Что такое и из чего состоит кузов легкового автомобиля

Автомобиль состоит из множества элементов, которые слаженно работают вместе. Основными из них принято считать двигатель, ходовую часть и трансмиссию. Однако, все они закреплены на несущей системе, которая и обеспечивает их взаимодействие. Несущая система может быть представлена разными вариантами, но наиболее популярным является кузов автомобиля. Это важный конструктивный элемент, который обеспечивает крепление составных частей транспортного средства, размещение пассажиров и грузов в салоне, а также воспринимает все нагрузки во время движения.

1. Назначение и требования
2. Компоновка кузовов
3. Устройство
4. Жесткость
5. Материалы для изготовления и их толщина
6. Алюминиевый кузов

Назначение и требования

Если двигатель называют сердцем автомобиля, то кузов – это его оболочка или тело. Как бы то ни было, именно кузов является самым дорогим элементом машины. Основное его назначение – это защита пассажиров и внутренних компонентов от воздействия окружающей среды, размещение посадочных мест и прочих элементов.

Как к важному конструктивному элементу к кузову предъявляются определенные требования, среди которых:

• стойкость к коррозии и долговечность;
• сравнительно небольшая масса;
• необходимая жесткость;
• оптимальная форма, чтобы обеспечить ремонт и обслуживание всех агрегатов автомобиля, удобство погрузки багажа;
• обеспечение необходимого уровня комфорта для пассажиров и водителя;
• обеспечение определенного уровня пассивной безопасности при столкновении;
• соответствие современным стандартам и тенденциям в дизайне.

Компоновка кузовов

Несущая часть автомобиля может состоять из рамы и кузова, только кузова или быть комбинированной. Кузов, который выполняет функции несущей части, так и называется несущим. Именно такой тип наиболее распространен на современных автомобилях.

Также кузов может быть выполнен в трех объемах:

• однообъемный;
• двухобъемный;
• трехобъемный.

Однообъемный выполняется как цельный корпус, который объединяет отделение для двигателя, пассажирский салон и багажный отсек. Такая компоновка соответствует пассажирским (автобусы, микроавтобусы) и грузопассажирским автомобилям.

Двухобъемный имеет две зоны пространства. Пассажирский салон, объединенный с багажником, и моторный отсек. К такой компоновке относятся хэтчбек, универсал и кроссовер.

Трехобъемный состоит из трех отсеков: пассажирского, отсека для двигателя и багажного отделения. Это классическая компоновка, которой соответствуют седаны.

Разные компоновки можно рассмотреть на рисунке ниже, а более подробно почитать в нашей статье о типах кузовов.

Устройство

Несмотря на разнообразие компоновок, кузов легкового автомобиля имеет общие элементы. Они показаны на рисунке ниже и включают в себя:

1. Передние и задние лонжероны. Представляют собой прямоугольные балки, которые обеспечивают жесткость конструкции и гашение колебаний.
2. Передний щит. Отделяет моторный отсек от пассажирского.
3. Передние стойки. Также обеспечивают жесткость и крепят крышу.
4. Крыша.
5. Задняя стойка.
6. Заднее крыло.
7. Багажная панель.
8. Средняя стойка. Обеспечивает жесткость кузова, изготавливается из прочной листовой стали.
9. Пороги.
10. Центральный тоннель, где располагаются различные элементы (выхлопная труба, карданный вал и т.д.). Также увеличивает жесткость.
11. Основание или днище.
12. Надколесная ниша.

Конструкция может быть иной в зависимости от типа кузова (седан, универсал, микроавтобус и т.д.). Особое внимание в конструкции уделяется несущим элементам, таким как лонжероны и стойки.

Жесткость

Жесткость – это свойство кузова автомобиля сопротивляться динамическим и статистическим нагрузкам в процессе эксплуатации. Она напрямую влияет на управляемость.

Чем выше жесткость, тем лучше управляемость автомобиля.

Жесткость зависит от типа кузова, общей геометрии, количества дверей, размера машины и окон. Большую роль также играет крепление и положение лобового и заднего стекол. Они могут увеличить жесткость на 20-40%. Для большего увеличения жесткости устанавливаются различные распорки-усилители.

Наиболее устойчивыми считаются хэтчбеки, купе и седаны. Как правило, это трехобъемная компоновка, которая имеет дополнительные перегородки между багажным отделением и двигателем. Недостаточную жесткость показывают кузова типа универсал, пассажирский, микроавтобус.

Есть два параметра жесткости – на изгиб и на кручение. На кручение проверяют сопротивление при давлении в противоположных точках относительно его продольной оси, например, при диагональном вывешивании. Как уже было сказано, современные автомобили имеют цельный несущий кузов. В таких конструкциях жесткость обеспечивается главным образом за счет лонжеронов, поперечных и продольных балок.

Материалы для изготовления и их толщина

Прочность и жесткость конструкции можно увеличить за счет толщины стали, но это скажется на массе. Кузов должен быть легким и одновременно прочным. Это обеспечивается за счет применения низкоуглеродистой листовой стали. Отдельные детали изготавливаются путем штамповки. Затем части прочно соединяются друг с другом точечной сваркой.

Основная толщина стали составляет 0,8-2 мм. Для рамы применяется сталь толщиной 2-4 мм. Наиболее важные детали, такие как лонжероны и стойки, изготавливаются из стали, чаще всего легированной, толщиной 4-8 мм, большегрузные автомобили – 5-12 мм.

Плюс низкоуглеродистой стали в том, что она хорошо подвергается формовке. Можно сделать деталь любой формы и геометрии. Минус в низкой устойчивости к коррозии. Для повышения стойкости к коррозии листы стали подвергаются оцинковке или добавляется медь. Лакокрасочное покрытие также защищает от коррозии.

Наименее важные детали, которые не несут основной нагрузки, изготавливаются из пластмасс или сплавов алюминия. Это снижает вес и стоимость конструкции. На рисунке показаны материалы и их прочность в зависимости от назначения.

Алюминиевый кузов

Современные конструкторы постоянно ищут способы снижения массы без потери жесткости и прочности. Одним из перспективных материалов является алюминий. Масса алюминиевых деталей в 2005 году в европейских автомобилях составила 130 кг.

Сейчас активно применяется материал пеноалюминий. Это очень легкий и одновременно жесткий материал, который хорошо поглощает удар при столкновении. Пенистая структура обеспечивает высокую термостойкость и шумоизоляцию. Минусом данного материала является его высокая стоимость, примерно на 20% дороже традиционных аналогов. Широко применяют алюминиевые сплавы концерны «Ауди» и «Мерседес». Например, за счет таких сплавов удалось значительно снизить массу кузова Ауди А8. Она составляет всего 810 кг.

Кроме алюминия рассматриваются пластиковые материалы. Например, инновационный сплав «Fibropur», который по жесткости практически не уступает стальным листам.

Кузов является одним из важнейших конструктивных компонентов любого автомобиля. От него во многом зависит масса, управляемость и безопасность транспортного средства. Качество и толщина материалов сказывается на долговечности и устойчивости к коррозии. Современные автопроизводители все чаще применяют углепластик или алюминий, чтобы снизить массу конструкции. Главное, чтобы кузов смог обеспечить максимально возможную безопасность для пассажиров и водителя в случае столкновения.

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).

Источник Источник https://techautoport.ru/nesuschaya-sistema/kuzov-i-rama/kuzov-avtomobilya.html
Источник Источник Источник Источник Источник https://car4road.ru/blog/nesushhij-kuzov