Функционально любой автомобиль можно рассматривать, как совокупность пассажирского и грузового отсеков, а также всех механизмов и конструкций, позволяющих транспортному средству передвигаться, то есть кузова и шасси.
Исторически сложилось выделение двигателя в самостоятельную единицу, к шасси не относящуюся, хотя структурно он тоже всегда упоминается в его составе.
Функции шасси в машине
Исходя из основного предназначения автомобиля, шасси должно выполнять следующие задачи:
- принимать крутящий момент от двигателя, преобразовывать его до нужной величины и передавать на ведущие колёса;
- обеспечивать максимальное гашение ударов и толчков от неровностей дороги, сохраняя от перегрузок пассажиров, груз и механизмы автомобиля;
- задавать направление движения, стабильность и безопасность на любых дорогах;
- выполнять служебное, экстренное и стояночное торможение;
- придавать дополнительную прочность и жёсткость кузову.
Некоторые элементы шасси могут монтироваться внутри кузова, сохраняя при этом свою функциональную автономность.
Устройство и конструкция
В соответствии с выполняемыми функциями шасси состоит из отдельных систем:
- Трансмиссия, куда относятся коробка передач, раздаточная коробка, система приводов и карданных валов, редукторы ведущих мостов, полуоси;
- Подвеска с упругими элементами, демпферами (амортизаторами), направляющим аппаратом;
- Колёса и ступичные узлы;
- Рулевое управление, куда входят руль, колонка, усилители, рулевой редуктор (рейка), рулевая трапеция и поворотные кулаки;
- Тормозная система, достаточно сложно устроенная по соображениям эффективности и безопасности.
Конструктивно узлы шасси могут быть скомпонованы вокруг рамы автомобиля или, при её отсутствии, вокруг нижних элементов силовой структуры несущего кузова.
Для повышения комфорта и улучшения управляемости часто на машины устанавливаются передний и задний подрамники. Это прочные пространственные конструкции, к которым крепятся детали подвесок и трансмиссии, а сами они монтируются на кузове.
Читайте ещё: Для чего в автомобиле антипробуксовочная система ASR
Так кузов избавляется от многих нежелательных сил, которые прикладывались бы к нему со стороны дороги и силового агрегата.
Большое значение компоновка шасси имеет и для технологичности процессов сборки и ремонта автомобилей. Вместо того, чтобы производить все работы вокруг объёмного и тяжёлого кузова, производится предварительная сборка всех элементов на раме или подрамниках, после чего полученные крупные модули соединяются с кузовом.
Такой подход имеет и свои недостатки, поскольку детали подрамников начинают в свою очередь мешать при сборочно-разборочных операциях. Но преимуществ больше, поэтому подрамники присутствуют почти на всех современных автомобилях.
Трансмиссия
Через трансмиссию проходит путь крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам. При этом он меняется в широком диапазоне, в зависимости от выбираемого водителем или автоматически суммарного передаточного числа трансмиссии.
Это число означает отношение оборотов двигателя к частоте вращения колёс. Ровно во столько же раз, во сколько скорость вращения вала двигателя больше, чем валов на выходе трансмиссии, возрастает крутящий момент.
Это очень важно для реализации всей мощности мотора, поскольку она зависит от частоты вращения вала, но при этом может потребоваться на любой скорости.
В состав классической механической трансмиссии могут входить:
- Сцепление, предназначенное для рассоединения двигателя, всех прочих узлов и плавного их подключения;
- Коробка передач, непосредственно меняющая общее передаточное число, а значит скорость и крутящий момент;
- Раздаточная коробка, используется на полноприводных автомобилях, с её помощью вращение распределяется по разным осям;
- Карданные валы и привода с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС), связывающие между собой узлы трансмиссии и ступицы колёс;
- Главные передачи, где крутящий момент дополнительно умножается, а вращение разворачивается от продольного направления на поперечное;
- Дифференциалы, позволяющие осям и колёсам на одной оси вращаться с разной скоростью.
Трансмиссия в авто с передним приводом.
Трансмиссия в авто с задним приводом.
Чаще всего используется механическая трансмиссия с ручной или автоматической коробкой, но возможно применение гидравлических и электрических трансмиссий, например на гибридных и особо большегрузных автомобилях.
Классификация
Шасси может быть рамного типа или собранным на основе несущего кузова. Рамы, в свою очередь, подразделяются на:
- Лестничного типа в виде двух лонжеронов, соединённых силовыми поперечинами;
- Объёмная, представляющая собой пространственную конструкцию, к которой крепятся навесные детали кузова;
- Хребтовая, когда все нагрузки принимает на себя мощная труба по центру автомобиля, на которую и навешиваются элементы трансмиссии и подвески, часто внутри неё проходят карданные валы;
- Интегрированная, то есть включённая в силовую структуру несущего кузова для принятия на себя основной доли всех нагрузок, но не отделяемая от деталей кузова;
- Распределённая, с отдельными передними и задними подрамниками, соединёнными несущим днищем автомобиля со встроенными лонжеронами и поперечинами.
Применение рам ограничено тяжёлыми автомобилями, грузовиками, а также полноприводными машинами высокой проходимости, где важна прочность и способность постоянно противостоять изгибающим нагрузкам.
Иногда от кузова наоборот требуется высокая жёсткость, тогда используется пространственная рама, например в автоспорте.
Во всех прочих случаях использование отдельной рамы нежелательно, поскольку это увеличивает массу и стоимость машины. Тогда в автомобилях применяется несущий кузов.
Это интересно: Что такое Торсионная подвеска автомобиля
Силовая структура, часто из высокопрочных сортов стали, образует каркас кузова, выполняя требования по прочности и безопасности, но в условиях постоянных ударных и скручивающих нагрузок ослабевает из-за усталости металла. Но для дорожных автомобилей это не так важно, зато конструкция получается лёгкой и жёсткой.
Шасси грузовых автомобилей
Практически всегда грузовики строятся на шасси с рамой лестничного типа. Два массивных лонжерона вдоль автомобиля, обычно переменного сечения, обеспечивают независимое размещение кабины с двигателем и грузовой платформы или сцепного устройства для полуприцепа.
Для тяжёлого грузовика именно такой подход очень важен. В кузове, а здесь это означает именно грузовую платформу, размещается очень большая масса, погасить колебания которой с помощью только подвески невозможно.
Плоская рама же обеспечивает гибкость и податливость, груз обретает некоторую свободу и его перемещения в такт неровностям дороги не достигают разрушающих нагрузок. Сама же рама выполнена из упругой стали, восстанавливающей свою исходную форму после снятия напряжения.
Кроме того, рамная конструкция позволяет выполнить шасси грузовика функционально завершённой конструкцией. На нём располагаются двигатель, трансмиссия, подвески и тормоза.
Остаётся навесить на раму любой кузов из предусмотренной линейки, будь то бортовой грузовик, фургон, цистерна или седельный магистральный тягач.
Так же достаточно легко решаются вопросы с изменением количества мостов, размеров, типов кабин и дополнительного оборудования. Модульность конструкции позволяет снизить себестоимость автомобилей.
Вплоть до поставки голых шасси специализированным фирмам для постройки уникальных автомобилей в единичном производстве.
Достоинства и недостатки
Концепция разделения автомобильного конструктива на шасси и кузов имеет свои преимущества:
- возможность территориального разделения кузовных цехов и производителей шасси, с выделением сборочных производств;
- дешевизна расширения номенклатуры автомобилей на единой платформе, вплоть до построения разных марок машин на одном шасси;
- проведение рестайлинга моделей без дополнительных затрат на разработку нового шасси;
- минимальные затраты на проведение крупных ремонтов;
- вынесение мелкосерийного производства за рамки крупных предприятий.
Недостатками будут неизбежные затраты из-за невозможности дублирования функций кузова и шасси одними и теми же узлами:
- некоторое увеличение общей массы автомобиля;
- трудности с распределением массы по осям;
- повышение центра тяжести автомобиля и ухудшение управляемости;
- невозможность перекомпоновки узлов при создании модификаций.
По этим причинам чёткое разделение шасси и кузова не используется в дорогих спортивных и представительских автомобилях, где главными являются их потребительские характеристики, а не вопросы оптимизации производства.
Так же поступают и при конструировании самых дешёвых бюджетных автомобилей, где модели быстро обновляются, а номенклатура модификаций минимальна, гораздо важнее малая масса, то есть общее количество затраченных материалов и деталей.
