Юрий Долматовский - Беседы об автомобиле

Конструкторы долго бились над созданием надежной шины. Первые шины лопались буквально на каждом шагу. В начале XX века самые лучшие, сделанные на заказ для гонок, приходилось менять на протяжении двух-трех сотен километров десятки раз. Можно без преувеличения сказать, что современные шины сделали бы самый тихоходный автомобиль начала века победителем любой гонки того времени.

Сначала шина была попросту кольцом из пожарного рукава, наполненным водой или накачанным воздухом. Кольцо (камеру) заключили в покрышку, защищавшую его от подковных гвоздей. Чтобы облегчить смену шин, снабдили колесо съемным ободом, а затем сделали легкосъемными и колеса. Теперь отказываются от отдельной камеры; ею становится сама покрышка, плотно прилегающая к ободу колеса. Изменяется конструкция самой покрышки. Словом, идет непрерывный процесс совершенствования шины, но одно в ней остается неизменным – это воздух. Он-то главным образом и несет нагрузку от автомобиля. И поэтому существует единый для всяких пневматических шин – старых, новых и будущих, высокого и низкого давления, малых и больших, камерных и бескамерных, кордовых, диагональных и радиальных – закон грузоподъемности шины.

В основе этого закона лежит предпосылка, что на единицу количества воздуха, находящегося в шине, должно приходиться всегда одинаковое количество килограммов нагрузки. Другими словами, отношение нагрузки, приходящейся на колесо, к количеству сжатого воздуха в камере шины должно быть постоянным. Чем больше нагрузка, тем большим должен быть внутренний объем шины при определенном давлении в ней. Увеличивая объем, можно уменьшить давление, и наоборот. Изменять объем не обязательно за счет общего наружного диаметра колеса с шиной, можно делать ее шире, сохранять диаметр обода, причем последняя мера более эффективна. Именно она способствует уменьшению диаметра и массы колеса.

Теория шин сейчас уже хорошо разработана, и конструктор располагает подробными о них сведениями, номограммами и стандартами для выбора их параметров. Ход его действий примерно таков.

На основе предварительных расчетов и наметок он устанавливает желательный по компоновочным соображениям диаметр колеса, приходящуюся на него нагрузку и давление в шине, которое обеспечивало бы требуемые плавность хода автомобиля и сопротивление качению. Потом подсчитывает объем камеры.

В свое время противники малого колеса утверждали, что оно будет оказывать сильное сопротивление движению машины, застревать в рытвинах и вообще не годится для плохой дороги, что тряска возрастет, а устойчивость автомобиля ухудшится.

Конечно, речь не идет о тяжелом бездорожье, для движения по которому существуют вездеходы. Но если высота неровности, даже порога, не превышает примерно половины радиуса колеса, то оно не остановится. Для преодоления порога потребуется лишь большее усилие. А удар малого колеса о порог будет относительно слабее, чем удар большого, поскольку колесо отделено рессорой от всей массы автомобиля.

Есть у малого колеса еще одно достоинство – его соответствие современному автомобильному двигателю.

Оно до некоторой степени компенсирует его быстроходность. Но об этом особый разговор.

Перечень причин, вынуждающих уменьшать колеса, не исчерпан. Есть еще такое понятие, как момент инерции вращающихся масс. Это значит, что чем больше масса колеса, тем труднее его «раскрутить» или затормозить. А от этого зависит и быстрота разгона автомобиля (и потребная для этого мощность!), и, значит, средняя скорость движения.

Разумеется, детали малого колеса должны быть прочными; с этим приходится считаться.

– Хоть все и привыкли уже к малым колесам, например на «Жигулях», все же трудно освободиться от убеждения в преимуществе больших.

– Глубокое заблуждение! Кстати, так думаете не только вы.

– Возможно. Но скорость! Ведь за каждый оборот малое колесо проходит и малый путь, значит, автомобиль движется медленнее, чем на больших колесах!

– Это не значит, что стриж должен летать медленнее вороны, потому что у той крылья больше?

Когда записывают в техническое задание на автомобиль определенную максимальную скорость, то исходят прежде всего из необходимости быстрейшей до

ставки пассажиров или груза. Но возможность обеспечить быструю доставку складывается из целого ряда факторов. Тут и способность человека безопасно управлять автомобилем на высокой скорости, и реальные дорожные условия, и расход топлива, и другие расходы, неизбежно возрастающие с увеличением скорости. На автомобиле можно достигнуть огромной скорости. Мировой рекорд превышает тысячу километров в час, гоночные автомобили развивают на отдельных участках трасс 300 и более, а в среднем по всей трассе – свыше 200 километров. Существует немало легковых автомобилей, в технической характеристике которых записана такая максимальная скорость, например ЗИЛ-117.

Но ни у одного автомобиля диаметр колес не увеличивали для достижения высокой скорости.

Определенная скорость достигается в том случае, если мощности двигателя достаточно, чтобы преодолеть сопротивление, которое испытывает при этой скорости автомобиль. А оно складывается из трех величин, и все они связаны с трением: между вращающимися и вообще движущимися частями механизмов (внутренние потери), между шинами и дорогой (сопротивление качению), между кузовом и частицами воздуха (сопротивление воздуха).

Внутренние потери механизмов, как известно из опыта, составляют около 1/10 передаваемой ими мощности, то есть до колес доходит около 9/10 мощности двигателя. Сопротивление качению увеличивается примерно в прямой зависимости от массы автомобиля, от скорости, от уменьшения давления в шинах, качества их поверхности и поверхности дороги; на низких скоростях на него затрачивается почти вся передаваемая колесам небольшая мощность, на высоких – около половины максимальной мощности. Остальное уходит на сопротивление воздуха, зависящее от размеров и формы автомобиля; оно тем больше, чем шире и выше кузов, чем больше завихрений воздушного потока вызывает движение машины.

Как видно, диаметр колес во всех этих расчетах не участвует. Он появляется только в тот момент, когда, подсчитав общее сопротивление, конструктор выбирает нужную мощность двигателя и узнает скорость вращения его вала, при которой эта мощность достигается. Короче, когда дело доходит до расчета передаточного числа трансмиссии, которое принято обозначать буквой «I».

Валы современных двигателей вращаются со скоростью шесть-семь и более тысяч оборотов в минуту. Если это вращение передавать на колеса того же ЗИЛ-117, то он разовьет скорость около тысячи километров в час! Куда уж тут увеличивать диаметр. Надо, наоборот, уменьшать его в несколько раз! Чтобы этого не делать, в трансмиссии между двигателем и колесами (в главной передаче заднего моста) предусматривают пару шестерен, редуктор, уменьшающий число оборотов в rº раз. Оно, это rº , равно частному от деления числа зубьев ведомой шестерни на число зубьев ведущей.