1.3 КомпоновоКа автомобилей
Компоновка легковых автомобилей
Компоновочные схемы легковых автомобилей весьма разнообразны. Классической (рис. 1.26, а) называют такую компоновочную схему, при которой двигатель расположен в передней части автомобиля, а ведущие колеса - задние. Крутящий момент от двигателя к ведущим задним колесам передается последовательно через сцепление, коробку передач, карданную и главную передачи. При такой компоновочной схеме масса автомобиля распределяется по осям равномерно, что благотворно влияет на устойчивость, управляемость, проходимость автомобиля и долговечность шин. Такая схема имеет широкое распространение, особенно на автомобилях большого и высшего классов.
Компоновочную схему с задним расположением двигателя называют заднемоторной, двигатель может располагаться за задней осью (рис. 1,26, б), над ней или перед ней (центральномоторной) (рис. 1,26, в).
При такой компоновочной схеме удается несколько уменьшить общую массу автомобиля, однако задние колеса оказываются перегруженными, возникают проблемы с отоплением салона и обдувом ветрового стекла, уменьшается объем багажного отделения. Двигатель при такой компоновочной схеме вместе со сцеплением, коробкой передач и главной передачей образует силовой агрегат, который может быть расположен как вдоль оси автомобиля, так и поперек. При этом вторая схема, не оказывая заметного влияния на эксплуатационные качества, позволяет уменьшить длину автомобиля.
Последовательность передачи крутящего момента через механизмы трансмиссии не зависит от компоновочной схемы, однако устройство узлов и агрегатов непосредственно с ней связано. Так, например, в схеме, изображенной на рис. 1.26, б, картер главной передачи находится между картерами сцепления и коробки передач, тогда как крутящий момент от двигателя последовательно проходит через сцепление, коробку передач и главную передачу. При такой компоновочной схеме картер главной передачи должен предусматривать наличие проходящего через него вала, соединяющего сцепление с коробкой передач. Кроме того, входной и выходной валы коробки передач должны проходить через отверстия с одной и той же стороны ее картера, тогда как при классической компоновочной схеме трансмиссии они выходят с разных сторон коробки передач.
Рисунок 1.26 – Компоновочные схемы легковых автомобилей:
а – классическая; б – заднемоторная; в – центральномоторная; г ‑ переднеприводная с поперечным расположением двигателя; д ‑ переднеприводная с продольным расположением двигателя; е ‑ полноприводная с раздаточной коробкой; ж – полноприводная с продольным расположением двигателя; з ‑ переднеприводная с поперечным расположением двигателя.
1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 ‑ промежуточная опора карданной передачи; 6 – главная передача; 7 – привод ведущих колес; 8 – раздаточная коробка; 9 – коробка отбора мощности.
Переднеприводная компоновочная схема с поперечным (рис. 1.26, г) и продольным (рис. 1.26, д) расположением двигателя. Переднеприводная компоновочная схема позволяет обеспечить примерно такое же снижение общей массы автомобиля по сравнению с классической компоновочной схемой, как и заднемоторная, но теперь перегруженными оказываются передние колеса. Однако при такой схеме улучшаются управляемость и устойчивость автомобиля, имеется возможность увеличить объем багажного отделения. В наибольшей степени эти эффекты могут быть достигнуты при поперечном расположении двигателя (рис. 1.26, г), однако часто его располагают и продольно (рис. 1.26, д). В последнем случае снимаются ограничения на длину двигателя, удается унифицировать валы привода ведущих колес и упрощается создание полноприводной версии конструкции. В настоящее время существует устойчивая тенденция к расширению применения переднеприводной компоновочной схемы, причем в первую очередь на автомобилях особо малого, малого и среднего классов.
Полноприводная компоновочная схема, двигатель располагался в передней части кузова, как вдоль (рис. 1.26, е, ж), так и поперек (рис. 1.26, з) автомобиля.
Полноприводная компоновочная схема стала применяться и на автомобилях ограниченной проходимости, что обусловлено стремлением к наиболее полной реализации возможностей устанавливаемых на них мощных двигателей. Максимально возможная (равная массе автомобиля) сцепная масса полноприводного автомобиля позволяет реализовывать на колесах суммарно большую силу тяги, что особенно важно при плохих условиях сцепления колес с дорогой (в дождь или гололедицу). Такие автомобили обычно делают на базе переднеприводных.
Компоновка автобусов. Существует две распространенные схемы: капотная и вагонная. Первый вариант, отличающийся наличием во внешних контурах явно выраженного моторного отсека, обычно применяют в случае, если конструкция автобуса построена на базе какого-либо грузового автомобиля, в частности используется его несущая система. Такую компоновочную схему (при использовании которой упрощается доступ к двигателю, но трудно достичь оптимального распределения нагрузок по осям) часто используют для создания полноприводного автобуса для сельских перевозок. Более распространенной является вагонная компоновочная схема. Отличия в конструкциях автобусов, имеющих такую компоновочную схему, определяются расположением двигателя.
Компоновка автобуса во многом зависит от его назначения. Так, для городских автобусов важен низкий уровень пола в салоне, широкие двери, позволяющие ускорить процесс посадки-высадки пассажиров на остановках. Городской автобус рассчитан на перевозку как сидящих, так и стоящих пассажиров, поэтому он должен иметь удобные площадки у входных дверей, широкие проходы и т. п. Для повышения пассажировместимости при условии сохранения достаточной маневренности городские автобусы делают сочлененными; такой автобус состоит из двух шарнирно соединенных частей, расцепка частей не предусмотрена. Междугородние автобусы предназначены для длительной перевозки сидящих пассажиров, поэтому здесь предъявляются повышенные требования к сиденьям, комфорту в салоне. Кроме того, автобусы оборудуются туалетом, кухней, телевизорами. У данных автобусов имеется большой объем отсеков для размещения багажа.
Ведущими колесами автобуса могут быть колеса передней оси, задней оси (задних осей — при многоосной схеме) или всех осей.
Двигатель может устанавливаться в передней, задней или средней частях автобуса, внутри базы между передней и задней осями.
При заднеприводной схеме двигатель располагается со смещением относительно оси симметрии или в продольной плоскости симметрии автобуса (рис. 1.27, а, б; 1.28).
Рисунок 1.27 – Переднемоторная заднеприводная компоновка со смещением двигателя: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – главная передача.
Рисунок 1.28 – Переднемоторная заднеприводная компоновка с двигателем, расположенным в продольной плоскости симметрии автобуса: а – с коробкой передач, расположенной перед передней осью; б – с коробкой передач, расположенной внутри базы: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – главная передача.
При переднеприводной компоновке двигатель может устанавливаться вдоль продольной оси автобуса (рис. 1.29) и поперек (рис. 1.30).
Рисунок 1.29 – Переднеприводная компоновка с продольным расположением двигателя: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – главная передача; 4 – коробка передач; 5 – валы привода ведущих колес.
Рисунок 1.30 – Переднеприводная компоновка с поперечным расположением двигателя: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – главная передача; 4 – валы привода ведущих колес; 5 – коробка передач.
При заднем расположении двигателя возможны два варианта его установки — вдоль (рис. 1.31) и поперек продольной оси автобуса (рис. 1.32).
Рисунок 1.31 – Заднеприводная заднеднемоторная компоновка с продольным центральным (а) и смещенным (б) расположением двигателя: 1 – главная передача; 2 – карданная передача; 3 – коробка передач; 4 – сцепление; 5 ‑ двигатель.
Рисунок 1.32 – Заднеприводная заднеднемоторная компоновка с поперечным расположением двигателя и углом α, равным 60º, 65º, 80º, 90º: 1 – главная передача; 2 – карданная передача; 3 ‑ двигатель; 4 – сцепление; 5 – коробка передач; 6 – угловой редуктор.
Сочлененные автобусы в основном являются городскими и как правило низкопольными. Двигатель в сочлененных автобусах установлен внутри базы (рис. 1.33), а также в задней секции, вдоль или поперек, при этом задняя секция толкающая (рис. 1.34; 1.35).
Рисунок 1.33 – Сочленены автобус с тянущей передней секцией и двигателем, расположенным внутри базы: 1 – двигатель; 2 – сцепление; 3 – коробка передач; 4 – карданная передача; 5 – главная передача.
Рисунок 1.34 ‑ Сочленены автобус с толкающей задней секцией и продольным расположением двигателя в задней прицепной секции: 1 – главная передача; 2 ‑ карданная передача; 3 – коробка передач; 4 – сцепление; 5 – двигатель.
Рисунок 1.35 ‑ Сочленены автобус с толкающей задней секцией и поперечным расположением двигателя в задней прицепной секции: 1 – главная передача; 2 ‑ карданная передача; 3 – угловой редуктор; 4 – коробка передач; 5 – сцепление; 6 – двигатель.
Если двигатель расположен в передней части кузова (рис. 1.27, 1.28), то при большой длине автобуса усложняется подвод крутящего момента к задним ведущим колесам, повышается сложность трансмиссии и уровень порождаемых ею шума и вибраций.
Если расположить двигатель под полом между передней и задней осями, то валы трансмиссии можно сделать короче, а пространство кузова использовать более эффективно. Однако при такой схеме нужен двигатель с небольшими вертикальными габаритами (этого можно достичь при горизонтальном расположении цилиндров поршневого ДВС), и даже при этом уровень пола поднимается, что затрудняет посадку и высадку пассажиров. Кроме того, значительно затрудняется доступ к двигателю и усложняется система отопления автобуса. Однако при использовании сочлененной схемы (рис. 1.33) расположение двигателя под полом является наиболее распространенным техническим решением.
Самая малая высота уровня пола может быть достигнута, если расположить двигатель вне колесной базы рядом с ведущим мостом, то есть использовать переднеприводную (рис. 1.29 и 1.30) или заднемоторную компоновочные схемы (1.34 и 1.35). Автобусы вагонной компоновочной схемы с расположением двигателя за задней осью широко применяются как в качестве городских, так и междугородных. Смещение продольно расположенного двигателя к борту, противоположному тому, где находятся двери пассажирского салона, позволяет увеличить размеры накопительной площадки и понизить уровень пола.
В ряде стран с этой же целью выпускаются двухэтажные городские автобусы, которые, сохраняя высокую маневренность, имеют несколько большую вместимость по сравнению с обычными одноэтажными автобусами, однако посадка и высадка пассажиров при такой компоновочной схеме затрудняется, а устойчивость автобуса против опрокидывания ухудшается. Высокие туристские автобусы иногда называют полутораэтажными, поскольку достаточно большое по высоте пространство используется для вспомогательных нужд: хранения багажа, а иногда даже для устройства спальных мест.
Компоновка грузовых автомобилей. Наряду с колесной формулой и типом привода компоновочные схемы грузовых автомобилей принято различать по расположению двигателя и кабины. Поскольку двигатель на большинстве грузовых автомобилей установлен в передней части несущей системы, различают четыре варианта компоновки грузовых автомобилей: капотная; короткокапотная; кабина размещается над двигателем, двигатель — над передним мостом; кабина максимально смещена вперед, двигатель находиться за передним мостом (рис. 1.36):
а) капотная (рис.1.36, а; автомобили типа КрАЗ-6510) — двигатель находиться над передним мостом, кабина — за двигателем; преимущества такого размещения хорошая доступность к двигателю, удобство входа и выхода из кабины, наименьшая возможная нагрузка на передний мост; недостатки — ограниченный передний обзор;
б) короткокапотная (рис. 1.36, б; автомобили типа ЗИЛ-5301) — двигатель находиться над передним мостом, кабина частично «надвинута» на двигатель; преимущества — возможность уменьшения колесной базы и длины автомобиля, оптимальная нагрузка на передний мост; недостатки — увеличена высота размещения пола кабины, затрудненный доступ к задней части двигателя, меньшая ширина дверей, повышенный уровень шуму в кабине;
Рисунок 1.36 - Основные компоновочные схемы грузовых автомобилей
в) кабина размещена над двигателем, двигатель — над передним мостом, (рис. 1.36, в; автомобили типа ГАЗ-66); преимущества — возможность получения минимальных колесной базы и длины автомобиля, увеличение нагрузки на передние колеса для полноприводных автомобилей, получение хорошего обзора из кабины; недостатки — большая высота пола кабины, затрудненный вход и выход из кабины, невозможность размещения в кабине больше двух людей, для доступу к двигателю необходимо опрокидывать кабину на шарнирах передней опоры;
г) кабина максимально смещена вперед, двигатель находиться за передним мостом (рис. 1.36, г; автомобили типа КамАЗ-5320); преимущества — хороший обзор из кабины, удобство входа и выхода из кабины, удовлетворительная высота и ровная поверхность пола; недостатки — для доступу к двигателю необходимо поднимать кабину или капот, которые соединены с крыльями, влияние на водителя больших вертикальных нагрузок; нагрузка на дорогу от переднего моста у таких автомобилей составляет 33…35 % от его полной массы, что для неполноприводных автомобилей ухудшает проходимость.
Капотная схема КрАЗ ‑ 6510
Короткокапотная схема ЗИЛ – 5301
Кабина расположена над двигателем, двигатель над передним
мостом ГАЗ – 66
Кабина расположена над двигателем и максимально смещена
вперед КамАЗ – 5320