Юрий Долматовский - Беседы об автомобиле

Кое-кто считает, что, введя в трансмиссию передачу, можно увеличить мощность, подводимую к колесам, как бы сделать автомобиль более мощным. Это неверно: передача изменяет не мощность, а усилие, подводимое к колесам. Так что никакие махинации с диаметром колес и числом зубьев шестерен не дают возможности увеличивать максимальную скорость.

Задача конструктора – еще на стадии компоновки машины согласовать все будущие элементы, от которых зависит ее нормальное движение: мощность двигателя, скорость вращения его вала, массу автомобиля, размеры и форму его кузова, характеристику шин, передаточное число главной передачи.

Вот тут-то и возникает необходимость в уточнении диаметра шин. Ведь уменьшая его в допустимых пределах, как бы увеличивают опять-таки передаточное число, тем самым получают возможность уменьшить его в главной передаче. А это очень важно. Дело в том, что число зубьев и размеры ведущей шестерни невозможно уменьшать беспредельно; обычно она имеет семь-десять зубьев (обязательно целое число, ползуба или четверть зуба для шестерни так же плохо, как и для человека). Чтобы уменьшить скорость вращения колес (увеличить rº ), конструктор вынужден увеличивать размеры ведомой шестерни, от этого уменьшается просвет между автомобилем и дорогой, ухудшается проходимость автомобиля.

Можно обеспечить автомобиле очень высокую максимальную скорость, но на практике – в уличном движении с частыми остановками, замедлениями хода, торможениям», разгонами – он окажется тихоходным, если не обеспечена так называемая динамика разгона. А она зависит, кроме момента инерции колес и других вращающихся частей, еще и от правильного подбора всех r (не только rº ) – передаточных чисел в трансмиссии.

Нужно помнить, что всякую повозку, будь то тачка или автомобиль, легко катить после разгона, но трудно сдвинуть с места и разогнать, так как действует инерция покоя. Сила двигателя рассчитана на движение автомобиля уже после разгона. А для разгона, при движении на подъем и по трудной грунтовой дороге силу двигателя умножают пары шестерен коробки передач. Иначе пришлось бы ставить на автомобиль очень мощный и тяжелый двигатель.

История техники знает автомобили без коробок передач. Была, например, машина «майбах» с таким сильным двигателем, что она могла тронуться с места, разогнаться и двигаться вплоть до максимальной скорости на одной и той же передаче. Но машина весила три тонны и расходовала более 30 литров бензина на 100 километров – втрое больше, чем обычный автомобиль.

Передач в коробке обычно четыре, иногда больше. У первой пары ведомая шестерня имеет примерно вчетверо больше зубьев, чем ведущая, то есть ведомая вращается вчетверо медленнее, но передает колесам вчетверо большую силу.

После недолгого разгона на первой передаче включают вторую (у нее передаточное число уже вдвое меньше). Потом еще более «быструю» – третью. Наконец, четвертую. Автомобиль, как по ступеням, достигает нужной скорости. Отсюда и названия коробок передач – четырехступенчатая, пятиступенчатая и т. д.

Для небыстрого движения по асфальту автомобилю требуется значительно меньшая сила тяги, чем он может развить даже на высшей передаче. Как говорят, автомобиль обладает запасом тяги, необходимым для движения на подъем, для обгона другого автомобиля.

На проселочной дороге дело несколько меняется. Незначительное отклонение от скорости, соответствующей наибольшему крутящему моменту двигателя, вызывает необходимость включать следующую перёдачу. Для движения по песку тяговой силы на высшей передаче вообще недостаточно, а на низших передачах движение возможно лишь с определенной скоростью.

Вот что заботит конструктора еще до того, как он встает за доску «кульмана» и наносит на бумаге первые линии будущего автомобиля.

– Что же изображают эти первые линии?

– Печка, от которой долгое время танцевали конструкторы – это колесная база.

Расстояние между колесами иной раз выбирали примерно так: у машин-конкурентов база находится в пределах, скажем, 2300-2450 миллиметров; прибавим еще полсотни! Чем больше база, тем лучше автомобиль!

С размером базы связаны главным образом пять качеств автомобиля – устойчивость, маневренность, плавность хода, удобства пассажирского помещения и проходимость по плохим дорогам. Но ни об одном из них нельзя сказать категорически: чем меньше или чем больше база, тем оно лучше.

Труднее всего разобраться в устойчивости автомобиля. Она зависит от многих факторов. Их так много, что даже на перечисление уйдет немало времени. Стоит ограничиться тремя самыми главными, которые связаны с действием боковых сил – центробежной силы на поворотах, силы ветра и поперечного уклона дороги. Они могут вызвать увод автомобиля с заданного направления, боковое скольжение (занос) и опрокидывание.

Начнем с заноса. При этом условимся, что сравнивать будем автомобили одинаковой длины, с равномерно распределенными массами, но с разными базами.

Вот короткобазный автомобиль. Стоит возникнуть заносу – и массы, вынесенные за пределы колесной базы, могут ускорить его действие.

Но занос – явление сравнительно редкое, оно типично, как правило, лишь для езды по скользкой дороге. А увод автомобиля сказывается почти всегда. Автомобиль не идет строго по прямой. Под действием каких- то сил он постоянно совершает незаметные отклонения от нее. Именно поэтому водитель все время работает рулем, направляя машину по заданному пути. Чем меньше усилий он прилагает к рулю, тем устойчивее и безопаснее машина.

Увод автомобиля зависит от увода шин и размеров базы, а увод шин – от их эластичности, в частности от давления воздуха в них, от распределения масс и от устройства рессорной подвески. И здесь следует упростить задачу, не затрагивать подробно все особенности, ограничиться главными.

Что же такое увод шины? Для ответа нужно представить себе колесо с шиной из прозрачных материалов и посмотреть на такое колесо сверху. Вот оно катится. Боковой силы нет. Плоскость, проведенная посередине колеса, видна как линия, параллельная направлению движения. Появилась боковая сила. Она давит на кузов, раму, рессоры, через них – на колеса. Шина – эластичная; в нижней ее части она цепко держится за дорогу выступами протектора, шершавой поверхностью резины. А в средней части боковая сила сдвигает и колесо, и зажатую его ободом шину. Под действием силы шина в нижней части деформируется. Если бы колесо не вращалось, оно сместилось бы вбок вместё со всей массой автомобиля. Средняя плоскость колеса (средняя линия) была бы параллельной оси отпечатка шины, а ось отпечатка осталась бы на прежнем месте. Но колесо катится, и смещенные вбок точки шины перебегают в передней его половине сверху вниз и по направлению к точке контакта с дорогой. Ось отпечатка перекашивается, и колесо идет уже не туда, куда направлена его средняя плоскость, а по направлению перекошенной оси отпечатка. Шины уводят автомобиль в сторону.