Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Мои статьи

Статья 1. ВАЗ-2101 как основа вездехода.

Рассмотрим, насколько правомочно использовать силовую установку автомобиля ВАЗ-2101 в качестве основы силовой установки легкого вездехода.

Будем рассматривать возможность создания вездехода с полной массой порядка 1500 кг (снаряженный вездеход + 2 человека + небольшой груз).

Принято считать, что силовая установка автомобиля состоит из двигателя (обычно это двигатель внутреннего сгорания), трансмиссии и движителя. У автомобиля движителем являются колеса. У вездехода движителем являются гусеницы или колеса. По типу движителя вездеходы делятся на два больших класса – гусеничные и колесные вездеходы.

Не будем останавливаться на различиях, преимуществах и недостатках гусеничных и колесных вездеходов. Этому посвящено огромное количество форумов. Наша задача – показать на простейшем примере, как можно на базе распространенного автомобиля ВАЗ сделать как гусеничный, так и колесный вездеход с минимальным объемом переделок силовой установки автомобиля. Проще говоря, наша задача – использовать автомобиль в максимально возможном объеме в качестве донора при строительстве вездехода своими собственными руками.  

Обычно силовую часть автомобиля принято представлять в виде рисунка, на котором в условном графическом виде обозначаются основные узлы автомобиля. Еще такой рисунок можно назвать компоновочной схемой автомобиля, который отражает примерное расположение и взаимосвязь узлов автомобиля.

Здесь 1- двигатель, 2 – сцепление, 3 – коробка переключения (или перемены) передач (КПП), 4- карданный вал, 5 – мост, 6 – колесо.

Рис, 1

Все, что расположено между двигателем и движителем (колесом), называется трансмиссией. Будем полагать, что читающие статью знают назначение основных узлов автомобиля или, по крайней мере, готовы найти о них информацию в литературе или интернете.

Такая схема является наглядной и емкой, но не очень удобной для разработчика.

В дальнейшем схему взаимосвязи узлов мы будем представлять в несколько ином виде, и лишь при осмыслении компоновки будем использовать наглядные рисунки.

Достаточно удобным схему взаимосвязи узлов автомобиля рисовать в виде примитивных прямоугольников, изображающих значимые узлы.

Рис.2

Еще проще и быстрее схему взаимосвязи узлов обозначать в виде текста в одну строку.

Двигатель – КПП – ГП – Движитель

где ГП – главная передача – наиболее значимая для нас часть моста автомобиля. То, что пропущены такие узлы, как сцепление, карданный вал, дифференциал и другие узлы означает только лишь то, что сейчас они не важны для изложения базовой идеи.

Нас пока не интересуют скоростные качества будущего вездехода. Нас интересует возможность его создания с точки зрения прочностных характеристик отельных узлов и всего вездехода в целом.

Поэтому пока нас интересуют только силы (и их величины), которые возникают в силовой установке автомобиля и то, как они воздействуют на узлы и агрегаты транспортного средства.

Двигатель ВАЗ-2101 при мощности 64 л.с. (47,2 КВт) развивает максимальный крутящий момент 87,3 Нм при 3400 об/мин.

Вот на этом достоверные заводские сведения заканчиваются и начинаются вычисления, которые, как уже говорилось на главной странице, могут и не отражать максимально возможные нагрузки, но позволяют вычислить те значения сил, которые узлы воспринимать обязаны.

Простраиваем следующую логику вычислений.

Коробка переключения передач (КПП) может на входе принять крутящий момент от двигателя без риска повреждения. Самый большой крутящий момент на выходе КПП может создать, когда максимальное передаточное число (ПЧ) КПП ВАЗ-2101 составит 3,67 на первой передаче. Следовательно, на выходе КПП максимальный крутящий момент составит 87,3 Нм х 3,67 = 320 Нм. Таким образом, КПП может принять на входе без риска повреждения крутящий момент 87,3 Нм и создать на выходе крутящий момент 320 Нм.

Соответственно на главную передачу (ГП) заднего моста ВАЗ-2101 может поступить максимальный крутящий момент 320 Нм, при этом ГП может создать на выходе моста суммарный (на двух полуосях в сумме) крутящий момент 320 Нм х 4,3 = 1376 Нм. 4,3 – это передаточное число главной передачи моста ВАЗ-2101.

Запомним все эти крайне полезные цифры.

Самое время посчитать максимальную тягу автомобиля. Для этого максимальный крутящий момент на выходе моста делим на радиус колеса и переводим Ньютоны в кгс (килограмм-сила). Диаметр колеса ВАЗ-2101 составляет 575 мм, радиус, соответственно, 287,5 мм или приблизительно 0,29 метра.

1376 Нм / 9,8 / 0,29 = 484 кгс.

Схема силовой установки автомобиля приобретает следующий вид.

Рис, 3

Схема автомобиля стала удобной для наглядного представления того, как и какие крутящие моменты возникают в узлах автомобиля.

В строчечной записи это будет выглядеть так.

ДВС ВАЗ-2101 (87,3 Нм) – КПП (320 Нм) – ГП (1376 Нм) – Движитель (484 кгс)

Здесь цифры показывают, какую максимальную силу создает применяемый узел на выходе.

При полной массе автомобиля 1355 кг автомобиль создает тягу 484 кгс.

Это достаточно для автомобиля, но слишком мало, чтобы непосредственно из ВАЗ-2101 сделать вездеход. Тяга трансмиссии ВАЗ-2101 составляет лишь треть от массы автомобиля – донора с пассажирами и грузом, а нам надо, чтобы тяга была сопоставима с рабочей массой вездехода (правило номер пять).

Что делать?

Прежде всего, вспомнить, что существует правило номер два, согласно которому минимальная скорость вездехода должна составлять 1 км/час.

А какова скорость автомобиля ВАЗ-2101 на первой скорости при 1000 об/мин двигателя?

Рассчитаем ее. Сначала делим 1000 об/мин на ПЧ первой передачи КПП 3,67 и получаем, что на выходе КПП число оборотов составит 273,5 об/мин. Теперь делим полученный результат на ПЧ ГП = 4,3 и получаем число оборотов полуосей моста – 63,4 об/мин. Длина окружности колеса ВАЗ-2101 составляет 575 х 3,14 = 1806 мм = 1,8 м. За минуту автомобиль передвинется на 63,4 об/мин х 1,8 м = 114 м. За час автомобиль проедет 114 х 60 = 6840 м.

Таким образом, минимальная скорость автомобиля ВАЗ-2101 при 100 об/мин составит 6,84 км/час. Слишком много для требуемого нам вездехода. Ее нужно как-то понизить.

Рассмотрим два варианта вездеходов.

1. Колесный вездеход. Пусть диаметр колеса составляет 1700 мм. Тогда при соединении такого колеса непосредственно с мостом автомобиля минимальна скорость вездехода увеличится пропорционально соотношению диаметров колес вездехода и автомобиля - донора:

6,84 км/час х 1700 / 575 = 20,2 км/час.

Нам же требуется минимальная скорость 1км/час. Для получения такой скорости требуется установка понижающего обороты редуктора (который называется бортовым редуктором) между мостом и колесом с передаточным числом (ПЧ) равным 20,2. Создание такого редуктора – дело непростое. Но оно того стоит. Пока этот момент опустим и посчитаем тягу вездехода с таким редуктором. Для этого максимальный крутящий момент на выходе моста умножается на ПЧ бортового редуктора и делится на радиус колеса.

1376 Нм х 20,2 / 0,85 / 9,8 = 3336 кгс.

Максимальная тяга вездехода составит 3336 кгс, что намного больше того, что нам требуется для уверенного передвижения вездехода по любой местности. Более того, такая тяга позволяет осуществлять любой тип бортового поворота, о чем будет рассказано в дальнейшем.

2. Гусеничный вездеход. Сейчас очень принято использовать в качестве ведущей звездочки гусеницы колесный диск автомобиля-донора с наваренными на него зацепами. Диск диаметром 13 дюймов имеет внешний диаметр  330 мм. Значит, по сравнению с автомобилем – донором минимальная скорость вездехода уменьшится пропорционально соотношению диаметров диска и колеса автомобиля. Считаем:

6,84 км/час / 575 х 330 = 3,9 км/час. Пока еще очень много для минимальной скорости вездехода.

Значит, нам надо понизить скорость еще в 3,9 раза при помощи бортового редуктора (БР). Первое, что приходит на ум из готовых промышленных узлов – это бортовой редуктор вездехода ГАЗ-71. Не будем пока рассчитывать его нагрузочные способности, чтобы не перегружать текст статьи. Пока скажу, что этот редуктор точно подходит. Считаем тягу борта.

1376 Нм х 3,9 / 0,165 / 9,8 = 3318 кгс.

Суммарная тяга вездехода составит 3318 кгс, что также численно намного больше полной массы вездехода (1500 кг).

Заметьте, что абсолютная тяга гусеничного и колесного вездехода при одинаковом автомобиле – доноре практически совпали. И это понятно, поскольку мы в расчетах руководствовались главным правилом проектирования вездехода – обеспечением минимальной скорости вездехода 1 км/час.

Итак, для создания гусеничного вездехода полной массой 1500 кг требует самый обычный автомобиль ВАЗ-2101 и два бортовых штатных редуктора ГАЗ-71 с ПЧ=3,9. Ничего свыше этого не требуется. Трансмиссия получается исключительно простая, с минимумом токарных и фрезерных работ.

С колесным вариантом несколько сложнее. Тут требуется оригинальный бортовой редуктор. Этот вопрос разберем позже.

В обоих случаях трансмиссия будет исключительно надежной, поскольку тяга, развиваемая вездеходом, будет вдвое превышать его массу. Никаких проблем при любой реализации бортового поворота любого типа, что для гусеничного варианта, что для колесного варианта вездеходов не ожидается в принципе.

 

Особо отметим, что для обоих вариантов вездеходов (гусеничного и колесного) схемы вездеходов совершенно одинаковы за исключением передаточного числа (ПЧ) бортового редуктора (БР).

Схемы вездеходов будут иметь следующий вид.

Рис. 4

Вместо силовой установки ВАЗ-2101 для варианта гусеничного вездехода можно целиком использовать двигатели вместе с коробкой переключения передач от автомобилей ВАЗ-2108 или ВАЗ-1111, а также любой подобный комплект от переднеприводной иномарки. Компактный силовой агрегат и два бортовых редуктора ГАЗ-71 – прекрасный набор для создания простого и надежного малого гусеничного вездехода полной массой до 3,5 тонн.

Вот так будет выглядеть более реалистичная схема трансмиссии гусеничного вездехода на базе силовой установки автомобиля ВАЗ-21083.

Рис. 5

Синим цветом обозначены рассчитанные значения, которые являются для узлов минимально гарантированными. Tin – максимальный крутящий момент на входе узла, Tout – максимальный крутящий момент на выходе узла, 1 ПЧ – передаточной число первой передачи.

Из такой схемы уже можно предположить компоновочные решения вездехода.

В ряде случаев вместо бортового редуктора ГАЗ-71 можно использовать бортовой редуктор от переднего моста трактора Т-40.

http://www.ltz.ru/item-14.html

С колесными вездеходами все несколько сложнее.

 

Здесь статья " Основные ошибки при создании трансмиссий вездеходов"

http://off-roader.ru/publ/osnovnye_oshibki_pri_sozdanii_transmissij_vezdekhodov/1-1-0-3

 

Здесь статья "ВАЗ-2121 Нива как основа легкого вездехода"

http://off-roader.ru/publ/vaz_2121_niva_kak_osnova_legkogo_vezdekhoda/1-1-0-5

 

 

 

 

 



Источник: http://Это я написал
Категория: Мои статьи | Добавил: val_001 (14.02.2016) | Автор: Валерий E
Просмотров: 4958 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
avatar