Конструкция кузовов современных легковых автомобилей

В первом случае на жесткое основание – раму – крепятся двигатель, трансмиссия, подвеска и сам кузов. Кузов, таким образом, не является несущим. Второй тип кузова – безрамный – называют также модульным. Он состоит из коробчатых жестких конструкций, которые, в свою очередь, собираются из тонких листов металла (0,5–2 мм) с помощью различных видов сварки. Соединение таких элементов с помощью той же сварки дает несущий кузов. Места крепления двигателя, подвески и других тяжелых агрегатов могут усиливаться наваркой пластин, ребер и штамповкой объемных профилей на самом листе.

Для перехода от рамных кузовов к несущим есть несколько причин. Среди них и облегчение конструкции в целом. Немаловажной причиной является необходимость повысить безопасность пассажиров на случай столкновения. Коробчатые конструкции кузова, прежде чем передать энергию удара дальше, сминаются сами и поглощают существенную часть этой энергии. Таким образом, безопасность пассажиров значительно повышается. Для обеспечения пассажирам «пространства выживания» внутри салона усиливают пол кабины, центральные стойки, устанавливают продольные штанги в дверях.

Вид кузова современного легкового автомобиля представлен на рисунке 1. На рисунке видны элементы усиления в полу кабины, в зоне крепления двигателя и передней подвески, а также в зоне багажника и задней подвески.

Рисунок 1 — Основа кузова легкового автомобиля

Существует общепризнанная концепция легкового автомобиля, в котором каждая встроенная силовым замыканием деталь конструкции имеет свою долю в передаче статических и динамических сил. Расположение силовых линий по корпусу кузова схематично изображено на рисунке 2.

Для ремонтника, прежде всего, представляет интерес отделение несущих деталей от кузова и определение несущих функций отдельных деталей внутри общей несущей конструкции.

Рисунок 2 — Расположение силовых линий по корпусу кузова

Всем известно, что стойки и опоры при этом принимают на себя основную нагрузку. Такое положение должно быть, естественно, восстановлено после ремонта. Это должно учитываться, когда какие-то детали изымаются из кузова, а затем заменяются новыми. Если заводские детали автомобиля почти не имеют напряжений, то и после ремонта в них не должно быть пиков напряженности. Но это возможно только в том случае, если вид и способ соединения при ремонте выбраны таким образом, что вновь возможен силовой поток, соответствующий состоянию первоначальному (рис. 2). Путем продуманно расположенных сварных соединений можно предотвратить опасность местного перенапряжения.

Для оценки отдельных листовых деталей кузова были использованы разработки и классификации Союза работников технического надзора Баварии. Эти разработки на сегодняшний день, вероятно, точнее всего характеризуют функции отдельных деталей и узлов кузова.

Прежде всего следует выяснить, в каких точках или на каких участках кузова происходит ввод или передача статических и динамических сил. При этом исходят от точек крепления подвесок колес и осей, рессор и амортизаторов, двигателя, педального и рулевого механизмов. Далее следует назвать точки крепления сиденья водителя и опорные системы автомобиля. Эти точки ввода сил соединены между собой профилями таким образом, что возможна соответствующая нагрузкам передача сил при всех условиях эксплуатации.

Согласно классификации Союза работников технического надзора отдельные узлы кузова подразделяются на первичные и вторичные несущие и на детали облицовки.

К первичным несущим относятся: главные лонжероны, основной поперечный лонжерон, крепление амортизационной стойки, крепление амортизатора, крепление оси, распорка тяг, крепление рулевого управления, крепление мотора, крепление коробки передач, крепление главного тормозного цилиндра, опора тормозной педали, стойка двери, крепление дверного замка, дверные шарниры, база крепления буксирного устройства.

Вторичными несущими считаются: малые поперечные лонжероны, диагональные полые распорки, лист надколесного кожуха, лист пола (включая полые профили), крыло (если оно сварено с конструкцией), приваренные листовые детали, несущие осветительную арматуру.

К деталям облицовки относятся:крыло на болтах, капот, крышка багажника, пол багажника (если он не является частью базы буксирного узла), передняя панель, задняя панель.

Несмотря на частичные различия современных легковых автомобилей, конструктивная концепция несущих кузовов у них глубоко сходная.

У конструкций, преимущественно используемых сегодня, часть пола передает основную долю входящих сил. Наряду с этим в передаче сил участвуют передние стойки, средние дверные стойки и задние стойки.

Несущая конструкция пассажирского салона вместе с частью пола между креплениями осей образует главный несущий участок, изображенный на рисунке 3.

Рисунок 3 — Главный несущий участок

Все прочие приваренные и облицовочные детали образуют изображенный на рисунке 4 вспомогательный несущий участок.

И, наконец, кузов комплектуется облицовочными или винтовыми деталями, как показано на рисунке 5. Количество этих деталей в новых моделях постоянно увеличивается.

Рисунок 4 — Вспомогательный несущий участок Рисунок 5 — Облицовочные детали кузова

При конструировании структуры передней части автомобиля должны быть решены проблемы, которые, на первый взгляд, кажутся взаимоисключающими.

Здесь расположены передняя ось и, как правило, мотор со всеми возникающими при эксплуатации нагрузками. Это означает, что должна быть обеспечена совершенно определенная стабильность и жесткость при любых ситуациях.

С другой стороны, при столкновении максимальная энергия де- формации должна быть принята и погашена именно этой частью автомобиля.

Значит стабилизирующе действующая при езде стойка не должна передавать дальше силу удара. Деформация должна заканчиваться перед точками крепления передней оси и мотора.

Для погашения очень больших сил конструкция должна быть такой, чтобы мотор мог передвигаться вниз под безопасную кабину (пассажирский салон). Передние шарнирные стойки должны как можно дольше оставаться в своем положении, чтобы двери не раскрывались и не заклинивались. Рамки ветрового стекла не должны смещаться вниз или как-то менять свое положение, иначе стекло выпадет из оправы и станет дополнительным источником опасности.

Лонжерон мотора

Доминирующей энергопоглощающей деталью в передней части является лонжерон мотора. С помощью энергобаланса, полученного на двухобъемной модели, фирма «Порше» установила, что кинетическая энергия при лобовом ударе на скорости 50 км/ч распределяется следующим образом: 79% – структурой передней части, 12% – двигателем и 9% – щитком передка. Принятая энергия в передней части распределяется так: 72% – на лонжерон, 23% – на колесные ниши и 5% – на крылья. Поэтому конструктор, если он хочет получить хорошие характеристики деформации в передней части автомобиля, должен обратить основное внимание на конструкцию лонжерона мотора.

Существенными являются два механизма деформации: изгиб и сминаемость. Приваренные к лонжерону двигателя колесные ниши могут препятствовать изгибу, но не предотвратят смятие. Поскольку при смятии возможен прием значительно более высокой энергии, это обстоятельство целесообразно учесть конструктору в целях упрощения ремонта в случае надобности.

Исследования показали, что скорость участвующих в столкновении автомобилей в городе находится в основном в пределах от 20 до 30 км/ч.

Если при аварии на такой скорости вся энергия удара преобразуется в первой трети лонжерона мотора, т.е. до подвески мотора, значит автомобиль оценивается как имеющий хорошие характеристики деформации. Поэтому к очень жесткому лонжерону мотора с этой целью придают какой-то формообразующий элемент, чтобы смятие происходило в передней части лонжерона, а не в другом месте. Например, фирме БМВ удалось энергию удара перед вводом в главный лонжерон отвести в амортизатор, а затем в деформационный элемент (ударный ящик). То, что относится к лонжерону мотора в передней части, может быть в определенном смысле отнесено и к усиливающим элементам в задней части автомобиля. Однако здесь переплетение сегментов кузова более многообразно и поэтому труднее найти хорошее решение.

Безопасность кузова легкового автомобиля

Для повышения безопасности использования автомобиля предназначены конструкции кузовов с зонами контролируемой деформации, т.е. кузова заранее имеют запрограммированную деформацию элементов кузова в зависимости от интенсивности аварийного столкновения.

Проблема безопасности автомобиля охватывает три области: активную безопасность, пассивную и безопасность при несчастном случае.

К области активной безопасности относится все, что снижает вероятность возникновения ДТП. Требования к автомобилю в части его активной безопасности приводят к изменению конструкции кузова.

Положения таких элементов активной безопасности по отношению к сиденью водителя, как указатели, переключатели, рычаги, зеркала и даже пепельница и прикуриватель, должны отвечать требованиям эргономики. Кроме того, хорошо спроектированное сиденье обеспечивает вентиляцию, надлежащее положение тела, правильное кровообращение и свободу движения рук, уменьшает усталость водителя. Эффективность светотехнических устройств, стеклоочистителей и системы обдува стекол, зеркал, противосолнечных козырьков и других элементов, улучшающих обзорность, также ведет к снижению появления аварийной ситуации.

Пассивная безопасность основана на уменьшении для водителя и пассажиров тяжести последствий при ДТП. К элементам конструкции кузова, обеспечивающим пассивную безопасность кузова легкового автомобиля, относятся: переменная жесткость корпуса кузова; элементы интерьера кузова; конструктивное исполнение бамперов и буферов.

Требования пассивной безопасности кузова предусматривают наличие жесткого пассажирского салона, а его передняя и задняя части должны быть при определенных нагрузках сминаемыми.

Задачей деформируемых зон кузова является поглощение кинетической энергии удара, причем такое, чтобы энергия была погашена раньше, чем деформация дойдет до салона. Сминание передка и задка должно быть максимальным, чтобы обеспечить по возможности меньшее замедление и, следовательно, меньшую нагрузку на находящихся в автомобиле пассажиров. Для этого передок кузова может иметь специальные участки деформации. При наезде на препятствие эти участки складываются, поглощая основную часть кинетической энергии удара.

Среднюю часть кузова, наоборот, усиливают для получения максимальной жесткости. Создание безопасного кузова требует усиления практически всех элементов корпуса в этой зоне. Стойки, пороги и усилители крыши имеют повышенную толщину металла, что значительно увеличивает жесткость наружных панелей кузова. Места же соединения элементов корпуса средней части кузова для повышения прочности, как правило, проваривают при его изготовлении сплошным швом.

Заднюю часть кузова проектируют аналогично передку, однако сминаемость ее предусматривается на большую величину.

Важную роль в конструкции безопасного кузова играют бамперы и буферы. Форма, способ их крепления к кузову и материалы, из которых они выполнены, должны обеспечивать наибольшее поглощение энергии удара. При установке жесткого бампера на кузов требуется, чтобы крепление его было упругим.

Пластмассовые бамперы изготавливают из специальных материалов, поглощающих энергию удара, как, например, из пористого полиуретана.

Бамперы и буфера обеспечивают полную пассивную безопасность кузова при ударе о жесткое постоянное препятствие при скорости автомобиля до 8 км/ч.

Непосредственными причинами травмирования водителя и пассажиров являются их взаимодействия с элементами кузова в момент удара автомобиля при аварии. На основании анализа травм людей, полученных в результате ДТП, следует, что наиболее опасными элементами кузова являются панель приборов, стойки боковины кузова, рулевое колесо и колонка, надоконная передняя балка, ветровое стекло и т.д. Кроме того, при неиспользовании ремней безопасности возможны травмы людей различной тяжести от выпадения их из автомобиля.

Создание безопасной конструкции кузова приводит к увеличению его массы и, следовательно, увеличению расхода топлива. Поэтому при проектировании конструкторы стремятся достичь максимальной степени пассивной безопасности при оптимальных эксплуатационных параметрах автомобиля.

Конструкции современных кузовов легковых автомобилей при всех их достоинствах имеют тот недостаток, что энергопоглощающие элементы корпуса кузова являются чаще всего одновременно деталями крепления агрегатов и узлов шасси автомобиля. Даже незначительные повреждения кузова в этих местах влекут за собой снижение ходовых качеств, проявляющееся в ухудшении управляемости и устойчивости, в склонности к заносу и опрокидыванию, неравномерному износу шин, в повышении внешнего шума. Все это повышает требования к технологии ремонта аварийного кузова.

Безопасность при несчастном случае характеризуют факторы, облегчающие положение водителя и пассажиров, которые уже попали в аварию. Эти факторы сводятся к противопожарным и медицинским требованиям.

Противопожарные требования определяют положение топливного бака по отношению к приборам электрооборудования и выпускной системе двигателя.

Для оказания медицинской помощи должно быть предусмотрено место для аптечки, защищенное от солнца и легкодоступное даже при повреждении кузова.

Материалы в конструкции кузовов

Обычно в серийном производстве легковых автомобилей используются листы глубокой вытяжки толщиной от 0,55 до 1,5 мм. Листы меньшей толщины применяются для изготовления внешних деталей кузова, а большей – для деталей несущей части.

С помощью компьютерных программ конструктор имеет возможность точно смоделировать возникающие соотношения нагрузок и определить оптимальную толщину листа. Преимущества понятны: сокращаются производственные расходы, снижается собственный вес автомобиля, и, наконец, кузов, сконструированный с учетом возникающих сил и нагрузок, повышает степень безопасности пассажиров.

К необходимой толщине листов, определяемой действующими нагрузками (для внешних деталей от 0,55 до 0,88 мм, а для деталей рамы и стоек – от 1,25 до 1,5 мм), у оцинкованных листов добавляется еще и толщина цинкового слоя от 10 до 20 мк.

Новейшие разработки связаны с созданием цельноалюминиевого кузова. Современная техника позволяет применять алюминиевые листы для передней и задней панелей, для облицовки дверей и т.п. Даже комплектный кузов может быть сегодня изготовлен из легкого металла.

Прогресс в технике материалов сделал возможным использование специальных термообработанных сплавов алюминия в несущих элементах автомобиля. Они характеризуются не только чрезвычайно высокой прочностью, но и очень высокой способностью энергопоглощения.

Сварка и клепка деталей в серийном производстве в настоящее время производятся на высоком качественном уровне.

Решающим для применения алюминия в кузовостроении является его малый удельный вес – 2,7 г/см3, что составляет около трети удельного веса стали, а также высокая устойчивость против коррозии благодаря образованию естественного окисного слоя. Большие преимущества дает высокая степень повторной обрабатываемости (75%) и низкая температура плавления (660 °С), особенно по сравнению с применением деталей из искусственных материалов. Несмотря на многие преимущества, не следует, однако, упускать из виду, что алюминий является «материалом высокой технологии», с которым следует обращаться с большой осторожностью и знанием дела.

В последнее время наблюдается активное применение искусственных материалов в автомобилестроении. Новые материалы и технологии производства делают возможным изготовление сложных и крупногабаритных деталей, например комплектов передней части автомобиля.

Доля искусственных материалов в общем весе легкового автомобиля составляет в среднем около 8%, а относительно объема материалов – даже 20%, причем налицо тенденция к увеличению. Однако в данном случае нам интересны только те детали, которые применяются для кузовостроения и могут быть экономично отремонтированы после повреждения.

Одно из главных преимуществ искусственных материалов – малый удельный вес – от 0,2 г/см3 у пенопластов до 1,5 г/см3 у стеклопластика. Кроме того, появляется большая свобода для выбора конфигурации узлов, для приспособления свойств материала к конкретным задачам, высокая антикоррозийность. Недостатки же носят, прежде всего, экологический характер – при производстве некоторых искусственных материалов применяются опасные растворители, которые позже могут попасть в окружающую среду. Вследствие различных свойств материалов и недостаточности обозначений характеристик регенерация возможна в очень ограниченном объеме, а при возгорании может образоваться большое количество высокотоксичных газов, например диоксинов.

В автомобилестроении применяются термопластики, реактопласты, эластомеры.

Назначение автомобиля, его основные составные части и их функции

Из чего состоит автомобиль: основные части, узлы и агрегаты

— системы управления двигателем и электрооборудование.

Таблица с краткими характеристиками каждой из основных частей современного автомобиля предложена ниже.

Часть автомобиля	Описание
Кузов автомобиля	Кузов автомобиля является несущей конструкцией. У всех современных автомобилей кузов является несущей конструкцией, к которой уже крепятся другие основные части. В Старых автомобилях и грузовых автомобилях несущей конструкцией выступала рама. К ней крепятся подвеска, кузов и другие основные узлы и агрегаты автомобиля. На несущий кузов легковые автомобили перешли из-за стремления автопроизводителей снизить снаряженную массу машин.
Ходовая часть	За последние десятилетия подвеска легковых автомобилей значительно изменилась, появились их новые типы. Развитие подвесок связано со стремлением автопроизводителей сделать езду на автомобилях комфортнее. Современные крупные седаны оснащаются независимой передней и задней подвеской. У небольших моделей и хэтчбеков передняя подвеска построена по типу МакФерсона. А задняя подвеска чаще всего бывает полузависимой в виде балки с продольными рычагами. При независимой подвеске каждое колесо автомобиля отдельно крепится к кузову, благодаря этому достигается больший комфорт при езде.
Трансмиссия	Трансмиссия представляет собой сложную систему узлов и агрегатов автомобиля, благодаря которой крутящий момент двигателя передается на колеса.
Двигатель внутреннего сгорания	Двигатель является главной частью автомобиля, благодаря которому автомобиль приводится в движение и воспроизводит свою основную функцию — передвижение. В интернете есть значительное количество информации о различных типах двигателей, именно поэтому не будем развивать данную тему в этой статье.
Электрооборудование	К электрооборудованию современного автомобиля можно отнести следующие узлы: аккумуляторная батарея, генератор переменного тока, система управления двигателем, электропроводка, фары автомобиля, а также другие потребители электроэнергии автомобиля.

Теперь рассмотрим подробнее каждую часть автомобиля.

Первый в мире автомобиль с бензиновым мотором был запатентован еще в далеком 1885 году гениальным немецким инженером Карлом Бенцом. Поразительно, но и в наши дни машина состоит из тех же основных частей, что и сто лет назад – это кузов, шасси и двигатель. Давайте подробнее рассмотрим из чего состоит автомобиль.

В одной небольшой статье сложно, конечно, описать подробное устройство автомобиля, поэтому мы рассмотрим лишь основы, которые должен знать каждый автолюбитель.

Также стоит отметить, что незнание общего устройства автомобиля и принципа работы его основных узлов и агрегатов, ведет к повышенным расходам на ремонт машины и её техническое обслуживание.

Общее устройство автомобиля

Двигатель – это сердце автомобиля. Он является источником механической энергии и приводит наше авто в движение. Наибольшее распространение в автомобилестроении получили двигатели внутреннего сгорания. Однако в последние годы все большую популярность завоевывают автомобили, оснащенные электрическими и гибридными двигателями.

Кузов автомобиля может иметь рамную и безрамную конструкцию. Как правило, в современных легковых автомобилях рама отсутствует, а все узлы и агрегаты крепятся непосредственно к кузову. Именно поэтому такой кузов называют несущим – данное конструкторское решение устройства автомобиля позволяет максимально снизить его массу. Советуем также ознакомиться с классификацией автомобилей по типу кузова.

ПОДРОБНОСТИ: Неоновая подсветка своими руками » АвтоНоватор || Неоновая подсветка днища автомобиля — эффектный автотюнинг

Шасси автомобиля заслуживает отдельного внимания. Оно представляет собой множество механизмов, в задачи которых входит передача крутящего момента от силового агрегата (двигателя) к ведущим колесам, передвижение автомобиля и управление им. Эти группы механизмов называются трансмиссия, ходовая часть и механизм управления автомобилем.

• Трансмиссия автомобиля служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, тем самым, позволяя изменять крутящий момент по величине и направлению. Трансмиссия двухосного автомобиля с передним расположением двигателя и приводом на задние колеса обычно состоит из таких механизмов: сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси.
• Ходовая часть автомобиля состоит из рамы или несущего кузова, переднего и заднего мостов, подвески (рессоры и амортизаторы), колес и шин. Подробнее о видах и типах подвесок автомобтлей.
• Механизм управления автомобилем состоит из рулевого управления и тормозной системы (барабанный тормоз и дисковые тормоза). Он позволяет изменять направление и скорость движения автомобиля, останавливать его и удерживать на месте.

Кроме вышеперечисленных узлов, агрегатов и механизмов абсолютно все автомобили оснащены электрооборудованием, состоящим из источников и потребителей электрического тока.

Электрооборудование автомобиля запускает и дает возможность работать двигателю, освещает и обогревает салон машины, позволяет без проблем передвигаться в темное время суток и в непогоду, поддерживает противоугонную систему, заботиться о нашей с вами безопасности на дороге, превращает автомобиль в концертный зал или даже в кинотеатр, и выполняет множество других полезных и очень важных функций.

Видео-урок: из чего состоит автомобиль

Несущая система автомобиля представляет собой остов, к которому крепятся все остальные агрегаты: двигатель, трансмиссия, подвеска, рулевое управление и т.д. Несущее основание должно быть достаточно прочным и жёстким, так как на него приходится основная нагрузка при движении автомобиля. Существует два типа несущих систем: отдельная рама (шасси) и несущий кузов.
Рама — это металлическая конструкция, которая несёт на себе кузов и другие компоненты. У автомобилей с отдельной рамой кузов является независимым структурным элементом и крепится к раме с помощью кронштейнов. Рама, двигатель, трансмиссия, подвеска, колёса и системы управления вместе образуют отдельное шасси, способное самостоятельно передвигаться без кузова. Рама обычно сделана из стали или алюминия и сама по себе выступает элементом пассивной безопасности машины.

По форме выделяют несколько разновидностей рам:

• Лонжеронная (лестничная) рама состоит из двух продольных лонжеронов, соединённых поперечинами (траверсами), которые бывают прямыми, К-образными, Х-образными или трубчатыми. Лонжероны имеют прямоугольное швеллерное или замкнутое (короб) сечение, либо круглое сечение (трубчатая рама).
• Периферийная рама — тоже состоит из продольных лонжеронов, но они расположены по периметру кузова на большом расстоянии друг от друга. В отличие от обычной лестничной, такая рама позволяет значительно опустить пол автомобиля и уменьшить его общую высоту.
• Хребтовая рама — несущим элементом шасси является толстая центральная труба, соединяющая двигатель, коробку передач и ведущий задний мост.
• Вильчато-хребтовая и Х-образная рамы — первая представляет собой хребтовую раму с передней и задней вилками для крепления двигателя и заднего моста, вторая — раму с продольными лонжеронами, в центральной части объединёнными в закрытый трубчатый профиль.
• Несущее основание — хребтовая или лонжеронная рама, объединённая с полом автомобиля для повышения жёсткости, при этом пол в салоне отделён от кузова.

Преимущества рамной конструкции заключаются в простоте конвейерной сборки, возможности постоянного изменения дизайна автомобиля, простоте замены повреждённых панелей кузова, способности выдерживать большие нагрузки и хорошей шумо- и виброизоляции салона. В то же время рамные автомобили всегда тяжелее машин с несущим кузовом, при этом их конструкция невыгодна с точки зрения безопасности и рационального размещения узлов и агрегатов, а салон меньше по объёму из-за проходящих под кузовом лонжеронов. В наше время рамное шасси сохранилось только на грузовиках, полноразмерных пикапах и больших внедорожниках.

В современных легковых автомобилях функции рамы выполняет несущий кузов, который несёт на себе всё внутреннее оборудование. Как правило, такой кузов имеет несущий каркас из сваренных деталей и днище, а к ним крепятся подвижные элементы (двери, капот, багажник). Ранние автомобили с несущим кузовом оснащались приваренной к кузову обычной рамой или передним и задним подрамниками, забиравшими на себя часть нагрузки. Среди несущих кузовов различают каркасно-панельные (все внешние панели закреплены на внутреннем металлическом или деревянном каркасе), скелетные (панели являются несущими наряду с каркасом) и оболочковые (панели сварены в цельный корпус, заменяющий каркас) конструкции. Также существует бескаркасно-скорлупный тип несущего кузова (монокок), выполненный из высокопрочных композитных материалов (стеклопластика, углеродного волокна) и не требующий дополнительных усилений (хотя иногда объединённый с лонжеронными подрамниками).

Промежуточное положение между рамой и несущим кузовом занимает т.н. пространственная рама, которая сделана из алюминия или прочной стали и несёт на себе как внутренние агрегаты, так и отдельные панели кузова (обычно алюминиевые или пластиковые). На спортивных и гоночных автомобилях часто использовалась жёсткая пространственная рама из тонких труб.

Источник https://acu.su/book/kuzov/16.html
Источник https://xn—-8sban6b6a.xn--p1ai/rukovodstvo/sistemy-avtomobilya.html