Автомобили

Книга самодеятельного конструктора автомобилей

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Ходовая часть автомобиля включает в себя раму, подвеску, задние и передние мосты, колеса и шины. При описании ходовой части рассматриваются все агрегаты, так или иначе связанные с рамой или несущей частью кузова. Конструкция автомобиля с рамой проста и легко выполнима, поэтому часто встречается в самодеятельном автостроении.

Примером простой рамы может служить ее конструкция на автомобиле «Анюта» Б. Деркачева  ( 44). Сварная рама из труб состоит из двух продольных (лонжеронов) и трех поперечных (траверсы) частей. К двум передним поперечным траверсам крепятся подушки для установки двигателя. К продольным трубам крепятся рессоры передней и задней подвесок.

Более сложную пространственную конструкцию представляет собой рама автомобиля «Мул» С. Хопшаносова ( 45). Часть этой рамы является основой кузова автомобиля.

Рассматривая ходовую часть, очень трудно выделить какой-то один элемент. На  46 показана конструкция шасси небольшого автомобиля «Дружок». Основание рамы сварено из труб 0 20 мм. Элементы передней и задней маятниковых подвесок изгйтовлены из труб 0 40 мм. Дуги, к которым крепится кузов, и кронштейны крепления подвесок выполнены также из труб 0 20 мм.

На  47 представлена схема конструктивного исполнения шасси многомодульного автомобиля «Белка». У этого автомобиля рама хребтового типа представляет собой продольную трубу 5, к которой в передней части приварены проушины 4 крепления

колесная ниша с колодцем для установки пружины задней подвески; 7 — кронштейн крепления рычага задней подвески

передней подвески, а в задней — поперечная труба 7 с проушинами для крепления маятника задней подвески. Передняя и задняя подвески маятникового типа. Передняя подвеска имеет поперечную рессору /, а задняя — продольную рессору 6, укрепленную хомутами на продольной трубе хребтовой рамы.

Самодеятельные автостроители могут использовать идею польского инженера Павловского (Моделист-конструктор, 1968, № 5, с. 40). Он предложил конструировать ходовую часть самоделок из блоков ( 48). Блок передней подвески вместе с рулевым управлением и колесами устанавливается на хребтовую раму коробчатого типа, к которой в задней ее части крепится блок задней подвески и силовой агрегат. Продольный брус рамы может быть различной длины, что позволяет, используя одни и те же блоки агрегатов, создавать автомобили различных модификаций.

Рама хребтового типа из труб применена в конструкции автомобиля «Мини-Валга» ( 49). Сама хребтовая балка рамы сварена из трубы 0 78 мм, а остальные ее детали из труб 0  52, 33 и 22 мм.

Конструкция рамы иногда видоизменяется и переходит в трубчатый каркас, например у автомобиля «Колобок» ( 50), или в более сложную конструкцию, например у автомобиля «Малютка» ( 51), где такая пространственная рама значительно повышает жесткость кузова.

Рама может быть изготовлена не только из труб, но и из проката различного профиля. Примером может служить конструкция рамы автомобиля «Магна» ( 52), где наряду с трубами 0  4, 26, 21 мм используются уголки толщиной 4 мм.

Таким образом, для изготовления рам можно применять трубы диаметром от 21 до 78 мм при толщине стенок 2 ... 3 мм или профильный прокат толщиной 4 ... 5 мм с шириной полок до 40 мм. Если прокат трубчатого сечения, то толщина стенок возможна и меньше 2 мм. Применяются трубы и прокат из стали марок 25, 30.

Продольные брусья (лонжероны) соединить с поперечными (траверсами) лучше сваркой. Если конструкции будут клепаными, то диаметр заклепок должен быть не менее 8 мм. Для придания жесткости в местах соединений устанавливаются косынки. Роль подобных косынок могут выполнять панели кузова, соединяемого с рамой.

Конечно, конфигурация и конструкция рамы будут определяться принятым типом передней и задней подвесок, а также размещением некоторых других агрегатов автомобиля. Иллюстрировать это можно, рассматривая полностью ходовую часть с размещенными на ней агрегатами (шасси). Возьмем для примера шасси автомобиля «Муравей» ( 53). Вагонная компоновка автомобиля потребовала расположить все управление в передней части, а силовую установку в задней. Подвеска передних и задних колес представляет собой продольные качающиеся рычаги, аналогично переднему мосту мотоколяски СЗА. Обе подвески независимые с торсионными элементами. Для гашения колебаний передняя подвеска имеет гидравлические телескопические амортизаторы двухстороннего действия. Такие же амортизаторы и у задней подвески. Колеса дисковые штампованные от мотоколяски СЗА с шинами 5.00-10.

Конструкции переднего ( 54) и заднего ( 55) мостов автомобиля «Малютка» хорошо видны из рисунков. Рама этого автомобиля была рассмотрена ранее  (см.  51).

Более сложной получается конструкция переднего моста у автомобиля с приводом на передние колеса. Приходится применять четыре карданных шарнира, например, как у автомобилей повышенной проходимости Горьковского и Ульяновского автозаводов. Принципиальная схема такого моста показана на  56. Подвеска колес независимая с разрезной осью и двумя П-образными рычагами. Она может быть торсионная, как показано на рисунке, или пружинной с гидравлическими амортизаторами. В распространенных сейчас конструкциях переднепривод-

ного автомобиля получает распространение подвеска типа «мак-ферсон» («Москвич-2141», ВАЗ-2108), изображенная на  57. В самодельных автомобилях могут применяться как зависимые подвески, когда перемещение одного колеса в поперечной плоскости передается другому колесу, так и независимые, при которых непосредственная связь колеса с другим отсутствует. В зависимой подвеске правое и левое колеса одной оси связыва-

ются жесткой балкой, а уже эта балка через подвеску связывается с рамой или кузовом автомобиля.  В независимых подвесках каждое колесо связывается с рамой или кузовом одним или двумя рычагами, перемещающимися независимо друг от друга. Независимые подвески подразделяются на три группы:

а)         с   перемещением   колес   в   плоскости,   перпендикулярной

оси симметрии автомобиля;

б)         с   перемещением   колес   в   плоскости,   параллельной   оси

симметрии;

в)         с перемещением колес одновременно в обеих плоскостях.

Каждая подвеска любого типа  имеет три  функциональные

группы элементов:

упругие — воспринимающие вертикальную нагрузку от колес. Эти элементы могут быть стальные, резиновые, пневматические. Наибольшее распространение в легковых автомобилях получили стальные элементы — рессоры, пружины и торсионы;

направляющие, обеспечивающие подвижную связь колес с кузовом (рамой) и передающие реактивные усилия в горизонтальной плоскости;

демпфирующие, к которым относятся главным образом амортизаторы, поглощающие энергию колебания колес и повышающие надежность сцепления последних с дорогой.

Инженерные расчеты подвесок довольно сложны, и самодеятельным конструкторам при выборе подвески следует за основу

брать стандартный автомобиль, имеющий близкие геометрические размеры базы, аналогичное распределение массы по осям и близкие массы неподрессоренных частей.

Уже было отмечено, что для переднеприводного автомобиля можно принимать свечную подвеску типа «макферсон» ( 57), которая очень компактна и обеспечивает необходимую устойчивость при движении. В самодельных конструкциях особенно широко применяются независимые подвески с двумя рычагами, схемы которых приведены на  58. Конструктивное исполнение одной из схем, которая часто использовалась в самодельных автомобилях, представлено на  59. Это подвеска автомобиля ЗАЗ-965. В подвеске по два качающихся рычага с каждой стороны, соединенных стойкой, несущей поворотный шкворень, загфессованный в поворотный кулак. Каждый качающийся рычаг вращается в двух подшипниках из пластмассы, запрессованных в поперечную раму, которая состоит из двух труб и является: балкой передней оси. В качестве упругого элемента служат два пластинчатых торсиоиа, набранных из семи пластин сечением 2,85 X 19,2 мм. Преимущество такого торсиона по сравнению со сплошным заключается в том, что он мягче последнего и поломка одной из пластин не влечет за собой выхода из строя всей подвески. Характерной особенностью такой подвески является не только сохранение угла наклона колеса вбок или колеи при ходе подвески вверх, но и незначительное при этом изменение угла наклона шкворня назад. Кроме того, по мере износа отдельных элементов не происходит нарушения углов стабилизации, которые можно обеспечить в процессе сборки.

Независимые подвески с перемещением колеса в продольной плоскости могут выполняться на одном рычаге или на двух в виде параллелограмма или трапеции. В таких подвесках упругим элементом могут быть пружины, торсионы, а иногда даже резиновые элементы, работающие на скручивание. Подвески этого типа не изменяют колеи и углов наклона колес при наезде на препятствие в прямолинейном движении. Они могут быть использованы в конструкциях как задних ( 60), так и передних мостов ( 61).

В качестве упругих элементов чаще используются цилиндрические пружины. Но пружины, как и торсионы, не обладают способностью гасить возникающие колебания. Поэтому в качестве демпфирующих устройств в паре с ними используются гидравли-

ческие амортизаторы. Последние устанавливаются либо в стороне от упругого элемента (см.  60), либо встраиваются внутрь его (см.  61).

Еще одним примером подобной подвески может служить конструкция переднего моста автомобиля «Минимакс». В качестве упругого элемента подвески здесь используется комбинация торсиона и пружины. Амортизатор размещается внутри цилиндрической пружины ( 62).

В автомобилях небольшой массы и малых размеров можно значительно упрощать конструкции подвесок. Вот пример независимой однорычажной подвески, где в качестве упругого элемента применен пластинчатый торсион, заключенный в трубчатый чехол. Последний  одновременно  служит поперечной  рамой  

Помимо гидравлических амортизаторов можно применять фрикционные, аналогичные устанавливаемым в задней подвеске мотоколясок. Фрикционный амортизатор ( 64) состоит из двух внутренних 3 и двух наружных 7 пластин, двух фрикционных шайб 4, выпуклой стальной шайбы 5, пружинной шайбы 2, стяжного болта 6 с гайкой / и стопорного кольца 9. Внутренние и наружные пластины одним концом насажены на стальную втулку и соединены с ней сваркой. Другие концы внутренних и наружных пластин через фрикционные шайбы 4 соединены между собой посредством стяжного болта, выпуклой шайбы и гайки. Это дает возможность внутренним и наружным пластинам проворачиваться относительно друг друга. Жесткость амортизатора изменяется при затягивании или ослаблении гайки стяжного болта.

Подвески, рычаги которых дают возможность перемещаться в двух плоскостях, обеспечивают переменное значение угла наклона колеса, что позволяет получить хорошую устойчивость движения автомобиля при применении их на передних и задних мостах. При установке такой подвески на задней оси она хорошо сочетается с любым типом подвески передних колес. Если в подобной подвеске ось качания рычага проходит через центр кардана полуоси, тогда отпадает необходимость установки второго кардана у ступицы колеса. Пример такой подвески показан на  65. В качестве упругого элемента служат цилиндрические пружины, в которых смонтирован амортизатор.

Помимо рассмотренных типов подвесок можно использовать независимую подвеску свечного типа. Упругим элементом в ней

служит пружина, которая вместе со ступицей колеса перемещается вдоль вертикальных направляющих, установленных на концах балки моста.

При независимой подвеске ведущих колес в передаче крутящего момента от главной передачи к колесам применяется карданное сочленение. Чаще применяется кардан с двумя шарнирами, например, это сделано в автомобиле «Колобок» ( 66). В более простых конструкциях возможно использование в полуосях одного карданного шарнира ( 67).

Для облегчения массы подрессоренных частей тормозные барабаны устанавливаются не на дисках колес, а на валу главной передачи ( 68). В качестве шарнирного узла применяется либо крестовина стандартного шарнира, либо упругий кардан, пример конструкции которого показан на  69. Эта конструкция применяется в мотоколяске С1Л. Допустимый постоянный угол работы кардана должен быть, как уже отмечалось, не более 7°, а в наибольшем крайнем положении вала этот угол может доходить до 15 ... 17°.

Последним звеном в ходовой части, связывающей автомобиль с дорогой, являются колеса. Чаще всего самодеятельные автостроители используют стандартные шины и колеса (табл. 24), изменяя в ряде случаев диски колес и ступицы. Однако некоторые любители изготавливают шины своими силами, особенно для небольших  и   вездеходных  машин.   Интересующимся  самодельными шинами советуем прочитать статью «Шинный завод на дому»  (Моделист-конструктор, 1972, № 1 и 2).

От правильного подбора колеса с пневматической шиной будет зависеть тяговая и тормозная динамика, топливная экономичность, плавность хода автомобиля. При подборе колес следует стремиться к снижению их массы и всей неподрессоренной части автомобиля. Уже было отмечено, что в подавляющем большинстве самодеятельные конструкторы используют стандартные дисковые колеса с соответствующими шинами. В табл. 24 представлены размеры и основные параметры колес легковых автомобилей. Буквенные обозначения размеров, использованные в таблице, соответствуют  70.

От надежности крепления колес зависит безопасность движения. Колесо устанавливается на вращающемся элементе — ступице. Как ступица, так и элемент крепления работают в условиях нестационарного динамического режима нагружения и должны обеспечивать необходимую прочность и надежность. При этом элементы крепления должны обеспечивать довольно частую и быструю замену колес, высокую точность установки их на ступице  во   избежание   нарушения   балансировки   колесного  узла.

Дисковые колеса легковых автомобилей крепятся к фланцу ступицы болтовыми или шпилечными соединениями, проходящими через крепежные отверстия дисков. Болты запрессовываются во фланец ступицы с наружной стороны и от поворота фиксируются буртиком, входящим в шлицевую проточку фланца ступицы

Если колеса выполняются из легких сплавов, то в местах крепежных отверстий устанавливаются стальные кадмированные втулки. Если колеса изготовлены из полимерных материалов, то они дополнительно снабжаются металлическими фланцами под гайки.

В самодельных конструкциях ступица может быть изготовлена из алюминиевой отливки на токарном станке под посадочные отверстия стандартных дисков колес для принятого размера шин. На  71 показаны ступицы, свободно вращающиеся на оси и валу. На  72 — ступица небольшого переднего колеса авто-

мобиля «Колибри», выточенная совместно с одной половиной диска под шину 3,5X5. Вторая половина диска колеса также выполнена на токарном станке, но для жесткости в ней имеются ребра. Диски колес можно изготовить на токарном станке методом выдавливания.

Вот наиболее доступный способ изготовления дисков колес из холоднокатаной стали толщиной 1,2 ... 1,8 мм. Сначала вытачивают пуансон по размеру имеющихся шин. Заготовка диска предварительно вырезается по диаметру. В центре ее пробивается базовое отверстие для четкой фиксации по центру. Затем заготовка прижимается к пуансону шайбой с помощью вращающегося центра. Частота вращения заготовки должна быть 600 . . . 700 об/мин. В результате многократного обкатывания заготовки вокруг пуансона она с помощью гладилки доводится до желаемой формы. При давлении гладилкой ее поверхность смазывается жидким мылом.

Если прочность опорной части диска окажется недостаточной, следует изготовить небольшую чашку и вставить ее внутрь диска. При этом в опорной части получится двойная толщина. В наружной половине диска пробивается отверстие для камеры.

Для самодельных ступиц колес можно применить дюралюминий марки Д16Т, для втулок — сталь 45. Для изготовления рам можно применять стали 25, 30. Буфер изготавливается из стали 20, 25. Для болтов, гаек, тяг, планок, воспринимающих небольшие нагрузки, применяется сталь Ст. 5. Средненагруженные детали (тяги, оси, клинья, валы, шпонки) изготавливаются из стали Ст. 6. Для рессор необходимо брать стали 50ХГФА, 50ХГА. Рессорные пружины должны быть изготовлены из стали 60С2А, 60С2ГФ, 60С2ХФА, 50С2, 60С2, 55ГС. Ступицы колес изготавливают из чугуна К4.35-10, стали 35 л, 40 л, диски колес из стали 08, 08КП, 15; 15К.П.

Буфер автомобиля является внешней частью кузова, но тем не менее он связан с его рамой и ходовой частью. Буфер должен отвечать требованиям ГОСТ 1962—74. Согласно ему расположение буферов по высоте должно обеспечивать пояс перекрытия.