СТРОИМ АВТОМОБИЛЬ

РЕССОРЫ. Большинство отечественных легковых автомобилей имеет неразрезной задний мост; в качестве упругого элемента используются листовые рессоры («Москвич») или пружины («Жигули»). Рессоры имеют некоторое преимущество: в отличие от пружин им свойственно поглощение некоторой части энергии деформации за счет межлистового трения. Это явление способствует затуханию возникающих колебаний (подобный эффект наблюдается и в случае применения многолистовых торсионов в передних подвесках мотоколясок СЗА и СЗД, «Запорожцах» ЗАЗ-965 и -968).

Обычные (полуэллиптические) рессоры в легковых машинах крепят к раме или кузову непосредственно передним ушком, а сзади - через серьгу. Длину серьги принимают в пределах 7-8% длины рессоры, а угол между распрямленной рессорой и ушком - 75-80°. Для изоляции кузова от высокочастотных вибраций, вызываемых неровностями дороги, в ушках рессоры и серег устанавливаются резинометаллические втулки, а в соединении с балкой заднего моста ставится резиновая прокладка.

Условия компоновки задней подвески могут требовать нарушения параллельности рессор при виде в плане, что практически не сказывается на работе подвески. Можно применять и несимметричную установку моста по длине рессоры с соответственным сдвигом листов ее набора. По мере отклонения от симметричности все заметнее увеличивается жесткость рессоры; это может быть использовано в случае необходимости. Несимметричность обычно делается со сдвигом вперед: так выравниваются углы отклонения валов в карданных шарнирах, что снимает неприятную неравномерность хода.

Если рессоры слишком мягкие, то при разгоне автомобиля происходит их S-образная деформация. Чтобы противодействовать этому, увеличивают жесткость переднего конца рессоры также за счет несимметричной установки моста. Например, если передняя часть рессоры составляет 1/3 общей ее длины, то ее жесткость будет выше жесткости задней в 8 раз. Это благоприятно влияет на кинематический увод колес (см. ниже), «клевок» при торможении и «приседание» при разгоне, способствует уменьшению крена.

Ослабить жесткость, сделать рессору более мягкой в любительских условиях можно, уменьшив в ней число листов, изменив ширину концов промежуточных листов и т. п.

Расчеты прочности и жесткости рессор приводятся в специальной литературе, однако для самодельщика проще довести конструкцию подвески с помощью простейшего статического нагружения ее расчетными силами, сделав для этого временный стенд. Там же можно проверить подвеску на прочность, задавшись определенным запасом прочности - например, п=2. Оформленный в виде протокола испытаний документ вполне заменит расчет в техдокументации, представляемый в ГАИ при регистрации машины.

УСТОЙЧИВОСТЬ. Как уже говорилось, эта важнейшая характеристика автомобиля во многом определяется ходовой частью. И рассмотрение проблемы обеспечения устойчивости надо начать С анализа явления «увода», свойственного пневматическим шинам.

Увод (см. рисунок 2) возникает в виде упругого отклонения протектора от исходного среднего положения (средней плоскости диска колеса) в зоне сцепления с дорогой под действием боковой силы Р_У, например, центробежной силы на повороте. Угол между средней плоскостью диска колеса и фактическим направлением поступательного движения колеса называется углом а бокового увода. Чем жестче каркас шины и выше ее внутреннее давление, тем увод меньше.

Большое значение имеет и соотношение величин углов увода в передних и задних колесах. Если угол увода α₁ передних колес меньше угла увода α₂ задних (см. рисунок 3а), то автомобиль склонен усиливать поворот, что сводится к заносу (избыточная поворачиваемость). При обратном соотношении углов увода (рис. 3б) автомобиль стремится выпрямить траекторию движения (недостаточная поворачиваемость, повышенная устойчивость); такой автомобиль не имеет опасной тенденции самопроизвольно усиливать поворот, он лучше «держит» дорогу ори движении по прямой и меньше реагирует на воздействие случайных боковых сил. Рекомендуемый угол увода передних колес - на 2-3° больше задних. Поэтому при равномерном распределении нагрузки по осям давление в шинах задних колес следует держать чуть выше.

В зависимости от кинематики подвески при ее ходе наклон может изменяться. Если угол наклона колеса увеличивается в сторону действия центробежной силы, то угол увода тоже растет. С этой точки зрения подвески, схемы которых приведены на рисунке 1, неравноценны. При крене машины на повороте колеса подвесок по схемам 1б, 1в и 1г наклоняются вместе с машиной; при этом угол увода колеса увеличивается. А подвеска по схеме 1а, наоборот, дает обратный наклон, что активно способствует уменьшению угла увода. Конструктору следует иметь в виду, что изменение угла наклона колеса на 5- 6° вызывает соответственное изменение угла увода примерно на Г. С учетом этого явления для сохранения оптимальных углов увода и их соотношения при использовании схемы 1а на передних колесах иногда несколько увеличивают установочный угол бокового наклона колеса, доводя его до 2,5-5°. Правда, при всей своей простоте эта схема не получила большого распространения из-за значительного изменения колеи при ходе подвески, которое ведет к повышенному износу шин.

Оптимальный выбор кинематики косой подвески (рисунок 1д) позволяет осуществить наивыгоднейшее соотношение углов увода переднего и заднего мостов, хотя ей также, в известной степени, свойственно значительное изменение колеи. Таких же результатов можно добиться и в схеме 1б, причем без заметного колебания колеи: именно так устроены подвески передних колес многих легковых автомобилей («Жигули», «Москвич», «Волга»).

При зависимой подвеске (жесткой оси колес) углы увода при крене машины не меняются. Но здесь проявляется другой фактор неустойчивости - так называемый кинематический увод. Например, если в качестве упругого элемента используются витые пружины, то требуется дополнительное направляющее устройство, определяющее степень свободы моста. В задней подвеске «Жигулей» для этого предусмотрены четыре продольных (см. рис. 4) и один поперечный рычаги, концы их закреплены шарнирно на кузове и заднем мосту. Упрощенное направляющее устройство может иметь всего два наклонных рычага (см. рис. 5), тогда крен автомобиля на угол φ приводит к повороту заднего моста на угол Ф при виде в плане. Этот поворот и называется кинематическим уводом. Он влияет на устойчивость движения машины: если шарниры крепления рычагов к кузову находятся выше оси колес (как это показано на рис. 5), то получается избыточная поворачиваемость. Поэтому центр подвески нужно располагать несколько ниже оси колес. Этот же вывод распространяется и на схему, изображенную на рисунке 4, но кинематический центр поворота оси колеса оказывается в мгновенном центре вращения (О), который определяется как точка пересечения осей верхнего и нижнего рычагов. (Отсюда следует преимущество такой схемы в меньшей кривизне траектории перемещения заднего моста, ибо радиус мгновенного поворота намного больше длин реальных рычагов.) Кинематический увод имеет место и в обычной рессорной подвеске.

Для устойчивости машины важную роль играет высота расположения центра тяжести. Центробежная сила в зависимости от этого влияет на перераспределение нагрузки на вираже между внутренними и наружными колесами, что определяет сцепление шин с дорогой. Поэтому сводить значение высоты центра тяжести только к проблеме опрокидывания неправильно; в действительности оно определяет и управляемость и устойчивость движения автомобиля.

ПЛАВНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ. Эта характеристика зависит в основном от соотношения подрессоренных масс к неподрессоренным: чем оно выше, тем езда комфортнее. Каждый замечал, что груженую машину меньше трясет. Но отсюда же следует требование возможного снижения массы колес и присоединенных к ним узлов подвесок. Поэтому переход от неразрезного заднего моста с массивной балкой и задней передачей к независимой подвеске с позиций комфортности - мера прогрессивная.

При оценке упругой податливости подвески в целом возникает вопрос о соотношении жесткости упругой части собственно подвески и шин. Это соотношение всегда в пользу подвески; доля шин обычно не превышает 10-15%.

По существу, комфортность автомобиля определяется частотой собственных колебаний - амплитудой и вертикальными ускорениями. Но эта характеристика неудобна для проектирования, поэтому используют другую - статический прогиб - величину деформации упругого элемента подвески под действием проектной (или фактической) нагрузки, отнесенной к колесу. Схема рекомендуемой характеристики подвески автомобиля приведена на рисунке 6. Пунктиром показана теоретическая зависимость усилия Р от деформации f для основного упругого элемента (пружины или рессоры). Начальная часть графика (отклонение практической кривой от теоретической) большого значения не имеет. Восходящая ветвь кривой показывает увеличение жесткости подвески в конце хода, что необходимо для смягчения удара о буфер ограничителя хода. Рабочий ход подвески - в пределах ±0,6f_ДИН (деформации сжатия и отбоя) от проектного положения колес. В этих пределах желательно иметь жесткость (тангенс угла β на рис. 6) постоянной, хотя можно и с ростом, но не более 20%. Такая характеристика достигается как за счет самого упругого элемента, так и за счет кинематики подвески. Следует учитывать, что практически пружины по мере осадки начинают соприкасаться некоторыми витками; за счет этого рабочее число витков уменьшается, и конечная жесткость пружин, естественно, возрастает.

Статический прогиб f_СТi в машинах малого класса составляет 80-150 мм, динамический ход f_ДИН=80-120 мм (меньшие значения динамического хода относятся к скоростным машинам, предназначенным для езды по хорошим дорогам).

При прочих равных условиях (например, распределения масс между осями) можно сделать вывод: чем жестче ход задней подвески по сравнению с передней, тем ближе сдвинется вперед точка минимальной амплитуды колебаний кузова (зона комфорта). При равном (или близком к этому) распределении нагрузок между осями одинаковая жесткость (ход подвесок) дает удовлетворительный кем форт для обоих рядов сидений. При существенном превышении нагрузки, приходящейся на задние колеса (до 60% от общей), требуется более мягкая задняя подвеска.

В качестве примера приведем необходимые расчеты деталей подвесок машины «Минимакс», продолжающие пример расчета рамы (см. «М-К» № 7 за 1988 год).

ПЕРЕДНЯЯ ПОДВЕСКА. За исходную принята торсионная подвеска СЗА, сделанная по схеме, показанной на рисунке 1б. Подвеска усилена (применены торсионы от ЗАЗ-965 и установлена дополнительная пружина - см. «М-К» № 11 за 1982 год). Исходной для расчета служит разница в приходящейся на переднюю подвеску нагрузке (пренебрежение весом колес и присоединенных к ним масс принято в качестве запаса прочности).

Перегрузка торсионов ЗАЗ-965 в «Минимаксе» определяется увеличением нагрузки, приходящейся на переднюю ось с 389 кгс до 470 кгс (см. «М-К» № 7 за 1988 год); коэффициент перегрузки 470*150/(389*160)=1,13. Дополнительное потребное усилие (на колесе) 470*0,13/2=30кгс. Переход к расчетному усилию для пружины делается с учетом динамического коэффициента 1,75 и отношения плеч действия сил на рычагах подвески (r=100 мм, R=160 мм, см. рисунок 1 г). Расчетное усилие на пружине P=30*1,75*160/100= 73,5 кгс.

Установлена пружина со следующими параметрами: d=8; D ==60; n=15,7; n_РАБ = 14 витков, L₀ =264 мм, предварительное поджатие ΔL=40 мм. Предельная расчетная нагрузка Р_макс =174 кгс (при полной деформации 130 мм и напряжении τ=61 кгс/мм²; навита из прутка пружинной стали 60С2А с закалкой HRC 45- 48). Как видно из рисунка 6, оставшийся допускаемый ход пружины равен 90 мм, что соответствует возможности хода колеса 90Х160 /100 =144, который полностью не реализуется из-за ограничения буферами. При расчетном усилии 73,5 кгс пружина просядет на 54,5 - 40=14,5 мм, а колесо на 14,5х160/100=23 мм.

РАСЧЕТ ШПИЛЬКИ АМОРТИЗАТОРА. Имеющаяся шпилька на нижнем рычаге подвески СЗА (СЗД) предназначена для восприятия нагрузок от амортизатора, нагрузка от пружины для нее велика. Поэтому она заменена на более мощную Ø12 мм. При расчете усилие от амортизатора можно не принимать во внимание, так как оно больше при обратном ходе (отбое).

Изгибающий момент при плече 1,5 см М_ИЗГ=73,5*1,5= 110 кгс*см. Момент сопротивления изгибу сечения шпильки V_ИЗГ=0,1d³=0,175 см³. Напряжение изгиба σ_ИЗГ = 110/0,175 =630 кгс/см².

При изготовлении шпильки из обычной углеродистой стали (а также с учетом сварки без последующего отжига) допускаемое напряжение не более [σ_ИЗГ] = 1500 кгс/см². Следовательно, запас прочности n_ИЗГ = 1500/630 =2,38.

Верхний узел крепления амортизатора СЗА (СЗД) при нагружении его пружиной тоже недостаточно прочен, но, главным образом, из-за резиновых элементов. Поэтому целесообразно применить резиновые подушки верхнего крепления передних амортизаторов «Жигулей» (см. «М-К» № 11 за 1982 год).

ЗАДНЯЯ ПОДВЕСКА. Задняя подвеска машины «Минимакс» сделана по по схеме 2в с соотношением плеч R=350 мм и r=230 мм и с учетом использования витой пружины от передней подвески «Жигулей». Пружина имеет следующие параметры: d=13; D=103; n_РАБ5 =7,5; L₀=360; длина пружины под нагрузкой Р=435 кгс; L₄₃₅=232 (см. характеристику пружины на ряс. 7).

Действующее статическое усилие на одно колесо, исходя из доли веса, приходящейся на заднюю подвеску, 530 кгс, с учетом соотношения плеч P=530*350/(2*230)=400кгс. Полная статическая осадка пружины под весом нагруженной машины f₄₀₀ =400*128/435= 120 мм. Предварительное поджатие принято ΔL=100 мм, чему соответствует начальное рабочее усилие пружины Р₀=430*100/128 =340 кгс. Следовательно, дополнительная осадка пружины под полной нагрузкой составит 120-100= 20 мм, а осадка подвески 20X350/230=31мм.

При заимствовании пружин с серийных машин типично положение, когда пружина оказывается излишне жесткой. Известен прием ее «размягчения», доступный самодеятельному конструктору: пружину обтачивают по наружному диаметру, для чего ее насаживают на оправку, используя свойство увеличения диаметра пружины при ее осадке. Сечение прутка при этом получает лыску, величину которой самодельщику лучше определить опытным путем - наподобие того, как это рекомендовано выше для доводки рессор. Известен пример использования передней подвески «Победы» для восстановления антикварного «Мерседеса»: в данном случае с прутка Ø 16 мм была снята лыска 3,5 мм.

КОМПОНОВКА

Говорить о компоновке автомобиля имеет смысл лишь после того, как конструктор четко уяснил свою сверхзадачу. Поэтому вспомним первую заповедь автосамодельщика - «Самоопределись!» - и для начала попытаемся помочь ему в выборе объекта.

Конечно, девать советы автоконструктору, даже начинающему, какой ему строить автомобиль - вряд ли имеет смысл: он и сам прекрасно знает, что хочет делать. Но вот предостеречь его от возможных ошибок необходимо. Поэтому, очевидно, будет не лишним критический обзор основных типов машин, входящих в область самодеятельного конструирования, с учетом некоторой перспективы.

Среди самодельных автомобилей нет-нет да и встретится «седан» или «хэтчбек» точно такого же класса и назначения, что и серийно выпускаемые «Жигули», «Москвичи» и «Запорожцы». Сразу же хочется предупредить начинающего конструктора: конкурировать с заводом - дело неблагодарное. Самоделка наверняка получится заведомо тяжелее, отсюда и ее полезная нагрузка или приемистость окажутся хуже. Распространенное заблуждение, что «так будет дешевле», быстро развеется, ибо в действительности дешевле купить престо подержанный автомобиль.

Однако детально познакомиться с типами выпускаемых промышленностью машин все же необходимо. И особенно с устройством отдельных узлов, которые могут быть использованы при создании своей модели. Это в первую очередь двигатель и коробка передач, передние и задние подвески, трансмиссия (главные передачи и карданные валы), тормоза и рулевые механизмы. Очень хороший путь изучить их конструкцию и особенность эксплуатации - принять участие в техобслуживании и ремонте машин: в гаражах своих друзей или на станциях техобслуживания, где всегда нуждаются в добровольных помощниках. Все это повысит техническую эрудицию, необходимую для выбора серийно выпускающихся узлов, которые можно использовать в самоделке.

Одно из популярных направлений «автосама» - создание престижных машин. Условно назовем такой автомобиль «Суперспорт». Габариты его обычно не уступают «Волге», а дизайн кузова отличают стремительные стилизованно скоростные современные и даже перспективные формы, сочетающие плавность обводов с изящной угловатостью. В качестве примера можно привести широко известные самодельные машины ленинградцев Д. Парфенова и Г. Хаинова (см. «М-К» № 2 за 1986 год). А основоположниками этого направления можно считать московских дизайнеров братьев А. и В. Щербининых, создавших аналогичную конструкцию еще в конце 60-х годов. Подобных машин наша промышленность не выпускает и едва ли будет их выпускать. Да и за границей они строятся по спецзаказам и стоят очень дорого. Машины

«Суперспорт» будут, конечно, делать и дальше, несмотря на их очевидные функциональные недостатки: малую вместимость, излишнюю громоздкость на дороге и особенно на стоянке, дороговизну эксплуатации. Что поделаешь - за престижность надо расплачиваться.

Здесь особо следует подчеркнуть большую трудоемкость (соответственно и стоимость) изготовления, а также необходимость высочайшей квалификации самодельщина. Причем, если в автопромышленности от профессионала не требуется универсальности, то энтузиаст-любитель в одном лице должен совместить все необходимые специальности: дизайнера и конструктора, технолога и контролера, слесаря и сборщика. И все это на высшем уровне! Поэтому созданная машина будет своеобразным мерилом таланта создателя.

Задача насколько упрощается, если ограничиться числом мест, равным двум, или, как еще говорят, формулой «2 + 2», что означает: водитель и сидящий рядом с ним пассажир располагаются достаточно комфортно, а задние места не то детские, не то неудобные взрослые (практически же их обычно используют для багажа или покупок). В свое время в таком классе была создана партия удачных самодельных машин «КД», дизайн которых разработал художник Э. Молчанов.

Не выпускает промышленность для автолюбителей и специальной туристской машины. А ведь многие и держат-то автомобиль только для летних путешествий! Увы, использовать «Жигули» или даже «Волгу» в качестве жилья на период отпуска не слишком удобно: спать на их раскладных сиденьях можно лишь в крайнем случае. Возникает проблема прицепа - домика на колесах. Такие уже начинает выпускать промышленность; не обошли их вниманием и самодельщики.

Главное достоинство прицепа - в его отделяемости. Владелец может им пользоваться только в поездке. А прибыв на место, отцепить, освободив машину. Недостаток прицепа-дачи - резкое ухудшение мобильности автопоезда по сравнению с собственно автомобилем; и чем прицеп комфортабельней, тем труднее его транспортировать. Таким образом, имеем два крайних случая: первый - очень комфортабельный (со спальней, столовой, кухней, даже туалетом) и очень неудобный при буксировке прицеп; второй - мини-домик на колесах размером с купе в поезде, может быть даже раскладном (см. «М-К» № 9 за 1984 год), но весьма пригодный для путешествий и транспортировки. От последнего транспортного средства один шаг до идеи туристской машины.

В качестве примера туристского автомобиля на низшем допустимом уровне вместимости и комфортности приводится «Минимакс». Он создает удовлетворительные условия для путешествия двух человек. При разложенном спальном месте (габариты 1900 X 1000 мм) расположение водителя и пассажира ничем не стеснено, а 150-250 кг багажа размещаются в средней части салона. Бензобак емкостью 50 л позволяет на одной заправке проехать до 600 км, с учетом же двух дополнительных канистр дальность увеличивается до 1000 км.

Правда, условия обитания в «Мини-максе» весьма спартанские. В дождь готовить еду придется, сидя на передних сиденьях, а забираться в постель - либо со стороны задней двери, либо с элементами акробатики, как в купе поезда.

При выборе туристской машины в качестве объекта конструирования, видимо, достаточно четко определилось преимущество вагонной компоновки. В особо малом классе машин еще имеет смысл заднемоторная схема. Так это сделано в «Минимаксе», где спальное место продолжается над двигателем. Можно улучшить комфортность ночлега за счет некоторого удлинения автомобиля.

Удачной компоновкой отличается итальянский автомобиль ФИАТ «Мультипла». Нетрудно заметить, что она очень напоминает старый «Запорожец», где передние места вынесены на место багажника. Фирма ФИАТ так и поступила в свое время: на модели ФИАТ-600 (прототипа ЗАЗ-965) сделала «Мультиплу» - деловую (утилитарную) машину. Когда я ее увидел «живую» на улице Праги, не смог удержаться от искушения познакомиться с нею поближе. Водитель остановился на мой сигнал рукой, мы побеседовали (каждый на своем языке, однако прекрасно понимая друг друга), и я дгже посидел за рулем. Из разговора я понял, что эта машина - настоящая рабочая лошадка. На нем мой, теперь уже знакомый, чех работает (снабжает товарами ларьки), возит на загородный участок стройматериалы и удобрения, оттуда - овощи. Выезжая на отдых в Татры, ночует в машине.

Видимо, найдутся и у нас самодельщики, которые создадут микроавтобус подобной схемы на базе старого «Запорожца». При этом надо иметь в виду необходимость переделки рулевого привода и усиления передней подвески.

В следующем малом классе наиболее простой путь к туристской машине вагонной компоновки - использование схемы (и отдельных узлов) наших микроавтобусов производства Рижского и Ульяновского автозаводов.

Расположение двигателя между водителем и передним пассажиром в разрешенных ГАИ габаритах (ширина 1800 мм) вполне реально, а вся задняя часть кузова позволяет свободно компоновать элементы интерьера, которые, конечно, должны быть трансформируемыми: съемные сиденья-лежанки; под ними ящики для багажа; убирающийся стол; газовая плита и т. п. В машине этого класса длиной порядка 4 м (как у «Жигулей» и «Москвича») при условии хорошо продуманной компоновки вполне возможно путешествовать вчетвером хотя и без большого комфорта. В то же время, если все внутреннее оборудование сделать демонтируемым, на такой машине можно ездить на работу, а на стоянке она занимает места не больше, чем «Москвич».

При установке на самоходной даче этого класса двигателя объемом 1300- 1500 см³ приемистость, разумеется, уступит микроавтобусам РАФ или УАЗ (при движении по шоссе это не так важно), зато расход бензина будет заметно меньше.

Более крупные туристские машины уже оказываются узкоспециальными: пожалуй, груз или мебель в них можно перевозить, а вот ездить на работу... На смотрах автосамодельщиков нередко встречаются этакие «коттеджи» на колесах с двигателем и ходовой частью «Волги», с большой вместимостью и высоким уровнем комфорта, но, как правило, тяжелые и громоздкие.

В качестве примыкающих к туристским можно рассмотреть типы вездеходов и амфибий.

Если систематизировать автомобили по проходимости, то из серийных отечественных «легковушек» лучшей будет «Запорожец» моделей ЗАЗ-965 и -968. Объясняется это хорошей загруженностью ведущей (задней) оси. Появившиеся позже полноприводные машины «Волынь» и «Нива» обеспечили проходимость почти на уровне УАЗ-469. И самодельщику, поставившему перед собой задачу создания машины для бездорожья, нужно внимательно оглядеться и оценить свои возможности по конкурентоспособности с этими вездеходами.

Рассматривая амфибию как объект технического творчества, в самом начале своего цикла статей «Строим автомобиль» (см. «М-К» № 10 за 1975 г., № 1, 5, 7, 9, 11 за 1976 г.) известный специалист в области автомобилестроения Ю. А. Долматовский предупреждал: «Сотни раз в году они будут на суше вспоминать недобрым словом отсутствие дверей на кузове или тихоходность машины и лишь несколько раз поплавают на ней на рыбалке». Справедливые слога. Но амфибии все равно делают!

Москвич Игорь Рикман осуществил аналогичную идею на высокопрофессиональном уровне. Его «Ихтиандр» (см. журнал «За рулем» № 3 за 1984 г.) развивает скорость на дороге 130 км/ч и на воде - 48 км/ч. Высокий борт, позволяющий съезжать в воду прямо со склона, водометный движитель - все это очень привлекательно. Но... пассажировместимость машины при собственной длине 4,6 м всего 4 чело-веха, включая водителя. Несмотря на то, что конструктору пришлось соблюдать строжайшую весовую дисциплину и многие узлы выполнять из легких сплавов, сухая масса амфибии составила 1000 кг. А с походным грузом эксплуатационные данные ее заметно ухудшаются.

За основу своего «Земневода» московский автоконструктор-любитель Д. Тарачков взял водометный глиссирующий каютный катер и оборудовал его автомобильным двигателем и подъемной ходовой частью. Длина машины 5,35 м, сухая масса 1030 кг, скорость 110 км/ч на шоссе и 42 км/ч на воде. Ранее похожую и довольно удачную конструкцию на базе «Казанки» сделал калининец Н. Пуртов (см. «М-К» № 1 за 1974 г.). Ее сухая масса всего 350 кг, скорость 70 км/ч на суше и 25 км/ч на плаву.

В то же время на работу в таких амфибиях не поедешь. За покупками тоже. Это машины для летнего отдыха, для любителей рыбалки и водных прогулок.

Но ведь можно на багажник обычного автомобиля уложить складную яхту «Мева». Есть и другие разборные лодки, а можно спроектировать и свою. Не так уж трудно сделать и прицеп-трейлер для буксировки катера, причем ходовые качества такого автопоезда на шоссе будут не хуже, а лучше, чем у амфибии. А на воде катер еще удобнее.

Можно специально создать лодку такой формы, чтобы она (разумеется, в перевернутом виде) вписывалась в верхнюю часть кузова машины, или разместить ее на багажнике. Вспомним, кстати, что идея прикрывания багажника жестким обтекателем тоже не нова. Вот и совместим эти функциональные особенности. Только не забудьте при этом, что завышать центр тяжести небезопасно!

Напомним и об идее понтонов. Они могут быть и надувными. На переоборудование из походного (дорожного) состояния в плавучее потребуется некоторое время, но зато представляется возможность использовать понтоны дпя сборки плота-дачи или какого-либо другого сооружения.

В общем, если автосамодельщик имеет тяготение к водному туризму, то для приложения его творческих возможностей есть неограниченный простор и помимо создания амфибий.

Деловая (утилитарная, хозяйственная) машина нужнее всего сельским жителям и садоводам. Багажник на крыше «Жигулей» не выход из положения. Прицеп тоже не очень вместителен и не всегда удобен в транспортировке. Поэтому не случайна популярность у самодельщиков джипов и пикапов. Их делают от самых малых (с двигателем от «Тулы») до солидных трудяг весом в тонну. Причем, поскольку скорость для них не первостепенна, иногда бывает достаточно мотоциклетного двигателя.

Представляется перспективным совмещение пикапа с полуприцепом. Для этого открытый кузов надо сделать съемным и предусмотреть установку вместо него седла для полуприцепа. Такой универсальный трансформируемый комплект, в который можно включить и просто закрытый кузов, для жителя сельской местности представляет очень интересный объект творчества.

К сожалению, действующими техническими требованиями ГАИ самодельные полуприцепы не предусмотрены, и оформить их можно только в виде исключения. Однако нужно напомнить, что все последующие редакции этих требований шли не впереди уже осуществленных передовых образцов, а за ними.

Между туристской и деловой машинами просматривается прогулочная. Конечно, для отдыха и прогулок можно использовать любой автомобиль, даже грузовой, но все-таки желательно иметь соответствующий уровень комфорта. Здесь уместно вспомнить о такой любопытной машине, как «Пининфарина» и экспериментальная «Белка» (предшественник «Запорожца»), о которой увлекательно рассказал в своей книге «Мне нужен автомобиль» Ю. Долматовский.

Проблема городского автомобиля стоит уже много лет и даже десятилетий. Необходимость такого транспорта обусловлена разными факторами. Во-первых, реальная скорость движения в городе далека даже от разрешенной - ее съедают и светофоры, и одностороннее движение. Во-вторых, едут чаще всего один-два человека. Отсюда и требования к машине такого типа: минимальные размеры, небольшая скорость, высокая маневренность и салон на двоих.

В 50-х годах в Италии появилась мотоколяска «Изетта». Ее отличительные черты: двухтактный одноцилиндровый двигатель мощностью 9,5 л. с., скорость 75 км/ч, колея задних колес сужена (чтобы не делать дифференциала). При длине 2250 мм и открывающейся вперед единственной двери машину удобно припарковать лицом к тротуару - в ряду она занимает место шириной всего 1,34 м и не требует для выезда зазора с соседними автомобилями. У ее лицензионной сестры из ФРГ мощность 13 л. с., скорость 87 км/ч. «Изетта» не завоевала города. Ее полная неуниверсальность и, главное, непрестижность сыграли свою роль. Европу заполнили двенадцатисильные «ситроены», малолитражки «фиат» и «фольксваген».

Но в городах простора не прибавилось, а автомобилей становится все больше. Попытки создания миниатюрных автомашин продолжаются, причем впереди здесь оказалась Япония, где и места меньше, и промышленность помобильнее. У нас в стране претендент на роль городского автомобиля один - «Ока». Только уж очень малы планируемые масштабы ее выпуска! И машина эта опять-таки четырехместная, и длина ее 3200 мм...

Вот где самодельщину простор! Кому не нужна машина на каждый день, свой личный транспорт? Велосипед или мотоцикл на эту роль подходят лишь, с некоторыми оговорками и в основном для жителей села. Горожанину все-таки нужен сверхмалый автомобиль.

Вдобавок уже назрел (кажется, даже перезрел) вопрос загазованности городских улиц. Давно пора двигатель внутреннего сгорания заменить на электромотор или хотя бы бензин - на газ. Это еще одно поле деятельности для «автосама».

Известно промежуточное решение: сочетание маломощного ДВС с электроприводом. Ведь полная мощность автомобилю нужна редко: при разгоне, на подъеме. В среднем «Жигулям» хватает и трети мощности его двигателя. Вот и пусть на такой машине постоянно работает мотор в 20-25 л. с. На ровной дороге для движения хватит и половины этой мощности, а остальная энергия идет на зарядку батареи. На подъеме или при разгоне реле-регулятор в помощь подключит электромотор. Выхлоп вредных газов окажется ниже не только за счет меньшей мощности, но и за счет постоянного режима работы ДВС, для которого возможна оптимальная регулировка карбюратора. А главные преимущества электропривода - приемистость и ненужность коробки передач - в городском цикле езды полностью реализуются и в этом сочетании. Как это отразится на массе машины? Что-то удается выиграть от уменьшения числа аккумуляторов, что-то потеряется на весе двигателя.

Что же более реально, особенно для начинающего самодеятельного конструктора? Прежде всего актуальна (и посильна) задача создания двухместного микроавтомобиля. Рассматривая как прототип инвалидную мотоколяску СЗД, отметим ее недостатки: первый - завышенный до 500 кг вес (масса «Изетты» 340-360 кг); второй - большая (2825 мм) длина. Есть еще минусы: трещит и больно неказиста. Конечно, треск вообще присущ двухтактным двигателям, однако за ними остаются некоторые преимущества зимней эксплуатации. Так что тем, кто готов мириться с этим недостатком (а также с повышенным относительным расходом бензина), можно остановиться на двигателе от «Явы» или «Тулы». Последний имеет два немаловажных преимущества: династартер и принудительный обдув. Двигатели «Днепра» и «Урала» потяжелее, но мощнее, работают тише и экономичнее по расходу бензина.

Для сокращения главного габарита городской мотоколяски - длины - можно поступиться остальными, и прежде всего высотой. Посадить водителя прямо, как на стуле. Мнение о большом удобстве полулежачей посадки - на самом деле заблуждение. Для скоростных машин такая схема диктуется аэродинамическим сопротивлением, зависящим от поперечного сечения автомобиля. Эргономика - на стороне прямой посадки. Посмотрите на место водителя в автобусе - вот так и нужно сидеть!

В городской машине мощность нужна не для скорости, а для приемистости. В городе и «Жигули» в среднем имеют 40-50 км/ч, не более. Но величина аэродинамического сопротивления зависит от квадрата скорости. И при 50 км/ч оно в 9 раз меньше, чем при 150 км/ч. Если у «Жигулей» при максимальной скорости на «аэродинамику» расходуется 40 л. с., то при 50 км/ч - лишь около 5 л. с. Если даже сопротивление увеличить в 1,5 раза - это потребует дополнительно всего 2,5 л. с. мощности. Следовательно, для городской машины «аэродинамика» должна уступать ее длине: те минуты, которые в короткой городской поездке будут сэкономлены «Жигулями», с лихвой перекроются за счет времени, необходимого на припарковку.

Как еще уменьшить длину машины? Если исходить из колес мотороллера (Ø450 мм), то получается колесная база 1450 -1550 мм. Достаточно ли? У «Изетты» было 1500, у четырехместного «Муравья» - 1550, у интереснейшей КЮА из Горького (см. «М-К» № 8 за 1979 г.), тоже четырехместной,- 1300 мм; есть и еще резерв - малогабаритные шины, например от карта.

Итак, окончательно уяснив цель, следует приниматься за основополагающий чертеж - компоновку будущего автомобиля.

Разумеется, основные элементы - двигатель, коробку передач, передний и задний мосты - целесообразно использовать готовые, заводские. Поэтому проработка компоновки самодельного автомобиля заключается, по существу, в определении размеров салона, взаимного расположения агрегатов и необходимых параметров силового каркаса, в том числе и его важнейшего элемента - рамы.

Вычерчивать компоновку лучше всего в масштабе 1:5. Для первой стадии ее проработки следует заготовить шаблоны-контуры заимствованных узлов и агрегатов. Их надо изобразить в том же масштабе и вырезать из плотной бумаги. После стыковки всех шаблонов их закрепляют кнопками и обводят карандашом.

Можно предложить и другой прием, особенно привлекательный для начинающих автоконструкторов - вычертить (или раздобыть) компоновку автомобиля, выбранного в качестве прототипа. Заимствованные агрегаты сводят на карандашную кальку - каждый на отдельный лист. Затем все накрывают одним большим листом кальки и после уяснения их взаимного положения обводят карандашом. Однако даже в десятый раз вычерчивая контур трансмиссии, не забывайте о точности. Отклонение линии на 0,5 мм при масштабе 1:5 приведет к отклонению «в металле» уже на 2,5 мм.

Для определения габаритов салона и положения сидений необходимо изготовить из целлулоида или из плотной бумаги шаблон, имитирующий водителя. На рисунке показаны средние размеры человека, однако можно их скорректировать, поскольку известно, кто будет ездить на проектируемой машине. При этом следует помнить, что для компоновки определяющими являются длина голени и длина бедра (в нашем случае 445 и 455 мм соответственно). Расстояние 100 мм от шаблона до пола учитывает упругую податливость кресла водителя. Кроме того, следует иметь в виду и то, что при обычной покатой крыше автомобиля потолок над головой водителя будет на 20-30 мм ниже, чем в осевом сечении.

Цель всякого автоконструктора - стремление к максимальному увеличению размеров салона при минимально возможных общих габаритах машины. Многое, конечно, зависит от заимствованных агрегатов, но грамотное их размещение значит немало. Посмотрите на рисунок - здесь в одном масштабе показаны размеры салонов «Москвича-412» и ВАЗ-2101. За счет увеличения ширины «Жигулей» всего на 60 мм достигнут заметно больший комфорт, причем габаритная высота снижена почти на 100 мм.

Компоновку принято прорабатывать в одной проекции - при виде сбоку. Но многие места конструкции при этом выяснить очень трудно, поскольку ряд узлов бывает смещенным относительно оси машины. Тут возможны два пути. Тем, кто лучше подготовлен к чертежным работам, рекомендуем выполнять так называемые увязочные чертежи, причем для небольших участков следует переходить к масштабу 1:1. Второй путь - приступить к макетированию, располагая готовые агрегаты по первичной компоновке, а конструктивные элементы (балки, стойки, обшивку) имитируя из реек, фанеры и картона.

Заметим, что независимо от выбранного пути макет в натуральную величину все равно необходим - правда, на стадии, когда компоновка на бумаге будет завершена. Макет нужен для уточнения условий входа и выхода из машины, для проверки технологичности обслуживания двигателя и трансмиссии.

А теперь рассмотрим очередность операций при проработке компоновки, которая будет зависеть от выбранной схемы автомобиля.

КЛАССИЧЕСКАЯ СХЕМА. Последовательность компоновки следующая. Начинают с нанесения на бумагу контура переднего колеса и линии дороги (с учетом действительного радиуса качения). Если у прототипа заимствуется передняя подвеска вместе с креплением приводного агрегата (двигателя с коробкой передач), то это сразу определяет и последующее расположение рулевого устройства и водителя. Если это не так, то размещают шаблон двигателя относительно переднего колеса с учетом дорожного просвета, а в продольном направлении производится согласование двигателя с подвеской и передней стенкой салона, отделяющей его от моторного отсека. Стенка выносится по возможности максимально вперед, но с сохранением доступа к головке цилиндров. Комплекс двигатель - передняя стенка салона в продольном же направлении увязывается с передней подвеской. Если все эти три компоновочных элемента расположить независимо друг от друга, то габаритная длина машины окажется явно завышенной. Поскольку объемы, занимаемые передней подвеской, включая колесные ниши, имеют сложную пространственную форму, здесь рекомендуется макетирование. На ровной горизонтальной плоскости выстраивают колеса с передней подвеской или ее подобием. Затем на предполагаемое место устанавливают на подпорках двигатель с коробкой передач. (При этом надо помнить, что небольшой наклон двигателя не сказывается на его работе.) Далее имитируют сиденье и рулевое колесо. Такое макетирование во многом определит дальнейшие эксплуатационные качества машины.

По результатам макетирования нужно перенести изображения этих важнейших узлов передней части машины на компоновочный чертеж, а затем определить место заднего сиденья и размеры дверных проемов.

Расположение дверных проемов показано на рисунке в трех вариантах: четырехдверный кузов; двухдверный с откидываемыми передними сиденьями (или хотя бы их спинками); двухдверный.

Теперь пора искать место задних колес. Здесь снова необходима пространственная увязка заднего сиденья с кожухами задних колес, для чего также рекомендуется прибегнуть к макетированию, задачей которого опять-таки является уменьшение колесной базы, иначе машина получит нежелательные качества: увеличатся нагрузка на передние колеса, радиус поворота, длина карданного вала. Последнее, в свою очередь, может привести к повышенным вибрациям или потребует установки промежуточной опоры. Могут возникнуть трудности и с размещением задней рессоры.

ПЕРЕДНЕПРИВОДНАЯ МАШИНА. Компоновка передней части в этом случае сводится к взаимной увязке приводного агрегата (двигателя с коробкой передач и дифференциалом) с передней подвеской. Для достаточно компактной конструкции необходимо их пространственное согласование, поэтому обязательно макетирование. В практике самодеятельного автоконструирования реализация переднеприводной схемы связана с полным заимствованием всех передних агрегатов. Даже если посадка водителя будет делаться по-своему, полезно нанести на чертеж и контур автомобиля-прототипа. Дальше работа ведется, как описано выше.

ЗАДНЕПРИВОДНАЯ МАШИНА. Обычно осуществление такой схемы связано с использованием приводного агрегата ЗАЗ-965 или -968. Тогда компоновку начинают с задней части автомобиля: расположение двигателя определяет и точку задней оси колес. Отдельно компонуется передняя часть, где главной задачей является увязка места водителя с передней подвеской. Повторение схемы «Запорожца» с последовательным размещением водителя за передней подвеской малоинтересно; большие возможности дает вагонная компоновка, как это было показано на примере автомобиля «Мультипла». К данному типу относится и «Минимакс».

Укорочение переднего свеса и снижение габаритной высоты машины может достигаться путем перехода к полувагонной схеме; при этом сиденье водителя помещается за передними колесами. На рисунке представлена компоновка опытного образца такси ВНИИТЭ с габаритной высотой всего 1360 мм, что при вагонной компоновке практически недостижимо. Однако для обеспечения удобства посадки водителя его сиденье пришлось сделать поворотным.

Более подробно вопросы компоновки изложены в книге В. Ф. Родионова и В. М. Фиттермана «Легковые автомобили» (М., «Машиностроение», 1971), которая была использована и при подготовке настоящей статьи. Кроме того, много полезного найдет самоделыцик и в других изданиях: В. М. Фиттерман, «Микроавтомобили» (Машгиз, 1961); Ю. А. Долматовский, «Мне нужен автомобиль» (М., «Молодая гвардия», 1987) и «Автомобиль за 100 лет» (М., «Знание», 1986).

П. ЗАК, инженер

Источник: "Моделист-Конструктор" 1988, №8,11, 1989, №2
OCR: mkmagazin.almanacwhf.ru