглядят как металлическая труба, а внутри располагаются стержни.
Устройства для распределения силы
Устройства, распределяющие направление силы, в свою очередь, выполняют несколько задач. Во-первых, крепление подвески к кузовной части автомобиля. Во-вторых, передача силы на кузовную часть автомобиля. В-третьих, правильное расположение колес по отношению к кузову в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Задачей гасящего элемента является противодействие элементам упругости, а если быть точнее, – сглаживание упругости. Стабилизационные устройства поперечной упругости распределяют боковую нагрузку автомобиля при изменении траектории движения. Все составные части подвески крепятся к кузовной основе и к опорным частям колес.
Система управления автомобилем
Под самой системой понимается совокупность устройств и механизмов, предназначенных для изменения скорости авто и изменения направления движения. Под устройствами изменения направления движения скрывается не что иное, как рулевое управление, применяющееся для нормального управления авто. Под системой изменения скорости, в свою очередь, понимается тормозная система, являющаяся главным узлом безопасности водителя и пассажиров. В комплектацию рулевой системы входят:
- Руль;
- Рулевой вал с крестовиной, который с одной стороны имеет шпицы для фиксации руля, а с другой шпицы – для крепления к рулевой колонке;
- Рулевая колонка, устройство, собранное в одном корпусе, в состав которого входит червячная ведущая шестерня и ведомая, рулевой тяги, состоящие из наконечника и маятника.
Работа рулевого механизма
Рассмотрим более детально рулевой механизм в работе: во время вращения рулевого колеса усиливается вращение червячного механизма колонки, который, в свою очередь, начинает вращать ведомую шестерню, приводящую в работу рулевую сошку. Она имеет крепление к средней рулевой тяге, а другой конец тяги соединяется с маятниковым рычагом. Он устанавливается на опоре и имеет жесткое крепление к кузову авто. От сошки с маятником отходят боковые тяги. Наконечники соединены со ступицей. Рулевая сошка, когда поворачивается, посылает усилие сразу на боковую тягу и средний рычаг. Средний рычаг, в свою очередь, дает начало действию второй боковой тяге, в результате чего ступицы поворачиваются, а, следовательно, и колеса вместе с ними. Главной задачей системы торможения является возможность управления скорость авто.
Системы торможения
Существует три варианта системы торможения: рабочая, стояночная, запасная. Основным узлом управления автомобилем и сохранения его в безопасности является рабочая тормозная система. Во избежание произвольного движения авто во время долгой стоянки на участках с наклоном дороги используют стояночный тормоз (ручник). Относительно молодой является запасная тормозная система, используемая для торможения ввиду неисправности рабочей тормозной системы. Из-за того, что пользование ручником при движении исключено, водитель с помощью рычага запасной системы с легкостью блокирует колеса, и транспорт останавливается.
Принцип действия тормозной системы
Данная система торможения может являться отдельным узлом или частью рабочей тормозной системы. Система торможения автотранспорта построена на эффекте трения. Именно вследствие трения между движущейся и находящейся в неподвижности деталью происходит такое явление, как торможение. Ниже рассмотрим непосредственно сам процесс тормоза. Во время процесса торможения возникает эффект трения между тормозными колодками и тормозным диском или тормозным барабаном, который находится в движении. Вследствие чего тормозные системы стало принято делить на дисковые и барабанные. В наше время стало принято использование результата симбиоза этих систем торможения, а именно, их сочетание. Хотя, может быть иначе, тут все зависит от решения конструкторов.
Вот, в принципе и все основные устройства и конструкции автомобиля. Конечно, можно еще много всяких мелочей и деталей упомянуть и вспомнить, но именно вышеупомянутые устройства и конструкции являются основными в автомобиле.