И так, публикую разные заметки из жизни автомобилей. И часть первая, Frame in Body на внедорожниках. Многие спорят что Нива автомобиль с несущим кузовом, а Suzuki Grand Vitara 2005 к примеру или Jeep Cherokee рамные автомобили. Так вот если вам интересно, то данные автомобили нельзя назвать рамными, но автомобилями с несущим кузовом их назвать сложно. В данном случае что-то среднее.
И так: что-же такое Frame-in-body.
Выписка из ВИКИ.
Интегрированная в кузов рама (Frame-in-body, UniFrame)
Также — рамно-объединенная силовая схема. Это не тип рамы, а вариант конструктивного исполнения рамного кузова, при котором рама, как правило — лонжеронного или периферийного типа, физически неотделима от кузова, то есть, имеет с ним жёсткое, обычно — неразборное сварное, соединение. Кузов, таким образом, является полунесущим и воспринимает нагрузки наравне с рамой.
От обычного несущего кузова кузов с интегрированной рамой отличается тем, что у первого имеются как максимум лишь подрамники в оконечностях, интегрированная же рама имеет полноценные лонжероны, идущие от переднего бампера до заднего. Такой кузов не имеет многих преимуществ отдельной рамы — гашения вибраций, лёгкости кузовного ремонта, простоты создания модификаций с различными типами кузовов на единой раме и других, но иногда оказывается несколько более удобным и дешёвым в проектировании и производстве, чем несущий кузов, а также лучше воспринимает нагрузки, возникающие при перевозке грузов и движению по бездорожью. Этим и определяет круг использования такой конструкции в современном автомобилестроении — главным образом пикапы и внедорожники (кроме «жёстких»).
Примеры автомобилей с интегрированной рамой — «Иж Комби» с лонжеронной рамой, представляющей собой соединённые дополнительными элементами передний и задний подрамники «Москвича-412», ВАЗ-2121 «Нива» и ЛуАЗ-969, Volga Siber / Chrysler Sebring с интегрированной в несущую структуру кузова периферийной рамой.
Итак, взялся за гуж, не говори, что не дюж.
Чёрт меня дёрнул сказать, что напишу статью о размерах сисек конструкциях несущих элементов автомобилей и способах их усиления. Ну что ж, будем писать… Пока только о кузовах.
Итак, на данный момент существует несколько классических конструкций силовых элементов автомобиля.
1. Несущий лонжеронный кузов.
2. Лонжеронная рама с закреплёнными на ней не силовыми элементами.
3. Кузов с интегрированой рамой.
4. Пространственная рама обшитая кузовными панелями. Либо просто пространственная рама.
Первый вариант – несущий кузов.
Самая распространённая конструкция, совмещающая в себе технологичность, удобство, жёсткость и малый вес. Для автопроизводителей самый выгодный вариант.
Части кузова отштамповываются каждая из своего вида стали или алюминия.
Верх рамки лобового стекла и верхние части центральных стоек крыши делают из конструкционной стали. Дверные проемы и пол изготавливаются из стальных сплавов повышенной прочности; а более нагруженные вертикальные части рамки лобового стекла и поперечины, отделяющие салон от багажника – из прочной стали. Наконец, из особо высокопрочной стали делаются подмоторный каркас и балки, перед которыми ставятся бамперы. При этом внешние панели, не влияющие на пассивную безопасность, могут быть не только стальными, но и алюминиевыми, пластиковыми и даже стекловолоконными – применение таких материалов повышает стойкость к коррозии и снижает вес автомобиля в целом.
Все детали кузова и ответственность каждой из них за какие либо конкретные элементы нагрузки или безопасности перечислять не буду, их там вагон и маленькая тележка.
В отличие от рамных, все агрегаты крепятся к кабине, и сама кабина (вместе со всеми внешними и наружными элементами кузова) несет всю нагрузку. Яркое преимущество перед рамами — легкий вес и лучшая жесткость на кручении (в рамных машинах её во многом обеспечивает водружённый сверху кузов, хотя силовым несущим элементом он как бы и не является.). Следствие низкого веса — лучшая управляемость, экономичность и динамика. Другое неоспоримое преимущество — лучшая пассивная безопасность, так как изначально конструкторы могут создать специальные зоны, которые при аварии будут поглощать энергию удара.
И всем бы был хорош несущий кузов, вроде бы всё круто, но… Есть и один очень существенный минус. Из-за того, что все элементы несущего кузова взаимосвязаны и вместе отвечают за всю конструктивную нагрузку, при повреждении одного элемента страдает весь кузов, теряя свои характеристики и жесткость. Есть и другие минусы не несущие таких критических факторов. Например, есть такой фактор, как низкая ремонтопригодность несущего кузова. В отличие от рамы восстановить родную геометрию кузова после повреждений практически невозможно, не говоря уже об исходных характеристиках жёсткости и управляемости.
Ещё у большинства легковых машин со временем начинает деформироваться передняя часть кузова, особенно в местах крепления стоек кузов нажинает «разъезжаться». Проявляется это в связи с эксплуатацией на плохих (читай наших) дорогах, банальной усталости металла и общей нагруженности передней части авто.
И тут к нам на выручку приходит подрамник. Замечательный «кусок рамы» который более равномерно распределяет нагрузку от подвески на несущий кузов и препятствует локальным перегрузкам силовых элементов. Бывает как передний, так и задний. Является наиболее часто применяющимся силовым элементом усиливающим конструкцию несущего кузова.
И ещё большинство кузовных деталей, особенно не относящихся к капсуле безопасности, плохо дружат с сопроматом, что впрочем компенсируется некоторым избытком прочности на этих деталях.
Итак: Несущий кузов применяется на подавляющем большинстве современных легковых автомобилей и автобусов.
Плюсы:
Вес.
Жёсткость на кручение.
Технологичность изготовления.
Высокая степень безопасности из-за поглощения силовыми элементами энергии удара.
Управляемость, вследствие меньшего веса и высоты, а также возможности минимизации паразитных факторов вроде лишних элементов.
Минусы.
Низкая ремонтопригодность.
Низкая жёсткость на излом.
Плохая приспособленность к агрессивным условиям эксплуатации без дополнительных усилений.
Несущая лонжеронная рама с размещёнными на ней прочими элементами конструкции.
Несущая рама в наше время встречается чаще всего на внедорожниках и грузовых автомобилях. Это достаточно мощная конструкция, хорошо приспособленная к агрегатированию на неё кузова-кабины и прочих элементов авто. Использование её на технике подразумевающей тяжёлые условия эксплуатации или серьёзные силовые нагрузки оправдано, и компенсирует большинство её недостатков. Помимо этого такая конструкция обладает большой модульностью, т. е. на одной и той же раме можно построить разные авто, например пикап или вагон, или же, в случае грузовиков седельный тягач или самосвал.
В основе рамы лежит конструкция, к которой крепятся все агрегаты вашего автомобиля, и вся нагрузка (удары от подвески, вибрации от мотора, вес всех агрегатов) ложится именно на нее. Она может быть сварной реже цельнолитой или даже клёпаной. Сварные рамы имеют ряд преимуществ: их части штампуются, большинство деталей сваривается между собой при помощи электросварки, а некоторые элементы делаются съемными (части, к которым крепится силовой агрегат, и те, которые находятся в наиболее часто подверженных деформациям местах).Кабина (место, где размещены водитель и пассажиры) минимальную силовую нагрузку и крепится через элементы, которые полностью или частично убирают вибрации (демпфирующие элементы, как то резиновые, гидравлические или пневматические подушки), к самой раме. Рама же представляет собой жесткую стальную конструкцию, способную выдержать серьезные нагрузки.
Плюсов у такой конструкции много. Во первых, как уже было сказано выше, это модульность. Т. е. «испортив» старый кузов на неё можно с успехом водрузить новый. Кроме того восстановить геометрию повреждённой рамы значительно проще, для этого, правда, придётся демонтировать все навесные элементы. Раму можно весьма эффективно усиливать без применения сложных конструкций, при этом, правда пострадает вес. Но в целом любые усиливающие элементы требуют увеличения веса. Кроме того, у такой машины после долговременной езды по плохим дорогам не будет перекосов дверных проемов и трещин на стойках лобового стекла. И еще немаловажный момент: если взять два внедорожника одного класса, – рамный и безрамный – и посмотреть на их склонность к опрокидыванию, то можно заметить, что первую машину перевернуть существенно сложнее, ведь у нее центр тяжести гораздо ниже.
Но, естественно у такой конструкции масса минусов. Для начала это вес, ведь кроме рамы нам нужен ещё и кузов, который весит хоть и меньше несущего, но всё же немало. Естественно лишний вес сказывается и на управляемости и на расходе топлива. Кроме того на «чувство машины» сильно влияют опорные элементы между рамой и кузовом. При езде на рамном авто сложно отделаться от ощущения валкости и «ватности». Минусом рамной конструкции также является неудобство установки на неё легкового кузова. Либо авто будет избыточно высоким, либо придётся жертвовать местом в салоне. Кроме того от избыточных нагрузок рама может лопнуть, и хотя восстановить её не так уж сложно, но всё же это фактор достаточно неприятный.
Есть свои минусы и в плане безопасности. Хотя практически, при столкновении двух авто тяжёлый внедорожник оказывается более безопасным в силу веса и прочности, то например, при ударе в дерево или столб рама играет злую шутку. Она практически не деформируется, соответственно минимально гася энергию, соответственно вся кинетическая энергия «прилетает» водителю и пассажирам. Не менее неприятный расклад при срыве кузова с рамы. И хотя современные рамы относительно травмобезопасны в этом плане, они всё же проигрывают кузовам.
Итак: несущая лонжеронная рама применяется в большинстве грузовиков и достаточно большём количестве внедорожников.
Плюсы:
Прочность.
Модульность.
Ремонтопригодность.
Хорошая изоляция от шумов и вибраций за счёт элементов крепления кузова к раме.
Лояльное отношение к серьёзным нагрузкам.
Практически никогда не нуждается в серьёзном усилении сторонними элементами.
Минусы:
Вес.
Управляемость и экономичность.
Безопасность при столкновении со слабо деформируемыми препятствиями.
Кузов с интегрированой рамой.
Тут существует 2 варианта.
Представитель первого Jeep Cherokee – конструкция проста до безобразия. Классическая лонжеронная рама с наваренным на неё кузовом.
Представители второго — многочисленные кроссоверы. Например, Suzuki Grand Vitara нового поколения. В этом случае рама и кузов являются равноценно нагруженными элементами. Да и сама рама не такая мощная как на Джипе.
Собственно такая конструкция включает в себя и плюсы, и недостатки, как несущего кузова, так и несущей рамы. Всё зависит от конкретного автомобиля. Там, где рама мощнее, соответственно больше от «рамника», там где рама больше походит на родные лонжероны кузова, больше от авто с несущим кузовом.
Итак: интегрированая рама встречается на кроссоверах и лёгких внедорожниках, реже на среднеразмерных внедорожниках. Своеобразный компромис двух миров, и, что характерно, неплохо работает. Малые нагрузки воспринимает кузов, большие рама.
Пространственная рама.
Пространственная рама представляет собой несущую конструкцию в виде клетки опоясывающей с разных сторон части авто. К ней крепятся все элементы конструкции и декоративные элементы кузова. В серийных авто встречается крайне редко по причине низкой технологичности и сложности изготовления. Лучше всех дружит со сопроматом, поэтому самая прочная при минимальном весе.
Реально применяется при постройке суперкаров или гоночных автомобилей. Было несколько премиум моделей не спортивных авто строящихся на пространственной раме, но на данный момент таковых нет.
Обладает массой плюсов и практически не имеет минусов. Главный минус этой конструкции – цена. Т. к для производства требуется несоизмеримо больше времени чем для любой другой конструкции, то авто с пространственной рамой это либо сверхдорогие суперкары, либо строящиеся в единичных экземплярах гоночные авто.
Лёгкая, прочная с хорошо прогнозируемой деформацией, такая рама, практически, представляет собой несущий гоночный каркас и несущую раму одновременно. Декоративные элементы нужны лишь для того чтоб закрыть саму раму, но не несут никакой силовой нагрузки.
Итак: Пространственная рама применяется при строительстве гоночных авто и суперкаров в силу сложности изготовления и низкой технологичности процесса.
Плюсы:
Вес.
Прочность.
Минимальная деформация в любых плоскостях.
Прогнозируемость деформации при ударах.
Лояльность к высоким нагрузкам.
Минусы:
Цена.
Абсолютная «недружелюбность» к водителю. Вибрации и рельеф будут чётко ощутимы даже с мягкой подвеской.
P. S. Вот такая получилась статья. Не очень длинная и, надеюсь, читабельная и понятная.
Не забывайте жать «волшебные кнопочки» если вам понравилось.
P. P. S Сисек не будет.
Рассказывая на нашем сайте Vodi.su о внедорожниках, мы упоминали, что кузовные конструкции бывают трех основных видов:
- рамные — УАЗ-Патриот, Mitsubishi L200, Jeep Wrangler и другие;
- несущий кузов — практически все седаны и хэтчбеки;
- интегрированная рама.
Вот как раз интегрированной раме мы и собираемся посвятить данную статью.
Чтобы разобраться с темой, нужно сначала вспомнить об устройстве двух остальных видов. Так, обыкновенная рама автомобиля представляет собой конструкцию, напоминающую лестницу. Основными ее элементами являются лонжероны и поперечины, соединенные между собой с помощью сварных швов, заклепок, болтов повышенной прочности.
Такая рама обеспечивает высокую жесткость платформы и некоторую независимость кузова — он может перемещаться относительно рамы, что имеет важное значение при езде по бездорожью или если речь идет о грузовых автомобилях. Кабина крепится к платформе с помощью заклепок или болтов, а для смягчения применяются подушки из армированной резины для поглощения колебаний.
Несущий кузов или основание — кузов конструктивно объединен с рамой и представляет с ней одно целое. Можно сказать, что кабина приварена к раме, либо, если речь идет о более современных автомобилях, кабина с рамой штампуются из одного куска металла. Такая конструкция привлекательна для производителя своей легкостью, но в то же время страдает комфорт — любые неровности воспринимаются весьма болезненно. Соответственно, на авто подобной конструкции можно ездить исключительно по более или менее ровным дорогам.
Интегрированная рама (рамно-кузовная конструкция) является переходным звеном между двумя выше описанными типами.
Ее основные параметры:
- рама на лонжеронах неразрывно связана с кузовом с помощью сварных швов;
- кузов является неразборным и воспринимает все нагрузки наравне с платформой;
- имеются полноценные лонжероны, соединяющие переднюю и заднюю часть автомобиля;
- поперечины применяются для придания жесткости.
Понятно, что производители постоянно совершенствуют устройство несущей части автомобилей, поэтому за всю историю автомобилестроения появлялось множество видов и подвидов различных конструкций, но если мы возьмем, к примеру, рамный внедорожник и SUV с интегрированной рамой, то разница очевидна:
- рамные — соединение рамы и кузова разъемное, то есть без особого труда можно снять кабину и переустановить на новую платформу;
- рамно-кузовная несущая конструкция — снять кабину можно только с помощью болгарки, срезав ее.
Соответственно, интегрированный кузов имеет больше общего с несущим, разница состоит лишь в деталях: в первом применяются полноценные лонжероны, во втором — подрамники, которые могут находиться в передней части автомобиля под двигателем и коробкой передач, либо только спереди и сзади для придания жесткости.
Исходя из всего выше сказанного, можно сделать следующие выводы:
- несущий кузов — идеальный выбор для автомобилей малого и среднего классов, которые преимущественно передвигаются по качественному асфальтированному покрытию;
- интегрированная рама — практически все SUV (кроссоверы), пикапы, малые и средние внедорожники, 5-7-местные минивэны;
- рамная конструкция — полноразмерные кроссоверы и внедорожники, грузовые авто, автобусы, микроавтобусы, сельхоз техника, гоночные автомобили.
Преимущества и недостатки
Рамно-кузовная конструкция не может быть идеальной, впрочем, как и любая другая, тем не менее она пользуется популярностью по целому ряду причин:
- относительная простота сборки — в сварочном цехе приваривают раму к кузову, без дополнительного крепежа;
- нагрузки равномерно распределяются по всей поверхности;
- благодаря меньшему весу автомобиль легче поддается управлению;
- повышенная прочность на кручение — кузов не будет деформироваться при резком торможении, на виражах, при перегрузках.
Минусы тоже есть:
- сложности ремонта — интегрированную раму нельзя ремонтировать, только приваривать, особенно если появилась коррозия;
- уступает по прочности рамной платформе;
- в местах сварных швов быстро нарастает усталость металла, что приводит к быстрому износу при агрессивной манере езды.
Нужно также отметить, что свои минусы есть у любого типа, поскольку идеала достичь невозможно.
