Несущая система грузового автомобиля
Несущая система автомобиля
Несущая система автомобиля предназначена для размещения всех узлов, агрегатов и систем автомобиля и соединения их в единую конструкцию, по сути, и являющуюся автомобилем. В качестве несущей системы могут выступать рама или кузов автомобиля.
Автомобильная рама выполняет функцию каркаса автомобиля. Дополнительно рама придает жесткость и прочность всей конструкции, что позволяет воспринимать различные нагрузки при движении. Для размещения водителя, пассажиров и грузов на раму дополнительно устанавливается кузов или (и) кабина.
Кузов автомобиля служит для непосредственного размещения водителя, пассажиров и груза, защиты их от воздействия плохих погодных условий (дождь, снег, ветер), неблагоприятных факторов в движении (шум, вибрация, пыль), защиты при аварии.
Назначение кузова определяет область применения автомобиля. Кузов может быть несущей системой или конструктивным элементом этой системы.
Кузов, воспринимающий все нагрузки и усилия, действующие на автомобиль при движении, называется несущим. Все современные легковые автомобили оборудуются, как правило, несущим кузовом.
Полунесущий кузов жестко соединен с рамой, за счет чего воспринимает часть нагрузок, приходящихся на раму. Разгруженный кузов имеет упругую связь с рамой и воспринимает нагрузки только от веса пассажиров и перевозимого груза.
Рамная конструкция кузова
Рамная конструкция кузова — один из видов несущих систем автомобиля
У автомобиля, как и у человека, имеется свой скелет. Именно к нему прикрепляются все навесные системы и элементы. Называется такой каркас несущей системой автомобиля. Эти системы бывают рамными или безрамными. Чем же они отличаются?
Типы несущих систем
В основе рамных несущих систем лежит жесткая стержневая конструкция, в которой элементы соединены между собой во всех или нескольких узлах. Именно к этой отдельной раме в дальнейшем прикрепляются все основные системы автомобиля (двигатель, рулевое управление и т.д.). Кузов тоже может крепиться к раме. Такая система характерна для грузовых автомобилей, тракторов и внедорожников.
В безрамных системах функцию опоры выполняет сам кузов, т.е. становится несущим. Такие системы сложны в изготовлении, обслуживании и ремонте. Тем не менее, они часто используются для современных легковых автомобилей и минивэнов.
В рамно-кузовных системах рама и кузов представляют собой единую конструкцию. Нагрузки распределяются между рамой и каркасом кузова. Эта система проста в изготовлении и обслуживании.
Устройство рамы
Рама – это самая тяжелая часть автомобиля. В среднем масса рамы составляет около 15% от общей массы машины. Рама должна быть прочной, одновременно крепкой и легкой, обладать высокими технологическими качествами. Основные детали рамы – это две продольные балки, соединенные поперечными. Количество балок меняется в разных марках машин. Рамы часто изготавливают переменной ширины: в зоне двигателя чуть шире, а в зоне заднего моста уже. Наиболее распространены клепаные рамы. Они просты в изготовлении и наиболее технологичны. При мелкосерийном производстве возможно болтовое соединение. Бывают и цельносварные рамы, использование которых целесообразно для тяжелой дорожной техники. К отдельной раме кузов обычно крепится за счет кронштейнов на болтах с толстыми резиновыми прокладками, которые нужны для уменьшения уровня вибраций, получаемых кузовом.
Рамы классифицируют в зависимости от типа несущей структуры.
Лонжеронные. По своей конструкции эти рамы похожи на обычную лестницу. Поэтому иногда можно встретить название «лестничная рама». Состоят такие рамы из продольных балок (лонжеронов) и поперечин. Применяются почти во всех грузовиках.
Переферийные. У этих рам лонжероны в центральной части значительно раздвинуты. При установке кузова они оказываются за порогами дверей. Это позволяет значительно опустить пол кузова и уменьшить общую высоту автомобиля. Такая конструкция повышает безопасность при боковом столкновении. Этот тип рамы использовался в советских автомобилях ЗИЛ.
Хребтовые. Главный элемент такой рамы – центральная трансмиссионная труба. Конструкция используется в автомобилях с независимоей подвеской обеих осей. Преимущество хребтовой схемы – повышенная крутильная жесткость. Однако ремонт крайне затруднен, поэтому используют этот вид редко, лишь на грузовиках улучшенной проходимости.
История появления рамных конструкций
Идея использовать раму в качестве несущей конструкции возникла еще в самом начале развития автомобилестроения. В конных экипажах каркас кузова был деревянный, но для автомобиля его прочности было бы недостаточно. Поэтому первые автомобильные рамы делались по аналогии с железнодорожным транспортом.
Впрочем, рамы сначала тоже изготавливали из твердого дерева и лишь иногда из металлических труб.
В 20-е годы чехословацкая фирма «Татра» придумала хребтовую раму и применила ее на ряде своих моделей. Однако эта инновация использовалась лишь в Чехословакии и не нашла реализации в других странах.
Примерно в это же время машиностроители предложили пространственную раму. Аналогию они провели с конструкцией лодочного корпуса. Первый автомобиль с такой рамой — это Lancia Lambda 1922 года.
Американская компания «Оберн» (Auburn) в те же годы разработала лонжеронную раму с Х-образной поперечиной. Она соединила в себе относительную легкость и повышенную крутильную жесткость.
Некоторые довоенные автомобили оснащались сильно облегченной рамой. Она хоть и была отделена от кузова, но самостоятельно выдержать всех нагрузок не могла. Поэтому часть из них все равно приходилась на кузов. Пример автомобиля с такой системой – Ford Prefect.
Уже после Второй Мировой войны популярность приобретает несущий кузов. Однако не все фирмы-производители стремились перейти на производство автомобилей с таким типом каркаса. Ведь при рамной конструкции можно было менять дизайн кузова, в то время как рама оставалась в том виде, в каком и была. В случае с несущим кузовом автомобиля изменение дизайна становилось очень сложной и дорогостоящей задачей.
Рамы легковых машин и внедорожников с 70-х годов до нашего времени практически не изменились. Определенную эволюцию прошла лишь технология их производства. Например, появился метод штамповки эластичными средствами (обработка металлов давлением). Однако используют сами рамы сейчас значительно реже, чем в 70-е. В основном ими оборудуются большие пикапы и внедорожники.
Преимущества и недостатки
В современных легковых автомобилях предпочтение отдано несущему кузову. Это происходит в силу ряда причин. Несмотря на явные преимущества (простая конструкция, упрощенная сборка автомобиля на заводе, легкий ремонт), у рамного кузова есть и существенные недостатки. Во-первых, при разделении функций кузова и рамы, приходится значительно увеличивать массу. Во-вторых, лонжероны, которые проходят под кузовом, забирают у пассажирского салона значительную часть. Пороги оказываются большими, а это затрудняет посадку в автомобиль. В-третьих, у рамных автомобилей уровень пассивной безопасности значительно ниже, ввиду возможности смещения рамы относительно кузова при ударе. В-четвертых, плоская рама уступает несущему кузову по показателю жесткости на кручение.
Таким образом, так как легковой автомобиль должен быть и комфортным и безопасным, несущий кузов для него стал незаменим. В тех же автомобилях, которым необходимо работать в сложных условиях, используют только рамные конструкции.
Полезно? Лайкаем и делимся со своими подписчиками!
Несущая система автомобиля: рама, кузов
Несущая система служит своего рода каркасом автомобиля. Благодаря надежному несущему основанию важнейшие части кузова, двигатель, подвеска и элементы трансмиссии крепятся образуя цельную конструкцию. Исторически все транспортные средства проектировались на “раме”. Однако, с появлением несущего кузова о раме в легковых автомобилях подзабыли. В настоящее время несущая система авто используется в основном при строительстве лимузинов, внедорожников, тракторов и грузовых машин.
Рамный принцип соединения основных систем был заимствован создателями первых машин у конструкторов железнодорожного транспорта. В автомобилестроении несущая система получила название шасси. По сути, такое рамное шасси может использоваться автономно, без какого-либо кузова.
В качестве материала для первых рам применялись ценные породы древесины, а также металл в виде круглых труб. Серийные модели рам из штампованного профиля с прямоугольным сечением появились в начале 20 века. Однако, спустя всего 30 лет на смену рамным автомобилям пришли «легковушки» с самонесущим кузовом.
Какие виды рамных конструкций существуют?
Традиционная рама автомобиля состоит из балок, к которым с помощью креплений присоединены основные автомобильные системы, в том числе силовые агрегаты и элементы ходовой (мосты, подвеска, колёса с дисками и шинами). Кузов автомобиля как часть несущей части служит местом размещения пассажиров и грузов, а также выполняет декоративную функцию.
Любая рамная конструкция предполагает функциональное разделение несущих элементов кузова и декоративных деталей, иногда усиленных особым каркасом. Прочный каркас может фиксироваться рядом с дверными проемами. Такой вариант не предполагает поддержку в процессе силовых нагрузок, неизбежных при эксплуатации автомобиля. В зависимости от вида используемой кузовной несущей, все рамы делятся на:
Также существуют комбинированные типы автомобильных рам, состоящие из элементов различных конструкций.
Преимущества и недостатки
Важным преимуществом рамочной конструкции считается высокая прочность несущей кузова автомобиля. По этой причине рама идеально подходит для грузовиков и внедорожников, даже несмотря на то, что общая масса транспортного средства с рамной несущей заметно больше.
Ещё одним положительным качеством рамы является универсальный характер ее использования. При производстве унифицированных узлов и агрегатов, совместимых с шасси, возможен выпуск различных моделей авто, отличающихся только внешним видом кузова и оформлением салона. Некоторые автоконцерны используют этот «хитрый» принцип при создании рестайлинговых модификаций в целях экономии средств. Примечательно, что сборка автомобилей с рамным основанием проще, а ремонт, как правило, менее трудозатратен.
И все же несущий кузов пользуется сегодня гораздо большей популярностью. Связано это с существенными недостатками рамных машин, среди них:
В стремлении сделать легковой автомобиль соответствующим современным требованиям безопасности и комфорта автоконцерны заменили рамную конструкцию на несущий кузов. Но обойтись без рамного авто в условиях бездорожья, повышенной вибрации во время движения, а также чрезмерной нагрузки на шасси, по-прежнему, невозможно.
Особенности рам разного типа
Разработка чешской компании Tatra была впервые применена при производстве авто этой фирмы. Рама с каркасом в виде трубы, соединяющей между собой детали трансмиссии и силовой агрегат, хорошо себя зарекомендовала и получила распространение среди других автопроизводителей.
Конструктивно хребтовая рама представляет собой единое целое с двигателем, сцеплением и коробкой передач, ведь каждый из элементов системы надежно связан с рамной конструкцией жестким креплением. Вал внутри трубы рамы посредством вращения выполняет крутящий момент от мотора к составляющим трансмиссии. Специфика механизма заключается в обязательной независимой подвеске для всех колес.
Хребтовая рама привлекает автомобилистов высоким показателем жесткости на скручивание. Применение хребтовой технологии позволяет быстро и эффективно создавать модели с несколькими ведущими мостами без потери в качестве и безопасности управления транспортным средством. Вот только обслуживание и ремонт деталей может оказаться непростым, ведь часть механизмов труднодоступны, так как находятся внутри конструкции рамы.
Разновидность хребтовой рамы также придумана командой инженеров компании Tatra. Вильчато-хребтовая конструкция оборудована своего рода вилками для мотора с трансмиссией, установленными по обе стороны основной трубы несущей. Трезубцы, венчающие раму спереди и сзади, служат кронштейнами, местом соединения с лонжеронами, к которым крепятся детали подвески и другие агрегаты.
Уникальность этого типа рам заключается в использовании обычного карданного вала и отсутствием жесткой сцепки между рамой, мостами и двигателем. К сожалению, размещение силового агрегата в задней части авто повлекло за собой проблемы с управляемостью, поэтому вильчато-хребтовые системы практически не применяются при проектировании современных ТС.
Особый вид лонжеронных рам стал известен в Европе шестидесятых годов прошлого века, когда периферийную конструкцию начали использовать при производстве габаритных легковых машин и «дредноутов» из США. Лонжероны в рамах такого вида расположены у порогов на большой ширине друг от друга так, так что высокий пол автомобиля по площади больше, чем в стандартном корпусе. При этом высота машины с периферийной рамой существенно меньше. Относительно низкая прочность поперечины рамы ввиду ее особого расположения заставила инженеров предусмотреть в авто более надежный и жесткий кузов, выдерживающий даже мощные боковые удары.
Один из самых сложных типов конструкции рамы применяется при создании спорткаров. Тонкие трубы из легированного металла устойчивы к кручению, но все же поддаются изгибу. В современном автомобилестроении доверие завоевали монококи, представляющие собой пространственную конструкцию, внешняя оболочка которой служит основным несущим элементом.
Независимо от того, какая несущая система у Вашего автомобиля, “основа” транспортного средства требует максимум заботы и внимания. Специалисты официальных сервисных центров ГК FAVORIT MOTORS проводят компьютерную диагностику состояния ходовой части, важнейших узлов и агрегатов авто. Опытные мастера осуществляют грамотное техническое обслуживание, своевременно выявляют и устраняют любые неисправности. Все работы выполняются точно в срок и по доступным ценам. Обращайтесь к профессионалам!
Устройство автомобилей
Рама автомобиля
Несущая система автомобиля
Несущая система служит для установки и крепления всех агрегатов и механизмов автомобиля. 
Она воспринимает поперечные и продольные нагрузки, изгибающие и крутящие моменты, передаваемые двигателем, трансмиссией и мостами автомобиля, а также колесами и подвеской в результате взаимодействия автомобиля с дорогой, ускорением и торможением.
К несущей системе автомобиля предъявляются следующие требования:
Преимущества рамной несущей системы:
Для грузовых автомобилей, имеющий отдельный кузов для груза и кабину для водителя и пассажиров, рамная конструкция является наиболее удобным техническим решением.
Несущие кузова применяются на легковых автомобилях особо малого, малого и среднего классов, а также на большинстве автобусов.
Преимущества несущих кузовов:
Недостатками несущих кузовов является сложность изготовления и ремонта, а также низкая универсальность при применении на автомобилях разного назначения – даже незначительные изменения компоновки автомобиля требуют затратных изменений в конструкции кузова.
Рама автомобиля
Рама является остовом автомобиля, т. е. его «скелетом». Она воспринимает все внешние и внутренние нагрузки, возникающие при движении автомобиля и даже при его стоянке – вес груза, пассажиров и размещенных на ней механизмов и устройств, а также моменты и усилия, передаваемые двигателем и агрегатами трансмиссии и ходовой части. По этим причинам к автомобильным рамам предъявляются требования:
Классификация автомобильных рам
Рамы бывают лонжеронные и хребтовые (центральные).
Лонжеронные рамы, в свою очередь, подразделяются на лестничные и периферийные.
Разновидностью хребтовых рам являются Х-образные рамы.
Лонжеронные рамы
Лестничная лонжеронная рама
Лестничная лонжеронная рама (рис. 1, рис. 2, а) состоит из двух лонжеронов 1 (продольных балок), которые соединены между собой поперечинами 2. Лонжероны и поперечины имеют швеллерное сечение, при этом полки швеллеров при сборке рамы обращены внутрь.
Толщина листовой стали, из которой изготавливают лонжероны, составляет 5…10 мм. В качестве материала для элементов конструкции автомобильных рам применяются низкоуглеродистые стали, которые хорошо поддаются холодной штамповке.
Иногда применяются титанистые стали, позволяющие благодаря их более высоким механическим свойствам снизить массу рамы на 15…20%.
Лонжероны могут располагаться параллельно или сходиться в передней части автомобиля с целью образования свободного пространства, необходимого для поворота управляемых колес. В соответствии с распределением нагрузки на рамы для двухосных автомобилей наибольшее сечение лонжерона находится в средней части рамы, уменьшаясь к концам рамы.
Переменное сечение лонжеронов позволяет снизить массу и расход металла, без существенного снижения прочности и жесткости рамы. Кроме того, такая конфигурация лонжеронов позволяет снизить центр тяжести автомобиля, что немаловажно для повышения его устойчивости при криволинейном движении и маневрировании.
Для снижения центра тяжести балки лонжеронов у легковых автомобилей и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности часто выгибают над осями и мостами в вертикальной плоскости.
Жесткость рамы повышают установкой косынок и раскосов между лонжеронами и поперечинами. Лонжероны и поперечины скрепляют между собой клепкой в холодном состоянии или сваркой. Широкое применение клепаных соединений обусловлено хорошей стойкостью к вибрационным нагрузкам.
Сварные рамы отличаются большой жесткостью, но сложнее в ремонте и менее прочны в местах, прилегающих к сварным швам.
Поперечины крепятся к полкам лонжеронов и их стенкам. Места расположения поперечин и форма их поперечного сечения (коробчатая, корытообразная, Z-образная, П-образная и т. д.) выбираются исходя из равнопрочности рамы по всей длине.
Поперечины обязательно устанавливаются в месте крепления кронштейнов рессор, двигателя, бензобаков, в местах установки балансирной рессоры (для трехосных автомобилей), а сами лонжероны в этих местах часто усиливаются специальными вставками.
Поперечины штампуются из той же листовой стали, что и лонжероны. При сложной форме поперечин используются высокопластичные стали. Однородность металла элементов рамы диктуется возможностью возникновения гальванических токов при применении разного металла для лонжеронов, поперечин, заклепок и усилительных элементов. Гальванические токи инициируют коррозию и могут доставить другие неприятности при эксплуатации автомобиля.
Для рам автомобилей большой и особо большой грузоподъемности применяются прокатные профили из малоуглеродистых низколегированных сталей. Материал прокатных профилей имеет более высокие механические характеристики, чем листовая сталь. Однако масса таких рам больше, так как лонжероны по всей длине имеют одинаковое сечение.
Периферийные рамы
Периферийные рамы (рис. 2, в) могут применяться в конструкции несущей системы легковых автомобилей. Лонжероны периферийной рамы проходят по периферии пола кузова автомобиля и создают ему естественный порог. Это увеличивает сопротивляемость кузова боковым ударам.
Свободная средняя часть рамы позволяет опустить пол кузова, повысив тем самым устойчивость автомобиля. Для увеличения хода колес автомобиля лонжероны выгибаются в вертикальной плоскости над передним и задним мостами. Средняя часть рамы расположена ниже этих выгибов.
Хребтовые рамы
Хребтовая рама (рис. 2, г) состоит из одной центральной несущей балки 9, к которой прикреплены поперечины 10 и различные установочные кронштейны. Центральная балка, внутри которой размещается карданная передача, имеет трубчатое сечение.
Если на легковых автомобилях хребтовая рама обычно неразборная, на грузовых автомобилях центральная балка состоит из картеров отдельных агрегатов трансмиссии автомобиля, которые соединяются между собой специальными патрубками.
Между картерами и патрубками устанавливаются кронштейны для крепления кабины, грузового кузова, двигателя и других агрегатов. Такая разъемная хребтовая рама универсальна, так как, изменяя длину, можно создавать семейства автомобилей с различным числом ведущих мостов и с разными базами на одних и тех же унифицированных агрегатах.
Хребтовая рама позволяет снизить массу автомобиля на 15…20%, так как сами агрегаты трансмиссии образуют элементы рамы. Хребтовая рама обладает более высокой жесткостью по сравнению с лонжеронной рамой, однако такая рама требует применения легированных сталей для изготовления картеров агрегатов трансмиссии и соединительных патрубков, а также высокой точности при изготовлении. Кроме того, при техническом обслуживании и ремонте автомобиля затрудняется доступ к механизмам трансмиссии и требуется частичная, а иногда и полная разборка рамы.
Х-образная рама (рис. 2, б) позволят увеличить углы поворота управляемых колес, тем самым улучшить маневренность автомобиля. Эта рама также позволяет понизить пола кузова, центр тяжести автомобиля, увеличить его статическую и динамическую устойчивость.
Дополнительные элементы конструкции автомобильных рам
К раме крепят кронштейны для рессор, амортизаторов, крыльев, подножек и другие элементы кузова и кабины автомобиля.
На переднем конце рамы устанавливается буфер и буксирные клюки. Буфер предназначен для восприятия толчков и ударов при наездах и столкновениях. В задней части грузовых автомобилей расположено буксирное устройство.
На усиленную переднюю поперечину устанавливают переднюю опору двигателя.
Тягово-сцепное устройство автомобиля
Тягово-сцепное (буксирное) устройство (рис. 1, б) представляет собой стальной кованый крюк 18, на стержне которого между двумя упорными шайбами 9 и 20 установлен резиновый упругий элемент 10, поджимаемый гайкой 8. Стержень крюка в сборе с буфером размещен в корпусе 11, который вместе с крышкой 19 болтами прикреплен к задней поперечине рамы. Выступающий из стакана конец стержня с зашплинтованной на нем гайкой 8 закрывается колпаком 7.
Защелка 17 крюка стопорится собачкой 13, установленной на оси, а также предохранительным шплинтом 14, соединенным цепочкой 16 и входящим в отверстие собачки 13.
Надрамник автомобиля-самосвала
Несущая система автомобилей-самосвалов кроме основной рамы включает еще дополнительную укороченную раму – надрамник, на который устанавливается грузовой кузов и крепятся элементы механизма подъема кузова. Надрамник позволяет снизить нагрузку на заднюю часть основной рамы автомобиля при подъеме кузова во время разгрузки, принимая часть этой нагрузки и распределяя ее равномерно по основной раме. Надрамник выполняется сварным из штампованной листовой стали. Он крепится к раме самосвала с помощью стремянок и болтовых соединений.
На рис. 3 показан надрамник автомобиля самосвала марки «КамАЗ», который состоит из двух лонжеронов 3, соединенных поперечинами 2,4,8 и 11. В задней части, где возникают наибольшие нагрузки, надрамник имеет Х-образный усилитель 6, а его лонжероны снабжены усилителями 7.
Поперечины 2 и 11 имеют корытообразное сечение, остальные поперечины имеют швеллерное сечение.
К лонжеронам приварены кронштейны крепления надрамника к раме 10, ограничители боковых перемещений надрамника, кронштейны резинометаллических опор 1 кузова и кронштейны 9 осей опрокидывания кузова. К поперечине 11 прикреплены нижняя опора гидроцилиндра подъемного механизма кузова, кран управления и клапан ограничения подъема кузова.
На поперечине 2 установлена резинометаллическая опора 5, служащая дял фиксации кузова в поперечном направлении. На поперечине 4 закреплен кронштейн страховочного троса ограничителя опрокидывания кузова.
Безрамные несущие системы автомобилей рассмотрены в разделе «Кузов автомобиля».