Основы конструкции автомобилей

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

А. А. Акулова, Ю. Н. Строганов

ОСНОВЫ 
КОНСТРУКЦИИ 
АВТОМОБИЛЕЙ

Учебное пособие

Под общей редакцией кандидата технических наук,
доцента Ю. Н. Строганова

Рекомендовано методическим советом УрФУ 
для студентов, обучающихся по направлениям подготовки
23.03.02 — Наземные транспортно-технологические машины,
23.03.03 — Эксплуатация транспортно-технологических 
машин и комплексов,
23.05.02 — Транспортные средства специального назначения

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017

УДК 629.02:629.33(075.8)
ББК 39.33-02я73
         А44

Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. завкафедрой Л. А. Новопашин (кафедра «Тракторы 
и автомобили» ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет»);
д-р техн. наук, проф. О. Г. Огнев (кафедры прикладной механики, физики 
и инженерной графики СПбГАУ)

 
Акулова, А. А.
А44    Основы конструкции автомобилей : учеб. пособие / А. А. Акулова, 
Ю. Н. Строганов ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. Ю. Н. Строганова. — 
Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 168 с.

ISBN 978-5-7996-2127-8

В издании приведен материал для студентов технических специальностей всех 
форм обучения в рамках освоения курса «Конструкция автомобилей». Первая часть 
издания содержит основные сведения об автомобилях и общие требования, предъявляемые к ним. Текст основной части разделен на главы по описываемым узлам 
автомобиля с пояснением принципа работы, рассмотрением устройства существующих конструкций и указанием вектора развития описываемых частей. Для узлов 
и агрегатов приведены общепринятые классификации с указанием преимуществ 
и недостатков различных типов конструкций. Целью книги является ознакомление читателя с основами конструкции современного автомобиля для последующего более глубокого изучения в узкоспециализированных изданиях.

УДК 629.02:629.33(075.8)
ББК 39.33-02я73

ISBN 978-5-7996-2127-8 
© Уральский федеральный 
 
     университет, 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................................4

1. Общие сведения об автомобилях ...................................................................5

1.1. Историческая ретроспектива ..................................................................5
1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции ...........................9
1.3. Типаж и классификация автомобилей .................................................11

2. Трансмиссии автомобилей ............................................................................17

2.1. Муфты сцепления ...................................................................................17
2.2. Гидротрансформаторы ...........................................................................27
2.3. Коробки переключения передач ...........................................................31
2.4. Раздаточные коробки и межосевые дифференциалы ........................47
2.5. Карданные передачи ..............................................................................56
2.6. Ведущие мосты и главные передачи .....................................................65

3. Системы подрессоривания автомобилей и тракторов ..............................81

3.1. Назначение, требования и конструкции систем подрессоривания ....81
3.2. Демпфирующие и направляющие элементы подвески ......................91

4. Система рулевого управления ....................................................................108

4.1. Общие сведения о рулевом управлении и рулевых механизмах ....108
4.2. Приводы рулевого управления ...........................................................116

5. Тормозные системы автомобилей .............................................................122

5.3. Общие сведения о тормозных системах и тормозные механизмы ...122
5.4. Тормозной привод ................................................................................131

6. Несущие системы автомобилей ..................................................................140
Несущая система автомобилей. Назначение. Типы. Требования ..........140

7. Движители колесных машин ......................................................................152

7.1. Колесные движители ............................................................................152
7.2. Шины .....................................................................................................155

Заключение .......................................................................................................165

Список библиографических ссылок ..............................................................166

ВВЕДЕНИЕ

А

втомобильная промышленность является одной из наиболее 
масштабных и высокотехнологичных отраслей машиностроения. Ежегодно число автомобилей в мире нелинейно растет, 
крупнейшие производители открывают новые производственные площадки в развивающихся странах, в том числе на территории России.
Несколько десятилетий развитию российского автопрома не уделялось 
должного внимания, в результате чего отечественные автопроизводители 
потеряли конкурентоспособность не только на мировом, но и на российском рынке. В последние годы государство активно внедряет различные 
программы по поддержке и субсидированию российских автопроизводителей, а транспорт признан одним из приоритетных направлений развития экономики РФ.
Очевидным фактом является невозможность развития отрасли без 
квалифицированных кадров как в сфере проектирования, так и сфере 
обслуживания и эксплуатации автомобилей. Для инженера автомобильной отрасли важно знать и понимать устройство узлов, агрегатов и систем базовых машин, оценивать влияние конструктивных параметров 
на эксплуатационные свойства машины, безопасность дорожного движения и экологию.
Кроме того, автомобили используются в разных отраслях народного хозяйства, имея разнообразные условия эксплуатации и назначение, 
что в настоящий момент привело к бесконечному количеству моделей 
на рынке. Невозможно осветить все имеющиеся на сегодняшний день 
технические решения в данной области, поэтому в данном учебном пособии приводятся наиболее популярные конструктивные решения, назначение и классификация основных систем и агрегатов.

1. ОБщИЕ СВЕДЕНИя ОБ АВТОМОБИЛях

1.1. Историческая ретроспектива

Н

ачиная со второй половины XVII в. инженеры-изобретатели 
по всей Европе пытались создать «самоходные» экипажи, используя вместо лошадей паровой двигатель. Одним из первых, кому это удалось, стал французский военный инженер Николя Коньо, построивший в 1769 г. трехколесную повозку (рис. 1.1), оснащенную 
паровым двигателем мощностью около 2 л. с. и развивавшую скорость 
до 4 км/ч.

Рис. 1.1. Паромобиль Н. Ж. Коньо [1, с. 236]

В повозке Коньо движение от штоков паровой машины передавалось 
через храповой механизм к приводному переднему колесу. Такая конструкция обеспечивала хорошее сцепление с дорогой, поскольку основная масса приходилась на приводное колесо, что затрудняло управление 
машиной. Эксперименты в направлении паромобиля были закончены 
после того, как повозка Коньо врезалась в стену.
В начале XIX в. в Англии Ричард Третвик построил «самоходную» 
повозку, применив кривошипно-ползунный механизм и зубчатую пе

1. Общие сведения об автомобилях

редачу для передачи движения от одноцилиндрового двигателя к задним колесам.
1886 г. признан началом эпохи автомобилестроения. Первыми изобретателями автомобиля по праву считаются Готлиб Даймлер и Карл Бенц, 
независимо друг от друга запатентовавшие повозки с двигателями внутреннего сгорания. Развитие автомобильного транспорта стало возможным благодаря появлению двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе.
В 1883 г. Готлиб Даймлер построил первый бензиновый двигатель, 
использовав принцип калильного зажигания топливно-воздушной смеси. Двумя годами позже Карл Бенц изготовил четырехтактный бензиновый двигатель с искровым зажиганием. Еще одним нововведением Бенца 
стало использование ременной передачи в трансмиссии автомобиля, выполнявшей одновременно роль фрикционного сцепления. В 1892 г. Рудольф Дизель запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, однако применение в автомобилестроении данный тип ДВС получил только 
в 20-е гг. XX в.
К 1895 г. Даймлер совместно с Вильгельмом Майбахом освоил серийное 
производство собственных автомобилей, которые к 1902 г. получили название «мерседес». Сегодня первые образцы созданных Даймлером и Бенцом автомобилей выставлены в музее компании Mercedes-Benz (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Отреставрированный образец одного из первых автомобилей компании 
Mercedes-Benz

Первым автомобилем в привычном его понимании принято считать 
автомобиль, спроектированный французскими инженерами Луи-Рене 

1.1. Историческая ретроспектива

Панаром и Эмилем Левассором в 1891 г. (рис. 1.3). В конструкции своего автомобиля они по лицензии использовали двухцилиндровый двигатель Даймлера, а все остальное шасси спроектировали самостоятельно. 
Кроме того, Панар первым предложил использовать систему поворота 
управляемых колес и карданную передачу и разработал фрикционное 
коническое сцепление.

Рис. 1.3. Автомобиль фирмы Панар-Левассор:

1 — рычаг переключения передач; 2 — рычаг рулевого управления; 3 — педаль сцепления; 
4 — глушитель; 5 — карбюратор; 6 — двигатель; 7 — коробка передач; 8 — фрикционная 
сцепная муфта; 9 — коническая передача; 10 — тормозная муфта; 11 — трехлистовая рессора; 12 — рычаг тормоза [1, с. 238]

Созданию современного автомобиля способствовал ряд удачных конструкторских и инженерных решений, которые приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1
Эволюционные технические решения в автомобилестроении

Автор технического решения
Год
Описание технического решения
Шарль Жанто
1881
Рулевая трапеция

Альберт де Дион
1893
Рессорная независимая подвеска задних приводных колес
Говард К. Мармон
1902
Многодисковое сцепление
Фирма DeDion&Bouton
1904
Однодисковое фрикционное сцепление

1
2
3

4

5

6

7

8

9
10
11

12

1. Общие сведения об автомобилях

Автор технического решения
Год
Описание технического решения
Джон Уолтер Кристи
1909
Переднеприводное шасси
Генри Мартин Лиланд
1911
Электростартер
Брувер Д. МакИнтайр
1927
Гидравлические амортизаторы

Альфред Рцеппа
1929
Шаровые муфты равных угловых скоростей

Эрл МакФерсон
1949

Независимая подвеска управляемых 
колес с качающимся рычагом и вращательно-поступательной парой, винтовой пружиной и амортизатором

История российского автомобилестроения начинается с выпуска автомобилей марки «Русо-Балт» в начале XX в. Завод располагался в Риге 
и в период с 1909 по 1915 гг. произвел свыше 800 автомобилей.
В 1916 г. началось строительство завода Автомобильного московского сообщества (позже — ЗИС), который в первые годы своей работы занимался отверточной сборкой автомобилей по договоренности с фирмой 
Fiat. В ноябре 1924 г. на заводе собрали первый грузовой автомобиль. 
Во время Великой отечественной войны завод был эвакуирован в г. Ульяновск, где на базе его производственных мощностей в 1943 г. началось 
строительство Ульяновского автомобильного завода.
В 1929 г. правительство СССР и американская компания Ford Motor 
Company подписали договор о налаживании производства легковых и грузовых автомобилей — так было принято решение о запуске автомобильного завода в Нижнем Новгороде (позже — г. Горький). Уже в 1932 г. 
с конвейера сошёл первый грузовой автомобиль.
В 1966 г. началось строительство волжского автозавода в г. Тольятти, являющегося на сегодняшний день крупнейшим автопроизводителем 
в России. Целью создания завода стал массовый выпуск доступных легковых автомобилей для внутреннего рынка. В 1969 г. по решению правительства началась стройка Камского автомобильного завода в г. Набережные Челны для увеличения парка средних и тяжелых грузовых 
автомобилей.
На сегодняшний день автомобильная промышленность России находится на стадии активного развития, пытаясь сократить технологическое 
отставание от крупнейших мировых производителей. Помимо крупных 
предприятий, осуществляющих полный цикл производства, на территории нашей страны размещены производственные мощности по сборке 
автомобилей зарубежных компаний.

Окончание табл. 1.1

1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции

1.2. Свойства автомобилей и требования к конструкции

Требования к конструкции автомобиля формируются под действием 
многих факторов: социальных, технологических, экономических и экологических. Для автомобилей основные требования выдвигаются со стороны потребителей и зависят от их нужд. Основной задачей транспорта 
является безопасная перевозка грузов и пассажиров, поэтому автомобиль 
с точки зрения потребителя должен быть быстрым, безопасным, экономичным. Кроме того, одни автомобили являются признаком статуса, другие — средством самовыражения, что формирует определенные требования к эргономике и дизайну транспортного средства.
За последние тридцать лет общественная позиция по отношению к личному транспорту сместилась от желания обладать мощным и быстрым 
«суперкаром» к выбору экономичного, компактного и безопасного транспортного средства.
Автопроизводитель на этапе проектирования руководствуется в основном экономическими факторами, стараясь максимально минимизировать издержки на производство автомобиля без ухудшения потребительских свойств.
Темпы автомобилизации населения настолько высоки, что существующая инфраструктура не успевает перестраиваться, вследствие 
чего увеличивается плотность транспортных потоков, износ дорожного полотна, аварийность и отрицательное воздействие на экологию. 
В связи с этим вводятся требования ограничения к конструкциям автотранспортных средств на уровне регионального и федерального законодательства.
В настоящее время максимальные массы и габариты автомобилей, эксплуатируемых на автомобильных дорогах общего пользования, регламентируются приказом Федеральной дорожной службы 
№ 56 от 15.03.1999 года. Согласно этому приказу, «максимальные размеры транспортных средств с учетом размеров съемных кузовов и тары 
для грузов, включая контейнеры, не должны превышать приведенных 
ниже значений» [2].
Соответствие тем или иным требованиям зависит от эксплуатационных свойств транспортного средства. Под эксплуатационными свойствами понимают свойства, характеризующие его приспособленность 
к условиям эксплуатации, технологическому обслуживанию и ремонту и показывающие его эффективность при выполнении транспортной 
работы.