Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет

имени Т.Ф. Горбачева»

А.В. Буянкин

В.Г. Ромашко

Основы конструирования автомобилей

(УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ)

Рекомендовано учебно-методической комиссией направления подготовки бакалавров 190700.62 «Технология транспортных процессов» профилей 190701.62 «Организация перевозок на автомобильном транспорте» и 190709.62 «Организация и безопасность движе­ния» в качестве электронного издания для использования в учебном процессе

Кемерово 2013

Введение

Особенностью развития автомобилестроения в настоящее время является выдвижение ряда новых и весьма важных проблем, связанных с обеспечением качества автомобилей.

Для создания автомобиля высокого качества конструктор должен хорошо знать функциональное назначение агрегатов и систем автомобилей, предъявляемые к ним общие и специфические требования, особенности их современных конструкций и методы расчетов.

Бакалавру по направлению «Технология транспортных процессов» знание основ конструирования и расчета агрегатов и систем автомобилей необходимо с точки зрения оценки их эксплуатационных возможностей (знание расчетных и допустимых нагрузок позволяет установить режимы правильной эксплуатации автомобиля).

Настоящее учебное пособие написано в соответствии с рабочей программой курса «Основы конструирования автомобилей».

Данный курс имеет целью:

ознакомить студентов с основными требованиями к конструк­циям агрегатов и систем автомобилей, развить навыки по критическому анализу новых конструкций;

дать сведения о нагрузочных и расчетных режимах агрегатов и систем автомобилей, имеющих место в различных условиях эксплуатации;

В течение нескольких лет он работал над графикой. Особенно ему нравится работать над брендингом, приклеиванием автомобилей и веб-страницами. Во время работы он слушает в основном рэп и дабстеп, после работы он занимается второй страстью - автомобильной.

Автомобиль был вдохновлен миром хищных животных и японских боевых искусств. Ссылка на атакующего сокола, гепарда или воина во время битвы дает ему индивидуальный характер. Благодаря этой обработке автомобиль идеально расположен в элитной группе транспортных средств самой высокой полки.



Это идеальный ответ на потребности и вызовы сегодняшних переполненных городов. Его легкий дизайн в сочетании с экологически чистым приводом делает его экономичным мастером с бесперебойной работой. Наш автомобиль будет легкой, простой и безопасной конструкцией, основанной на раме.

сообщить основные сведения о рабочих процессах и совре­менных методах расчета деталей автомобиля на прочность, жесткость, выносливость, долговечность, нагрев.

научить оце­нивать величины нагрузок и напряжений, а также вероятные износы деталей.

Изучению данного курса должно предшествовать изучение устройства и теории автомобиля, а также общетехнических дис­циплин.

1. Основы проектирования автомобилей

1.1. Свойства автомобилей

Автомобиль обладает целым рядом свойств, которые характеризуют его как транспортное средство, предназначенное для перевозки грузов, пассажиров, специального оборудования и как объект безопасности движения.

Обычно рассматривают следующие свойства автомобиля: эксплуатационные, потребительские и свойства безопасности.

Эксплуатационные свойства характеризуют выполнение автомобилем транспортных и специальных работ. Они определяют приспособленность автомобиля к условиям эксплуатации, а так же эффективность и удобство использования автомобиля.

Эксплуатационные свойства автомобиля подразделяются на две основные группы: эксплуатационные свойства, связан­ные с движением автомобиля и не связанные с его движением.

Тягово-скоростные и тормозные свойства, топливная эконо­мичность, управляемость, поворачиваемость, маневренность, устойчивость, проходимость, плавность хода, экологичность и безопасность движения обеспечивают движение автомобиля и определяют его закономерности.

Вместимость, прочность, долговечность, приспособленность к техническому обслуживанию и ремонту, к погрузочно-разгру­зочным работам, к посадке и высадке пассажиров во многом оп­ределяют эффективность и удобство использования автомобиля.

Эксплуатационные свойства, обеспечивающие движение авто­мобиля, существенно зависят от конструкции и технического со­стояния систем и механизмов автомобиля. Чем совершеннее кон­струкция автомобиля и лучше его техническое состояние, тем выше эксплуатационные свойства автомобиля. Системы и механизмы автомобиля проектируют таким образом, чтобы получить эксплу­атационные свойства, требуемые для заданных условий эксплуа­тации и обеспечивающие эффективное использование автомоби­ля в этих условиях.

Связь эксплуатационных свойств, обеспе­чивающих движение автомобиля, с системами и механизмами автомобиля, конструкция и техническое состояние которых ока­зывают наибольшее влияние на эти свойства, показана ниже.

Потребительские свойства особенно важны для легкового автомобиля, так как характеризуют способность автомобиля удовлетворять требованиям его владельцев. Потребительскими свойствами легкового автомобиля являются: устройство посадки и высадки водителя и пассажиров, наличие эффективных систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, электроподъемников стекол, аудиосистемы, встроенного телефона, телевизора, качество материалов обивки салона, престижность и соответствие моде.

Свойства безопасности характеризуют активную, пассивную, послеаварийную и экологическую безопасность автомобиля.

Активная безопасность – это свойство автомобиля снижать вероятность возникновения ДТП и полностью его предотвращать. Оно проявляется в опасной дорожной обстановке, когда водитель еще может изменить характер движения автомобиля. Активную безопас­ность автомобилю обеспечивают его высокие тягово-скоростные и тормозные свойства, хорошие устойчивость, управляемость, маневренность, недостаточная поворачиваемость, высокая плав­ность хода, хорошие обзорность и комфортабельность, резко сни­жающие утомляемость водителя и создающие условия для дли­тельной безаварийной работы.

Пассивная безопасность – это свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП в его кульминационной фазе. Проявляется оно, когда водитель уже не в состоянии управлять автомобилем и изменять характер его движения, т.е. при столкновении, наезде, опрокидывании. Различают внутреннюю пассивную безопасность, снижающую травматизм пассажиров, водителя и обеспечивающую сохранность груза, и внешнюю пассивную безопасность, которая уменьшает вероятность нанесения вреда другим участникам движения.

К конструктивным мероприятиям, обеспечивающим внутреннюю пассивную безопасность, относят создание жизненного пространства, снижение инерционных нагрузок в процессе удара, ограничение перемещений людей внутри автомобиля, ограничение перемещения грузов и других предметов, находящихся в автомобиле. Обеспечивают внутреннюю пассивную безопасность высокая прочность салона, ремни безопасности, надувные подушки безопасности, травмобезопасное рулевое колесо, подголовники, надежные стекла.

Конструктивные мероприятия, обеспечивающие внешнюю пассивную безопасность, предназначены для уменьшения травмирования пешеходов, сохранения как самого автомобиля, так и окружающих его автомобилей и предметов.

Указанные функции элементов внешней пассивной безопасности обеспечивают соответствующим оформлением наружных выступов автомобилей; применением защитных устройств, предотвращающих попадание пешеходов под колеса автомобилей, а также попадание автомобилей малого размера под крупногабаритные транспортные средства; конструкцией и расположением бамперов автомобиля.

Послеаварийная безопасность – это свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП в его конечной фазе и предотвращать возникновение новых аварий. Послеаварийная безопасность обеспечивается эвакоприспособленностью, пожаробезопасностью и герметичностью автомобиля.

Эвакоприспособленность зависит от конструкции замков, дверей, наличия запасных выходов, аварийной сигнализации, медицинской аптечки. Конструкция системы питания двигателя и расположение топливного бака на автомобиле обеспечивают пожаробезопасность. Обязательной является комплектация автомобиля одним или несколькими огнетушителями.

Экологическая безопасность – это свойство автомобиля уменьшать вред, наносимый участникам движения и окружающей среде в процессе эксплуатации. Экологическая безопасность ав­томобиля обеспечивается конструкцией отдельных систем, меха­низмов и их элементов, снижающих создаваемый автомобилем шум и уменьшающих токсичность отработавших газов. Кроме того, экологическая безопасность достигается использованием эколо­гически безвредных материалов и приспособленностью автомо­биля к утилизации, т.е. повторной переработке после выхода из строя автомобиля, его систем и механизмов.

Параметры безопасности регламентируются ГОСТами и Правилами ЕЭК ООН, применяемыми в России.

В процессе создания Mercedes 300SL "Gullwing" была использована подвеска от мерседеса W202 и W107. Помня что лучшее - враг хорошего ставим регулируемые амортизаторы. Особое внимание стоит обратить на редуктор заднего моста, обычно именно с ним возникают самые большие проблемы, именно поэтому кастомайзеры так любят не разрезные мосты. На мерседесе этот узел вместе с приводами собран на подрамнике, что много упрощает работу с ним.

Выпускная система из нержавейки соответствует стандарту евро 3, а топливный бак - настоящее произведение искусства: чтобы топливо не плескалось, в нем установлены перегородки и переливные трубки. На одном из фото - замок запирания руля

В проекте "Gullwing" было решено использовать следующее поколение двигателей M104 обьемом 3,2 литра и мощностью 220 л.с. в паре с автоматической 5-ступенчатой трансмисией. Выбор двигателя был не случаен - он мощнее, легче и тише. Коробка передач примитивная, с гидротрансформатором, многим эти агрегаты знакомы по мерседесам W124, W140, W129, W210. Также был установлен гидроусилитель, все агрегаты новые, так что проблем быть не должно.

Делаем кузов.

В далеком 1955 году компания "Даймлер Бенц" выпустила 20 автомобилей с алюминиевым кузовом и 1 с композитным. Решили пробовать композит.

После изготовления кузова и сборки шасси начинается скрещивание кузова с рамой. Процесс настолько кропотливый и муторный, что никакие фотографии и слова не передадут. Сборка и разборка, подгонка - все это занимает не один день. Многие детали дорабатываются на месте, а кузов крепится к раме через специальные демфиры болтами в 30 местах.

Устанавливаются и подгоняются все детали кузова - двери, капот, крышка багажника. Очень много хлопот со стеклами - они крепятся на резиновых уплотнителях, а так как все уплотнители оригинальные и рассчитаны под сталь, то приходится строго соблюдать толщину рамок проемов. Каждая деталь снимается, подгоняется вручную и только потом устанавливается на место.

Многие детали на наиболее востребованные раритетные модели до сих пор выпускают мелкосерийно в некоторых цехах, чем активно пользуются все реставраторы. Да что там греха таить: сами заводы подделывают свои раритеты, особенно в этом преуспели "Ауди" и "Мерседес".

Во многих музеях стоят откровенные копии. Так в последнее время очень много расплодилось "Хорьхов". Это особенно интересно, учитывая что вся заводская документация была утеряна во время войны. Десятки мастерских на оборудовании тех лет штампуют подделки, выдавая их за тщательно восстановленные изделия. Дьявол кроется в деталях.

Так и мы просто купили и собрали все детали которые могли бы украсить любой раритет за 500 тыс. евро. Уверяю вас, каждая гаечка и болтик, (я уж про резинки не говорю) имеют правильную маркировку 1955 года. Оригинальное все, даже салазки сидений.

Вот уже и кузов загрунтован, а это самый главный момент, ибо композит - особый в покраске материал, потому что тут нужны пластификаторы и всякие другие сложные штуки. Секреты грунтовки берегут и никто вам никогда их не расскажет. Но смотрится красиво.

Небольшое видео с процесса покраски

Ну а пока кузов красится, займемся подготовкой узлов к сборке. Как я уже говорил - дьявол кроется в деталях, а их в машине больше 2 тысяч! Приборная панель, ее искали очень долго.

Приборчики и реле тоже находим, не все конечно получается сразу.

Но при завидном терпении и упорстве у вас появится возможность получить полностью аутентичную панель приборов состоящую из 80 (!) деталей.

Главное, чтобы это потом еще и заработало: приборчики-то все дорогие. Дешево хорошо не бывает.

Кузов покрывается в 6 слоев лака, это очень красиво и не надо будет пленкой под хром оклеивать. Да, шагрень - это обязательно, ну и зерно чтобы было мелкое. Сейчас так уже не красят, все водой разбавляют, экология у них, природу берегут. Кстати, краска 744 (серебро) самая сложная для покраски, вам любой маляр скажет.

Поженили наконец-то шасси с кузовом.

Установили двери. Казалось бы дело не хитрое, но я хочу рассказать вам одну историю. Mercedes 300SL "Gullwing" имел множество конструктивных недоработок. Одной из них были собственно двери: они были стальными, тяжелыми и крепились петлями к крыше кузова, а фиксировались пружиной, заключенной между полыми стальными трубками с шарнирами на конце.

В крайнем верхнем положении пружина была сжата, а при опускании двери растягиваясь с грохотом захлопывала дверь. При открывании нужно было преодолеть сопротивление пружины, которая просто вырывала дверь вместе с кронштейнами (по 900 евро за штуку).

Опытные владельцы "Gullwing" знают, что при неумелом пользовании это неминуемо приведет к деформации крыши, к тому же сами кронштейны просто ломаются. Шток с пружиной в сборе со временем стал бешеным дефицитом и его стоимость возросла до астрономических высот. Каждый владелец такого раритета ремонтирует эти узлы раз в сезон. Мы же решили пойти другим путем и поставить газовые амортизаторы.

Казалось бы, чего проще, но не тут-то было. Пришлось узел разрабатывать целиком, на это ушло 4 месяца упорного труда. Благо, нашлась мастерская воплотившая идеи и чертежи в жизнь. При полной внешней аутентичности, двери сегодня открываются как задняя пятая дверь у немецкого внедорожника. Узел получился настолько удачным, что тут же стал предметом вожделения всех владельцев раритетов, думаю что скоро все "гулвинги" будут иметь очень эфектно и плавно, без стука открывающиеся двери. Сейчас этот процесс действительно стал похож на взмах крыла чайки - грациозно и плавно.
Это только один, причем самый простой пример тех задач которые пришлось решать при постройке этого автомобиля.

Кстати механизм замка двери тоже подвергся изменениям. Несмотря на стоимость в 1 500 евро, он очень часто заедал и не фиксировал дверь, но это уже другая история.

В самом начале проекта казалось, что отделка салона - это самая маленькая проблема, благо на каждом шагу мастерские по перешивке салонов, уж что что, а с кожей сейчас любой мастер справится. Делов то - обшить кучу деталек кожей, но как выяснилось, это ОГРОМНАЯ ПРОБЛЕМА!
После четырех попыток создания деталей интерьера в тюнинговых ателье, я понял: все гораздо сложнее.

Создаваемые изделия ну никак не хотели смотреться как на оригинале. Все выглядело дешевой подделкой: кожа топорщилась, были видны следы термообработки, фактура не совпадала, да и материал никто не мог подобрать. Короче, стал вникать в тонкости и выяснил, что современные мастера совершено не умеют работать с войлоком, шерстью и другими материалами использовавшимися в то время. Они тупо грели и растягивали кожу, применяли поролон везде, где могли, активно работали утюгом, короче говоря нещадно уничтожали материалы, лишая их натуральности и благородства. Я уж и про долговечность не говорю.

Промучившись полгода, мы пришли к выводу, что только реставраторы способны на такую работу. У них и паралон специальный и войлок. В общем, нашли фирму, ребята - волки, дядьки, лет под 60, которые уже 40 лет реставрируют только мерседесы. То, что они нам показали и расказали - это просто роман о коже, причем свои секреты они охраняют примерно так же, как и секрет изготовления бумаги для доллара.

На видео примерный ход процесса.

Детали интерьера на моего малыша делали 4 месяца. Кожа просто как живая.

Добавлю еще, что та кожа, которую сегодня предлагают производители - это фуфло химическое с пропитками. Недаром все владельцы мерседесов и бмв после года эксплуатации офигивают - салоны выглядят как у старинных редванов: не свежие, кожа вытягивается, облезает. Как я говорил ранее - дьявол кроется в деталях.

Я уж не говорю о винилах, широко используемых японцами, да и всеми производителями в принципе. Сейчас в мерседесе кожи и на курточку не хватит, одно фуфло, поэтому и появляются опции - "десигно", "индивидуал", "эксклюзив". Ведущие производители, хотя бы за 10-15 тыс. долларов вам настоящую кожу предложат, а то, что вам шьют за 50 тыс. рублей даже кожей язык не поворачивается назвать.

Колеса - одна из важных деталей автомобиля. Вот и для нашего красавца существовало два типа колес. Первые ставились на гражданскую версию.

Вторые предлагались как опция. Они пришли из спорта - настоящие, с центральной гайкой. Конечно красиво иметь хромированные колеса, но и цена в 5 тыс. евро за колесо несколько напрягает.

Как потом лупить молотком по гайке, зная что она золотая? Оригинальный диск для классики тоже не дешев - 3 тыс. евро. Вот и думаю, уж больно хочется 8 тыс. евро сэкономить.

Одним из главных факторов работы двигателя является отвод отработанных газов (продуктов горения). Я не хочу вспоминать тут законы термодинамики, скажу только, что последние 150 лет выхлопная труба является символом прогресса. Вспомните паровозные трубы, пароходы, домны. Помня мою любовь к деталям, хочу вас уверить, что именно трубе было уделено самое пристальное внимание. Это шедевр инженерной мысли.

Выпускная система выполнена из нержавеющей стали, чего не может себе позволить ни один производитель, и представляет из себя сложнейшую систему толкостенных и тонкостенных труб смонтированных одна в другую, это позволило при полной аутентичности внешнего вида трубы решить проблему "гулвинга" - шум и нагрев салона. Ну и главное - это звук выхлопа, это просто песня. Проблема была решена с помощью резонаторов, установленных внутри системы.

Хотите понять какая у вас машина - посмотрите на выхлопную трубу!

На дату на фото не обращайте внимания, просто купили приличный фотик. Вот отщелкали, только с инструкцией не разобрались получилась не та дата. Ну да хрен с ним, всем заинтересованным -наслаждайтесь.

Внесли много изменений в конструкцию, стараемся максимально аутентично все сделать. Очень хитрый ручник.

С баком отдельная песня, свой сделали из нержавейки, несколько изменив местоположение горловины, но это отдельный рассказ.

Есть хорошая поговорка - лучше один раз увидеть, чем сто раз читать об этом. Все, кто читает и смотрит мой блог, знают мое любимое выражение - ДЬЯВОЛ КРОЕТСЯ В ДЕТАЛЯХ. Именно эти детали я вам сегодня и покажу. Нет смысла долго писать, вы сами все поймете.

Жгуты и проводки в оплетке, ну, такого я думаю вы просто еще не видели, двухтональный клаксон, короче, просто смотрите, все это и называется ТЕХНОЛОГИИ.

Главной задачей стоявшей перед реализацией этого проекта было создание полной аутентичности всех деталей интерьера. Казалось бы, что может быть проще, чем копировать имеющийся образец, но как говорится, все не так просто, и намного сложнее, чем даже реставрировать.

Так, нам нужно было заставить работать все аналоговые приборы, и работать правильно с электронными блоками современных агрегатов; всунуть в тесный автомобильчик кучу дополнительного оборудования, таких как кондиционер, гидроусилитель, усилитель тормозов. Все это должно работать от штатных тумблеров и переключателей. Заслонки печки раньше имели механические привода, как на волге Газ 21, потому пришлось основательно переделать и печку. Но самой большой проблемой стало изготовление селектора переключения передач.

Вся сложность заключалась в том, что машина изначально строилась для спорта, была маленькой и очень низкой, даже двигатель пришлось разместить под наклоном в 30 градусов, чтобы силуэт машины не нарушать. Коробка была расположена в туннеле и имела прямой шарнирный привод.

Между коробом и самой коробкой было не более 2 см. свободного пространства. Я уже говорил, что сама машина была тесной и очень шумной, надо было решать и эту проблему. Так как была взята стандартная пара двигатель-коробка, то задача стала еще сложнее, потому что автоматическая коробка много больше по своим размерам и имеет совершенно другой принцип управления.

После долгих мучений был сконструирован шарнир и система тяг, позволившая полностью сымитировать этот узел, в чем легко убедиться посмотрев на оригинал.

Ну и самое интересное: если вы внимательно изучите фотографии, то увидите, что сидения стоят много ниже, чем у оригинала, это тоже хитрость. Дело в том, что машина была такой тесной, что человек с ростом 180 см. упирался головой в крышу и был вынужден сидеть сгорбившись у руля, я же люблю ездить на прямых руках, потому пришлось менять угол наклона рулевой колонки, чтобы обеспечить комфорт и не нарушать общий вид. Каким образом это было достигнуто - это целый роман, начиная с изготовления уникальных салазок и кончая переделкой пола и сидений.

Я не первый, кто решил воссоздать легендарную машину. Еще в конце 70-х годов в Америке были предприняты подобные попытки, дальше всех продвинулся Тони Остермаер, бывший инженер-механик из Гардены. Ему удалось построить за 10 лет порядка 15 автомобилей с использованием агрегатов от мерседесов тех лет. Сегодня эти машины сами являются раритетами.

Я видел их, конечно это далеко не такие качественные изделия, как хотелось бы, но это лучшее, что было сделано. В 90-х годах были попытки американской компании "Спидстер" используя матрицу Тони имплантировать ее на узлы "шевроле корвет с03". Было изготовлено всего 2 автомобиля. Один из них сейчас в Украине, а другой в Москве. Машины были проданы по 150 тыс. $.

Собственно это все. Правда были попытки надевать скорлупу на SL и еще много громких заявлений, но все это пшик, люди бежали впереди паровоза, как с нашим ё-мобилем: еще нет ничего, зато уже 40 тыс. заявок подано.

Кстати, работа с композитом очень сложна. Только его качественная покраска стоит порядка 10 тыс. евро. Ну и самое главное: ПОДДЕЛЫВАТЬ И КОПИРОВАТЬ -ЭТО ДВЕ БОЛЬШИЕ РАЗНИЦЫ.

Говорят, что в машине все должно быть прекрасно, и мотор и багажник. На первой машине решили использовать газовые амортизаторы для открывания и фиксации крышки багажника.

Мы немного переделали заливную горловину, разумно посчитав, что если она будет герметично прилегать к крышке багажника. то это снизит риск распространения запаха бензина внутри салона в случае его пролива.

Идея мне не понравилась. На этой машине сделали ближе к оригиналу, изменив только форму заливной горловины (стальная воронка вокруг крышки должна препятствовать проливу топлива на карпет).

Конечно, без колхоза не обошлось: соорудили кожаный гондон вокруг заливной горловины. Вроде смотрится красиво, и отказались от амортизаторов, поставив родной механизм (палку) фиксации крышки багажника. Можно было конечно заморочиться с пружинами, как на современных машинах, но мне кажется это убьет сам дух машины. Очень красиво смотрится багажник в открытом состоянии.

Да и сзади очень здорово все выглядит. Учитывая, что сегодня уже все используют безкамерные шины, решили высвободить место, разместив в багажнике докатку вместо штатного колеса. Теперь хоть авоську есть куда бросить.

Собственно, дело неумолимо движется к своему логическому завершению. Конечно приятно, что все так быстро заканчивается, осталось помазюкать мовильчиком и приляпать колесики.

Колеса временные, чтобы не угваздать оригинал.

Вот в принципе и все!

Обойдем вокруг машины.

Одно могу только добавить: прежде чем начинать что-то делать, хорошенько подумайте, хватит ли вам сил довести начатое до конца.

После приезда в Россию.

Видео изнутри воссозданной машины.

В этом видео можно видеть как немцы реставрируют героя репортажа, тот самый "гуллвинг".