Как работает автомобиль. Система передач. Электроснабжение и тормоза

В типичном современном автомобиле можно выделить четыре основные системы: двигатель, вырабатывающий энергию; систему передач, с помощью которой энергия передается на ведущие колеса; электросеть; кузов (шасси) с рулевым управлением, тормозами и подвеской.

Типичный современный автомобиль имеет расположенный впереди двигатель, от которого вращение передается на задние колеса через коробку передач и карданный вал. Двигатель, подвеска и рулевое управление смонтированы на кузове, который изготовлен в виде жесткой коробки, сваренной из криволинейных панелей. Многие модели автомобилей приспособлены как для право-, так и для левостороннего управления

Независимо от размещения двигателя-сзади с приводом на задние колеса, впереди с приводом на передние колеса и даже в середине автомобиля — принцип действия в основном сохраняется. В самом распространенном автомобиле (с передним расположением двигателя и задними ведущими колесами) двигатель передает крутящий момент через сцепление, коробку передач, карданный вал и дифференциал на полуоси и ведущие колеса.

Система передач. Сцепление [6] помогает водителю соединить или разъединить двигатель и ведущие колеса при переключении шестерен в коробке передач, плавном трогании с места и остановке автомобиля (без остановки двигателя).

Сцепление состоит из маховика [1], укрепленного на конце коленчатого вала двигателя, ведомого диска [2], связанного с ведущим валом коробки передач, и нажимного диска [3], прижимающего ведомый диск к маховику, когда сцепление включено и его педаль отпущена [Б]. Выключение сцепления производится нажатием педали [А].

Обычно располагающаяся сразу за сцеплением коробка передач (с ручным переключением или автоматическая) предназначена для изменения отношения скоростей вращения вала двигателя и ведущих колес. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания работает наилучшим образом в интервале скоростей вращения коленчатого вала 2000- 5000 об/мин. Для поддержания этих оптимальных условий при изменении скорости автомобиля коробка передач с ручным переключением позволяет устанавливать четыре различных значения отношения скоростей вращения для движения вперед при помощи четырех пар шестерен [5]. Первая передача обеспечивает работу двигателя при медленном вращении ведущих колес. По мере увеличения скорости автомобиля и снижения усилия, необходимого для ее поддержания, последовательно включаются более высокие передачи вплоть до прямой.

Шестерни коробки передач находятся в постоянном зацеплении, за исключением передачи заднего хода. Шестерни ведомого вала [1] свободно вращаются вокруг него, а шестерни промежуточного вала [2] фиксированы на валу.

На 1-й передаче соотношение скоростей вращения ведущего и ведомого валов максимальное. На 2-3-й передачах соотношение уменьшается, а на прямой (4-й) передаче валы вращаются с одинаковыми скоростями. На некоторых моделях для уменьшения износа и расхода топлива применяют передачу с более высокой скоростью вращения ведомого вала. Переключение передач автоматическое или ручное

Передний конец карданной передачи, проходящей под полом кузова вдоль продольной оси автомобиля, соединен с коробкой передач, а задний - с дифференциалом. Дифференциал [7] изменяет под прямым углом направление передачи мощности, передавая ее на полуоси заднего моста и колеса, а также позволяет на поворотах внешнему колесу вращаться быстрее внутреннего.

Благодаря дифференциалу одна из полуосей и соответствующее колесо вращаются с меньшей скоростью на повороте. Это улучшает маневренность и уменьшает износ шин.

Две полуоси передают вращение от дифференциала на ведущие колеса. После поворота рулевого колеса внутреннее заднее колесо описывает более крутую дугу, чем внешнее. Отсутствие дифференциала вызывало бы истирание протекторов и потерю управляемости. Коническая шестерня на конце карданного вала зацеплена с венцом ведомой шестерни главной передачи, что позволяет передать вращение на полуоси через четыре конические шестерни дифференциала. Полуоси могут вращаться как с одинаковыми, так и с разными скоростями.

Электроснабжение и тормоза. До 1907 г. аккумулятор в автомобиле предназначался лишь для создания искры, обеспечивающей зажигание бензино-воздушной смеси в цилиндрах. Современный автомобиль работает только при наличии нескольких электрических систем [4].

Батарея аккумуляторов (6 или 12 В) связана с индукционной катушкой и должна подавать на свечи напряжение около 10000 В, с частотой около 300 Гц. Кроме того, она питает стартер, системы обогрева, освещения и контроля. На схеме обозначены только стартер, системы зажигания и подзарядки. 1. Аккумуляторная батарея. 2. Ключ зажигания. 3. Электромагнитное реле. 4. Стартер. 5. Электрогенератор. 6. Выключатель. 7. Катушка зажигания. 8. Первичная катушка. 9. Вторичная катушка. 10. Распределитель. 11. Прерыватель. 12. Бегунок. 12. Свеча зажигания

Все они питаются от аккумулятора, который заряжается генератором постоянного или переменного тока. Вращение его обеспечивается ременной передачей, которая одновременно вращает вентилятор системы охлаждения. Аккумулятор напряжением 6 или 12 В питает бобину (индукционную катушку), в которой создаются электрические импульсы высокого напряжения, поступающие на свечи зажигания через распределитель. Он же питает током звуковой сигнал, осветительные приборы, отопитель, стеклоочистители, радиоприемник и стартер.

Почти во всех современных моделях на передних колесах установлены дисковые, а на задних-барабанные тормоза. Иногда дисковые тормоза устанавливают на все колеса. Металлические диски, вращающиеся вместе с колесами, при нажатии педали ножного тормоза зажимаются неподвижными накладками [8]. Доступ воздуха к дискам свободен и они хорошо охлаждаются. Все четыре тормоза управляются тормозной педалью с по мощью гидравлической передачи. Стояночный (ручной) тормоз связан только с задними колесами; передача - механическая.

При нажатии педали тормоза поршень главного тормозного цилиндра выталкивает тормозную жидкость через трубки гидропривода в рабочие цилиндры каждого колеса и прижимает колодки к барабанам или к дискам. 1. Педаль тормоза. 2. Главный цилиндр. 3. Трубка для тормозной жидкости. 4. Тормозная колодка с накладкой. 5. Тормозной барабан. 6. Рабочий цилиндр. 7. Тормозные колодки прижаты. 8. Тормозные колодки отжаты. 9. Тормозные диски прижаты. 10. Тормозные диски отжаты. 11. Тормозная колодка. 12. Диск.

Подвеска и кузов. Подвеска обеспечивает плавность хода и предохраняет кузов и узлы автомобиля от повреждения [10]. Амортизаторы гасят собственные колебания рессор. Традиционные эллиптические или полуэллиптические рессоры во многих автомобилях заменены спиральными или винтовыми торсионными пневмогидравлическими подвесками, резиновыми рессорами или комбинированными подвесками.

Подвеска задних колес [А] с рессорами из листовой стали [1], на которые опирается задняя ось. Подвеска передних колес [Б] содержит стальной вал [2], предотвращающий поперечные колебания автомобиля и гасящий колебания за счет сопротивления его скручиванию или изгибу при быстрых поворотах автомобиля. Витые рессоры [3] воспринимают удары на неровностях дороги. Для гашения колебаний рессор к шасси прикрепляют телескопические амортизаторы [В]. При давлении на поршень масло продавливается через отверстия перепускных клапанов и движение поршня замедляется

Передние колеса установлены на отдельной короткой оси. Вращение руля передается на колеса, причем каждое из них поворачивается вокруг своей оси. Наиболее распространена кремальерная передача, в которой на конце рулевой колонки имеется зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с поперечной зубчатой рейкой [9]. Концы ее соединены тягами с управляемыми колесами. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево, поворачивая колеса в нужную сторону. Для облегчения управления служит гидравлический усилитель.

Система рулевого управления с зубчатой рейкой [3] и зубчатым колесом [1] на конце рулевой колонки [2] при повороте рулевого колеса вызывает перемещение рейки. Рулевые тяги [4] на концах рейки передают смещения на управляемые колеса. В системе червячного типа на конце рулевой колонки расположен червяк, связанный с червячным колесом, перемещающим серьгу. Серьга через поперечную тягу действует на рулевые тяги и управляемые колеса. Рулевое управление с гидравлическим усилением на современных тяжеловесных грузовиках увеличивает усилие от рулевого колеса на управляемые колеса за счет давления, создаваемого насосами в гидравлической системе

До 30-х гг. автомобиль имел жесткое шасси, состоящее из колес, механизмов и рамы. Остальные элементы конструкции крепились к шасси болтами. Сейчас сваренные между собой штампованные стальные панели кузова образуют жесткую конструкцию, каждый элемент которой воспринимает нагрузку. Блочная конструкция (с несущим кузовом) значительно облегчила автомобиль. Выпускаются также автомобили с кузовами из легких сплавов или стеклопластика, для которых необходимо шасси. Часть шасси таких автомобилей представляет собой трубчатую раму, на которой монтируются узлы.