Скелет внедорожника - рама
Скелет внедорожника - несущая система автомобиля на которой базируются: двигатель, агрегаты трансмиссии, системы управления, ходовая часть и кузов Изначально в автомобиле это была рама.
Рама - разновидность несущей системы автомобиля, остов для крепления кузова и агрегатов. К раме автомобиля крепятся все агрегаты - двигатель, трансмиссия, мосты, подвески. Вместе они представляют шасси - законченную конструкцию, которая может существовать и передвигаться отдельно от кузова.
Шасси Ssang Yong Rexton со всеми агрегатами.
В начале развития автомобилестроения, рамы изготавливались не только из стальных труб и фасонного проката, но и из дерева усиленного стальными накладками. Штампованная стальная рама впервые была применена компанией Daimler на первой модели "Mercedes", в последствии она получила широкое распространение.
Рамы по своей конструкции делятся на: лонжеронные, переферийные, хребтовые, вильчато-хребтовые, несущее основание и решетчатые (трубчатые, пространственные).
Лонжеронная рама состоит из двух продольных лонжеронов и несколько поперечен (траверс), снабжена кронштейнами и креплениями для установки кузова и агрегатов. Форма и конструкция лонжеронов и поперечин различна. Лонжероны как правило имеют сечение швеллера или прямоугольной трубы, причем переменное по длинне, в наиболее нагруженных участках высота сечения увеличена. Лонжероны по длинне могут быть параллельными друг другу или распологаться под некоторым углом друг относительно друга. Поперечины могут быть прямые, К-образные и Х-образные, также имеющие сечение швеллера или трубы. Детали рамы соединяются заклепками, болтами или сваркой. Лонжеронные рамы применяются на всех грузовых автомобилях, в прошлом широко применялись и на легковых автомобилях и в том числа на внедорожниках. Такой тип рамы использовался на американском внедорожнике Willys MB, а также на советском ГАЗ 69, впоследствии на УАЗ 469, и всех последующих моделях УАЗ.
Лонжеронная рама внедорожника "Defender".
Периферийная рама - разновидность лонжеронной. У такой рамы лонжероны в центральной части разнесены в стороны настолько, что при установки кузова они оказываются за порогами дверей. Слабыми местами этой рамы являются участки перехода от обычного расстояния между лонжеронами к увеличенному, в этих местах добавляют специальные коробчатые усиления. Периферийная рама позволяет существенно отустить пол кузова, разместив его полностью между лонжеронами, уменьшив тем самым высоту автомобиля, а также спосабствуя повышению безопасности автомобиля при боковом столкновении. Такой тип рамы использовался на советском автомобиле ЗИЛ высшего класса начиная с модели -114.
Хребтовая рама. Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой "Татра" еще в двадцатые годы прошлого столетия, и являетля характерной конструктивной особенностью большинства ее автомобилей. Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жестко объединяющая картер двигателя и узлов силовой передачи: сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи. Такой раме необходима независимая подвеска всех колес. Один из примеров - австрийский внедорожник Steyr Puch Haflinger.
Хребтовая рама на шасси автомобиля "Татра".
Вильчато-хребтовая рама. Это разновидность хребтовой рамы, у которой передняя а иногда и задняя части представляют собой вилки, образованные двумя лонжеронами и служащими для крепления двигателя и других агрегатов. К этому же типу можно отнести и Х-образные рамы, относящуюся к разновидности лонжеронной. Такую раму использовали на советских автомобилях высшего класса "Чайка" ГАЗ-13 и ГАЗ-14.
Несущее основание, рама объединенная с полом кузова для увеличения жесткости. Такую конструкцию использовал всемирно известный "Volkswagen Beetle", имела применение и на советском автомобиле ЛАЗ 695. Следует отметить, что несущее основание за счет своей способности к унифицированному использованию имеет в настоящее время большие перспективы. Разновидность этого направления использовала и известное кузовное ателье "Пининфарина"
Несущее основание Volkswagen Beetle.
Решетчатая или трубчатая, или пространственная - имеет вид пространственной фермы, обладает очень высоким отношением крутильной жесткости к массе. Такие рамы применяют на спортивных и гоночных автомобилях, а также на специальных автомобилях типа "багги", для которых важна малая масса при высокой прочности. Эта конструкция используется и при проектировании автобусов.
Трубная пространственная рама автомобиля VStorm.
Интегрированная в кузов рама, повторяет по конструкции обычную , но физически неотделимую от кузова, то есть непосредственно вварена в него. От несущего кузова эта рама отличается тем, что у несущего кузова как максимум имеются подрамники в оконечностях, а интегрированная рама имеет настоящие лонжероны идущие от переднего бампера до заднего. Впервые была применена на внедорожнике Jeep Cherokee. в 1984 году.
Схема мощной интегрированной рамы VW "Tоuareg".
Наибольшее распространение на внедорожниках получили фермообразные лонжеронные рамы, имеющие небольшую высоту лонжерона. Первоначально имели распространение лонжеронные рамы с открытым С-образным сечением профиля, к которым заклепками крепились поперечины. Впоследствии стали применять лонжеронные рамы с закрытым сечением лонжерон. Прочность подобных конструкций оправдывала как их вес, так и большую себестоимость производства. На заводах General Motors для изготовления таких лонжерон использовали метод гидроформования, что позволило оптимизировать сечение лонжерона в зависимости от нагрузки, воспринимаемой отдельными учасками. Подобные рамы используются на больших тяжелых внедорожниках и в настоящее время.
Внимание, последние годы уделяемое безопасности автомобиля, потребовало от рамы способность демпфировать энергию удара при аварии, с этой целью некоторые ее специальные участки стали изготавливать с таким расчетом, чтобы в момент деформации они активно поглощали кинетическую энергию удара, снижая степень травмирования людей, находящихся в салоне. Пример, рама Chevrolet Tahoe имеет передние и задние зоны запрограмированной деформации.
Рама с пассивной безопасносью Chevrolet Tahoe.
В процессе развития конструкции рамных внедорожников, много внимания уделяется повышению жесткости на кручение системы "кузов-рама" с помощью изменения конструкции соединительных подушек. На том же Tachoe 2000 года выпуска жесткость подушек повышена на 400%, что дало увеличение жесткости этой системы на 64%. Все это совершенствует рамную конструкцию внедорожника.
Преимущества рамной конструкции внедорожника заключаются в следующем: рама проста по конструкции и имеет простые методики расчета, более пригодная по восприятию больших нагрузок, имеет лучшую изоляцию кузова от нагрузок со стороны ходовой части, меньшая вибронагруженность салона, облегчение процесса сборки и возможность с минимальными затратами выпускать на одном базовом шасси варианты с различными кузовами, и наконец - кузовной ремонт рамного кузова после ДТП значительно проще и дешевле чем несущего.
Недостатки рамной конструкции: прежде всего это разделение функций рамы и кузова приводит к существенному увеличению массы относительно несущуго кузова, плоская рама по жесткости на кручение уступает объемной конструкции несущего кузова, задранный пол салона, более высокий центр тяжести и ухудшение управляемости из-за внезапных деформаций кузова и рамы.
Внедорожнику в отличие от легкового автомобиля, большая жесткость кузова на кручение часто и не нужна, более того, ограниченная способность рамы деформироваться под действием закручивающих сил нередко улучшает проходимость, что наблюдалось в частности на грузовиках ГАЗ-АА военного времени, клепанная рама которых могла при закручивании деформироваться до нескольких сантиметров, этим в какой-то степени дополняя работу подвески.
Как бы там ни было, но с каждым годом доля рамных конструкций в секторе новых внедорожных автомобилей сокращается, и производители все чаще делают ставку на несущие и полунесущие кузова. Об их особенностях и путях развития мы расскажем в следующей части "Скелет внедорожника".