Конструкция несущего кузова автомобиля

Конструкция несущего кузова автомобиля

При­вет­ствую Вас на блоге Kuzov.info!

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.

Citroen-Traction
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.
a
Срез панели при­бо­ров пока­зы­вает уси­ле­ние, уве­ли­чи­ва­ю­щее без­опас­но­сть салона при ава­рии.
  • 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.

a4

  • 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.
g
Панель пола багаж­ника с поло­стью для запас­ного колеса
  • 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)

36

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.

Оставьте комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.