Рама автомобиля — несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.
В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.
Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.
Назначение, виды
Рама автомобиля представляет собой балочную конструкцию, выступающую в роли основы для крепления всех составных частей авто – силовой установки, узлов трансмиссии, ходовой части и прочего. Кузов, присутствующий в конструкции несущей части выполняет лишь некоторые функции – обеспечивает пространство для размещения пассажиров и грузов, а также выступает в качестве декоративного элемента.
Основным положительным качеством использования рамы является высокий показатель прочности несущей части. Именно благодаря этому она и используется на грузовиках и полноценных внедорожниках. Но при этом из-за рамы общая масса авто увеличена.
Также рама автомобиля позволяет по максимуму унифицировать узлы и механизмы между моделями разных классов. В свое время доходило до того, что многие автопроизводители выпускали шасси авто со всеми основными частями (рамы, мотора, трансмиссии, ходовой части), на которую «натягивали» разные типы кузовов.
При этом было разработано несколько типов рам, каждая из которых обладает своими конструктивными особенностями. Все их можно разделить на:
- Лонжеронные
- Хребтовые
- Пространственные
Некоторые из этих видов имеют подвиды, также нередко используются комбинированные типы, в конструкции которых имеются составные элементы разных рам.
Преимущества и недостатки
В современных легковых автомобилях предпочтение отдано несущему кузову. Это происходит в силу ряда причин. Несмотря на явные преимущества (простая конструкция, упрощенная сборка автомобиля на заводе, легкий ремонт), у рамного кузова есть и существенные недостатки. Во-первых, при разделении функций кузова и рамы, приходится значительно увеличивать массу. Во-вторых, лонжероны, которые проходят под кузовом, забирают у пассажирского салона значительную часть. Пороги оказываются большими, а это затрудняет посадку в автомобиль. В-третьих, у рамных автомобилей уровень пассивной безопасности значительно ниже, ввиду возможности смещения рамы относительно кузова при ударе. В-четвертых, плоская рама уступает несущему кузову по показателю жесткости на кручение.
Таким образом, так как легковой автомобиль должен быть и комфортным и безопасным, несущий кузов для него стал незаменим. В тех же автомобилях, которым необходимо работать в сложных условиях, используют только рамные конструкции.
Хребтовая рама
Рамы хребтового типа для автомобилей были разработаны специалистами компании «Татра». И использовались такие рамы в основном на автомобилях этой компании. Основной несущей частью хребтовой рамы является труба, которая соединяет между собой двигатель и все элементы трансмиссии.
По сути, силовой агрегат, а также сцепление, коробка передач и главная передача являются также и элементами рамы. Крепление всех этих механизмов – жесткое. Крутящий момент от двигателя к элементам трансмиссии выполняет вал, который устанавливается внутри трубы. Использование такой рамной конструкции возможно только при обеспечении всех колес автомобиля независимой подвеской.
Хребтовая рама хороша тем, что обеспечивает высокую жесткость на скручивание, легкое и быстрое создание автомобилей с различным количеством ведущих мостов, но поскольку некоторые механизмы автомобиля находятся внутри рамной конструкции, то и выполнение ремонтных работ довольно затруднительно.
Рамы вильчато-хребтового типа также разработаны сотрудниками «Татра». В данном случае они отказались от жесткого крепления двигателя и трансмиссии к несущей центральной трубе. Вместо этого они с обеих сторон несущей трубы установили специальные вилки, на которые и устанавливаются двигатель с трансмиссией.
Вильчато-хребтовые рамы
Это подвид хребтовых рам, и его главной особенностью является то, что и передняя, и задняя части представляют собой трезубцы, основой которых есть центральная труба каркаса, а от неё уже отходят два лонжерона, которые используют для крепления узлов и агрегатов. В них используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Главный недостаток таких машин – неважная управляемость из-за расположения мотора сзади. В наше время такой вид рамной конструкции в автомобилестроении уже не используется.
Периферийные рамы
Разновидность лонжеронных рам, которую начали массово применять на крупных европейских легковых авто и американских «дредноутах» в 60-х годах. В этих рамах лонжероны размещены так широко сзади, что при установке кузова находятся у порогов, что позволило значительно повысить уровень пола и уменьшить саму высоту автомобиля. Большие плюсы такого авто в том, что он максимально приспособлен к боковым ударам, но и минус немаленький есть – кузов автомобиля должен быть более прочным и жёстким, так как рама неспособна выдержать большую нагрузку.
Пространственные рамы
Эти наиболее сложный вид рамной конструкции, который используется в производстве спортивных авто. Это конструкция из тонких легированных труб, которым несвойственно кручение. Трубные конструкции плохо переносят испытание на изгиб. И сегодня они уступили место в автомобилестроении монококам, но получили применение в автобусостроении.
Несущее днище
Несущее основание автомобиля - это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский «Фолькваген Жук», у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции - Renault 4СV аналогичной с «Жуком» заднеприводной компоновки.
Такая конструкция достаточно технологична при крупносерийном производстве, и притом удается обеспечить низкий центр тяжести машины и низкий уровень пола в салоне. У большинства современных автобусов днище также является несущим, только кузов к нему приваривается, а не прикручивается.
Рамой называется жёсткий элемент автомобиля, который принимает на себя основные нагрузки и используется для крепления на нём остальных элементов, представленных , трансмиссией, кузовом и разнообразным оборудованием. В отличие от альтернативного ей несущего кузова, рама в большинстве случаев является плоской и представляет собой своеобразный «стержень», придающий жёсткость всей конструкции в целом. Фактически рамная конструкция кузова представляет собой основу, вокруг которой собирается автомобиль - благодаря этому он становится намного проще в производстве и в обслуживании по сравнению с другими типами компоновки.
Существует множество видов рам, применяющихся в автомобилестроении. Наиболее распространённой в настоящее время является прямая лонжеронная рама, которая создаётся из двух продольных металлических балок, проходящих по всей длине кузова. В определённых местах они соединяются поперечинами - так называемыми траверсами, которые придают этому элементу жёсткости и предназначаются для крепления отдельных агрегатов. Особой модификацией лонжеронной рамы является периферийная конструкция, которая подразумевает существенное увеличение расстояния между продольными лонжеронами в центральной части кузова. Такие рамные обладают достаточно низко опущенным полом, который находится между балками, играющими роль порогов.
Существуют и экзотические варианты - в частности, хребтовые рамы, в которых несущим элементом выступает центральная труба, в которой проходят трансмиссионные валы. Она позволяет существенно уменьшить массу и габариты автомобиля относительно случая использования классической лонжеронной рамы, а также даёт возможность применять . Однако есть у неё и свой недостаток - сложность ремонта транспорта, для осуществления которого необходимо полностью разобрать машину.
Видео о том, как устроена конструкция рамы внедорожника:
Также необходимо упомянуть и о решетчатых рамах, применяющихся в - они создают не только несущую основу, но и каркас безопасности, на который навешиваются лёгкие кузовные панели. Иногда рамная конструкция автомобиля объединяется с несущим кузовом - в таком случае говорят об интегрированной раме, принимающей на себя только часть нагрузок. По типу соединения деталей рамы подразделяются на следующие виды:
- Клёпаные - легки в производстве.
- Болтовые - обладают повышенной прочностью, но очень высокой трудоёмкостью сборки.
- Сварные - и прочные.
Важнейшие преимущества
Если посмотреть на список рамных автомобилей легкового типа, то можно увидеть, что большая его часть принадлежит крупным внедорожникам, таким как Toyota Land Cruiser, Nissan Patrol, и прочим. Это неудивительно - ведь рама может переносить большие нагрузки по сравнению с несущим кузовом. За счёт этого достигается лучшая проходимость - автомобиль не деформируется при преодолении существенных уклонов и серьёзных преград. Также увеличение допустимых нагрузок способствует и повышению массы транспортируемого груза. Именно поэтому большая часть коммерческого транспорта строится на основе жёсткой рамы.
УАЗ Патриот — представитель рамных автомобилей
С точки зрения производителей, рама также является более предпочтительной - к ней легче крепить основные агрегаты и навесное оборудование. Подобную конструкцию удобнее пропускать через конвейер - она может собираться отдельно от кузова, что существенно ускоряет процесс изготовления транспортного средства, позволяя разделить его на две технологические цепочки. В пользу рамы выскажутся и работники - при её использовании намного легче восстанавливать геометрическую целостность кузова. В случае же, когда повреждения являются чересчур сильными, можно просто заменить раму, которая обладает меньшей стоимостью, чем готовый к использованию несущий кузов. Тем не менее от рамной конструкции отказалось большинство - следовательно, на то были свои причины.
Минусы жёсткой основы
Даже применение современных материалов не способно существенно облегчить раму или уменьшить её габариты - она всё равно будет утяжелять автомобиль, и вынуждать придавать ему большие размеры без существенного повышения полезного объёма внутри кузова. Следовательно, увеличиваются выбросы выхлопных газов и происходит нанесение существенного вреда окружающей среде. В масштабах узкого сегмента внедорожников это не очень важно, а если большинство легковых машин будет иметь подобную компоновку, все преимущества рамной конструкции автомобиля меркнут перед подобными проблемами. Кроме того, повышение массы означает увеличение нагрузки на ходовую часть. Пружины не всегда способны справиться с весом рамного транспорта, поэтому их зачастую заменяют более выносливыми, однако, не столь комфортабельными рессорами.
Стоит сказать и . При использовании рамы неразрушимой связи между ней и остальными частями кузова не существует. Соответственно, при возникновении очень сильного удара происходит взаимное смещение различных частей транспортного средства. Это приводит к очень серьёзным последствиям, в частности, получению травм пассажирами или даже к летальному исходу. Следовательно, основной причиной отказа большинства изготовителей от рамы является изменение требований к современному автомобилю, который должен быть максимально безопасным и экономичным.
Кому пригодится рама?
Зная о том, что значит «рамный автомобиль», мы без труда можем сделать вывод о назначении подобных транспортных средств. Они пригодны для использования в качестве коммерческой техники, а также специальных автомобилей, предназначенных для выполнения очень тяжёлых работ. Кроме того, рама обязательно нужна и внедорожнику, которого разработан не для преодоления городских бордюров. Если такие машины вам точно не нужны, стоит обратить более пристальное внимание на современные авто с несущим кузовом. Они обладают большей эффективностью использования топлива, а также безопасностью и практичностью.
Как собрать воедино все агрегаты самобеглой коляски, обеспечив их точное взаиморасположение при любых условиях движения? Первые автоинженеры об этом долго не думали. Все было уже придумано до них, и варианты были перед глазами: или несущий "кузов" телеги и кареты, или рамная конструкция паровоза и прочего железнодорожного транспорта. Тогда вопрос был решен в пользу рам, а сегодня автомобили с традиционной рамной конструкцией встречаются довольно редко. Хотя элементы рамной схемы использует большинство современных серийных машин.
Что такое рама?
В общем понимании рама (в терминологии первой половины прошлого века - остов) - это пара лонжеронов из металлического профиля, соединенных несколькими поперечинами. Рама служит основой, силовым каркасом, на который "навешиваются" кузов, силовой агрегат, элементы подвески и т.д.
Почему конструкторы выбирали раму?
1. Несущий кузов был или недостаточно жестким, или слишком тяжелым - сказывался тогдашний низкий уровень технологий.
Важная особенность рамной конструкции, плоской по сути, заключается в низком сопротивлении кручению по сравнению с несущей конструкцией коробчатого по своей сути кузова. На протяжении всей "рамной эпохи" этот вопрос решали двумя способами - увеличивая толщину металла и количество поперечин или меняя характеристики самого металла.
Проблема в принципе оказалась решаемой, тем более не всегда низкая сопротивляемость кручению вредила автомобилям. Так, в массовом советском грузовике ЗИС-5 "эластичная" рама ("перепады" между диагонально противоположными концами рамы могли достигать 3-4 см) значительно повышала проходимость трехтонки, не позволяя на ухабах колесам вывешиваться. Потеря контакта колеса ведущего моста с дорогой чревата остановкой машины из-за "ухода" крутящего момента на поднявшееся колесо, поэтому трехтонка ЗИС ценилась на фронтовом бездорожье в период Великой Отечественной.
ЗИС-5
2. На одной и той же платформе можно было продавать множество моделей автомобилей под разные запросы клиентов.
Это сейчас термин "платформа" понимают как некую общность деталей двух разных авто. В первой половине ХХ века технология работала буквально.
Многие автомобили продавались в виде шасси - рамы со всеми агрегатами ходовой части вплоть до руля и педалей, а кузов клиент уже сам заказывал специализированному ателье. В итоге покупатель, обладая достаточным количеством финансов, мог позволить себе абсолютно эксклюзивный авто с полностью серийной агрегатной базой. Сейчас такое уже, увы, невозможно.
"Остов" автомобиля начала века, фото: Wikipedia.org
Эволюция рамы
Изначально для изготовления остова применялись твердые породы дерева, реже -металлические трубы. В 1910-х годах на грузовых автомобилях уже стали внедрятся рамы с привычным нам открытым профилем.
Лонжеронные рамы
В английской терминологии этот вид рам часто называют лестничным из-за внешней схожести с одноименным предметом. Два продольных лонжерона чаще всего выполнены из открытого профиля. Форма поперечных балок бывает разной (К-образные, Х-образные, перпендикулярные), а фрагменты рам могут соединяться между собой при помощи сварки (преимущественно легковые автомобили), заклепок (грузовики) или даже болтов (штучные экземпляры).
Лонжеронная рама, фото: Wikipedia.org
Сегодня клепаные рамы чаще всего применяются на пикапах и грузовых автомобилях. К лонжеронным рамам некоторые инженеры также относят и Х-образные рамы, которые значительно легче (на них построена вся американская классика 50-х, а также советские "Чайки" - ГАЗ-13 и ГАЗ-14). Главное преимущество лонжеронной рамы - простота конструкции и технологичность. Главные же недостатки - большой вес и громоздкость, что отрицательно сказывалось на полезном пространстве внутри машины.
"Чайка" ГАЗ-13
Хребтовые рамы
История хребтовых (центральных) рам началась в 20-х годах ХХ века в Чехии. Конструкторы автомобилей марки "Татра" первыми разработали и внедрили новую схему в свои автомобили. Главный элемент конструкции - труба, соединяющая картер заднего ведущего моста с силовым агрегатом и трансмиссией. Внутри этой несущей на себе всю нагрузку трубы расположен вал без карданного шарнира, передающий крутящий момент с двигателя на колеса. То есть соединение, в отличие от всех современных задне- и полноприводных автомобилей, было жестким.
Как показал опыт эксплуатации, основными преимуществами хребтовой рамы являются высокая крутильная жесткость и возможность легко создавать многоосные полноприводные конструкции. Основным недостатком считается трудный доступ к встроенным в раму агрегатам.
Хребтовые рамы в свое время применялись на легковушках, а сегодня успешно применяются как раз на г . Достаточно сказать, что на такой машине "Татра" Карел Лопрайс, выступая в марафоне Париж - Дакар, за 14 лет (с 1988 по 2002 год) шесть раз становился чемпионом в классе грузовиков и четырежды завоевывал серебро.
Грузовой автомобиль "Татра"
Вильчато-хребтовые рамы
И снова Чехия… Вильчато-хребтовые рамы появились впервые перед Второй мировой на автомобилях родом из этой страны - "Шкодах" и "Татрах". Иногда вильчато-хребтовые рамы называют видом хребтовых рам. Главная особенность данного вида в том, что передняя и задняя части представляют собой трезубцы, образованные центральной трубой каркаса и отходящими от нее двумя лонжеронами, которые используются для крепления узлов и агрегатов.
В отличие от автомобилей с хребтовой рамой, в машинах с вильчатой конструкцией используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Яркими носителями этой конструкции являются довоенные "Татра-77" и "Татра-87". Это были революционные для своего времени комфортабельные автомобили: они отличались одновременно крайне низким для 30-х годов прошлого века коэффициентом лобового сопротивления (0,34), умеренным "аппетитом" и неважной управляемостью, вызванной заднемоторной компоновкой. Сегодня вильчато-хребтовые рамы в автомобильной промышленности не используются.
"Татра-87"
Периферийные рамы
Они являются следующим витком эволюции лонжеронных рам и нашли массовое применяться на американских "дредноутах" и крупных европейских легковых авто (к примеру, Opel Admiral) первой половины 60-х, по этому же принципу созданы все советские представительские лимузины, начиная с ЗИЛ-114.
Лонжероны в данной конструкции разнесены так широко, что при установке кузова они оказываются возле самых порогов. Вывод массивных элементов рамы к бортам автомобиля позволил конструкторам заметно понизить уровень пола в машине и уменьшить высоту самого автомобиля.
Периферийная рама
Главными плюсами периферийной рамы считаются высокая стойкость конструкции к боковым ударам, а также лучшая приспособленность к конвейерной сборке. Главный же ее недостаток заключается в том, что такая рама не может сама воспринимать все нагрузки, поэтому кузов автомобиля должен быть более прочным, жестким, что сказывается на его весе.
До недавних пор (до 2012 года) с таким типом рамы выпускался комфортабельный седан Ford Crown Victoria, ставший символом американского такси и полицейского автомобиля 1990-2000-х годов. Инженерам удалось достигнуть удивительных показателей комфорта, в том числе благодаря применению особых резиновых демпферов, через которые кузов крепился к раме.
Ford Crown Victoria
Пространственные рамы
Пространственные или трехмерные рамы впервые появились в большом автоспорте в 20-х годах прошлого века. Они чаще всего создавались из тонких труб (изготавливавшихся с применением легированных сталей, изделиям из которых несвойственно кручение).
Вообще, трубные конструкции с трудом переносят нагрузки на изгиб. Поэтому, конструкторы стремились всегда к тому, чтобы трубы нагружались только на сжатие или растяжение, но не "на излом". Сегодня в автоспорте пространственные рамы уступили место монококам, но обрели вторую жизнь в автобусостроении. Кстати, до начала 2000-х годов все минивэны Renault Espace были построены именно на пространственной раме - трубчатый каркас обшивали кузовными панелями. Ради безопасности и удешевления производства от этой схемы отказались.
Пространственная рама Mercedes-Benz 300SL Coupe (Gullwing) W198 (1954)
Несущее днище
Несущее основание автомобиля - это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский "Фолькваген Жук", у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции - Renault 4СV аналогичной с "Жуком" заднеприводной компоновки.
Хоть ее кузов и был уже типичным цельнонесущим, спереди у нее имелся полноценный подрамник. Вваренный в пол, он имел вид двух лонжеронов, тянущихся от переднего бампера до зоны ног передних пассажиров. Впрочем, интеграция рам в тело кузова (или, если хотите, "обрастание" кузова элементами рам) - это уже другая тема, которой мы посвятим следующую статью.
ГАЗ-21 "Волга"
Под автомобильной рамой понимается вид несущей системы балочной конструкции, который в настоящее время используется на легковых автомобилях повышенной проходимости, некоторых моделях спортивных автомобилей и грузовых автомобилях.
Автомобильные рамы работают при высоких нагрузках и являются ответственной частью автомобиля. Вес рам грузовых автомобилей с буферами и кронштейнами в сборе составляет до 10— 15% от собственного веса. Верхний предел относится к автомобилям большой грузоподъемности, в рамах которых применяют прокатные профили.
Для изготовления автомобильных рам применяют различные стали. Выбор марки стали диктуется рядом соображений, основные из которых определяются эксплуатационными и технологическими требованиями. Для удовлетворения эксплуатационным требованиям сталь должна обеспечивать конструкциям рам необходимую прочность в течение всего срока эксплуатации. Для удовлетворения технологическим требованиям сталь должна допускать изготовление рам и всех ее деталей с применением современных методов производства. Сталь должна обладать достаточной пластичностью, иметь стабильные механические свойства, хорошо свариваться.
Теоретические и экспериментальные исследования в области циклической прочности рам грузовых автомобилей показали, что наиболее опасные напряжения и выходы из строя автомобильных рам являются следствием кососимметричных нагрузок, возникающих при кручении несущей системы автомобиля.
До настоящего времени в практике проектирования автомобильных рам грузовых автомобилей не утвердилась практика выполнения прочностных расчетных обоснований для вновь создаваемых конструкций. Проектирование ведется в основном по прототипам с учетом проводимого расчета на изгиб от статической нагрузки с подбором оптимальной величины запаса прочности. Доводку конструкции рам частично производят в стендовых и полигонных условиях, но в основном переносят на стадию эксплуатационных испытаний. В то же время уже имеются результаты многочисленных исследований, посвященных разработке методов прочностных расчетов с использованием ЭВМ и методов ускоренных стендовых испытаний с моделированием характерных для эксплуатации режимов нагружения и управлением испытаниями с помощью ЭВМ. Они позволяют получать на стадии проектирования необходимую информацию о прочности и долговечности конструкции рамы.
Преимуществами рамной конструкции несущей системы являются простота, низкая стоимость, восприятие значительных нагрузок, унификация базовых моделей автомобиле. Вместе с тем использование рамы приводит к увеличению массы автомобиля. При проектировании и изготовлении автомобильных рам представляет определенную сложность реализация зон запрограммированной деформации в передней и задней части, тем самым снижается уровень пассивной безопасности.
К раме крепятся практически все узлы и агрегаты систем автомобиля: кузов, двигатель, трансмиссия, передняя и задняя подвески, системы управления и др. В совокупности они образуют шасси автомобиля.
В зависимости от конструкции различают следующие основные виды рам:
- лонжеронные,
- хребтовые или центральные,
- решетчатые или пространственные,
- комбинированные.
Самыми распространенными являются лонжеронные рамы . Лонжеронная рама объединяет две продольные балки (лонжероны) и, находящиеся между ними, поперечины.
Лонжерон представляет собой металлическую балку открытого или закрытого поперечного сечения (закрытый короб, швеллер, двутавр), обладающую большой жесткостью на изгиб.
В зависимости от типа автомобиля лонжероны могут устанавливаться:
- параллельно в горизонтальной плоскости;
- под углом в горизонтальной плоскости;
- изогнутыми в вертикальной плоскости;
- изогнутыми в горизонтальной плоскости.
Параллельная схема лонжеронной рамы применяется, в основном, на грузовых автомобилях. Остальные схемы используются на легковых автомобилях повышенной проходимости - внедорожниках. Расположение лонжеронов под углом позволяет добиться максимального угла поворота управляемых колес. Изгибы лонжеронов в вертикальной плоскости обеспечивают снижение центра тяжести, и соответственно низкий уровень пола в кузове автомобиля. Изогнутые в горизонтальной плоскости лонжероны понижают уровень пола в кузове, а также повышают уровень пассивной безопасности при боковом столкновении.
Поперечины служат для придания жесткости конструкции рамы. Поперечины могут иметь прямолинейную, К-образную или Х-образную форму. Поперечины изготавливаются из гнутого металлического профиля.
Лонжероны и поперечины между собой соединяются клепкой (грузовые автомобили) или сваркой (легковые автомобили). Для закрепления кузова, двигателя, агрегатов трансмиссии на раме установлены кронштейны различной формы. В теле лонжеронов и поперечин выполняются различные технологические отверстия.
Хребтовая рама состоит из продольной несущей балки и прикрепленных к ней поперечин. Центральная балка имеет, как правило, трубчатое сечение. Внутри балки располагаются отдельные элементы трансмиссии. Хребтовая рама обладает большей крутильной жесткостью по сравнению с лонжеронной рамой. Хребтовая рама предполагает независимую подвеску всех колес. Ввиду сложности конструкции хребтовая рама широкого распространения не получила и в настоящее время применяется редко.
Решетчатая рама применяется в конструкции спортивных автомобилей и автобусов. По своей сути она схожа с несущим кузовом. Решетчатая рама обеспечивает высокую жесткость на кручение при сравнительно небольшой массе.
Требования к несущим системам
Из основного назначения несущей системы - объединение в единое целое всех частей автомобиля - вытекают главные требования к ней - прочность и жесткость. Под прочностью понимают способность несущей системы воспринимать эксплуатационные на-грузки без поломок системы в целом или ее элементов, а под жесткостью - способность сохранять свою форму без остаточных деформаций и без недопустимых упругих деформаций при воздей-ствии тех же нагрузок.
В части прочностных свойств несущей системы наибольшее значение имеет усталостная прочность, поскольку она определяет срок службы системы, а часто и всего автомобиля, до предусмот-ренного нормативными документами на автомобиль капитального ремонта или списания. Таким образом, усталостная прочность (дол-говечность) несущей системы должна быть достаточной для обес-печения межремонтного или полного пробега автомобиля, но не должна быть слишком большой, поскольку это означало бы, что при конструировании в элементы несущей системы заложен из-лишний запас прочности, излишний материал, что сказалось бы на увеличенной массе, которую пришлось бы перевозить в течение всего срока службы автомобиля.
Статическая прочность несущей системы, ее способность восп-ринимать единовременные эксплуатационные нагрузки без поломок и остаточных деформаций, безусловно, должна быть достаточной, но в то же время при стандартных динамических воздействиях на автомобиль, имитирующих аварии (например, лобовое столкнове-ние), несущая система должна деформироваться таким образом, чтобы поглотить энергию удара и уменьшить динамические нагрузки до предусмотренных нормативными документами величин. С этой точки зрения деформация несущей системы и связанная с ней деформация кузова должна быть возможно большей, но в то же время внутри кузова должен сохраняться объем («пространство вы-живания»), достаточный для того, чтобы водитель и пассажиры травмировались в наименьшей степени и имели наибольшие шансы на сохранение жизни.
В части жесткости требования к несущим системам грузовых и легковых автомобилей существенно отличаются.
Жесткость кузова пассажирского автомобиля, легкового или ав-тобуса, должна быть возможно большей, чтобы кузов уверенно противостоял изгибам и перекосам.
К несущей системе грузового автомобиля, роль которой обычно играет рама, предъявляются иные требования. Если изгибная жест-кость рамы, т.е. способность противостоять изгибающим нагрузкам в вертикальной и горизонтальной плоскости, должна быть доста-точно большой, то крутильная жесткость, т.е. способность проти-востоять скручивающим нагрузкам при движении, например, по дороге с большими неровностями, напротив, не должна быть из-лишней. Конечно, имеются конструктивные возможности получить большую крутильную жесткость рамы, но это влечет за собой зна-чительное утяжеление конструкции в целом, поскольку в ее жестких узлах возникали бы высокие механические напряжения и, соот-ветственно, поломки. Относительно податливая на кручение рама деформируется без появления больших напряжений в ее узлах. К раме грузового автомобиля крепятся агрегаты и узлы, и в ряде случаев деформация рамы могла бы вызвать в корпусах этих агрегатов нежелательные нагрузки. Чтобы избежать этого, предусматривается упругое закрепление агрегатов, и они имеют крепление в трех точках. В этом случае перекосы рамы не могут вызвать соответствующих перекосов агрегатов. Таким образом закрепляется на раме грузового автомобиля, например, кабина или двигатель с коробкой передач. Выше упоминалось о том, что долговечность несущей системы должна соответствовать долговечности автомобиля в целом. При изготовлении деталей, входящих в несущую систему, чаще всего применяется низкоуглеродистая сталь, которая легко штампуется и сваривается. Но сталь подвержена коррозии. Кузов легкового автомобиля, например, выходит из строя обычно именно из-за коррозионного разрушения. Чтобы повысить долговечность несущей системы, предусматривается покрытие различными защитными со-ставами, которые предохраняют металл от воздействия влаги и солей. В ряде случаев для изготовления основания кузовов легковых ав-томобилей применяют оцинкованный металл или подвергают цин-кованию собранный кузов. Следовательно, одним из требований к несущей системе является ее достаточная стойкость к воздействиям окружающей среды.
Таким образом, требования к несущей системе во многом про-тиворечивы и требуют при ее конструировании высокого уровня инженерного искусства. При разработке конструкции несущей сис-темы и определении ее расчетной долговечности при движении автомобиля по различным дорогам применяются методы модели-рования напряжений в элементах конструкции.
Основной частью велосипеда является рама. Она не только соединяет все остальные детали байка, но и непосредственно влияет на удобство езды и посадку велосипедиста. Кроме этого, именно от нее зависит, в каких условиях можно будет использовать понравившуюся модель.
Оглавление:Материалы для изготовления велосипедных рам
Для производства современных велосипедных рам используются:
При изготовлении велосипедных рам производители часто комбинируют перечисленные материалы между собой. Например, используются сочетания алюминия с карбоном (сталью) либо титана с карбоном.
Вес велосипедной рамы
В зависимости от типа байка, его стоимости и предназначения вес велосипедной рамы может варьироваться от нескольких сотен граммов до нескольких килограммов. Например, 18-19-дюймовая конструкция, которая используется в типичном горном хардтейле, изготовленная из хромомолибденовой стали будет весить 2-2,5 кг, из алюминиевого сплава – 1,4-1,7 кг, из титана – 1,4-1,7 кг, из углепластика – от 0,9 кг.
Геометрия велосипедной рамы
Определяющими параметрами конструкций являются:
- Ростовка. Размер рамы должен подбираться с учетом роста человека, соотношения длины ног и туловища, стиля езды.
- ЕТТ – длина рамы, которую будет ощущать велосипедист. Если рама будет слишком длинной, человек будет вынужден «распластываться» на ней, если слишком короткой – на поворотах велосипедист может доставать коленями руль.
Виды велосипедных рам
В зависимости от назначения байка и условий его эксплуатации велосипедные рамы делятся на такие основные типы:
- Внедорожные :
- Хардтейл – рама горного байка, не оснащенная задним амортизатором. Есть возможность установки багажника и креплений для фляг.
- Софтлейн – рама, предназначенная для езды по бездорожью. Она отлично справляется с неровностями дорожного полотна, но не подходит для прыжков.
- Двухподвес – рама с задним амортизатором. На нее невозможно установить багажник.
- Горный тандем. Такая рама рассчитана на установку широкой резины и передней амортизационной вилки.
- Дорожные :
Кроме перечисленных основных видов также существуют специальные рамы, разработанные для различных экстремальных дисциплин: рекамбенты, триальные.
В зависимости от пола велосипедиста рамы делят на:
- мужские,
- женские.
Основное отличие конструкций для женщин заключается в опущенной верхней трубе, которая располагается на небольшом удалении от нижней трубы. В некоторых женских моделях верхняя труба и вовсе отсутствует. Из-за отсутствия верхнего треугольника жесткость такой конструкции ниже, чем у мужского аналога. Данный вид рамы был разработан для того, чтобы дамы могли ездить на своем «железном друге» в юбках или платьях. В наше время выбор именно женской конструкции определяется лишь удобством и привычками конкретной велосипедистки.
