Автомобиль в движении

DjVu

      ОТ АВТОРА
      Эта книга должна показать, что все в конструкции автомобиля, в его развитии, в его работе направлено к осуществлению одной задачи:
      передвигаться быстро, но с удобствами (или рационально перевозить груз), безопасно, с наименьшими расходами сил и средств.
      Качества автомобиля нельзя рассматривать в отрыве одно от другого. Добиваясь улучшения тех или иных показателей, можно снизить другие. Нужно всегда взвешивать, насколько можно поступиться одним качеством ради другого, чтобы, в конечном счете, не вступить в противоречие с приведенным главным назначением автомобиля.
      Пусть эта книга напомнит об основных особенностях движения автомобиля и не только напомнит, но и докажет значение этих особенностей.
     
      ПЕРВЫЙ РАЗГОВОР С ЧИТАТЕЛЕМ
      Движение автомобиля, его «поведение» на дороге подчиняются определенным законам. В этой книге рассказано о законах движения автомобиля. Речь идет не о правилах уличного движения и не о поведении водителя, а о законах механики, связанных с движением автомобиля.
      Науку, которая занимается главным образом механикой движения автомобиля, принято называть теорией автомобиля, хотя это и не совсем точно отражает действительное содержание данной науки. Советские ученые сделали немалый вклад в развитие теории автомобиля и из года в год совершенствуют ее. Зная теорию автомобиля, можно не только конструировать автомобили, наиболее приспособленные к работе в различных условиях, но и эксплуатировать имеющиеся автомобили самым правильным образом.
      Забегая немного вперед, отметим, какую огромную пользу может принести сочетание теории и практики. Возьмем простое дело — соблюдение определенного давления в шинах, на что, к сожалению, обращают мало внимания. Чаще всего давление во всех шинах поддерживают одинаковым или в передних шинах несколько меньше, чем в задних, в соответствии с расчетной нагрузкой на оси и с заводскими инструкциями. Но инструкции составлены с учетом средних условий эксплуатации автомобиля. Если же условия отличаются от средних, можно значительно улучшить эксплуатационные показатели автомобиля, изменив давление в шинах. Законы движения автомобиля убедительно подтверждают это положение. Применяя знание этих законов, можно: повысить устойчивость машины; сделать ее ход более спокойным, плавным; уменьшить расход топлива; увеличить скорость; улучшить проходимость по плохим дорогам. Изменить давление в шинах — дело несложное. Нужно только знать, какое должно быть давление. При этом для одного данного автомобиля эффект будет, может быть, и небольшой, но в масштабах массового использования автомобиля в нашей стране, в результате повышения средних скоростей движения и уменьшения расхода топлива, будет достигнута громадная экономия. Не менее важны при эксплуатации автомобиля правильные, всесторонне (в том числе теоретически) обоснованные загрузка автомобиля, укладка груза, методы управления в различных условиях.
      Иногда утверждают, что теория автомобиля — достояние только ученых и ведущих конструкторов, что только они могут понять язык сложных формул, уравнений и номограмм, т. е. язык, которым принято излагать теорию автомобиля. В этом утверждении, по мнению автора, все неверно. Во-первых, теорию автомобилия или, другими словами, законы его движения, должен знать всякий, кто связан с созданием и с работой автомобиля — рядовой конструктор, испытатель, водитель, хозяйственник. Во-вторых, основы теории автомобиля (главное ее содержание) можно выразить и простым языком, понятным каждому грамотному человеку.
      Поэтому необходимо просто, доходчиво рассказать о законах движения автомобиля. В этой книге сделана попытка создать такой рассказ, рассчитанный на очень широкий круг читателей, поскольку в нашей стране с производством и работой автомобилей связаны миллионы людей.
      Читатели книги могут быть очень разными. Все же их, как будто, можно разделить на две группы. Первая и главная — это работники автомобильного дела (прежде всего — техники, конструкторы и высококвалифицированные водители), имеющие среднее, среднетехническое образование или высшее, но не специально-автомобильное. Им должно быть понятно все в этой книге; такую задачу ставил перед собой автор. Вторая группа — читатели менее высокой квалификации, которые хотят расширить свои познания об автомобиле; для них даже упрощенные приемы изложения будут трудными. Можно дать совет читателям этой группы: не задерживайтесь на формулах и чертежах, которые покажутся вам сложными, — в тексте вы так или иначе найдете соответствующее описание сути дела.
      Подразумевается, что читатель этой книги знает, хотя бы в общих чертах, устройство автомобиля, назначение и принципы работы его отдельных механизмов. Для понимания же описанных в книге уравнений, расчетов, схем и графиков достаточно знать: четыре действия арифметики, возведение в степень и извлечение корня, дроби и проценты; условные буквенные обозначения; простейшие правила тригонометрии; правила построения диаграмм и графиков; элементарные положения механики (частично эти положения в качестве напоминания
      описаны в этой и других главах). Немногие помещенные в книге номограммы объяснены каждая в отдельности.
      В книге встречаются буквенные обозначения, взятые из латинского и греческого алфавитов, как правило, те же, что и в других трудах по теории автомобиля. Это позволит читателю перейти к более сложным книгам, не «перестраиваясь». Латинские буквы хорошо знакомы читателям, и их произношение (название) не требует объяснений, а греческие буквы в тексте книги снабжены пояснением (в скобках).
      Из всего сказанного можно представить себе замысел этой книги. Это — популярное изложение законов движения автомобиля, которое может помочь читателям различной квалификации лучше изучить автомобиль.
     
      СИЛЫ
      В механике чаще всего приходится иметь дело с силами различной величины, действующими в различных направлениях. Силы принято обозначать на схемах стрелками и буквами, причем направление стрелок должно совпадать с направлением действия силы, а длины всех стрелок должны быть выдержаны в одном масштабе пропорционально величинам сил. Начало («хвост») стрелки устанавливают в точке приложения силы. Приведем простой пример: на кузов автомобиля действуют две силы — сила сопротивления воздуха и сила ветра, дующего под углом 90° к продольной оси (и направлению движения) автомобиля. Скорость автомобиля (т. е. встречного движения воздуха) 30 метров в секунду (30 м/сек), или 108 километров в час (км\час), скорость ветра 10 м/сек, или 36 км/час. Величины сил лобового сопротивления и бокового ветра примерно пропорциональны квадратам скорости, так что можно изобразить стрелки длиной 302 = 900 или 90 мм и 102 = 100 или 10 мм, приложенные в точке центра тяжести автомобиля.
      Вообще же величины сил измеряют в килограммах (сокращенно кг).
      Практически, действие силы или нескольких сил на тело приводит к началу движения (перемещения) неподвижного тела, к изменению направления и скорости движения тела или К давлению одного тела на другое, если одно из них препятствует перемещению другого.
      Попутно отметим, что давление измеряют в килограммах (кг), приходящихся на 1 квадратный сантиметр (см2). Если нагрузка, действующая на одно колесо автомобиля, равна 300 кг, а поверхность соприкасающейся с дорогой части шины (отпечатка шины) равна 150 см2, то давление составляет 300:150 = 2 кг/см2 (удельное давление шины на грунт).
      Совокупность нескольких сил, одновременно действующих на тело, называется системой сил. Эти несколько сил можно суммировать (сложить), чтобы выявить равнодействующую (или результирующую) силу. Если силы действуют в одном направлении и приложены в одной точке, их равнодействующая приложена в той же точке, направлена в ту же сторону
      Впадина дороги. Сила тяжести и центробежная сила действуют в одном направлении и складываются.
      Перекат дороги. Центробежная сила противодействует силе тяжести.
      равна по величине сумме составляющих сил.
      Например, при прохождении автомобилем впадины дороги сила тяжести Ga и центробежная си-ла Z4, приложенные в точке центра тяжести, дают равнодействующую
      Если силы направлены в противоположные стороны (прохождение выпуклого места дороги), равнодействующая равна их разности, приложена опять в точке центра тяжести и направлена в сторону большей силы. Если противодействующие силы равны, тело находится в покое или в установившемся движении, так как равнодействующая равна нулю.
      Возвратимся к примеру с боковым ветром. Здесь действуют две силы в разных направлениях, приложенные к одной точке. Сложение таких сил отличается от сложения сил, направленных в одну или в противоположные стороны. Равнодействующая
      При сложении сил ветра и давления встречного воздуха равнодействующая направлена по диагонали параллелограмма этих сил.
      Складывая веса, приходящиеся на передние и задние колеса, можно получить вес автомобиля.
      сил встречного воздуха и бокового ветра направлена по диагонали параллелограмма, сторонами которого являются составляющие силы, и равна длине этой диагонали (т. е. в данном примере R = =1/102 + 902 = 90,5). Можно складывать силы встречного воздуха и бокового ветра, дующего под различными углами к продольной оси автомобиля.
      Бывают случаи, когда на тело (автомобиль) действуют две параллельные силы, приложенные в разных точках (например, нагрузка на передние и задние колеса автомобиля).
      Равнодействующая равна их сумме, направлена параллельно в ту же сторону, а точка приложения ее находится на линии, соединяющей точки приложения двух составляющих сил, причем расстояния от точки приложения равнодействующей силы до точек приложения составляющих обратно пропорциональны величинам составляющих сил. Приведем пример: база автомобиля равна 3000 мм, на передние колеса приходится 1200 кг, или 30% нагрузки, на задние — 2800 кг, или 70%; отсюда найдем, что величина равнодействующей силы составляет 4000 кг и эта сила приложена в точке, находящейся на расстоянии 2100 мм от передней оси и — — = 900 мм от задней, итметим, что в данном случае равнодействующая сила является полным весом автомобиля.
      Если приложенные к телу силы направлены в разные стороны, равнодействующая равна разности этих сил и направлена в сторону большей силы, а точка ее приложения лежит на продолжении прямой, проходящей через точки приложения составляющих сил, за большей силой. Расстояния от равнодействующей до составляющих сил обратно пропорциональны величинам этих сил. Возьмем в качестве примера такой случай:левое колесо во время движения автомобиля попадает на бугор, а правое — в выбоину. На концы оси действуют противоположно направленные силы; в зависимости от величины неровностей, скорости движения и т. д., силы могут быть разными. Допустим, что действующая на левое колесо сила в 10 раз больше действующей на правое (В = А: 10); колея автомобиля равна 1400 мм. Равнодействующая сила равна
      Силу тяжести автомобиля на косогоре можно разложить на две, направленные параллельно и перпендикулярно поверхности дороги.
      этой силы до большей силы вычисляем из пропорции
      Отсюда расстояние от равнодействующей до меньшей силы равно 1555 мм.
      Силы можно (и бывает нужно) не только складывать, но и раскладывать. Разложение одной силы на две обычно приходится производить в том случае, когда нужно узнать, какие части известной силы действуют в заданных направлениях.
      Например, нужно узнать, какая часть силы тяжести, приложенной к центру тяжести находящегося на косогоре автомобиля, направлена вбок и какая перпендикулярно поверхности дороги. Поскольку разложение силы является действием, обратным сложению, принимаем данную силу за диагональ паралле-
      Сила тяжести (вес автомобиля) раскладывается на две силы, действующие на передние и задние колеса.
     
      ДЛВЛЕНИЕ ГАЗОВ
      Крутящий момент возникает от силы давления газов, переданной через поршень и шатун и приложенной на плече, равном радиусу кривошипа.
      лограмма и из точки приложения силы проводим две линии в заданных направлениях, а из вершины силы проводим линии, параллельные проведенным ранее. В результате получаем параллелограмм, стдроны которого и являются искомыми силами.
      Разложение силы на параллельные также происходит в порядке, обратном сложению. Нужно лишь знать расстояние отданной силы до ее предполагаемых составляющих (или задаться этими расстояниями). Если вес автомобиля равен 2 т, а центр тяжести расположен посередине базы, т. е. расстояния от заданной силы тяжести (2 т) до передней и задней осей автомобиля равны, то на каждую ось приходится половина веса автомобиля — 1 т. Каждая составляющая сила равна половине данной силы. Если центр тяжести сдвинут от середины базы и расположен, например, на расстоянии V3 базы от задней оси, составляющие силы, равные в сумме данной, обратно пропорциональны расстояниям от осей до центра тяжести, т. е. на задние колеса придется 2/3 веса автомобиля, на передние — х/3.
      Реакция дороги равна силе тяжести (весу), приходящейся на колесо.
      Но возможны положения, когда силы или сила вызывают поворот или вращение тела. Такое положение возникает, например, когда противодействующие параллельные силы равны, а их равнодействующей не существует — она равна нулю. Систему таких сил называют парой сил, расстояние между ними — плечом пары, а произведение одной из сил на плечо — м оментом пары. Момент изменяют в килограммометрах (кем), так как в произведение входит сила, измеренная в кг, и плечо, измеренное в м. Подобное положение имеется и в случае, когда одна сила действует на тело, закрепленное в какой-либо точке. Момент силы тогда является произведением силы на кратчайшее расстояние (плечо) от линии действия силы до неподвижной точки. Этот момент вызывает вращение тела или его скручивание, поэтому его называют крутящим моментом или вращающим моментом.
      Действию всегда соответствует равное ему и противоположно направленное противодействие. Сила тяжести автомобиля давит через колесо на дорогу; если асфальт размягчен в жаркую погоду, шина вдавливается в асфальт. Но и дорога с той же силой давит на шину. Эта последняя сила называется реакцией дороги. Точно так же ноги спортсмена при прыжке давят на песчаную площадку, оставляя в ней след, а площадка как бы подбрасывает спортсмена; в момент приземления спортсмен ощущает удар — давление площадки на ступню и одновременно вдавливает с той же силой песок.
     
      РАЗМЕРЫ И ВЕС АВТОМОМЛЯ
      Все явления, происходящие во время движения автомобиля, в очень большой мере зависят от его общих размеров, веса, формы, положения центра тяжести, расположения кузова, т. е. от его общего строения или, как говорят, компоновки. Получить представление об этих общих, исходных данных по автомобилю удобнее, когда автомобиль стоит.
      Посмотрим на автомобиль сбоку. Чтобы нарисовать или начертить его, нужно было бы прежде всего наметить несколько основных размеров: длину и высоту автомобиля; продольное расстояние между осями колес (так называемую колесную базу или просто базу); просвет между автомобилем и дорогой; передний и задний свесы, т. е. расстояния от оси передних или задних колес до, соответственно, переднего или заднего конца (буфера) автомобиля. Если смотреть на автомобиль спереди, сзади и сверху — главными размерами являются ширина автомобиля, колея передних и задних колес, т. е. расстояния между серединами шин одной оси. Габаритными размерами называют крайние, самые большие размеры автомобиля по длине, ширине и высоте.
      Основные размеры автомобиля дают первоначальное представление о его компоновке.
      Отечественные легковые и грузовые автомобили различны по компоновке. Чем современнее автомобиль, тем большую часть его общей длины занимает пассажирское помещение или платформа для груза, тем больше подвинуты эти полезные площади автомобиля вперед. Отношение базы автомобиля и его высоты к длине становится все меньшим, а полезная длина, используемая по прямому назначению (для пассажиров, багажа или груза), все больше.
      Отношение полезной длины легкового автомобиля LK к его общей длине Ьг или полезной площади платформы грузового автомобиля SK к его общей площади называют показателем использования габарита т) (греческая буква «эта» с индексами «дл» — длина или «пл» — площадь):
      Чем больше показатель т), тем совершеннее компоновка автомобиля.
      Прежде чем поставить автомобиль на весы, нужно определить, в каком весовом состоянии он находится. Если все механизмы автомобиля заполнены смазкой и другими жидкостями (вода, жидкости для амортизаторов и тормозов и т. д.), автомобиль укомплектован запасным колесом и набором инструмента, а бак наполнен топливом, то вес такого автомобиля называют весом в снаряженном состоянии или собственным весом. Если автомобиль не заправлен бензином, водой, маслом и другими жидкостями, вес его называют сухим. Сухой вес определяет количество металла и других материалов в конструкции автомобиля, а также важен с точки зрения транспортировки автомобиля (на железнодорожной платформе или краном). Иногда сухим весом называют такой вес, когда с автомобиля сняты также запасное колесо и инструмент. Если автомобиль — с водителем, пассажирами (по числу мест в кузове) и грузом, его вес называют полным. Когда взвешивают автомобиль с нагрузкой, т. е. когда определяют полный вес, загружают кузов мешками с песком или чугунными болванками, причем вес пассажира принимают равным 75 кг.
      Отношение веса полезной нагрузки Ge к собственному весу автомобиля G0 называют удельной грузоподъемностью автомобиля Т]2:
      Удельная грузоподъемность грузовых автомобилей близка к единице, т. е. автомобиль весит примерно столько же, сколько он может перевезти на себе. У легковых автомобилей этот показатель колеблется между 0,20 и 0,40, так как пассажиры размещаются в кузове свободно, причем у маленьких автомобилей (более легких, с тесным кузовом) показатель выше, чем у больших.
      Так как в книге рассмотрен автомобиль в движении, из перечисленных весовых состояний в расчет надо принять только полный вес автомобиля. Ведь автомобиль в снаряженном состоянии (без водителя и нагрузки) и, тем более, в состоянии, соответствующем «сухому весу», не может двигаться. Но в дополнение к полному весу в отдельных случаях принимают весовое состояние автомобиля, которое условно называют ходовым, когда на автомобиле находится водитель, но нет ни пассажиров, ни груза. Автомобиль может передвигаться, но он не загружен.
      Для взвешивания автомобиль вкатывают на большие весы либо целиком, либо по очереди передними и задними колесами. Во втором случае можно, сложив два результата взвешиваний, получить вес автомобиля и одновременно узнать, "какая
      Так взвешивают автомобиль.
      При изменении числа пассажиров или заполнении платформы грузом изменяется распределение веса по колесам.
      часть веса приходится на передние колеса и какая — на задние, т. е., каково распределение вера по колесам у данного автомобиля, каков передний и задний осевой вес и какова нагрузка на каждое колесо и шину. Все эти данные крайне важны для оценки всех качеств автомобиля: его устойчивости, плавности хода, проходимости по плохим дорогам, экономичности по расходу топлива, способности брать разгон и подъемы, развивать наибольшую скорость.
      У современных легковых автомобилей в ходовом состоянии на передние колеса приходится от 50 до 55% веса, на задние — 45 — 50%; с полной нагрузкой отношение меняется на обратное — 45 — 50% и 50 — 55 %. У автомобилей
      прежних выпусков со сдвинутым назад пассажирским помещением наблюдалась заметная перегрузка задних колес в ходовом и в груженом состоянии автомобиля. У грузовых автомобилей на передние колеса приходится 25 — 35% полного веса, на задние — 65 — 75%. Собственный вес грузовых автомобилей распределяется между осями почти поровну: 40 — 50% на передние колеса и 50 — 60% на задние. Отсюда видно, что основная часть веса полезной нагрузки передается через задние колеса.
      Требования к распределению веса по колесам, как увидим дальше, весьма противоречивы. Для улучшения тягозых качеств, проходимости автомобиля и для облегчения управления желательно нагрузить ведущие (задние) колеса и разгрузить направляющие (передние); для повышения устойчивости и плавности хода целесообразно равное распределение нагрузки или некоторая перегрузка передних колес. Для повышения срока службы всех шин необходима равномерная их нагрузка, которая получается при таком распределении веса по осям: 50%:50% для легковых автомобилей и 33%:67°/0 для грузовых
      Таблица 2
      Вес элементов автомобилей (округленно) в кг
      Складывая силы от веса отдельных частей машины, получаем силу от полного веса, прилооюенную в центре тяжести.
      всех весовых состояниях. К сожалению, большинство современных автомобилей не обладает этим качеством. Оно может быть достигнуто, если центр тяжести нагрузки находится вблизи центра тяжести автомобиля без нагрузки.
      Распределение веса по колесам зависит от веса механизмов и полезной нагрузки и от их расположения по длине автомобиля1. Особенно существенно последнее, так как самые главные составляющие веса автомобиля — двигатель, кузов, полезная нагрузка — могут быть по-разному расположены по отношению к точкам опоры (т. е. к передней и задней осям) и имеют различный вес. При проектировании автомобиля вес каждого агрегата автомобиля (как и вес частей самого агрегата) можно представить в виде силы, направленной к поверхности дороги. Можно рассматривать агрегаты по-очереди, взяв их попарно, и находить для каждой пары равнодействующую; затем взять найденные равнодействующие попарно и так далее, пока не будет получена равнодействующая всех этих сил, равная по величине весу автомобиля и приложенная в точке, которую называют центром тяжести.
      На практике это делается несколько иначе, с применением уравнения моментов, в котором веса всех механизмов учитываются одновременно.
     
      ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
      Для движения автомобиля нужна энергия. Только на спусках или после разгона автомобиль может пройти некоторый отрезок пути без помощи двигателя, расходуя энергию, накопленную за время подъема или разгона. Во всех прочих условиях и для подъема на вершину, с которой начинается спуск, и для разбега источником энергии на автомобиле служит двигатель. На подавляющем большинстве автомобилей — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком нефтяном топливе (бензине, дизельном топливе) или на газе (газогенераторные и газобаллонные автомобили). Существуют электрические, паровые, газотурбинные автомобили, но в книге они не рассмотрены. Впрочем и поршневой двигатель внутреннего сгорания здесь изучать не будем, поскольку применительно к теории автомобиля необходимо знать о двигателе сравнительно немного. Такие разделы теории автомобиля, как устойчивость, управляемость, плавность хода, вовсе или почти не связаны с работой двигателя. Работа двигателя имеет
      1 Считается, что автомобиль более или менее симметричен относительно своей продольной оси и нагрузка на левые и правые колеса — одинаковая. Поэтому распределение веса на левые и правые колеса не рассматривают. Расположение отдельных масс по высоте имеет большое значение при движении автомобиля и будет рассмотрено ниже.
      наибольшее значение для динамики и экономики автомобиля.
      О двигателе нужно сейчас знать лишь, что дает двигатель для движения автомобиля, т. е. знать так называемые скоростные характеристики двигателя; кроме того, надо знать, в каком коли-честве двигатель расходует топливо, т. е. знать его так называемую экономическую или топливную характеристику.
      Вспомним, что величина мощности означает число килограммов, которые могут быть подняты на высоту 1 м в 1 сек.
      1 лошадиная сила — это мощность, необходимая и достаточная для того, чтобы поднять 75 кг на высоту 1 м в 1 сек., а 52 л. с. (мощность двигателя автомобиля М-20 «Победа»), чтобы поднять в то же время на ту же высоту 52 X 75 — 3900 кг.
      Если ввести в систему передачи пару шестерен с передаточным числом, например, 2 (ведомая шестерня вдвое больше ведущей), можно будет поднимать вдвое больший груз, но зато и вдвое медленнее, так что мощность останется неизменной.
      Таким образом мощность, переданная к ведущим колесам автомобиля, не может быть больше мощности, полученной от двигателя, какие бы устройства не были применены в системе передачи усилия от двигателя к колесам.
      Другое дело — крутящий момент, величина которого равна произведению числа килограммов, которые могут быть сдвинуты рычагом или вращающимся колесом, на длину этого рычага или радиус колеса. Ясно, что, меняя длину рычага или радиус колеса, можно уменьшать или увеличивать момент. Если наибольший крутящий момент двигателя М-20 равен 12,5 кгм, то это значит, что при радиусе маховика этого двигателя, равном 200 мм, можно закрепить на маховике груз, равный 62,5 кг, и стронуть этот груз с места вращением маховика при работе двигателя:
      62,5 кг X 0,2 м~ 12,5 кем.
      Для того чтобы сдвинуть с места автомобиль, потребуется значительно больший момент, и этот момент можно получить, вводя в систему силовой передачи пары шестерен с соответствующими передаточными числами. Перемещение автомобиля в момент трогания с места будет происходить медленнее, чем происходило бы перемещение груза на ободе маховика.
      Но это подробнее рассмотрим далее.
      Скоростные характеристики представляют собой кривые изменения мощности и крутящего момента, развиваемых двигателем, в зависимости от числа оборотов его вала при полной или частичной подаче топлива (дизель) или открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель).
      В дальнейшем будем рассматривать только карбюраторный двигатель.
     
      ЧИСЛО ОБОРОТОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
      Внешние характеристики двигателей псказыеакт изменение мощности и крутящего момента, развиваемых при разных числах оборотов вала Слева — характеристики двигателей легковых автомобилей, справа — грузовых
      Наиболее важной является скоростная характеристика двигателя, построенная для двигателя, работающего при полностью открытой дроссельной заслонке. Такую характеристику называют внешней.
      Внешнюю характеристику вычерчивают на основе испытания двигателя на стенде, называемом тормозным. Принцип испытания может быть объяснен схематически следующим образом: двигатель работает с заданным числом оборотов вала, которое измеряют тахометром; на продолжении вала устанавливают тормоз; этим тормозом задерживают врашение вала двигателя и определяют силу, которая для этого потребовалась; производя необходимые расчеты, определяют мощность двигателя и его крутящий момент при заданных оборотах; повторяя испытания для разных чисел оборотов, наносят на график ряд точек и проводят через эти точки кривые мощности и крутящего момента двигателя.
      Во внешней характеристике двигателя наиболее существенными являются самые верхние точки кривой — точки, соответствующие наибольшим (или максимальным) мощности и моменту, которые обычно и записываются в технические характеристики автомобилей и их двигателей; например, для двигателя автомобиля М-20 «Победа»:
      наибольшая мощность 52 л. с. при 3800 об/мин; наибольший крутящий момент 12,5 кгм при 1800 об/мин. В результате большого накопленного опыта по испытаниям двигателей удалось найти формулы, по которым можно строить приблизительную внешнюю характеристику любого двигателя, зная только его наибольшую мощность и соответствующее ей
      Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора.
      число оборотов вала. Вот одна из простейших и достаточно точных формул для подсчета мощности карбюраторного двигателя (формула С. Р. Лейдермана):
      где Nе — искомая мощность при данном числе оборотов;
      Nт — наибольшая мощность; п — данное число оборотов;
      пт — число оборотов, соответствующее наибольшей мощности.
      Если известны мощность и соответствующее ей число оборотов вала, крутящий момент можно подсчитать по формуле
      Если в формулу (5) подставлять значения мощности, подсчитанные по формуле (4), наибольший крутящий момент для современных двигателей получится меньшим, чем в действительности, примерно на 15%.
      Скоростные характеристики, построенные для двигателя, работающего при неполном (частичном) открытии дроссельной заслонки, называют частичными.
      Экономическая характеристика двигателя отражает удельный расход топлива, т. е. расход топлива в граммах на 1 лошадиную силу в час; эта характеристика, как и скоростные характеристики двигателя, может быть построена
     
      ЧИСЛО ОБОРОТОВ КОЛЕНЧЛТОГО ВЙЛЛ
      Экономические характеристики двигателя М-20 «Победа» при различном открытии дроссельной заслонки.
      для работы двигателя при полной нагрузке или частичных нагрузках.
      Важно отметить, что при уменьшении открытия дроссельной заслонки на получение каждой лошадиной силы мощности приходится затрачивать больше топлива. При неизменном положении дроссельной заслонки расход топлива зависит от скорости вращения вала двигателя, причем наименьший расход получается при меньшем числе оборотов вала, чем число оборотов, соответствующее максимальной мощности.
      Пользуясь экономической характеристикой двигателя и зная передаточные числа силовой передачи автомобиля, радиус качения колеса и условия движения, можно определить расход топлива автомобилем при движении с данной скоростью.
      Приведенное описание характеристик двигателя является несколько упрощенным, но достаточно для практической оценки динамической и экономической характеристики автомобиля, о чем подробнее будет сказано ниже
     
      ОТ ДВИГАТЕЛЯ К КОЛЁСАМ
      Не вся энергия, получаемая от двигателя, используется для преодоления сопротивлений движению автомобиля, т. е. непосредственно для движения автомобиля. Имеется еще и «накладной расход» на работу механизмов силовой передачи. Этот расход отнимает в отдельных случаях до 20% мощности, а у автомобиля обычной схемы — около 10%. Чем меньше этот расход, тем выше так называемый коэффициент полезного действия (к. п. д.) силовой передачи, обозначаемый греческой буквой т) («эта»).
      По существу коэффициент полезного действия передаточного механизма — это отношение мощности, отдаваемой механизмом, к мощности, им получаемой. Применительно к автомобилю — это отношение мощности, переданной колесам, к мощности двигателя, измеренной на его маховике.
      Если к. п. д. силовой передачи равен 0,93 (93%), как это бывает у некоторых спортивных автомобилей или автомобилей высшего класса, то «накладные расходы» составляют всего 7%; если к. п. д. силовой передачи равен 0,8, как, например, у некоторых автомобилей с автоматическими передачами или у специальных автомобилей, то расходы достигают 20%.
      Усилие от двигателя передается к ведущим колесам несколькими механизмами силовой передачи — сцеплением, коробкой передач, карданным валом, главной передачей, дифференциалом. Механическая энергия, переданная от двигателя, не только передается через эти механизмы, но и расходуется на трение (пробуксовка дисков сцепления, трение зубьев шестерен коробки передач, главной передачи и дифференциала, трение в подшипниках, трение в карданных сочленениях), а также на взбалтывание масла в картерах коробки передач и заднего моста. От трения и взбалтывания масла возникает тепло; механическая энергия превращается в тепловую, которая не может быть использована и рассеивается. Этот «накладной расход» непостоянен — он увеличивается, когда в работу включается дополнительная пара шестерен на низших передачах, когда карданные шарниры работают под большим углом, когда вязкость масла велика (в холодную погоду), на повороте, когда в работу активно включаются шестерни дифференциала (при движении по прямой их работа невелика). Поэтому трудно дать точную, годную для всяких условий движения оценку величины к. п. д. силовой передачи каждого автомобиля.
      Опытным путем определены потери мощности в силовой передаче автомобилей и в отдельных ее элементах и вычислены к. п. д.
      Приведенные в табл. 4 величины к. п. д. всей силовой передачи автомобиля на повороте снижаются еще на 1 — 2%; при
      Усилие от двигателя передается ведущим колесам через сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, полуоси.
      езде по очень неровной дороге (когда карданы работают под большими углами) — еще на 1 — 2%; зимой, когда масло слишком вязкое, — еще
      На работу механизмов передачи расходуется около 10% мощности, развиваемой двигателем.
      Существуют автомобили, у которых к. п. д. силовой передачи снижен за счет наличия раздаточной коробки и переднего ведущего моста (автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами) или за счет необычной схемы коробки передач и заднего моста (некоторые автомобили с задним р асположением дви -гателя, не имеющие прямой передачи в коробке передач, или автомобили с независимой подвеской задних колес, имеющие карданные шарниры на каждой полуоси, причем шарниры часто работают под большими углами).
      В дальнейшем динамические и экономические показатели таких автомобилей рассматривать не будем, и поэтому примем к. п. д. силовой передачи приблизительно равным:
      для легковых автомобилей высшего класса ..0,93
      для прочих легковых автомобилей ...0,91
      для грузовых автомобилей с одинарной главной передачей 0,89
      для грузовых автомобилей с двойной главной передачей 0,85
      Для учета этих «накладных расходов» во внешнюю характеристику двигателя следует внести поправки, чтобы получить характеристику мощности Nк и крутящего момента Мк, передаваемых на ведущие колеса автомобиля.
     
      НА КОМАНДНОМ ПОСТУ
      Движение автомобиля подчиняется не только определенным законам, но и прежде всего — воле водителя. Собственно говоря, законы движения автомобиля вступают в силу только после того или иного, правильного или неправильного, действия водителя. Водитель и конструктор должны учитывать и правильно применять законы движения автомобиля.
      Для управления движением автомобиля и работой его механизмов в распоряжение водителя даны рычаги, педали, рукоятки и кнопки, которые через посредство тяг, рычажков, тросов, жидкостных, электрических или воздушных приводов связаны с соответствующими механизмами автомобиля.
      Когда-нибудь, вероятно в недалеком будущем, перед водителем будет только два, как говорят, органа управления: руль и педаль скорости. На некоторых автомобилях уже сейчас часть органов управления либо устранена и заменена автоматами, либо пользование ими не обязательно в обычных условиях движения. Однако типовое устройство автомобиля, в особенности грузового, такое, что для изменения данного качества движения автомобиля приходится приводить в действие несколько органов управления.
      В конечном счете водитель должен изменять только три особенности движения автомобиля — скорость, развиваемое усилие и направление. В изменении скорости и развиваемого усилия участвуют: педаль подачи топлива (акселератор), кнопки управления воздушной заслонкой (кнопка «подсоса») и дроссельной заслонкой карбюратора (кнопка «постоянного газа»), педаль сцепления, рычаг переключения коробки передач, педаль тормоза, а также для пуска и остановки двигателя — замок зажигания, кнопка или педаль стартера.
      В изменении направления движения участвуют рулевое колесо, педаль сцепления, рычаг переключения коробки передач.
      Особую группу органов управления составляют приборы: контрольные, освещения и сигнализации. Но эти приборы вспомогательные, не связанные непосредственно с движением автомобиля, поэтому в книге не рассмотрены.
      Если источник энергии — карбюраторный двигатель, то он может начать работать только после того, как включено зажигание. Для этого ключ в замке зажигания поворачивают по часовой стрелке (в некоторых европейских конструкциях вдвигают ключ в глубь замочной скважины). О включенном зажигании свидетельствует не только положение ключа в замке, но й показания некоторых приборов на щите перед водителем — свет в красном глазке («Москвич-401») или движение стрелок указателя уровня бензина, амперметра, термометра и манометра давления масла («Победа» и др.), которые до этого были неподвижными.
      Чтобы двигатель заработал, нужно нажать на кнопку стартера (ножную, ручную или объединенную с ключом зажигания). Электродвигатель передает вращение шестерне стартера, входящей в этот момент в зацепление с зубчатым венцом маховика, и маховик, а вместе с ним и вал двигателя начнут вращаться. Когда после одного-двух (иногда нескольких) оборотов вала двигателя в цилиндрах произойдут вспышки рабочей смеси и рабочие ходы, кнопку стартера нужно отпустить. Теперь двигатель работает сам. Если двигатель холодный или продолжительное время бездействовал, приходится прогревать его на богатой рабочей смеси, пользуясь при этом кнопкой управления воздушной заслонкой. После того как двигатель прогреется и начнет устойчиво работать на малых (холостых) оборотах, кнопку вдвигают в гнездо до отказа. Кнопкой управления воздушной заслонкой иногда пользуются и во время движения автомобиля, когда хотят путем кратковременного обогащения рабочей смеси резко увеличить эффективность работы двигателя, однако это не рекомендуется, так как в результате возможен преждевременный износ двигателя и нарушение нормальной работы системы питания двигателя. Кнопкой управления дроссельной заслонкой пользуются еще реже — только если водителю по тем или иным причинам нужно оставить рабочее место, но необходимо поддерживать сравнительно высокие числа оборотов вала двигателя (например, если неисправен стартер).
      Как известно, в системе силовой передачи имеется несколько ступеней, чаще всего три у легковых автомобилей и четыре-пять у грузовых. После небольшого разгона автомобиль может двигаться по ровной дороге на высшей (обычно так называемой прямой) передаче с различными скоростями, от минимальной до наибольшей. Для регулирования скорости водителю достаточно изменять подачу топлива и тем самым мощность и число оборотов вала двигателя; это достигается большим или меньшим нажимом на педаль подачи топлива. Можно представить себе автомобиль с двигателем, развивающим такую большую мощность и такой большой крутящий момент, что необходимость в понижающих передачах отпадает. Примером такого автомобиля может служить германская конструкция Майбах 1928 года, имевшая двигатель с рабочим объемом около 9 л, мощностью около 150 л. с. и крутящим моментом около 100 кгм. На таком автомобиле число органов управления, участвующих в изменении скорости, сводится к двум-трем: педали подачи топлива и тормозу (с приводом от педали и от рычага). Но размеры и вес двигателя, а следовательно всего автомобиля, резко возрастают с увеличением рабочего объема двигателя, автомо-бйль становится чрезмерно тяжелым, дорогостоящим. Поэтому подавляющая часть автомобильных двигателей рассчитана для движения автомобиля без понижающих передач только по ровной дороге и после разгона, а для разгона, движения на крутой подъем, преодоления плохих дорог приходится передаваемое от двигателя к колесам усилие увеличивать с помощью понижающих передач, что сопровождается соответственным уменьшением числа оборотов колес и снижением скорости.
      Эти операции производит водитель, пользуясь рычагом переключения коробки передач. Если в конструкции отсутствуют специальные устройства для уравнивания числа оборотов (синхронизаторы), переключение передач невозможно (во всяком случае — бесшумное и безударное) без предварительного или одновременного отсоединения коробки передач от двигателя с помощью сцепления и регулирования числа оборотов ведущих шестерен посредством педали подачи топлива. По-этому-то при переключении передач водитель вынужден не только выводить из зацепления и вводить в зацепление те или иные шестерни коробки передач, но и пользоваться при этом педалями сцепления и подачи топлива. На первый взгляд все эти действия могут показаться постороннему весьма сложными, но автомобилисты настолько освоились с ними, да и в конструкции современного автомобиля все устроено так целесообразно, что переключение передач не представляет ничего сложного, по крайней мере на легковых автомобилях и небольших грузовых. Доказательством тому служит широкое распространение среди водителей метода езды накатом, при котором без особой, казалось бы, нужды систематически в процессе движения по ровной дороге то выключают, то включают передачу. Это делается для получения некоторой экономии в расхсде топлива и для снижения шума при движении. Если бы переключение передач было слишком сложным, водители не стали бы к нему прибегать ради малосущественных факторов.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
     
     
     
      ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
      Амортизаторы
      — влияние на плавность хода 191
      — влияние на устойчивость 153 Амортизационные расходы 202 Амплитуда — см. колебания Аэродинамика — см. обтекаемость Аэродинамическая устойчивость автомобиля 127, 147
      База автомобиля 12 Балансировка колес 159 — 160 Биение рулевого колеса 158 Боковое скольжение автомобиля 153 — 156
      Боковые силы 124 — 133 Болото (преодоление) 115
      Вес автомобиля
      — в снаряженном состоянии 13
      — полный 13
      — собственный 13
      — сухой 13
      — ходовой 15
      — элементов автомобиля 17 Вертикальные колебания 174 Вертикальные ускорения 175 — 178 Ветер 7, 127 — 129, 147 — 150 Вибрации 174
      Видимость пути 118 — 121 «Виляние» колес 158 — 163 Вираж 131
      Вихревое движение воздуха 65 — 67 Воздушные силы 67, 71, 147 — 150 Впадина дороги 7, 195 — 196
      Вращающий момент — см. крутящий момент
      Время разгона 60, 88 — 90 Выбег (см. накат)
      Вынос автомобиля при повороте 116 Высота автомобиля 12
      Габаритные размеры автомобиля 12 Г рузоподъемность
      — автомобиля 15
      — колеса 39
      Грунт мягкий (преодоление) 107 — 114
      Давление
      — воздуха 75
      — удельное 6, 107 — 108, 112 Двигатель (внешняя характеристика) 22
      Действие и противодействие 10 — 11 Диаграмма движения 82, 86 Динамическая характеристика 85 — 87 Динамический фактор 85 — 87 Длина автомобиля 12
      Жесткость подвески 173, 190
      Занос автомобиля 150 — 156
      Излишняя поворачиваемость 138 Инерция 58
      Картина
      — давления 71 75, 77
      — обтекания 76
      Колебания
      — амплитуда 172
      — период 172
      — ускорение 173, 175
      — частота 172-173 Колесо
      — качение 46 — 49
      — колебания 156 — 163
      — размеры 38, 43, 44, 105 — 1С6, 186 187
      — стабилизация 156 — 163
      — увод 133 — 134 Колея
      — автомобиля 12, 188
      — дороги 101
      Компоновка автомобиля 11 — 14, 178 — 182
      Коэффициент
      — бокового сопротивления 127
      — вращающихся масс 60 — 61
      — жесткости 193
      — подрессоренных масс 180
      — полезного действия силовой передачи 25
      — распределения масс 183
      — сопротивления воздуха 70, 78 — 80
      — сопротивления качению 49 — 50
      — сопротивления уводу шин 137 -143
      — сцепления 47 — 48 Крен кузова 189
      Крепление кузова — влияние на плавность хода 192 Критическая скорость по устойчивости 145 Крутящий момент
      — двигателя 21
      — на колесах 46
      — определение 11
      — при опрокидывании 166, 188
      Лобовая площадь 74 Лошадиная сила 21
      Маневренность автомобиля 114 — 117 Масса 59 Метацентр 148 Мощностная диаграмма 8
      Мощностной баланс 81 Мощность 21
      Нагрузка
      — на колесо 6, 39
      — полезная 18, 206 Наибольшая мощность 21 Наибольший крутящий момент 21 Накат 64, 72 — 74, 213
      Наклон
      — дороги 125
      — шкворня 157 — 158 Недостаточная поворачиваемость 140 Неподрессоренные массы 171 — 172
      Обзорность — см. видимость пути Обод колеса — влияние на увод 136 Обтекаемая форма 66 — 70, 149 Обтекаемость 64 — 80 Опрокидывание
      — вбок 125 — 133
      — на подъеме 165 — 167
      — на спуске S8, 167
      Органы управления автомобилем 28 Ось крена 189 Отпечаток шины 112, 134
      Параллелограмм сил 7 Параллельные силы 8 Пара сил 11
      Первоначальная стоимость автомобиля 202
      Перекат дороги (преодоление) 7, 101, 196
      Перекос осей 102
      Перераспределение нагрузки 63, 97 Период — см. колебания Песок (преодоление) 109 — 110 Плавность хода
      — определение 169 — 172
      — оценка 166 — 178 Поверхностное трение воздуха 65 Подвеска колес
      — влияние на плавность хода 185
      — влияние на устойчивость 143 — 144 Подрессоренные массы 171 — 172 Подъем (преодоление) 54 — 56, 165 — 167
      Полезная площадь 14 Показатели
      — весовые 18
      — динамические 92
      — использование габарита 12, 14
      — обзорности 121
      — обтекаемости 78, 80
      — проходимости 113
      — плавности хода 194
      — удельной грузоподъемности шин 43
      — устойчивости 146
      — экономичности 206 Прокол шины 163 — 165
      Просвет между автомобилем и дорогой 100 — 104 Проселочная дорога (преодоление) 99 — 121
      Противодействие — см. действие и противодействие Проходимость автомобиля 99 — 121 Путь
      — наката 64
      — разгона 59, 60, 64, 88 — 90, 93, 213
      — торможения 96
      Равнодействующая сил 7 — 10 Радиус
      — инерции 183
      — поворота 115 — 116, 131
      — проходимости 100 — 101
      Разгон автомобиля 56 — 64, 87 — 90, 93 Разложение силы 9 Размеры автомобиля 11 — 12 Распределение веса по колесам 16, 181 — 182 Расход топлива
      — контрольный 204
      — наименьший 212
      — средний 212
      — удельный 203
      — эксплуатационный 203 Рессоры — влияние на плавность хода 185
      Свесы передний и задний 12, 100 — 101 Сиденья — влияние на плавность хода, 193 — 195
      Сила
      — ветра 7
      — общие понятия 5
      — сопротивления воздуха 71
      — сопротивления качению 51, 87
      — торможения 95 — 96
      — тяговая 46, 52
      Силовая передача (потери) 25 — 28 Система сил 6
      Сксльжение автомобиля 126 — 131 Скорость
      — критическая 145
      — наибольшая 78, 84 — 91, 216 — 224
      — определение 51
      — поворота 131 — 132
      — средняя 88
      — экономическая 210 — 214 Сложение сил 7
      Снежная дорога (преодоление) 107 — 108 Собственная частота колебаний 173 Сопротивление
      — воздуха 64 — 80, 107 — 209
      — движению 81
      — качению 49 — 51
      — подъема 54 — 56
      Спуск (преодоление) 97 — 98, 167 Сцепление шины с дорогой 48
      Теория автомобиля 3 Торможение
      — двигателем 32 — 33, 97
      — колесными тормозами 32 — 34,96 — 98 Тормозная сила — см. сила торможения
      Трогание с места 61 — 64 Тяговая диаграмма 85 — 86 Тяговая сила 46, 52 Тяговый баланс 81
      Увод автомобиля 135 — 138 Увод шины 133 — 134 Угловые колебания 175 Угол
      — подъема 54 — 56
      — свеса 100 — 101 Удельная грузоподъемность
      — автомобиля 15
      — шины 37 — 43
      Управление автомобилем
      — органы управления 28 — 34
      — приемы 30 — 34, 56, 97, 168, 196, 198 — 201
      Ускорение
      — вертикальное 175 — 178
      — колебаний 174
      — наибольшее 87
      — определение 58
      — силы тяжести 58
      — угловое 175 Ускоренное движение 58 Устойчивость автомобиля
      — на повороте 130 — 133, 141
      — на подъеме 165 — 167
      — на спуске 167
      — определение 122 — 124
      — против заноса (бокового скольжения) 153 — 156
      — против опрокидывания 125 — 130
      Характеристика двигателя
      — внешняя 22
      — скоростная 21
      — экономическая 23, 210
      Центр
      — боковых реакций 148
      — поворота 139
      — тяжести 19 Центробежная сила 130
      Частота — см. колебания Шины
      — внутреннее давление 39, 214
      — данные по шинам 43
      — деформация 49
      — радиусы 105, 106, 112
      — развитие 34 — 37
      — размеры 43, 45
      — расход шин 214 Ширина автомобиля 12
      Экономичность автомобиля 202 — 216 Эксплуатационные расходы 202 Энергия
      — двигателя 20
      — кинетическая 64, 95
      — потенциальная 57