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.

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.

[adsp-pro‑4]