Легковой автомобиль - транспортная машина с автономным двигателем и колесным ходом, управляемая находящимся в ней человеком. Исторически термин "автомобиль" сложился лишь в конце 19 в., хотя самодвижущиеся транспортные машины (с паровыми, электрическими, позже — бензиновыми двигателями) существовали уже с начала 19 века.
Известны сотни конструкций, которые могли выполнять транспортные функции и которые нередко называют первыми в истории. Долгие споры о приоритете тех или иных стран, изобретателей и конструкций заставили выработать четыре необходимые и достаточные условия для определения приоритета. Первое — выдвижение идеи транспортной машины упомянутого выше назначения. Второе — оформление юридического документа, который фиксирует авторское право изобретателя или изобретателей на данную идею. Третье условие — постройка работоспособного опытного образца, в котором эта идея воплощена, и его публичные испытания, отмеченные в периодической печати или ином документе-свидетельстве. И четвертое — организация производства изделия для его продажи независимым от создателя изделия потребителям. Названные здесь условия в равной мере применимы как к автомобилю в целом, так и к составляющим его узлам и агрегатам.
Эти фразы, звучащие несколько казенно, позволяют, если принять сформулированные здесь условия, отсеять несоответствующих им претендентов и назвать имя создателя легкового прото—автомобиля. Им является немецкий инженер Карл Бенц.
Бенц, имевший с 1871 года собственную фабрику газовых двигателей, 25 октября 1882 года оформил патент ДРП 22256 на быстроходный двухтактный мотор. В 1885 году он построил трехколесный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания собственной конструкции, но за пределы фабрики на нем не выезжал. Когда 29 января 1886 года он оформил патент ДРП 37435 на самодвижущийся экипаж как таковой, стало возможным провести публичную демонстрацию своего детища. Выезд состоялся 3 июля 1886 года, и местная газета "Нойе Бадише Линдесцайтунг" написала об этом событии и дала даже ему оценку. Таким образом, первые три условия приоритета Бенц выполнил. Свой автомобиль он демонстрировал на выставках, но спроса на него не было. Первым покупателем стал парижанин Эмиль Роже в 1887 году. Этот случай заставил изобретателя приступить к постройке партии однотипных машин для продажи. Это была так называемая "Модель III". С 1886 по 1894 год Бенц выпустил 25 таких автомобилей. Тем самым он выполнил четвертое условие, и уже на этой стадии обеспечил себе положение пионера первого автомобиля.
В дальнейшем изобретатель мог бы и прекратить работу в этом направлении. Но он развивал свое дело, и в 1926 году его завод объединился с фирмой "Даймлер", созданной другим изобретателем, Готлибом Даймлером. Фирма "Даймлер-Бенц" существует и поныне, выпуская легкового автомобили "Мерседес-Бенц".
Многие инженеры и изобретатели, работавшие в области автомобилестроения, довольно легко выполняли первые три условия приоритета. Но выполнить четвертое нередко удавалось через несколько десятилетий, когда созревала ситуация для использования предложенной ими конструкции в серийном производстве. Например, дисковый тормоз, примененный английским инженером Ф. Ланчестером на опытном образце автомобиля собственной конструкции, был востребован полвека спустя, когда началась "цепная реакция" его применения.
В конце 19 века автомобилестроение еще находилось в зачаточном состоянии. Господствовало широчайшее разнообразие конструкций, и шел активный поиск канонических инженерных решений. Важнейшим среди них стала компоновочная схема, выдвинутая в 1891 году заводом "Панар-Левассор" (Франция): двигатель — впереди, ведущие колеса — задние. Поворотным пунктом в истории легкового автомобиля явилось также создание В. Майбахом (Германия) распылительного карбюратора в 1892 году. И третьим важнейшим новшеством этого периода следует считать пневматическую шину, предложенную в 1895 году резиновым фабрикантом Э. Мишленом (Франция). Все три на много лет определили общую концепцию легкового автомобиля.
2. Коробка передач служит для передачи вращения коленчатого вала двигателя к карданному валу (и далее на колеса) с понижением скорости вращения в передаточное число раз. Каждой передаче соответствует свой диапазон скоростей автомобиля.
Если ехать на максимальном газу - то двигатель перенапрягается; но быстрее, чем позволяют максимальные обороты двигателя, все равно не поедешь. Для ускорения движения следует просто перейти на следующую передачу.
И наоборот, если слишком разогнаться (например, под горку), а передача низка, то двигатель не может еще повысить обороты, и начинает притормаживать скорость движения автомобиля. Это тоже называется "торможение двигателем".
При трогании и разгоне автомобиля крутящий момент на колeсах должен изменяться от максимального значения до минимального, определяемого условиями движения, поэтому в трансмиссии между двигателем и колeсами устанавливают коробку передач, имеющую зубчатые шестерни, которые могут зацепляться поочерeдно в разных сочетаниях, имеющих несколько передач. В коробке применяют несколько передач переднего хода и одну передачу заднего. Передача заднего хода образуется из ведущей и ведомой шестерeн, соединяемых через промежуточную шестерню, которая изменяет направление вращения ведомой шестерни на обратное. Каждая передача характеризуется передаточным отношением, под которым понимается отношение числа зубьев ведомой шестерни к ведущей. Если в передаче участвует несколько пар зубчатых шестерeн, то для определения величины передаточного отношения следует перемножить значения отношений всех пар. В большинстве своeм на автомобилях чаще всего применяют ступенчатые, механические коробки передач. Переключение передач в них происходит передвижением шестерeн, которые вводят поочерeдно в зацепление или блокировкой шестерeн на валу с помощью синхронизаторов. В последнем случае частота вращения включаемой шестерни в начале выравнивается синхронизатором до частоты вращения вала, на котором она вращается свободно, после чего шестерня блокируется на валу и передача окажется включeнной. Передвижением шестерeн или синхронизатором управляет водитель при выключенном сцеплении при помощи механизма переключения передач, который переводит шестерни во включенное или нейтральное положение. В раздаточной коробке имеются: устройства для включения и выключения переднего моста и дополнительная понижающая передача, позволяющая значительно увеличивать крутящий момент на колeсах автомобиля. Это необходимо при движении автомобиля в трудных доротных условиях и при буксировке тяжeлого прицепа. Если автомобиль работает без нагрузки и едет по дороге с усовершенствованным покрытием, передний мост включать не следует, так как увеличивается износ агрегатов трансмиссии и возрастает расход топлива.
3. Карданный вал — атрибут практически любого за дне- и полноприводного автомобиля. Он входит в число незаменимых узлов трансмиссии, без которых автомобиль просто не поедет. Главная задача карданного вала — передать крутящий момент от одного агрегата к другому, оси валов которых между собой могут не только не совпадать, но и работать при постоянно изменяющихся межосевых расстояниях и к тому же в разных вертикальных и горизонтальных плоскостях.
Кардан состоит из вала, скользящей вилки, двух крестовин (шарниров), двух фланец-вилок, уплотнений и, конечно же, деталей крепления (специальных болтов).
Вал изготавливается из сварной или бесшовной трубы. С одной стороны к нему приваривается неподвижная вилка шарнира, а с другой — шлицевая втулка, на которую посажена подвижная скользящая вилка с шарниром.
Шлицевое соединение кардана обеспечивает изменение его рабочей длины при работе подвески.
На некоторых автомобилях для более компактного расположения карданную передачу делают из нескольких частей и с промежуточными подвесными опорами. Шарниры, в свою очередь, состоят из вилок, фланцев и крестовин с игольчатыми подшипниками, а также крепежных деталей. Для получения меньшего дисбаланса при сборке карданных валов вилки по обоим концам располагают в одной плоскости.
Внешние признаки дисбаланса — повышенные вибрации, которые при разной частоте вращения могут усиливаться и уменьшаться. Дисбаланс неприятен не только с точки зрения негативных ощущений. Он вызывает дополнительные нагрузки на шарниры и сопряженные с карданной передачей детали трансмиссии, что ведет к их ускоренному износу. Прежде всего это относится к подшипникам фланца хвостовика редуктора и вторичного вала коробки передач.
На автосборочных и авторемонтных предприятиях степень дисбаланса карданных валов определяют с помощью динамической балансировки на специальных стендах. Избавляются от этого вредного явления установкой на трубе балансировочных пластин, подкладыванием балансировочных прокладок под стопорные крышки подшипников крестовины, а в некоторых случаях снятием металла со специальных бобышек на вилках фланцев.
Балансировка карданных валов обычно производится в сборе с шарнирами. На величину дисбаланса большое влияние оказывают зазоры в сочленениях крестовины и шлицевого соединения. Если в процессе изготовления карданных валов величину зазоров еще удается выдерживать, то в дальнейшем, при ремонте карданов из-за износа посадочных мест и шлицевой части обеспечить это тяжело. Поэтому после ремонта и даже просто снятия с автомобиля все карданные валы необходимо балансировать.
4. Колeса. Непосредственную связь автомобиля с дорогой обеспечение движения и изменение его направления, а также передачу нагрузки от массы автомобиля на дорогу – выполняют колeса. В зависимости от основного назначения колeса делятся на ведущие, управляемые и комбинированные (управляемые и комбинированные). Ведущие колeса преобразуют крутящий момент от трансмиссии в силу тяги, в следствие чего возникает поступательное движение автомобиля. Управляемые (ведомые) колeса воспринимают через подвеску толкающее усилие от кузова и задают направление движения. Комбинированные колeса выполняют функции ведущих и управляемых колeс одновременно.
Колесо крепится к ступице, которая установлена на подшипниках на оси. Основными частями колеса являются диск с ободом и пневматическая шина. Диск штампуют из листовой стали по специальному профилю для увеличения жeсткости. Обод колеса тоже штампуют из стали, придавая ему в средней части углубление, которое служит для облегчения монтажа шины. По обе стороны углубления в ободе расположены полки, которые заканчиваются бортами. Такой обод называется глубоким. Диск с ободом соединяют сваркой для крепления колeс к ступице.
Автомобильная шина состоит из покрышки и камеры покрышка образует внешнюю несущую оболочку шины. А внутреннюю еe полость образует камера. В некоторых случаях на легковых автомобилях применяют шины без камеры. Герметичность в них достигается плотной посадкой покрышки на полки обода. Такие шины называют бескамерными. Они легче, обладают меньшим теплообразованием, но требуют большой точности при изготовлении обода и более трудоeмкие при техническом обслуживании. Покрышка состоит из каркаса, бортов, брекера (подушечного слоя), боковин и протектора. Каркас служит основной покрышки, придаeт ей необходимую прочность и гибкость. Каркас состоит из нескольких слоeв прорезиненного корда. В зависимости от расположения нижнего корда в каркасе шины делятся на диагональные и радиальные. В каркасе диагональных шин нити соседних слоeв корда пересекаются под определeнным углом (95-115*) и число слоeв всегда чeтное. При контакте шины с дорогой происходит изменение угла, перекрещивание нитей корда, что создаeт повышенные деформации, теплообразования и снижает срок службы шин. У радиальных шин нити корда в каркасе расположены от борта к борту (по радиусу) к не перекрещиваются друг с другом. Такая конструкция каркаса более прогрессивна, т.к. способствует к снижению числа слоeв корда каркаса, уменьшает теплообразование и сопротивление качению. По сроку службы радиальные шины значительно превосходит диагональные. Борта служат для крепления покрышки на ободе колеса. Борт состоит из слоeв корда, завeрнутых вокруг проволочного бортового кольца, которое создаeт не растягивающуюся конструкцию и придаeт жeсткость посадочной поверхности покрышки.
Брекер представляет собой резинотканевую прослойку, проложенную между каркасом и протектором по всей окружности покрышки. Брекер смягчает действие протектора на каркас. Для радиальных шин наличие брекера очень важно, т.к. он воспринимает окружные и ограничивает растяжение нитей корда. Протектор является беговой частью шины. Снаружи он имеет рисунок в виде выступов и канавок между ними. Благодаря рисунку протектора обеспечивается необходимое сцепление колeс с дорогой. Поэтому для различных покрытий дорог применяют разные рисунки протектора.
Боковины наносятся в виде тонкого эластичного слоя резины на боковые стенки каркаса. Они служат для предохранения шины от механических повреждений, проникновения влаги и т. д. На боковинах наносят обозначения покрышек.
Камеры для автомобильного колеса изготавливают из эластичной воздухонепроницаемой резины. Размер камеры всегда несколько меньше размера полости покрышки, чтобы в накаченном состоянии не образовались складки. Воздух в камеру подаeтся через вентиль, который представляет собой обратный клапан, позволяющий нагнетать воздух внутрь и автоматически закрывать его выход наружу. Вентиль камеры состоит из корпуса, привулканизированного к стенке камеры, золотника в сборе с клапаном, колпачка-ключа, который навинчивается на втулку корпуса. Рулевое управление. Предназначено для изменения направления движения автомобиля поворотом передних колeс. Состоит из двух частей: рулевого механизма и рулевого привода. Рулевой механизм преобразует вращение рулевого колеса в поступательное перемещение тяг привода, вызывающее поворот управляемых колeс. Рулевой механизм состоит из рулевого колеса, рулевого вала и рулевой передачи, состоящей из зацепления червячной шестерни(червяка) с зубчатым сектором, на вал которого крепится сошка рулевого привода. Поворот управляемых колeс происходит при вращении рулевого колеса, которое через вал передаeт вращение пулевой передаче, при этом червяк передачи, находящийся в зацеплении с сектором начинает перемещать сектор вверх или вниз по своей нарезке, вол сектора приходит во вращение и отклоняет сошку, которая своим верхним концом насажана на выступающую часть вала сектора. Отклонение сошки передаeтся продольной тяге, которая перемещается вперeд или назад. Продольная тяга связана через верхний рычаг с поворотной цапфой, поэтому еe перемещение вызывает поворот левой поворотной цапфы. От левой поворотной цапфы усилие через нижние рычаги и поперечную тягу передаeтся правой цапфе. Таким образом происходит поворот обоих колeс. Конструкция рулевого управления зависит от типа подвески управляемых колeс.
5. Клапана. Как правило, основной причиной шумной работы двигателя становятся клапаны. Основная причина стука клапанов — увеличенные зазоры между рычагами и кулачками распределительного вала. Качественная регулировка зазоров во многом зависит от исполнителя. Недосмотренные «мелочи» (изношенная или деформированная резьба регулировочного болта, небрежная затяжка контргайки) наверняка нарушат зазор. А то и приведут к более серьезным последствиям: повышенному износу кулачков распределительного вала, рокеров; поломке клапанной пружины; износу опорных поверхностей «постели».
Чтобы установить истинное состояние кулачков распредвала и рокеров, достаточно провести пальцем по их поверхности. Износ ощущается четко. В результате, как правило, возникают затруднения при регулировке зазоров между рычагами и кулачками. Изношенный распредвал надо заменять новым вместе с рычагами (рокерами).
Делать это лучше на станции технического обслуживания, так как имеются определенные тонкости при сборке. И, кроме того, после установки новых деталей необходимо выполнить целый комплекс пераций: заменить масло и масляный фильтр; отрегулировать натяжение цепи; установить момент зажигания; отрегулировать зазоры между рычагами и кулачками распредвала.
Тем, кто все же решится самостоятельно заменить распределительный вал с рычагами или другие детали механизма газораспределения, напоминаем следующее: поверхности опорных шеек вала и кулачков должны быть хорошо отполированы и не иметь повреждений (следов заеданий, рисок и пр.).
Таким образом, первые три условия приоритета Бенц выполнил. Свой автомобиль он демонстрировал на выставках, но спроса на него не было. Первым покупателем стал парижанин Эмиль Роже в 1887 году. Этот случай заставил изобретателя приступить к постройке партии однотипных машин для продажи. Это была так называемая "Модель III". С 1886 по 1894 год Бенц выпустил 25 таких автомобилей. Тем самым он выполнил четвертое условие, и уже на этой стадии обеспечил себе положение пионера первого автомобиля.