скачать

Муниципальное образовательное учреждение
дополнительного образования детей
«Валуйская городская станция юных техников»
Белгородской области
«Изготовление модели легкового автомобиля »

(Занятие 9-23 первый год обучения)

Методическая разработка для обучающихся 7 - 13 лет

Автор: педагог дополнительного образования

Андреев Алексей Владимирович

г. Валуйки

2009г.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.

1.Пояснительная записка..……………………………………………………..3

2.Цель и задачи занятий……………………………………………………......4

3.Теоретический материал для проведения занятий………………….. …….4

^{3.1. Классификация автомобилей………………………….. …….........................4}

3.2.Общее устройство автомобилей…………………… ……..........................5

3.3.Типаж автомобилей………………………………………. ….. …..............6

3.4.Конструирование……………………………………...................................7

3.5.Расчет редуктора……………………………………....................................7 3.6 Кинематические схемы подвесок авто­мобилей.........................................8

3.7 Автомобиль - прототип модели……………………...................................9 4. Практическая работа………………………………………….......................11

4.1. Проектировка конструкции модели……………………...........................11

4.2.Изготовление автомодели………………………………............................13

4.3.Проведение соревнований………………………………….......................14
5. Заключение……………………………………………………......................15
6. Литература………………………………………………...............................16

1. Пояснительная записка.
Задача педагогов дополнительного образования спортивно-технической направленности – пробуждать у ребят желание заниматься техническим творчеством, формировать мотивацию к инженерной деятельности в школьном возрасте посредством занятий техническим моделированием и конструированием.

Цель занятий в технических объединениях – развивать у обучающихся техническую смекалку, конструкторские и изобретательские способности, расширить область применения полученных знаний на практике.

Большой популярностью среди детей пользуется объединение автомоделистов. Как показывает опыт, большой интерес для школьни­ков представляют модели транспортных средств (особен­но автомобилей), так как эти модели являются примерами полноценных машин со всеми основными функциями и ха­рактерными признаками: двигателями, движителями, пере­даточными механизмами, рабочими органами, несущими конструкциями и т.д. И еще одним достоинством автомо­делизма является то, что модели можно испытывать на не­оборудованных площадях. Все это делает автомоделизм ин­тересным, доступным и достаточно дешевым видом моде­лизма.

Данная методическая разработка - это результат работы педагога дополнительного образования МОУ ДОД «Валуйская городская станция юных техников» Белгородской области Андреева Алексея Владимировича. Андреев А.В. руководит творческим объединением «Автомоделизм», имеет высшее техническое образование, вторую квалификационную категорию, педагогический стаж работы 3 года.

Тема «Модели грузовых и легковых автомобилей» изучается на занятиях первого года обучения. Основные типы занятий - сообщение новых знаний, комбинированные, занятие - соревнование. Методы, которые педагог использует на занятиях - наглядный, практический, частично-поисковый. Для изготовления модели легкового автомобиля понадобилось 30 учебных часов (15 занятий).

При определении формы изготавливаемой модели надо учитывать взаимодей­ствие человека и модели при ее эксплуатации (эргономи­ку), возможности изготовления в условиях мас­терских станции юных техников, приобретения отдельных деталей. При разработке формы модели целесообразно исполь­зовать простые материалы: бумагу, картон, пластилин, гли­ну. Необходимо проработать несколько вариантов и выб­рать наилучший из них. Также важно чтобы модель для начального этапа моделирования была доступна для изготовления детьми младшего школьного возраста, проста в изготовлении, чтобы школьник мог самостоятельно изготовить её и воспользоваться результатами своего труда. Изготовив модель, воспитанник может принять участие в играх и соревнованиях среди сверстников, что вызовет живой интерес к автомоделированию и позволит заниматься им далее, развиваясь и совершенствуясь.

При разработке формы модели надо помнить не только о технической стороне модели, но и эстетической. Хоро­шо работающая модель, которая к тому же и эстетично ис­полнена, вызывает удивление и восхищение. Моделисту-конструктору необходимо знать основные законы техни­ческого конструирования. При отделке моделей или других технических устройств необходимо применять современный дизайн. Большую помощь при определении формы и выборе цвета изделия могут оказать цветные фотографии, слайды, диапозитивы изделий, близких по назначению к создаваемой модели.

2. Цель и задачи занятий.
Цель: изготовить модель легкового автомобиля класса ЭЛ-4 для участия в областных соревнованиях по автомоделизму.

Задачи:

• 
  Ознакомить обучающихся с классификацией автомобилей, общим понятием об особенностях конструкции автомобилей разных классов;
  
• 
  Дать понятие о типах автомобилей;
  
• 
  Познакомить с правилами расчета отдельных частей автомобилей;
  
• 
  Учить выполнять технические рисунки, эскизы, рабочие чертежи отдельных частей объемных моделей;
  
• 
  Познакомить с правилами сборки, регулировки, испытаний моделей;
  
• 
  Провести пробные и тренировочные запуски моделей;
  
• 
  Совершенствовать навыки работы с разными материалами и инструментами;
  
• 
  Прививать интерес к автомоделизму.
  

3. Теоретические материалы для проведения занятий.

^{3.1 Классификация автомобилей.}

Автомобили подразделяют на классы (по литражу двигателей или по общей массе автомобиля), виды (по эксплуата­ционному назначению), модели (по регистрационному номеру), модификации моделей автомобилей (по знаку модификации и по экспортному исполнению), В соответствии с указанной классификацией все автомобили имеют условное обозначение.

Первая цифра означает класс авто­мобиля. Легковые автомобили имеют четыре класса по литражу (рабочему объему цилиндра) двигателя: 1 -до 1,2 л; 2 - от 1,2 до 2 л; 3 - от 3 до 4 л; 4 - свыше 4 л.

Грузовые автомобили делят на семь классов по общей массе автомобиля или автопоезда: 1 — автомобиль общей мас­сой до 1,2 т; 2 — от 1,2 до 2 т; 3 — от 2 до 8 т; 4 — от 8 до 14 т; 5 — от 14 по 20 т; 6 — от 20 до 40 т; 7 — свыше 40 т.

Вторая цифра означает вид эксплуата­ционного назначения. Существует девять видов: 1 — легковые автомобили, 2 — автобусы, 3 — грузовые (бортовые), 4 — тягачи, 5 — самосвалы, 6 — цистерны, 7 — фургоны, 8 — электромобили, 9 — специальные автомобили (например трубовозы, мастерские и т. п.). К видам 1, 2 и 3 относятся стандартные автомобили, к видам 4, 5, 6 и 7 — специализированные автомобили, к видам 8 и 9 — специальные автомобили.

Третья и четвертая цифры в условном обозначении — это обозначение модели автомобиля, так называемый регистрационный номер. Класс и вид автомобиля могут оставаться прежними, а модель изменяться. Например, легковой автомобиль второго класса завода ВАЗ имеет несколько моделей: ВАЗ-2101, ВАЗ-2102, ВАЗ-2103, ВАЗ-2105.

Пятая (от 1 до 9) цифра в условно обозначении указывает на модификацию модели автомобиля. Например, если легковой автомобиль ВАЗ второго класса модели 01 выпускается с увеличенным литражем двигателя (в пределах класса), то в его обозначении появится пятая цифра 1: ВАЗ-21011. Если этот же автомобиль будет выпускаться с правым расположением руля — цифра 2 (ВАЗ-21012) и т. п. Цифру знака модификации устанавливает завод-изготовитель.

Шестая цифра в условном обозначении указывает на экспортное исполнение автомобиля. При этом употребляются только две цифры: 6 или 7. Цифра 6 это простое экспортное исполнение, цифра 7 — это экспортное исполнение для тропического климата.

Автомобили выпускаются с бензиновыми, газовыми и дизельными двигателями.
3.2 Общее устройство автомобилей.
Автомобили представляют собой совокупность механизмов и устройств, взаимно связанных между собой (см. рисунок 1). Автомобиль состоит из двигателя 5, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления и кузова. В трансмиссию входят сцепление 12, коробка передач 13, карданная передача 15, главная передача 20, дифференциал 19 и полуоси 17.

Ходовая часть состоит из остова (рамы) 22, на котором кре­пятся все механизмы и агрегаты автомобиля, передней подвески (рессор 7 и амортизаторов 8) и задней подвески 21, осей 10 и 18, управляемых 9 и ведущих 16 колес.

Механизмы управления состоят из рулевого управления и тормозной системы. Рулевое управление состоит из рулевого механизма 6 и рулевого привода 11; тормозная система — из колесного тормозного механизма, управляемого педалью 4, и стояночного тормозного механизма 14, управляемого рыча­гом 3.

Кузов автомобиля предназначен для размещения водителя, пассажиров и грузов. Он размещен на раме автомобиля. У гру­зовых автомобилей груз размещается на платформе 1, а для водителя предусмотрена кабина 2.

Схема расположения основных агрегатов автомобиля.

Рисунок 1

3.3 Типаж автомобилей.
Производство автомобилей организует­ся в пределах типажа, разработанного совместно производящими и эксплуатирующими организациями. Под типажом автомобиля понимают экономически оп­тимальную по номенклатуре и техническим параметрам совокупность, составляющую типоразмерные ряды, в которые автомо­били объединены общностью народно­хозяйственного назначения.

Типаж составляется раздельно по ви­дам автомобилей и строится на осно­вании классификационных параметров. Для легковых автомобилей классифика­ционные признаки — рабочий объем (в л) и собственная масса (в кг); для грузовых автомобилей — полная масса (в кг) и осе­вая нагрузка (в Н); для автобусов — габаритная длина (в м) и вместимость.

В типаже легковых автомобилей отра­жены: класс, группа, колесная формула, число мест и допустимая масса груза, полная масса, рабочий объем и макси­мальная мощность двигателя, максималь­ная скорость, время разгона с места до 100 км/ч, пробег до капитального ремон­та, трудоемкость обслуживания на 1000 км пробега.

В типаже грузовых автомобилей отра­жены: полная масса, базовая модель и основные модификации, грузоподъем­ность, колесная формула, мощность двига­теля, число цилиндров, удельная мощ­ность, осевая нагрузка.

В типаже автобусов отражены: габа­ритная длина, осевая нагрузка, назначе­ние, число мест для сидения, для про­езда стоя и общее, полная масса, мощ­ность двигателя, максимальная скорость, разгон с места до заданной скорости.

3.4 Конструирование.
Конструирование — разработка графической модели технического устройства, по которой возможна материа­лизация создаваемого устройства путем изготовления его в производственных условиях.

Слово «конструирование» происходит от латинского слова «construire» — строить, создавать, сооружать. Оно обозначает процесс создания нового устройства в виде ма­териального предмета, пригодного для практического ис­пользования.

Конструирование технического устройства проходит несколько стадий:

• 
  ^{разработка более детального технического задания;}
  
• 
  ^{разработка эскизного проекта;}
  
• 
  разработка технического проекта;
  
• 
  разработка рабочего проекта.
  

Перечисленные стадии оформляются в виде технических документов, совокупность которых составляет комплект конструкторской документации (КД), которая включает в себя текстовые документы и чертежи.
3.5 Расчет редуктора.
Так как двигатели, выпускаемые для автомоделей, являют­ся в основном высокооборотными (от 1 600 до 14 000 об/мин), то для обеспечения необходимой скорости передвижения, которая может быть определена по формуле, необхо­дим передаточный механизм — редуктор.

Редуктор служит не только для передачи вращения от вала двигателя к колесу, но и снижает количество оборо­тов вала двигателя и увеличивает крутящий момент (см. рисунок 2).

Передаточное число редуктора:

I = пдв / п_к.,

где n_дв — частота вращения вала двигателя, об/мин; n_к — частота вращения ведущего колеса, об/мин.

При передаче вращения гладкими колесами:

I = п1/ п₂ = d₂/ d1,

где d₂— диаметр ведомого колеса, мм; d₁ — диаметр веду­щего вала, мм; п1— число оборотов ведущего вала; п₂ — число оборотов ведомого вала.

При наличии зубчатых передач:

I = n1 /n2₌z2/z1,

где z1,— число зубьев шестерни; z₂— число зубьев ведомо­го колеса. Здесь число i определяется для одной пары колес (одной ступени).

В многоступенчатой передаче:

i = i1 i2....i_n

где i1, i2.....i_n— передаточные числа первой и последующей ступеней.

Некоторые варианты редукторов для моделей транспортных средств.

Рисунок 2.

3.6 Кинематические схемы подвесок автомобилей.
Подвески (см. рисунок 3), применяемые на моделях аналогичны автомобильным, однако при построении первых простейших моделей достаточно жесткой зависимой п-образной подвески.

Схемы подвесок.

а-зависимая; б - однорычажная независимая; в - двухрычажная независимая с рычагами равной длины; г - двухрычажная независимая с рычагами разной длины; д- независимая рачажно - телескопичекая; е - независимоая двухрычажная с торсионом; ж - независимая с продольным качанием.

Рисунок 3.

3.7 Автомобиль - прототип модели.
Для знакомства обучающихся с автомобилем - прототипом будущей модели, предоставим им наглядное изображение автомобиля.

В гамме легких коммерческих автомобилей компании FIAT – в 1999 году на бразильском заводе в г. Бетим, штат Минас-Жерайс, начался выпуск пикапа Strada (см. рисунок 4), который экспортируется во многие европейские страны. В настоящее время он уже занял крепкие позиции в своем классе на рынках Германии, Португалии и Греции и ряде других стран.

Рисунок 4.

Strada – новый пикап FIAT

Strada относится к семейству автомобилей FIAT-178, которые еще называют «мировыми автомобилями». Дело в том, что их конструкция отличается повышенной прочностью и надежностью, и предназначены они для выпуска и эксплуатации в странах без развитой сети дорог. В него входят также и модели Palio, Sienna и универсал Palio Weekend, которые планируется выпустить в России, в Нижнем Новгороде на производственных площадях СП «Нижегород Моторс» уже в этом году.

Высокое заданное значение грузоподъемности автомобиля – 630 кг, поставило перед его конструкторами сложную задачу разработки прочного несущего кузова с высокой жесткостью на кручение. Задача усложнялась тем, что Strada должен был иметь большую колесную базу – 2718 мм, чтобы получить длину грузовой платформы в 1,7 м. В результате ряда исследований удалось найти интересное решение. Кузов автомобиля, в отличие от многих аналогичных конструкций, не стали усиливать, приваривая к днищу дополнительные лонжероны (и превращая его, по сути, в рамный), а снабдили специальным каркасом.

Кузов Strada представляет собой пространственную конструкцию, сваренную из профилей закрытого сечения, воспринимающую нагрузки и обшитую внешними и внутренними панелями. Благодаря компьютерному моделированию сечения каркаса оптимальны в каждом конкретном месте кузова, что позволило снизить массу машины. Сложность работы заключалась также в том, что необходимо было учитывать и просчитывать зоны безопасности, или деформируемые в случае аварии передние и задние участки кузова. В результате, несмотря на внешнее сходство передней части с моделью Palio, Strada представляет собой очень оригинальный по конструкции современный пикап с высокими потребительскими свойствами.

Размеры грузовой платформы получились равными 1685 х 1350 мм. Правда, в зоне колесных ниш ширина отсека уменьшается до 1090 мм, зато пол платформы ровный, а загрузка производится через задний борт шириной 1095 мм. Именно для получения ровного пола автомобиль получил рессорную заднюю подвеску.

Силовой каркас

Правда, рессоры у пикапа выполнены по последним правилам: однолистовые, параболического профиля, широкие. Передняя подвеска типа Мак Ферсон, конструктивно схожа с применяемой на Palio, однако отличается повышенной прочностью элементов и жесткостью пружины. Минимальный дорожный просвет автомобиля составляет 165 мм, на машине установлены колеса с шинами 175/70R1488T повышенной грузоподъемности.

В Европу Strada поставляется с двумя типами двигателей: бензиновым, рабочим объемом 1242 см³ мощностью 73 л.с. при 6000 об/мин и 1,7-литровым турбодизелем, развивающим 69 л.с. при 4500 об/мин. Коробки передач машин – пятиступенчатые, механические, с тросовым приводом механизма переключения. Пикап снабжен передними дисковыми и задними барабанными тормозами.

Следует отметить солидный перечень оборудования, которое может быть установлено на машину. Это наружные зеркала с электроприводом и электрообогревом, АБС, тент, колеса из легких сплавов, противотуманные фары и две надувные подушки безопасности для сидящих в кабине. Среди стандартного оборудования выделим противопожарную систему, подножку, расположенную за задним бортом, противоугонную систему с иммобилайзером.

Динамические качества автомобилей Strada достаточно высоки. Максимальная скорость с бензиновым мотором составляет 155 км/ч, с турбодизелем – 151 км/ч. Время разгона с места до 100 км/ч – 13,8 и 15,5 с соответственно. При 90 км/ч пикап расходует 6,3 л бензина и 6,0 л солярки. При 120 км/ч мы имеем цифры 8,7 л и 8,6 л. При испытаниях по городскому циклу получены значения: 8,3 и 7,8 л/100 км.

4. Практическая работа.
4.1 Проектировка конструкции модели.
Определившись в классе моделей, нами было принято решение о постройке модели из группы простейших, соответствующей параметрам Эл-4(объёмная модель автомобиля с электродвигателем). Электропитание модели внутреннее до5 Вольт. Длина не более 300мм.

Наша модель состоит в основном из трёх элементов: кузова, ходовой части и микроэлектродвигателя. По контурам автомобиля прототипа Фиат Strada вычертили развёртку кузова модели (см. рисунок 5).

Несущей конструкцией является рама (см. рисунок 6), к которой крепятся все элементы ходовой части, электродвигатель, источник питания и кузов модели. Для изготовления рамы выбрали шестислойную фанеру, так как к ней довольно несложно крепить все детали с помощью шурупов. Редуктор возможно использовать разной конструкции: зубчатый, фрикционный, ременный с передаточными числами i=4-8. Мы выбрали зубчатый.

Раскрой развёртки кузова модели.

Рисунок 5.

Чертёж рамы модели.

Рисунок 6.

4.2 Изготовление автомодели.
1. Кузов простейшей модели легкового автомобиля лучше сделать из бумаги, так как работа с этим материалом знакома начинающим автомоделистам. Воспользовавшись копировальной бумагой, переводим контуры развёртки корпуса на лист картона и аккуратно вырезаем по разметке. Загибаем клапаны, помеченные точкой, по пунктирной линии (для лучшего загиба прочертим линии изгиба карандашом).

Модель склеиваем от центра к краю, намазывая клеем не более двух клапанов ровным тонким слоем. Даём подсохнуть.

Клапаны, помеченные звездочкой, вначале загибаем по пунктирной линии, затем, нанеся клей с внутренней стороны, загибаем внутрь и плотно прижимаем. Затем приклеиваем накладные детали декора кузова, после высыхания клея красим нитроэмалью. Фары и фонари наклеиваем из с светоотражающей плёнки. Окончательную окраску выполняем маркерами.

2. Изготовление рамы автомодели начинаем с перевода рисунка на 6-миллиметровую фанеру, после чего по контуру выпиливаем лобзиком. Делаем отверстие для выключателя микро-электромотора.

3. Для изготовления подвески модели (см. рисунок 7) вырезаем из листового алюминия полоски для переднего и заднего моста. В указанных местах сверлим в них отверстия диаметром на 0,2мм больше диаметра осей колёс. Полоски сгибаем по пунктирным линиям в виде П-образных скобок. Эти скобки крепили на раме с помощью винтов с гайками или шурупов.


Чертеж подвески модели.

Рисунок 7

4. Оси колес ставим строго параллельно друг другу и перпендикулярно продольной оси днища. Только при этом условии модель будет двигаться прямо, никуда не сворачивая.

5. На ось двигателя устанавливаем ведущую шестерню (z₁ = 8). Ее можно припаять, если она металлическая, или плотно насадить на ось, если она пластмассовая. Ведомую шестерню (z₂ = 32) припаиваем к задней колесной оси. При отсутствии шестерен с таким числом зубьев можно использовать другие, но с тем же передаточным числом i = 4, например, z₁ = 6, 10, 12 и z₂ = 24, 40, 48 соответственно.

6. Далее - установка колес. Диаметр их 40мм. Но можно использовать колеса немного большего или меньшего диаметра от игрушек.

7. Устанавливаем источник питания - батарейку 4,5Вольт. Крепим батарейку скобой к раме с помощью шурупов.

8. Испытав шасси на ходу и подрегулировав узлы и механизмы окончательно, крепим кузов с помощью 10 шурупов по периметру кузова.

Модель готова. Можно принимать участие в соревнованиях по автомоделизму.

4.3 Проведение соревнований.
С целью отбора участника команды ВГСЮТ для участия в областных соревнованиях по автомоделизму проводим соревнование среди обучающих в автомодельном объединении.

Соревнования простейших моделей должны содержать в себе все основные элементы соревнований по автомодельному спорту.

Каждому участнику предоставляется три попытки, в зачет идет лучший результат, показанный в одной из них.

Соревнования моделей класса ЭЛ-4 проходят на площадке, имеющей следующую конфигурацию (см. рисунок 8).

Схема площадки для соревнований.

Рисунок 8.

Результат соревнований определяется по наибольшей сумме баллов, полученных за попадание в створ. При наезде на габаритную линию внешним колесом засчитывается попадание.

5. Заключение
Этот миниатюрный автомобиль с жесткой подвеской показал довольно хороший результат, заняв второе место в областных соревнованиях по автомоделизму в классе моделей Эл-4 ( см. рисунки 9 и 10). Построив такую модель и опробуя её в действии, юный создатель не только приобщается к автомоделизму, но и становится конструктором, сделавшим первый шаг на этом поприще.

Модель на старте.

Рисунок 9

Модель при прохождении дистанции.

Рисунок 10


6. Литература.

1. 
   Автомобильный спорт. Правила соревнований. - М.: Изд-во ДОСААФ СССР, 1989.
   
2. 
   Александров Л.В. Моделирование - этап создания эффективных технических решений: Учеб. пособие/Л.В. Александров, Н.П. Шепелев. - М.: НПО «Поиск», 1991.
   
3. 
   Голубев Ю. Юному автомоделисту / Ю. Голубев, Н. Камышев. - М.: Просвещение, 1979.
   
4. 
   Горский В.А. Техническое творчество юных конструкторов. - М., 1980.
   
5. 
   Карачев А.А. Основы технического моделирования и конструирования. Учеб. пособие / А.А. Карачев, Е.М. Мазейкин, В.Е. Шмелев. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та, 2002.
   
6. 
   Карачев А.А., Шмелев В.Е. Спортивно-техническое моделирование. - Изд-во «Феникс», 2007.
   
7. 
   Осепчугов В.В., Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчёта. Москва Изд-во «Машиностроение»,1989.
   

скачать