Рама і кузов: на чому все тримається

1. Що таке рама?
2. Чому конструктори вибирали раму?
3. еволюція рами
4. лонжерон рами
5. хребтові рами
6. Вильчато-хребтові рами
7. периферійні рами
8. просторові рами
9. Несуча днище
10. гібридні конструкції

Наши партнеры ArtmMisto

Всі знають, що справжній крутий позашляховик повинен бути рамним, інакше це не позашляховик зовсім, а кросовер. А, власне, чому? Ми з'ясували, з якої причини конструктори автомобілів прийшли до рамних схемами і як такі конструкції розвивалися з роками.

Як зібрати воєдино всі агрегати самохідної коляски, забезпечивши їх точне взаємне розташування при будь-яких умовах руху? Перші автоінженер про це довго не думали. Все було вже придумано до них, і варіанти були перед очима: чи несе «кузов» вози та карети, або рамна конструкція паровоза та іншого залізничного транспорту. Тоді питання було вирішене на користь рам, а сьогодні автомобілі з традиційною рамною конструкцією зустрічаються досить рідко. Хоча елементи рамної схеми використовує більшість сучасних серійних машин.

Що таке рама?

У загальному розумінні рама (в термінології першої половини минулого століття - остов) - це пара лонжеронів з металевого профілю, з'єднаних кількома поперечками. Рама є основою, силовим каркасом, на який «навішуються» кузов, силовий агрегат, елементи підвіски і т.д.

«Остов» автомобіля початку століття, фото: Wikipedia.org

Чому конструктори вибирали раму?

1. Несучий кузов був або недостатньо жорстким, або занадто важким - позначався тодішній низький рівень технологій.

Важлива особливість рамної конструкції, плоскою по суті, полягає в низькому опорі кручению в порівнянні з несучою конструкцією коробчатого за своєю суттю кузова. Протягом всієї «рамної епохи» це питання вирішували двома способами - збільшуючи товщину металу і кількість поперечин або змінюючи характеристики самого металу.

Проблема в принципі виявилася розв'язуваної, тим більше не завжди низька опірність кручению шкодила автомобілів. Так, в масовому радянському вантажівці ЗІС-5 «еластична» рама ( «перепади» між діагонально протилежними кінцями рами могли досягати 3-4 см) значно підвищувала прохідність тритонки, не дозволяючи на вибоїнах колесам вивішуватися. Втрата контакту колеса ведучого моста з дорогою чревата зупинкою машини через «відходу» крутного моменту на піднялося колесо, тому тритонка ЗІС цінувалася на фронтовому бездоріжжя в період Великої Вітчизняної.

ЗІС-5

2. На одній і тій же платформі можна було продавати безліч моделей автомобілів під різні запити клієнтів.

Це зараз термін «платформа» розуміють як певну спільність деталей двох різних авто. У першій половині ХХ століття технологія працювала буквально.

Багато автомобілів продавалися у вигляді шасі - рами з усіма агрегатами ходової частини аж до керма і педалей, а кузов клієнт вже сам замовляв спеціалізованому ательє. В результаті покупець, володіючи достатньою кількістю фінансів, міг дозволити собі абсолютно ексклюзивний авто з повністю серійної агрегатної базою. Зараз таке вже, на жаль, неможливо.

«Остов» автомобіля початку століття, фото: Wikipedia.org

еволюція рами

Спочатку для виготовлення остова застосовувалися тверді породи дерева, рідше -металеві труби. У 1910-х роках на вантажних автомобілях вже стали впроваджуватися рами зі звичним нам відкритим профілем.

лонжерон рами

В англійській термінології цей вид рам часто називають сходовим через зовнішньої схожості з однойменною предметом. Два поздовжніх лонжерона найчастіше виконані з відкритого профілю. Форма поперечних балок буває різною (К-образні, Х-образні, перпендикулярні), а фрагменти рам можуть з'єднуватися між собою за допомогою зварювання (переважно легкові автомобілі), заклепок (вантажівки) або навіть болтів (штучні екземпляри).

Лонжеронная рама, фото: Wikipedia.org

Сьогодні клепані рами найчастіше застосовуються на пікапах і вантажних автомобілях. До Лонжерон рам деякі інженери також відносять і Х-подібні рами, які значно легше (на них побудована вся американська класика 50-х, а також радянські «Чайки» - ГАЗ-13 і ГАЗ-14). Головна перевага лонжеронной рами - простота конструкції і технологічність. Головні ж недоліки - велика вага і громіздкість, що негативно позначалося на корисному просторі всередині машини.

«Чайка» ГАЗ-13

хребтові рами

Історія хребтових (центральних) рам почалася в 20-х роках ХХ століття в Чехії. Конструктори автомобілів марки «Татра» першими розробили і впровадили нову схему в свої автомобілі. Головний елемент конструкції - труба, що з'єднує картер заднього ведучого моста з силовим агрегатом і трансмісією. Усередині цієї несучої на собі всю навантаження труби розташований вал без карданного шарніра, передає крутний момент з двигуна на колеса. Тобто з'єднання, на відміну від всіх сучасних задне- і повнопривідних автомобілів, було жорстким.

Як показав досвід експлуатації, основними перевагами хребтової рами є висока крутильна жорсткість і можливість легко створювати многоосниє повнопривідні конструкції. Основним недоліком вважається важкий доступ до вбудованих в раму агрегатів.

Хребтові рами свого часу застосовувалися на легковиках, а сьогодні успішно застосовуються як раз на г рузовіках-всюдиходах марки «Татра» . Досить сказати, що на такій машині «Татра» Карел Лопрайс, виступаючи в марафоні Париж - Дакар, за 14 років (з 1988 по 2002 рік) шість разів ставав чемпіоном в класі вантажівок і чотири рази завойовував срібло.

Вантажний автомобіль «Татра»

Вильчато-хребтові рами

І знову Чехія ... вильчатого-хребтові рами з'явилися вперше перед Другою світовою на автомобілях родом з цієї країни - «Шкоди» і «Татрах». Іноді вильчато-хребтові рами називають видом хребтових рам. Головна особливість даного виду в тому, що передня і задня частини являють собою тризуби, утворені центральною трубою каркаса і відходять від неї двома лонжеронами, які використовуються для кріплення вузлів і агрегатів.

На відміну від автомобілів з хребтової рамою, в машинах з вильчатого конструкцією використовується звичайний карданний вал, а картери мостів і двигуна не є єдиним цілим з центральною трубою. Яскравими носіями цієї конструкції є довоєнні «Татра-77» і «Татра-87». Це були революційні для свого часу комфортабельні автомобілі: вони відрізнялися одночасно вкрай низьким для 30-х років минулого століття коефіцієнтом лобового опору (0,34), помірним «апетитом» і неважливою керованістю, викликаної заднемоторной компонуванням. Сьогодні вильчато-хребтові рами в автомобільній промисловості не використовуються.

«Татра-87»

периферійні рами

Вони є наступним витком еволюції Лонжерон рам і знайшли масове застосовуватися на американських «дредноутах» і великих європейських легкових авто (наприклад, Opel Admiral) першої половини 60-х, за цим же принципом створені всі радянські представницькі лімузини, починаючи з ЗІЛ-114.

Лонжерони в даній конструкції рознесені так широко, що при установці кузова вони виявляються біля самих порогів. Висновок масивних елементів рами до бортів автомобіля дозволив конструкторам помітно знизити рівень підлоги в машині і зменшити висоту самого автомобіля.

периферійна рама

Головними плюсами периферійної рами вважаються висока стійкість конструкції до бічних ударів, а також найкраща пристосованість до конвеєрній збірці. Головний же її недолік полягає в тому, що така рама не може сама сприймати все навантаження, тому кузов автомобіля повинен бути міцнішим, жорстким, що позначається на його вазі.

До недавніх пір (до 2012 року) з таким типом рами випускався комфортабельний седан Ford Crown Victoria, що став символом американського таксі і поліцейського автомобіля 1990-2000-х років. Інженерам вдалося досягти дивовижних показників комфорту, в тому числі завдяки застосуванню особливих гумових демпферів, через які кузов кріпився до рами.

Ford Crown Victoria

просторові рами

Просторові або тривимірні рами вперше з'явилися в великому автоспорті в 20-х роках минулого століття. Вони найчастіше створювалися з тонких труб (виготовлялися із застосуванням легованих сталей, виробам з яких не властиво кручення).

Взагалі, трубні конструкції з працею переносять навантаження на вигин. Тому, конструктори прагнули завжди до того, щоб труби нагружались тільки на стиск або розтяг, але не «на злам». Сьогодні в автоспорті просторові рами поступилися місцем монокок, але знайшли друге життя в автобусобудуванні. До речі, до початку 2000-х років все мінівени Renault Espace були побудовані саме на просторовій рамі - трубчастий каркас обшивали кузовними панелями. Заради безпеки і здешевлення виробництва від цієї схеми відмовилися.

Просторова рама Mercedes-Benz 300SL Coupe (Gullwing) W198 (1954)

Несуча днище

Несуча підстава автомобіля - це проміжний етап між рамною конструкцією і несучим кузовом. У цьому варіанті рама об'єднується з підлогою кузова. Наймасовішим і найвідомішим володарем несе днища є німецький «Фолькваген Жук», у якого кузов кріпився до плоскої панелі підлоги на болтах. Також за схожим принципом виконаний інший масовий автомобільчик з сусідньої Франції - Renault 4СV аналогічної з «Жуком» задньопривідної компонування.

Така конструкція досить технологічна при великосерійному виробництві, і до того ж вдається забезпечити низький центр тяжіння машини і низький рівень підлоги в салоні. У більшості сучасних автобусів днище також є несучим, тільки кузов до нього приварюється, а не прикручується.

Renault 4 CV

гібридні конструкції

Кінець 40-х років ознаменувався масовим переходом автовиробників на несучі кузова. Але перехід був поступовим, і багато автомобілів з новомодними на той момент понтонними кузовами мали елементи рамних конструкцій. Найчастіше рами, виконані на половину довжини машини, служили для установки силового агрегату. В цьому плані характерною є конструкція ГАЗ -21 "Волга" (1955 г.).

Хоч її кузов і був уже типовим цельнонесущім, спереду у неї був повноцінний підрамник. Вваренними в підлогу, він мав вигляд двох лонжеронів, що тягнуться від переднього бампера до зони ніг передніх пасажирів. Втім, інтеграція рам в тіло кузова (або, якщо хочете, «обростання» кузова елементами рам) - це вже інша тема, якої ми присвятимо наступну статтю.

ГАЗ-21 «Волга»

Читайте також: