VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Освоение автомобилестроения человеком

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тюрин М.Ю. 1

---

1МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОДИНЦОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 5

Боева Е.А. 1Манжос  О.В. 2

---

1МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОДИНЦОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 5

2Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Одинцовская средняя общеобразовательная школа № 5

Работа в формате PDF

2.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Если бы я делал только то,

что хотят от меня люди,

они бы до сих пор ездили на каретах.

Генри Форд.

Мне бы хотелось поговорить в своей работе об очень важном изобретении – автомобиле. «Автомобиль не роскошь, а средство передвижения». Человек, в отличие от животных, не может самостоятельно быстро бегать, таская на себе тяжести, но человек обладает разумом, что позволило ему создать автомобиль. Человеческое общество, решая задачи своего бурного развития хозяйства и экономики во многом обязаны именно этому изобретению. В современном мире сам человек уже не справится с ритмом высоких скоростей. Великие стройки века, огромное количество перевезенного груза, миллионы тонно-километров, громадный пассажиропоток, - все это решил автомобиль и двигатель внутреннего сгорания.

Актуальность: Машины играют важную роль в жизни современного человека. Машина – это механизм, придуманный человеком для того, чтобы выполнять полезную работу. Например, когда вы помещаете какую-то коробку на колёса, вы ещё не создаёте машину. Чтобы добиться нужного результата, нужно заставить её работать, то есть привести машину в движение. Так, человек создал машины для передвижения, переносящие его по земле, воздуху и морю. У всех детей возникает вопрос, как человек изобрел автомобиль? А читать и тщательно изучать не всем детям нравится, поэтому я решил превратить скучное дело в интересное и увлекательное, рассказать своим одноклассникам о моем увлечении – автомобилях.

Отсутствие знаний по этой теме и является проблемой моего исследования. Проблема: как появился автомобиль?

Объекты исследования: первый двигатель внутреннего сгорания, первый автомобиль, спортивный автомобиль 1937 года.

Предмет исследования: изобретение и постройка первого автомобиля.

Знания, положенные в основу исследования (аннотация исследования).

Исследование ориентировано на учащихся начальной школы и всех заинтересованных лиц. При выполнении настоящей работы были использованы следующие источники:

Для работы по теме: «Освоение автомобилестроения человеком» я использовал следующую литературу и Интернет- ресурсы :

1.Ш. К, «"Изобретатель",» № 2, 2016.

2. А. Золотов, «Легковые автомобили», Москва: РОСМЭН, 2017.

Анализ информации, отбор наиболее значимых данных, выстраивание общей логической схемы, выводов. Я получил первое представление о том, кто изобрел первый автомобиль и как он выглядел.

3. Автомобили Тесла – машинки на батарейках для взрослых,» [В Интернете]. Available: http://topor.info/news/avtomobili-tesla. [Датаобращения: 15 02 2018].

4.«Mercedes-Benz_W154,» 12 11 2017. [В Интернете]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Mercedes-Benz_W154.

5.«Mercedes-Benz W 154,» [ВИнтернете]. Available: https://www.mercedesamgf1.com/en/mercedes-amg-f1/mercedes-benz-w-154-1938-1939/. [Дата обращения: 10 02 2018].

По описанию смог сделать поэтапно модель Mercedes-Benz W154

Гипотеза: Современный человек не может обходиться без автомобиля, который он создал для передвижения и перевозки груза.

Цель исследовательской работы: изучить историю созданияпервого автомобиля и дальнейшее развитие автомобилестроения.

Задачи исследовательской работы:

1. Изучить историю создания первого двигателя внутреннего сгорания.

2. Изучить историю создания первого автомобиля

3. Изучить устройство автомобиля

4. Сравнить современные автомобили и автомобили прошлого.

5. Сделать выводы по теме исследования.

Тип исследования:

исследовательский

практико-ориентированный

В настоящей работе использовались как теоретические, так и прикладные методы исследования:

- библиографический анализ литературы и материалов сети Internet;

- моделирование автомобилей, анкетирование, исследование;

- обобщение изученного материала.

Теоретическая значимость моего исследования заключается в том, что многие дети и не только, возможно обратят внимание на моё исследование, и сделают выводы, подтверждая их действиями.

Моя работа имеет практическую значимость, потому что в этой работе вы найдете как был построен первый автомобиль, как он устроен, как развивается современное автомобилестроение. Материалы исследования могут быть использованы для подготовки к уроку и получении дополнительных знаний по окружающему миру. Считаю, что моя исследовательская работа будет полезна тем ребятам, которые не знакомы с развитием автомобилестроения и позволит им узнать много нового об истории автомобиля.

Этапы работы над исследованием (Приложение)

Результаты исследования:

презентация;

демонстрация модели Mercedes-Benz W154

Материально-техническое обеспечение исследования:

• Книги, словари, печатные издания

• Ресурсы интернет

• Научно-популярные фильмы

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Исторические сведения.

Автомобили в том виде, какими мы привыкли их видеть на улицах городов и загородных трассах, были сконструированы всего несколько десятков лет назад. А история изобретения и создания автомобиля насчитывает несколько сотен лет. А какой автомобиль был самым первым? Оказывается, первых автомобилей было на самом деле два! Независимо друг от друга два немецких инженера, Карл Бенц и Готлиб Даймлер, одновременно построили свои самодвижущиеся экипажи.

Два замечательных изобретателя, Карл Бенц и Готлиб Даймлер, жили в одно и то же время, в одной стране, но ни разу не встретились. Каждый из них организовал собственную фирму, выпускавшую автомобили. [2]

а) Автомобиль Даймлера

Первый компактный бензиновый двигатель (Рисунок 1), который можно было бы использоваться на транспорте Даймлер и Майбах сконструировали в 1883 году. Двигатель годился как для транспортного, так и для стационарного применения, и мог работать на продуктах перегонки нефти. Изобретатель выбрал бензин из-за его способности испаряться при низких температурах. Даймлер даже предпринял путешествие в Россию, где к тому времени уже работал завод по перегонке сырой нефти в керосин и бензин. Частота вращения вала двигателя Даймлера была в 4-5 раз больше, чем у газовых двигателей, а мощность рабочего объема — вдвое больше. Двигатель развивал мощность в половину лошадиной силы при 650 оборотах в минуту, весил 50 кг, имел высоту в 76 см и приводился в движение при помощи специальной рукоятки. Через два года, в 1885 году, Даймлер разработал новую улучшенную модель двигателя, который развивал мощность в одну лошадиную силу при 600 оборотах в минуту. Объем цилиндра, который устанавливался вертикально, был уменьшен до 100 см3. [1]

Первый в мире запатентованный мотоцикл (Рисунок 2), или самоходный агрегат Reitwagen («повозка для верховой езды»), Даймлер сконструировал вместе с Майбахом в 1885 году. Небольшой керосиновый двигатель с запасом топлива на два литра был установлен на деревянную раму. Колеса мотоцикла были деревянными, а по бокам находились два маленьких ролика для поддержания равновесия конструкции. Металлическими в мотоцикле были руль, рычаг переключения передач и шестерни. Двигатель связывался с задним колесом мотоцикла при помощи ременной передачи. Сиденье было переделано из седла для верховой езды. Мотоцикл весил около 50 кг и мог развивать скорость от 6 до 12 км/ч. Первым, кто испытал мотоцикл, стал 17-летний сын Даймлера Пауль. На скорости 12 км/ч он проехал 3 км.

Первый в мире карбюратор, устройство для создания топливно-воздушной смеси для своих двигателей, Даймлер изобрел также в 1885 году. Карбюратор так называемого испарительного типа представлял собой резервуар, в который наливался бензин. Воздух, который засасывался в двигатель поршнем, проходил над поверхностью бензина. Бензин испарялся, пары смешивались с воздухом и поступали в цилиндры двигателя. Для ускорения испарения бензина карбюратор снаружи нагревался выхлопными газами. Карбюраторы Даймлера применялись на мотоциклах до появления первых пульверизационных карбюраторов.

Даймлер и Майбах создали самодвижущийся экипаж (Фото 1), который представлял собой 4-колесную карету, на которую Даймлер установил бензиновый двигатель мощностью 1, 5 л.с. и ременную передачу к колесам. Двигатель охлаждался воздухом, а через год охлаждение было переделано на водяное, что стало определенным преимуществом конструкции. Экипаж развивал скорость до 18 км/ч, перемена передач осуществлялась переброской двух кожаных ремней с одних шкивов на другие. Первый публичный выезд самодвижущийся кареты состоялся 4 марта 1887 года. Даймлер не стал получать патент на свое изобретение. (Рисунок 3)

В 1889 году Готтлиб Даймлер сконструировал свой первый функциональный автомобиль «Даймлер», который развивал скорость до 80 км/час, огромную для того времени. Автомобиль был оснащен стальными колесами и двухцилиндровым V-образным двигателем мощностью в 24 лошадиные силы. Двигатель имел водяное охлаждение, систему газораспределения с Т-образными клапанами. Машина была представлена на Парижской выставке, где имела успех, и в 1895 году автомобиль был запущен в производство. Однако конструкция автомобиля была громоздка, тяжела и довольно небезопасна, поэтому Даймлер продолжил работать над уменьшением веса автомобиля и повышением управляемости. Так в 1900 году появился новый автомобиль Даймлера — Мерседес, названный так в честь дочери австро-венгерского атташе в Ницце. Автомобиль был оснащен четырехцилиндровым мотором и стал основой для разработки самых успешных автомобилей в истории компании Даймлера.

б)Автомобиль Бенца

Он был трехколесным и оснащался одноцилиндровым двигателем, 29 января 1886 года изобретатель получил Германский Императорский патент (Рисунок 4) за номером 37435 на созданный им «экипаж, приводимый в движение газовым мотором, для перевозки одного–четырех человек».(Error: Reference source not found) Казалось, мечта сбылась, оставалось наладить коммерческую эксплуатацию своего детища. И вот тут-то произошла загвоздка: машину хвалили коллеги, газеты публиковали восторженные отзывы, но покупать ее никто не спешил.

Пришлось конструктору самому пропагандировать свое изобретение. В 1888 году Бенц выставил его на Мюнхенской промышленной выставке и ежедневно по четыре часа лично демонстрировал машину, разъезжая по городу. Однако, несмотря на всеобщее восхищение и даже золотую медаль, присужденную экспонату, покупателей по-прежнему не находилось. Пытаясь обеспечить применение своему изобретению, Карл брал патенты за пределами Германии.

Если верить мемуарам самого Бенца, первым покупателем автомобиля стал житель Парижа Эмиль Роже. В 1887 году он купил одну машину, а когда та хорошо себя зарекомендовала, приобрел еще партию.

в) Мерседес- Рекордсмен

Mercedes-Benz W154, построенный в 1937 году немецким инженером Рудольфом Уленхаутом для участия в различных соревнованиях, генерировал 595 лошадиных сил благодаря своему 12-цилиндровому V-образному мотору. На который приходилась ровно треть веса всего автомобиля. В ходе испытаний выяснилось, что двигатель, способен вырабатывать ещё большую мощность. Во время испытаний в 1937 году Mercedes-Benz W154 развил максимальную скорость в 320 км/ч. [5

1.2 Вывод.

Итак, проводя библиографический анализ литературы и материалов сети Internet, я выяснил: изобретение автомобиля началось с изобретения двигателя внутреннего сгорания. Первых автомобилей было два. Уже за 30 лет после изобретения первого автомобиля, рекорд скорости достиг 320 км/ч. Были освоены основные технологии производства в автомобилестроении.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для проведения исследования мною было произведено построение и изучение модели гоночного автомобиля mercedes-benz w154 (Фото 2) , с целью получения информации об устройстве автомобиля.

2.1 Устройство автомобиля.

Несмотря на то, что сегодня существует огромное количество разных марок и моделей автомобилей, практически все они устроены по одному и тому же принципу. Схема устройства автомобиля условно делиться на несколько частей:

Кузов - является его основой, к которой крепятся практически все агрегаты и узлы. Кузов, в свою очередь, состоит из штампованного днища, передних и задних лонжеронов¹ [3], моторного отсека и остальных навесных составляющих капот, багажник, двери² . ( Фото 5)

Проектированию кузова модели было уделено большое внимание. W125 имеет, полностью закрытую конструкцию кузова с клиновидной, конусообразной хвостовой частью (имитация капли воды). (Фото 7) Используя измерения в аэродинамической трубе³ [3], инженеры компании уменьшили коэффициент аэродинамического сопротивления до сенсационного (для своего времени) значения. Это стало возможным благодаря применению радикально уменьшенного воздухозаборника в передней части автомобиля.

Шасси (Фото 17 Сборка шасси.) – состоит из множества узлов и агрегатов, с помощью которых автомобиль имеет возможность передвигаться. Ее основными составляющими принято считать переднюю и заднюю подвески, ведущие мосты и колеса.( Фото 9,Фото 10,Error: Reference source not found,Error: Reference source not found,Фото 13,Фото 14,Фото 15,Error: Reference source not found,Фото 17)

Основа W154 состояла из чрезвычайно прочной трубчатой ​​овальной рамы из специальной стали с четырьмя поперечинами. (Фото 17)

Колеса были расположены по-разному, с двойными поперечными рычагами и спиральными пружинами спереди, а также двух вальную заднюю ось, обеспечивающую постоянный развал, плюс продольно установленные торсионные⁴ пружины и рычажные амортизаторы. Боковые рычаги передавали тяговые и тормозные моменты на шасси.

Двигатель - Основной задачей и предназначением двигателя является преобразование тепловой энергии в механическую. Далее данная энергия передается через трансмиссию⁵ на колеса автомобиля.

На W154, установлен компрессорный 5.6 литровый, v-образный, 12-ти цилиндровый двигатель, серии M125. Работал на смеси метанола и бензола. Максимальная мощность такого агрегата, достигалась при 5800 оборотах, и составляет 640 л.с

2.2 Параметры автомобиля.

Технические характеристики автомобиля выглядят следующим образом:

Двигатель: V12.

Размещение двигателя: передний продольный.

Мощность: 640 л.с при 5800 об/мин.

Трансмиссия: 4-ступенчатая МКПП.

Масса: 750 кг.

Система охлаждения: радиатор со встроенным 500-литровым контейнером, наполненным льдом и водой. [4]

2.3 Современные автомобили.

Современные автомобили стали быстрее, безопаснее, эффективнее и оснащены различной электроникой и удивительными гаджетами.

Современные автомобили намного безопаснее своих предшественников, благодаря использованию особых сплавов в кузове, особой конструкции кузова и благодаря современным подушкам безопасности.

Большинство современных моторов стали экологически чище. Звук современного силового агрегата стал намного тише.

В современных автомобилях есть множество инновационной электроники (электронных систем безопасности такие как, ABS, система курсовой устойчивости, система антипробуксовки и т.д. и т.п.), которая улучшает характеристики управляемости.

Современные двигатели в новых автомобилях герметизированы и закрыты различными панелями от доступа к важным системам автомобиля. Трансмиссия намного эффективнее, динамичнее и надежнее. На современных автомобилях сможет ездить даже человек, которому трудно дается управление автомобилем.

2.4 Какими будут автомобили будущего.

Смена технологий, над которым трудятся инженеры со всего мира, был и остается вопрос экологичности мотора. Сегодня его пытаются решить с помощью облегчения кузова, увеличения мощности мотора при уменьшении его объема, установки гибридных силовых установок и электромоторов. Это позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, но автомобили будущего будут обладать более продуктивными технологиями.

а) Электромобиль – автомобиль будущего.

Уже ни для кого не секрет, что электромобиль – автомобиль будущего. Главные идеи: разработка двигателя работающего на возобновляемой энергии. Разработка источников питания для электромобилей, утилизация которых не была бы столь вредоносна. Усовершенствование технологий и создание новых идей по экономии и рекуперации⁶ энергии в машине. Сегодня такая функция уже встречается в некоторых машинах. Интересно, что к ним относятся не только электромобили. Рекуперационная энергия подается прямо в аккумулятор. (Фото 18) [4]

б) Беспилотные авто.

Сегодня уже мало кого можно удивить, сказав, что авто может самостоятельно двигаться и парковаться. Машины уже научились отслеживать дорожную обстановку и разметку, но это только начало. В будущем машины и вовсе смогут самостоятельно ездить. Владельцу нужно будет лишь задать маршрут. Беспилотные авто помогут упорядочить городское движение, с появлением беспилотных авто, контингент водителей значительно возрастет. К нему добавятся пенсионеры, дети и люди с ограниченными возможностями. (Фото 19)

в) Автомобиль будущего, каким он будет внешне.

Производители авто стремятся к совершенству во всех проявлениях, поэтому и внешний вид машин будущего будет изменяться кардинально За последние десятилетия дизайн сильно менялся, но самое интересное еще впереди. Автомобили будущего, фото (Фото 20) которых вызывают противоречивые впечатления, совершенно не похожи на своих «предков». Отметим ключевые стратегии, на которые будут опираться дизайнеры в будущем: Увеличение производительности технологий в салоне. Пройдут годы, и мы сможет приобрести автомобиль универсального цвета. Раскраска и узоры будут меняться прямо с мобильного телефона. (Фото 21)

Исследуя данную тему, мной проведен опрос среди одноклассников (28 человек), в котором были следующие вопросы:

Для чего человеку нужен автомобиль?

Каким должен быть автомобиль будущего?

Были получены следующие результаты (Рисунок 22)

На первый вопрос анкеты:

- для поездки на работу - 15 человек;

- для развлечений – 10 человек;

- для удобства – 3 человека.

На второй вопрос анкеты:

- красивым –6 человек

- скоростным – 12 человек

- безопасным – 8 человек

- экологичным – 2 человека

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Полученные результаты.

Работа над исследованием была для меня очень увлекательной, помогла понять, что представляет из себя моделирование и получить ответ на поставленные вопросы. Человеческое общество, решая задачи своего развития, во многом обязано автомобилю. Автомобили прочно заняли своё место в жизни человека. И сделались настолько привычными, что невольно забываются связанные с их использованием опасности. Как и любое достижение прогресса, автомобиль наносит вред и окружающей среде, но автомобиль одновременно является неутомимым помощником, если человек продумывает все моменты общения с ним, соблюдает правила эксплуатации и безопасности. Проанализировав все направления в автомобилестроении, можно сделать вывод, что в нескончаемой гонке за скоростью, безопасностью, мощностью, экономичностью и экологичностью были созданы новые материалы для производства двигателей, кузовов. Освоены новейшие технологии литейного производства, двигателестроения, устройство автомобильных дорог, нефтеперерабатывающих производств, создание альтернативных источников энергии, развитие в производство электрооборудования, электроники. Лишь при комплексном подходе можно создать транспортное средство, позволяющее безопасно и комфортно передвигаться, а также беречь природу.

Автомобили будущего входят в нашу жизнь медленно. Это связано с тем, что их разработка требует огромных сил затрат и знаний.

Выводы

В сравнении с началом изучения данной темы и результатами, полученными после сборки модели автомобиля, у меня повысился уровень теоретических знаний и практических умений. Собрать такую модель, я думаю, смогут и мои одноклассники, но под руководством взрослых, как и я под руководством своего папы.

Презентация моего исследования по данной работе вызвала у моих одноклассников бурю эмоций и живой интерес к данной теме. Все теперь знают, кто изобрел первый автомобиль, как он выглядел. А самое главное все знают теперь перспективы развития автомобилестроения в будущем.

Согласно результатам опроса, современное поколение четвероклассников считает, что автомобиль необходим для деловых передвижений по городу, а не для развлечений. Важным фактором является безопасность автомобиля.

В самом начале своей работы я задавался вопросом: «Как изменилась жизнь человека с развитием автомобилестроения?» Я нашел на него ответ. Моя гипотеза о том, что освоение автомобилестроения изменило дальнейшее развитие человечества, подтвердилась. Человек не может жить без использования автомобиля. Автомобиль стал неотъемлемой частью в жизни человека!

Перспективы исследования.

Но я не остановлюсь на достигнутом. В прошлом году я проводил исследование по освоению воздушного пространства человеком и собирал модели первых самолетов. В этом году – посвятил исследование развитию автомобилестроения. Думаю, что в перспективе посвящу свою работу развитию мореплавания. Я еще не знаю точно, но то что это будет сборка моделей и конструкций – уверен. Может в будущем моя профессия будет конструктор. Мне очень нравится этим заниматься!

Список литературы

Приложения

Рисунок 1 Первый двигатель внутреннего сгорания Даймлера 18

Рисунок 2 Первый запатентованный мотоцикл Даймлера 19

Рисунок 3 Первый автомобиль Даймлера 20

Рисунок 4 Зимой 1886 года немецкий механик Карл Бенц получил патент на изобретенное им трехколесное средство передвижения 20

Рисунок 5 Чертеж автомобиля Mercedes-Benz 154………………………………21

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 1 Первый двигатель внутреннего сгорания Даймлера

Фото 1 Самодвижущийся экипаж Даймера

Рисунок 2 Первый запатентованный мотоцикл Даймлера

Рисунок 3 Первый автомобиль Даймлера

Рисунок 4 Зимой 1886 года немецкий механик Карл Бенц получил патент на изобретенное им трехколесное средство передвижения

Рисунок 5 Чертеж автомобиля Mercedes-Benz W 154

Фото 2 Mercedes-Benz W154на гонках

Фото 3 Пластилиновая модель кузова Mercedes-Benz W154

Фото 4 Изготовление пластилиновой модели кузова

Фото 5 Изготовление кузова из бумаги

Фото 6 Устройство технологических отверстий в кузове из бумаги

Фото 7 Отверстие для заднего привода в кузове из бумаги

Фото 8 Приладка капота

Фото 9 Изготовление шин

Фото 10 Изготовление шин

Фото 11 Основные компоненты колеса

Фото 12Основные компоненты колеса

Фото 13 Сборка колеса

Фото 14 Сборка колеса, устранение недостатков

Ф

Фото 15 Сборка колеса, покраска шин

ото 16 Сборка колеса, покраска шин

Фото 17 Сборка шасси.

Фото 18 Шасси электромобиля

Фото 19 Беспилотные авто

Фото 20 Концепт кар. Автомобиль будущего

Фото 21 Концепт кар. Инновационное шасси

Рисунок 22 Результаты анкетирования.