Компоновка конструкций
Компоновка — это процесс поиска и разработки наиболее рационального размещения элементов конструкции в заданном пространстве.
Именно в процессе компоновки создается вся конструкция будущего прибора. Здесь находится не только целесообразное расположение его модулей, устройств и узлов, но и определяются, с учетом материалов, оптимальные размеры и формы поверхностей деталей, отвечающие технико-экономическим требованиям заданиям, а также условиям производства. Так как от объема прибора зависит в известной степени его масса, занимаемая им площадь помещений, а также транспортные расходы и такое прочее, то общей тенденцией является стремление к уменьшению габаритов конструкции при оптимальной компоновке (то есть стремление к компактности конструкции).
Компоновка конструкции – это сложный, многоступенчатый творческий процесс, можно сказать, наименее формальный этап проектно-конструкторской деятельности, который требует от конструктора не только обширные и вместе с этим точные знания, но также и богатый опыт, широкой эрудиции, хорошего воображения и интуиции, а также способности к ассоциативному и даже эвристическому мышлению.
Вместе с тем значительную помощь при компоновке оказывает системный подход, который основан на базовом и агрегатно-модульном методах проектирования (или унификации), когда конструкция прибора создается на основе базовой модели с новой комбинацией усовершенствованных функциональных модулей и унифицированных отдельных элементов.
При индивидуальном проектировании, во время компоновки создаваемого прибора, также было бы целесообразно разбивать прибор на его функциональные составные части: несущие (или базовые), преобразовательные (или рабочие), коммуникационные (или соединительные) и вспомогательные.
Осуществляя компоновку, следует идти от общего к частному.
В самом начале определяют, будет ли прибор моноблочным, когда все его составные части располагаются в одном корпусе, либо он будет состоять из нескольких самостоятельных частей (или отдельных корпусов), которые будут связаны друг с другом определенным образом. В результате системного подхода к разрешению множества противоречий в процессе совместной работы различных специалистов принимается окончательный вариант компоновки.
Решение этого вопроса зависит от предназначения прибора, его индивидуальных характеристик, параметров, уровня унификации, условий эксплуатации, достижений и развития техники и многих других факторов.
Задачи компоновки
В задачи компоновки входит создание сложной технической системы, которая состоит из многих элементов: машин, аппаратов, агрегатов, при этом необходимо определённым 
образом и в необходимом порядке разместить их в пространстве.
Содержание компоновки как вида (рода, этапа) проектной и конструкторской работы зависит от того, какую задачу выполняет эта работа, то есть от того, какой объект создают.
При конструировании сложных видов техники задача компоновки заключается преимущественно в поиске расположения отдельных агрегатов и органов управления в рабочем поле или внутреннем объёме, Как правило, этот обьём весьма ограничен. Особенность состоит в том, что сами агрегаты обычно не являются законченными изделиями, которые имеют самостоятельную потребительскую ценность (то есть это конкретно агрегаты и детали).
Общим является то, что перед всеми видами стоит конкретная задача – максимально обеспечить надёжность, безопасность и эффективность работы создаваемых технических систем.
Компоновка является лишь органической частью решений по размещению оборудования. Она применяется в существующих или вновь проектируемых помещениях, а также наружных сооружениях. Тем не менее компоновка по своему значению – это один из важнейших этапов технологического проектирования.
Особенность его состоит в том, что именно здесь осуществляется переход от расчётов, выбора оборудования и построения аппаратурной схемы (то есть от функционального описания ) к её материализации в конкретный технический комплекс. Кстати, только на этом этапе производится окончательный расчёт для трубопроводов и других сетей.
Расположение управляемых колёс
Управляемые колёса (то есть используемые для изменения траектории движения автомобиля) делают либо передние, либо все. Автомобиль с одними задними управляемым колёсами был бы чрезвычайно склонен к заносу, поэтому такую схему используют только на тихоходных машинах (например, автопогрузчиках).
При всех управляемых колёсах используют специальные алгоритмы. Казалось бы, логично было бы поворачивать задние колёса на тот же угол, что и передние, но в противоположную сторону. Однако такой автомобиль опять-таки был бы очень склонен к заносу, поэтому эта система применима только на тихоходных машинах (например, на вездеходах, где движение задних колёс по той же колее, что и передние, значительно уменьшает сопротивление на мягком грунте). На обычных автомобилях задние управляемые колёса на большой скорости поворачиваются в ту же сторону, что и передние (но на меньший угол) — это улучшает противозаносные свойства автомобиля, а на малой скорости они поворачиваются в противоположную сторону, чтобы улучшить маневренность.
Иногда задние управляемые колёса поворачиваются в ту же сторону, что и передние, при малом угле поворота передних колёс, и в противоположную сторону при большом угле поворота передних колёс — при этом исходят из того, что водитель поворачивает руль на большой угол только при малой скорости автомобиля.
Методы компоновки
Существуют различные методы компоновки. И применяются они в зависимости от стадии разработки.
Так, например, на самых ранних стадиях (а именно: техническое предложение, эскизный проект), как правило, используется аналитическая или номографическая компоновка.
На стадиях технического и рабочего проектирования предпочтительной уже будет графическая, модельная и натурная компоновка.
Аналитическая или номографическая компоновка производятся в расчете на калькуляторах или с помощью номограммы массогабаритных характеристик разрабатываемого изделия, исходя из установочных размеров комплектующих, которые входят в электрическую принципиальную схему данного изделия.
Основным достоинством этих методов компоновки прежде всего является простота получения укрупненных характеристик изделия, которые могут быть использованы в дальнейшем для выбора размера корпуса прибора и деталей и художественно-конструкторской отработки передней панели.
Данные методы компоновки не дают пространственного представления о взаимном расположении элементов и узлов прибора, поэтому они являются только вспомогательными и не могут быть широко использованы на заключительных стадиях разработки.
Графическая компоновка является основным способом детальной проработки пространственного размещения элементов конструкции и получения конструкторской
документации на стадиях технического и рабочего проектирования. Как правило, она выполняется в нескольких разных вариантах с использованием упрощенных способов чертежа элементов.
Разработка самого рационального варианта компоновки этим методом достигается в большинстве случаев за счет долгой и кропотливой ручной работы инженера-конструктора.
За счет использования модельной и натурной компоновок достигается существенное сокращение чертежно-графических работ .
Модельная компоновка выполняется с использованием объемных или плоских упрощенных моделей (шаблонов), органов управления, деталей, надписей и элементов конструкции, изготовленных из различных материалов (к примеру: бумаги, картона, дерева, пенопласта, металла и так далее). Компоновку проводят на макетах панелей, шасси, выполненных из листовых материалов.
Натурная компоновка производится подобно, но только в этом случае используются не модели элементов, а промышленно изготовленные элементы.
Благодаря хорошей наглядности этих способов компоновки инженеру- конструктору удается избежать многих промахов при связывании элементов конструкции, а также гораздо быстрее найти оптимальный вариант конструкции. Эскизы для конструкторской документации при этом получают путем фотографирования макетов. Наиболее эффективно использование указанных методов компоновки на стадии именно эскизного проекта.
Если же использовать алгоритмические методы проектирования, да еще с применением автоматизированных рабочих мест инженера- конструктора, то возможно значительное сокращение объема конструкторских работ.
Компоновка чертежа (или композиция чертежа) выражается прежде всего в гармоничном сочетании отдельных элементов изображения в выбранном масштабе, учитывая заданный формат бумаги. Компоновкой чертежа также называется размещение изображений, размеров и надписей на поле чертежа (то есть внутри рамки).
Простейший способ достижения равновесия в чертеже — это равномерное распределение проекций (но не за счет нарушения проекционной связи!).
Мы коротко рассмотрели компоновка и ее различные методы, а также основные цели и задачи компоновки.
Оставляйте свои комментарии или дополнения к материалу.
Расположение ведущих колёс
Заднеприводная компоновка
За́дний при́вод — конструкция трансмиссии автомобиля, когда крутящий момент, создаваемый двигателем, передаётся на задние колёса.
Задний привод в сочетании с передним расположением двигателя часто называют «классической компоновкой», потому что такая конструкция автомобиля ранее была наиболее распространённой из-за более простой технической реализации.
На заднеприводном автомобиле повёрнутые передние колёса создают эффект торможения, а толкающие задние — избыточную силу, поэтому заднеприводные автомобили тяготеют к заносу (скольжению задней оси в повороте), что называется избыточной поворачиваемостью.
Переднеприводная компоновка
Передний привод — конструкция трансмиссии автомобиля, при которой крутящий момент, создаваемый двигателем, передаётся на передние колёса.
Переднеприводный автомобиль «под газом» стремится спрямить траекторию поворота, что называется недостаточной поворачиваемостью.
Полноприводная компоновка
Все колёса ведущие, двигатель может быть расположен как спереди («Субару», «Ауди»), так и сзади («Порше» и некоторые другие спортивные машины), или по центру («Ламборгини» и прочие экзотические марки).
Трансмиссия получается наиболее сложная и тяжёлая, но зато значительно улучшаются ходовые свойства и проходимость автомобиля. Используется как на внедорожниках, так и на достаточно дорогих легковых автомобилях («Субару», «Ауди», «Тойота», «Ниссан») и т. д.
Такому типу компоновки свойственны наибольшие трансмиссионные потери (низкий КПД) и наименее благоприятное влияние на компоновку салона и багажного отделения.
Капотная и вагонная компоновка
На подавляющем большинстве легковых автомобилей передняя часть кузова имеет малую высоту — там размещается двигатель или (при заднем расположении двигателя) багажник. Водитель размещается позади этого объёма малой высоты и смотрит поверх него. Это и образует капотную компоновку.
Неоднократно предпринимались попытки передвинуть пассажирское отделение автомобиля в крайнее переднее положение (что и составляют сущность вагонной компоновки). По мысли конструкторов, это должно было обеспечить более рациональное использование внутреннего пространства, а также лучший обзор с места водителя. В СССР были созданы экспериментальные легковые автомобили вагонной компоновки НАМИ-013 и «Белка», ВНИИТЭ-ПТ. Однако вагонная компоновка с размещением водителя и переднего пассажира в районе передних колёс затрудняет им вход и выход; кроме того, создаются проблемы с обеспечением пассивной безопасности. На автобусах же эти проблемы не так существенны, и для них вагонная компоновка стала стандартной.
Существует также полукапотная компоновка — капот и ветровое стекло сильно наклонены так, что сливаются в одну поверхность, что и обеспечивает «однообъёмность» кузова, хотя передняя часть кузова по-прежнему занята двигателем, как и при обычной капотной компоновке.
Компоновки по расположению двигателя и ведущих колёс
| Передний привод | Полный привод | Задний привод | |
|---|---|---|---|
| Переднемоторная компоновка | Переднемоторная, переднеприводная компоновка | Переднемоторная, полноприводная компоновка | Переднемоторная, заднеприводная компоновка |
| Среднемоторная компоновка | Среднемоторная, переднеприводная компоновка | Среднемоторная, полноприводная компоновка | Передняя среднемоторная, заднеприводная компоновка |
| Задняя среднемоторная, заднеприводная компоновка | |||
| Заднемоторная компоновка | Заднемоторная, полноприводная компоновка | Заднемоторная, заднеприводная компоновка |
Автомобили с соответствующими компоновками:
| Автомобили по типу компоновки | |||
|---|---|---|---|
| Передний привод | Полный привод | Задний привод | |
| Переднемоторная компоновка | Автомобили с переднемоторной, переднеприводной компоновкой | Автомобили с переднемоторной, полноприводной компоновкой | Автомобили с переднемоторной, заднеприводной компоновкой |
| Среднемоторная компоновка | Автомобили с среднемоторной, переднеприводная компоновкой | Автомобили с среднемоторной, полноприводной компоновкой | Автомобили с передней среднемоторной, заднеприводной компоновкой |
| Заднемоторная компоновка | Автомобили с заднемоторной, полноприводной компоновкой | Автомобили с заднемоторной, заднеприводной компоновкой |
Расположение двигателя
Заднемоторная компоновка
Двигатель расположен сзади, за задней осью, ведущие колёса задние (в редких случаях — как с Порше Турбо или модель 959 той же марки — привод полный). Двигатель и трансмиссия объединены в один компактный агрегат (как в случае переднеприводной компоновки), однако здесь ведущие и управляемые колёса разделены, что упрощает конструкцию. Багажник расположен спереди, но его объём получается небольшим из-за того, что много места занимают ниши управляемых передних колёс.
Как правило, задняя ось оказывается более нагруженной, чем передняя. Это улучшает проходимость, но в то же время создаёт повышенную склонность к заносу.
Центральномоторная (среднемоторная) компоновка
Двигатель расположен сзади, но перед задней осью. Это улучшает баланс нагрузки на переднюю и заднюю ось (50:50); кроме того, уменьшается момент инерции при вращении вокруг вертикальной оси, что улучшает поворачиваемость. Поскольку здесь двигатель (особенно продольного расположения) отнимает часть пространства от пассажирского салона, то такую компоновку используют главным образом на дорожно-спортивных машинах класса GT с одним рядом сидений или дополнительным рядом более компактных «детских» сидений (схема 2+2), а также на гоночных одноместных (монопосты) и двухместных (баркетты, родстеры, спайдеры и купе) болидах для трековых и шоссейно-кольцевых гонок, например, Формула-1, Ле-Ман, NASCAR, а также ралли (Lancia) и т. д. Существуют два варианта размещения двигателя в базе: продольное, например, у большинства моделей Ferrari и Lamborghini, и поперечное, например, Honda NSX и Toyota MR2. Второй тип компоновки более компактен и дает возможность использовать силовой агрегат от массовых переднеприводных моделей.
На некоторых японских микровэнах вагонной компоновки, двигатель рабочим объёмом до 660 см³ (Q-класс) с горизонтальным расположением цилиндров размещается в пределах колесной базы под полом салона, например, Daihatsu Atrai. Такую компоновку также можно считать среднемоторной.
