Несущий кузов автомобиля в массовом производстве – благо или неверное развитие отрасли?

Отрасль автомобилестроения стремительно развивается. Но не все нововведения воспринимаются на ура. Так массовое производство автомобилей с несущим кузовом вместо стандартного рамного у многих вызывает негативные возражения. Уместны ли они? Разберемся в характеристиках, структурных особенностях, плюсах и минусах и сможем сделать объективный вывод.

Несущий кузов – что это? Принципиальные отличия

Традиционной считается рамная конструкция кузова. Но постепенно ей на смену пришла инновационная разработка – несущий кузов. В нём объединены в одно целое рама и сам кузов. Несущий поскольку несет в себе всю тяжесть «начинки».

В местах, наиболее уязвимых установлены усиления, как и в нижней части (там, где в традиционной версии находится рама) стоят поперечные и продольные силовые элементы. Единый кузов «собран» из спрессованных листов разной формы, соединенных методом «контактная сварка». Такую конструкцию годами использовали в авиастроении.

Несущий кузов легче и прочнее. Нагрузка распределена по всей конструкции (а не только на нижнюю часть, как в рамной конструкции). С появлением новой технологии создания кузова автомобиля, появилось и больше возможностей для дизайнеров, для создания уникальных экстерьеров. Однако традиционная форма не «канула в лету»: грузовики, тяжелые внедорожники и некоторые легковые автомобили до сих пор производят на раме.

История: из авиации в автомобилестроение

Первым, кто запатентовал, удачный прототип несущего кузова, оказался инженер Джозеф Ледвинка. И в этом ему помогла производственная мощь компании Budd (снабдила прессом для листовой стали).

Первый автомобиль с несущим кузовом выпустил холдинг Citroen. Все современные автомобили (с такой же конструкцией) похожи на него. Автомобиль Traction Avant 1934 года выпуска имел все необходимые силовые элементы, был сварен методом «контактная сварка».

Широкое распространение автомобили с несущим кузовом получили в 60-70-е годы.

Типы несущих кузовов

В безрамной конструкции нагрузка распределяется по всему кузову. И тем не менее, выделяют типы, в которых несущим является основание и типы, в которых несущим является корпус.

Несущие основание

В основном нагрузки ложатся на днище. Поэтому его изготавливают плоским и используют высокопрочный металл.

Несущий корпус

Нагрузка ложится на каркас. Кузовные панели при этом оказываются менее нагруженными. Усиление используется лишь в некоторых местах.

Устройство несущего кузова

В каждой из частей кузова – передней, центральной и задней – несколько составных элементов.

Конструкция передней части

Передняя часть кузова состоит из следующих элементов:

• это полые, продольные силовые элементы в низу кузова (лонжероны, аналог рамы), крепятся к моторному отсеку и, с другой стороны, к низу колесных арок;
• панели вокруг колес, усиленная верхняя часть и места рядом с передними дверьми (передние крылья);
• чашки кузова – усиленные части, удерживающие стойки подвески (слиты с внутренней частью крыльев);
• подкапотная рама, удерживающая радиатор, является поперечным структурным элементом, который придает жесткости этой части кузова (прикреплена к лонжеронам и крыльям);
• усилитель бампера, защищает от удара при аварии (возле лонжеронов).

Подрамник

В некоторых авто также есть подрамники. Они либо заменяют лонжероны, либо усиливают эти конструктивные элементы. Подрамник монтируют на подвеску, чтобы меньше шума и вибраций доходило до салона. Также он может служить опорой для двигателя и дополнительным силовым элементом, увеличивающим жесткость всего кузова.

Проще говоря это часть рамы, которая позволяет повысить шумоизоляцию.

Производители современных автомобилей искали способ снизить уровень шума, который свойственен машинам с несущим кузовом. И нашли – применение в конструкции фрагмента рамы (подрамника) помогло снизить вибрации, уровень шума от колес, мотора. Кроме того его применение значительно упростило сборку автомобиля. А если требуется подрамник может послужить и опорой для тяжелого мотора (в легких авто такой двигатель можно установить, только обеспечив надежную опору снизу, иначе кузов деформируется).

Подрамники устанавливают на:

• дорогих автомобилях (бизнес-класс), чтобы повысить уровень комфорта в салоне;
• на компактных моделях с тяжелым двигателем (чаще всего подрамник можно встретить на спортивных ТС, класс GT), чтобы обеспечить дополнительную жесткость там, где она необходима.

Подрамники различаются формой (прямоугольные, крестовидные) и конструкцией (тройная, двойная и из одного элемента). Наиболее распространенной разновидностью является конструкция из двух подрамников (переднего и заднего). Монтируются на переднюю и заднюю подвеску, чтобы поглощать шумы и вибрацию.

Но прежде чем выберите автомобиль с несущим кузовом и подрамниками, стоит учесть минусы такой конструкции. А они есть:

1. Присутствие подрамника не на много, но ухудшает пассивную безопасность автомобиля (не деформируется при ударе, не позволяет гасить удар).
2. Наличие подрамников уменьшает дорожный просвет (снижает внедорожные возможности автомобиля).

Центральная часть

Центральную часть можно разделить на следующие составные элементы:

• днище, часто представляет собой цельную панель, усилено в местах крепления кресел и снизу (поперечные и продольные силовые элементы);
• крыша, стойки, двери, т.е. салон, везде усиленные панели (вокруг салона, за панелью приборов, усиленная поперечина в крыше, сами двери и стойки создаются из прочной стали);
• боковая панель, создается из одного элемента, без сваривания (чтобы уменьшить подверженность коррозии);
• пороги в нижней части дверных проемов, также усиленные, служат боковой поддержкой для днища, сварены с ним;
• панель в форме полки за задними сиденьями, у основания заднего стекла;
• перегородка, разделяющая салон и багажник;
• двери, усилены с внутренней стороны.

Одной из самых больших панелей является панель крыши, но при этом являет собой наиболее простую конструкцию. Переходит в заднее крыло (приварена). Шов ровный, создан специальным способом ( приварен при помощи кремнистой бронзы либо латуни ). Этот способ также позволяет создать единое полотно, устойчивое к нагрузкам, вибрациям и к коррозии. Полотно усилено с внутренней стороны.

Задняя часть кузова

Также, как и в передней части здесь присутствуют лонжероны, крылья, задние кузовные чашки. Лонжероны удерживают пол багажного отсека. Пол создают из тонкого листа, усиленного за счет штампования. В этом листе создают нишу под запасное колесо. Пол приварен к задним крыльям, а крылья – к кузову.

Пенный наполнитель в полостях

Для уменьшения вибраций и уровня шума в некоторые детали несущего кузова заносят специальный пенополиуретановый наполнитель (по составу существенно отличается от строительной пены). Заносят внутрь конструкций, но только в тех местах, где не планируется сварка. Он не плавится, не является горючим веществом, и все же варить части кузова рядом с ним нежелательно (можно резать «болгаркой»).

Каждый производитель размещает пену по кузову на свое усмотрение. Но, как правило, она присутствует в углах, изгибах (вдоль стоек), под центральной стойкой и возле колесных арок.

Типы сталей в конструкции

Силовые элементы создают из высокопрочной и сверхпрочной стали (предел прочности в 2-4 раза выше, чем у обычного стального листа). Остальные детали делают из низкоуглеродистой стали. Увеличивают её прочность штампованием.

Как правило, элемент, образующий ниспадающую линию крыши, а также пороги и с внутренней стороны и с внешней созданы из высокопрочной стали. Центральные стойки усилены только снаружи (внутри применен прочный материал). Из прочной стали создают задние стойки (с внешней стороны), а также верхнюю часть передних крыльев (над арками). Полностью из прочной стали создают продольные и поперечные усиленные элементы в нижней части автомобиля (в основании).

Типы сталей используемые при производстве Volvo XC40

Усиленные элементы производители могут создавать из комбинации типов стали. Выше описана лишь примерная схема расположения типов сталей в конструкции несущего кузова.

Все элементы из стали разного уровня прочности сваривают лазером (точечная сварка контактного типа).

Зона запланированного сжатия

В автомобилях с несущим кузовом созданы так называемые зоны запланированного сжатия. Прочность кузова в этих зонах намерено ослаблена, чтобы при ударе автомобиль сжимался в нужных местах. Это позволяет получить предсказуемые повреждения, снизить вред, погасить силу удара. Эти зоны необходимы для увеличения безопасности пассажиров и водителя.

Зоны запланированного сжатия предусмотрены на лонжеронах, на капоте.

Сам несущий кузов спроектирован так, чтобы он легко сжимался спереди и сзади, а в центральной части оставался цельным (где в креслах находятся люди).

Преимущества и недостатки

Несущий кузов – современное конструктивное решение. Но и у него есть как плюсы, так и минусы.

Минусы:

1. Больше, чем в рамных, ощущается вибрация. Выше и уровень шума. В современных авто эта проблема решена за счет применения шумопоглощающих элементов – подрамников.
2. Ржавчина может ухудшить жесткость всей конструкции, негативно скажется на безопасности водителя и пассажиров. Поэтому производители предусматривают меры для обеспечения максимально возможной защиты от коррозии.
3. Лишь силовые элементы созданы из высокопрочной стали, остальное из тонкого листа, прочность которого увеличена за счет штампования.
4. Автомобили с несущим кузовом менее безопасны в случае бокового столкновения (по результатам краш-тестов).
5. Общий уровень прочности ниже, чем у рамных агрегатов.
6. Так как кузов – единое целое, при столкновении возможны второстепенные повреждения.
7. Затруднен капитальный ремонт. Нет возможности как с рамной конструкцией отделить кузов от «начинки», чтобы получить к ней удобный доступ.
8. Как отмечают владельцы, с годами конструктивные элементы кузова начинают «ходить ходуном» (то двери не закрываются, то багажник не попадает в свои границы). Особенно если часто выезжать на бездорожье. Если осознать, что безопасность зависит от степени изношенности металла, вырисовывает плачевная перспектива уже через 7-10 лет (эксплуатировать современные автомобили более 15 лет вообще не представляется возможным).
9. Недостаток несущей конструкции назвали и сами производители. Производить автомобили с несущим кузовом сложнее, чем с рамным. Сложнее прикрепить навесное оборудование.

Плюсы

После внушительного списка минусов, стоит вспомнить обо всех уже названых плюсах:

• несущий кузов легче, а, значит, такой автомобиль динамичнее, резвее, легче управляется;
• меньше расход топлива;
• центр тяжести ниже, а значит автомобиль более устойчив, меньше риск перевернуться;
• повышенная пассивная безопасность; авто с несущим кузовом более безопасны в случае фронтального столкновения, чем с рамным (результаты краш-тестов);
• при создании безрамных конструкций «съедается» меньше салонного пространства.

Вывод

На автомобильном рынке сейчас гораздо больше моделей с несущим кузовом. Эта конструкция популярнее рамной, несмотря на очевидные недостатки. Главная причина, по которой безрамная конструкция пользуется популярностью – повышенная пассивная безопасность (сверхпрочная сталь, зоны запланированного сжатия).

Но даже если отбросить главную причину, во многих ситуациях несущий кузов действительно оказывается уместным решением. Подходит для массового производства, создания классических легковых автомобилей. Для быстрой, комфортной езды по городским дорогам. Не подходит для любителей бездорожья, для любителей премиум-класса (премиальные легковые авто создают на раме).

Основные элементы автомобиля — кузов, ходовая, двигатель

Машина — это и роскошь, и средство передвижения, и свидетельство инженерного гения. В каждой конструкции используются тысячи деталей и узлов, среди которых выделяют основные части автомобиля: кузов, двигатель и ходовая. Автомобилистам нужно не просто уметь управлять машиной, но и знать названия отдельных узлов и агрегатов, чтобы правильно оценить проблему, если случится неисправность.

Кузов

Главная и самая дорогая часть автомобиля — кузов. Корпус автомобиля защищает все внутренние агрегаты, но это одновременно и основа, на которой держится большинство автомобильных узлов. Главные элементы кузова:

• крыша;
• передние и задние крылья;
• передний, задний бампер;
• рама лобового стекла;
• передняя, задняя панель;
• дверные стойки;
• днище;
• двери, капот, крышка капота;
• пороги.

Если концепция автомобиля предполагает наличие рамы как несущего узла, кузовные запчасти располагаются на раме (шасси). В безрамных конструкциях несущая нагрузка ложится на кузов. По типу действующих нагрузок кузов разделяют:

1. Несущий. До 80 % легковых автомобилей имеют несущую конструкцию кузова, если нет рамы. На деталь приходится до 90% всей динамической нагрузки, которую испытывает машина во время езды.
2. Полунесущий. Схема предполагает распределение части нагрузки на кузов, который жестко соединен с рамой (сидит на ней).
3. Разгруженный кузов. Не имеет жесткого сварного соединения с рамой, устанавливается на шасси через другие детали соединения. Единственную нагрузку, которую испытывает элемент, — это вес груза в кабине. Часто используется на внедорожниках и грузовых машинах.

В зависимости от типа сборки кузов разделяется на классы:

1. Каркасный. В конструкции присутствует жесткий общий каркас, к которому присоединяются детали облицовки. Облицовочные элементы нагрузки не испытывают. Исключение – лобовое стекло.
2. Скелетный тип (полукорпусной, полукаркасный). В конструкции используются несколько главных частей каркаса: дуга, усилитель. Нагрузка распределяется как на кузовной скелет, так и на детали облицовки.

По количеству видимых внутренних объемов различают виды кузова:

• однообъемные;
• полутораобъемные;
• двух- и трехобъемные.

К однообъемному типу кузова можно отнести комплектации Renault Megane Scenic и Toyota Avensis Verso последнего поколения. Если смотреть на автомобиль сбоку, четко виден только один объем. Трехобъемные кузова — это классические седаны, где каркас автомобиля разделен на части: салон, багажник и моторный отсек.

Устройство кузова автомобиля зависит от конкретной модели, но для всех классов характерно наличие этих основных деталей.

Передняя часть

Если рассматривать кузов автомобиля на примере всех поколений ВАЗ, то можно определить главные детали передней части, в который входит моторный и пассажирский отсек:

• поперечины верхняя и нижняя;
• лонжероны фронтальные;
• поперечина двигателя;
• стойка кузова передняя правая;
• стойка кузова передняя левая;
• обвес кузова;
• стойка кузова центральная;
• панель рамы лобового стекла;
• передние крылья;
• бампер передний правый, левый.

Крылья, бампер и обвес — элементы кузовной облицовки. Главные детали передней части кузова: передняя балка и лонжероны. Эти элементы принимают на себя всю нагрузку при лобовом столкновении. Правильно выверенная геометрия кузова не позволит двигателю влететь в салон: он провалится под днище.

В качестве тюнинга передняя часть кузова и пороги дополняется обвесами. Обвесы плотнее прижимают автомобиль к земле на скорости больше 120 км/ч, улучшая аэродинамические показатели.

Задняя часть

Основные кузовные детали задней части авто — задняя панель, нижняя поперечина, крылья и бампер. В скелетной конструкции навесными элементами остаются:

• панель рамы заднего стекла;
• задние двери;
• боковая панель крыши;
• задний лонжерон;
• пороги;
• крышка багажника.

Задняя часть автомобиля в кузовной конструкции купе не имеет центральной стойки, которая поддерживает крышу. Это главное отличие купе от седана.

К задней части кузова относят и пассажирский отсек, бывают комплектации авто одного модельного года на два или три ряда сидений.

Несущие элементы кузова и навесные боковые детали изготавливаются из высокопрочного металла необходимой жесткости, они способны обеспечить пассивную безопасность пассажиров при боковом столкновении.

Днище

На днище кузова ложится 60 % всего веса автомобиля. Элемент изготавливается из металла и в обязательном порядке проходит горячую оцинковку. Исключением остаются автомобили китайского производства. Отсутствие антикоррозийного покрытия приводит к тому, что днище автомобиля на второй год начинает гнить. Основные элементы:

• усилитель передней стойки;
• порог кузова;
• задняя поперечина пола;
• задний пол.

Крыша

В зависимости от конструкции кузова автомобиля крыша может быть панорамной, изготовленной из прозрачного пластика или стекла или цельной. По конструкции крыши кузов относится к открытому или закрытому типу. Закрытый вариант встречается на таких концепциях:

• седан;
• универсал, лифтбек;
• хэтчбек, фастбек;
• купе;
• лимузин;
• минивэн, микроавтобус;
• хардтоп (жесткий верх).

К открытым типам кузова (без крыши или со съемной конструкцией) относят комплектации:

• кабриолет;
• родстер, фаэтон;
• ландо, брогам.

Двигатель

Главная классификация силовых агрегатов автомобилей проходит по типу потребляемого топлива. Сегодня это бензин, дизельное топливо (солярка) и газ. Гибридные автомобили использую два вида моторов: ДВС и электродвигатель. Электромобили используют только заряд аккумуляторной батареи.

Классический топливный двигатель автомобиля состоит из более тысячи деталей (двигатели от Bosch комплектуются из более чем 3000 деталей).

Главные элементы ДВС независимо от типа используемого топлива:

• блок цилиндров;
• кривошипно-шатунный механизм;
• поршни, кольца;
• ГРМ.

Неправильно говорить, что в ДВС есть главные и второстепенные элементы. Выход из строя самой даже незначительной детали — втулки, сальника, кольца — может привести к блокировке работы всего агрегата.

Водители со стажем определяют корректную работу двигателя на слух. ДВС должен работать плавно, без перепадов мощности и скачков, не «стучать».

Ходовая часть

Наименование деталей этого блока автомобиля говорит само за себя. В устройство ходовой части входят:

• подвеска;
• рама;
• колеса;
• мосты (устанавливаются на автомобилях с зависимой подвеской).

Подвеска гасит колебания во время езды. По конструкции подвески могут быть независимыми, зависимыми, полунезависимыми. В зависимости от того, какие демпфирующие элементы установлены в подвеске, различают:

• рессорную;
• пружинную;
• торсионную;
• рычажную или МакФерсон;
• пневматическую, гидравлическую.

Зависимая подвеска жестко установлена на мостах, крепеж к кузову через пружинные элементы. Чаще используется на грузовом транспорте. Независимая подвеска обеспечивает разное положение колес во время передвижения, каждое крепится к кузову через отдельные элементы.

Трансмиссия

Трансмиссия — это не отдельный элемент в машине, а система узлов и агрегатов, которые передают крутящий момент с маховика двигателя на ведущие колеса. В полноприводных автомобилях момент распределяется на все колеса, в полуприводных — на передний или задний мост.

Название деталей трансмиссии знакомо каждому автомобилисту:

• сцепление;
• коробка передач;
• дифференциал;
• карданный вал (кардан);
• раздаточная коробка (раздатка) для полноприводных автомобилей;
• приводной вал и полуоси.

Это главные составные части машины в узле трансмиссии. По своей конструкции могут значительно отличаться для разных модельных комплектаций, сохраняя одинаковый принцип работы.

Блок сцепления соединяет либо разрывает связь коленвала с ведущим валом при переключении передач. В механической коробке передач переключение дисков сцепления — задача водителя. В АКП переключение скоростей происходит автоматически после перевода рычага коробки передач:

1. Коробка передач. Редуктор изменяет скорость автомобиля через изменение передачи крутящего момента.
2. Карданный вал передает крутящий момент на ведущие задние колеса в полноприводных автомобилях.
3. Дифференциал. Блок, который позволяет колесам вращаться с разной скоростью при повороте и при разном сцеплении колес с дорогой. Например, если одно колесо находится в грязи, а второе на сухом асфальте.

Рулевое управление

Главные внутренние детали кабины со стороны водителя — это рулевое колесо и торпеда — панель управления и контроля за всеми автомобильными системами. Рулевое управление предназначено для передвижения автомобиля и состоит из главных запчастей.

• руль (рулевое колесо) с колонкой;
• механизм рулевой:
• привод (боковые тяги, поворотный и маятниковый рычаг);
• усилитель руля.

Конструктивно усилители руля, призванные облегчать водителю поворот рулевого колеса, перешли на легковые автомобили с грузового транспорта. Например, при повороте руля КАМаЗа без гидроусилителя водителю пришлось бы приложить усилие, равное повороту груза весом в 400 кг. В зависимости от типа используемого усиления приводы называются и классифицируются на гидравлические, механические, пневматические и пр.

Система рулевого управления остается самой простой в комплектации автомобиля, но одной из самых важных. Рулевой привод соединяет рулевое колесо с передними колесами через рулевой механизм. Передача вращательного движения колеса переходит в поступательное движение рейки в горизонтальной плоскости.

Тормозная система

Первая система, которая позволяет водителю безопасно управлять авто — это тормоза. Большинство тормозных систем используют для работы гидравлику, где применяется тормозная жидкость.

Для легкового автомобиля в тормозную систему входят следующие узлы и комплектующие:

• тормозные цилиндры, диски, колодки;
• педаль тормоза, выведенная в салон;
• гидроцилиндр, бачок тормозной системы;
• усилитель вакуумный;
• тормозные патрубки (передний, задний).

В автомобиле есть три вида тормозной системы: стояночная с использованием ручного тормоза, средняя запасная, рабочая.

В список систем безопасности авто тормозная система входит как основная; жесткость кузова и наличие элементов пассивной безопасности — как вторичная.

Электрооборудование

Детали автомобиля, которые обеспечивают работу мотора, запускают сигналы, участвуют во всех процессах, связанных с электроснабжением, входят в общий класс электрооборудования. Уже в базовых моделях система электрики отличалась сложностью. Главные элементы системы электрооборудования:

1. Батарея аккумулятора (источник электропитания).
2. Генератор. Преобразует механическую работу в электросигнал.
3. Система зажигания.
4. Автомобильная оптика, фары головного и дополнительного света, освещение салона и пр.
5. Кондиционер, печка. Система обогрева зеркал, стекол и пр.

Электрооборудование обеспечивает работу ЭБУ, электронику роботизированной КП, сигналы датчиков на всех узлах.

Это краткий перечень главных элементов автомобиля, которые необходимо знать каждому автовладельцу. Понимание устройства кузова и входящих в него комплектующих, поможет определить область неисправности.

Рамная конструкция автомобиля: ее особенности и преимущества

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Что такое рамная конструкция автомобиля
• Каковы преимущества и недостатки рамных конструкций
• Каково назначение и виды рамных конструкций
• Что безопаснее и удобнее – рамная конструкция или несущий кузов

Первый автомобиль представлял собой открытый экипаж, приводимый в движение двигателем внутреннего сгорания. В основе его лежала тележка – каркас с четырьмя колесами, на который был навешен силовой агрегат. Аналогичным образом выглядит структура паровоза, состоящего из массивной платформы и колесных пар. Большинство серийных машин в прошлом веке были изготовлены по тому же «рецепту». В основе лежала рама, объединяющая агрегаты и узлы автомобиля. Рамная конструкция автомобиля сохранилась и до наших дней, но применяется гораздо реже и потихоньку исчезает в чистом виде.

Как устроена рамная конструкция автомобиля

Рамная конструкция автомобиля представляет собой несущую систему, на которой смонтирован двигатель внутреннего сгорания (ДВС), детали трансмиссии и подвески и, собственно, кузов. Такое устройство обеспечивает максимальную надежность машины при эксплуатации в реальных дорожных условиях. Не стоит забывать, что железнодорожный транспорт стал прототипом для автомобильных средств передвижения, и, соответственно, взаиморасположение элементов на первых порах перекочевало оттуда. Паровоз перемещал такие объемы груза, которые и не снились машине, поэтому рамная конструкция автомобиля имеет очень большой запас прочности.

Самые первые рамы в 20-х годах прошлого столетия изготавливались из металлических труб прямоугольного сечения. Они были универсальны и технологичны на производстве. К 1930-м годам в автостроении начался постепенный переход к интегрированию рамы и кузова. Стали появляться полурамные и несущие транспортные средства. В итоге, практика показала, что рамная конструкция автомобиля актуальна для тяжелых машин. Грузовики, тракторы, внедорожники, лимузины делаются по этому «рецепту». Особенно это касается бронированных лимузинов, огромный вес которых может удержать только полноценная рама, изготавливаемая, как правило, по отдельному заказу.

Рамная конструкция автомобиля четко подразделяет элементы на силовые и декоративные. Рама воспринимает нагрузки от мотора, трансмиссии и колес. Также она играет важную роль в пассивной безопасности автомобиля. Шасси – это совокупность рамы и силового агрегата с коробкой передач и подвеской. Оно, в принципе, может передвигаться и без кузова.

Кузовные панели формируют внешний облик и образуют кабину для водителя и пассажиров. Некоторые элементы кузова могут быть усилены дополнительным каркасом, но это касается, в основном, безопасности людей и не влияет на демпфирование нагрузок от мотора и от дорожного покрытия. Схема постоянно совершенствовалась, и со временем появилось несколько отдельных подвидов, характеризующих силовую структуру. Выделяют лонжеронные, хребтовые (в том числе вильчато-хребтовые), периферийные и решетчатые типы, особняком стоят несущие и полунесущие разновидности.

Назначение и виды рамных конструкций

Рамная конструкция автомобиля включает в себя систему профилей прямоугольного, Т-образного, Н-образного или иного сечения, соединенных между собой при помощи сварки, заклепок или болтов. На раму через эластичные подвесы устанавливается ходовая часть и мотор, который агрегатируется с узлами трансмиссии. Совокупность вышеперечисленных деталей называется шасси. Сверху оно накрывается кузовом, предназначенным для водителя, пассажиров и, отдельно, для грузового отсека.

Автомобили с рамой имеют большую массу по сравнению с несущей компоновкой кузова. Но благодаря ее наличию имеют значительную прочность на изгиб и кручение, и, соответственно, лучше приспособлены для эксплуатации в условиях бездорожья и перевозки тяжелых грузов.

Важным стимулом для автопроизводителей служит взаимозаменяемость деталей от разных моделей машин. Рамная конструкция автомобиля позволяет максимально унифицировать размеры агрегатов и точки их крепления. В конечном итоге разные модели могли отличаться только наружными кузовными панелями при идентичных шасси.

Принято выделять несколько рамных типов, отличающихся взаиморасположением и сечением конструктивных профилей. Каждая из нижеописанных разновидностей характеризуется своей спецификой:

• Пространственные рамы.
• Лонжеронные конструкции.
• Хребтовые и хребтово-вильчатые.

Рамная конструкция автомобиля может быть комбинированной и объединять в той или иной степени все три основных типа.

1. Лонжеронная и ее подвиды.

Самая проверенная схема состоит из двух продольных балок (лонжеронов), протянутых от начала до конца шасси и стянутых между собой поперечными связками.

Лонжероны изготавливаются из стальных сплавов. Для жесткости в поперечном сечении создается несколько ребер жесткости. Они бывают закрытыми (квадрат или прямоугольник) и открытыми (Т-образный или Н-образный профиль).

Продольные профили на самых первых изделиях были ровными, но в процессе технической эволюции обзавелись изгибами как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Это было сделано для оптимизации размещения навесных агрегатов и снижения центра тяжести автомобиля.

Рекомендуем

Кроме того, на внедорожниках могут применяться рамные каркасы, имеющие наклон по отношению к горизонту.

Продольные профили рамы стягиваются поперечинами, которые обычно имеют аналогичное сечение. Поперечные рамные балки располагаются либо под углом 90° – классическая «лестничная» компоновка, либо под острым углом – так называемые К- и Х-образные схемы.

Между собой продольные и поперечные лонжероны скрепляются сваркой или заклепками. В некоторых случаях допускается болтовое соединение. Дополнительные кронштейны монтируются в точках крепления силового агрегата и подвески.

Рамная конструкция автомобиля с широко расставленными продольными лонжеронами называется периферийной. Она позволяет увеличить устойчивость к боковым ударам и, соответственно, повысить его безопасность. Кроме того, агрегаты могут быть опущены ниже (между балками), снижая таким образом центр тяжести и увеличивая пассивную безопасность.

Лонжероны, сведенные к центру рамы в горизонтальной плоскости, представляют собой соединение в виде буквы Х. Такая форма позволяет разместить в центре только вал трансмиссии и трубу выхлопной системы.

Реже всего встречается разновидность из двух продольных профилей, соединенных не отдельными стяжками, а целым металлическим листом. Это также рамная конструкция автомобиля, несмотря на то, что этот лист может являться полом кабины или кузова.

Хребтовая рама.

Хребтовая рамная вариация применялась на чешском грузовике «Татра». Продольная труба была всего одна и имела круглое сечение. От нее отходили ответвления по аналогии с позвоночником и ребрами. Двигатель и коробка передач также являлись своеобразным усилителем за счет прочного металлического корпуса.

Рекомендуем

Серединный лонжерон жестко связывал между собой мотор и трансмиссию (коробка передач, раздаточная коробка, главные передачи). Трансмиссионные валы, связывающие агрегаты между собой, проходили внутри этой трубы. Конструкция была очень передовая и компактная, но практика показала ее эксплуатационную и ремонтную бесперспективность.

Важным преимуществом такой компоновки была возможность обеспечить независимую подвеску всех колес. Зависимые ведущие мосты нельзя было поставить в принципе, и крутящий момент на колеса передавался с помощью карданных валов, а не полуосей.

Повышенная жесткость кручения позволяла увеличить грузоподъемность хребтовой рамы при меньшей толщине металла лонжеронов по сравнению с традиционными схемами. Трубная система позволяла при необходимости без сложных доработок наращивать длину платформы и количество ведущих мостов за счет присоединения дополнительных модулей.

Высокий центр тяжести из-за особенностей крепления агрегатов позволял использовать хребтовую раму только на грузовиках. Для легковых автомобилей, передвигающихся на более высоких скоростях, такая рамная конструкция грозила опрокидыванием в поворотах и на неровной дороге. Главным недостатком, не позволившим дальнейшее развитие, стала низкая ремонтопригодность. Ремонт изношенных валов и других узлов трансмиссии длился очень долго в связи с необходимостью практически полной разборки рамы. Для коммерческой техники такие простои недопустимы.

Рамная конструкция автомобиля называется пространственной, когда каркас, выполненный из стальных труб, представляет собой не плоскую деталь в основании автомобиля, а объединяет в себе шасси и кабину. Такой тип характерен для спортивных машин, которые попадают в аварии гораздо чаще, чем остальные, и, соответственно, должны лучше защищать своих пассажиров.

Облицовочные кузовные панели закрепляются непосредственно на силовой каркас, так же как и двигатель, и трансмиссия, и прочие узлы.

Например, багги изначально делаются с пространственной рамой. А гражданские экземпляры переделываются в спортивные путем вваривания трубчатого каркаса внутри существующего кузова, поэтому такой каркас безопасности нельзя считать полноценной рамой. Наиболее дорогие спортивные машины представляют собой капсулу из карбона (разновидность армированного пластика), которая по жесткости не уступает металлической раме при значительно меньшей массе.

Комбинированные виды.

Рамная конструкция автомобиля далеко не всегда представляет собой определенный тип. Комбинация разных видов используется многими производителями.

Например, симбиоз лонжеронной и хребтовой рамы. Между двумя продольными лонжеронами по центру идет труба. Агрегаты крепятся к лонжеронам в передней и задней части. Труба жестко крепится к периферии, но в отличие от хребтовой конструкции не прячет в себе приводные валы трансмиссии.

Вильчатая конструкция имеет несколько разных комбинаций основных типов. Например, гнутая Х-образная лонжеронная рама, снабженная сплошным металлическим покрытием. Или хребтовая основа с центральной несущей трубой, к которой приварены поперечины, но не по всей длине, а только спереди и сзади.

Интегрированная рама объединяет собственно рамную конструкцию автомобиля и кузов в едином форм-факторе. При этом кузовные панели, помимо выполнения декоративной функции, являются силовыми деталями несущего основания. Лонжероны в чистом виде присутствуют только в передней части автомобиля и предназначены для крепления мотора и коробки передач и сзади для крепления элементов подвески и заднего моста при наличии.

Широко распространено, особенно на внедорожниках, крепление силового агрегата к кузову через подрамник. Он представляет собой облегченную версию рамной конструкции автомобиля. То есть рама располагается не подо всем автомобилем, а только под передней частью и крепится к кузову болтами. Это существенно повышает жесткость последнего.

Заканчивая экскурс в историю развития рамной конструкции автомобиля, необходимо отметить, что рама как отдельный силовой элемент используется только для определенных типов автомобилей, эксплуатируемых в сложных дорожных условиях или для перевозки грузов. Современные легковые транспортные средства используют усеченную версию в виде подрамника или лонжеронов, вваренных в структуру кузова.

Преимущества и недостатки рамных конструкций

Рамная конструкция автомобиля очень удобна для конвейерной сборки, так как имеется свободный доступ к большинству агрегатов. Сервисные мастерские также отдают предпочтение подобным автомобилям, потому что так гораздо удобнее демонтировать детали и целые узлы для замены и ремонта. Владельцы рамных внедорожников могут спокойно ездить не только по асфальтовым дорогам, но и по «направлениям», не опасаясь за перекосы кузова, заклинившие в проемах двери и лопнувшие лобовые стекла. Ведь всю нагрузку воспринимает рама.

Безрамные конструкции преобладают среди легковых автомобилей благодаря ряду преимуществ. Во-первых, функционально разнесенные шасси и кузов существенно увеличивают вес автомобиля, отсюда вытекает повышенный расход топлива и ухудшенная динамика. Компоновка салона с лонжеронами вдоль бортов предполагает либо высокие бортики, через которые неудобно перелезать при посадке в авто, либо высокий пол, снижающий высоту потолка в салоне.

В последнее время более жесткие нормы безопасности для водителя и пассажиров не позволяют рамной конструкции автомобиля обеспечивать такой же высокий рейтинг на краш-тестах, как для аналогов с интегрированной схемой. Отдельно смонтированный кузов смещается относительно рамы во время аварии и неэффективно гасит энергию удара.

Область применения рамных конструкций

Автопроизводители остановились на рамной конструкции для грузовиков, тяжелых внедорожников и в некоторых случаях для автобусов. Отдельной статьей стоят премиальные авто, особенно в бронированном исполнении.

Изначально детали несущего основания скреплялись с помощью заклепок или цельнолитым способом. Клепочная технология достаточно простая и удобная. Она не требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации сборщиков. В настоящее время используется только для грузовиков. Рамы, изготовленные методом цельного литья, отличались высокой прочностью, но в силу своей дороговизны и сложности наладки оборудования и оснастки окончательно ушли в историю.

Рекомендуем

Сварочная технология заняла свое место и имеет все перспективы дальнейшего развития. Такую работу легко автоматизировать, а сварные элементы гораздо проще отливать и транспортировать, чем целиковую раму. Большинство грузовых и внедорожных автомобилей выполнено по этой технологии.

Автомобили с рамной конструкцией:

• УАЗ «Хантер»;
• УАЗ «Патриот»;
• Джипы «Грейт Волл»;
• Джипы «Хавал»;
• Некоторые джипы корейских производителей.

Мнение автовладельцев о рамной конструкции автомобиля

1. Не стоит путать кислое с соленым.

Классический легковой автомобиль в кузове седан или хэтчбек безусловно не нуждается в раме. Но если требуется большая грузоподъемность, увеличенная колесная база, возможность ездить по бездорожью, то следует обратить внимание на автомобиль рамной конструкции с минимальным количеством наворотов и вспомогательной электроники. На такой машине смело можно уехать от цивилизации и не опасаться неожиданных поломок. А если таковые и будут, то их можно устранить на месте. Современные кроссоверы созданы только для того, чтобы штурмовать бордюры для парковки на тротуаре. На них нельзя далеко уезжать от фирменного сервиса.

Современные «рамники», наоборот, можно считать автомобилями повышенной безопасности.

Для внедорожника рама скорее плюс, чем минус. Малая жесткость на кручение приводит к тому, что езда по пересеченной местности может закончиться перекосом кузова. Увеличенная колесная база необходима для улучшения устойчивости на дороге, но при этом недостаточная прочность приводит к ухудшению управляемости. Надежные машины высокой проходимости до сих пор имеют рамную конструкцию.

Каждый производитель закладывает свою «изюминку» в конструкцию кузова: у одного интегрированная рама, у другого высокопрочные стали, у третьего и то, и другое. Лидера выделить практически невозможно. Рама не ушла в историю по причине своей незаменимости для крупногабаритных джипов и пикапов. Коммерческий транспорт тоже никогда не сменит ориентацию. А все, что помельче, вполне обойдется безрамной компоновкой.

Источник Источник Источник Источник http://car4road.ru/blog/nesushhij-kuzov
Источник Источник Источник http://infokuzov.ru/kuzov/zapchasti
Источник Источник Источник http://rad-star.ru/pressroom/articles/ramnaya-konstruktsiya-avto/