Каркасы безопасности и жесткость кузова

Каждый спортсмен, занимающийся автоспортом (в свое удовольствие или профессионально), обязан повысить безопасность автомобиля. Ни одна салонная машина не рассчитана на нагрузки, с которыми кузов сталкивается на гонках. Чтобы на высоких скоростях, при столкновении водитель не получил серьезные травмы, в салон устанавливают каркас безопасности (safety cage).

Из материала вы узнаете об особенностях этой конструкции, разновидностях и их отличиях. Ознакомитесь с технической документацией, и прочей полезной информацией по теме.

1. Что такое каркас безопасности
2. Жесткость кузова
3. Таблица значений жесткости кузова
4. Способы увеличения жесткости
5. Навесные усилители жесткости
6. Усиление кузова
7. Виды каркасов
8. Болтовой каркас безопасности
9. Вварной каркас безопасности
10. Приложение J
11. Приложение 14
12. Каркас безопасности своими руками

Что такое каркас безопасности

Каркас безопасности представляет собой конструкцию, состоящую из стальных труб. Монтируется внутри транспортного средства, после чего прикручивается или приваривается к кузову в ключевых точках. Основная задача каркаса – придание дополнительной жесткости.

Пространственный каркас безопасности предотвращает серьезную деформацию кузова при перевороте или столкновении транспортного средства с другими объектами. Необходимость монтажа конструкции продиктована международным регламентом спортивной ассоциации FIA, а также рядом других контролирующих органов.

Жесткость кузова

Жесткость кузова современных автомобилей являет собой важный параметр, от которого зависит его безопасность. Чем меньше жесткость кузова, тем быстрее в нагруженных местах начнут появляться трещины, усталость металла.

С другой стороны, при попадании в дорожно-транспортное происшествие, кузов с небольшим запасом жесткости деформируется сильнее. Это увеличивает вероятность смертельного исхода при одинаковой скорости по сравнению с машиной, у которой этот показатель на порядок выше.

Кроме того, этот параметр характеризует общую прочность транспортного средства, степень пассивной безопасности и долговечности. Кузов является несущей конструкцией всего автомобиля, навесных элементов, пассажиров и перевозимых грузов.

Если жесткость на кручение недостаточная, при проезде по неровностям машина начинает «играть». Это приведет к неправильной работе подвески, непрогнозируемому ее поведению на высокой скорости. Кручение нужно снизить настолько, насколько это вообще возможно.

Главный параметр, опираясь на который, специалисты проводят тестирование – жесткость кузова на кручение вдоль продольной оси. Задача определить, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы вызвать деформацию на 1 градус. Измеряется жесткость в Нм/градус.

Наиболее жесткими считаются автомобили с однообъемной компоновкой кузова, когда силуэт напоминает форму куба, например минивэны. Куда меньшее сопротивление имеют двух и трехобъемные кузова. Большое количество дверей также снижает показатель. Самая низкая жесткость у автомобилей с открытым верхом.

Таблица значений жесткости кузова

Самый простой и доступный способ – установка усилителей жесткости, в народе распорок или «УЖей». Делятся на три типа:

• Верхний УЖ. Является связующим звеном между стаканами, делая их положение фиксированным. Распорка распределяет нагрузку между стойками, создавая единый механизм.
• Нижний УЖ. В процессе прохождения неровных участков дороги не позволяет лонжеронам расползаться. Вместе нижняя и верхняя распорки значительно повышают жесткость, создавая раму.
• Задний УЖ. Увеличивает жесткость задних стаканов, распределяя между ними нагрузку.

Кроме этого существует масса дополнительных усилителей для конкретных марок и моделей автомобилей: подрамные, распорки вдоль порогов, на крылья (косынки), каркас под бампер — башбар (bash bar).

Установка распорок не относится к способу подготовки автомобиля к участию в автогонках, разве что на любительском уровне.

Усиление кузова

Это уже более продвинутый способ увеличения жесткости, весьма трудоемкий и затратный в финансовом плане.

При интегрированном усилении, места точечной сварки обвариваются дополнительно. Точки крепления агрегатов и особо нагруженные места кузова, усиливаются дополнительными слоями металла. Особое внимание уделяется зонам деформации, предусмотренным производителем. На эти места ввариваются косынки и перемычки.

Однако, для подготовки к участию в профессиональных спортивных дисциплинах, потребуется установка каркаса.

Виды каркасов

С конструктивной точки зрения, каркас безопасности бывает двух видов – болтовой и вварной. Рассмотрим каждую разновидность поподробнее.

Болтовой каркас безопасности

Также называется сборно-разборным. Крепится к боковым стойкам, порогам и полу при помощи болтов. В любой момент конструкцию можно полностью разобрать. Как правило, болтовый каркас пользуется популярностью среди начинающих автогонщиков, а также владельцев, использующих транспортное средство в комбинированном режиме – для повседневной езды и участия в соревнованиях.

Устанавливая такой каркас нужно выбирать качественный крепеж. Если болты будут плохими, при аварии конструкция может отстегнуться и повредить водителя.

Вварной каркас безопасности

Чтобы при помощи каркаса безопасности получить жесткость кузова, регламентированную правилами автомобильных ассоциаций, нужно внимательно изучить ряд приложений.

Приложение J

Являет собой официальный документ, выпущенный международной автомобильной федерацией FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). https://www.fia.com/

Правила повышения безопасности кузова каркасным методом прописаны в статье 253. Там указаны технические параметры каждого элемента конструкции, используемого в «клетке». Читать перевод статьи в формате PDF.

Источник http://www.raf.su/kst/category/74-prilozheniya-j (там же переводы других статей данного приложения).

Приложение 14

Разработано Российской автомобильной федерацией. Являет собой регламент, устанавливающий использования автомобильных каркасов безопасности. Актуален для тех, кто планирует соревноваться в отечественных чемпионатах. Ознакомиться с приложением.

Каркас безопасности своими руками

Как показывает практика, самой удобной платформой для постройки спорткара является отечественный кузов ВАЗ. Разработать и воплотить в реальность конструкцию каркаса можно и самостоятельно.

При изготовлении «клетки», в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8734-58, используется стальная труба двух сортаментов – 45х2,5 и 40х2,0 см. Сталь должна быть нелегированной, с содержанием углерода не более 0,3%. Это нужно для того, чтобы каркас был достаточно гибким и не лопался при деформации.

Также придется обзавестись трубогибом, чтобы придавать рабочему материалу оптимальную форму под нужным углом, поскольку нагрев категорически запрещен. При изгибе труба все равно будет плющиться, и разница между меньшим и большим диаметром не должна превышать 10%.

Чтобы точно отрезать и подогнать трубу, можно воспользоваться сервисом http://metalgeek.com/static/cope_big.pcgi После того как программа сделает развертку, нужно распечатать ее на принтере и перенеси на трубу.

Каркас лучше всего делать как можно ближе к кузову. Это позволит сохранить больше пространства для водителя и максимально повысить жесткость.

Варить лучше на аргоном или полуавтоматом. Основные точки сварки – стойки крыши, пороги. Используются как продольные элементы с левой и правой стороны кузова, так и косынки с накладками для повышения жесткости центральных стоек при боковом столкновении.

Косынки в омологированной конструкции обязательно должны иметь отверстия для инспекции сварного шва.

Обратите внимание на схему создания системы безопасности автомобиля ВАЗ, начиная с «копейки» и заканчивая «семеркой».

Если вы планируете принимать участие в соревнованиях на профессиональном уровне, забудьте о самостоятельном изготовлении. Придется покупать омологированный каркас. Это конструкция, прошедшая официальные испытания, качество которой гарантирует производитель. Она обязательно должна быть сварной и отвечать всем требованиям, предъявляемым официальными организациями.

Как усилить кузов ваз 21099

Один из минусов кузова 2108 — его слабость относительно наезда передними колесами на выпуклость типа бордюра либо большого камня. Обычно при этом ломается краб.

Если установить хороший краб, то вырывает его крепления. Если в варить гайки на 12 за место гаек на 10, то уже не хватает прочности лонжеронов.

Подняли наш ВАЗ 2108 на подъемнике и долго смотрели на лонжероны и рычаги, прикидывая как/что/куда цеплять. Основное, что нас интересовало, это какие потребуются материалы и сколько.

Посчитали и купили 18 метров железных труб прямоугольного сечения с шириной стены 3милиметра 80×40, 50×50 и 60×30 по 6 метров каждой.

Забегая вперед, скажу, что оказалось трубы 80×40 много она не влазит. Надо было 70×40милиметров брать. Другими словами 80милиметров войдет в остатки старых лонжеронов, но с трудом, больше работы по их изгибанию. И в итоге выходит, что если делать из 70милиметров трубы, то жесткость была бы выше, чем так. Но поздно менять. Трубы уже куплены и привезены.

Начали с колесных арок, лонжероны срезали практически полностью. Оставили лишь внутренние части (правый-левый) главных лонжеронов и часть жестянок брызговика. Фактически, оставленные части лонжеронов и будут выполнять функцию брызговиков. Позже все замерялось и делался макет из картона, потом подгонялся на месте.

Позже по этому макету гнулся кусок трубы (80x40x3милиметров). Прикладывался к старому коробу и уточнялся.

Потом два этих кусочка сваривались в один и подгонялся уже вместе. Потом проваривался начисто и зачищались швы. Вышло две выгнутых трубы.

В районе ног водителя и пассажира, где у старого лонжерона наружная часть уже срезана, внутренняя надрезалась по верхнему углу и вертикальная часть короба кувалдой загибалась вовнутрь кузова. До жестянки пола и еще чуток далее чуть вминая железо.

Дальше, в пороги забили кусочки 60×30 труб. Короткие — где-то до полуметра. Эти трубы привяжутся к тем выгнутым 80×40 лонжеронам.

А снизу (хоть они в порог вбиты вовнутрь, но нижняя сторона порогов срезана на их длину) к ним внахлест приварятся трубы, которые пойдут назад до крепления балки задней подвески.

Дальше, к тем выгнутым 80×40 лонжеронам приварили укосины из 60×30 трубы до крабов, как видно на фото. Если точнее до уголка 5милиметров толщиной, на которые прикручен краб. И это все связали с передними концами выгнутых труб маленькими вертикальными кусочками 80×40 трубы.

После этого эти элементы были полностью приварены. Заодно слегка усилили швы на креплениях поперечных рычагов. Когда это все проваривали, необходимо было постоянно смотреть, чтобы ничего в салоне и под капотом не пыхнуло от контакта с разогретым железом. Также пришлось повозится с проводкой, чтобы не попалить. Движок не вытаскивали. Лишь всякие мелочи, типа акумулятора и бачков.

Как увеличить жесткость

Есть ряд проверенных методов:

• Этого можно достичь применением гоночного пространственного каркаса,
• а также установкой растяжки задних верхних опор.
• Кроме этого, можно применить усилитель кузова. Именно последний вариант будет рассмотрен более подробно.

Усилитель может быть применен на таких ВАЗовских моделях: 2108, 2109, 21099, 2110, 2111, 2112, 2113, 2114, 2115.

Технические характеристики кузова Ваз 21099

Тип кузова	4-дверный седан
Длина/ширина/высота, мм	4205/1650/1402
Колесная база, мм	2460
Колея передних/задних колес, мм	1400/1370
Дорожный просвет, мм	160
Масса в снаряженном состоянии, кг	970
Масса полная, кг	1395
Масса кузова, кг	258
Колесная формула/ведущие колеса	4х2/передние

В чем выигрывает автомобиль и его владелец

Владелец авто получает следующие преимущества:

• увеличение крутильной жесткости на 20-25%;
• значительное улучшение ходовых качеств авто.

Усилитель кузова запатентован, испытан и сертифицирован. Он был одобрен АвтоВАЗом, который дал разрешение на его производства и дает на него гарантию после установки.

Усилитель кузова для семейства автомобилей ВАЗ разрабатывался путем математического моделирования. При этом преследовалась главная цель – устранение эффекта «вальяжности» автомобиля при его движении. Таким образом, с увеличением жесткости, повышается устойчивость и управляемость, возрастает долговечность. Кроме всего прочего, увеличивается пассивная безопасность.

Знакомство с кузовом

Основная часть кузова Ваз 21099 – каркас. Он включает в свой состав несколько элементов, соединенных между собой методом сварки. Последняя большей частью выполнена точками или швами, но те компоненты каркаса, на которые ложится большая нагрузка, усилены дугой.

Каркас

Благодаря своей неразборной конструкции, каркас или остов автомобиля Ваз 21099 невероятно стоек к разрушению и обладает достаточной жесткостью. Все основные агрегаты и узлы машины держатся на нем, включая и навесные части кузова, а также различные компоненты интерьера.

Навесные детали

Кузовные части ваз 21099 фото

Что касается навесных частей кузова, то к ним относятся те детали, которые соединяются уже болтами или точечной сваркой в некоторых местах (прихватка):

• Двери тоже относятся к навесным частям кузова. Они бывают с опускными стеклами (боковые). Заднее несъемное стекло имеет отличительный, присущий «вазовским» моделям уклон. Лобовое стекло сделано из 3-х слоев и хорошо отполировано;

• Бамперы «99» устанавливаются классически – спереди и сзади. Они пластмассовые, но имеют металлические балки, существенно усиливающие их;
• Сиденья раздельные, имеют множество регулировок, подголовники для безопасности. Установлено комфортное водительское сиденье. Задний диван на Ваз 21099 не такой как у хэтчбеков и конструктивно отличается.

Ваз 21099 кузовное железо

Основные отличия и вес «99»

Интересно будет знать, что Ваз 21099 является своеобразной модификацией «девятки», предназначенной изначально для продаж на экспорт. Другое название автомобиля – Лада Форма. Выпускаться начал с 1990 года.

Тип кузова ваз 21099

По своим конструктивным особенностям Лада Форма немного отличается от моделей Лада Самара. Основные отличия именно в задней части кузова. Как известно, вместо пятой двери здесь появился багажник, как и у всех классических седанов.

Ваз 21099 получился заметно лучше своих предшественников. Он показал на дороге завидную управляемость и высокую устойчивость, что в большей степени было связано с удачно получившимся кузовом.

Чего только стоит клиренс, составляющий 15 см. Для удобной, комфортабельной езды по нашим дорогам это как раз то, что надо. Правда, клиренс «99» меньше, чем у габаритных кроссоверов и вездеходов, но если учитывать легкий вес Ваз 2109, явно видны преимущества автомобиля. К тому же, показатель дорожного просвета можно немного увеличить, если «обуть» колеса в диски с большим размером, хотя излишнее рвение в этом деле явно будет не к месту.

Примечание. Отметим, в частности, что кузов «99» дал возможность избавиться от главного недостатка всех «самаровских» моделей типа хэтчбек, а большей частью Ваз 2109 – скорой загрязняемостью заднего стекла в дождливую погоду.

В целом аскетичный «вазовский» кузов за счет своего трансформирования в седан, позволил инженерам добиться большей допустимой нагрузки.

Усиление кузова ваз 21099

На форумах часто спрашивают, сколько весит кузов Ваз 21099? Действительно, знать это очень важно. От веса автомобиля зависит многое, в том числе и показатели динамики, расход топлива и т.д. В этом плане вес «99» практически не отличается от предшественников. Снаряженная масса автомобиля равна 950 кг, а вот кузов весит около 250 кг (это больше, чем у «восьмерки» и «девятки»).

Что касается габаритных размеров, то и они, по сути, явных отличий не получили, не считая длины. Она, естественно, увеличилась на 200 мм, так как появился задний «седановский» свес. Экстерьер тот же, интерьер тоже.

Багажный отсек допускает перевозку различных грузов. Он вполне вместителен, хотя погрузка вещей в такой высокий багажник нередко вызывает затруднения.

Что улучшилось на поворотах

Также наблюдаются следующие улучшения манёвренности:

• значительно улучшилась реакция автона поворот руля, что придает большей уверенности водителя, позволяя ехать на более высокой скорости;
• в отличие от серийных моделей, снижается трудоемкость управления, так как уменьшается угол поворота при прохождении виражей с одинаковым радиусом;
• автомобиль стал более предсказуемым, поэтому водитель может выбирать различные режимы и траектории движения для безопасной езды;
• с увеличением устойчивости и управляемости сохраняется плавность хода.

Но все-таки есть один нюанс. Не рекомендуется устанавливать усилитель в случае, если установлен лишь задний стабилизатор поперечной стабилизации, а передний стоит серийный.

Если у автомобиля жесткий кузов — он будет хорошо управляться. Если Вы задались целью серьезно улучшить ваш ВАЗ, то усилением одного только передка здесь не обойтись. Усилить растяжками передние верхние опоры, заменить рычаги, опоры на более жесткие и при этом ничего не сделать для усиления кузова — как минимум неразумно. Кузов можно сделать жестче с помощью гоночного пространственного каркаса, ну или хотябы с помощью растяжки задних верхних опор или усилителем кузова, последний мы сейчас и рассмотрим подробнее.

Применяется на: ВАЗ 2108, ВАЗ 2109, ВАЗ 21099, ВАЗ 2110, ВАЗ 2111, ВАЗ 2112, ВАЗ 2113, ВАЗ 2114, ВАЗ 2115.

Что дает усилитель кузова: — Увеличивает крутильную жесткость кузова на 20-25% в зависимости от типа кузова. — Значительно улучшает ходовые качества автомобиля.

Кроме этого он еще и сертифицирован, защищен патентом, испытан, а также одобрен и разрешен к производству АВТОВАЗом. При его установке сохраняется гарантия ВАЗа (перед покупкой уточните у продавца и своего автодиллера).

Усилитель кузова для семейства ВАЗ 2110 разрабатывался с использованием математического моделирования специально для устранения эффекта »вальяжности» поведения этих автомобилей. Увеличение жесткости кузова влечет за собой улучшение управляемости и устойчивости автомобиля, повышение долговечности кузова и увеличение пассивной безопасности автомобиля.

При движении по прямой: — повышается устойчивость машины, особенно на высоких скоростях или при движении по дорогам с некачественным покрытием; — корректировка траектории движения при объезде неровностей становится более четкой .

При движении в повороте: — улучшается реакция машины на поворот руля, что придает водителю уверенность при управлении автомобилем и позволяет двигаться в поворотах с более высокой скоростью; — снижается трудоёмкость управления машиной в сравнении с серийным, так как уменьшается угол поворота руля при прохождении виражей одинаковых радиусов; — поведение машины становится более предсказуемым, что позволяет водителю выбирать различные режимы и траектории безопасного движения; — сохраняется плавность хода автомобиля при одновременном улучшении устойчивости и управляемости.

Не рекомендуется устанавливать усилитель на автомобиль если на нем установлен только задний стабилизатор поперечной устойчивости (т.е. передний стабилизатор оставлен серийным).

Внешний вид

Перед выполнением тюнинга ВАЗ 2109 своими руками можно спроектировать виртуальный макет готового автомобиля. Для этого существуют сайты, позволяющие осуществить онлайн 3D тюнинг девятки. Принцип работы такого сайта довольно прост:

1. После загрузки странички на мониторе ПК или планшета появляется список автомобильных моделей (здесь есть как иномарки, так и авто отечественного производства).
2. После выбора ВАЗ 2109 появляется «девятка», выполненная в стандартном дизайне.
3. При помощи выбора соответствующих запчастей пользователь имеет возможность виртуально «установить» части тюнинга на машину и по окончании работы оценить полученный результат. Итог 3D тюнинга можно сохранить для дальнейшего редактирования или просмотра. Но для этого потребуется регистрация на сайте.

Представленные на сайте виртуальные макеты запчастей для тюнинга выполнены по подобию тех, которые можно приобрести в магазинах автомобильных запчастей.

Диски и шины

Один из распространенных видов модернизации ВАЗ 2109 – замена штатных колесных дисков. Штампованные, которые штатно установлены на машину, имеют устаревший дизайн, утяжеляют авто. Однако их преимущество заключено в высокой прочности.

В результате доработки устанавливают литые диски. Они имеют презентабельный дизайн, легкий вес, а наличие дополнительных отверстий между спицами диска способствует более эффективному охлаждению тормозов машины. К недостаткам такого вида тюнинга ВАЗ 2109 относят высокую стоимость дисков и их меньшую прочность, по сравнению со штампованными.

По диаметру диски обычно выбирают 15-16-дюймовые варианты. В некоторых случаях на авто можно встретить диски диаметром 17 дюймов. Однако на такие колеса ставят низкопрофильную резину.

Установка колесных дисков большого диаметра (от 18 дюймов) подразумевает наличие на авто разварок – расширенных и вытянутых в высоту колесных арок. В противном случае большие колеса на ВАЗ 2109 будут при движении машины контактировать с колесной аркой, а грязь из-под колес попадет на корпус авто.

Оптика

Установка новых фар – один из видов красивого тюнинга ВАЗ 2109. Стандартные передние осветительные приборы машины меняют на ксеноновые или галогенные фонари, меняют отражатели. На передний бампер или непосредственно в саму фару монтируют светодиодные ходовые огни и новые габариты («ангельские глазки»).

Тюнинг двигателя

Тюнинг двигателя производится для его усиления. Сделать это в одиночку проблематично. Если Вы никогда этим не занимались, лучше обратиться к специалистам.

Модернизацию двигателя проводят следующим образом:

1. Для начала меняют старые агрегаты на новые(механизм переключения коробки передач, воздушный фильтр). Устанавливается инжектор.
2. Ставятся спортивные распределительные валы и форсунки. Каналы впрыска и выпуска шлифуются. Таким образом мощность мотора увеличивается до 110-130 л. с.
3. После того, как двигатель стал мощнее, требуется модернизация тормозной системы. Для этого снимаются штатные тормоза. На их места ставятся дисковые. Настроить их нужно так, чтобы задние диски тормозии быстрее передних.
4. Можно заменить стандартные настройки системы управления на новые. Для этого перепрограммируется микросхемы на флэшпамяти. Их выбор зависит от требований водителя. Таким образом, можно увеличить мощность. Но при этом расход топлива тоже увеличится.
5. Меняется коробка передач.
6. Для усиления мощности карбюраторного мотора можно поставить ещё один карбюратор. Это сделает машину сильнее.
7. Какой бы вариант тюнинга Вы не выбрали, помните – модернизация не должна быть помехой безопасного вождения.

Как вварить жёсткость через «прокол», на ВАЗ-2108-99? ( auto repair)

Сделал куцее видео, о том как это сделать. Наверняка все обладатели автомобилей знают, как на старенькых моделя.

Далее, в пороги забили куски 60×30 труб. Недлинные — кое-где до полметра. Как усилить кузов ВАЗ 2108-2115. Тюнинг ВАЗ 2109 своими руками, фото тюнинга салона. Эти трубы привяжутся к тем выгнутым 80×40 лонжеронам.

А снизу (хоть они в порог вбиты вовнутрь, но нижняя сторона порогов срезана на их длину) к ним внахлест приварятся трубы, которые пойдут назад до крепления балки задней подвески.

Дальше, к тем выгнутым 80×40 лонжеронам

приварили укосины из 60×30 трубы до крабов, как видно на фото. Если точнее до уголка 5милиметров толщиной, на которые прикручен краб. И это все связали с передними концами выгнутых труб маленькими вертикальными кусочками 80×40 трубы.

После этого эти элементы были полностью приварены. Заодно слегка усилили швы на креплениях поперечных рычагов. Когда это все проваривали, необходимо было постоянно смотреть, чтобы ничего в салоне и под капотом не пыхнуло от контакта с разогретым железом. Также пришлось повозится с проводкой, чтобы не попалить. Движок не вытаскивали. Лишь всякие мелочи, типа акумулятора и бачков.

Задние части хорошо привязали к тем трубам, которые забиты в пороги. Перед этим на них слегка поправили горизонтальность.

Позже приварили снизу трубы 60×30 и привязали их к трубам, которые забиты в пороги. Другими словами длинные продольные трубы приблизительно от задних арок и до фронтальных площадок под домкрат.

https://znanieavto.ru/korpus/karkas-bezopasnosti.html
https://alanspb.ru/drugoe/usilenie-kuzova-vaz-2115.html