Тема №2 Шасси атс
Введение
Шасси первых автомобилей представляло собой рамную конструкцию, в виде двух продольных балок (лонжеронов), соединенных различными пересекающимися поперечинами, к которым крепились колеса. В более широком смысле шасси - это была рама с крепящимися к ней компонентами автомобиля, включая двигатель, трансмиссию и кузов. Красиво сделанный и внушительный кузов был в основном дополнительным оборудованием - помещением для размещения сидений и пассажиров и защищал их от дождя. Поэтому существовали, например, такие понятия, как «кузов Mulliner на шасси Rols-Royce». Это означает, что покупали шасси Rols-Royce и отправляли их кузовщикам фирмы Mulliner, которые устанавливали на шасси кузов.
Современное понятие «шасси», аналогичное выше приведенному, соответствует для шасси грузовых АТС. Современные легковые автомобили и даже некоторые современные внедорожные автомобили (4x4) не имеют рамы, как таковой.
Рамы начали исчезать в 20-е годы, с появлением «несущих» кузовов.
К середине XX в. сложилась общепризнанная концепция применения несущих систем на различных типах автомобилей:
на легковых автомобилях среднего и малого классов - несущий кузов,
на легковых автомобилях высшего класса и повышенной проходимости - несущая рама или полунесущий кузов с элементами рамы,
на грузовых автомобилях - несущая рама,
на автобусах - несущий или полунесущий кузов, реже - рама (для автобусов на шасси грузовых автомобилей).
Сейчас при разработке шасси большое внимание уделяется деталям и системам, которые находятся между мотором, кузовом и дорогой и которые, таким образом, должны обеспечивать
- возможность движения,
- возможность управлять автомобилем,
- комфорт для пассажиров.
Поэтому сейчас аспектами в конструкции шасси легковых АТС стали:
- колеса и шины,
- трансмиссия,
- подвеска,
- система рулевого управления и тормозная система.
В конструкции шасси грузовых АТС, по прежнему, присутствует такой составной элемент, как рама, представляющий собой несущую систему, т.е. остов АТС.
Конструкцией шасси решаются три основные задачи, предъявляемые к устройству транспортного средства:
- создание тяговой силы,
- обеспечение плавности хода,
- управление процессом движения.
Сегодня, пассажиры легкового автомобиля и их багаж (а также мотор и многое другое) находятся в чем-то, похожем на большую коробку, и испытывают при этом минимум беспокойства. При этом колеса проходят по той поверхности, которая существует для движения, начиная от ровной, и заканчивая трещинами, рытвинами и колдобинами, или даже (в RV и SUV) по полностью неусовершенствованному покрытию.
Совокупность устройств создающих возможность для движения АТС по опорной поверхности представляет собой ходовую часть. В состав ходовой части входят:
Опорные устройства – колеса.
Подвеска - упругая связь колес с несущей системой.
Хотя главная задача шасси - это комфорт и управление, в реальности есть еще два фактора, которые конструктор шасси должен принимать в расчет. Первый из них - эффективное использование пространства. Компоненты шасси и больше всего элементы подвески должны по возможности «вписываться» в пространство салона и багажника и основные механические компоненты. Обычно не допускается, за исключением специальных, спортивных автомобилей, когда элементы подвески занимают существенную часть пространства внутри кузова. Вторым фактором является структурная эффективность. Если крепления подвески передают нагрузки на кузов в удобных и предпочтительно в четко выделенных точках, то сам кузов может быть сделан легче. Распределение большей части нагрузок в сторону от точек крепления, которые могут располагаться или слишком низко или близко друг к другу, как это происходит в некоторых подвесках, может привести к значительному увеличению веса.
Основные понятия и их определения
Согласно выше изложенному, а также приведенному ранее материалу (общее устройство ТС), возможно следующее определение понятия шасси:
– основная составная часть транспортного средства
Назначение шасси - создание и обеспечение возможности управляемого процесса движения ТС по опорной поверхности.
Функции шасси
Основные функции шасси согласно назначению конструкции:
- преобразование механической работы, совершаемой мотором, в силу, движущую АТС, (движение АТС);
- обеспечение возможности устойчивого положения ТС на опорной поверхности, (контакт АТС с опорной поверхностью)
- создание возможности управляемого движения (управление АТС).
.
Составные части в устройстве шасси
Особенностью устройства шасси АТС является зависимость от конструкции мотора и типа ТС, обуславливающая наличие либо отсутствие ряда составных частей в устройстве. Исходя из среды, в которой осуществляется движение ТС, устройство их шасси весьма разнообразны по причине существующих особенностей создания и обеспечения возможности устойчивого положения ТС в среде и возможности его движения в этой среде.
Для воздушного транспорта особенность создания и обеспечения возможности устойчивого положения ТС и движения его в воздушной среде обуславливается необходимостью создания подъемной силы и толкающей силы.
Для водного транспорта особенность создания и обеспечения возможности устойчивого положения ТС и движения его в водной среде обуславливается необходимостью создания выталкивающей силы и толкающей силы.
Для наземного транспорта особенность создания и обеспечения возможности устойчивого положения ТС и движения его по земной поверхности обуславливается необходимостью создания удерживающей силы (силы сцепления с опорной поверхностью) и толкающей силы.
Существуют транспортные средства, предназначенные для эксплуатации как минимум в двух сферах – амфибии, устройство шасси которых отличаются значительным числом составных элементов.
Вместе с тем общим в устройстве всех шасси механических транспортных средств, согласно выше указанным функциям, является наличие следующих составных частей:
ОСТОВ (несущая система) – основная составная часть шасси ТС в виде устройства, конструкция которого обладает несущей способностью – способностью для размещения и установки устройств, создающих и обеспечивающих возможность управляемого процесса движения ТС по опорной поверхности.
ДВИЖИТЕЛь – составная часть шасси в виде устройств для создания возможности получения, движущей силы ТС;
ХОДОВАЯ ЧАСТЬ – составная часть шасси в виде устройств для обеспечения возможности устойчивого положения ТС в среде передвижения и создания возможности для его перемещения в этой среде.
ЭЛЕМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ – составная часть шасси в виде совокупности устройств создающих возможность изменения направления движения ТС.
трансмиссия составная часть шасси в виде устройств создающих возможность энергоснабжения движителя.
Колеса ТС
Общие положения
Ранее были рассмотрены следующие основные понятия:
колесо– устройство в виде диска (рис. 2 а) или обода со спицами (рис. 2 б), обычно применяемое для передачи вращательного движения или преобразования его в поступательное движение.
КОЛЕСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ – движитель, обеспечивающий поступательное движение за счет вращения колеса, преобразующего подведенную от источника энергию крутящего момента М к в силу тяги Рт, а свое вращение с угловой скоростью Wк, в поступательное движение транспортного средства со скоростью Vк (рис. 5).
Согласно функций ХОДОВОЙ ЧАСТИ шасси ТС, одним из основных её составных элементов является:
ОПОРА – устройство, обеспечивающее контакт и устойчивое положение остова, транспортного средства относительно опорной поверхности и min сопротивление перемещению.
Исходя из требований, предъявляемых к опорам ХОДОВОЙ ЧАСТИ:
- устойчивое положение транспортного средства относительно опорной поверхности:
- минимальное давление на опорную поверхность:
- минимальное сопротивление при движении транспортного средства по опорной поверхности
колесо - вид подвижной опоры транспортных средств.
Основные понятия и их определения
Согласно выше изложенному, а также приведенному ранее материалу (общее устройство ТС), возможно следующее определение понятия колесо транспортного средства:
– основной элемент в устройстве ходовой части шасси транспортного средства
Назначение колеса - создание возможности контакта ТС с опорной поверхностью.
Функции колеса
основные
сцепление ТС с дорогой,
подрессоривание ТС
передачу вертикальных нагрузок от ТС на дорогу
восприятие и передачу воздействия дороги на ТС
дополнительные
создание толкающее силы на оси ТС
изменение направления движения ТС
Типы колес
Согласно, указанным функциям, различают следующие основные типы колес ТС:
Ведущие;
Ведомые;
Управляемые;
Комбинированные;
Конструкция колес
|
1 — обод; 2 — пневматическая шина; 3 — ступица; 4 — соединительный элемент.(диск) |
Принципиальная схема
Пневматическая шина обеспечивает поглощение, смягчение толчков, ударов, воспринимаемых колесом АТС от дороги, сцепление колеса с дорогой, снижает шум при движении. Присутствие пневматической шины, устанавливаемой на обод. - характерная особенность конструкции автомобильного колеса
Обод колеса - обеспечивает возможность установки на него пневматические шины и является основным конструктивным элементом, воспринимающим силовые нагрузки.
Ступица колеса, обеспечивается возможность совершать вращательные движения колеса относительно оси.
Диск - связующее звено между ободом и ступицей в виде соединительного элемента, обуславливающего силовую и кинематическую связь. (Существуют конструкции, в которых нет ярко выраженного элемента в виде соединительного звена).
Пневматическая шина ― это конструктивный дорогостоящий элемент, может составлять от 15-30%. На эксплуатационные расходы приходится 15-20% всех затрат.
Сведения из истории создания и развития конструкции пневматической шины
Сегодня трудно даже поверить, что шина, наполненная воздухом, в отличие от большей части узлов, появилась после рождения автомобиля и сначала для него вовсе не предназначалась. На самоходных безлошадных экипажах она заменила массивные литые шины лишь через многие годы после своего появления на свет. Вдобавок изобретение пневмошины хотя и было предопределено прогрессом техники, все же оказалось случайным.
Все началось в 1887 году с того, что шотландский ветеринар Джон Бойд Данлоп из Белфаста купил десятилетнему сыну Джонни трехколесный велосипед. Сидя в своем саду, он наблюдал за тем, как сын тщетно пытается проехать по рыхлой земле, глубоко увязая в ней тремя колесами, обутыми в жесткие и тонкие шины-обручи. Тогда папа Данлоп придумал надеть на колеса широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом. Мальчишки в округе дивились велосипеду Джонни, на котором он обгонял всех своих приятелей. Об этом узнал местный торговец велосипедами Элден и посоветовал Данлопу получить патент на изобретение. Такой патент № 10607 был выдан Д. Данлопу 23 июля 1888 года, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. С этих событий и ведет свою историю автомобильная пневматическая шина.
Идея Данлопа получила практическое развитие в мае 1889 года, когда на гонках «пневматический» (то есть на пневмошинах) велосипед, по воспоминаниям очевидцев, «исчез с глаз сразу же после старта», оставив позади конкурентов. Им заинтересовался английский предприниматель Харвей дю Кросс, который предложил Данлопу организовать серийное производство шин. Компания была основана осенью 1889 года, а в 1890 году получила имя Данлопа, хотя сам «отец шины», не увидев перспективы своего детища, отошел от дел. Сегодня английская компания «Данлоп» - один из крупнейших в мире изготовителей шин.
Большой вклад в совершенствование пневматиков внесла французская фирма «Мишлен». Ее деятельность на этом поприще тоже началась со случайности. Однажды,,' в 1891 году, владелец небольшой мастерской резиновых изделий Эдуард Мишлен встретил на дороге английского велосипедиста, горевавшего над прорванной пневмошиной. Завулканизировать ее в мастерской не представляло особого труда, но, чтобы снять и вновь надеть на колесо, требовалось немало сил и времени. Дело в том, что тогда шины приклеивались к ободам. Все это навело Мишлена на изобретение быстросъемной шины с камерой. Быстрота, впрочем, была относительной: новая шина крепилась на колесе несколькими обручами, которые привинчивались к ободу многочисленными гайками. Тогда же англичанин Бартлет и француз Дидье изобрели более легкие способы демонтажа и монтажа шин. Все это открыло пневматической шине доступ к автомобилю.
Впервые пневмошины конструкции Мишлена были установлены на французском двухместном автомобиле «Л'Эклер», который принял участие в гонках 1895 года по маршруту Париж—Бордо на дистанцию 1200 километров. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащен легковой «Ланчестер». Проходимость и мягкость хода заметно улучшились, но первые шины были так ненадежны, что их приходилось менять через несколько десятков километров. Кроме того, много времени уходило тогда на монтаж. Основные усовершенствования шины были связаны именно с преодолением этих трудностей и вели к повышению долговечности, облегчению и упрощению монтажа. Первая цель достигалась применением все более надежных и долговечных материалов, а также изобретением корда - особо прочного слоя из упругих текстильных нитей. Выполнить второе требование было непросто, и долгое время в путешествие или на гонки приходилось брать с собой несколько «запасок». Кроме них, возили сменные обручи, вулканизаторы, камеры, а для их накачивания — даже баллоны со сжатым воздухом. Но с 10-х годов XX века все чаще стали использовать быстросъемное крепление колеса к ступице на нескольких болтах. Это позволило заменять шины вместе с колесом, на что уходило всего несколько минут. А на гоночных автомобилях болты вскоре были заменены одной центральной гайкой.
Все эти новшества привели к признанию шин на автомобильном транспорте и в автоспорте, а также к бурному развитию шинной промышленности. Если в 1895 году во всем мире в шины было «обуто» всего 400 автомобилей, в 1900-м - 4000, то к 1925 году - уже 4 миллиона, то есть практически весь автомобильный парк. Последние массивные шины сохранились на некоторых грузовиках лишь до конца 30-х годов.
Возникли крупные компании по производству шин, многие из которых существуют поныне. Кроме «Данлопа» и «Мишлена», это американские «Гудьир», «Файрстоун», «Гудрич», немецкие «Континенталь» и «Метцелер» (ныне в ФРГ), итальянская «Пирелли».
Первые автомобили, появившиеся в России, уже были на пневматических шинах - импортных, но в 1900-х годах их производство наладили заводы «Проводник» в Риге (шины «Колумб») и «Треугольник» в Петербурге (шины «Елка» с оригинальным протектором). Русские шины, испытанные в многочисленных пробегах и состязаниях, отличались высокой долговечностью и прочностью. На гоночном автомобиле «Бенц» с «елками» в 1913 году был установлен всероссийский рекорд скорости — 201 км/ч.
После Октябрьской революции шинные заводы вошли в Резинотрест, который обеспечивал отечественной обувью все наши автомобили. Сегодня промышленность России ежегодно производит около 70 миллионов шин для автомобилей, мотоциклов, сельхозмашин.
Конечно, шину нынешних 2000-х годов объединяет с «прабабушкой» разве, что принцип. А сама конструкция изменилась, усложнилась, усовершенствовалась до неузнаваемости - для того, чтобы характеристики шин наиболее полно отвечали параметрам автомобилей, условиям их работы. Первыми крупными шагами было разделение шины на покрышку и камеру, а также появление кордной покрышки. Надо отметить такие важные этапы, как изобретение шины низкого давления типа «баллон», бескамерных, низкопрофильных; арочных и широкопрофильных шин низкого давления для грузовиков; шин зимнего типа с шипами противоскольжения; покрышек с радиальным расположением корда, а также с кордом из синтетических материалов и металлокордом; «безопасных» шин.
Многократно выросла долговечность шин. Если в начале века рекордным считали пробег 3—4 тысячи километров, то к 20-м годам он возрос до 30 тысяч, а в дальнейшем — до 100 тысяч.
Усовершенствование шины идет и сегодня. Его главные направления - дальнейшее увеличение пробега, допускаемых нагрузок, снижение расхода материалов и упрощение технологии, улучшение других показателей, повышение безопасности. Последнее направление интенсивно развивается с 60-х годов, и сегодня ряд фирм уже выпускает серийно так называемые безопасные шины. Они монтируются на обод иной конструкции, которая помогает удержать борта покрышки на полках обода при большой утечке воздуха.
Серьезные преимущества сулит применение новых синтетических материалов, способных произвести революцию в шинной технологии. Словом, как и для автомобиля, век для пневматической шины - возраст, открывающий заманчивые перспективы.
Типы шин колес
По типу ТС
для легковых АТС;
для грузовых.