Что такое несущий кузов автомобиля

10

Силовая конструкция автомобиля: виды и особенности

При покупке машины будущий владелец редко интересуется такими техническими подробностями, как устройство кузова автомобиля и наличие в нем лонжеронной или интегрированной рамы. Но знание этих особенностей будет полезно автомобилистам даже с многолетним водительским стажем, поскольку силовая конструкция существенно влияет на эксплуатационные свойства машины.

Типы несущих систем

Силовая конструкция является важнейшим элементом любого транспортного средства. К ней крепятся все основные функциональные узлы автомобиля и передаются все внешние и внутренние нагрузки. Несущая система должна отвечать целому комплексу требований: быть надежной и прочной, стойкой к коррозии и не слишком тяжелой, а также ремонтопригодной и максимально технологичной в производстве.

Специалисты различают четыре основных варианта построения силовой части легковых автомобилей:

• кузов несущего типа
• кузов на основе лонжеронной рамы
• кузов с интегрированной рамой
• пространственные рамные конструкции

Рассмотрим основные отличия и конструктивные особенности всех перечисленных типов кузовных систем.

Несущий кузов

Наиболее распространенная конструкция силовой части современных легковых авто. Достаточно легкая, прочная и технологичная. Объемный несущий кузов собирается путем сварки предварительно отштампованных из листовой стали всех основных корпусных деталей. В их число входят элементы днища, левая и правая боковины, передние и задние части кузова, опоры крепления двигателя, стойки дверей, крыша и крылья.

Необходимую жесткость несущих кузовов удается обеспечить за счет профилирования штампованных деталей, широкого использования закрытых коробчатых сечений и монтажа полых диагональных распорок. Кроме того, дополнительную прочность безрамным кузовам придаёт наличие амортизационных стоек, колесных арок и других деталей, которые соединяются с основной конструкцией посредством сварки.

Лонжеронная рама

Рамные конструкции на основе лонжеронов применяются при производстве многих моделей внедорожников и грузовых автомобилей. Их отличает особая прочность и возможность длительно выдерживать значительные статические и динамические нагрузки. Основой данного вида рам обычно являются два продольных лонжерона ‒ тонкостенные балки с открытым или закрытым сечением, которые соединяются между собой несколькими поперечинами (траверсами).

Кузов с интегрированной рамой

Данный вид силовой конструкции объединил в себе признаки несущего кузова и лонжеронной рамы, которые в определенном соотношении делят между собой все воздействующие на автомобиль нагрузки. Эта силовая схема предполагает, что рамная и кузовная часть неотделимы друг от друга, так как соединены сварными швами. Цельная рамно-кузовная конструкция практически неспособна гасить возникающие на неровностях дорог вибрации. Этот недостаток приходится компенсировать за счет мягкой подвески.

Конструкция кузова с интегрированной рамой включает в себя полноценные лонжероны, которые сводят переднюю и заднюю части легкового авто, а также прочные полые поперечины. В сравнении с лонжеронными, такие кузова хуже поддаются ремонту, но при этом сами по себе дешевле. Конструкции с успехом выдерживают высокие нагрузочные усилия при транспортировке грузов и во время движения по бездорожью.

Пространственная рама

Этот тип несущей конструкции пока не применяется в серийных легковых автомобилях, так как технологически сложен в производстве и отличается высокой ценой. На чертежах такая рама, распределенная по всему пространству машины, напоминает своеобразную клетку, к которой крепятся все функциональные узлы, элементы кузова, двери и капот.

Внешние поверхности рамы не нагружены и нужны только для того, чтобы обеспечить комфорт водителя и пассажиров, а также защитить от атмосферных факторов все функциональные системы.

Подводя итог, Моторпейдж считает важным подчеркнуть, что в отличие от рамных, авто с несущим кузовом особенно чувствительны к коррозии. Поэтому владельцам последних следует регулярно обрабатывать антикоррозионными составами днище, колесные арки и все технологические пазухи своих машин. При такой заботе автомобиль прослужит намного дольше.

На чём держатся наши автомобили, что как и почему.

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.

Собственно так выглядит несущий кузов.

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.

Кузов частично разобраный на элементы + навесные элементы. Авто, я думаю, узнали все 🙂

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.

Подрамник передний. Подрамник задний. Функция подрамника на автомобиле.

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.

Голая рама. А вот так она выглядит на рентгеновском снимке Toyota Land Cruiser

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.

Брутальная интегрированая рама Jeep.

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.

Достаточно ажурная и лёгкая интегрировая рама Suzuki

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.

Пространственная рама Chrysler Airflow 1934 года.

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.

Пространственная рама легендарного Mercedes-Benz 300SL Gullwing

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.

Что представляет кузов на каркасе и несущий кузов

Появление первого кузова: кузов на каркасе и рамное шасси

Идея установки автомобильного кузова на отдельной раме пошла от конструкции первых конных экипажей. Кузовная конструкция первых "безлошадных" автомобилей даже внешне напоминала форму кареты и собиралась вручную. Ручной труд делал цену на автомобиль настолько высокой, что машина была не по карману рабочему классу. Продолжалось это до тех пор, пока пионеры промышленности — Генри Лиланд, Рэнсом Олдс и Генри Форд — не совершили революцию в машиностроении. Машины начали собираться на конвейере. На каждую модель автомобиля теперь шла деталь выверенных размеров, что делало ее взаимозаменяемой при поломке или браке. Кузовная конструкция теперь собиралась отдельно, а шасси (рама, на которой закрепляется кузов, а также двигатель и колеса) отдельно. В конце сборки автомобиля каркас устанавливался на шасси. Такая конструкция получила название "рамный кузов" или "кузов на каркасе". Она просуществовала добрых сто лет и применяется до сих пор в джипах, грузовиках, пикапах.

Сборка на конвейере, взаимозаменяемые детали, рамные конструкции снизили себестоимость автомобиля и ускорили его сборку. Машины стали дешевле.

Как долго просуществовали рамные автомобили

Пик рамных моделей пришелся на 1920-е, 1930-е и первые послевоенные годы.

Во многих современных пикапах до сих пор сохранилась каркасная конструкция, когда на шасси отдельно ставится кузов и грузовая платформа. Для таких автомобилей собирается цельное стальное шасси, которое выдержит кабину с пассажирами, загруженную грузовую платформу и мощный двигатель под капотом. Раздельная установка позволяет варьировать компоновку кабины, грузового отсека и колесной базы в зависимости от предназначения машины, не меняя при этом конструкцию рамы. В результате семейный минивэн с большой кабиной и фермерский пикап с грузовым отсеком будут иметь общую раму, но разную кузовную форму и функционал.

Несущая, единая конструкция кузова или монокок

Единая кузовная конструкция образует своеобразную цельную скорлупу — монокок. Монокок – с французского: «одна оболочка». Первой моделью с кузовной формой монокока стала Lancia Lambda, собираемая в период между 1922 годом и1931 годом.

Технология подвижного состава

Первым, кто начал выпускать единые кузовные конструкции, был Филадельфийский производитель железнодорожных вагонов Budd (сейчас — ThyssenKrupp Budd). Он поставлял Dodge, Ford и Buick прессованные стальные кузова, которые, правда, все еще устанавливались на отдельные рамы.

В 1923 году французский автопроизводитель Андре Ситроен купил патент на цельные металлические кузовные конструкции. В 1930 году инженер компании Budd, Джозеф Ледвинка, разработал первый единый, цельный кузов автомобиля, сваренный из цельных стальных частей, который затем купила компания Citroёn. Результатом кросс-атлантического сотрудничества стала модель Traction Avants от Citroёn 1934–1957 гг. В итоге было выпущено около 760 000 Traction Avants. Такие кузовные конструкции впоследствии начали называть "несущими", так как, по смыслу, на каркас навешиваются детали типа крыльев и дверей, крепится подвеска, двигатель и прочее.

Первые попытки улучшить аэродинамику

Между тем, по ту сторону Атлантики, инженеры начали прощупывать границы аэродинамики. Производители пытались за счет обтекаемости форм кузова снизить расход топлива и ускорить разгон. Подробней об аэродинамике здесь. Результатом стала модель Chrysler/Dodge Airflow (1934-1937). Budd также сыграла в этом решающую роль, поставив три цельные части, из которых была сварена единый кузовной каркас модели Airflow. Переход от каркасных конструкций к цельным сопровождался внедрением автоматики в их сборку, что уменьшило спрос на ручную работу.

Chrysler/Dodge Airflow (1934-1937)

Провал модели Airflow

Однако Chrysler Airflow стал фальстартом для цельных кузовов. Швы автомобиля имели прорехи, а крепление навесных деталей плохое качество. Вдобавок дизайн Airflow никому не понравился. В 2004 году группа энтузиастов раскопала старенький Airflow и, приступив к реставрации, обнаружила более 400 фунтов свинца, который покрывал дефекты кузова.

Для поднятия уровня продаж Chrysler запустил в кинотеатрах рекламу модели следующего содержания: Airflow показан как супер-автомобиль, которому все нипочем. В подтверждение машину сбрасывают с обрыва, она пролетает 30 метров, а затем, как ни в чем не бывало, уезжает в туман. Интересный факт: вслед за Chrysler компания Citroёn также сбросила свой Traction Avants со скалы, но на продажи модели это не повлияло.

Особенности несущего кузова

Практически все легковые автомобили, многие внедорожники, минивэны, некоторые пикапы, имеют несущую кузовную конструкцию. Прессованные листовые металлические панели, лонжероны и коробчатые секции соединяются между собой примерно пятью тысячами точечных сварных швов. Разные части несущего кузова соеденяют конструкционным клеем, саморезами, заклепками, чисто механическими методами зажима, свариваются путем трения с перемешиванием (FSW).

Источник: https://zap-online.ru/info/avtonovosti/svarka-avtomobilnogo-kuzova-innovacionnym-sposobom-treniem-s-peremeshivaniem

Детали выплавляются из стали, алюминия, пластика, композитов, имеют разную толщину в зависимости от предназначения, месторасположения, планируемой нагрузки. Примерный состав материалов кузова автомобиля седан: 47 % высокопрочной низколегированной стали, 42 % стандартной стали, 10 % алюминия,1 % пластика. Самая высокая доля листовой стали составляет около 0,75-1,0 мм в толщине.

Крылья автомобиля навешиваются на несущую кузовную конструкцию и крепятся болтами, чтобы облегчить сборку или ремонт после столкновения. Подвижные части – капот, двери, крышка багажника – крепятся болтами и петлями. Кроме крыльев, подвижных частей, передней и задней панелей, вся остальная часть — это цельная несущая конструкция.

Вариации несущих конструкций

История помнит модель Volkнеswagen Beetle с кузовной конструкцией в виде полумонокока. Тесненная листовая сталь и отдельные секции сварены в ней между собой так, чтобы сформировать достаточно жесткую несущую кузовную форму, которая могла обойтись без каркаса. Конечно, в современных моделях Volkswagen типа Up! такого уже не увидишь.

Другой вариант цельной кузовной формы — концепция Superleggera (итал. «суперлегкий»). В основе этого метода, запатентованного в 1936 году, лежала структурная рамка, изготовленная из труб малого диаметра, которая определяет кузовной контур. На этот контур накладывались пластины из алюминия. Преимущества включали легкость изменения контуров и небольшой вес. Но этот метод имел недостатки – сложность сборки, отсутствие ударопрочности, большая вероятность появления коррозии в тех местах, где металл соприкасался с алюминием.

Самая легкая, но дорогая вариация несущего кузова — это цельная пространственная рама или трубчатая. Отличие кузова с пространственной рамой от несущего каркасно-панельного состоит в том, что у первого обшивка чисто декоративная, часто выполнена из пластика или лёгких сплавов, и вообще не участвует в восприятии нагрузки. Обшивка здесь выполняет роль кожуха защищающего агрегаты машины от атмосферного воздействия и выполняющего роль аэродинамического обтекателя. Пространственную раму применяют в Audi A8, Audi R8, Ferrari 360, Lamborghini Gallardo, Mercedes-Benz SLS AMG, Pontiac Fiero, Saturn S-Series.

У Audi даже есть несколько видов цельных алюминиевых пространственных рам (ASF), различающихся процентом алюминия в сплаве и способом сборки — вручную или на конвейере. Например, ASF модели R8 почти полностью собирается вручную, а здоровенный пространственный каркас модели Audi A8 собирается в автоматизированном режиме. Сборочная линия модели A8 включает:

• 215 роботов;
• 48 склеивающих машин;
• 106 машин для самонарезающих винтов;
• почти 300 самозакрывающихся заклепочных систем;
• MIG (металлический инертный газ);
• другие сварочные аппараты.

Плюсы несущих кузовных конструкций автомобиля

Плюс несущей кузовов в ударопрочности и жесткости, которые получаются за счет сварки множества секций из твердых и мягких материалов. Заметим, что ударопрочность и жесткость — это не одно и то же. Ударопрочность зависит от контролируемой деформации. Структура кузова не должна быть жесткой вдоль конкретных путей нагрузки, чтобы рассеять энергию при столкновении. При этом по другим путям нагрузки структура должна оставаться жесткой, сохраняя целостность пассажирского салона, чтобы не травмировать людей. Грубо говоря, при столкновении с препятствием передок автомобиля должен контролируемо сжаться в гармошку сам в себя, а салон остаться целым, чтобы люди внутри получили минимум увечий и остались живы.

Также важна торсионная жесткость – устойчивость к скручиванию. Она важна при боковых ударах, когда нужно, чтобы металл не согнулся, повредив пассажиров в салоне. Торсионная жесткость кузова рассчитывается специальным компьютером и затем проверяется на краш-тестах.

Минус несущего кузова — коррозия

На несущей кузовной конструкции множество сварочных швов, которые накапливают влагу, что приводит к коррозии метала. Чтобы не допустить коррозию нужно изолировать сварочны швы от взаимодействия с влагой и дорожной солью. Делается это путем покрытия кузовных деталей специальными антикоррозийными средствами.

Еще один способ борьбы с коррозией — заводская обработка кузовных швов после сварки на стадии сборки автомобиля, например путем электрогальванизации. Электрогальванизация — это процесс, в котором слой цинка связывается со сталью для защиты от коррозии. В этом процессе по кузову пускается электрический ток для уменьшения содержания растворенных катионов металлов, чтобы они образовывали тонкое когерентное металлическое покрытие на электроде. Электрический ток пропускается через солевой / цинковый раствор с цинковым анодом и стальным проводником. Автопроизводители, применяющие электрогальванизацию, дают десятилетнюю гарантию, что кузовные части автомобиля не подвергнутся коррозии.

Кроме обычной коррозии, существует еще гальваническая коррозия. Вкратце: любые два разнородных металла составляют батарею. В присутствии электролита — к примеру, влаги в воздухе, происходит ионный перенос, разрушающий оба материала. Это особенно актуально для некоторых металлических пар, например, из стали и алюминия, в ущерб концепции Superleggera. Контрмеры по противостоянию гальванической коррозии включают разделение швов непроводящими материалами + специальную обработку поверхностей прилегающих металлов.

Нужно ли дополнительно защищать автомобиль от коррозии после покупки, читайте здесь.

Тенденции развития

В будущем нас ждут легкие модели автомобилей. По оценкам Международного совета по экологически чистому транспорту, работающего с Lotus Engineering, каждые 10% потери веса автомобиля снижают расход топлива на 6-7%. Потеря веса на 33% сокращает расхода топлива на 23%.

Автомобильные производители по-разному добиваются снижения веса моделей. О способах снижения веса читайте здесь. Одна из идей снижения веса — кузовные детали, вылитые из углеродного волокна. Как изготавливают углеродное волокно, читайте здесь.

Конструкция несущего кузова автомобиля

В этой ста­тье пого­во­рим о несу­щем кузо­ве авто­мо­би­ля, о исто­рии появ­ле­ния, его харак­те­ри­сти­ках и устройстве.

Несу­щий кузов при­шёл на сме­ну рам­ной кон­струк­ции авто­мо­би­ля. Гру­бо гово­ря, он объ­еди­ня­ет раму и кузов в одно целое и име­ет допол­ни­тель­ные уси­ле­ния в необ­хо­ди­мых местах. Раму заме­ща­ют про­доль­ные (лон­же­ро­ны) и попе­реч­ные сило­вые элементы.

Неко­то­рые авто­мо­би­ли, такие как гру­зо­ви­ки и неко­то­рые вне­до­рож­ни­ки, по-преж­не­му име­ют рам­ную конструкцию.

Несу­щий кузов име­ет похо­жий прин­цип и дизайн, кото­рый года­ми исполь­зо­вал­ся в авиа­стро­е­нии ещё до появ­ле­ния его в автомобилях.

История появления несущей конструкции кузова

Пер­вая попыт­ка созда­ния несу­ще­го кузо­ва была пред­при­ня­та в 1922 году. Был создан авто­мо­биль Lancia Lambda. Он был без кры­ши и по кон­струк­ции боль­ше напо­ми­нал раму с встро­ен­ны­ми боко­вы­ми эле­мен­та­ми. Клю­че­вую роль в раз­ви­тии несу­ще­го кузо­ва съи­гра­ла аме­ри­кан­ская ком­па­ния Budd Company, кото­рая снаб­ди­ла обо­ру­до­ва­ни­ем для прес­сов­ки листо­вой ста­ли авто­про­из­во­ди­те­лей Dodge, Ford, Buick и Citroën. В 1930-ом году инже­нер из Австрии Joseph Ledwinka сов­мест­но с ком­па­ни­ей Budd создал про­то­тип несу­ще­го кузо­ва, кото­рый сра­зу запатентовал.

Несу­щий кузов авто­мо­би­ля Citroen Traction Avant

Ком­па­ния Citroen выпу­сти­ла пер­вый авто­мо­биль с несу­щим кузо­вом Citroen Traction Avant. Этот авто­мо­биль имел пол­но­цен­ный несу­щий кузов со все­ми сило­вы­ми эле­мен­та­ми, кото­рые при­ме­ня­ют­ся на совре­мен­ных авто­мо­би­лях. Как и при изго­тов­ле­нии совре­мен­ных несу­щих кузо­вов, для соеди­не­ния эле­мен­тов кузо­ва была при­ме­не­на кон­такт­ная свар­ка. Мас­со­вая про­дук­ция его была нача­та в 1934 году. В даль­ней­шем, такая кон­струк­ция кузо­ва посте­пен­но ста­ла заме­щать тра­ди­ци­он­ную рам­ную конструкцию.

Характеристики несущего кузова

Кон­струк­ция кузо­ва сде­ла­на из ком­би­на­ции прес­со­ван­ных листо­вых пане­лей раз­ных форм, соеди­нён­ных в еди­ную кон­струк­цию при помо­щи точеч­ной кон­такт­ной свар­ки. Кузов полу­ча­ет­ся отно­си­тель­но лёг­ким и очень прочным.

Такой тип кон­струк­ции часто срав­ни­ва­ют со скор­лу­пой яйца. Если пытать­ся раз­да­вить яйцо, при­ла­гая уси­лие про­доль­но, с про­ти­во­по­лож­ных кон­цов, то это будет сде­лать не про­сто. Так полу­ча­ет­ся из-за того, что вся сила не кон­цен­три­ру­ет­ся в одном месте, а рас­се­и­ва­ет­ся по всей скор­лу­пе. Подоб­ным обра­зом функ­ци­о­ни­ру­ет несу­щий кузов. В рам­ных авто­мо­би­лях, кото­рые были до появ­ле­ния несу­щих кузо­вов, рама при­ни­ма­ла на себя все нагруз­ки, а кузов обес­пе­чи­вал толь­ко функ­ци­о­наль­ные нуж­ды. В несу­щем же кузо­ве сило­вые эле­мен­ты явля­ют­ся частью кузо­ва, кото­рый, в свою оче­редь, состо­ит из мно­же­ства пане­лей, при­ва­рен­ных друг к дру­гу и обра­зу­ю­щих еди­ную кон­струк­цию. Даже вкле­ен­ные стёк­ла авто­мо­би­ля (лобо­вое и зад­нее) вли­я­ют на общую жёст­кость. Таким обра­зом, нагруз­ка рас­пре­де­ля­ет­ся по все­му кузову.

Бла­го­да­ря отсут­ствию рамы, авто­про­из­во­ди­те­ли полу­чи­ли воз­мож­ность делать авто­мо­би­ли более ком­пакт­ным и лёг­ки­ми, а так­же появи­лась боль­шая сво­бо­да в дизайне.

Недо­стат­ка­ми несу­ще­го кузо­ва мож­но счи­тать шум и виб­ра­цию, кото­рая боль­ше пере­да­ёт­ся на кузов, чем на рам­ном авто­мо­би­ле. В совре­мен­ных авто­мо­би­лях эта про­бле­ма реша­ет­ся бла­го­да­ря при­ме­не­нию шумо-виб­ро изо­ли­ру­ю­щих материалов.

В несу­щих кузо­вах исполь­зу­ет­ся доста­точ­но тон­кий листо­вой металл, проч­ность кото­ро­го уве­ли­че­на бла­го­да­ря штам­по­ва­нию. Сило­вые эле­мен­ты сде­ла­ны из высо­ко­проч­ной ста­ли. В таких типах кузо­вов ржав­чи­на может вли­ять на струк­тур­ную жёст­кость кузо­ва и на без­опас­ность. Поэто­му анти­кор­ро­зи­он­ная защи­та, в осо­бен­но­сти струк­тур­ных эле­мен­тов, очень важна.

Несу­щий кузов даёт пре­иму­ще­ство более низ­ко­го цен­тра тяже­сти авто­мо­би­ля, уве­ли­чи­ва­ет­ся эко­но­мия и рей­тинг без­опас­но­сти. Бла­го­да­ря более низ­ко­му цен­тру тяже­сти улуч­ша­ет­ся устой­чи­вость и управ­ля­е­мость и умень­ша­ет­ся веро­ят­ность пере­во­ро­та автомобиля.

Неод­но­крат­но про­во­ди­лись краш-тесты с авто­мо­би­ля­ми, име­ю­щи­ми рам­ную кон­струк­цию и авто­мо­би­ля­ми с несу­щим кузо­вом. Авто­мо­би­ли с несу­щим кузо­вом пока­зы­ва­ют луч­шую без­опас­ность при фрон­таль­ном столк­но­ве­нии и при пере­во­ро­те, но немно­го худ­шую без­опас­ность при боко­вых столкновениях.

Рас­смот­рим кон­струк­цию несу­ще­го кузо­ва, раз­де­лив её на три части: перед­нюю, цен­траль­ную и заднюю.

Конструкция передней части кузова

• Глав­ны­ми сило­вы­ми эле­мен­та­ми перед­ней части несу­ще­го кузо­ва явля­ют­ся лон­же­ро­ны. Это про­доль­ные полые эле­мен­ты, кре­пя­щи­е­ся бли­же к низу перед­ней части кузо­ва. Они явля­ют­ся самы­ми проч­ны­ми эле­мен­та­ми несу­ще­го кузо­ва авто­мо­би­ля. Они изго­тав­ли­ва­ют­ся из высо­ко­проч­ной ста­ли. Лон­же­ро­ны кре­пят­ся частич­но к щиту мотор­но­го отсе­ка и частич­но к низу перед­них брыз­го­ви­ков кузо­ва. Лон­же­ро­ны име­ют зоны запла­ни­ро­ван­но­го смя­тия при ава­ри­ях, что­бы гасить энер­гию при фрон­таль­ном ударе.

• Фар­ту­ки (брыз­го­ви­ки) перед­них кры­льев явля­ют­ся внут­рен­ни­ми пане­ля­ми, кото­рые рас­по­ла­га­ют­ся вокруг коле­са и защи­ща­ют от гря­зи. Они частич­но при­ва­ре­ны к лон­же­ро­нам. Брыз­го­ви­ки так­же добав­ля­ют струк­тур­ной жёст­ко­сти кузову.
• Верх­нее уси­ле­ние брыз­го­ви­ка явля­ет­ся струк­тур­ным эле­мен­том перед­ней части кузо­ва. На него при­кру­чи­ва­ют­ся перед­ние крылья.
• Чаш­ки кузо­ва – это уси­лен­ные эле­мен­ты кузо­ва, кото­рые удер­жи­ва­ют верх­нюю часть сто­ек под­вес­ки. Они сфор­ми­ро­ва­ны как часть брыз­го­ви­ков кузова.
• Рам­ка ради­а­то­ра (под­держ­ка ради­а­то­ра, под­ка­пот­ная рам­ка) – это струк­тур­ный эле­мент, рас­по­ло­жен­ный в перед­ней части кузо­ва и удер­жи­ва­ет ради­а­тор систе­мы охла­жде­ния, замок капо­та и дру­гие смеж­ные эле­мен­ты авто­мо­би­ля. Рам­ка ради­а­то­ра кре­пит­ся к лон­же­ро­нам и брыз­го­ви­кам. Она при­да­ёт жёст­кость перед­ней части кузо­ва, как попе­реч­ный струк­тур­ный элемент.
• Щит мотор­но­го отсе­ка (или перед­няя пере­го­род­ка) – это панель, деля­щая перед­нюю сек­цию кузо­ва и цен­траль­ную сек­цию сало­на. Щит мотор­но­го отсе­ка помо­га­ет защи­тить води­те­ля и пас­са­жи­ров при воз­ник­но­ве­нии пожа­ра в мотор­ном отсе­ки. За щитом идёт сило­вая кон­струк­ция, защи­ща­ю­щая води­те­ля и пас­са­жи­ров в момент аварии.
• Перед­ние кры­лья рас­по­ла­га­ют­ся рядом с перед­ни­ми дверь­ми и дохо­дят до перед­не­го бам­пе­ра. Они закры­ва­ют перед­нюю под­вес­ку, и брыз­го­ви­ки перед­ней части кузо­ва. На совре­мен­ных маши­нах кры­лья, обыч­но, при­кру­чи­ва­ют­ся к кузо­ву болтами.
• Уси­ли­тель бам­пе­ра при­кру­чи­ва­ет­ся к перед­ней части лон­же­ро­нов и пред­на­зна­чен для гаше­ния уда­ра при аварии.

Центральная часть несущего кузова

• Дни­ще явля­ет­ся глав­ной струк­тур­ной сек­ци­ей ниж­ней части сало­на кузо­ва. Часто, дни­ще штам­пу­ет­ся как одна боль­шая цель­ная панель. С ниж­ней сто­ро­ны дни­ща кузо­ва про­хо­дят про­доль­ные и попе­реч­ные сило­вые эле­мен­ты. Места креп­ле­ния сиде­ний уси­ле­ны и так­же при­да­ют жёст­кость днищу.

• Цен­траль­ная часть кузо­ва (салон) окру­же­на уси­лен­ны­ми пане­ля­ми для без­опас­но­сти води­те­ля и пас­са­жи­ров. Боко­вая цен­траль­ная стой­ка име­ет внут­ри уси­ле­ние, две­ри име­ют уси­ли­те­ли внут­ри и сами явля­ют­ся доста­точ­но проч­ной кон­струк­ци­ей, за пане­лью при­бо­ров нахо­дит­ся уси­лен­ная кон­струк­ция, кры­ша обыч­но име­ет уси­лен­ную попе­ре­чи­ну, сбе­ре­га­ю­щую салон при перевороте.

• Стой­ки кузо­ва – это вер­ти­каль­ные эле­мен­ты, кото­рые удер­жи­ва­ют кон­струк­цию кры­ши и защи­ща­ют салон кузо­ва в слу­чае пере­во­ро­та авто­мо­би­ля. Стой­ки кузо­ва состо­ят из внеш­них лице­вых частей и внут­рен­не­го уси­ле­ния из высо­ко­проч­ной ста­ли. В кон­струк­ции кузо­ва типа «седан» име­ет­ся 3 типа сто­ек кузо­ва (перед­ние, сред­ние или боко­вые и зад­ние стой­ки, пере­хо­дя­щие в зад­ние кры­лья). Перед­ние стой­ки кузо­ва пере­хо­дят в рам­ку лобо­во­го стек­ла. Цен­траль­ные стой­ки удер­жи­ва­ют кон­струк­цию кры­ши меж­ду перед­ни­ми и зад­ни­ми две­ря­ми. Они помо­га­ют уси­лить кры­шу и обес­пе­чи­ва­ют места креп­ле­ния шар­ни­ров зад­них две­рей. Сред­ние стой­ки кузо­ва рас­пре­де­ля­ют нагруз­ки с ниж­ней части кузо­ва к верх­ней и предот­вра­ща­ют сжа­тие боко­вых частей при боко­вых уда­рах, защи­щая салон кузо­ва. Зад­ние стой­ки кузо­ва удер­жи­ва­ют зад­нюю часть кры­ши и пере­хо­дят в зад­ние кры­лья. Они, так­же, явля­ют­ся поса­доч­ным местом для зад­не­го стекла.
• Боко­вая панель явля­ет­ся общей кон­струк­ци­ей, в кото­рой перед­ний и зад­ний про­ём две­рей сде­лан одним эле­мен­том, без сва­ри­ва­ния частей. Такое устрой­ство даёт пре­иму­ще­ство в мень­шей под­вер­жен­но­сти коррозии.
• Поро­ги – это уси­лен­ные кон­струк­ции, кото­рые нахо­дят­ся в ниж­ней части двер­ных про­ёмов. Они соеди­ня­ют­ся кон­такт­ной свар­кой с флан­ца­ми дни­ща. Внут­ри лице­вой части поро­гов рас­по­ло­же­но уси­ле­ние. Поро­ги удер­жи­ва­ют ниж­нюю часть сред­них сто­ек и слу­жат боко­вой под­держ­кой для днища.
• Зад­няя «пол­ка» — это панель, рас­по­ло­жен­ная за зад­ни­ми сиде­ни­я­ми, под зад­ним стеклом.
• Зад­няя пере­го­род­ка раз­де­ля­ет салон кузо­ва и багаж­ное отде­ле­ние (на седанах).
• Две­ри име­ют состав­ную кон­струк­цию. Они состо­ят из внеш­ней пане­ли, внут­рен­не­го уси­ли­те­ля и части, на кото­рой кре­пят­ся стек­ло­подъ­ём­ни­ки и дру­гие эле­мен­ты две­рей, вклю­чая обшивку.

• Панель кры­ши закры­ва­ет цен­траль­ную часть кузо­ва и удер­жи­ва­ет­ся на стой­ках кузо­ва. Панель кры­ши явля­ет­ся одной из самых боль­ших пане­лей кузо­ва и, в то же вре­мя, пред­став­ля­ет собой очень про­стую кон­струк­цию. Жёст­кость кры­ше при­да­ёт её фор­ма, а так­же уси­ли­те­ли, кото­рые рас­по­ла­га­ют­ся с обрат­ной сто­ро­ны и при­кле­и­ва­ют­ся к ней. Кры­ша, пере­хо­дя­щая в зад­нее кры­ло при­ва­ри­ва­ет­ся при помо­щи лату­ни или крем­ни­стой брон­зы. Этот тип соеди­не­ния поз­во­ля­ет делать длин­ный ров­ный шов, даёт эла­стич­ность и хоро­шо про­ти­во­сто­ит нагруз­кам и виб­ра­ци­ям, воз­дей­ству­ю­щим на это место кузо­ва. К тому же, такое соеди­не­ние мень­ше под­вер­же­но коррозии.

Задняя часть кузова

• Зад­ние лон­же­ро­ны явля­ют­ся сило­вы­ми про­доль­ны­ми эле­мен­та­ми зад­ней части кузо­ва. Они изго­тав­ли­ва­ют­ся из высо­ко­проч­ной ста­ли. Они удер­жи­ва­ют пол багаж­ни­ка и при­ни­ма­ют на себя всю нагруз­ку при пере­воз­ке багажа.

• Пол багаж­ни­ка пред­став­ля­ет собой штам­по­ван­ный лист, кото­рые часто име­ет вогну­тую фор­му и обра­зу­ет место под запас­ное коле­со. Пол при­ва­рен к зад­ним лон­же­ро­нам, зад­ним брыз­го­ви­кам (или аркам) и зад­ней пане­ли кузова.
• Зад­ние кры­лья пред­став­ля­ют собой несъём­ные пане­ли, при­ва­рен­ные к кузо­ву и явля­ют­ся частью струк­ту­ры зад­ней части кузова.
• Зад­ние чаш­ки кузо­ва удер­жи­ва­ют верх­нюю часть зад­них стоек.
• Зад­ние арки кузо­ва кре­пят­ся к зад­ним крыльям.

Зоны запланированного сжатия (смятия)

Это зоны кузо­ва, проч­ность кото­рых спе­ци­аль­но ослаб­ле­на при изго­тов­ле­нии авто­мо­би­ля. Это сде­ла­но, что­бы, сжи­ма­ясь в этих местах, эле­мен­ты кузо­ва гаси­ли энер­гию уда­ра. Зоны запла­ни­ро­ван­но­го смя­тия обес­пе­чи­ва­ют опре­де­лён­ный кон­троль вто­ро­сте­пен­ных повре­жде­ний и уве­ли­чи­ва­ют без­опас­ность води­те­ля и пас­са­жи­ров. Эле­мен­ты кузо­ва с таки­ми ослаб­лен­ны­ми зона­ми сми­на­ют­ся более пред­ска­зу­е­мо, чем без них. Перед­ние и зад­ние лон­же­ро­ны име­ют зоны запла­ни­ро­ван­но­го сжа­тия, в кото­рых они сги­на­ют­ся при ава­рии, гася энер­гию уда­ра. Капот, так­же, име­ет такие зоны.

Несу­щий кузов так спро­ек­ти­ро­ван, что перед­няя и зад­няя часть сми­на­ет­ся отно­си­тель­но лег­ко, в то вре­мя как сред­няя часть, где нахо­дит­ся води­тель с пас­са­жи­ра­ми, оста­ёт­ся целым.

Типы стали в конструкции несущего кузова

Сталь по-преж­не­му самый часто исполь­зу­е­мый мате­ри­ал при изго­тов­ле­нии раз­лич­ных видов транс­пор­та. При изго­тов­ле­нии сило­вых эле­мен­тов несу­ще­го кузо­ва при­ме­ня­ет­ся высо­ко­проч­ная сталь, высо­ко­проч­ная низ­ко­ле­ги­ро­ван­ная сталь и сверх­проч­ная сталь. Пре­дел проч­но­сти такой ста­ли в 2–4 раза боль­ше обыч­ной, низ­ко­уг­ле­ро­ди­стой ста­ли. Штам­по­ва­ние ещё боль­ше уси­ли­ва­ет проч­ность пане­лей. При­ме­не­ние высо­ко­проч­ной ста­ли, поз­во­ли­ло авто­про­из­во­ди­те­лям умень­шить тол­щи­ну листо­во­го метал­ла при изго­тов­ле­нии струк­тур­ных эле­мен­тов без ухуд­ше­ния проч­но­сти кузова.

На неко­то­рых совре­мен­ных авто­мо­би­лях струк­тур­ные эле­мен­ты кузо­ва могут быть сде­ла­ны, из ком­би­на­ции раз­ных типов ста­ли. Лазе­ром сва­ри­ва­ет­ся сталь раз­ной тол­щи­ны и проч­но­сти. Полу­ча­ет­ся одна цель­ная панель.

Пенный наполнитель внутри закрытых конструкций несущего кузова

Рас­по­ло­же­ние пен­но­го напол­ни­те­ля внут­ри закры­тых кон­струк­ций кузо­ва может варьи­ро­вать­ся у раз­ных авто­мо­би­лей. Пена может рас­по­ла­гать­ся в поро­гах, стой­ках кузо­ва, лон­же­ро­нах. Пен­ный напол­ни­тель исполь­зу­ет­ся для умень­ше­ния шума, виб­ра­ции и уве­ли­че­ния проч­но­сти кузова.

Неже­ла­тель­но сва­ри­вать пане­ли рядом с местом, где рас­по­ло­жен пен­ный напол­ни­тель. Если есть такая необ­хо­ди­мость, то напол­ни­тель нуж­но сна­ча­ла уда­лить, а потом вос­ста­но­вить по завер­ше­нию ремонта.

Пен­ный напол­ни­тель не пла­вит­ся и не горит, если резать «бол­гар­кой» часть кузо­ва рядом с ним.

Для заме­ны спе­ци­аль­но­го пен­но­го напол­ни­те­ля не реко­мен­ду­ет­ся исполь­зо­вать стро­и­тель­ную пену.

Ремонт несущего кузова

Авто­мо­биль с несу­щим кузо­вом, в отли­чие от рам­ной кон­струк­ции, тре­бу­ет дру­гой под­ход к ремонту.

Так как кузов пред­став­ля­ет собой вза­и­мо­свя­зан­ную кон­струк­цию, то, часто, допол­ни­тель­но к основ­но­му, он полу­ча­ет вто­ро­сте­пен­ные повре­жде­ния. Это нуж­но все­гда учи­ты­вать при осмот­ре перед ремонтом.