Скелет автомобиля — чем отличается рамная конструкция? Рама автомобиля
Рама автомобиля и все,что нужно о ней знать.
Рама автомобиля — несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.
В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.
Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.
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.
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.
Несущее днище
Несущее основание автомобиля — это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский «Фолькваген Жук», у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции — Renault 4СV аналогичной с «Жуком» заднеприводной компоновки.
Такая конструкция достаточно технологична при крупносерийном производстве, и притом удается обеспечить низкий центр тяжести машины и низкий уровень пола в салоне. У большинства современных автобусов днище также является несущим, только кузов к нему приваривается, а не прикручивается.
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:
Май 11, 2018 Автомобильная промышленность мира
Ноябрь 24, 2016 Бмв е30 технические характеристики обзор описание фото видео комплектация.
Ноябрь 26, 2016 Mercedes-benz viano обзор описание фото видео комплектация характеристики.
Ноябрь 13, 2016 Какую сигнализацию лучше поставить на автомобиль с автозапуском.
Апрель 29, 2017 Терминология, которая встречается в литературе по авторемонту.
Ноябрь 26, 2016 Volkswagen polo седан 2016 цена обзор описание характеристик фото видео комплектация.
Ноябрь 17, 2016 Volkswagen Teramont 2018 описание обзор фото видео комплектация.
Ноябрь 16, 2016 Volkswagen Polo 2017 года описание обзор фото видео комплектация.
Ноябрь 14, 2016 Опель вектра B технические характеристики фото видео обзор описание.
seite1.ru
Рама автомобиля. Основные виды рамных конструкций
| _____________________________________________________________________________________________________________________ |
Рама автомобиля - несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.
В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.
Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.
Лонжеронные рамы
В состав лонжеронной рамы входят несколько поперечин, которые иногда называют «траверсами», пара продольных лонжеронов (так называют главный силовой элемент несущей конструкции, представляющий собой короб сложной формы, выполненный из металла), кронштейны и крепления, предназначенные для установки на них кузова автомобиля и различных агрегатов. Как поперечины, так и лонжероны могут отличаться по конструкции и форме. Выделяют X-образные, К-образные, а также трубчатые поперечины. Их назначение заключается в придании конструкции максимально возможной жесткости. Для изготовления траверс обычно используется гнутый металлический профиль. Для лонжеронов наиболее характерным является переменное по длине П-образное сечение (швеллер). В самых нагруженных участках высоту сечения швеллера увеличивают.
Лонжероны могут располагаться параллельно относительно друг друга или под определенным углом. Кроме того, лонжероны могут устанавливаться изогнутыми в вертикальной либо горизонтальной плоскости. Параллельное расположение используется главным образом на грузовых транспортных средствах. Остальные схемы неплохо подходят для внедорожников – автомобилей, обладающих повышенной проходимостью. За счет установки лонжеронов под углом можно добиться получения максимального угла, на который поворачиваются управляемые колеса автомобиля. Изгибы в вертикальной плоскости выполняются для снижения центра тяжести. Вместе с этим становится ниже и уровень пола в машине. Благодаря изгибу лонжеронов в горизонтальной плоскости кроме понижения уровня пола достигается существенное повышение уровня пассивной безопасности в случае возможного бокового столкновения.
Для соединения деталей, входящих в состав рамы, между собой используются болты, заклепки. Широкое распространение нашли и сварные соединения. Рамы на заклепках чаще используют в конструкциях грузовых автомобилей, а сварные рамы – при изготовлении легковых машин и самосвалов с большой грузоподъемностью. Болты нашли применение в малосерийном производстве. Лонжеронными рамами оснащаются почти все грузовые машины и внедорожники. Именно популярностью таких конструкций обусловлено то, что под понятием «рама» чаще всего подразумевается как раз лонжеронная несущая система.
Хребтовые рамы
Разработка хребтовой рамы была осуществлена чехословацкой компанией «Татра» в 20-х годах прошлого столетия. Именно такими рамными шасси тогда оборудовались многие автомобили, выпускаемые этим предприятием. Основной конструктивный элемент хребтовой рамы – это центральная трансмиссионная труба, на которой объединяются картеры силового агрегата и таких узлов, как сцепление, коробка передач, главная передача.
Установке такой рамы сопутствует необходимость в оборудовании автомобиля независимой подвеской всех колес, что в большинстве случаев реализуется путем крепления по бокам к хребту пары качающихся полуосей (на каждой из них присутствует по одному шарниру). Главным достоинством данной схемы является высокий показатель крутильной жесткости. К тому же, становится возможной беспроблемная разработка всевозможных модификаций автомобилей с разным числом ведущих мостов. Основной недостаток – это сложность ремонта агрегатов, которые жестко закреплены на раме. С этим и связана невысокая популярность хребтовых рам в современном автомобилестроении.
Вильчато-хребтовые рамы
Своего рода разновидностью рассмотренного выше типа рамы является вильчато-хребтовая конструкция. Здесь передняя, а иногда – и задняя части выполняются в виде вилок, образованных парой лонжеронов, служащих для крепления силовой установки и агрегатов трансмиссии. Такая рама отличается от обычной хребтовой тем, что картеры узлов силовой передачи изготовляются отдельно. Многие специалисты относят сюда и так называемые Х-образные рамы, которые иногда называют разновидностью лонжеронных установок.
Периферийные рамы
Периферийная рама также часто рассматривается в качестве разновидности конструкции лонжеронного типа. В центральной части периферийной рамы расстояние между парой лонжеронов делают настолько большим, что после монтажа кузова лонжероны можно обнаружить прямо за дверными порогами. «Ахиллесова пята» такой рамы – это места, где осуществляется переход от увеличенного расстояния между лонжеронами к нормальному. В этих местах монтируются специальные коробчатые усиления, аналоги которым нередко встречаются в машинах с несущим кузовом. Результатом применения периферийной конструкции становится значительное понижение пола кузова, который целиком размещается между лонжеронами, что в итоге обеспечивает уменьшение общей высоты транспортного средства.
Решетчатые рамы
Решетчатые рамы иногда называют пространственными или трубчатыми. Такая система представляет собой пространственную ферму, для изготовления которой используются относительно тонкие трубы. Эти трубы выполняются из легированных сталей, отличающихся высокой прочностью. Кроме того, этот материал должен быть легким и прочным на кручение. Трубчатые конструкции нашли применение в гоночных и спортивных машинах, ведь для них одним из важных параметров является минимальная масса при максимальной прочности. Интегрированная в кузов рама конструктивно не имеет существенных отличий от обычной, однако она соединяется с кузовом при помощи сварки.
К главным преимуществам рамных конструкций автомобиля относятся: простота, довольно низкая стоимость, возможность унификации базовых моделей транспортных средств, восприятие серьезных нагрузок при езде, повышение комфортабельности, обеспечение лучшей шумоизоляции. Кроме того, ремонт автомобиля с рамой после дорожно-транспортного происшествия значительно легче, нежели ремонт машины, имеющей несущий кузов. Недостатками рам являются увеличение массы автомобиля (если сравнивать с несущим кузовом), а также худшая пассивная безопасность, связанная с трудностями, возникающими при создании зон запрограммированной деформации.
|
РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ: _____________________________________________________________________________________________________________________
|
autoustroistvo.ru
Несущая система автомобиля. Рама.
Рама автомобиля
Несущая система автомобиля
Несущая система служит для установки и крепления всех агрегатов и механизмов автомобиля. Она воспринимает поперечные и продольные нагрузки, изгибающие и крутящие моменты, передаваемые двигателем, трансмиссией и мостами автомобиля, а также колесами и подвеской в результате взаимодействия автомобиля с дорогой, ускорением и торможением.
Несущей системой может являться отдельный элемент - рама либо непосредственно кузов автомобиля, поэтому все автомобили подразделяются на рамные и безрамные (имеющие несущий кузов). Существуют также рамно-кузовные несущие системы, которые часто применяются на автобусах, при этом рама и основание кузова объединены в одну конструкцию.
К несущей системе автомобиля предъявляются следующие требования:
- достаточная прочность и жесткость;
- стабильное взаимное положение механизмов автомобиля;
- высокая технологичность при эксплуатации и ремонте;
- минимальная масса;
- сохранение кинематического согласования работы механизмов автомобиля и их работоспособности при изгибах и закручивании элементов несущей системы.
Преимущества рамной несущей системы:
- простота и надежность конструкции;
- технологичность при производстве и ремонте;
- универсальность (на одну и ту же раму можно устанавливать различные типы кузовов и на одном и том же шасси выпускать обычные и специальные автомобили).
Для грузовых автомобилей, имеющий отдельный кузов для груза и кабину для водителя и пассажиров, рамная конструкция является наиболее удобным техническим решением.
Несущие кузова применяются на легковых автомобилях особо малого, малого и среднего классов, а также на большинстве автобусов.
Преимущества несущих кузовов:
- уменьшение массы автомобиля;
- уменьшение высоты автомобиля;
- понижение центра тяжести автомобиля, следовательно, повышение его устойчивости;
- распределение нагрузки по всей конструкции автомобиля, а не только в раме.
Недостатками несущих кузовов является сложность изготовления и ремонта, а также низкая универсальность при применении на автомобилях разного назначения – даже незначительные изменения компоновки автомобиля требуют затратных изменений в конструкции кузова.
***
Рама автомобиля
Рама является остовом автомобиля, т. е. его «скелетом». Она воспринимает все внешние и внутренние нагрузки, возникающие при движении автомобиля и даже при его стоянке – вес груза, пассажиров и размещенных на ней механизмов и устройств, а также моменты и усилия, передаваемые двигателем и агрегатами трансмиссии и ходовой части. По этим причинам к автомобильным рамам предъявляются требования:
- необходимая жесткость и прочность;
- минимальная масса;
- рациональная форма, допускающая низкое расположение центра тяжести автомобиля, достаточные ходы подвески, элементов рулевого управления и углы поворота управляемых колес.
***
Классификация автомобильных рам
Рамы бывают лонжеронные и хребтовые (центральные). Лонжеронные рамы, в свою очередь, подразделяются на лестничные и периферийные. Разновидностью хребтовых рам являются Х-образные рамы.
***
Лонжеронные рамы
Лестничная лонжеронная рама
Лестничная лонжеронная рама (рис. 1, рис. 2, а) состоит из двух лонжеронов 1 (продольных балок), которые соединены между собой поперечинами 2. Лонжероны и поперечины имеют швеллерное сечение, при этом полки швеллеров при сборке рамы обращены внутрь. Толщина листовой стали, из которой изготавливают лонжероны, составляет 5…10 мм. В качестве материала для элементов конструкции автомобильных рам применяются низкоуглеродистые стали, которые хорошо поддаются холодной штамповке. Иногда применяются титанистые стали, позволяющие благодаря их более высоким механическим свойствам снизить массу рамы на 15…20%.
Лонжероны могут располагаться параллельно или сходиться в передней части автомобиля с целью образования свободного пространства, необходимого для поворота управляемых колес. В соответствии с распределением нагрузки на рамы для двухосных автомобилей наибольшее сечение лонжерона находится в средней части рамы, уменьшаясь к концам рамы. Переменное сечение лонжеронов позволяет снизить массу и расход металла, без существенного снижения прочности и жесткости рамы. Кроме того, такая конфигурация лонжеронов позволяет снизить центр тяжести автомобиля, что немаловажно для повышения его устойчивости при криволинейном движении и маневрировании.
Для снижения центра тяжести балки лонжеронов у легковых автомобилей и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности часто выгибают над осями и мостами в вертикальной плоскости.
Жесткость рамы повышают установкой косынок и раскосов между лонжеронами и поперечинами. Лонжероны и поперечины скрепляют между собой клепкой в холодном состоянии или сваркой. Широкое применение клепаных соединений обусловлено хорошей стойкостью к вибрационным нагрузкам. Сварные рамы отличаются большой жесткостью, но сложнее в ремонте и менее прочны в местах, прилегающих к сварным швам.
Поперечины крепятся к полкам лонжеронов и их стенкам. Места расположения поперечин и форма их поперечного сечения (коробчатая, корытообразная, Z-образная, П-образная и т. д.) выбираются исходя из равнопрочности рамы по всей длине.
Поперечины обязательно устанавливаются в месте крепления кронштейнов рессор, двигателя, бензобаков, в местах установки балансирной рессоры (для трехосных автомобилей), а сами лонжероны в этих местах часто усиливаются специальными вставками.
Поперечины штампуются из той же листовой стали, что и лонжероны. При сложной форме поперечин используются высокопластичные стали. Однородность металла элементов рамы диктуется возможностью возникновения гальванических токов при применении разного металла для лонжеронов, поперечин, заклепок и усилительных элементов. Гальванические токи инициируют коррозию и могут доставить другие неприятности при эксплуатации автомобиля.
Для рам автомобилей большой и особо большой грузоподъемности применяются прокатные профили из малоуглеродистых низколегированных сталей. Материал прокатных профилей имеет более высокие механические характеристики, чем листовая сталь. Однако масса таких рам больше, так как лонжероны по всей длине имеют одинаковое сечение.
Периферийные рамы
Периферийные рамы (рис. 2, в) могут применяться в конструкции несущей системы легковых автомобилей. Лонжероны периферийной рамы проходят по периферии пола кузова автомобиля и создают ему естественный порог. Это увеличивает сопротивляемость кузова боковым ударам.
Свободная средняя часть рамы позволяет опустить пол кузова, повысив тем самым устойчивость автомобиля. Для увеличения хода колес автомобиля лонжероны выгибаются в вертикальной плоскости над передним и задним мостами. Средняя часть рамы расположена ниже этих выгибов.
***
Хребтовые рамы
Хребтовая рама (рис. 2, г) состоит из одной центральной несущей балки 9, к которой прикреплены поперечины 10 и различные установочные кронштейны. Центральная балка, внутри которой размещается карданная передача, имеет трубчатое сечение. Если на легковых автомобилях хребтовая рама обычно неразборная, на грузовых автомобилях центральная балка состоит из картеров отдельных агрегатов трансмиссии автомобиля, которые соединяются между собой специальными патрубками.
Между картерами и патрубками устанавливаются кронштейны для крепления кабины, грузового кузова, двигателя и других агрегатов. Такая разъемная хребтовая рама универсальна, так как, изменяя длину, можно создавать семейства автомобилей с различным числом ведущих мостов и с разными базами на одних и тех же унифицированных агрегатах. Хребтовая рама позволяет снизить массу автомобиля на 15…20%, так как сами агрегаты трансмиссии образуют элементы рамы. Хребтовая рама обладает более высокой жесткостью по сравнению с лонжеронной рамой, однако такая рама требует применения легированных сталей для изготовления картеров агрегатов трансмиссии и соединительных патрубков, а также высокой точности при изготовлении. Кроме того, при техническом обслуживании и ремонте автомобиля затрудняется доступ к механизмам трансмиссии и требуется частичная, а иногда и полная разборка рамы.
Х-образная рама (рис. 2, б) позволят увеличить углы поворота управляемых колес, тем самым улучшить маневренность автомобиля. Эта рама также позволяет понизить пола кузова, центр тяжести автомобиля, увеличить его статическую и динамическую устойчивость.
***
Дополнительные элементы конструкции автомобильных рам
К раме крепят кронштейны для рессор, амортизаторов, крыльев, подножек и другие элементы кузова и кабины автомобиля. На переднем конце рамы устанавливается буфер и буксирные клюки. Буфер предназначен для восприятия толчков и ударов при наездах и столкновениях. В задней части грузовых автомобилей расположено буксирное устройство. На усиленную переднюю поперечину устанавливают переднюю опору двигателя.
Тягово-сцепное устройство автомобиля
Тягово-сцепное устройство (или, как его обычно называют - фаркоп) предназначено для сцепки автомобилей тягачей с прицепами и смягчения осевых толчков, возникающих при движении автопоезда.
Тягово-сцепное (буксирное) устройство (рис. 1, б) представляет собой стальной кованый крюк 18, на стержне которого между двумя упорными шайбами 9 и 20 установлен резиновый упругий элемент 10, поджимаемый гайкой 8. Стержень крюка в сборе с буфером размещен в корпусе 11, который вместе с крышкой 19 болтами прикреплен к задней поперечине рамы. Выступающий из стакана конец стержня с зашплинтованной на нем гайкой 8 закрывается колпаком 7. Защелка 17 крюка стопорится собачкой 13, установленной на оси, а также предохранительным шплинтом 14, соединенным цепочкой 16 и входящим в отверстие собачки 13.
Надрамник автомобиля-самосвала
Несущая система автомобилей-самосвалов кроме основной рамы включает еще дополнительную укороченную раму – надрамник, на который устанавливается грузовой кузов и крепятся элементы механизма подъема кузова. Надрамник позволяет снизить нагрузку на заднюю часть основной рамы автомобиля при подъеме кузова во время разгрузки, принимая часть этой нагрузки и распределяя ее равномерно по основной раме. Надрамник выполняется сварным из штампованной листовой стали. Он крепится к раме самосвала с помощью стремянок и болтовых соединений.
На рис. 3 показан надрамник автомобиля самосвала марки «КамАЗ», который состоит из двух лонжеронов 3, соединенных поперечинами 2,4,8 и 11. В задней части, где возникают наибольшие нагрузки, надрамник имеет Х-образный усилитель 6, а его лонжероны снабжены усилителями 7. Поперечины 2 и 11 имеют корытообразное сечение, остальные поперечины имеют швеллерное сечение. К лонжеронам приварены кронштейны крепления надрамника к раме 10, ограничители боковых перемещений надрамника, кронштейны резинометаллических опор 1 кузова и кронштейны 9 осей опрокидывания кузова. К поперечине 11 прикреплены нижняя опора гидроцилиндра подъемного механизма кузова, кран управления и клапан ограничения подъема кузова. На поперечине 2 установлена резинометаллическая опора 5, служащая дял фиксации кузова в поперечном направлении. На поперечине 4 закреплен кронштейн страховочного троса ограничителя опрокидывания кузова.
Безрамные несущие системы автомобилей рассмотрены в разделе «Кузов автомобиля».
***
Несущий кузов легкового автомобиля
k-a-t.ru
Рамная конструкция кузова автомобиля
Достаточно часто приходится слышать о рамных конструкциях автомобилей — особенно когда речь идёт о мощных внедорожниках или технике, рассчитанной на высокую нагрузку. Однако встретить на улице легковой автомобиль, оснащённый рамой, уже очень сложно, хотя ещё несколько десятилетий назад они были очень распространены. Рамные автомобили постепенно отходят в прошлое — причиной тому являются изменения в требованиях, которые предъявляются к современному транспортному средству. Чтобы понять, почему так происходит, стоит узнать больше о конструкции машин с рамой, а также об её особенностях, преимуществах и недостатках.
Сегодня нечасто встретишь рамный автомобиль
Теоретическая часть
Рамой называется жёсткий элемент автомобиля, который принимает на себя основные нагрузки и используется для крепления на нём остальных элементов, представленных силовым агрегатом, трансмиссией, кузовом и разнообразным оборудованием. В отличие от альтернативного ей несущего кузова, рама в большинстве случаев является плоской и представляет собой своеобразный «стержень», придающий жёсткость всей конструкции в целом. Фактически рамная конструкция кузова представляет собой основу, вокруг которой собирается автомобиль — благодаря этому он становится намного проще в производстве и в обслуживании по сравнению с другими типами компоновки.
Существует множество видов рам, применяющихся в автомобилестроении. Наиболее распространённой в настоящее время является прямая лонжеронная рама, которая создаётся из двух продольных металлических балок, проходящих по всей длине кузова. В определённых местах они соединяются поперечинами — так называемыми траверсами, которые придают этому элементу жёсткости и предназначаются для крепления отдельных агрегатов. Особой модификацией лонжеронной рамы является периферийная конструкция, которая подразумевает существенное увеличение расстояния между продольными лонжеронами в центральной части кузова. Такие рамные легковые автомобили обладают достаточно низко опущенным полом, который находится между балками, играющими роль порогов.
Существуют и экзотические варианты — в частности, хребтовые рамы, в которых несущим элементом выступает центральная труба, в которой проходят трансмиссионные валы. Она позволяет существенно уменьшить массу и габариты автомобиля относительно случая использования классической лонжеронной рамы, а также даёт возможность применять независимую подвеску. Однако есть у неё и свой недостаток — сложность ремонта транспорта, для осуществления которого необходимо полностью разобрать машину.
Видео о том, как устроена конструкция рамы внедорожника:
Также необходимо упомянуть и о решетчатых рамах, применяющихся в спортивных автомобилях — они создают не только несущую основу, но и каркас безопасности, на который навешиваются лёгкие кузовные панели. Иногда рамная конструкция автомобиля объединяется с несущим кузовом — в таком случае говорят об интегрированной раме, принимающей на себя только часть нагрузок. По типу соединения деталей рамы подразделяются на следующие виды:
- Клёпаные — легки в производстве.
- Болтовые — обладают повышенной прочностью, но очень высокой трудоёмкостью сборки.
- Сварные — наиболее дорогие и прочные.
Важнейшие преимущества
Если посмотреть на список рамных автомобилей легкового типа, то можно увидеть, что большая его часть принадлежит крупным внедорожникам, таким как Toyota Land Cruiser, Nissan Patrol, УАЗ Патриот и прочим. Это неудивительно — ведь рама может переносить большие нагрузки по сравнению с несущим кузовом. За счёт этого достигается лучшая проходимость — автомобиль не деформируется при преодолении существенных уклонов и серьёзных преград. Также увеличение допустимых нагрузок способствует и повышению массы транспортируемого груза. Именно поэтому большая часть коммерческого транспорта строится на основе жёсткой рамы.
УАЗ Патриот — представитель рамных автомобилей
С точки зрения производителей, рама также является более предпочтительной — к ней легче крепить основные агрегаты и навесное оборудование. Подобную конструкцию удобнее пропускать через конвейер — она может собираться отдельно от кузова, что существенно ускоряет процесс изготовления транспортного средства, позволяя разделить его на две технологические цепочки. В пользу рамы выскажутся и работники сервисных центров — при её использовании намного легче восстанавливать геометрическую целостность кузова. В случае же, когда повреждения являются чересчур сильными, можно просто заменить раму, которая обладает меньшей стоимостью, чем готовый к использованию несущий кузов. Тем не менее от рамной конструкции отказалось большинство производителей автомобилей — следовательно, на то были свои причины.
Минусы жёсткой основы
Даже применение современных материалов не способно существенно облегчить раму или уменьшить её габариты — она всё равно будет утяжелять автомобиль, и вынуждать придавать ему большие размеры без существенного повышения полезного объёма внутри кузова. Следовательно, повышается расход топлива, увеличиваются выбросы выхлопных газов и происходит нанесение существенного вреда окружающей среде. В масштабах узкого сегмента внедорожников это не очень важно, а если большинство легковых машин будет иметь подобную компоновку, все преимущества рамной конструкции автомобиля меркнут перед подобными проблемами. Кроме того, повышение массы означает увеличение нагрузки на ходовую часть. Пружины не всегда способны справиться с весом рамного транспорта, поэтому их зачастую заменяют более выносливыми, однако, не столь комфортабельными рессорами.
Рамный автомобиль может доставлять владельцу ряд неудобств
Стоит сказать и пару слов о безопасности. При использовании рамы неразрушимой связи между ней и остальными частями кузова не существует. Соответственно, при возникновении очень сильного удара происходит взаимное смещение различных частей транспортного средства. Это приводит к очень серьёзным последствиям, в частности, получению травм пассажирами или даже к летальному исходу. Следовательно, основной причиной отказа большинства изготовителей от рамы является изменение требований к современному автомобилю, который должен быть максимально безопасным и экономичным.
Кому пригодится рама?
Зная о том, что значит «рамный автомобиль», мы без труда можем сделать вывод о назначении подобных транспортных средств. Они пригодны для использования в качестве коммерческой техники, а также специальных автомобилей, предназначенных для выполнения очень тяжёлых работ. Кроме того, рама обязательно нужна и внедорожнику, полный привод которого разработан не для преодоления городских бордюров. Если такие машины вам точно не нужны, стоит обратить более пристальное внимание на современные авто с несущим кузовом. Они обладают большей эффективностью использования топлива, а также безопасностью и практичностью.
365cars.ru
Рама автомобиля
Строительные машины и оборудование, справочник
Категория:
Ходовая часть автомобиля
Рама автомобиляРама служит основанием, на котором укреплены все части и механизмы автомобиля и его кузов.
Раму имеют все грузовые автомобили. Рама (рис. 1) состоит из двух продольных балок — лонжеронов, соединенных несколькими поперечинами — траверсами. Лонжероны изготовлены штамповкой из листовой стали и имеют корытиое или коробчатое сечение переменного профиля, наиболее усиленного в средней части. Части рамы скреплены при помощи угольщиков и косынок на заклепках или путем сварки.
Рис. 1. Рама грузового автомобиля
Передние поперечные балки служат для крепления двигателя. К лонжеронам прикреплены кронштейны для крепления деталей подвески.
У грузовых автомобилей в задней части рамы на специальных поперечных балках устанавливают буксирное устройство, включающее крюк с запором и амортизирующей пружиной или с резиновым амортизатором. Крюк предназначен для присоединения буксируемых автомобилем прицепов.
В передней части рамы закреплены два простых крюка, используемых для буксировки автомобиля при его неисправности, вытаскивания из грязи и т. д.
К передней части рамы прикреплен металлический упор — буфер. Рама со всеми собранными на ней частями опирается через детали подвески на оси с колесами.
Рамой оборудуются также легковые автомобили большой вместимости, имеющие значительное расстояние между осями колес («Чайка», ЗИЛ-111).
Рис. 2. Несущий кузов легкового автомобиля
Для получения необходимой прочности и устранения возможности деформаций кузова раму легковых автомобилей изготовляют специальной конструкции, обычно с Х-образной поперечной балкой и с балками, имеющими увеличенные сечения. К передней и задней частям рамы присоединяют буферы.
У легковых автомобилей малой и средней вместимости отдельная рама обычно отсутствует и вместо рамы используется жесткое основание кузова. Такой кузов называется несущим. Несущую конструкцию кузова имеют автомобили «Запорожец», «Москвич» и «Волга».
У легкового автомобиля с несущим кузовом раму заменяет жесткая конструкция каркаса кузова (рис. 2), состоящая из пола, усиленного балками, передней части, боковых стоек, крыши и задней части. Эти части снабжены усилителями и соединены сваркой. В передней части к полу кузова прикреплена болтами или с помощью сварки короткая (подмоторная) рама, служащая для установки силового агрегата и передней подвески автомобиля. Подкосы, приваренные к раме, крепятся болтами или привариваются к щитку кузова.
—
Рама автомобиля служит для крепления на ней двигателя, агрегатов шасси, кузова и, таким образом, является несущей конструкцией.
Рис. 3. Лонжеронная рама автомобиля ЗИЛ-130: 1 — буксирный крюк; 2 — буфер; 3 — кронштейн амортизатора; 4 — поперечина; 5 — лонжерон; 6 — буксирный прибор; 7 — кронштейны рессор; в — кронштейн опоры двигателя
Раму имеют все грузовые автомобили, легковые автомобили высокого класса и некоторые типы автобусов. По конструкции различаются рамы лонжеронные, центральные (хребтовые) и Х-образные (комбинированные).
Лонжеронная рама, получившая наибольшее распространение, состоит из двух лонжеронов (продольных балок), связанных между собой несколькими поперечинами (рис. 3). К переднему торцу рамы крепится буфер с двумя буксирными крюками, в задней части рамы установлен буксирный прибор. На лонжеронах крепятся кронштейны для амортизаторов, рессор, опор двигателя, кабины и платформы.
Лонжероны и поперечины штампуются из листовой стали и соединяются между собой заклепками. Сечение лонжеронов имеет корытообразный профиль с наибольшей высотой и жесткостью в средней, более нагруженной части рамы. Поперечины могут иметь специальную форму, необходимую для установки определенных узлов и агрегатов автомобиля.
Безрамная конструкция автомобиля предусматривает применение несущего кузова и используется в легковых автомобилях малого, среднего класса и некоторых типах автобусов. Это позволяет снизить вес легкового автомобиля примерно на 5%, автобуса — на 15%. Корпус кузова легкового автомобиля представляет собой жесткую сварную конструкцию, включающую в себя пол, усиленный лонжеронами и поперечинами, передок с двумя лонжеронами подмоторной рамы, заднюю часть с панелью, боковины со стойками, крылья и крышу.
Рама автомобиля при движении испытывает значительные вертикальные динамические нагрузки от сил инерции подрессоренных частей — самой рамы, двигателя, сцепления и коробки передач, кузова. Рама рассчитывается на прочность при изгибе, кручении и изготовляется из малоуглеродистых или малолегированных сталей с хорошей прочностью и пластичностью.
—
Рама автомобиля представляет собой остов, на котором укреплены все механизмы автомобиля. Рама должна обладать высокой прочностью и жесткостью, но в то же время быть легкой и иметь такую форму, при которой возможно более низкое расположение центра тяжести автомобиля для увеличения его устойчивости.
Существует три основных типа рам:— лонжеронные, состоящие из двух продольных балок (лонжеронов), соединенных поперечинами;— центральные, имеющие в качестве хребта одну продольную балку или трубу;— комбинированные, сочетающие в своей конструкции оба принципа (среднюю часть рамы выполняют как центральную, а концы делают лон-жеронными).
На грузовых автомобилях наибольшее распространение получили лонжеронные рамы, состоящие из двух продольных параллельных балок — лонжеронов, соединенных поперечинами (траверсами), с использованием сварки или заклепок. В зонах, подвергающихся наибольшим нагрузкам, лонжероны имеют более высокий профиль, а иногда усиливаются местными вставками. Материалом для лонжеронов служат стальные корытообразные профили (швеллеры). Лонжероны иногда делают выгнутыми в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Рис. 3. Автомобильные рамы: а и б — лонжеронные; в — центральные; г — комбинированные
К лонжеронам приклепывают или привертывают кронштейны для крепления рессор, подножек и запасного колеса, а также буфера и тягово-сцепное устройство. Буфера предохраняют кузов от повреждения при наездах, а тягово-сцепное устройство используют для буксирования прицепов.
—
Рама является основанием для крепления агрегатов, механизмов и кузова автомобиля.
Рама грузового автомобиля состоит из двух продольных балок — лонжеронов, и нескольких поперечин. Элементы рамы изготовляются штамповкой и соединяются между собой заклепками. Лонжероны по овоей длине имеют неодинаковое сечение; в средней части, а у трехосных автомобилей и в задней, они имеют большую высоту. Поперечины изготовлены такой формы, которая обеспечивает крепление к раме соответствующих механизмов.
В передней части рамы к лонжеронам крепятся буфер и буксирные крюки. Автомобили ЗИЛ на переднем буфере имеют откидывающуюся подножку. На задней поперечине устанавливаются буксирное устройство и съемные упругие буферы. На автомобилях ЗИЛ на задней поперечине имеются по два рым-болта для крепления аварийных цепей прицепа.
Буксирное устройство состоит из крюка с защелкой, резинового буфера с упорными шайбами, корпуса с кронштейном и колпаком. Защелка крюка удерживается в закрытом или открытом положениях собачкой. Для устранения самопроизвольного расцепления в отверстия защелки и собачки вставлен шплинт, прикрепленный к крюку на цепочке. Смазка трущихся поверхностей осуществляется через пресс-масленку. У буксирного устройства автомобиля «Урал-375Д» в качестве упругого элемента, используется пружина, а само устройство закреплено в специальной поперечине, которая снизу крепится к задним концам лонжеронов рамы.
Рис. 4. Рама автомобиля ЗИЛ-131:1 — передний буфер; 2 — буксирный крюк; 3 — кронштейн пусковой рукоятки; 4, 9, 12, 13, 14 — поперечины; 5 — брызговик; 6 — кронштейн задней опоры двигателя; 7 — верхний кронштейн амортизатора; .8—- кронштейн крепления электромагнитного клапана управления включением переднего моста; 10 — кронштейн задней подвески кабины; 11 — кронштейн крепления раздаточной коробки; 15 — рым цепи прицепа; 16 — буксирное устройство; 17 — кронштейны буферов задней рессоры; 18, 20 — кронштейны передней рессоры; 19 — лонжерон
Основными неисправностями рамы являются ослабление заклепок, появление в раме трещин и изломов. Ослабленные заклепки обнаруживаются по дребезжащему звуку, который они издают при простукивании молотком. Трещины и изломы определяются внешним осмотром. Ослабевшие заклепки следует заменить новыми или вместо них поставить болты с пружинными шайбами.
Вследствие высокой прочности и жесткости рама особого технического обслуживания не требует. Необходимо ежедневно очищать ее от грязи и пыли (снега), производить мойку. При ТО-1 проверяют состояние заклепочных соединений и целостность отдельных элементов рамы. Необходимо следить за состоянием окраски рамы и своевременно подкрашивать места, где окраска нарушена.
Читать далее: Передняя и задняя оси автомобиля
Категория: - Ходовая часть автомобиля
Главная → Справочник → Статьи → Форум
stroy-technics.ru
Рамные автомобили: почему автомобили с несущим кузовом никогда не вытеснят рамные
Предтечи
К тому времени у многих марок стали появляться массовые модели, производство которых стремились удешевить и упростить в числе прочего и за счет снижения материалоемкости и упрощения технологии сборки. Распространенные тогда конструкции с рамным шасси и кузовами на деревянном каркасе к этому не располагали, и, несмотря на более высокую цену стали, кузовостроение переориентировалось с древесины на металл.
Кузова стали варить из штампованных металлических деталей. Конструкторам, получившим в свое распоряжение технологии штамповки каркасных деталей нужного профиля и прочности, оставалось лишь усилить пространственную конструкцию кузова до той степени, чтобы она могла нести на себе узлы и агрегаты всего автомобиля.
Методики расчета и технологии металлообработки к тому времени достигли того уровня, когда стало возможным при массовом производстве достигать небольшого веса и достаточной жесткости трехмерной системы.
Lancia Lambda Torpedo 4 Series 1922-1924
Так, собственно, и родился несущий кузов автомобиля. Первые безрамные серийные легковушки — итальянская Lancia Lambda (1922 г.) с открытым кузовом «торпедо». Потом были компактный седан Opel Olympia (1935) и ставший впоследствии легендарным переднеприводный Citroen 7 Traction Avante (1934). Они показали, что рама для массовой легковой машины вовсе необязательна. Но эти автомобили были сродни сегодняшней Tesla или BMW i8. О них знали все, но имели очень немногие.
Перелом
К середине ХХ столетия обозначилось еще одно существенное преимущество цельнометаллического несущего кузова перед рамной конструкцией. Общественность начала заботиться о пассивной безопасности транспортных средств. Краш-тесты показали, что машины с лонжеронной рамой опасны при самых распространенных столкновениях — фронтальных.
Слишком жесткая рама не позволяла «передку» автомобиля деформироваться и в нужной степени поглотить энергию удара, в итоге пассажиры в салоне получали смертельно опасные травмы от удара о детали интерьера.
У безрамного автомобиля оказалось гораздо проще рассчитать зоны деформации для самых «популярных» типов столкновений и обеспечить сохранность «обитаемой капсулы». Несущий кузов также позволял конструкторам при его существенном смятии от лобового удара направить тяжелый силовой агрегат под днище, а не в салон, как нередко происходило у рамной конструкции, закрытой снизу жесткими лонжеронами.
Таким образом, сформировался целый комплекс причин, приведших к отходу от широкого применения рамных конструкций:
1. Появление технологий производства несущих кузовов небольшой массы и достаточной жесткости;
2. Борьба за облегчение автомобилей;
3. Стремление увеличить полезный объем кузова;
4. Желание улучшить управляемость автомобиля за счет снижения центра тяжести;
5. Повышение требований к пассивной безопасности автомобиля.
Автомобиль Nash 1942 г. На рисунке выделены усилители кузова.
Долгое расставание
Мир легковых автомобилей расставался с рамами не спеша. В Европе это происходило по мере смены моделей в производственной программе ведущих автомобильных марок, то есть относительно быстро. А вот в Новом Свете процесс затянулся всерьез.
Стремительное развитие потребительского рынка в послевоенной Америке привело к частому, буквально ежегодному обновлению модельных линеек. Непрерывная работа над рестайлингами и сменой моделей облегчалась благодаря рамным конструкциям американских машин: оставляя шасси неизменным многие годы, конструкторы обновляли только кузов.
К тому же рамной архитектуре как нельзя лучше соответствовала концепция американских дорожных дредноутов в целом: высокие требования к плавности хода, большие габариты (длина до 5,5 м, ширина до 2 м), тихоходные многолитровые двигатели (объем до 5-6 л), значительная масса (более 2 т), которая порой выдавалась рекламистами тех лет за достоинство.
Ford Crown Victoria police interceptor
По указанным причинам рамные конструкции продержались в американском автопроме вплоть до 2011 года, когда был закрыт завод, выпускавший последнего из полноразмерных могикан — Ford Crown Victoria, который мы все знаем по американским боевикам 1990-х и 2000-х годов как основной транспорт полиции.
Машина была прочной, выносливой и комфортабельной, хотя по нынешним меркам при существенных габаритах (5,4 х 2,0 х 1,5 м) не могла похвастать соответствующим пространством в салоне. Следующий полицейский Ford — седан Taurus Police Interceptor (о нем мы писали в статье про американские модели, которые нельзя купить в России) — выполнен уже по цельнонесущей схеме.
А как же офф-роуд?
Не так все просто сложилось в сообществе автомобилей-внедорожников: лишить их рамы без существенных потерь оказалось сложнее. Как минимум потому, что езда по плохим дорогам или бездорожью так или иначе предполагает частое «вывешивание» машины — ее диагональный перекос.
Чтобы обеспечить при этом сохранение геометрии несущего кузова, необходимо значительно усиливать его за счет дополнительных косынок, распорок, более мощных балок. В противном случае неизбежны перекосы проемов с невозможностью открыть или закрыть дверь, а то и усталостные трещины в самых нагруженных местах. Ситуация усугубляется тем, что большинство внедорожников имеют крупные пятидверные кузова, обеспечить пространственную жесткость которых еще труднее.
В общем, полностью «забрать» раму у больших внедорожников конструкторы не смогли — ее сделали интегрированной. Иначе говоря, облегченные части обычной рамы встроили в силовой каркас кузова. В первую очередь это были продольные лонжероны, развитые до трехмерной формы в определенных «районах» кузова. Так сделали создатели третьего поколения Land Rover Discovery (2004 г.) или Suzuki Grand Vitara (2005 г.) второй генерации.
Suzuki Grand Vitara и Land Rover Discovery
А одним из пионеров интегрированной рамы среди бескомпромиссных внедорожников был советский вездеход ЛуАЗ-969. При рождении в 1966 г. «Волынянка» получила легкий открытый кузов, в днище которого была вварена лонжеронная рама из продольных и поперечных балок. Подробно об истории этого удивительного автомобиля мы уже писали.
Следует отметить, что лишаясь рамы, представители славного племени суровых «проходимцев» рискуют потерять возможность иметь много близких «родственников» — определенное количество вариаций кузовов и моделей. Ведь именно рамное шасси облегчает создание «одноплатформенных» семейств, включающих автомобили с разной базой, трех- и пятидверным кузовами, а то и с кузовом «пикап».
Например, как у Land Rover Defender, Mitsubishi L200/Pajero Sport, Nissan Pick Up/Navara/Pathfinder. И еще один «приговор» с точки зрения записных джиперов — невозможность отлифтовать, то есть поднять кузов над рамой, чтобы повысить проходимость за счет колес большего диаметра.
Рама’s not dead
Впрочем, анализ эволюции автомобилей показывает, что отказ от отдельных рам — не более чем историческая «погрешность», обусловленная смещением потребительского интереса в сторону кроссоверов.
На сегодняшний день список «интеграторов» насчитывает около полудюжины моделей, эксплуатируемых по большей части в городах и на асфальтовых шоссе, — Range Rover Sport, Suzuki Grand Vitara, Daihatsu Terios, Land Rover Discovery. А настоящие суровые внедорожники остаются с рамами, и тенденции отказа от них не наблюдается.
Более того, есть примеры, когда вчерашние безрамные автомобили становятся рамными, как например, «региональный» австралийский Ford Territory/Everest с несущим кузовом, превращаясь в новую глобальную модель американской марки, получает мощное рамное шасси от пикапа Ranger. А Nissan обещает в следующем году представить новый рамный внедорожник на базе пикапа Navara NP 300 взамен ушедшего в «безрамники» Pathfinder .
Неужели рамы — это навсегда? Похоже, что так. Суперсовременный и целиком электрический BMW i3 при своем модном карбоновом кузове-монококе базируется на внушительной алюминиевой пространственной раме… А о том, что такое пространственная рама и чем она отличается от обычной, мы уже говорили в нашей статье по классификации рам.
Читайте также:
www.kolesa.ru
Рама и кузов: на чем все держится
Как собрать воедино все агрегаты самобеглой коляски, обеспечив их точное взаиморасположение при любых условиях движения? Первые автоинженеры об этом долго не думали. Все было уже придумано до них, и варианты были перед глазами: или несущий «кузов» телеги и кареты, или рамная конструкция паровоза и прочего железнодорожного транспорта. Тогда вопрос был решен в пользу рам, а сегодня автомобили с традиционной рамной конструкцией встречаются довольно редко. Хотя элементы рамной схемы использует большинство современных серийных машин.
Что такое рама?
В общем понимании рама (в терминологии первой половины прошлого века — остов) — это пара лонжеронов из металлического профиля, соединенных несколькими поперечинами. Рама служит основой, силовым каркасом, на который «навешиваются» кузов, силовой агрегат, элементы подвески и т.д.
«Остов» автомобиля начала века, фото: Wikipedia.org
Почему конструкторы выбирали раму?
1. Несущий кузов был или недостаточно жестким, или слишком тяжелым — сказывался тогдашний низкий уровень технологий.
Важная особенность рамной конструкции, плоской по сути, заключается в низком сопротивлении кручению по сравнению с несущей конструкцией коробчатого по своей сути кузова. На протяжении всей «рамной эпохи» этот вопрос решали двумя способами — увеличивая толщину металла и количество поперечин или меняя характеристики самого металла.
Проблема в принципе оказалась решаемой, тем более не всегда низкая сопротивляемость кручению вредила автомобилям. Так, в массовом советском грузовике ЗИС-5 «эластичная» рама («перепады» между диагонально противоположными концами рамы могли достигать 3-4 см) значительно повышала проходимость трехтонки, не позволяя на ухабах колесам вывешиваться. Потеря контакта колеса ведущего моста с дорогой чревата остановкой машины из-за «ухода» крутящего момента на поднявшееся колесо, поэтому трехтонка ЗИС ценилась на фронтовом бездорожье в период Великой Отечественной.
ЗИС-5
2. На одной и той же платформе можно было продавать множество моделей автомобилей под разные запросы клиентов.
Это сейчас термин «платформа» понимают как некую общность деталей двух разных авто. В первой половине ХХ века технология работала буквально.
Многие автомобили продавались в виде шасси — рамы со всеми агрегатами ходовой части вплоть до руля и педалей, а кузов клиент уже сам заказывал специализированному ателье. В итоге покупатель, обладая достаточным количеством финансов, мог позволить себе абсолютно эксклюзивный авто с полностью серийной агрегатной базой. Сейчас такое уже, увы, невозможно.
«Остов» автомобиля начала века, фото: Wikipedia.org
Эволюция рамы
Изначально для изготовления остова применялись твердые породы дерева, реже —металлические трубы. В 1910-х годах на грузовых автомобилях уже стали внедрятся рамы с привычным нам открытым профилем.
Лонжеронные рамы
В английской терминологии этот вид рам часто называют лестничным из-за внешней схожести с одноименным предметом. Два продольных лонжерона чаще всего выполнены из открытого профиля. Форма поперечных балок бывает разной (К-образные, Х-образные, перпендикулярные), а фрагменты рам могут соединяться между собой при помощи сварки (преимущественно легковые автомобили), заклепок (грузовики) или даже болтов (штучные экземпляры).
Лонжеронная рама, фото: Wikipedia.org
Сегодня клепаные рамы чаще всего применяются на пикапах и грузовых автомобилях. К лонжеронным рамам некоторые инженеры также относят и Х-образные рамы, которые значительно легче (на них построена вся американская классика 50-х, а также советские «Чайки» — ГАЗ-13 и ГАЗ-14). Главное преимущество лонжеронной рамы — простота конструкции и технологичность. Главные же недостатки — большой вес и громоздкость, что отрицательно сказывалось на полезном пространстве внутри машины.
«Чайка» ГАЗ-13
Хребтовые рамы
История хребтовых (центральных) рам началась в 20-х годах ХХ века в Чехии. Конструкторы автомобилей марки «Татра» первыми разработали и внедрили новую схему в свои автомобили. Главный элемент конструкции — труба, соединяющая картер заднего ведущего моста с силовым агрегатом и трансмиссией. Внутри этой несущей на себе всю нагрузку трубы расположен вал без карданного шарнира, передающий крутящий момент с двигателя на колеса. То есть соединение, в отличие от всех современных задне- и полноприводных автомобилей, было жестким.
Как показал опыт эксплуатации, основными преимуществами хребтовой рамы являются высокая крутильная жесткость и возможность легко создавать многоосные полноприводные конструкции. Основным недостатком считается трудный доступ к встроенным в раму агрегатам.
Хребтовые рамы в свое время применялись на легковушках, а сегодня успешно применяются как раз на грузовиках-вездеходах марки «Татра». Достаточно сказать, что на такой машине «Татра» Карел Лопрайс, выступая в марафоне Париж — Дакар, за 14 лет (с 1988 по 2002 год) шесть раз становился чемпионом в классе грузовиков и четырежды завоевывал серебро.
Грузовой автомобиль «Татра»
Вильчато-хребтовые рамы
И снова Чехия… Вильчато-хребтовые рамы появились впервые перед Второй мировой на автомобилях родом из этой страны — «Шкодах» и «Татрах». Иногда вильчато-хребтовые рамы называют видом хребтовых рам. Главная особенность данного вида в том, что передняя и задняя части представляют собой трезубцы, образованные центральной трубой каркаса и отходящими от нее двумя лонжеронами, которые используются для крепления узлов и агрегатов.
В отличие от автомобилей с хребтовой рамой, в машинах с вильчатой конструкцией используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Яркими носителями этой конструкции являются довоенные «Татра-77» и «Татра-87». Это были революционные для своего времени комфортабельные автомобили: они отличались одновременно крайне низким для 30-х годов прошлого века коэффициентом лобового сопротивления (0,34), умеренным «аппетитом» и неважной управляемостью, вызванной заднемоторной компоновкой. Сегодня вильчато-хребтовые рамы в автомобильной промышленности не используются.
«Татра-87»
Периферийные рамы
Они являются следующим витком эволюции лонжеронных рам и нашли массовое применяться на американских «дредноутах» и крупных европейских легковых авто (к примеру, Opel Admiral) первой половины 60-х, по этому же принципу созданы все советские представительские лимузины, начиная с ЗИЛ-114.
Лонжероны в данной конструкции разнесены так широко, что при установке кузова они оказываются возле самых порогов. Вывод массивных элементов рамы к бортам автомобиля позволил конструкторам заметно понизить уровень пола в машине и уменьшить высоту самого автомобиля.
Периферийная рама
Главными плюсами периферийной рамы считаются высокая стойкость конструкции к боковым ударам, а также лучшая приспособленность к конвейерной сборке. Главный же ее недостаток заключается в том, что такая рама не может сама воспринимать все нагрузки, поэтому кузов автомобиля должен быть более прочным, жестким, что сказывается на его весе.
До недавних пор (до 2012 года) с таким типом рамы выпускался комфортабельный седан Ford Crown Victoria, ставший символом американского такси и полицейского автомобиля 1990-2000-х годов. Инженерам удалось достигнуть удивительных показателей комфорта, в том числе благодаря применению особых резиновых демпферов, через которые кузов крепился к раме.
Ford Crown Victoria
Пространственные рамы
Пространственные или трехмерные рамы впервые появились в большом автоспорте в 20-х годах прошлого века. Они чаще всего создавались из тонких труб (изготавливавшихся с применением легированных сталей, изделиям из которых несвойственно кручение).
Вообще, трубные конструкции с трудом переносят нагрузки на изгиб. Поэтому, конструкторы стремились всегда к тому, чтобы трубы нагружались только на сжатие или растяжение, но не «на излом». Сегодня в автоспорте пространственные рамы уступили место монококам, но обрели вторую жизнь в автобусостроении. Кстати, до начала 2000-х годов все минивэны Renault Espace были построены именно на пространственной раме — трубчатый каркас обшивали кузовными панелями. Ради безопасности и удешевления производства от этой схемы отказались.
Пространственная рама Mercedes-Benz 300SL Coupe (Gullwing) W198 (1954)
Несущее днище
Несущее основание автомобиля — это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский «Фолькваген Жук», у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции — Renault 4СV аналогичной с «Жуком» заднеприводной компоновки.
Такая конструкция достаточно технологична при крупносерийном производстве, и притом удается обеспечить низкий центр тяжести машины и низкий уровень пола в салоне. У большинства современных автобусов днище также является несущим, только кузов к нему приваривается, а не прикручивается.
Renault 4 CV
Гибридные конструкции
Конец 40-х годов ознаменовался массовым переходом автопроизводителей на несущие кузова. Но переход был постепенным, и многие автомобили с новомодными на тот момент понтонными кузовами имели элементы рамных конструкций. Чаще всего рамы, выполненные на половину длины машины, служили для установки силового агрегата. В этом плане характерной является конструкция ГАЗ -21 «Волга» (1955 г.).
Хоть ее кузов и был уже типичным цельнонесущим, спереди у нее имелся полноценный подрамник. Вваренный в пол, он имел вид двух лонжеронов, тянущихся от переднего бампера до зоны ног передних пассажиров. Впрочем, интеграция рам в тело кузова (или, если хотите, «обрастание» кузова элементами рам) — это уже другая тема, которой мы посвятим следующую статью.
ГАЗ-21 «Волга»
Читайте также:
www.kolesa.ru
