Оглавление
Особенности центра несущего кузова
Структурным сегментом считается днище — цельная панель, снизу на которой монтируются силовые элементы. Показатели жесткости увеличиваются за счет крепления сидений.
Инженеры продумали безопасность до мелочей, окружив салон усиленными панелями. Центральная стойка, дверцы, крыша, конструкции за приборной панелью – все это наделено усилением. Крыша удерживается благодаря вертикальным стойкам, предназначенным для безопасности пассажиров в случае переворачивания железного коня. Боковые панели не имеют сварных составляющих, меньше подвержены коррозии.
Добавляют прочности конструкции дверные пороги, задняя перегородка, разделяющая багажник и пассажирский ряд. Двери включают в себя внешние панели, усилители внутри, стеклоподъемники. Форма крыши – основной секрет жесткости. Внутренние усилители клеятся к ней изнутри.
Разновидности современных лонжеронов
Для начала необходимо отметить, что установка несущих конструкций в авто (фото, которые мы предлагаем, помогут это понять) осуществляется в разнообразных положениях. Главным образом это зависит от марки и модели машины и ее технических характеристик. Можно выделить следующие расположения лонжеронных конструкций:
- горизонтальные элементы, расположенные параллельно друг к другу — данная конструктивная характеристика свойственна для транспортных средств, имеющих повышенную проходимость
- изогнутые элементы, которые идут по днищу и повторяют его контур – в этом случае у несущей конструкции повышается пассивная защита людей в салоне;
- элементы, расположенные вертикально – таким образом конструкторы добиваются «плоского» пола, который существенно занижен, по сравнению с автомобильной классикой;
- элементы, расположенные под углом.
Расположение лонжеронов
Конструкционные особенности
Конструкционной особенностью практически всех лонжеронов является наличие поперечников. Это своеобразные ребра жесткости кузовных деталей. При этом, поперечные элементы так же могут размещаться по-разному:
- перпендикулярно основным элементам лонжеронной конструкции;
- иметь Х-образную схему;
- конструкция К-образной формы.
История
Первыми стали отказываться от классической рамы спортсмены. Для них была важна не только масса машины, но и повышенная жесткость кузова, что позволяло улучшить управляемость. У несущего кузова жесткость на кручение больше, что тоже говорило в его пользу. Применение несущего кузова позволило уменьшить вес машины и сделать автомобиль значительно более послушным на высокой скорости.
Однако автомобили с такой конструкцией были гораздо более шумными, чем рамные. В связи с этим были разработаны системы расчета вибро- и шумораспределения., и простенькие резинки между рамой и кузовом заменили на шумопоглощающие покрытия.
Сидеть на заднем сиденье в рамном внедорожнике (например, в Mitsubishi Pajero 2) так неудобно, потому что сиденье расположено над колесными арками. Рама поднимается вверх, чтобы их «обогнуть»
В 30-е годы практически все производители легковых автомобилей старались уйти от использования рамы как таковой. В связи с этим начались поиски и эксперименты. Некоторые автомобили тех лет имели облегченный вариант рамы (довоенный Ford Prefect или КИМ-10). Эта рама хотя и существовала отдельно от кузова, но не была достаточно жесткой для восприятия нагрузок, и могла их воспринимать только в сочетании с кузовом. Такая рама значительно облегчала сборку автомобиля на заводе: с начала к ней прикреплялись все системы, а уже затем раму соединяли с кузовом.
В это же время появились первые автомобили, в которых рама с кузовом имели сварную конструкцию. Примерами таких машин являются «Победа» ГАЗ-М-20 и «Волга» ГАЗ-21. Хотя считалось, что это машины с несущим кузовом, в их основании были самые настоящие лонжероны. Передний подрамник был не плоским, а объемным, и представлял из себя небольшую, идущую до середины автомобиля раму . Задний подрамник был соединен с кузовом при помощи сварки и не отделялся от него. Но все равно представлял из себя заднюю часть классической лонжеронной рамы. Можно сказать, что это были автомобили с частично интегрированной рамой.
Интегрированную раму имеют пикапы и внедорожники (за исключением тяжелых внедорожников, у которых в основании обычная рама).
Самый первый в мире внедорожник с интегрированной рамой – Jeep Cherokee 1984 года. Сварную конструкцию с ланжеронной рамой имеет кузов автомобиля Иж Комби и многие другие, например, «ВАЗ 2121», ЛуАЗ 969, Volga Siber. У Chrysler Sebring в кузов вварена переферийная рама. Кроме того интегрированные рамы используют в автобусах.
Что такое интегрированная рама
Силовой каркас – основа автомобиля, на которой находятся все остальные узлы и детали. Конструкция обеспечивает жесткость, достаточную для принятия нагрузки в движении.
Способы крепления кузова к силовому каркасу авто:
- отдельно на резиновых подушках;
- единое целое;
- жесткое соединение с рамой.
Конструкция несущей платформы имеет несколько подвидов для различных марок машин. Интегрированная рама автомобиля как кузов, соединенный с лонжеронами и поперечинами сваркой, принимает нагрузки на авто полностью. Продольные лонжероны соединяют части каркаса авто, а поперечные балки создают необходимую жесткость. Такая цельная интегрированная рама в авто чаще встречается на кроссоверах и внедорожниках.
Особенности интегрированной рамы
Преимущества базовой платформы со смешанным креплением кузова:
- простота монтажа на конвейере при помощи автоматической сварки;
- равномерная нагрузка на элементы каркаса;
- небольшая масса платформы;
- увеличение жесткости, отсутствие скручивающих деформаций при резких маневрах.
Благодаря этому интегрированная рама на автомобиле выдерживает большие нагрузки при движении на неровной дороге.
Назначение
Силовой каркас автомобиля выполняет роль опоры для узлов и агрегатов. Обеспечивает надежное крепление и конструктивную жесткость. Интегрированная рама автомобиля соединена с кузовом болтами или сваркой. Обеспечивает высокий уровень безопасности пассажиров, хорошо гасит удары любого направления.
На поверхности каркаса выделены места для двигателя, трансмиссии и основных узлов. Кузов обычно приварен к боковым поперечинам автомобильной рамы, что увеличивает общую жесткость конструкции. Для надежной работы силового каркаса авто требуется уход – периодическая ревизия сварных швов и антикоррозионная защита.
Комбинированные виды
Выше перечислены основные виды рамных несущих частей. Но, как отмечено, существует немало вариаций, представляющих собой комбинированные типы.
К ним относится вильчатая рама. В этом типе присутствуют основные составные элементы лонжеронного и хребтового видов – центральная балка и лонжероны. Конструкция выглядит так: в передней и задней части для крепления узлов авто применяются продольные лонжероны, а в центральной части установлена труба (но здесь она не используется для размещения приводных валов). Между собой балка и лонжероны жестко соединены.
Вильчатая рама — симбиоз нескольких видов, причем он не единственный. На некоторых авто применялись конструкции, состоящие, к примеру, из компонентов Х-образной рамы и несущего основания, или же центральной балки и лонжеронов (в отличие от вильчатой, лонжероны располагаются только спереди).
Но существуют также и варианты, которые совмещают в себе разные виды несущей части – раму и несущий кузов. К такому типу относится так называемая интегрированная рама. Суть ее сводится к тому, что элементы рамы (лонжеронной классической или периферийной) входят в конструкцию кузова и выполнена с ним заодно (они жестко между собой соединены). Но стоит отметить, что лонжероны обычно располагаются только в передней части и предназначены для фиксации силовой установки.
Интегрированная рама с кузовом
Еще одним вариантом комбинированных несущих частей является кузов с подрамником. Этот элемент выполняет те же функции, что и лонжероны в интегрированном варианте, но в отличие от него крепиться к кузову при помощи болтовых соединений.
Напоследок отметим, что хоть рама применяется только на авто определенных классов, элементы, входящие в конструкцию используются достаточно широко и сейчас, поскольку ими усиливают жесткость несущих кузовов. Практически в любом легковом авто можно найти усиливающие лонжероны или подрамники.
Источник
Требования к несущим системам
В части прочностных свойств несущей системы наибольшее значение имеет усталостная прочность, поскольку она определяет срок службы системы, а часто и всего автомобиля, до предусмотренного нормативными документами на автомобиль капитального ремонта или списания. Таким образом, усталостная прочность (долговечность) несущей системы должна быть достаточной для обеспечения межремонтного или полного пробега автомобиля, но не должна быть слишком большой, поскольку это означало бы, что при конструировании в элементы несущей системы заложен излишний запас прочности, излишний материал, что сказалось бы на увеличенной массе, которую пришлось бы перевозить в течение всего срока службы автомобиля.
Статическая прочность несущей системы, ее способность воспринимать единовременные эксплуатационные нагрузки без поломок и остаточных деформаций, безусловно, должна быть достаточной, но в то же время при стандартных динамических воздействиях на автомобиль, имитирующих аварии (например, лобовое столкновение), несущая система должна деформироваться таким образом, чтобы поглотить энергию удара и уменьшить динамические нагрузки до предусмотренных нормативными документами величин. С этой точки зрения деформация несущей системы и связанная с ней деформация кузова должна быть возможно большей, но в то же время внутри кузова должен сохраняться объем («пространство выживания»), достаточный для того, чтобы водитель и пассажиры травмировались в наименьшей степени и имели наибольшие шансы на сохранение жизни.
В части жесткости требования к несущим системам грузовых и легковых автомобилей существенно отличаются.
Жесткость кузова пассажирского автомобиля, легкового или автобуса, должна быть возможно большей, чтобы кузов уверенно противостоял изгибам и перекосам.
К несущей системе грузового автомобиля, роль которой обычно играет рама, предъявляются иные требования. Если изгибная жесткость рамы, т.е. способность противостоять изгибающим нагрузкам в вертикальной и горизонтальной плоскости, должна быть достаточно большой, то крутильная жесткость, т.е. способность противостоять скручивающим нагрузкам при движении, например, по дороге с большими неровностями, напротив, не должна быть излишней. Конечно, имеются конструктивные возможности получить большую крутильную жесткость рамы, но это влечет за собой значительное утяжеление конструкции в целом, поскольку в ее жестких узлах возникали бы высокие механические напряжения и, соответственно, поломки. Относительно податливая на кручение рама деформируется без появления больших напряжений в ее узлах. К раме грузового автомобиля крепятся агрегаты и узлы, и в ряде случаев деформация рамы могла бы вызвать в корпусах этих агрегатов нежелательные нагрузки. Чтобы избежать этого, предусматривается упругое закрепление агрегатов, и они имеют крепление в трех точках. В этом случае перекосы рамы не могут вызвать соответствующих перекосов агрегатов. Таким образом закрепляется на раме грузового автомобиля, например, кабина или двигатель с коробкой передач. Выше упоминалось о том, что долговечность несущей системы должна соответствовать долговечности автомобиля в целом. При изготовлении деталей, входящих в несущую систему, чаще всего применяется низкоуглеродистая сталь, которая легко штампуется и сваривается. Но сталь подвержена коррозии. Кузов легкового автомобиля, например, выходит из строя обычно именно из-за коррозионного разрушения. Чтобы повысить долговечность несущей системы, предусматривается покрытие различными защитными составами, которые предохраняют металл от воздействия влаги и солей. В ряде случаев для изготовления основания кузовов легковых автомобилей применяют оцинкованный металл или подвергают цинкованию собранный кузов. Следовательно, одним из требований к несущей системе является ее достаточная стойкость к воздействиям окружающей среды.
Аэродинамические характеристики
Говоря о габаритах, мы уже затронули аэродинамические характеристики. Остановимся на них подробнее. Ведь именно аэродинамическое сопротивление – одна из ключевых проблем, с которой связаны и скорость, и экономия топлива.
Производители кузовов активно заинтересованы в создании таких конструкций, у которых наименее выражено лобовое сопротивление воздушному потоку.
Кузовопроизводители стремятся к минимизации площади фронтальной проекции кузова. Чем меньше высота и ширина кузова, фронтальная проекция, тем лучше аэродинамические характеристики транспортного средства.
Многое зависит и от формы кузова. Аэродинамические характеристики выше у автомобилей с обтекаемым кузовом, низкой посадкой.
Для оценки аэродинамических характеристик кузова используется коэффициент лобового сопротивления. Он показывает отношение силы сопротивления воздуха во время движения транспортного средства к отношению к силе сопротивления движению цилиндра (наибольшее поперечное сечение транспортного средства при этом должно быть равным поперечному сечению цилиндра). Cd = 0,26 – это отличный показатель. Именно такой коэффициент лобового сопротивления – у инновационных спорткаров. Для минивена, пикапа же хороший показатель – Cd = 0,40.
Разновидности
Конструкция лонжеронной рамы автомобиля включает продольные и поперечные балки металлопрофиля, соединенные под углом. Элементы силового каркаса размещают с учетом установки соответствующих узлов и агрегатов машины.
Основные конструктивные элементы лонжеронной рамы автомобиля и способы их соединения:
- Параллельные траверсы, скрепленные с продольными швеллерами в виде «лестницы». Чаще применимы для тяжелых машин в условиях бездорожья.
- Изогнутая рама по контуру кузова позволяет повысить устойчивость. Создает комфортные условия в салоне и защищает пассажиров от внешних ударов и вибрации.
- Лонжеронная рама автомобиля с вертикальными участками позволяют уменьшить клиренс машины. Обычно такую конструкцию устанавливают на общественном транспорте для удобства пассажиров.
- Элементы рамы, расположенные под углом в виде скошенного креста, увеличивают жесткость системы. Обычно такой тип основы применяют на внедорожниках и грузовиках.
Использование лонжеронной рамы на технике, подразумевающей тяжёлые условия эксплуатации или серьёзные силовые нагрузки, оправдано и компенсирует большинство недостатков конструкции.
Кроме стальных сплавов, в составе балок используют профилированный алюминий, титановые швеллера и композитные материалы.
Что такое лонжерон на машине
Здесь многое зависит от особенностей кузова (грузовой транспорт, легковой или грузовой автомобиль). Расположение бывает следующим:
- Горизонтальным и небольшим изгибом.
- Параллельным и горизонтальным по отношению друг к другу;
- Вертикальным, с небольшим изгибом;
- Горизонтальным и минимальным углом;
Тип конструкции, которая упомянута первой, нашла применение в грузовом транспорте.
Рама грузового автомобиля Mercedes-Benz с параллельно-горизонтальным расположением лонжеронов. Что касается остальных вариантов, то они популярны и применяются в легковых машинах.
Задний левый лонжерон пола ВАЗ 21099. У каждой конструкции есть преимущества. Так, «угловые» лонжероны позволяют колесу поворачиваться на больший угол, а устройства с вертикальным изгибом — приспустить центр тяжести авто и снизить уровень днища.
Назначение, виды
Рама автомобиля представляет собой балочную конструкцию, выступающую в роли основы для крепления всех составных частей авто – силовой установки, узлов трансмиссии, ходовой части и прочего. Кузов, присутствующий в конструкции несущей части выполняет лишь некоторые функции – обеспечивает пространство для размещения пассажиров и грузов, а также выступает в качестве декоративного элемента.
Основным положительным качеством использования рамы является высокий показатель прочности несущей части. Именно благодаря этому она и используется на грузовиках и полноценных внедорожниках. Но при этом из-за рамы общая масса авто увеличена.
Также рама автомобиля позволяет по максимуму унифицировать узлы и механизмы между моделями разных классов. В свое время доходило до того, что многие автопроизводители выпускали шасси авто со всеми основными частями (рамы, мотора, трансмиссии, ходовой части), на которую «натягивали» разные типы кузовов.
При этом было разработано несколько типов рам, каждая из которых обладает своими конструктивными особенностями. Все их можно разделить на:
- Лонжеронные
- Хребтовые
- Пространственные
Некоторые из этих видов имеют подвиды, также нередко используются комбинированные типы, в конструкции которых имеются составные элементы разных рам.
Лонжеронная и ее подвиды
Лонжеронная рама автомобиля является самой распространенной. Конструкция ее включает две продольных силовых балки – лонжероны, тянущихся вдоль всего кузова и соединенных между собой поперечинами.
Лонжеронная рама Toyota Land Cruiser
Сами лонжероны изготавливаются из стали, а для обеспечения высоких показателей на скручивание используются разные типы профиля сечения – короб, двутавр, швеллер.
Причем не обязательно, чтобы они были ровными, многие лонжероны имеют изгибы как вертикальной, так и горизонтальной плоскости. К примеру, на некоторых авто рама изогнута в передней и задней частях (в районе расположения колес), что позволяет переместить центр тяжести вниз.
Помимо этого, лонжероны размещаются как в строго горизонтальном положении относительно пола, так и могут находиться под углом. Второй вариант применяется на внедорожниках.
Лонжероны соединяются поперечинами, которые могут располагаться разными способами. В так называемой раме лестничного типа поперечины крепятся перпендикулярно лонжеронам (считается классической). Но есть и конструкции, у которых эти составные части располагаются под углами – К-образные и Х-образные рамы.
Лонжеронная х-образная рама
Для соединения лонжеронов с поперечинами применяется сварка (во внедорожниках), заклепки (грузовики). В некоторых случаях используются болтовые соединения. Для крепления узлов авто и лонжероны, и поперечины оснащаются кронштейнами.
Подвидом лонжеронной рамы является периферийная. Отличительной особенностью ее является большое расстояние между лонжеронами. После полной сборки авто они располагаются возле порогов кузова, что значительно повышает устойчивость к воздействию боковых ударов, а также позволяет опустить уровень пола (насколько это возможно).
Периферийная рама Corvette
Еще одна разновидность лонжеронной рамы – Х-образная. Суть конструкции такой рамы сводится к тому, что в передней и задней части лонжероны разведены, а в центральной – по максимуму сведены (пространство между ними позволяет разместить разве что валы трансмиссии). Внешне этот тип напоминает букву «Х», отсюда и название.
Еще один вариант – несущее основание. В конструкции этой рамы все так же используются продольные лонжероны, но здесь они соединены между собой не поперечинами, а днищем. При этом несущее основание, хоть в него и входит днище, не является элементом кузова, поэтому и относится этот вид к рамам.
Хребтовая рама
Рамы хребтового типа в меньшей степени распространены и ее, по сути, используют только на грузовиках «Татра». Основным составным элементом этого типа несущей части выступает центральная балка, изготовленная из трубы.
Примечательно, что в такой раме некоторые узлы авто используются в качестве несущих элементов, а именно мотор, КПП, корпусы главной передачи. Все они соединены между собой центральной балкой, вращение же между узлами осуществляется при помощи валов, располагаемых в трубе.
Преимущества и недостатки
В современных легковых автомобилях предпочтение отдано несущему кузову. Это происходит в силу ряда причин. Несмотря на явные преимущества (простая конструкция, упрощенная сборка автомобиля на заводе, легкий ремонт), у рамного кузова есть и существенные недостатки. Во-первых, при разделении функций кузова и рамы, приходится значительно увеличивать массу. Во-вторых, лонжероны, которые проходят под кузовом, забирают у пассажирского салона значительную часть. Пороги оказываются большими, а это затрудняет посадку в автомобиль. В-третьих, у рамных автомобилей уровень пассивной безопасности значительно ниже, ввиду возможности смещения рамы относительно кузова при ударе. В-четвертых, плоская рама уступает несущему кузову по показателю жесткости на кручение.
Таким образом, так как легковой автомобиль должен быть и комфортным и безопасным, несущий кузов для него стал незаменим. В тех же автомобилях, которым необходимо работать в сложных условиях, используют только рамные конструкции.
Хребтовая рама
Рамы хребтового типа для автомобилей были разработаны специалистами компании «Татра». И использовались такие рамы в основном на автомобилях этой компании. Основной несущей частью хребтовой рамы является труба, которая соединяет между собой двигатель и все элементы трансмиссии.
По сути, силовой агрегат, а также сцепление, коробка передач и главная передача являются также и элементами рамы. Крепление всех этих механизмов – жесткое. Крутящий момент от двигателя к элементам трансмиссии выполняет вал, который устанавливается внутри трубы. Использование такой рамной конструкции возможно только при обеспечении всех колес автомобиля независимой подвеской.
Хребтовая рама хороша тем, что обеспечивает высокую жесткость на скручивание, легкое и быстрое создание автомобилей с различным количеством ведущих мостов, но поскольку некоторые механизмы автомобиля находятся внутри рамной конструкции, то и выполнение ремонтных работ довольно затруднительно.
Рамы вильчато-хребтового типа также разработаны сотрудниками «Татра». В данном случае они отказались от жесткого крепления двигателя и трансмиссии к несущей центральной трубе. Вместо этого они с обеих сторон несущей трубы установили специальные вилки, на которые и устанавливаются двигатель с трансмиссией.
Вильчато-хребтовые рамы
Это подвид хребтовых рам, и его главной особенностью является то, что и передняя, и задняя части представляют собой трезубцы, основой которых есть центральная труба каркаса, а от неё уже отходят два лонжерона, которые используют для крепления узлов и агрегатов. В них используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Главный недостаток таких машин – неважная управляемость из-за расположения мотора сзади. В наше время такой вид рамной конструкции в автомобилестроении уже не используется.
Периферийные рамы
Разновидность лонжеронных рам, которую начали массово применять на крупных европейских легковых авто и американских «дредноутах» в 60-х годах. В этих рамах лонжероны размещены так широко сзади, что при установке кузова находятся у порогов, что позволило значительно повысить уровень пола и уменьшить саму высоту автомобиля. Большие плюсы такого авто в том, что он максимально приспособлен к боковым ударам, но и минус немаленький есть – кузов автомобиля должен быть более прочным и жёстким, так как рама неспособна выдержать большую нагрузку.
Пространственные рамы
Эти наиболее сложный вид рамной конструкции, который используется в производстве спортивных авто. Это конструкция из тонких легированных труб, которым несвойственно кручение. Трубные конструкции плохо переносят испытание на изгиб. И сегодня они уступили место в автомобилестроении монококам, но получили применение в автобусостроении.
