Устройство автомобиля — познаем то, на чем ездим

Так оказалось, что управлять каким-либо механизмом, не зная как он устроен, попросту невозможно. Предлагаю вашему вниманию ознакомиться с устройством автомобиля. В механику вдаваться не буду, а лишь расскажу общие принципы устройства. Заметка пишется как вводная для группы заметок об устройстве автомобиля.

Кузов

Кузов это та делать, на которой держатся все остальные детали. Кузова бывают трех конструкций:

1. Рамная
2. Несущая
3. Скелетная

В рамной конструкции все детали автомобиля держатся на раме, которая выглядит как две паралельных «рельсы» соединены поперечинами. Такая конструкция достаточно тяжелая, но при этом достаточно прочная. Рамная конструкция характерна для тяжелых грузовиков и джипов.

В несущей конструкции кузов выполнен в виде своеобразной «ванной», спереди к которой прикреплены две балки, которые называются лонжероны. На лонжеронах висит двигатель и подвеска — да в общем вся передняя часть. Внутри самой ванной расположен салон автомобиля. Вес при этом ниже, чем у рамной конструкции, но это в ущерб прочности.

В скелетной конструкции кузов сварен из своеобразных «косточек». При этом фактическая его прочность будет ниже, чем у несущей и рамной конструкции, однако при таком подходе у инженеров появляется простор для создания областей программируемой деформации. Еще одним преимуществом скелетной конструкции является малый вес, от которого в свою очередь зависит расход топлива. При достаточно серьезном ДТП кузов может повести гораздо раньше, чем несущую конструкцию и тем более рамную. Если кузов повело, машину уже не починить.

То, что было описано выше называется остовом кузова(фундамент, основание). К остову приварены различные дуги, на которые в последствии будут прикреплены двери, крылья и крыша. Так же к остову и лонжеронам крепится двигатель и подвеска автомобиля.

Подвеска

Как уже было написано ранее, подвеска колес крепится к остову кузова и лонжеронам. Общего правила крепления подвески не существует. Можно только выделить, что передняя подвеска крепится к лонжерону сверху и к подрамнику снизу, который в свою очередь прикреплен к остову кузова и лонжеронам.  Передняя подвеска на современных автомобилях, как правило, имеет рычажный тип, тоесть с одной стороны крепится к кузову через специальные резиновые детали, которые именуются сайлент блоки. Как понятно из названия, задачей сайлент блока является снижение уровня шума при работе подвески. Сайлент блок похож на цилиндт, в центре которого просверлено отверстие и вставлена металлическая втулка. Именно эту втулки и крепят к кузову. Снаружи же сайлент блок обнимает кольцом ухо рычага. Таким образом толстый слой резины становится посредником между кузовом и повеской. С другой стороны рычагов находится шаровый наконечник. Похож он на чупачупс, который вставили в полусферу с отверстием для палочки, а с другой стороны затянули другой полусферой. В итоге «чупачупс» оказался внутри сферы, из которой торчит только палочка. Понятно, что двигая шарик за палочку, он будет крутиться. На конце палочки нарезана резьба, которой рычаг притягивают к стойке или поворотному кулаку. К стойке же или поворотному кулаку крепится колесо и тормозная система.

Задняя подвеска бывает зависимая(в этом случае задние колеса очень плотно друг с другом связаны и совершают похожие движения по вертикали), полузависимая(в таком случае связь между колесами не так сильна и они в определенных пределах могут двигаться независимо друг от друга) и независимая(как понятно из названия, задние колеса никак не связаны друг с другом и могут совершать несинхронные движения). Однако даже самую сильную независимость сглаживает специальная деталь — стабилизатор. Его задачей является синхронизация колес в случае кренов. Если машина начала кренииться налево, при этом левое колесо уходит глубже в арку, а стабилизатор тащит туда же правое колесо, что препятствует крену и дальнейшему перевороту автомобиля. Стабилизаторы ставятся на передние подвески, а так же на задние подвески, если задняя подвеска независимая. Это был стабилизатор крена. Есть так же поперечные и продольные стабилизаторы, задачей которых является удерживать ось в продольном или поперечном положении(другими словами, чтобы сразу пара колес не пыталась сдвинуться вперед или в бок относительно кузова).

Передние и задние колеса упираются сверху в пружины (пружины могут быть или обычные спиральные или ряд пластинок, именуемый ресорами, или эластичные пластинки, которые работают на скручивания, называемые торсионами ), которые создают мягкость автомобиля. В противовес пружинам, чтобы предотвратить их раскачивание и резкое проседания в глубоких кочках ставятся амортизаторы. Задача амортизатора не дать раскачаться колесу, а так же ограничить резкость вертикальных движений.

Двигатель

Если рассказывать примитивно, то двигатель устроен просто. Есть ряд поршней которые то поднимаются то опускаются. При этом они прикреплены к валу(грубо говоря оси) хитрой коленчатой формы. При взрыве топлива внутри камеры сгорания, когда поршень обязательно находится в самой верхней точки своей траектории, воздух начинает расширяться и таким образом толкает поршень вниз, а поршень при этом крутит свой коленчатый вал. Вот и весь двигатель)

К коленчатому валу прикрепляется большая тяжелая шестеренка, которая называется маховик. На самом деле это диск, по краю которого расположены зубцы. Потому он и похож на шестеренку. Сам маховик нужен для того, чтобы сохранять энергию вращения двигателя между взрывами в камере сгорания. А зубцы нужны для того, чтобы электромотор (стартер) в момент запуска двигателя мог расркутить маховик и дать начало серии взрывов внутри камеры сгорания. Как только двигатель начинает крутиться быстро, стартер отключается.

Трансмиссия

Вот и двигатель у нас крутится, но диапазон оборотов двигателя достаточно ограничен, ровно как и его мощность, поэтому, чтобы разогнать автомобиль, необходимо сначала сделать упор на силе, передаваемой колесам, а потом на скорости. Вот тут коробка передач и пригождается. Вспомните курс физики, когда маленькая шестеренка крутила большую. Приложив к маленькой шестеренке диаметром 1 сантиметр силу 1 килограмм, и передавая эту силу на шестеренку диаметром 5 сантиметров, на валу(оси) большой шестеренки мы получил силу 5 килограмм(расчеты и цифры взяты грубо приблизительно, чтобы показать порядки). Можно еще сказать что передаточное число равно 1/5. Это будет первая передача. Однако на первой передаче на один оборот маленькой шестеренки будет приходиться примерно 1/15 оборота большой. Тоесть крутим ось второй шестеренки медленно но сильно. Первая шестеренка, как уже можно догадаться это условно наш маховик. Но маховик же большой, куда еще больше шестеренку то — спросите вы. Да. Я уже говорил, что маховик служил лишь для сохранения энергии вращения двигателя. Однако у него есть еще одна функция. К нему прижимается диск сцепления, в который вставлена как раз ось маленькой шетеренки. Эта ось называется первичный вал. Ось второй шестеренки это вторичный вал. На вторичном валу находится несколько шестеренок разного размера. Это и есть вторые шестеренки. Разным размер нужен для разных передаточных чисел и для управления соотношением сила/скорость. Переключая передачи, маленкая шестеренка переходит с одной шестеренки вторичного вала на другую. Чем меньше вторая шестеренка, тем выше передача(так как выше передаточное число). Вторичный вал жестко сцеплен с колесами. Однако в повороте внешние колеса проходят большее расстояние, чем внутренние. Если левые и правые колеса будут сидеть на одной шесткой оси, в повороте будет повыенный износ резины, а так же снижена управляемость автомобиля. Чтобы этого избежать, в цепь между колесами и коробкой передач включен специальный механизм, именуемый дифференциал. Дифференциал передает вращение двигателя на то колесо, которое легче крутить, в итоге внешнее колесо будет вращаться быстрее, чем внутреннее. Кстати, благодаря дифференциалу, достаточно заехать в глубокую ямку одним ведущим колесом можно в принципе лишиться возможности передвигаться, так как проще всего буде крутить то колесо, которое висит, а все остальные будут стоять на месте. Чтобы этого избежать, инженеры придумали блокировку дифференциала, или другими словами жесткое соединение левого и правого колес одной оси. Если машина полноприводная, то между осями так же есть дифференциал, но логика его работы несколько сложнее и у всех машин разнится. Однако если вывесить одно колесо полноприводного автомобиля, можно так же лишься возможности двигаться и тут так же может пригодиться блокировка меж осевого дифференциала.

Ну и осталось по трансмиссии рассмотреть только способ передать вращение с дифференциала на колеса. Колеса на ямках прыгают, а ось должа передавать вращение жестко. Для этого ось разделили на приводные валы(по сути это круглая палка), на концах которой находятся детали, называемые гранаты(справедливо для передних ведущих колес и задних колес с независимой подвеской). Граната это скорее сленг, правильное же название трипоид или шрус. Это два разных узла. Принцип работы одинаков(два цилиндра один внутри другого), но у трипоида между цилиндрами находятся ролики(или роликовые подшипники), а у ШРУС(шаровая равных угловых скоростей) шарики. У шрус больший угол поворота по сравнению с трипоидом, поэтому как правило трипоиды ставят с внутренней стороны оси или на задних колесах (если они не подруливают и имеют небольшой диапазон вертикальных колебаний). Трипоиды более надежны, но имеют бОльшие ограничения по сравнению со шрусом.

Вот такой автомобиль уже условно может ехать. Если есть вопросы — не стесняйтесь, задавайте.