Рама и несущий кузов

Кузов и рама, порознь или вместе, воспринимают вес агрегатов автомобиля и пассажиров, а также нагрузки при торможении и разгоне, при крене и переезде через неровности дороги.

Безлошадные экипажи, появившиеся в прошлом столетии на улицах европейских городов, унаследовали от карет и колясок их шасси, подвеску, кузов. До середины двадцатых годов почти каждый автомобильный кузов представлял собой каркас из дуба или ясеня, обшитый стальным или алюминиевым листом и снабженный складным матерчатым тентом. Такой кузов, как и агрегаты машины — двигатель, трансмиссия, подвеска, крепился к раме, которая служила становым хребтом, основой всего автомобиля. Ее вид сверху напоминал лестницу — два продольных лонжерона с четырьмя или пятью поперечинами — траверсами.

К середине двадцатых годов многие заводы развернули массовый конвейерный выпуск легковых автомобилей, и кузова с деревянным каркасом, весьма трудоемкие и дорогие в производстве, оказались невыгодными.

Этот недостаток был особенно ощутим на закрытых кузовах, которые к тому времени начали получать широкое распространение.

ХРЕБТОВАЯ РАМА. По сравнению с обычной лонжеронной обладает значительно большей «жесткостью на кручение и легче по весу. Соединяется с кузовом дополнительными траверсами, не воспринимающими нагрузки.

Автомобили совершенствовались, скорости год от года росли. Все больше внимания конструкторы стали уделять управляемости машины. Это повлекло за собой увеличение жесткости рамы на кручение. Исследования показали, что желаемого эффекта можно добиться, жестко соединив цельнометаллический кузов с рамой. В этом случае ее можно заведомо сделать, образно говоря, ажурной, а следовательно, более легкой. По существу рама превратилась теперь в подрамник. Так в середине тридцатых годов появились кузова, которые теперь мы называем несущими («Опель-олимпия», 1935 год; «Ситроен-ТА», 1934 год). Безрамные конструкции автомобилей вынудили сторонников рам пойти на усовершенствования. Чтобы повысить жесткость на кручение, были созданы хребтовые рамы с центральной трубчатой или коробчатой балкой.

Их можно было встретить на довоенных автомобилях НАМИ-1 (СССР, 1927 год), «Шкода-популяр» (Чехословакия, 1937 год), «Мерседес-Бенц-130» (Германия, 1934 год). Другие ввели в конструкцию рамы Х-образную поперечину, которая также резко увеличила жесткость на кручение. Пример тому модель ГАЗ-M1 (CСCP, 1936 год).

Почему же, несмотря на преимущества несущих кузовов, некоторые фирмы по-прежнему привержены к рамам?

НЕСУЩАЯ РАМА. Воспринимает все нагрузки. На кузов, упруго соединенный с рамой, действует его собственный вес и вес пассажиров. Кузов изолирован от вибраций, которым подвержена рама, но и не может сообщить ей дополнительной жесткости.

Несущий кузов — это сварная конструкция (см. рисунок) из штампованных стальных деталей. Основные силовые элементы его — пол, крыша, коробки порогов, стойки дверей, щит передка, колесные ниши — изготовлены из металла толщиной от 1,2 до 0,8 мм. Хотя на них наносят антикоррозионные покрытия, такие детали кузова, как пороги, пол, ниши колес, быстрее разрушаются ржавчиной, чем лонжероны и траверсы рам из 2,5—3,5-миллиметровой стали.

Поскольку к несущему кузову присоединяются пружины, рессоры, амортизаторы и рычаги подвески его панели воспринимают все дорожные толчки и вибрации, и создается «дорожный гул». На больших машинах с несущими кузовами он превышает допустимый уровень. На малолитражках площади отдельных панелей невелики, следовательно, и вибрация их не столь ощутима на слух.

Компромиссное решение применяется на американских легковых машинах, отличающихся, как известно, большими габаритами. У них сравнительно жесткий кузов связан через упругие подушки с так называемой контурной, или периферийной, рамой. У этой рамы нет поперечин — она представляет собой замкнутый контур коробчатого сечения, идущий по всему периметру кузова. Резиновые подушки гасят нежелательные вибрации, а наличие большого числа точек соединения кузова с рамой обеспечивает в целом достаточную прочность и жесткость всей конструкции.

НЕСУЩИЙ КУЗОВ. Все нагрузки воспринимаются его панелями и коробчатыми элементами. Обладает высокой жесткостью на кручение. Обеспечивает наиболее рациональное использование металла и наименьшие затраты в массовом производстве.

Таким образом, оценив все плюсы и минусы, инженеры оставили рамные конструкции для дорогих или крупногабаритных легковых машин высшего класса («Роллс-Ройс», «Чайка»), а для массовых автомобилей с двигателями рабочим объемом до 3-3,5 литра («Москвич-412», «Жигули», ГАЗ-24, «Шкода-110», «Ровер-2000») избрали более дешевый в производстве несущий кузов.

Тенденция к увеличению поверхности стекол наметившаяся в последние годы, заставила конструкторов делать более узкими стойки окон и дверей. В результате связь днища и крыши на несущих кузовах становилась все менее жесткой. На отдельных моделях крыша и верхняя часть стоек несет лишь незначительную часть нагрузок. Основная же приходится на днище с высокими порогами коробчатого сечения, массивными поперечинами и усилителями. Практически здесь главным несущим элементом является пол, и такая конструкция — ее примерами могут служить «ситроены» (серий ИД и ДС) — получила название «несущего днища».

НЕСУЩЕЕ ДНИЩЕ. По существу разновидность несущего кузова. Большая часть нагрузки воспринимается развитыми порогами, поперечинами пола, колесными нишами и подрамниками.

На современных спортивных автомобилях несущие кузов или днище применяются реже, чем на обычных легковых. Для экономии в весе их кузовные панели делают из стеклопластика или алюминиевого листа. Они мало пригодны для восприятия больших нагрузок. Поэтому спортивные машины снабжают либо обычными и хребтовыми рамами («Лотос-элан»), либо пространственным трубчатым каркасом («Астон-мартин»), на который навешивают кузовные панели.

Таким образом, сегодня не существует единого решения в выборе несущего элемента для машин разного назначения. Что касается наиболее распространенных малолитражек и легковых автомобилей среднего класса, то у них, повторяем, как правило, бывает несущий кузов.

Л. Шугуров, инженер (За рулем №7, 1972)

Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram

Рама vs Несущий кузов — Автокадабра

Всем доброго времени суток.

Недавно с товарищем начали выбирать оффроад транспортное средство, которое до оффроада должно доехать по шоссе. Стала интересная разница Рама vs Несущий кузов вне оффроада.

Почитал матчасть. Безоговорочно рама для оффроада почти обязательное требование. О плюсах рамы брошу немного материала под катом.

Интересно следующее, чем отличается поведение рамного внедорожника с весом 1,8 тонны от внедорожника с несущим кузовом и таким же весом по трассе со скоростью 100 км в час?

(пост больше интересен комментариями гуру.)

Для тех кто не в теме. Рамная конструкция, это когда в основе автомобиля стоит рама из швеллеров, к которой крепиться вся ходовая, двигатель. Сверху крепиться кузов.

несущий кузов — это когда в сам кузов внедрена несущая конструкция лонжеронов, которые заменяют полноценную раму.

Информация из Википедии

Преимущества
— Рама достаточно проста по конструкции относительно самонесущих кузовов и имеет хорошо отработанные методики расчёта;
— При применении на легковом автомобиле, отдельная от кузова рама позволяет повысить его комфортабельность, обеспечивая лучшую изоляцию от вибраций и шумов, исходящих от агрегатов и шин;

— Отдельная рама считается более пригодной для восприятия больших нагрузок, например при использовании на грузовике или «жёстком» внедорожнике;
— На одной и той же раме могут строиться самые различные модификации и даже автомобили; раму легко удлинить без потери прочности, например для создания многоосного грузовика, удлинённого автобуса или лимузина;
— Рамная конструкция упрощает сборку автомобиля на заводе, в итоге снижая себестоимость — все основные агрегаты собираются на раме, после чего она в сборе прикрепляется к кузову, что проще, чем крепить агрегаты по отдельности на несущем кузове;
— Отдельная рама позволяет легко видоизменять кузов легкового автомобиля, варьировать дизайн и создавать различные модификации, что было одним из основных факторов, обеспечивших широкую распространённость рамных шасси в автостроении США до восьмидесятых годов из-за традиции ежегодного обновления дизайна и частого рестайлинга автомобилей; при рестайлинге меняли кузов, а рама зачастую оставалась прежней. Например, Ford Crown Victoria моделей 1979, 1992 и 1998 годов отличались кузовами, но имели практически идентичные рамы;
— Кузовной ремонт рамного кузова после ДТП существенно проще, чем несущего;

Делаем выводы: жесткость, неубиваемость, простота…что собственно и нужно для оффроада

Недостатки

— Разделение функций рамы и кузова приводит к существенному увеличению массы относительно несущего кузова;
— Рамные автомобили, как правило, при прочих равных (сравнимые размеры, масса, класс автомобилей) имеют худшую пассивную безопасность из-за сложностей с созданием зон запрограммированной деформации;
— ???

Рама против несущего кузова: что лучше? | OVER 9000

Рамный внедорожник — это брутально и круто. Но без рамы, говорят, лучше рулится. В чем брутальность рамы и за счет чего достигается «рулежка» с несущим кузовом — знают далеко не все. И сегодня я предлагаю разобраться в данном вопросе подробно. Давайте рассмотрим конструкции всех трех типов (почему трех, а не двух — объясню далее) и опишем их типичные плюсы и минусы.

Рама

Начнем с рамы. Потому что, по-сути, все автомобили изначально строились на ней, и только потом научились строить на кузовах. Итак, если описать принципиальное отличие такой компоновки от несущего кузова, то рамная конструкция имеет возможность отделения кузова от самой рамы. Другими словами, кузов можно от нее открутить и поднять наверх вместе с салоном, как колпак с подноса перед подачей блюда на стол. При этом, рама так и останется стоять на земле: с подвеской, двигателем, трансмиссией и прочими основными узлами. Нет, конечно, всегда есть исключения, но именно такая «бутербродная» конструкция лежала в основе всех (и даже легковых) автомобилей вплоть до 60-70-х годов прошлого века. Сегодня модели настоящих «рамников» стремительно вымирают даже среди внедорожников, а про легковые автомобили и говорить нечего. Какие же преимущества и недостатки дает рамная схема?

Спортивный Chevrolet Corvette Stingray C3 семидесятых годов. Создан для гонок, но построен на мощной раме.

Плюсы

• Прежде всего, это крепость конструкции. Чтобы погнуть или, уж тем более, сломать нормальную раму — нужно хотя бы сбросить автомобиль с высоты пары метров, и желательно, чтобы вся масса пришлась при этом на одно или два колеса… Да, конечно, можно привести кучу примеров, когда рамы деформируются в не самых сильных ДТП, но автомобильные аварии — это вобще такая штука, где все подробности и обстоятельства знают только пострадавшие или очевидцы. Что же касается офицерского состава диванных войск всех рангов, по одному фото из интернета уже раскрывающих обстоятельства любого проишествия не хуже бывалого автоинспектора — сейчас не об этом.
• Увеличенный дорожный просвет. Во-первых, ввиду того, что с рамой зачастую ставят мосты, которые уже предполагают повышенную проходимость и более совершенную для бездорожья геометрию подвески. А во-вторых, сам кузов элементарно находится выше над землей, так как установлен сверху.
• Удобство в случае капремонта автомобиля. И снова пляшем от конструктива: сняли кузов, получили хороший доступ к «нутрам» машины, затем надели обратно. Да и кузов капиталить или менять значительно проще. Конечно, на словах всё легко, но если вы интересуетесь автомобилями, то наверняка видели проекты с переборкой старых внедорожников: отдельно стоит шасси, отдельно — кузов. Как ни крути, это удобно.

Один из множества примеров, когда кузов снять проще, чем пытаться что-то «достать» из-под капота или снизу. Основные узлы и агрегаты остаются в сборе, на раме.

Минусы

• Масса. Да, настоящая стальная рама — это очень тяжелая штука. Отсюда — повышенный расход топлива, снижение динамических характеристик, высокая инерция всего автомобиля, и так далее.
• Высокий центр тяжести. Очевидно, что такая «этажерка» из рамы и стоящего на ней кузова, сильнее раскачивается и более склонна к опрокидыванию или потере управляемости на скоростях. Сюда же — аэродинамические шумы из-за общей большой высоты автомобиля.
• При движении вне дорог и на неровностях трясти будет сильнее, чем в кузовном автомобиле. Опять же, в связи с тем, что подвеска просто не может быть излишне мягкой — иначе, не выдержит массы всей конструкции, да и раскачка достигнет неприемлемых величин.

голая рама внедорожника

Несущий кузов

Теперь разберемся с обыкновенным несущим кузовом. Да в общем-то, потому и несущий, что несет на себе всю массу агрегатов автомобиля. В этом ему помогают такие детали как подрамники, к которым крепится подвеска, но они есть не всегда и не везде. Сам же кузов сохраняет необходимую жесткость благодаря лонжеронам — это короба закрытого профиля из высокопрочной стали, которые составляют «скелет» кузова и являются его неотъемлемой частью. Что касается эксплуатационных характеристик, то они практически диаметрально-противоположны тем, которые мы записали в минусы рам.

К основным преимуществам несущего кузова относятся следующие моменты:

• И снова масса. Только теперь она со знаком «плюс»: несущий кузов априори легче рамы. Получаем экономию топлива, шустрый разгон, небольшую инертность и прочие соответствующие плюшки.

• Центр тяжести, по понятным причинам, ниже. А значит, вышеописанные плюсы меньшей массы только дополняются: предел боковых ускорений для заноса/сноса выше, а при сильных кренах склонность к опрокидыванию на порядок меньше.

Цветовая схема типичного несущего кузова с указанием жесткости металлов. Хорошо видна так называемая «силовая клетка» или «капсула» из сверхпрочных сплавов, защищающая жизненное пространство салона.

В минусы запишем два основных нюанса:

• Общая прочность всей силовой конструкции автомобиля несравнимо ниже, нежели у рамных тяжеловесов. Конечно, на легковушках прыгать по буеракам никто не заставляет, а если верить рекламе — то с каждым годом модели становятся все более и более жесткими на скручивание и делаются из всё более прочных сортов металла. Видимо, вот-вот — и приблизятся по этому параметру к граниту. .. Однако, на практике, даже самый крутой кузов лет через пять (а иногда — и сильно раньше) начинает сначала понемногу «поигрывать» на кочках уплотнителями дверей, или некоторыми деталями салона. А у 10-летней машины вполне реальна ситуация, когда встав парой диагонально-противоположных колес на кочки, багажник или двери начнут закрываться с трудом. Это к вопросу про усталостное снижение жесткости несущего кузова.

продольные лонжероны несущего кузова (стрелки) составляют «скелет» машины, к которому привариваются прочие силовые элементы: стойки, поперечные усилители, колесные арки, и т.п.

• Прямая зависимость надежности кузова и безопасности машины от степени изношенности металла. Особенно актуально для нашей страны, где дороги зачастую сохранили следы бомбежек Великой отечественной, перепады сезонных температур велики, а дороги до сих пор поливают составами, по свойствам схожими с соляной кислотой. И если сквозные дыры на дверях и крыльях еще можно записать в «косметические недочеты», то прогнивший втихаря лонжерон или пол, при аварии может сыграть роковую роль. Согласен: современные автомобили уже изначально рассчитаны на эксплуатацию лет максимум в 15, но ведь есть владельцы, не желающие «просто так» менять свою машину. Да и просто малообеспеченные люди вынуждены «донашивать» автомобили преклонного возраста. И в этом аспекте рама смотрится более выигрышно: риск внезапно отгнившей на ходу от кузова подвески сводится к минимуму, как и вероятность сложиться при аварии «фольгой».

Качественно сгнивший несущий кузов: явно заметно проседание машины посередине, под собственной массой.

Интегрированная рама

И наконец, переходим к типу конструкции, которая на сегодняшний день практически безраздельно захватила рынок среди моделей повышенной проходимости. Так называемая интегрированная рама является неким гибридом рамы настоящей и обычного легкового несущего кузова. Если в двух словах: это кузов с усиленными лонжеронами под днищем, примерно повторяющими форму настоящей рамы. Такой «хребет» является частью кузова и неотделим от него (в абсолютном большинстве случаев — приварен на конвейере). По такой схеме делаются практически все современные «легендарные внедорожники» (с), которые, как правило, беспомощно буксуют в кучке снега у подъезда и взбираются на городские бордюры с крайней осторожностью, дабы ничем его не задеть и ничего себе не сломать… Такие времена, такие тенденции — ничего не попишешь. Но не об этом.

Интегрированная рама Suzuki Grand Vitara. Выглядит как настоящая, а автомобиль, по-сути, практически легковой.

Я намеренно не буду сейчас выделять преимущества и недостатки такого конструктива. Потому как любое универсальное решение имеет свойство вбирать в себя и то и другое, причем, минусов на выходе обычно получается больше. Конечно, любой кроссовер нынче умеет ездить не хуже иной легковой машины, а вот что касается настоящего бездорожья — здесь плюсов почти и нет. Масса внушительная, но подвеска легковой конструкции. Мотор мощный, но нежная трансмиссия быстро перегревается. Дорожный просвет внушительный, но огромные свесы кузова сводят геометрическую проходимость на нет. .. Перечислять можно долго. Одним словом: тот случай, когда аспект «хочу быть внедорожником» остается по большей части в мечтах владельца и красивых фотографиях рекламных проспектов.

Так что же лучше: рама, несущий кузов или их гибрид?

А ответ будет, как всегда, на поверхности: не стоит путать кислое с солёным. Несущий кузов отлично подходит для классических легковых автомобилей. То есть для быстрого и комфортного передвижения по дорогам, а не направлениям. Хотите покорять пашни и леса без последствий для машины — купите внедорожник. На раме, с мостами, и нормальным полным приводом без вагона сложной и капризной электроники. Ну, а если мировоззрение строится по принципу «хороший понт дороже денег» — тогда, конечно, кроссовер. Модно, дорого, непрактично. Зато круто! Но всегда помните: съехав с асфальта, есть огромный шанс сесть в лужу. Во всех смыслах этого выражения. 🙂

Надеюсь, кому-то было полезно!
Всем крепких подвесок и поменьше дыр на кузове!

P. S.: Друзья, буду очень рад лайкам и подписке! Вам не сложно, а мне поможет развивать это дело для вас.

Рама или не рама — что лучше для внедорожника?

Рама и несущий кузов — в чём разница?

Так называемая рама была неотъемлемым элементом конструкции автомобиля со времён первых самобеглых повозок. И даже ещё раньше: так делали кареты — к крепкой основе из скреплённых между собой прочных балок крепили оси для колес, а сверху ставили пассажирский отсек с полом, боковыми стенками и крышей.

В случае с автомобилями на раме монтируются также силовой агрегат, трансмиссия и подвески, а кузов просто прикрывает все узлы и соединяет органы управления с исполнительными механизмами. А также является основой для комфортного и изолированного пассажирского отсека.

Старый Land Rover DefenderНовый Land Rover Defender

Есть и альтернативная архитектура автомобиля — с несущим кузовом. Как следует из названия, именно он несёт на себе все прочие элементы и является основой конструкции.

Именно к кузову присоединяют мотор, коробку передач, детали подвески и так далее. И поскольку автомобиль строится вокруг кузова, то в основном на него и приходятся все механические нагрузки — скручивание, на излом, ударные и пр.

Почему инженерам не понравилась рама?

Долгое время проектировщики были уверены, что у рамных автомобилей есть ряд существенных плюсов по сравнению с машинами с несущим кузовом. Главный — прочность и долговечность. Обычно рама проектируется из толстого металла и имеет высокую жёсткость, поэтому её сложно деформировать в процессе эксплуатации или ДТП. Также рамные автомобили более ремонтопригодны: достаточно отделить кузов от основы, чтобы получить полный доступ к агрегатам или кузовным панелям.

Однако у рамы есть и огромные недостатки. Например, рамные машины почти всегда довольно тяжёлые. Ведь массивная и громоздкая стальная конструкция по определению весит много. Получаем проигрыш в экономичности, динамике и управляемости. Также рама уменьшает полезный объем кузова. Да и в плане безопасности все не так однозначно, как принято считать в среде автолюбителей («прочнее — значит безопаснее»). Потому что при наличии жесткой рамы сложнее реализовать программируемую деформацию кузова.

Старый Defender с рамной конструкцией

Причём если в процессе эволюции несущего кузова его недостатки постепенно вылечивались, то с минусами рамы сделать что-то было чрезвычайно сложно. К концу 20 века стало понятно, что несущий кузов окончательно вытесняет раму — врожденные недостатки последней слишком сильны. Однако рама в легковом мире жила до 2011 года, когда прекратили выпускать Ford Crown Victoria, любимый полицейскими и таксистами в США. А в мире внедорожников рамная конструкция применяется и поныне — правда, часто это вынужденная мера производителей, которые хотят сэкономить на разработке.

Переходный вариант

В прошлом веке создатели внедорожников понимали, что от рамы им надо отказываться, но перейти на полноценный несущий кузов в отсутствие некоторых технологий они еще не могли. И тогда появилась так называемая «интегрированная рама» — часть рамной конструкции встраивали в силовой каркас кузова. Именно по этой формуле построено, например, третье поколение Land Rover Discovery (2004 г.). Но, повторим еще раз, — интегрированная рама оказалась лишь переходным вариантом.

Почему несущий кузов победил?

Со времен Карла Бенца и Генри Форда поменялась ситуация с дорожной инфраструктурой и нашим восприятием автомобиля. Когда-то давно ровных дорог практически не было, а поездки по бездорожью были ежедневной нормой. Но в 21 веке ровный асфальт и скоростные магистрали никого не удивляют. Поэтому и покупатели стали предъявлять к машинам другие требования: от внедорожника нужна не только проходимость, но и хорошее поведение на асфальте (до грязи надо сначала доехать).

Выросли скорости. Даже в России появились участки с разрешенной максималкой в 130 км/ч! Мало того, кардинально поменялись за последние 100 лет и требования к безопасности машин.

Новый Defender с несущим кузовом

В начале 20 века про краш-тесты никто не думал, да и ремни безопасности в их современном виде начали серийно устанавливать лишь в 1959 году. Но когда краш-тесты стали обязательными, то стало ясно, что рамные автомобили не лучшим образом защищают водителя и пассажиров при самых опасных авариях — фронтальных столкновениях (жесткая рама не позволяла правильно деформироваться кузову при столкновении и поглощать энергию удара).

Еще одна причина смерти рамы — появление новых материалов. Современные машины делают не только из обычной стали. Инженеры используют алюминий, карбон, пластик и пр. Благодаря этому появилась возможность значительно повысить надежность и долговечность автомобиля без использования рамной конструкции.

Во время загрузки произошла ошибка.

Что дает несущий кузов внедорожнику?

Впервые несущий кузов в массовом производстве появился в середине 30-х годов. Почти сразу эту идею подхватили и многие спортивные команды. Еще бы — такая конструкция давала существенный выигрыш в массе машины, увеличивала жесткость кузова, снижала центр тяжести, позволяла добиться гораздо лучшей управляемости и увеличивала обратную связь.

А что с Defender?

Первый «Дефендер», который появился еще в 1948 году, имел классическую для своего времени рамную конструкцию. Однако, создавая принципиально новый «Деф», британские инженеры поняли, что они вовсе не обязаны ориентироваться на стандарты 70-летней давности.

После долгих размышлений и тестов было решено использовать для новой модели несущий кузов. И в итоге Defender образца 2019 года получился в три раза более жёстким на кручение, чем старый рамный.

А еще Defender, несмотря на переход на несущий кузов, имеет лучшие в сегменте показатели геометрической проходимости. Дорожный просвет — аж 291 мм, а углы въезда, рампы и съезда (у версии 110) — 38, 28 и 40 градусов соответственно. Это очень круто! Поражает и глубина преодолеваемого брода — до 900 мм. Кстати, перед запуском нового «Дефендера» его прогнали по главным внедорожным маршрутам (джиперы должны знать, что такое Hell’s Revenge, Poison Spider и Steel Bender).

Кроме того, Defender получил современную мультимедийную систему, которой управлять также просто, как и смартфоном: в машине стоит огромный экран, на который можно выводить самую разнообразную информацию. Приборная панель тут, кстати, тоже виртуальная, что позволяет удобно настраивать ее под себя. Имеется и проекционный дисплей, который выводит на лобовое стекло ключевую информацию, в том числе скорость движения, выбранную передачу и указания навигационной системы.

Отдельно хочется отметить динамику нового Defender: теперь это по-настоящему современный и быстрый автомобиль.

История создания Land Rover Defender

Во время загрузки произошла ошибка.

Рама или несущий кузов

Итак, взялся за гуж, не говори, что не дюж.

Чёрт меня дёрнул сказать, что напишу статью о размерах сисек конструкциях несущих элементов автомобилей и способах их усиления. Ну что ж, будем писать… Пока только о кузовах.

Итак, на данный момент существует несколько классических конструкций силовых элементов автомобиля.
1. Несущий лонжеронный кузов.
2. Лонжеронная рама с закреплёнными на ней не силовыми элементами.
3. Кузов с интегрированой рамой.
4. Пространственная рама обшитая кузовными панелями. Либо просто пространственная рама.

Первый вариант – несущий кузов.
Самая распространённая конструкция, совмещающая в себе технологичность, удобство, жёсткость и малый вес. Для автопроизводителей самый выгодный вариант.
Части кузова отштамповываются каждая из своего вида стали или алюминия.
Верх рамки лобового стекла и верхние части центральных стоек крыши делают из конструкционной стали. Дверные проемы и пол изготавливаются из стальных сплавов повышенной прочности; а более нагруженные вертикальные части рамки лобового стекла и поперечины, отделяющие салон от багажника – из прочной стали. Наконец, из особо высокопрочной стали делаются подмоторный каркас и балки, перед которыми ставятся бамперы.

При этом внешние панели, не влияющие на пассивную безопасность, могут быть не только стальными, но и алюминиевыми, пластиковыми и даже стекловолоконными – применение таких материалов повышает стойкость к коррозии и снижает вес автомобиля в целом.

Все детали кузова и ответственность каждой из них за какие либо конкретные элементы нагрузки или безопасности перечислять не буду, их там вагон и маленькая тележка.
В отличие от рамных, все агрегаты крепятся к кабине, и сама кабина (вместе со всеми внешними и наружными элементами кузова) несет всю нагрузку. Яркое преимущество перед рамами — легкий вес и лучшая жесткость на кручении (в рамных машинах её во многом обеспечивает водружённый сверху кузов, хотя силовым несущим элементом он как бы и не является.). Следствие низкого веса — лучшая управляемость, экономичность и динамика. Другое неоспоримое преимущество — лучшая пассивная безопасность, так как изначально конструкторы могут создать специальные зоны, которые при аварии будут поглощать энергию удара.
И всем бы был хорош несущий кузов, вроде бы всё круто, но… Есть и один очень существенный минус. Из-за того, что все элементы несущего кузова взаимосвязаны и вместе отвечают за всю конструктивную нагрузку, при повреждении одного элемента страдает весь кузов, теряя свои характеристики и жесткость. Есть и другие минусы не несущие таких критических факторов. Например, есть такой фактор, как низкая ремонтопригодность несущего кузова. В отличие от рамы восстановить родную геометрию кузова после повреждений практически невозможно, не говоря уже об исходных характеристиках жёсткости и управляемости.

Ещё у большинства легковых машин со временем начинает деформироваться передняя часть кузова, особенно в местах крепления стоек кузов нажинает «разъезжаться». Проявляется это в связи с эксплуатацией на плохих (читай наших) дорогах, банальной усталости металла и общей нагруженности передней части авто.
И тут к нам на выручку приходит подрамник. Замечательный «кусок рамы» который более равномерно распределяет нагрузку от подвески на несущий кузов и препятствует локальным перегрузкам силовых элементов. Бывает как передний, так и задний. Является наиболее часто применяющимся силовым элементом усиливающим конструкцию несущего кузова.

И ещё большинство кузовных деталей, особенно не относящихся к капсуле безопасности, плохо дружат с сопроматом, что впрочем компенсируется некоторым избытком прочности на этих деталях.
Итак: Несущий кузов применяется на подавляющем большинстве современных легковых автомобилей и автобусов.

Плюсы:
Вес.
Жёсткость на кручение.
Технологичность изготовления.
Высокая степень безопасности из-за поглощения силовыми элементами энергии удара.
Управляемость, вследствие меньшего веса и высоты, а также возможности минимизации паразитных факторов вроде лишних элементов.
Минусы.
Низкая ремонтопригодность.
Низкая жёсткость на излом.
Плохая приспособленность к агрессивным условиям эксплуатации без дополнительных усилений.

Несущая лонжеронная рама с размещёнными на ней прочими элементами конструкции.
Несущая рама в наше время встречается чаще всего на внедорожниках и грузовых автомобилях. Это достаточно мощная конструкция, хорошо приспособленная к агрегатированию на неё кузова-кабины и прочих элементов авто. Использование её на технике подразумевающей тяжёлые условия эксплуатации или серьёзные силовые нагрузки оправдано, и компенсирует большинство её недостатков. Помимо этого такая конструкция обладает большой модульностью, т. е. на одной и той же раме можно построить разные авто, например пикап или вагон, или же, в случае грузовиков седельный тягач или самосвал.
В основе рамы лежит конструкция, к которой крепятся все агрегаты вашего автомобиля, и вся нагрузка (удары от подвески, вибрации от мотора, вес всех агрегатов) ложится именно на нее. Она может быть сварной реже цельнолитой или даже клёпаной. Сварные рамы имеют ряд преимуществ: их части штампуются, большинство деталей сваривается между собой при помощи электросварки, а некоторые элементы делаются съемными (части, к которым крепится силовой агрегат, и те, которые находятся в наиболее часто подверженных деформациям местах). Кабина (место, где размещены водитель и пассажиры) минимальную силовую нагрузку и крепится через элементы, которые полностью или частично убирают вибрации (демпфирующие элементы, как то резиновые, гидравлические или пневматические подушки), к самой раме. Рама же представляет собой жесткую стальную конструкцию, способную выдержать серьезные нагрузки.

Плюсов у такой конструкции много. Во первых, как уже было сказано выше, это модульность. Т. е. «испортив» старый кузов на неё можно с успехом водрузить новый. Кроме того восстановить геометрию повреждённой рамы значительно проще, для этого, правда, придётся демонтировать все навесные элементы. Раму можно весьма эффективно усиливать без применения сложных конструкций, при этом, правда пострадает вес. Но в целом любые усиливающие элементы требуют увеличения веса. Кроме того, у такой машины после долговременной езды по плохим дорогам не будет перекосов дверных проемов и трещин на стойках лобового стекла. И еще немаловажный момент: если взять два внедорожника одного класса, – рамный и безрамный – и посмотреть на их склонность к опрокидыванию, то можно заметить, что первую машину перевернуть существенно сложнее, ведь у нее центр тяжести гораздо ниже.
Но, естественно у такой конструкции масса минусов. Для начала это вес, ведь кроме рамы нам нужен ещё и кузов, который весит хоть и меньше несущего, но всё же немало. Естественно лишний вес сказывается и на управляемости и на расходе топлива. Кроме того на «чувство машины» сильно влияют опорные элементы между рамой и кузовом. При езде на рамном авто сложно отделаться от ощущения валкости и «ватности». Минусом рамной конструкции также является неудобство установки на неё легкового кузова. Либо авто будет избыточно высоким, либо придётся жертвовать местом в салоне. Кроме того от избыточных нагрузок рама может лопнуть, и хотя восстановить её не так уж сложно, но всё же это фактор достаточно неприятный.
Есть свои минусы и в плане безопасности. Хотя практически, при столкновении двух авто тяжёлый внедорожник оказывается более безопасным в силу веса и прочности, то например, при ударе в дерево или столб рама играет злую шутку. Она практически не деформируется, соответственно минимально гася энергию, соответственно вся кинетическая энергия «прилетает» водителю и пассажирам. Не менее неприятный расклад при срыве кузова с рамы. И хотя современные рамы относительно травмобезопасны в этом плане, они всё же проигрывают кузовам.
Итак: несущая лонжеронная рама применяется в большинстве грузовиков и достаточно большём количестве внедорожников.
Плюсы:
Прочность.
Модульность.
Ремонтопригодность.
Хорошая изоляция от шумов и вибраций за счёт элементов крепления кузова к раме.
Лояльное отношение к серьёзным нагрузкам.
Практически никогда не нуждается в серьёзном усилении сторонними элементами.
Минусы:
Вес.
Управляемость и экономичность.
Безопасность при столкновении со слабо деформируемыми препятствиями.

Кузов с интегрированой рамой.
Тут существует 2 варианта.
Представитель первого Jeep Cherokee – конструкция проста до безобразия. Классическая лонжеронная рама с наваренным на неё кузовом.

Представители второго — многочисленные кроссоверы. Например, Suzuki Grand Vitara нового поколения. В этом случае рама и кузов являются равноценно нагруженными элементами. Да и сама рама не такая мощная как на Джипе.

Собственно такая конструкция включает в себя и плюсы, и недостатки, как несущего кузова, так и несущей рамы. Всё зависит от конкретного автомобиля. Там, где рама мощнее, соответственно больше от «рамника», там где рама больше походит на родные лонжероны кузова, больше от авто с несущим кузовом.
Итак: интегрированая рама встречается на кроссоверах и лёгких внедорожниках, реже на среднеразмерных внедорожниках. Своеобразный компромис двух миров, и, что характерно, неплохо работает. Малые нагрузки воспринимает кузов, большие рама.

Пространственная рама.
Пространственная рама представляет собой несущую конструкцию в виде клетки опоясывающей с разных сторон части авто. К ней крепятся все элементы конструкции и декоративные элементы кузова. В серийных авто встречается крайне редко по причине низкой технологичности и сложности изготовления. Лучше всех дружит со сопроматом, поэтому самая прочная при минимальном весе.
Реально применяется при постройке суперкаров или гоночных автомобилей. Было несколько премиум моделей не спортивных авто строящихся на пространственной раме, но на данный момент таковых нет.

Обладает массой плюсов и практически не имеет минусов. Главный минус этой конструкции – цена. Т. к для производства требуется несоизмеримо больше времени чем для любой другой конструкции, то авто с пространственной рамой это либо сверхдорогие суперкары, либо строящиеся в единичных экземплярах гоночные авто.
Лёгкая, прочная с хорошо прогнозируемой деформацией, такая рама, практически, представляет собой несущий гоночный каркас и несущую раму одновременно. Декоративные элементы нужны лишь для того чтоб закрыть саму раму, но не несут никакой силовой нагрузки.

Итак: Пространственная рама применяется при строительстве гоночных авто и суперкаров в силу сложности изготовления и низкой технологичности процесса.
Плюсы:
Вес.
Прочность.
Минимальная деформация в любых плоскостях.
Прогнозируемость деформации при ударах.
Лояльность к высоким нагрузкам.
Минусы:
Цена.
Абсолютная «недружелюбность» к водителю. Вибрации и рельеф будут чётко ощутимы даже с мягкой подвеской.

P. S. Вот такая получилась статья. Не очень длинная и, надеюсь, читабельная и понятная.
Не забывайте жать «волшебные кнопочки» если вам понравилось.
P. P. S Сисек не будет.

Всем доброго времени суток.

Недавно с товарищем начали выбирать оффроад транспортное средство, которое до оффроада должно доехать по шоссе. Стала интересная разница Рама vs Несущий кузов вне оффроада.

Почитал матчасть. Безоговорочно рама для оффроада почти обязательное требование. О плюсах рамы брошу немного материала под катом.

Интересно следующее, чем отличается поведение рамного внедорожника с весом 1,8 тонны от внедорожника с несущим кузовом и таким же весом по трассе со скоростью 100 км в час?

(пост больше интересен комментариями гуру. )

Для тех кто не в теме. Рамная конструкция, это когда в основе автомобиля стоит рама из швеллеров, к которой крепиться вся ходовая, двигатель. Сверху крепиться кузов.

несущий кузов – это когда в сам кузов внедрена несущая конструкция лонжеронов, которые заменяют полноценную раму.

Информация из Википедии

Преимущества
– Рама достаточно проста по конструкции относительно самонесущих кузовов и имеет хорошо отработанные методики расчёта;
– При применении на легковом автомобиле, отдельная от кузова рама позволяет повысить его комфортабельность, обеспечивая лучшую изоляцию от вибраций и шумов, исходящих от агрегатов и шин;
– Отдельная рама считается более пригодной для восприятия больших нагрузок, например при использовании на грузовике или «жёстком» внедорожнике;
– На одной и той же раме могут строиться самые различные модификации и даже автомобили; раму легко удлинить без потери прочности, например для создания многоосного грузовика, удлинённого автобуса или лимузина;
– Рамная конструкция упрощает сборку автомобиля на заводе, в итоге снижая себестоимость — все основные агрегаты собираются на раме, после чего она в сборе прикрепляется к кузову, что проще, чем крепить агрегаты по отдельности на несущем кузове;
– Отдельная рама позволяет легко видоизменять кузов легкового автомобиля, варьировать дизайн и создавать различные модификации, что было одним из основных факторов, обеспечивших широкую распространённость рамных шасси в автостроении США до восьмидесятых годов из-за традиции ежегодного обновления дизайна и частого рестайлинга автомобилей; при рестайлинге меняли кузов, а рама зачастую оставалась прежней. Например, Ford Crown Victoria моделей 1979, 1992 и 1998 годов отличались кузовами, но имели практически идентичные рамы;
– Кузовной ремонт рамного кузова после ДТП существенно проще, чем несущего;

Делаем выводы: жесткость, неубиваемость, простота. что собственно и нужно для оффроада

– Разделение функций рамы и кузова приводит к существенному увеличению массы относительно несущего кузова;
– Рамные автомобили, как правило, при прочих равных (сравнимые размеры, масса, класс автомобилей) имеют худшую пассивную безопасность из-за сложностей с созданием зон запрограммированной деформации;
– .

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

Opel Olympia 1935-1937

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.

История и эволюция несущего кузова

Основой автомобиля с момента его рождения была рама. Начиная с 30-х годов прошлого века конструкторы неоднократно пытались усовершенствовать это инженерное решение.

Сегодня рама сохранилась главным образом на грузовиках и некоторых внедорожниках. Большинство легковых автомобилей имеет несущий кузов. Все нагрузки, передаваемые через колеса и подвеску, воспринимают в нем стальные элементы — панели, штампованные профили, которым в самых ответственных местах придают коробчатое замкнутое сечение. Так формируется силовой каркас кузова, по которому распределяются воздействующие на него усилия — от неровностей дороги, массы перевозимого груза, пассажиров и т.д.

Сварная конструкция из штампованной стали наиболее технологична в поточном производстве. При замене рамы несущим кузовом днище салона опускается на величину высоты лонжеронов рамы. Соответственно снижается центр тяжести. Автомобили с несущими кузовами имеют меньшую массу по сравнению с однотипными рамными. Вследствие этих причин в середине тридцатых годов XX века многие автомобильные фирмы перешли на «монокок» — так в ряде стран до сих пор именуют несущие кузова.

Чистота идеи

Классический «монокок» Citroen Traction Avant, 1934 год

Первой развернула в 1934 году массовое производство легковых автомобилей с такими кузовами французская фирма «Citroen». Это была поистине революционная машина Traction Avant.

Правда, еще с 1922 года «Lancia» выпускала модель Lambda с открытым несущим кузовом типа фаэтон. Но в отличие от современного понимания этого термина у нее скорее была «разросшаяся» рама в виде пространственного каркаса, собранного из замкнутых профилей. И хотя многие автомобильные историки считают Lambda пионером настоящего «монокока», итальянцы сделали лишь первую попытку.

В отличие от них «Citroen» и «Opel» (модель Olympia, 1935 год) создали подлинно несущие кузова, у которых нагрузку воспринимали все панели. Причем крыша и днище тоже являлись силовыми элементами.

Возможны варианты

Несущие кузова (сверху вниз): ГАЗ-20 «Победа», ГАЗ-12 ЗИМ, ГАЗ-21 «Волга»

Разумеется, фаэтон или кабриолет с несущими кузовами имеют недостаточную жесткость. В результате в них приходится вводить усилители, особенно в зоне днища.

У автомобилей с продольно расположенным двигателем узел подвески передних колес, создающий основную нагрузку на передок, вынесен слишком далеко вперед и требует усиления. При такой схеме между продольными коробчатыми лонжеронами и моторным шитом несущего кузова устанавливают подкосы, как было на «Волге» ГАЗ-21. Подкосы либо приваривают к кузову, либо крепят болтами.

Первой отечественной моделью с несущим кузовом стала в 1946 году «Победа». За ней в 1950 году появился ГАЗ-12 (или ЗИМ). Его несущий кузов имел не два. а три ряда сидений за счет откидных страпонтенов. Любопытно, что этот автомобиль изначально разрабатывали как фаэтон! В результате большая длина его кузова вынудила конструкторов ввести подкосы и мощную поперечину в зоне подвески задних колес.

Однако такая мера мало повышала комфортабельность столь солидного авто: на кузов практически напрямую продолжали передаваться все удары и вибрации от колес, возникал шум… Поэтому со временем у лимузинов появился «посредник», прикрепленный к нижним силовым элементам кузова на резиновых подушках, — подрамник. В дальнейшем два подрамника, передний и задний, начали устанавливать на многие машины высшего класса.

Фирма «Citroen», всегда отличавшаяся оригинальными техническими решениями, первой превратила подрамник в сборочную единицу: у модели CX 1974 года его вместе с двигателем можно было «выкатить» из моторного отсека вперед. Постепенно передний подрамник перекочевал и на автомобили компактного класса. Так удобнее всем: седокам, технологам, механикам на станции техобслуживания…

Подводные камни

Каркасная структура кузова Lancia Lambda, 1922 год

Однако не забудем, что несущий кузов с его панелями, обычно изготовляемыми из тонколистовой (0,7—1,2 мм) стали, легко поддается коррозии. Иногда дело доходит и до сквозного проржавления, что приводит к серьезному ослаблению несущей системы.

Пока традиционалисты изыскивали рецепты антикоррозионной защиты (двухсторонняя оцинковка, многослойные грунт и краска с внешней стороны), в 60-е годы появились несущие кузова из стеклопластика. Первенство в этом принадлежит спортивному автомобилю Lotus Elite 1. Чтобы придать некоторым элементам его кузова коробчатое сечение, использовались шесть (!) основных модельных форм и две вспомогательные. Все они накладывались друг на друга и затем склеивались. В результате получилась легкая и прочная конструкция.

Почти одновременно появились комбинированные кузова. Например, у восточно-германского Trabant моделей P50 и P601, выпускавшихся национализированным заводом DKW, несущая часть кузова была сварена из стали. А наружные панели, не воспринимающие нагрузок, делали из пластмассы Duroplast, армированной опилками, отрубями и Бог знает чем еще. Помните фильм Кустурицы «Черная кошка, белый кот», где брошенный на обочине дороги «Траби» постепенно поедает свинья?

Фирменная ASF: легкая и жесткая несущая структура из алюминиевых сплавов

Однако время убогих социалистических технологий давно миновало. Конструкторы продолжают искать достойную замену стальному листу. Революционное решение выдвинул немецкий концерн «Volkswagen». На серийных моделях Audi A8 и A2 он применил несущий кузов из алюминиевого сплава! Причем получил именно каркасное строение, с обвязочными брусьями, как у дальней предтечи от Lancia Lambda. Только теперь эта технология пришла из мира авиации и космонавтики: сварная силовая «клетка» получила название ASF (Audi Space Frame).

С другой стороны, новейший Jaguar XJ — первый автомобиль с несущим кузовом из алюминия, сделанным по такой же штамповочной технологии, что и стальной. Однако панели его соединены уже вовсе не сваркой, а заклепками и клеем! С внедорожниками еще интереснее: в последнее время их раму стали «вваривать» в кузов. Так сделано у Jeep Cherokee, Chevrolet TrailBlazer, Mitsubishi Pajero и т.п. Инженерам удобнее рассчитывать деформации кузова и его несущих элементов как единого целого, да и центр тяжести машины понижается…

Несколько слов об автобусных несущих кузовах. Их основа напоминает горизонтально лежащую ферму от железнодорожного моста, к которой приваривают каркас из вертикальных труб прямоугольного сечения. Наружные панели из стали или алюминия жестко соединяются с ним и воспринимают часть нагрузки.

Итак, «монокок» прочно утвердился не только в легковом автомобилестроении. За последние двадцать лет конструкторы снабдили его сминаемыми по травмобезопасному алгоритму зонами спереди и сзади, сделали жестче на кручение, а теперь «учат» по-особому реагировать на разные удары… Но об этом — отдельный рассказ.

Несущие системы кузова автомобиля :: Avto.Tatar

  Эволюция развития автомобиля от простого к сложному наглядно просматривается в его внешнем виде. Взяв первоначально за основу конструкцию конского экипажа, где телега – это рама автомобиля, а пассажирская карета – его кузов, автомобилестроители создали легковой автомобиль. На раму навешивались колеса, устанавливался двигатель, а в кузове располагались места для водителя и пассажиров. Так был создан первый рамный автомобиль. В дальнейшем рамные конструкции совершенствовались, видоизменялись, но сама идея благополучно дожила до наших дней.

Какие бывают рамные системы в автомобиле

• Лонжеронная или классическая рамная система. Принципиальная схема такой рамы напоминает лестницу с двумя продольными балками – лонжеронами – и поперечными перекладинами. Широко применяется на современных грузовых автомобилях.
• Периферийная или контурная рамная система – детище американских автомобилестроителей. Особенностью рамы являлось разнесение лонжеронов на уровень дверей, что придавало машине особую стойкость при боковом ударе, а также позволяло снизить кузов машины. По такой схеме строились полицейские автомобили и такси.
• Хребтовая рамная система. Здесь потрудились чешские конструкторы. Основной элемент «хребта» – труба, жёстко соединяющая задний мост с коробкой передач. Дальнейшим развитием этой системы является вилочно-хребтовая конструкция рамы.
• Пространственная (объёмная) рамная система распространена на спортивных и гоночных автомобилях. Изготавливается из легких, но прочных труб методом сварки, является очень прочной конструкцией.

Зачем нужен несущий кузов

Несмотря на то, что рамная конструкция автомобиля очень хорошо себя зарекомендовала, технология производства автомобилей не стояла на месте. Хотя, надо признаться, идея безрамного авто была не нова, попытки её реализовать предпринимались ещё в тридцатых годах. Но только с широким внедрением в производство сварочных и штамповочных технологий она воплотилась в жизнь.
Технология создания безрамного автомобиля с несущим кузовом позволяла полностью автоматизировать процесс его сборки на конвейере, облегчить массу готового автомобиля, усилить жёсткость кузова на скручивание, уменьшить высоту автомобиля, увеличить пассивную безопасность.
Таким образом, создание несущего кузова автомобиля, послужило толчком к следующему развитию. В настоящее время почти все легковые автомобили выпускаются по схеме несущего кузова. Исключением являются автомобили высшего представительского класса и автомобили класса «off-road»(внедорожники), включая их модификации.
Изначально автомобили внедорожного класса выпускались в рамной конструкции. Отчасти это можно объяснить их двойным предназначением: использование в гражданской и военной службе автомобилей марки «УАЗ», «Мицубиси», «Лендровер», где требования на «живучесть» автомобиля оцениваются по более строгим параметрам. В гражданском обществе требования к большим внедорожникам немного другие. Здесь владельцу автомобиля нужен максимальный комфорт – пятидверный салон, большие окна, что, в свою очередь, очень ослабляет жесткость кузова. В этом случае без рамы не обойтись. К тому же рамная конструкция позволяет на одной раме выпускать автомобили различных модификаций (джипы, пикапы), а также «лифтовать» свои машины.
Некоторые ведущие фирмы начали выпускать под известным брендом внедорожников «кроссоверы» в несущем кузове. Но специалисты считают, что это лишь рекламный ход для привлечения потенциальных покупателей.  

Сравнение вариантов кузова с цельным и рамным кузовом сверхэффективного электромобиля

Несмотря на то, что оба решения были призваны удовлетворить одни и те же требования, методологии проектирования в каждом случае были разными. Однако первоначальный процесс, в результате которого был разработан базовый план несущей конструкции и начальные условия оптимизации, был общим для них обоих. Более того, входные данные, такие как требования и ограничения, также были идентичны для спроектированных объектов, поскольку это было важно для их правильного сравнения.Поскольку внешняя форма была задана и возможности корректировки отсутствовали, полученные решения должны были ей соответствовать. Кроме того, в обоих случаях нагрузки были умножены на 1,5, а имеющиеся напряжения в конструкции были разделены на 1,4, что является стандартной процедурой, используемой в группе. Для получения сопоставимых результатов в обоих случаях использовались одни и те же материалы для основных опорных элементов, а именно композит из углеродного волокна и эпоксидной смолы [11] и поливинилхлорид (ПВХ), ячеистая пена для сердцевины [12] в многослойной структуре.

Первым шагом процесса оптимизации, который был общим для обеих структур, было создание входной модели для дальнейшей численной оптимизации. Процесс был основан на нескольких итерациях и предыдущем опыте, чтобы получить оптимальную компоновку подсистем транспортного средства и их точек крепления с точки зрения производительности и снижения нагрузки [13]. Несмотря на то, что этот этап разработки был общим для обеих структур, общие результаты были дополнительно скорректированы для конкретного проекта, поскольку разные типы систем позволяли или требовали некоторых конкретных функций.После этого велась доработка каждого решения. Схемы этих процессов представлены ниже.

Предварительная оптимизация

Поскольку обе подробные методологии, представленные далее в этой статье, основывались в основном на числовых процедурах, для их правильного выполнения необходимо было надлежащим образом описать и представить в качественной форме начальное состояние оптимизируемого объекта и входные данные. . Это потребовало дополнительного анализа качественных данных и возможных общих решений, которые не были напрямую связаны с окончательной формой и формой несущей конструкции.Более того, даже начальное состояние входных данных можно было до некоторой степени оптимизировать, что использовалось для обеспечения лучших окончательных решений.

В общем подходе процесс оптимизации любой более сложной системы должен быть разделен на несколько более мелких шагов, чтобы повысить его эффективность и эффективность по времени. В случае системы поддержки электромобиля процедуру можно разделить на три основных направления оптимизации [13]. Это деление показано на рис.6.

Рис. 6

Общее разделение процедуры оптимизации

В связи с тем, что в данном случае внешняя форма уже была оптимизирована отдельно в рамках аэродинамических свойств, ее часть в общих методологиях оптимизации, представленных в данной статье, не учитывалась. Тем не менее, два других этапа были выполнены детально. В случае общей предварительной оптимизации системы были проанализированы взаимодействия с другими подсистемами, в то время как процессы оптимизации внутренней структуры были разными для каждого из типов решений и были представлены далее в этой статье.

Предварительный процесс привел к подробному численному описанию проблемы для дальнейшей численной оптимизации, хотя в основном это был качественный процесс. На этом этапе были определены все основные подсистемы машины, что было основано на предыдущих итерациях машины команды и изменениях в регламенте соревнований. Затем вся машина рассматривалась как сложная система, чтобы оптимизировать компоновку узлов внутри корпуса, а также необходимые прорези в фюзеляже для дверей, окон и люков.Этот процесс был повторяющимся и требовал как ноу-хау, так и опыта предыдущих автомобилей. Его основная цель заключалась в том, чтобы получить такую ​​структуру подсистем, которая обеспечила бы как достаточно места для водителя, так и достаточно легкий доступ к нему. Более того, дополнительной целью было устранение точек концентрации нагрузки и снижение общих нагрузок, создаваемых их массой. Полученная компоновка представлена ​​на Рис. 7.

Рис. 7

Компоновка подсистемы, полученная в результате предварительной оптимизации

Пространственная оболочка

В случае цельной конструкции монокока, несколько возможных решений, включая полный монокок и монокок-каркас были учтены гибридные конструкции, но, в конечном итоге, была выбрана та, которая касалась только монокока.Выбрав базовую концепцию решения и разработав начальную ступень кузова, можно провести детальную оптимизацию конструкции на основе пространственной оболочки. Методология этого этапа показана на Рис. 8.

Рис. 8

Диаграммы двух этапов численной оптимизации пространственной структуры оболочки: структурное разделение (слева) и оптимизация ламината (справа)

Общий подход к оптимизации для Система опоры пространственной оболочки была разработана при разработке нескольких итераций машины [13, 14]. Он состоял из двух основных этапов:

• разделение конструкции на формовочную и несущую части,

• Оптимизация внутренней структуры ламината

  .

Сначала необходимо было скорректировать исходные входные данные, полученные на предварительном этапе оптимизации, для выбранного решения, смоделированного в программе CATIA V5.В случае составной конструкции корпуса из-за внешней формы автомобиля в кузове приходилось делать дополнительные отверстия для люков. К сожалению, этот процесс дополнительно ослабил всю структуру. Это были проемы для переднего люка, которые должны были обеспечить лучший доступ для подсистем, размещенных в передней части машины, и люк, состоящий из двух частей, в задней части. Меньший из них, который не был учтен в процессе дальнейшей оптимизации, наряду с передним люком, представлял собой легко и быстро снимаемый смотровой люк, требуемый правилами, а больший люк закрывал большую часть задней части автомобиля. , был люком для обслуживания, обычно прочно прикрепленным к остальной части тела.На этом этапе также были качественно оптимизированы их форма, положение и технология монтажа. Кроме того, была разработана окончательная форма внутренних стен и каркасов. Окончательная исходная модель опорной системы на основе оболочки показана на рис. 9.

Рис. 9

Результаты корректировки модели

После этого можно было проводить численную оптимизацию. Сначала была использована оптимизация топологии, чтобы выполнить разделение структуры, что было начальным этапом всей процедуры.Позже получившаяся модель была оптимизирована для внутренней структуры ламината, и окончательные результаты были повторно оценены вручную.

Разделение структуры

Несмотря на то, что оптимизация топологии в ее самой основной и распространенной форме обычно не используется в случае структур оболочки, особенно составных, из-за ее методов работы, ее все же можно использовать в качестве одного из шагов в более сложные процедуры оптимизации для улучшения результатов и эффективности процесса [14]. Такая ситуация имела место в данном примере, где с его помощью выполнено разделение конструкции на несущие полосы материала и части оболочки, не передающие никакой нагрузки.

Для этого поверхностная модель конструкции оболочки, полученная на предыдущем этапе и смоделированная в CATIA, была перенесена в программное обеспечение Altair HyperWorks 2017, где она была преобразована в модель конечно-элементного анализа (FEA), со всеми загружения, нагрузки и материалы также добавлены.Чтобы выполнить эффективную оптимизацию и справиться с ограничениями программного обеспечения, на структуру был нанесен только один слой композита на основе углерода [14]. В процессе оптимизации были учтены все варианты нагружения, кроме опрокидывающейся. Основная цель заключалась в достижении минимальной массы с ограничением полного смещения, что обеспечивало достаточную жесткость конструкции. На этом этапе было важно установить правильные параметры оптимизации, особенно важна базовая толщина оболочки, поскольку слишком тонкая оболочка может поставить под угрозу весь процесс, что приведет к невозможности различения несущих и ненагруженных частей, в то время как тоже толстый приведет к тому, что получившаяся структура будет действовать скорее как каркас, чем как оболочка. Более того, чтобы предотвратить появление отверстий, которые снизили бы прочность конструкции, минимальная толщина была установлена ​​на 0,2 мм. Полученная карта плотности элементов со значением ISO, установленным на 0,1, была затем экспортирована в программное обеспечение САПР, где была проведена процедура ручного разделения. Во время этого процесса важно было убедиться, что полученные участки формообразующей структуры были настолько просты в изготовлении и технологически оправданы, насколько это возможно. Получившееся разделенное тело представлено на рис.10.

Рис. 10

Результаты разделения конструкции: темные области — несущие части, светлые области — формообразующие части

После завершения разделения в конструкцию была добавлена ​​базовая форма армирования. В основном они основывались на предыдущем опыте работы с такими системами, что позволило проектировщику спрогнозировать наиболее существенные места в конструкции, требующие усиления. Позже эти подкрепления были улучшены и оптимизированы на следующем этапе всей процедуры.

Оптимизация ламината

Вторым этапом численной оптимизации была внутренняя структура оптимизации ламината, которая основывалась на методах оптимизации как формы, так и размера. Этот этап состоял из трех основных последовательных этапов, то есть оптимизации формы слоев определенного материала и ориентации, оптимизации толщины получаемых участков материала с учетом их нижних и верхних производственных пределов и, наконец, последовательности слоев в стопке [13, 14].

После изменения результатов предыдущего шага в программном обеспечении FEA, снова были добавлены нагрузки, загружения и материалы. Так же, как и на этапе оптимизации топологии, учитывались те же случаи, а также ограничения смещения, которые применялись более точно для разных частей транспортного средства. Для формообразующих деталей был выбран тонкий ламинат, состоящий только из углеродного волокна, а на несущие элементы нанесена сэндвич-структура из углеродного волокна и пенопласта. На первом этапе оптимизации ламината была разработана окончательная схема армирования, чтобы справиться с выявленным локальным недостатком жесткости в опорной конструкции. Благодаря инструментам, встроенным в программное обеспечение, можно было использовать результаты предыдущего шага в качестве входных данных для следующего. После численной оптимизации результаты пришлось переоценивать вручную, чтобы получить высококачественную оболочку и повысить ее технологичность. Кроме того, поскольку тонкие углепластиковые оболочки не действуют эффективно при сосредоточенной нагрузке, был добавлен дополнительный слой фанеры толщиной 10 мм.Исходя из предыдущего опыта, на каждые 10 Н сосредоточенной силы приходилось 1 см ² фанеры. Полученная карта толщины оболочки показана на рис. 11.

Рис. 11

Результаты проектирования цельного корпуса после ручной переоценки численных результатов

Помимо процесса оптимизации основной конструкции, все штриховки также были оптимизированы упрощенным способом, с выполнением только слоев и оптимизации последовательности. Это было вызвано их относительно небольшим влиянием на общую массу и очень ограниченным вкладом в несущую способность опорной конструкции.Это привело к быстрому процессу и относительно простому производству деталей.

Пространственный каркас

Процессы проектирования и оптимизации второго подхода — пространственного каркаса, были основаны на методологии, которая была разработана во время предыдущих работ авторов с этим, а также с аналогичными структурами [15, 16]. Подробная схема процесса представлена ​​на рис. 12.

Рис. 12

Схема методики создания пространственного каркасного решения

Первым шагом оптимизации было определение общей оптимальной формы опорной конструкции с применением оптимизации топологии.На втором этапе с использованием полученных данных была создана конструкция, состоящая из одномерных балочных элементов и двухмерных многослойных конструкций. После итеративного анализа полученных результатов и разработки концепции структура была дополнительно скорректирована во втором блоке оптимизации с использованием инструментов оптимизации размеров, доступных в HyperWorks 2017. Затем была создана 2D-модель конструкции, чтобы включить детали конструкции в конечный элемент. метод (МКЭ). Третьим шагом оптимизации была оптимизация многослойных конструкций, поскольку детали конструкции, включая стыки между трубчатыми профилями, влияли на общую жесткость рамы.После этого была проанализирована толщина слоев ламината, необходимая для соединения профилей, а также толщина напечатанных на 3D-принтере соединителей из акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS).

Оптимизация топологии

На основе предоставленной новой обшивки фюзеляжа и ранее проведенной идентификации размещения подсистем в пространстве были распределены точки крепления нужных подсистем в машине. Затем было создано рабочее пространство, где должна была происходить оптимизация топологии, путем заливки обшивки фюзеляжа.Чтобы не совпадать с подсистемами, их объемы были вычтены, а также объемы, определенные как область обслуживания, необходимая для работы этих подсистем. Кроме того, участки, которые считались теми, которые не передавали нагрузки, были вычтены, чтобы повысить скорость дальнейшей оптимизации, поскольку они были избыточными.

Оптимизация топологии проводилась с использованием Altair SolidThinking Inspire 2017. Целью оптимизации было получение максимальной жесткости всего лишь с 30% начального объема.После того, как загружения были созданы, программа учла их все, создав один результат, который, согласно программе, им лучше всего подходит.

Концептуальный дизайн

Профили, выбранные для этого приложения, представляли собой круглые трубы из пластика, армированного углеродным волокном. Причина — выдающееся соотношение жесткости к весу и универсальность таких профилей. Кроме того, соединения между ними и другими узлами могут быть легко реализованы, что делает их идеальными для этого приложения.

Процесс концептуального проектирования был основан на интерпретации результатов, полученных в результате оптимизации топологии.Из-за их сложной формы упрощение до прямых профилей было непростым делом, и поэтому рассматривалось как повторяющийся процесс. Концептуальные проекты создавались в основном с использованием одномерных элементов, которые затем интерпретировались программой как трубчатые профили заданных размеров. 2D элементы использовались в качестве сэндвич-конструкций. Такой подход сократил время, необходимое для расчетов, и, следовательно, время, необходимое для всей концептуальной фазы.

Тем не менее, такой подход включал в модель неопределенности, поскольку 1D-элементам нельзя присвоить ортотропные свойства.Кроме того, соединения между трубчатыми профилями были упрощены и не касались конкретного решения, использованного в этой конструкции.

Тем не менее, для целей концептуальной фазы, было сочтено достаточным сравнить решения, и окончательный проект был проверен с использованием 2D-модели всей конструкции позже в процессе.

Первая итерация, показанная на рис. 13 концепции, была затем проанализирована с помощью МКЭ и оказалась слишком жесткой. Поэтому было решено его пересмотреть, чтобы снизить вес и упростить конструкцию.После нескольких итераций вес концепции был уменьшен при сохранении аналогичных перемещений конструкции. Этого удалось добиться за счет снятия лишних распорок с передней части, средней части и перераспределения профилей позади водителя, к которым подключались колеса. Эти улучшения показаны на рис. 14.

Рис. 13

Первоначальная концепция пространственной конструкции каркаса

Рис.14

Окончательная концепция пространственной конструкции каркаса

Основная цель этих изменений состояла в том, чтобы уменьшить количество стыков в конструкции, которые были одной из самых тяжелых частей каркаса из-за более толстых слоев ламината и 3D-печатных форм в них — их конструкция была разработана в подразделе 6. .2 в этой статье. Несмотря на то, что перестановка профилей позади водителя в моторном отсеке увеличила количество стыков, это позволило использовать более тонкую многослойную конструкцию, так как точки крепления подвески колес были ближе к точкам крепления многослойной конструкции и трубчатых профилей. Это также улучшило доступ и обзор моторного отсека во время обслуживания.

Оптимизация профилей

Процесс выбора размеров профилей проводился с использованием средств оптимизации размеров модуля Altair HyperWorks Optistruct. При проведении анализа учитывались размеры, полученные с сайта поставщика [17]. Использование размеров, отличных от тех, которые указаны в качестве стандартов поставщиком, было бы возможно, но это увеличило бы стоимость проекта, в то время как одной из целей данного исследования было разработать экономичное решение.

Процесс оптимизации профилей состоял из 4 этапов, и все они были реализованы с помощью инструментов Altair HyperWorks 2017 OptiStruct.

Первым шагом была оптимизация всех размеров профилей независимо, без учета размеров, указанных поставщиком.Для этого случая изначально предполагались размеры сэндвич-конструкций, целью оптимизации было минимизировать массу, при этом смещения конструкции не должны были превышать 9 мм. Результаты этого шага позволили изначально разделить профили на три группы одинаковых размеров. Причина этого заключалась в том, чтобы уменьшить разнообразие профилей, используемых в этом проекте, и, таким образом, снизить стоимость проекта.

Вторым шагом была оптимизация размеров групп профилей, на этот раз с учетом размеров, указанных поставщиком, с той же целью и предположением, что и на предыдущем шаге. Профили были разделены на три группы размеров.

С этими результатами был проведен третий этап, целью которого была оптимизация многослойных конструкций, поскольку было замечено, что на предыдущих этапах смещения не превышали 7 мм. Размеры профилей на этом шаге соответствуют размерам, указанным на предыдущем шаге. Сэндвич-структуры были оптимизированы произвольно, поэтому результаты не были одинаковыми по всей площади. Поскольку вся конструкция должна была изготавливаться студентами, хотелось упростить производственный процесс и, следовательно, иметь многослойные конструкции с однородным составом по всей площади.Чтобы достичь этого, результаты были проанализированы, и было решено, что для преодоления неопределенностей, которые могут возникнуть во время производства, были выбраны самые толстые значения каждого слоя. Кроме того, из-за ограничений, касающихся доступной толщины слоев углеродного волокна, их значения пришлось скорректировать.

Последним этапом оптимизации было уменьшение количества групп размеров профилей с трех до двух с целью унификации конструкции и снижения затрат. Поэтому профили наименьшего и среднего размера были объединены в одну группу, а оптимизация проводилась с теми же целями и ограничениями, что и ранее.Композиции сэндвич-структур на этом этапе имели размеры, полученные на предыдущем этапе, скорректированные, как указано выше.

Из-за различий между двухмерной и гибридной одномерной и двухмерной моделями, упомянутыми ранее, многослойные конструкции были оптимизированы еще раз, чтобы проверить влияние повышенной точности модели. Результаты этого анализа с учетом ранее упомянутых ограничений относительно изготовления и минимальной толщины слоя были такими же. Эта модель представлена ​​на рис.15.

Рис. 15

Окончательный 2D проект конструкции с узлами, изображениями водителя и фюзеляжа

Оптимизация соединений профилей

После этого анализа было важно проверить, обладает ли 3D-печатная пресс-форма из АБС достаточной жесткостью, чтобы удерживать трубы вместе во время ламинирования. Был проанализирован специальный случай нагружения, когда рама поддерживалась в четырех точках на трубчатых профилях. Анализ проводился на соединителе с толщиной стенки 1 мм.Результат этого анализа показал, что толщины стенки в 1 мм было бы вполне достаточно, так как напряжения были далеки от прочности материала, а смещения были меньше 1 мм. Тем не менее, поскольку анализируемая деталь должна была быть напечатана на 3D-принтере, и эта функция не была унаследована программой. Было решено, что из-за характеристик деталей, напечатанных на 3D-принтере, толщина стенки 2 мм будет иметь меньшую вероятность выхода из строя при сборке и будет легче печатать.

Кузов автомобиля

Чтобы оценить и сравнить эти решения, важно было оценить его массу.Для этого требовался вес всех узлов, фюзеляжа, а также соединений между шасси и фюзеляжем.

Фюзеляж должен был выдерживать только аэродинамические силы, которые в силу назначения транспортного средства и характеристик мероприятия, в котором он принимал участие, были очень низкими. Поэтому предполагалось, что она будет изготовлена ​​из многослойной структуры со слоями толщиной 0,5 мм на лицевых поверхностях, как и с сердечником из ПВХ толщиной 1 мм. Его масса была рассчитана путем умножения площади фюзеляжа на его толщину, а затем на плотность материала.

Внешний слой автомобиля было решено разделить на три части — переднюю, среднюю и заднюю. Это позволяло разбирать только ту часть, которая необходима для проведения необходимых работ по техобслуживанию. Соединения между фюзеляжем и шасси были выполнены защелкиванием с помощью хомутов, напечатанных на 3D-принтере. У каждого из этих зажимов было по три стержня. Эти стержни имели на концах пластиковые пластины специальной формы, плотно прилегающие к фюзеляжу, к которому они были прикреплены с помощью клея. Такие пластиковые пластины помогали распределять нагрузки, чтобы не разрушить фюзеляж при монтаже на шасси сосредоточенными силами.Пример такой предлагаемой конструкции показан на рис. 16.

Рис. 16

Предлагаемая конструкция соединителя корпуса к раме

Преобразование ненесущего типа знаний и конструкции кузова автомобиля :: Racingarts

25.11.2014 13:35

Конструкция кузова автомобиля по форме делится на ненесущие и две несущие. Сегодня койловеры Shock China модифицировали сетку, чтобы рассказать вам о разнице между не-Unibody и Unibody.

Автомобили Non-Unibody имеют жесткую раму, шасси, также известную как большие балки.Кузов крепится на раме вместе с компонентами бомбы. Вибрация передается на раму через упругий элемент кузова автомобиля, большая часть вибрации снижается или устраняется, рама может поглощать большую часть удара при столкновении, защитное действие на кузов при движении по плохой дороге, поэтому деформация автомобиля мала, плавность и безопасность, и низкий уровень шума внутри автомобиля. Однако этот относительно громоздкий автомобиль с большой массой и центром масс, не являющийся Unibody, при движении на высоких скоростях оставляет желать лучшего.

У автомобилей Unibody нет жесткой рамы, только усилены передняя, ​​боковые панели, задняя, ​​нижняя и другие части кузова и шасси вместе, чтобы сформировать жесткую пространственную структуру кузова.Это дополнение Unibody к присущей ему функциональности путешествует, но также напрямую подвергается различным нагрузкам. Эта форма жесткости кузова обладает большей устойчивостью к изгибу и кручению, малой массой, высоким и низким, низким центром тяжести автомобиля, простой сборкой, лучшей стабильностью на высоких скоростях. Тем не менее, из-за того, что нагрузка напрямую передается на тело через корпус устройства подвески, Nissan S13 перекатывается, поэтому шум и вибрация выше.

Есть нечто среднее между структурой кузова и не-Unibody Unibody, между так называемым полумонококом.Его корпус кузова и шасси приварены или жестко соединены болтами, чтобы укрепить некоторые части кузова и выступать в качестве части рамы шасси.

Unibody Unibody имеет преимущества и недостатки для использования в различных целях в автомобиле. Как правило, не Unibody используется в грузовиках, автобусах и внедорожниках, Unibody обычно используется в автомобиле, а теперь некоторые легковые автомобили также используют эту форму.

И Unibody Unibody разделены в зависимости от того, жесткая ли рама, какая рама, является первой, кто решает проблему.Рама поддерживается корпусом базового элемента, обычно называемого шасси с большой балкой. Когда на нем закреплены двигатель, трансмиссия, рулевое управление и части кузова, которые помимо внешней стороны также несут статическую нагрузку, возникающую при автомобилях с динамической нагрузкой, поэтому рама должна иметь достаточную прочность и жесткость для обеспечения нормальной эксплуатации автомобиля. при различных нагрузках не повредит и не деформируется. https://www.maxspeedingrods.co.uk/high-performance-nissan-silvia-200sx-180sx-s13-89-93-24-ways-adjustable-coilover-suspension-kit-x4pcs.html

Что такое ненагруженный кузов? | CaaCar

относится к ненесущему кузову, несущему всю раму кузова автомобиля, двигатель, подвеска и кузов установлены на раме, имеется основание шасси для крепления винта и неподвижный корпус в виде пружины на раме. Рамка .

1. Ненесущее тело существительное

относится к ненесущему кузову, несущему всю раму кузова транспортного средства, двигатель, подвеска и кузов установлены на раме, рама Одна форма основания шасси для фиксации кузова транспортного средства и фиксирующая винтовая пружина.

ненесущий кузов автомобиля имеет жесткую раму, шасси, также известную как большие балки. Рама и соединены с кузовом автомобиля пружиной или резиной для гибкого соединения. Двигатель, часть трансмиссии, элемент кузова автомобиля, прикрепленный к раме, рама, соединяющая средства передней и задней подвески с помощью средства подвески и колеса. Этот не-Unibody относительно громоздкий, качественный, высокогорный, обычно используется в грузовиках, автобусах и внедорожных джипах, есть небольшое количество лимузинов, потому что он имеет лучшую стабильность и безопасность.

2. Характеристики ненесущего кузова

преимущества

● высокая прочность корпуса, может обеспечить прочную жесткость стального корпуса. Это очень важно для грузовиков и внедорожников. Подвеска ощущения обратной связи по ухабистой дороге в автомобиле намного незначительна, потому что связь с методом уменьшения вибрации между некоторым кузовом автомобиля и шасси, поэтому при ухабистой дороге идти более плавно комфортно.

● отдельная балка, высокопрочное шасси.Обычно используется в грузовиках, автобусах и внедорожниках.

● на четыре колеса снова неравномерная сила, воспринимаемая рамой, а не передаваемая на кузов автомобиля вверх. Так что внедорожники и внедорожники используют больше. Кузов неполнонагруженного типа в нашей стране автобусные компании используют очень много.

● эластичное тело и элемент рамы соединены, имеет определенный эффект поглощения ударов. Путешествуя по бездорожью, вы почувствуете себя стабильнее.

недостатки

● При опасности (например, опрокидывания) тяжелое шасси будет относительно слабой смертельной угрозой для тела.

● большой вес, сама рама очень тяжелая, корпус и рама — это два отдельных компонента, общий вес еще больше, с множеством стали, стоимость относительно высока.

● Высокий центроид автомобиля. Центр тяжести выше, чем у транспортного средства. Внизу рамы, пока корпус крепится на раме, тогда корпус рамы все равно выше пола.

Строить автомобили из батарей не так уж и безумно, как кажется

Высокая стоимость и ограниченный ассортимент электромобилей могут сделать их трудно продаваемыми, а их самым дорогостоящим и ограничивающим компонентом являются их аккумуляторы.

Силовой багажник: Исследователь устанавливает новую крышку багажника из углеродных волокон, в которых накапливается электричество.

Но батареи также открывают новые возможности дизайна, потому что им можно придать больше форм, чем бензобакам, и потому, что они могут быть изготовлены из несущих материалов. Если их химический состав можно сделать более безопасным, батареи могут заменить обычные дверные панели и другие части кузова, что потенциально сделает автомобиль значительно легче, просторнее и дешевле. Это может в некоторой степени помочь электромобилям конкурировать с бензиновыми.

Tesla Motors и Volvo продемонстрировали ранние версии общего подхода, создав аккумуляторные блоки, которые могут заменить некоторые конструкционные материалы в обычном автомобиле. Десятки других исследовательских групп и компаний предпринимают дальнейшие шаги по созданию батарей, которые заменят существующие части тела, такие как панели и рамы кузова.

Возможность использования батарей в качестве конструкционных материалов в настоящее время ограничена использованием легковоспламеняющихся электролитов, но исследователи разрабатывают более безопасные химические вещества, которые можно было бы использовать более широко.Этот подход также поднимает несколько практических вопросов: можно ли сконструировать энергосберегающие панели кузова таким образом, чтобы автомобиль продолжал работать, даже если на них есть вмятины? А насколько дорогим будет кузовной ремонт? Однако автопроизводители могут обратиться к этому подходу под давлением, чтобы продавать больше электромобилей и гибридов, чтобы соответствовать строгим будущим стандартам экономии топлива.

Аккумуляторы — самый дорогой элемент в электромобилях, поэтому их удешевление сделало бы и электромобили дешевле. Но даже без значительных достижений новые конструкции аккумуляторов могут сделать автомобиль легче.

Одним из примеров является то, как Tesla разработала аккумулятор для модели S. Металлический кожух, который защищает аккумулятор, также делает каркас автомобиля более жестким, уменьшая общее количество необходимого металла (см. «Как Tesla управляет электромобилем. Инновации »).

В этом месяце Volvo продемонстрировала другой подход с использованием литий-ионных аккумуляторов, которые сделаны из тонких пленок материала, которые скручиваются или складываются, образуя аккумуляторную батарею. Исследователи из Технологического университета Лулео в Швеции в сотрудничестве с Volvo зажали эти пленки между листами углеродно-волокнистого композита.Полученная конструкция была использована для замены пластиковых деталей кузова и небольшого обычного аккумулятора на гибридной версии Volvo S80. (Автомобиль представляет собой гибрид с функцией «стоп-старт», в котором используется аккумулятор, позволяющий выключать двигатель, когда автомобиль не движется.)

Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США расходует 37 миллионов долларов. по проектам, стремящимся использовать батареи в качестве конструкционных материалов. (Программа называется RANGE, что означает «Надежные, доступные по цене системы хранения энергии нового поколения»).В двух проектах ARPA-E исследователи ищут способы сконструировать аккумуляторные батареи, поглощающие энергию при аварии, чтобы заменить материалы, которые сейчас используются для защиты пассажиров. Например, вместо того, чтобы упаковывать элементы батареи в сплошной блок, элементы могут проходить мимо друг друга в случае аварии, рассеивая при этом энергию.

В большинстве изучаемых до сих пор подходов по-прежнему используются обычные аккумуляторные элементы — части батареи, которые фактически накапливают энергию. Если можно будет сделать более безопасные аккумуляторные элементы, это обеспечит еще большую гибкость в проектировании автомобиля.Вам не нужно будет заключать их в защитные футляры или регулировать их температуру, чтобы предотвратить возгорание аккумуляторов.

«Если вы не одержимы защитой батарей, вы можете проявить гораздо больше творчества. «Вы не ограничены архитектурой обычных автомобилей», — говорит Пинг Лю, который руководит проектом ARPA-E RANGE и участвовал в его разработке.

С этой целью несколько исследователей разрабатывают новые химические продукты, в которых не используются легковоспламеняющиеся электроды, поэтому батареи можно безопасно использовать в качестве дверных панелей.Они рассматривают возможность замены летучих электролитов менее горючими полимерами, материалами на водной основе и керамикой (см. «Твердотельные батареи»). Как только у них будет более безопасный электролит, исследователи будут искать способы использовать электроды батареи в ячейке, чтобы выдерживать нагрузки.

Volvo имеет экспериментальную версию этого подхода, в котором углеродные волокна в композитных материалах используются для хранения и проведения электричества, а также для усиления композитов. Устройство было выполнено в виде крышки багажника.Но он мог производить достаточно электричества только для того, чтобы зажечь некоторые светодиоды, поэтому он не мог заменить батарею в электромобиле или гибриде. Новая версия, разрабатываемая в Имперском колледже в Лондоне, заменяет эпоксидную смолу, которая обычно соединяет углеродные волокна в композит, смесью жестких материалов и ионных жидкостей, которые могут проводить заряженные молекулы. Это образует тип суперконденсатора, который может накапливать достаточно энергии для использования вместо батареи в гибриде с остановом и запуском.

Для электромобилей и гибридов с большими батареями суперконденсаторы не накапливают достаточно энергии.Поэтому, чтобы обеспечить достаточный запас хода, некоторые исследователи разрабатывают литий-ионные батареи, в которых для одного электрода используются углеродные волокна, а для противоположного — обычные литий-ионные материалы. Другие разработали нелетучий полимерный электролит для замены обычных легковоспламеняющихся электролитов. Полученный материал позволит «выполнять две работы с помощью одного предмета», — говорит Лейф Асп, профессор Университета Лулео. Такой подход используется в нескольких проектах ARPA-E.

Однако эти новые электролиты и силовые элементы аккумуляторной батареи, вероятно, будут использоваться в автомобилях более чем через десять лет.Будет сложно гарантировать, что батарея накапливает большое количество энергии, а также может быть достаточно прочной в качестве конструктивного элемента.

Asp говорит, что первые приложения могут быть в портативной электронике, где несущие батареи могут заменить обычные пластиковые корпуса. Но если в один прекрасный день автомобильные компоненты смогут изготавливаться из таких материалов, то аккумуляторы, наконец, могут превратиться из ограничивающего фактора в пункт продажи.

Осмотр рамы

Почему осмотр рамы так важен

Терминология кадра:

Конструкция кузова на раме: Большинство тяжелых грузовиков и несколько полноразмерных автомобилей премиум-класса все еще остаются в эксплуатации. изготавливается по конструкции «корпус на раме».Это производственный процесс, в котором рама сваривается, а затем к раме болтами крепятся двигатель, трансмиссия, подвеска и корпус.

Конструкция Unibody: Сегодня большинство автомобилей производятся с унифицированным кузовом / рамой (Unibody) строительство. Это производственный процесс, при котором листовой металл сгибается и формируется, а затем сваривается точечной сваркой. вместе, чтобы создать коробку, которая составляет структурную раму и функциональный корпус автомобиля.Эти В автомобилях предусмотрены «зоны деформации» для защиты пассажиров в случае столкновения.

В случае аварии рама unibody разработана таким образом, чтобы «сминаться» и лучше поглощать энергию удара. чем конструкция «корпус на раме». Однако рама unibody не рассчитана на использование более одного авария

Новостной журнал «60 минут» сообщил об автомобилях с несущими кузовами, которые рушились на низком уровне. скоростные аварии (30 миль / ч). В результате расследования выяснилось, что эти автомобили имели ранее каркасный вид. повреждать.Автомобиль с цельной рамой, с предыдущим повреждением рамы, будет значительно ослаблен или нарушить структурную целостность рамы автомобиля. Единственный способ определить конструктивное Безопасность отремонтированного каркасного транспортного средства заключается в том, чтобы снова разрушить транспортное средство и посмотреть, выживет ли он.

Также существует прямая связь с автомобилями с предыдущими авариями и хроническими механическими проблемами. Мы слышим, как люди жалуются, что их автомобили (Ford, Chevy, Honda, Toyota и т. Д…) имеет хронический механический проблемы. Часто эти хронические механические проблемы могут быть связаны с какой-то прошлой аварией и неремонтируемое или не поддающееся ремонту повреждение рамы. По оценкам Farmers Insurance Corp., 40% всех ремонт некачественный.

В дополнение к структурным и механическим проблемам, перечисленным выше, предыдущее разбитое транспортное средство будет стоит меньше, чем безаварийный автомобиль того же типа. Это называется «Уменьшенная стоимость»

.

Предварительная покупка Осмотр должен включать осмотр рамы, выполняемый сертифицированным экспертом по раме.Инспекция должен определить любые предыдущие повреждения в результате столкновения, такие как восстановленные или поврежденные каналы рамы, рельсы рамы, передние и задние рожки рамы, подрамники, днища, опоры сердечника, верхние и нижние рычаги управления, валентность панели, поперечины, повреждение ржавчины, переделка рамы, нестандартные сварные швы и т. д. Сертифицированный эксперт по раме сможет сказать покупателю, является ли рама такой же, как когда она пришла с завода, или степень любого предыдущего аварийного ущерба и качество любого ремонта.

Большинство автомобильных техников практически не имеют опыта в анализе или ремонте рам. Большая разница между техником-механиком и техником по кузову. Редко вы найдете магазин, в котором есть ASE Master Техники и сертифицированные ASE специалисты по кузовам и каркасам под одной крышей. Перед покупкой обязательно Рама автомобиля должна быть профессионально проверена сертифицированным специалистом по раме.

Каждый инспектор Auto P.I. является сертифицированным техническим специалистом ASE и Специалист по кузовам и каркасам.Эта комбинация Мастер-Техника и Анализ каркаса сделайте наших инспекторов одними из самых квалифицированных технических специалистов для проведения проверок перед покупкой.

Вы не сможете договориться о лучшей сделке, пока не узнаете ТОЧНЫЙ состояние каждого компонента и системы.

Несущие компоненты TestLine

Ключевые особенности продукта

Промышленный стандарт

Проверенные и надежные конструкции используются более чем 1200 компаниями в 51 стране.

Легко использовать

Разработан для бесшовной интеграции и простой сборки испытательного стенда

Экономическая эффективность

Изготовлен из материалов высочайшего качества для максимального увеличения срока службы и полезности

Универсальный

Модульные компоненты можно легко перенастроить в соответствии с растущими требованиями к испытаниям.

Сравнение моделей

Технический обзор

Колокольчики

Используется для получения механического преимущества, реагирования на горизонтальные силы на опорную плиту или пол и изоляции привода от моментов и боковых нагрузок.

	Макс сила	Масса
Коленчатый вал	50 кН (11000 фунтов)	36 кг (80 фунтов)

• Включает 2 опорных подшипника и распорки 25 мм
• При использовании для получения механического преимущества достигаемое увеличенное усилие не должно превышать указанную максимальную номинальную нагрузку

Принадлежности:

• Опорные подшипники подушки: прецизионные самоустанавливающиеся подшипники для крепления коленчатых кривошипов к опорному основанию или стойке

• Универсальные шарниры: обеспечивают соединение, которое будет вращаться вокруг двух осей

• Конец штока и сплошные проставки: обеспечивают поворотное и вращающееся соединение с приводами, стойками или другими компонентами

• Монтажные кронштейны: используются для крепления узлов к опорной плите

Рычаг в сборе

Используется для получения механического преимущества в силе или перемещении и изоляции приводов от моментов и боковых нагрузок.

	Макс сила	Масса
Рычаг	50 кН (11000 фунтов)	41 кг (90 фунтов)

• Включает 2 опорных подшипника
• При использовании для получения механического преимущества достигаемое увеличенное усилие не должно превышать указанную максимальную номинальную нагрузку

Принадлежности:

• Опорные подшипники подушки: прецизионные самоустанавливающиеся подшипники для крепления рычагов к опорному основанию или стойке
• Универсальные шарниры: обеспечивают соединение, которое будет вращаться вокруг двух осей
• Конец штока и сплошные проставки: обеспечивают поворотное и вращающееся соединение с приводами, стойками или другими компонентами
• Монтажные кронштейны: используются для крепления узлов к опорной плите

Универсальные стойки

Используется для передачи нагрузок в осевом направлении стойки.Универсальные концы позволяют подсоединять другие приводы или стойки перпендикулярно оси стойки для двухосных нагрузок или движения.

	Длина	Макс сила	Масса
Стойка универсальная -375	375 мм (14.76 дюймов)	50 кН (11000 фунтов)	10,9 кг (24 фунта)
Стойка универсальная -875	875 мм (34,45 дюйма)	50 кН (11000 фунтов)	15 кг (33 фунта)
Универсальная стойка — 1675	1675 мм (66 дюймов)	50 кН (11000 фунтов)	22 кг (48 фунтов)

Принадлежности:

• Концы стержней: соединители для тяжелых условий эксплуатации со встроенными сферическими подшипниками, которые крепятся болтами к универсальным стойкам для соединений, которые должны вращаться.
• Вертлюги на конце штанги: привинчиваются к универсальным стойкам для соединений, которые должны поворачиваться или вращаться.
• Адаптеры датчика веса / привода: соединяют концы штоков на кривошипах и рычагах с датчиками веса и приводами.
• Адаптеры шарнирного соединения: шарнирное соединение конца штанги к компонентам
• Адаптеры стойки : болт непосредственно к концу универсальных стоек для подключения к тензодатчикам или приводам

Стенды реакции

Используется для поддержки коленчатых кривошипов, а также других деталей или узлов.Ряд отверстий в стойке вместе с прорезями в дополнительных монтажных пластинах и кронштейнах обеспечивают плавную регулировку высоты коленчатого рычага.

	Макс сила	Масса
Реакционный стенд	50 кН (11000 фунтов)	382 кг (840 фунтов)

Принадлежности:

• Горизонтальные монтажные пластины: установите коленчатые рычаги или рычаги на противодействующие стойки в горизонтальном положении
• Вертикальные монтажные кронштейны: крепление коленчатых рычагов или рычагов к опорным стойкам в вертикальном положении

Ссылка 3 текст Модульные рамы портала Универсальные модульные строительные системы MOCOKIT — это гибкие монтажные наборы балок, опор, кронштейнов и приспособлений, которые легко интегрируются с несущими компонентами TestLine и стандартными приводами и датчиками веса MTS.

Предлагается:

• 65 кН Рамы и аксессуары портала
• Рамы и аксессуары портала 250 кН

Загрузки

Сервис и поддержка

Наши специалисты всегда готовы помочь вам в работе.

Сопутствующие товары, детали или аксессуары

Обоснование оптимизации несущей конструкции вагона-хоппера для транспортировки окатышей и горячего агломерата. Автор Алексей Фомин, Алена Ловская, Инна Скляренко, Юрий Клочков :: ССРН

Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (7 (103)), 65-74, 2020.DOI: 10.15587 / 1729-4061.2020.193408

10 стр. Добавлено: 17 ноя 2020

См. Все статьи Алексея Фомина

Государственный университет инфраструктуры и технологий

Украинский государственный университет железнодорожного транспорта

Государственный университет инфраструктуры и технологий

Государственный университет инфраструктуры и технологий

Дата написания: 24 февраля 2020 г.

Аннотация

Определены прочностные параметры несущей конструкции вагона-хоппера для транспортировки окатышей и горячего агломерата.Расчет производился методом конечных элементов, реализованным в программном обеспечении COSMOSWorks. Определены запасы прочности силовых элементов кузова. Для снижения расхода материала на кузов автомобиля в качестве несущих элементов предложено использовать трубы круглого сечения. Математическое моделирование применялось для определения ускорений, действующих на оптимизированную несущую конструкцию вагона при ударах при маневрировании. Установлено, что действующие на несущую конструкцию вагона ускорения составляют 42.4 м / с2 (4,3 г). Полученная величина ускорения учтена при расчете прочности несущей конструкции вагона-хоппера. Максимальные эквивалентные напряжения в этом случае достигли около 270 МПа и были сосредоточены в области взаимодействия балочной балки с поворотной балкой, не превышая допустимых для марки стали, используемой в металлической конструкции.

Мы смоделировали вертикальную динамику оптимизированной несущей конструкции вагона-хоппера, используемого для транспортировки окатышей и горячего агломерата.При расчетах учитывались параметры рессорной подвески ходовой части модели 18-100. Результаты наших расчетов позволяют сделать вывод о том, что ускорения кузова вагона-хоппера, а также ходовой части находятся в допустимых пределах. В этом случае с точки зрения соответствия требованиям нормативных документов ходовые качества автомобиля можно охарактеризовать как «отличные».

Предлагаемые технические решения обосновывают использование круглых труб в качестве несущих элементов кузова хоппера для транспортировки окатышей и горячего агломерата.В этом случае появляется возможность снизить тару вагона-хоппера почти на 5% по сравнению с вагоном-прототипом. Кроме того, введение круглых труб в несущую конструкцию вагона-хоппера позволило снизить производственные затраты предприятий вагоностроения.

Наше исследование будет способствовать созданию современных конструкций вагонов-хопперов, а также повышению эффективности железнодорожных перевозок.

Ключевые слова: вагон-хоппер; специализированный грузовой вагон; несущая конструкция; прочность кузова автомобиля; динамическая загрузка; оптимизация кузова

Рекомендуемое цитирование: Предлагаемая ссылка

Фомин, Алексей и Ловска, Алена и Скляренко, Инна и Клочков, Юрий, Обоснование оптимизации несущей конструкции вагона-хоппера для перевозки пеллет и горячего агломерата (24 февраля 2020 г.