Основные требования к конструкции кузова автомобиля
Основные требования к конструкции кузова автомобиля
Материалы для изготовления кузова
Кузов несущей конструкции, по сравнению с кузовом рамной конструкции, имеет сниженную на 40-45% массу и на 45-50% меньшую себестоимость изготовления. Для изготовления кузова используется стальной холоднокатаный лист марки 08КП или 08Ю с высокой прочностью, возможностью вытяжки, хорошей свариваемостью и окрашиваемостью. Для деталей, работающих в коррозионно-агрессивной среде (низ автомобиля), применяют листовую сталь с односторонним горячим цинкованием. В кузовах автомобилей ВАЗ последних разработок доля оцинкованных деталей составляет более 50 % веса кузова.
Кузов является самым дорогим узлом автомобиля. На изготовление одного кузова расходуется до 0,5 т дорогостоящего листового металла (с учетом отходов при штамповке деталей), много других материалов, энергоресурсов и человеческого труда.
Требования к конструкции кузова
Эксплуатационные повреждения кузова
Несущий кузов автомобиля воспринимает статические нагрузки от веса пассажиров и груза, динамические нагрузки при движении, а также изгиб и скручивание при воздействии знакопеременных нагрузок от неровностей дороги, высокочастотные вибрации от работающего двигателя, коробки передач и трансмиссии. Особенно разрушающе действуют на кузов нагрузки при езде на автомобиле с повышенными скоростями по неровным, выбитым дорогам.
При круглогодичной эксплуатации автомобиля со среднегодовым пробегом 15-20 тыс. км кузов рассчитан на 10-15 лет службы.
По мере старения кузова на нем появляются различного рода эксплуатационные повреждения. К ним можно отнести:
Эксплуатационные повреждения кузова, влияющие на безопасность водителя и пассажиров или затрудняющие эксплуатацию автомобиля, необходимо устранять по мере их обнаружения.
Факторы воздействия на защитные покрытия кузова и их последствия:
1 – щебень, песок, соль; 2 – ультрафиолетовое излучение; 3 – снег; 4 – дождь;
5 – кислотные осадки; 6 – покрытие кузова; 7 – металл;
8 – разъедание ЛКП и металла кислотами; 9 – вспучивание ЛКП.
Аварийные повреждения кузова
До 6 % автомобильного парка страны ежегодно бывают вовлечены в дорожно-транспортные происшествия различной сложности. Часть столкновений являются мелкими и не влекут за собой существенных повреждений элементов кузова. Но основная масса поврежденных кузовов требует привлечения квалифицированных специалистов, обладающих необходимыми навыками и опытом ремонта кузовов, специальным инструментом и оборудованием для выполнения восстановительных работ.
Наиболее разрушительные повреждения кузова происходят при столкновениях передней частью автомобиля. Такие соударения происходят, как правило, между двумя движущимися навстречу друг другу транспортными средствами, скорости которых при ударе складываются. Количество энергии, выделяемой при ударе огромно. Эта энергия поглощается при деформации автомобиля за десятые доли секунды. При таких столкновениях кузов автомобиля разрушается, особенно его передняя часть. Действующие при этом большие нагрузки передаются всем смежным деталям каркаса кузова, а через них и лицевым деталям всего кузова. Выделенная при ударе энергия поглощается при деформации лонжеронов, брызговиков, порогов и тоннеля пола. Уменьшаются зазоры в проемах передних дверей, на которые давят передние стойки. Передние двери через петли и замки давят на центральные стойки и так далее до полного поглощения энергии удара. На порогах, тоннеле пола, панели крыши образуются гофры. Происходит общий перекос основания и каркаса кузова. Точки крепления узлов трансмиссии и двигателя меняют свое месторасположение. Поглощение энергии удара не может вызвать сжатия и утолщения тонкого металла, каким является лист, поэтому образуются крупные складки в зоне удара или металл вытягивается при образовании вмятин.
Степень повреждения кузова и объем последующего ремонта существенно различаются, при, казалось бы, равных условиях столкновения. При незначительных изменениях скорости или угла соударения, массы автомобиля или места приложения усилия, конструкции автомобиля или дорожных условий, возраста автомобиля и т.д. получаются существенно различные объемы ремонта.
Классификация кузовов и рам, требования к ним
Рамы, а часто и кузова представляют собой несущие системы, воспринимающие весовые и ударные — перегрузочные нагрузки. Кузов автомобиля служит для размещения груза, пассажиров и водителя и для защиты их от климатических воздействий.
Из всего многообразия классификационных признаков отметим только самые основные.
Несущие системы классифицируют в зависимости от того, что воспринимает весовые нагрузки:
Рамы делят на:
Кузова по назначению делят на:
Кузова легковых автомобилей классифицируют в зависимости от числа дверей и конструкции крыш:
Кроме того, выделяют однообъемные, двухобъемные, трехобъемные кузова. Название одного и того же кузова в разных странах может быть разным.
Кузова грузовых автомобилей классифицируют на:
Основные требования к кузовам и рамам следующие:
Кроме того, к кузовам и рамам, как и к остальным механизмам и системам автомобиля, предъявляют также общие требования:
Рассмотрим, какими конструктивными мероприятиями обеспечивается выполнение требований к кузовам и рамам.
Минимальная масса кузовов легковых автомобилей и кабин грузовых автомобилей обеспечивается применением мягкой низкоуглеродистой (из-за глубокой штамповки) листовой стали, толщина которой обычно уменьшена до 0,8 мм. Рамы изготавливают из листовой стали толщиной 2…4 мм (рамы больших легковых автомобилей), 5…12 мм (лонжероны рам автобусов и грузовых автомобилей), 4…8 мм (поперечины рам автобусов и грузовых автомобилей). Иногда для снижения массы рамы грузовых автомобилей изготавливают из легированной листовой стали.
Повышение коррозионной стойкости и, следовательно, долговечности кузовов легковых автомобилей обеспечивается применением листовой стали с добавлением меди либо оцинкованной.
Ненагруженные панели кузова изготавливают из пластмасс. Иногда кузова легковых автомобилей и кабины специальных грузовых автомобилей изготавливают из алюминиевого листа или из пластмасс. Для наружных панелей кузовов автобусов все чаше применяют алюминиевые листы.
Достаточная жесткость рам в основном обеспечивается при изгибе лонжеронами (при кручении также и поперечинами) необходимой высоты и толщины.
Для повышения жесткости кузовов используют закрытые или открытые профили, образующие каркас, либо выштампованные или дополнительные ребра.
Травмобезопасность кузова (внутренняя) обеспечивается уменьшением инерционных нагрузок при наездах спереди и сзади (например, создание более жесткого салона при менее жесткой передней и задней частях легкового автомобиля), ограничением перемещения людей при авариях (применение ремней и подушек безопасности), устранением травмоопасных деталей, сохранением жизненного пространства при опрокидывании.
Травмобезопасность кузова (внешняя) обеспечивается совершенствованием бамперов, устранением травмоопасных деталей и выступов, применением боковых и задних ограждений на кузовах грузовых автомобилей, а в некоторых случаях применением защитных приспособлений, уменьшающих травмы пешеходов при наезде на них.
Требования, предъявляемые к конструкции автомобиля
К конструкции автомобиля предъявляются производственные, эксплуатационные, потребительские требования и требования безопасности.
Производственные требования — соответствие конструкции технологическим возможностям завода и современной технологии, низкие расходы материалов, трудоемкость, себестоимость.
Эксплуатационные требования — топливная экономичность, курсовая устойчивость, управляемость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность, технологичность обслуживания и ремонта, невысокая себестоимость транспортных работ.
Потребительские требования — низкая стоимость самого автомобиля и его эксплуатации, безотказность и ремонтопригодность, безопасность, комфортабельность, легкость управления.
Требования безопасности включают в себя активную, пассивную, послеаварийную и экологическую безопасность автомобиля.
Активная безопасность автомобиля — это свойство снижать вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Она закладывается в конструкцию автомобиля и проявляется при движении и в аварийной ситуации. Этот вид безопасности характеризуется обзорностью, уровнем совершенства сигнализации, освещенностью, эргономичностью рабочего места водителя, маневренностью, устойчивостью, скоростными и тормозными свойствами автомобиля.
Пассивная безопасность автомобиля — это его свойство снижать уровень тяжести последствий ДТП. Пассивную безопасность обеспечивают мероприятия, направленные на снижение травматизма водителя и пассажиров, организации сохранности грузов, а также снижение травматизма людей, находящихся вне автомобиля при ДТП.
Послеаварийная безопасность автомобиля — это его способность снизить тяжесть последствий аварии, зависит от наличия медицинской аптечки и огнетушителя, возможности эвакуации пострадавших и т. п.
Экологическая безопасность автомобиля определяется степенью вредного влияния на окружающую среду при его эксплуатации.
Требования безопасности определяются ГОСТами, требованиями ЕЭК ООН и должны учитываться не только при конструировании транспортного средства, но и контролироваться при его эксплуатации.
Различные требования безопасности нередко вступают в противоречия между собой, и реализовать их в полном объеме невозможно. Поэтому процесс конструирования автомобиля основан на принятии компромиссных решений, которые обеспечивают оптимальное сочетание различных свойств транспортного средства, отвечающих его назначению и предъявляемым к нему требованиям.
Автомобили имеют ограничения:
Эти ограничения учитываются при строительстве дорог и дорожных сооружений. Значения некоторых ограничений в конструкции автомобилей приведены в таблице.
Таблица. Значения некоторых конструктивных параметров автомобилей в России и за рубежом
Основные требования к конструкции кузова автомобиля
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Общие технические требования
Trucks.
General technical requirements
Дата введения 2005-07-01
Задачи, основные принципы и правила проведения работ по государственной стандартизации в Российской Федерации установлены ГОСТ Р 1.0-92 «Государственная система стандартизации Российской Федерации. Основные положения» и ГОСТ Р 1.2-92 «Государственная система стандартизации Российской Федерации. Порядок разработки государственных стандартов»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Государственным научным центром Российской Федерации, Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт» (ФГУП «НАМИ»), Федеральным государственным унитарным предприятием 21 научно-исследовательский испытательный институт автомобильной техники Министерства обороны Российской Федерации (ФГУП 21 НИИИ AT МО РФ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 56 «Дорожный транспорт»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2004 г. N 107-ст
ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23.11.2006 N 266-ст с 01.01.2007
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 2, 2007 год
1 Область применения
Стандарт не распространяется на автомобили многоцелевого назначения, специальные автомобили (пожарные, коммунальные, автокраны и т.п.), а также автомобили, предназначенные для перевозки негабаритных и тяжеловесных грузов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
Что такое и из чего состоит кузов легкового автомобиля
Автомобиль состоит из множества элементов, которые слаженно работают вместе. Основными из них принято считать двигатель, ходовую часть и трансмиссию. Однако, все они закреплены на несущей системе, которая и обеспечивает их взаимодействие. Несущая система может быть представлена разными вариантами, но наиболее популярным является кузов автомобиля. Это важный конструктивный элемент, который обеспечивает крепление составных частей транспортного средства, размещение пассажиров и грузов в салоне, а также воспринимает все нагрузки во время движения.
Назначение и требования
Если двигатель называют сердцем автомобиля, то кузов – это его оболочка или тело. Как бы то ни было, именно кузов является самым дорогим элементом машины. Основное его назначение – это защита пассажиров и внутренних компонентов от воздействия окружающей среды, размещение посадочных мест и прочих элементов.
Как к важному конструктивному элементу к кузову предъявляются определенные требования, среди которых:
Компоновка кузовов
Несущая часть автомобиля может состоять из рамы и кузова, только кузова или быть комбинированной. Кузов, который выполняет функции несущей части, так и называется несущим. Именно такой тип наиболее распространен на современных автомобилях.
Также кузов может быть выполнен в трех объемах:
Однообъемный выполняется как цельный корпус, который объединяет отделение для двигателя, пассажирский салон и багажный отсек. Такая компоновка соответствует пассажирским (автобусы, микроавтобусы) и грузопассажирским автомобилям.
Двухобъемный имеет две зоны пространства. Пассажирский салон, объединенный с багажником, и моторный отсек. К такой компоновке относятся хэтчбек, универсал и кроссовер.
Трехобъемный состоит из трех отсеков: пассажирского, отсека для двигателя и багажного отделения. Это классическая компоновка, которой соответствуют седаны.
Разные компоновки можно рассмотреть на рисунке ниже, а более подробно почитать в нашей статье о типах кузовов.
Устройство
Несмотря на разнообразие компоновок, кузов легкового автомобиля имеет общие элементы. Они показаны на рисунке ниже и включают в себя:
Конструкция может быть иной в зависимости от типа кузова (седан, универсал, микроавтобус и т.д.). Особое внимание в конструкции уделяется несущим элементам, таким как лонжероны и стойки.
Жесткость
Жесткость – это свойство кузова автомобиля сопротивляться динамическим и статистическим нагрузкам в процессе эксплуатации. Она напрямую влияет на управляемость.
Чем выше жесткость, тем лучше управляемость автомобиля.
Жесткость зависит от типа кузова, общей геометрии, количества дверей, размера машины и окон. Большую роль также играет крепление и положение лобового и заднего стекол. Они могут увеличить жесткость на 20-40%. Для большего увеличения жесткости устанавливаются различные распорки-усилители.
Наиболее устойчивыми считаются хэтчбеки, купе и седаны. Как правило, это трехобъемная компоновка, которая имеет дополнительные перегородки между багажным отделением и двигателем. Недостаточную жесткость показывают кузова типа универсал, пассажирский, микроавтобус.
Есть два параметра жесткости – на изгиб и на кручение. На кручение проверяют сопротивление при давлении в противоположных точках относительно его продольной оси, например, при диагональном вывешивании. Как уже было сказано, современные автомобили имеют цельный несущий кузов. В таких конструкциях жесткость обеспечивается главным образом за счет лонжеронов, поперечных и продольных балок.
Материалы для изготовления и их толщина
Прочность и жесткость конструкции можно увеличить за счет толщины стали, но это скажется на массе. Кузов должен быть легким и одновременно прочным. Это обеспечивается за счет применения низкоуглеродистой листовой стали. Отдельные детали изготавливаются путем штамповки. Затем части прочно соединяются друг с другом точечной сваркой.
Основная толщина стали составляет 0,8-2 мм. Для рамы применяется сталь толщиной 2-4 мм. Наиболее важные детали, такие как лонжероны и стойки, изготавливаются из стали, чаще всего легированной, толщиной 4-8 мм, большегрузные автомобили – 5-12 мм.
Плюс низкоуглеродистой стали в том, что она хорошо подвергается формовке. Можно сделать деталь любой формы и геометрии. Минус в низкой устойчивости к коррозии. Для повышения стойкости к коррозии листы стали подвергаются оцинковке или добавляется медь. Лакокрасочное покрытие также защищает от коррозии.
Наименее важные детали, которые не несут основной нагрузки, изготавливаются из пластмасс или сплавов алюминия. Это снижает вес и стоимость конструкции. На рисунке показаны материалы и их прочность в зависимости от назначения.
Алюминиевый кузов
Современные конструкторы постоянно ищут способы снижения массы без потери жесткости и прочности. Одним из перспективных материалов является алюминий. Масса алюминиевых деталей в 2005 году в европейских автомобилях составила 130 кг.
Кроме алюминия рассматриваются пластиковые материалы. Например, инновационный сплав «Fibropur», который по жесткости практически не уступает стальным листам.
Кузов является одним из важнейших конструктивных компонентов любого автомобиля. От него во многом зависит масса, управляемость и безопасность транспортного средства. Качество и толщина материалов сказывается на долговечности и устойчивости к коррозии. Современные автопроизводители все чаще применяют углепластик или алюминий, чтобы снизить массу конструкции. Главное, чтобы кузов смог обеспечить максимально возможную безопасность для пассажиров и водителя в случае столкновения.