2016-11-30 Основной перечень конструктивных элементов и узлов автотранспортных средств

Автомашины имеют в своем составе 3-х ключевых блока:

Система двигателя

Компоновочный состав двигателя показан на рисунке. В него входят следующие компоненты:

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) важнейший конструктивный элемент, его задачей является трансформирование энергетического потенциала горючего в механическое усилие, направленное на выполнение полезных рабочих функций. Принципиальная схема автомотора основана на факторе смешения топливного вещества с атмосферными воздушными массами, в результате происходит образование воздушно-топливной смеси. Периодическое сгорание этой горючей смеси в камере сгорания формирует рост давления, направленного на поршневую группу, вращающую в свою очередь коленчатый вал посредством системы шатунов. Вращательная энергия переходит на трансмиссию машины.

Чтобы запустить мотор используется особый агрегат – стартер – аналог электромотора, который проворачивает коленвал. Для крупных дизельных автодвигателей вместо стартеров используют вспомогательный ДВС.

К настоящему времени разработаны несколько типов моторов, основанных на сгорании топлива

• Бензиновые
• двигатели на дизеле
• моторы на газе
• газодизельные
• роторно-поршневые

Кроме того, двигатели различают по типу горючего, по количеству и размещению цилиндров, по методике приготовления топливной смеси, по числу тактов в работе мотора и др.

Бензиновые и дизельные двигатели :

В бензиновом моторе, самом распространенном типе силовых агрегатов, горючим веществом является бензин. Минуя систему топливоподачи, это вещество по форсункам-распылителиям проникает в карбюратор или инжектор, а потом в виде топливно-воздушной смеси переходит к цилиндрам, где происходит ее сжимание посредством группы поршней, а затем ее воспламеняет искра от свечи зажигания.

Системы с карбюраторами уже устаревают, их вытесняет инжекторная система топливоподачи. Через форсунки-распылители (инжекторы) происходит впрыскивание горючего или сразу в цилиндры или через впускные коллекторы . Инжекторы могут быть на основе механической или электронной системы.

Механические системы дозируют топливо через плунжеры, представляющие собой рычажные механизмы, обладающие функцией электронного контроля за топливосмесью. В электронных устройствах весь цикл от приготовления до впрыскивания смеси проходит через блок управления. Инжекторные устройства позволяют экономичнее использовать топливо, обеспечивая оптимальное выгорание, и минимизировать выход вредных выхлопных газов.

В дизельмоторах в качестве топлива идет дизельное горючее. В таких моторах нет системы для зажигания, поскольку дизтопливо, смешанное с воздухом, проникая в цилиндр по форсункам, может взрываться от повышенного давления и высокой температуры, обеспеченные поршневой группой.

Газовые двигатели

Моторы на газовом топливе функционируют за счет газа – сжиженного, генераторного, сжатого или природного. Популярность таких моторов в современном мире стала расти за счет возросшими стандартами к безопасности автотранспорта в области экологии.

Первоначальное топливо находится в баллоне под высоким давлением потом по испарителю переходит к газовому редуктору, где его давление падает. Потом все идёт во схеме, аналогичной инжекторному мотору. В ряде случаев газовая система питания может обходиться без испарителя.

Шасси

В эту структурную часть автомобиля входят компоненты передачи усилий от мотора или коробки передач, ходовая часть и устройство для управления.

Передача усилия происходит, когда крутящий момент выдает двигательный импульс на ведущую ось машины. В состав силовой передачи входят:

• система сцепления
• коробка переключения скоростей
• кардан
• главная передача
• дифференциалы
• приводные валы

Сцепление

Сцепление выполняет функцию кратковременного отсоединения мотора от трансмиссии, чтобы впоследствии можно было плавно соединить их, когда передача переключена и в момент первоначального начала движения.

Коробка передач

Коробка переключения скоростей может корректировать показатель величины крутящего момента, передаваемого с коленвала мотора на карданный вал.

Коробка передач дает возможность надолго отключить соединения движка с карданной передачей, что делает возможным и езду задним ходом.

Карданная передача

Выполняет перенаправление крутящего момента трансмиссии на главную передачу с возможностью изменяющегося угла подачи.

Главная передача

Ее предназначение – обеспечение минимальных потерь при перенаправлении крутящего момента под прямым углом от кардана через дифференциалы к приводным валам ведущей оси и рост крутящего момента.

Дифференциал автомобиля

Оптимизирует вращение колес на ведущей оси, когда они движутся с разными частотами на повороте или на ухабистых дорогах.

Ходовая часть автомашин

В нее входят рама, передняя и задняя оси, соединённые с рамой через систему подвески . В подвеске использованы компоненты с упругими свойствами – рессоры, пружины цилиндрического типа, пневмобаллоны и амортизаторные стойки. Большинство машин оборудованы несущим кузовом без наличия рамы.

Механизм контроля автомобиля при движении

В узел управление машиной входит рулевой механизм, связанный с колесами передней оси через рулевой привод и тормозную систему. В машинах современного типа используется бортовая компьютерная техника, контролирующая в ряде случаев процессы управления с возможностью корректировать действия водителя.

Используя рулевое управление, можно поворачивать передние колеса, чтобы направить машину в нужное место.

Особенности конструкции тормозной системы обязаны строго обеспечить эффективное и своевременное уменьшение скорости движения машины и полную остановку, одновременно не препятствуя управлению, а также в ее задачу входит неподвижная фиксация машины.

Кузов.

Необходим для расположения пассажиров, размещения грузов и водителя. В современных типах машин кузова, как правило, выполняют несущую функцию и состоят из нескольких элементов-панелей, которые между собой закреплены на сварку. В кузове выделяют компоненты: двери, крылья, крышка багажного отсека. В первых машинах, которые представляли собой моторизированные открытые конные экипажи, которые не выдерживали стандартов и требований, предъявляемых к современным типам транспортных средств. В те годы автокузова производились на тех же заводах, что и кареты, пролетки, поэтому в новый вид продукции перешли многие термины и названия из старых производственных цехов.

По разнообразию кузовов современные легковые машины подразделяются на несколько типологических моделей, которые во многих странах имеют общие технические нормативы, в том числе и в России.

Конструктивная схема машины

Машина постоянного тока как и переменного состоит из неподвижного статораи вращающегося – ротора.

Статор состоит из следующих элементов:

— станина – служит для объединения машины в единое целое. Основная часть станины – кольцеобразное ярмо служит для проведения основного магнитного потока и крепления главных и добавочных полюсов машины с их обмотками возбуждения. С наружной стороны к станине крепятся лапы и рым, а так же коробка для выводов обмоток. С торцов к станине крепятся подшипниковые щиты. В крупных машинах для подшипников могут быть предусмотрены отдельные стояки, которые устанавливают на общем с машиной фундаменте. Станина может быть цельной или разъемной. Она выполняется кованой из электротехнической стали.

— главные полюсы – служат для создания и проведения основного магнитного потока, который создается обмотками возбуждения. Они надеты на главные полюсы. Обычно на главных полюсах закреплены не одна обмотка возбуждения, а несколько. Из них основнойявляется параллельная обмотка. Она и создает основной магнитный поток. Последовательная обмотка возбуждения компенсирует действие реакции якоря и падение напряжения в якоре при нагрузке. Она же облегчает пуск двигателя постоянного тока. Компенсационная обмотка тоже включена последовательно. Она устанавливается в крупных машинах и располагается в специальных пазах полюса, параллельных пазам якоря.

— добавочные полюсы – применяют для улучшения условий коммутации тока в секциях обмотки якоря, которые в данный момент времени замкнуты накоротко щетками. Добавочные полюсы располагаются между главными. Они выполняются сплошными в отличие от шихтованных главных полюсов.

— щеточное устройство – служит для электрического соединения внешней цепи с цепью обмотки якоря посредством скользящего контакта между щетками и коллектором.

Щеткикрепятся в специальных щеткодержателях, которые расположены на пальцах или кронштейнах, выполненных из непроводящего материала. Число пальцев равно числу главных полюсов машины. Пальцы со щеткодержателями закреплены в кольцеобразных траверзах, которые в свою очередь закреплены на подшипниковом щите. Щетка – это угольно-графитная призма, которая может свободно перемещаться в щеткодержателе. Для электрического контакта со щеткодержателем используют специальные гибкие токоведущие канатики, запрессованные в тело щетки. Для плотного скользящего контакта между щеткой и коллектором применяют пружины.

Ротор– это совокупность элементов, закрепленных на одном валу машины, который вращается в опорных и упорных подшипниках.

Основным элементом ротора является якорь. Это цилиндрическая конструкция, набранная из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В пазах якоря укладывается обмоткаякоря, выполненная из медного провода в виде отдельных витков или секций, состоящих из нескольких витков.

Концы секций припаиваются к пластинам коллектора, причем к каждой пластине припаивают по два конца – один является началом последующей секции, а другой – концом предыдущей. Таким образом, обмотка якоря — это замкнутая цепь, состоящая из некоторого числа секций. Точки соединения секций выведены на пластины коллектора.

Пазы якоря могут быть прямоугольными или овальными. Кроме того, они могут быть открытыми, полуоткрытыми или полузакрытыми. Открытые пазы предназначены для стержневыхобмоток, остальные для всыпных.

Часть секции, которая расположена в пазах, называется активнойчастью обмотки, остальная часть обмотки относится к лобовым частям – передней и задней.

Коллектор– это совокупность коллекторных пластин, изолированных друг от друга и собранных в виде цилиндра. Этот цилиндр насажен на вал машины и изолирован от него специальными миканитовыми втулками и манжетами. Пластина – это пластина трапецеидальной формы, имеющая специальные выточки – ласточкины хвосты – с помощью которых пластины удерживаются в сборе специальными нажимными гайками.

Крылатка вентилятора – эта деталь применяется в машинах малой мощности, в которых предусмотрен режим самовентиляции. Крылатка прогоняет воздух окружающей среды через внутренние полости машины для охлаждения ее элементов. Естественно, что в этом случае в корпусе машины предусматривают специальные отверстия, прикрытые решетками или заслонками, которые предохраняют машину от попадения вовнутрь нее капающей или дождевой влаги.

Конструктивная схема и устройство машины переменного тока

Электрическая машина имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором (рис. 3.1). Активными частями ее являются магнитопровод и обмотки. Все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую жесткость, прочность, возможность вращения, охлаждения и т. п.

Магнитопровод машины, по которому замыкается переменный магнитный поток, выполняют шихтованным — из листов электротехнической стали, как и у трансформатора. Если поток постоянный, то магнитопровод можно выполнять массивным; в этом случае он может осуществлять и конструктивные функции, т. е. служить элементом, обеспечивающим прочность данной части машины (статора или ротора).

Так как в частях электрических машин магнитный поток замыкается по сложным контурам, отличным от прямолинейных, в них, как правило, применяется изотронная холоднокатаная сталь. Только для изготовления полюсов синхронных машин и крупных машин постоянного тока иногда применяется анизотропная холоднокатаная сталь, так как в полюсах направление магнитных линий совпадает с направлением прокатки, в котором магнитная проницаемость очень велика. Сердечники статоров и роторов асинхронных машин и якорей синхронных машин постоянного тока штампуют из изотронной рулонной холоднокатной стали, позволяющей при раскрое получать экономию порядка 10—15% по сравнению с листовой, вследствие чего листовая сталь применяется очень редко.

Рис. 3.1. Конструктивная
схема вращающейся

электрической машины: 1 — статор; 2 — обмотка статора; 3 — воздушный зазор; 4 — ротор; 5 — обмотка ротора; 6 — подшипники; 7 — подшипниковые щиты; 8 — вал ротора; 9 — вентилятор; 10 — станина

В машинах малой мощности применяется сталь марки 2013, с низким содержанием кремния, достаточно вязкая, которая и позволяет получать мелкие пазы сложной конфигурации. В машинах средней и большой мощности применяют сталь марки 2212, 2311 и 2411, с повышенным содержанием кремния. Эти стали более хрупки, что затрудняет их штамповку, но имеют низкие потери на перемагничивание и не требуют отжига сердечников после штамповки.

В микромашинах широко применяют также магнитопроводы, собранные из листов железоникелевых сплавов типа пермаллой.

Статор асинхронных и большинства синхронных машин состоит из шихтованного магнитопровода (рис. 3.2, а), который запрессовывают в литую станину (рис. 3.2,6). Поскольку через массивную станину переменный магнитный поток не замыкается, станину можно выполнять из немагнитного материала (алюминия) или ферромагнитного с малой магнитной проницаемостью (чугуна), сравнительно дешевых и хорошо приспособленных к литейной технологии. На внутренней поверхности шихтованного статора, в пазах, располагают обмотку статора.

Ротор асинхронной машины (рис. 3.2, в) обычно состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. Сердечник запрессовывают на вал или втулку ротора (при больших размерах машины) и сжимают специальными нажимными шайбами. В пазах, размещенных на наружной поверхности ротора (сходных по форме с пазами статора), располагают обмотку ротора. В синхронных машинах ротор выполняют массивным, так как на нем расположены полюсы с обмотками возбуждения, магнитный поток которых неподвижен относительно ротора. При изготовлении листов ротора и статора в них штампуют пазы (рис. 3.3, а и б) для укладки проводников обмотки ротора и статора, а также вентиляционные каналы для прохода охлаждающего воздуха.

Рис. 3.2. Устройство статора и ротора машины переменного тока: 1 — пакет статора; 2 — станина; 3 — сердечник ротора; 4 — вал

Рис. 3.3. Листы ротора (а) и статора (б):

1 — лист ротора; 2 — зубец; 3- паз; 4 — вентиляционный канал; 5- отверстие под вал; 6- лист статора

Конфигурация зубцов и пазов (рис. 3.4 и 3.5) зависит от типа машины и ее мощности. В машинах большой мощности обмотки статора и ротора выполняют из проводников прямоугольного сечения; в этом случае применяют открытые пазы прямоугольной формы, позволяющие наилучшим образом разместить проводники и обеспечить надежную их изоляцию. В машинах малой и средней мощности обмотки ротора и статора обычно выполняют из провода круглого сечения; в таких машинах применяют полузакрытые пазы овальной или трапецеидальной формы. В ряде случаев при проводниках прямоугольного сечения применяют полуоткрытые пазы, уменьшающие магнитное сопротивление слоя «зубцы — пазы -воздушный зазор» по сравнению с открытыми пазами. В микромашинах роторы часто имеют пазы круглой формы; при этом существенно упрощается и удешевляется изготовление штампов.

Рис. 3.4. Пазы ротора открытый (а), полуоткрытый (б) и
полуза-крытый (в, г):
1- клин; 2- проводники; 3- изоляция слоя; 4- межслой-ная изоляция; 5 — пазовая изоляция
Рис. 3.5. Пазы статора открытый (а), полуоткрытый (б) и полузакрытые (в): 1- проводники; 2 — изоляция слоя; 3 — межслойная изоляция; 4 — изоляция паза; 5 — клин

При укладке проводников в пазы дно и стенки покрывают изоляционным материалом (электрокартоном, лакотканью, миканитом и пр.). Проводники, а также их верхний и нижний слои тоже изолируют друг от друга. Чем выше напряжение, при котором работает машина, тем большую электрическую прочность должна иметь изоляция проводников от сердечника ротора или статора. Проводники укрепляют в пазах ротора и статора с помощью клиньев, а на роторе, кроме того, с помощью проволочных бандажей или стеклобандажей, которые наматывают на лобовые части его обмотки (части обмотки, выходящие из сердечника ротора). В некоторых случаях бандажи располагают и в нескольких местах вдоль сердечника ротора.

Для подвода тока к обмотке ротора или подключения к ней реостата на роторе должны быть расположены контактные кольца: три кольца при трехфазном токе и два кольца при постоянном токе. Исключение составляют асинхрон­ные машины с короткозамкнутым ротором, которым контактные кольца не требуются. Токосъем с контактных колец осуществляют с помощью щеток — прямоугольных брусков, изготовленных из смеси угля, графита и порошка металла (меди и свинца). Щетки устанавливают в специальных щеткодержателях и прижимают к контактной поверхности с помощью пружин. Электрические машины мощностью примерно до 2000 кВт имеют шариковые или роликовые подшипники, которые располагают в подшипниковых щитах. При больших мощностях применяют скользящие подшипники.

Электрические машины переменного тока — асинхронные и синхронные, несмотря на различия в устройстве и конструк­ции, имеют много общего в принципе работы и теории. В этих машинах при прохождении по обмоткам статора или ротора переменного тока, синусоидально изменяющегося во времени, создается вращающееся магнитное поле. Это поле, в свою очередь, пересекает обмотки статора и ротора (или одну из них) и наводит в них переменную ЭДС. Общность физических процессов обусловливает общность теории и сходность конструкции многофазных обмоток переменного тока и принципов устройства статора асинхронной машины и якоря синхронной машины.