ПЕРВЫЕ ШАГИ АВТОКОНСТРУКТОРА

Какую сделать машину? Такой вопрос может возникнуть, когда кружок «Автоконструктор» только делает свои первые шаги. Но впоследствии встанет и более сложный вопрос: как сделать ее лучше и экономичнее?

Конкретное решение конструкции зависит от многих факторов; важнейшие из них: назначение машины; средства и детали, которыми располагает кружок; унификация; наличие материалов и оборудования. Самое простое для начинающих автомобилестроителей — это изготовить микроавтомобиль, максимально используя готовые узлы и детали.

Например, кружок приобрел мотоколяску СЗА. В ней имеется все: четыре колеса с независимой подвеской и амортизаторами, задний мост с дифференциалом, компактный силовой блок; рама, усиленная обшивкой и днищем; система электрооборудования; контрольные приборы. Независимо от типа проектируемого микроавтомобиля нужно заново сделать (или переделать) систему управления; разработать воздушный тракт системы охлаждения; изготовить сиденья, стекла, двери, вспомогательные приборы, складной тент, рычаги и, главное, кузов.

Какую динамическую характеристику (максимальную скорость, способность разгоняться, количество перевозимого полезного груза) можно получить?

Мотоколяска развивает скорость до 65 км/час при полном весе около 600 кг. Значит, если построенная на агрегатах мотоколяски машина будет весить не более 600 кг при полной грузоподъемности, то динамика сохранится; если же полный вес микроавтомобиля будет равен 500 кг, то его динамика улучшится.

В теории автомобиля динамичность оценивается динамическим фактором D (см. таблицу 1), впервые предложенным академиком Е. Чудаковым. Динамический фактор при движении по ровной дороге с равномерной скоростью определяется по формуле:

D=(Pd-Pw)/G•100%,

где

D — динамический фактор,

Pd — тяговая сила на колесе автомобиля (кг),

Pw —сила сопротивления воздуха (кг),

G — полный вес автомобиля (кг).

Сопротивление воздуха особенно заметно влияет на этот коэффициент при скоростях более 100 км/час. Так как для самодельных микроавтомобилей ГАИ установлена максимальная скорость 75 км/час, то величиной Рw можно пренебречь. Тогда формула примет вид:

D=Pd/Gx100%,

Тяговая сила Рd легко подсчитывается по формуле

Рd=(Mкр_max•i_о)/r_k•η_тр

если известны: радиус колеса — r_k, максимальный крутящий момент двигателя — Mкр_max общее передаточное число силовой передачи i_о (куда входит передаточное число выбранной передачи коробки перемены передач i_кп, передаточное число моторной передачи двухтактного мотоциклетного двигателя i_м, передаточное число главной передачи i_кп, передаточное число задней передачи i_вх, то есть от двигателя на входной вал главной передачи; i_о = i_кп • i_м • i_гл • i_вх. • η_тр). Кстати, эти данные всегда есть в технических паспортах мотоколясок.

η_тр — коэффициент полезного действия трансмиссии (потери на трение и др.), в среднем равный 0,9.

Если известна мощность двигателя Nе и соответствующее ей число оборотов в минутах n коленчатого вала, то тяговая сила подсчитывается так:

Рd = 716,2•(Ne/n)•i_о/r_k•η_тр (кг)

Таким образом, зная две любые характеристики, можно найти третью. Например, известно i_о на какой-либо передаче и соответствующий ей динамический фактор D, тогда находим силу Р и по ней подбираем двигатель и т. д.

Однако тяговая сила на колесе Рв не должна быть больше некоторой величины T=φ•R, ибо в противном случае машина просто будет буксовать, то есть

Рd≤φ•R

где

R — часть полного веса автомобиля, приходящаяся на ведущие колеса;

φ — коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой (берется из таблицы 2).

Максимальная скорость Vmax определяется по формуле

Vmax =0,377•(r_k•n_max)/i_о (км/час),

где

r_k — радиус колеса в м;

n_max — число оборотов в минуту, соответствующее максимальной мощности, умноженное на коэфициент 1,1.

Таблица 1

Таблица 2

А как ориентировочно прикинуть величину ожидаемой Vmax, если у нас вес машины стал не 600, а 500 кг? Рассматривая выражение для Рd, видим, что его можно выразить через скорость:

Pd_max=716,2•(Ne_max•io)/(n_max•r_k)=

716,2•Ne_max(io/(n_max•r_k))=

716,2•Ne_max•0,377(1/Vmax)=

270(Ne_max/V_max) (кг)

тогда при G₁ = 600 кг и G₂ = 500 кг и одном и том же D получим:

Pd₁/G₁=Pd₂/G₂, откуда Pd₂=(Pd₁G₂)/G₁ (кг)

Подставив значение Pd, определим Vmax на прямой перадаче:

270 Ne_max/Wmax₂=270 Ne_max/Vmax₁•G2/G1, или

Vmax₂=(Vmax₁•G1)G2=65•600/500 = 78 км/час.

Таким образом, пользуясь формулами, можно быстро определить: какой по весу автомобиль нужен для имеющегося двигателя; какой требуется двигатель для проектируемого нового автомобиля; максимальную скорость или тяговое усилие, исходя из веса; вес, исходя из максимальной скорости и тягового усилия.

Все это не только поможет сделать конструкцию грамотно, но и предостережет от лишних материальных затрат и труда. Если нам удастся выполнить проект микроавтомобиля с предполагаемым полным весом в 500 кг, то получим хорошую динамику.

Теперь в зависимости от динамических свойств нужно выбрать кузов. Мотоколяска СЗА без полезной нагрузки весит 455 кг, из которых 180 кг — кузов. На долю остальных деталей и узлов приходится 275 кг. Всегда стремятся снаряженный вес иметь как можно меньше, а полезную нагрузку — больше.

Если два человека весят 150 кг, то на кузов придется 125 кг. Вот предел, к которому мы должны стремиться при его изготовлении. Кузов может быть металлическим, деревянным, пластмассовым и из папье-маше. Менее желателен металлический. Во-первых, он тяжел, во-вторых, требует специальных работ. Из остальных материалов можно сделать легкие, красивые, отвечающие требованиям технической эстетики кузова. Но и из них более предпочтительны пластмассовый или из папье-маше.

Кузов должен быть прочным и жестким. Этого можно достигнуть, проектируя каркасно-панельный кузов. Каркас несет основную нагрузку, а панели в основном придают нужную форму. Каркас можно делать металлическим, деревянным или комбинированным. Он является пространственной конструкцией. Его элементы должны быть жесткими, замкнутыми, з основе которых лежат силовые треугольники или эллипсы-шпангоуты. Если к нему же прикрепляются мосты, то каркас должен обеспечить конструктивно установленное взаимоотношение их. Остальные части каркаса делают меньшей жесткости. При аварии они деформируются, поглощая энергию удара, в то время как пассажирская часть остается целой. В обычных условиях каркас-рама работает в основном на скручивание.

Наконец, настало время выбрать тип кузова для нашего микроавтомобиля. Лучшим вариантом будет открытый, двухместный каркасно-панельный кузов спортивного типа. Изготовление такого кузова облегчается тем, что в нем отсутствуют двери, нет крыши, стоек и окон. Большое ветровое стекло защитит водителя от встречных потоков воздуха.

Компоновку микроавтомобиля начинаем, как правило, на бумаге, лучше всего миллиметровой. Так как размеры машин определены требованиями ГАИ (длина дорожного микроавтомобиля не более 3,5 м, спортивного — не ограничена, ширина — не более 1,5 м, высота — не более 1,45 м, база не менее 1,6 м, колея — не менее 1,1 м, дорожный просвет — 150 мм), то для компоновки принимаем масштаб 1 : 5. Вычерчиваем на кальке в этом масштабе контуры боковых проекций деталей и агрегатов (шаблончики): колеса, двигатель, бензобак, рулевое управление, сиденья. Нужно изготовить в этом же масштабе подвижный контур фигуры человека (рис. 1).

Проводим горизонтальную линию через центры передних и задних колес. Перпендикулярно к горизонтальной линии через центр передних колес проводим вертикаль. Это нулевые линии, от которых будем вести отсчет. В точке пересечения располагаем центр переднего колеса. Боковую проекцию (вид слева) вычерчиваем так, чтобы машина двигалась справа налево.

Задние колеса размещаем на расстоянии базы (расстояние между центрами колес по горизонтали), выбранной в масштабе. Шасси мотоколяски сохраняем неизменным (база равна 1650 мм). Располагаем контур двигателя, сидений, человека, органов управления и закрепляем детали в удовлетворительной компоновке (рис. 2). Теперь необходимо проверить, правильно ли размещены с точки зрения теории узлы, агрегаты и пассажиры, чтобы была нужная развесовка по осям. Для этого, зная веса всех составляющих (их нужно написать на вырезанных шаблончиках), определяем центр тяжести каждой. Получив компоновку и зная расстояние в масштабе каждой детали до нулевой точки, определим их моменты относительно этой точки. Составляем равенство между суммой моментов всех деталей (вес детали, умноженный на ее расстояние до точки О), включая и будущий кузов, и моментом полного веса микроавтомобиля (общий вес микроавтомобиля, умноженный на пока неизвестное расстояние L). Это расстояние и находим из уравнения. Откладывая полученное расстояние от точки О по горизонтали, получаем горизонтальную координату центра тяжести микроавтомобиля (рис. 3). Аналогично находится и вертикальная координата. Мы знаем, что веса по осям распределяются обратно пропорционально их расстояниям до центра тяжести, поэтому их легко подсчитать. Нужно стремиться, чтобы развесовка по осям была равной (по 50% на каждую ось).

Нагрузка на заднюю ось в микроавтомобиле может быть не более 65% полного веса. Если выбранная компоновка не обеспечивает желаемой развесовки, то ее нужно изменить (найти новое взаимоположение), пока не получим нужный результат. Найденную компоновку вычерчиваем на миллиметровке (рис. 4) или ватмане.

Как это ни странно, но именно выбор формы кузова — самая трудная задача. В ней концентрируется ваш вкус, умение выразить мысль, ваше мастерство, художественная и техническая грамотность.

Имея компоновку агрегатов и узлов, начинаем рисовать форму будущего микроазтомобиля. Как это делается, уже рассказывалось в статье «Микроавтомобиль и техническая эстетика». Когда рисунок формы определен (рис. 5), уточняем каркас, места воздухозаборников и вентиляционных окон.

Теперь изготовим масштабную модель из пластилина в самом общем виде, уточним основные поверхности, линии, вырезы (рис. 6). Чтобы не тратить на это много пластилина, делают болванку деревянной (см. рис. 5). С готовой модели рисуют аксонометрический вид в масштабе, используя перспективную сетку, тщательно отрабатывая детали в цвете. Затем заканчивают работу в пластилине со всеми подробностями, заглаживают поверхность окна (у закрытого автомобиля) и покрывают ее черной нитроэмалью; кузов красят в выбранный цвет.

В кружке лучше делать эти модели из пластмассы, сняв с пластилиновой гипсовую форму. Полученную модель окончательно отделывают, окрашивают, оснащают оборудованием и деталями. На этом этапе может появиться несколько вариантов, которые помогут выбрать оптимальную конструкцию будущего микроавтомобиля.

В. АШКИН,

инженер-конструктор