Рама (автомобиль)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Рама пикапа Chevrolet 1956 года.
Рама автомобиля Land Rover III. 2008 год.

Ра́ма, разьемно-разделительная силовая схема — разновидность несущей системы автомобиля[1], остов для крепления кузова и агрегатов[2].

К раме, как правило, крепятся все основные агрегаты автомобиля — двигатель, трансмиссия, мосты, подвески, рулевое управление. Вместе они образуют шасси. Рамное шасси представляет собой законченную конструкцию, которая, как правило, может существовать и передвигаться отдельно от кузова. Кузов обычно крепится к раме при помощи кронштейнов на болтах с толстыми резиновыми прокладками, служащими для уменьшения уровня вибраций, воздействующих на водителя и пассажиров.

В настоящее время рамные шасси применяют главным образом на тракторах и грузовых автомобилях, но в прошлом многие легковые автомобили также имели рамное шасси. Также отдельную раму часто имеют «жёсткие» внедорожники.

В автомобилестроении различают следующие виды рам: лонжеронные, периферийные, хребтовые, вильчато-хребтовые, несущее основание, решётчатые (они же трубчатые, пространственные).

У автомобилей с несущим кузовом либо функции рамы выполняет сам кузов (обшивка с местным усилением), либо рама (или заменяющие её подрамники) конструктивно объединена с кузовом[2] и не может быть от него отделена без нарушения структурной целостности (при наличии полноценной, идущей вдоль всего днища, рамы этот вариант иногда выделяют в отдельный тип — кузов с интегрированной рамой).

История[править | править вики-текст]

Рама автомобиля 1909 года из фанеры с металлическим усилением.
«Остов» автомобиля начала века.

Рама, или, по терминологии тех лет — «остов», стала применяться ещё на заре развития автомобильной техники. Идея такой конструкции несущей системы был позаимствована у железнодорожного транспорта — конные экипажи обходились деревянным каркасом кузова из-за существенно меньших нагрузок, то есть, по сути имели несущий кузов.

Изначально рамы делали из твёрдого дерева, реже — круглых металлических труб. В первое десятилетие XX века получили повсеместное распространение рамы из штампованных профилей П-образного (швеллер) или прямоугольного (короб) сечения — на грузовиках их конструкция и до нашего времени изменилась лишь в деталях.

В 1915 году Х. Хэйз (H. J. Hayes) предложил несущий кузов, выполняющий функции рамы, но реализована на практике эта идея была намного позже.

В двадцатые годы чехословацкая фирма «Татра» разработала хребтовую раму в виде центральной трубы большого диаметра, внутри которой располагались агрегаты трансмиссии, применив её на ряде легковых и грузовых моделей. Широкого распространения за пределами чехословацкого автопрома эта схема, впрочем, не получила — единственным без всяких оговорок массовым примером её использования «в чистом виде» был Фольксваген Жук, но его конструкция была в значительной степени скопирована как раз с разработок «Татры», что в послевоенные годы было подтверждено в ходе судебного разбирательства.

Хребтовая рама «Татры».
Лонжеронная рама с Х-образной поперечиной и отверстиями для облегчения.

К 1922 году относится появление модели Lancia Lambda, имевшей, видимо, первый в массовом производстве каркасно-панельный несущий кузов, причём разработчики были вдохновлены конструкцией лодочных корпусов. У него наружные панели обшивки были прикреплены к пространственному каркасу из металлических профилей.

Несущий кузов автомобиля «Ситроен-ТА».

Практически одновременно на фирме «Обёрн» («Auburn») в США была создана лонжеронная рама с Х-образной поперечиной, объединявшая высокую крутильную жёсткость и относительную лёгкость — очень быстро она стала стандартом де-факто для легковых автомобилей.

Несущий кузов скелетного типа автомобиля Nash 1942 года. Показанные на рисунке в виде решётчатого каркаса усилители на самом деле часто были образованы выштамповками на самих его панелях, в сборе образующими замкнутый профиль, либо представляли собой накладные П-образные профили.

Между тем, переход к металлу вместо дерева в качестве материала каркаса кузовов создал предпосылки для широкого распространения кузовов безрамной конструкции, поэтому в тридцатые годы в Европе всё больше производителей легковых автомобилей отказываются от отдельной рамы, применяя на своих конструкциях самонесущий кузов.

Одним из первых среди них был Citroën Traction Avant, кузов которого представлял собой сваренный из штампованных стальных панелей монокок, конструктивно немного напоминающий самолётный фюзеляж. Образованные имеющими сложную пространственную форму панелями такого кузова замкнутые полости играли роль усилителей и обеспечивали его жёсткость. Между тем, в те годы такая конструкция не получила широкого распространения, поскольку культура проектирования и производства большинства автомобилестроительных фирм ещё не была готова к переходу на подобные технологии, да и у потребителей традиционная рама вызывала больше доверия.

Большинство автомобилей тех лет сохраняли имеющую Х-образную поперечину лонжеронной раму, которая обеспечивала приемлемые для тогдашних сравнительно невысоких скоростей движения жёсткость и управляемость, а также высокую технологичность производства и ремонта. Кузов такого автомобиля был разъёмным с рамой и очень напоминал прежний деревянный, в котором деревянные балки каркаса были заменены на аналогичные по форме стальные штамповки — внешние его панели всё ещё практически не участвовали в восприятии нагрузок, оставаясь «мёртвым грузом», что обуславливало большую массу.

Сборка рамного автомобиля: подсобранный на отдельном конвейере кузов опускается на готовое рамное шасси.

Некоторые европейские автомобили тех лет, например — довоенный Ford Prefect или КИМ-10, имели сильно облегчённую раму, которая хотя и была физически отделена от кузова, но сама по себе не имела достаточной жёсткости для восприятия возникающих при движении автомобиля нагрузок, делая это лишь в сборе с кузовом, который, таким образом, являлся полунесущим. Такая рама служила для упрощения сборки автомобиля на заводе: шасси с агрегатами и кузов собирались на разных производственных участках, а на завершающем этапе обе ветви конвейера сливались в одну, и на раму опускался готовый кузов.

В последние предвоенные годы в Европе стали получать всё большее распространение массовые модели с несущими кузовами, но это были не «монококи», а своего рода переходный тип от рамного кузова к несущему, в оконечностях всё ещё сохраняющий элементы рамы — так называемые подрамники, крепящиеся к кузову на болтах. В большинстве случаев это были так называемые несущие кузова скелетного типа, у которых каркас максимально облегчён, а облицовочные панели, крепящиеся на болтах или точечной сварке, стали нести нагрузку наравне с ним.

После Второй мировой войны в Европе новые легковые модели строят преимущественно с несущими кузовами, в Америке же большинство производителей сохраняют приверженность отдельным рамам, во многом — из-за существовавшей в то время в США традиции ежегодного обновления дизайна: при рестайлинге менялись наружные панели кузова, проектирование которого существенно ускорялось и упрощалось в связи с тем, что он не нёс какой либо существенной нагрузки — но сама несущая рама могла оставаться практически без изменений многие годы. Американская фирма Nash, напротив, перешла на несущие кузова, но это её во многом и сгубило: «Нэш» не поспевал за заданными лидерами рынка форсированными темпами визуального обновления модельного ряда, так как в случае несущего кузова любое существенное изменение внешнего дизайна означало необходимость заново проводить расчёты несущей структуры кузова и последующие длительные испытания с целью обеспечения необходимых надёжности и долговечности.

Послевоенные рамные автомобили были по конструкции в целом подобны довоенным — в большинстве случаев на них использовались лонжеронные рамы с мощной Х-образной центральной поперечиной — за исключением изменений, необходимых для установки независимой передней подвески, которая стала фактически стандартом на послевоенных легковых автомобилях, и некоторого снижения высоты лонжеронов относительно земли для облегчения входа и выхода из машины. Так как высота массовых автомобилей всё ещё оставалась достаточно большой, обусловленные использованием такой рамы компоновочные недостатки оставались малозаметными, и по своим потребительским качествам рамные машины были сравнимы с имеющими несущий кузов, хотя и имели несколько большую массу.

В отношении европейского типа безрамного автомобиля тех лет характерной может считаться конструкция несущих элементов кузовов отечественных моделей «Победа» М-20 и «Волга» ГАЗ-21: хотя их кузова в целом и были несущими, в передней оконечности у них имелся полноценный лонжеронный подрамник в виде коробчатых профилей, который был конструктивно отъёмным и по сути представлял собой короткую, идущую до середины автомобиля, раму (причём именно так он и именовался в заводской документации). Задний подрамник уже представлял собой коробчатые усилители, приваренные к полу салона и багажного отделения, но по конструкции всё ещё повторял заднюю часть обычной лонжеронной рамы, да и в целом конструкция несущих элементов их кузовов весьма напоминала приваренную к днищу периферийную раму с широко разнесёнными в средней части лонжеронами.

Несущий кузов «Хадсонов» был опоясан коробчатым порогом, берущим на себя значительную часть возникающих при езде нагрузок.

К 1948 модельному году американская фирма «Хадсон» (Hudson Motor Car Company) на линейке моделей Step-Down («Шаг вниз») применила оригинальной конструкции несущий кузов, имевший коммерческое обозначение Monobilt, у которого средняя и задняя части, включая арки задних колёс, были опоясаны сплошным коробчатым порогом, воспринимающим нагрузку наравне с лонжеронными подрамниками в оконечностях. Это позволило существенно уменьшить сечение последних и очень низко расположить пол пассажирского отделения. При посадке в такую машину человек переносил свою ногу через высокий порог, сначала поднимая её на его уровень, а затем — вновь опуская на десяток сантиметров, до уровня низкого пола (именно отсюда — «шаг вниз»); для тех лет это было очень необычно, так как у автомобилей с отдельной лонжеронной рамой или несущими кузовами обычной конструкции пол пассажирского салона располагался непосредственно над лонжеронами, на одном уровне с порогом. У «Хадсонов» на таком уровне располагались лишь поперечины силового набора кузова, расположенные под сидениями и не мешающие размещению пассажиров в салоне.

Более низкое расположение пола пассажирского отделения позволило на тот же десяток сантиметров опустить и сидения, и крышу: автомобиль получился очень приземистым для тех лет, визуально более динамичным и обтекаемым, а расположение пассажиров — более рациональным. В такой кузов уже не входили, как в карету или автобус, а садились. При езде по неровной дороге пассажиров меньше укачивало, а крены в поворотах уменьшились, так как центр тяжести автомобиля была расположен ниже. По управляемости «Хадсон» не имел равных среди американских полноразмерных автомобилей до середины пятидесятых годов. Наконец, расположенные по бокам от салона мощные пороги хорошо защищали водителя и пассажиров при боковом столкновении.

В течение первых нескольких лет своего выпуска «Хадсоны» с несущим кузовом были коммерчески вполне успешными автомобилями. Однако со временем конкурентами были представлены модели с усовершенствованной конфигурацией отъёмной рамы — вместо швеллеров с локальным усилением лонжероны стали делать в виде закрытых профилей, что позволило существенно уменьшить их сечение. Такие рамные кузова приближались по эксплуатационным качествам к несущим своего времени, но, в отличие от них, давали возможность без серьёзных вложений варьировать дизайн автомобиля каждый год, в то время, как любое серьёзное видоизменение уникального несущего кузова «Хадсонов» затрагивало всю его несущую систему и требовало по сути полного перепроектирования, что в эпоху до появления компьютеров и САПР было весьма непростой задачей. В результате уже во второй половине пятидесятых годов фирма «Хадсон» сошла со сцены, не сумев выдержать заданных конкурентами темпов обновления модельного ряда. Кроме того, кузова «Хадсонов» оказались более уязвимы для коррозии из-за наличия большого количества скрытых полостей, эффективная антикоррозийная обработка которых в то время была практически невозможна — причём сквозная коррозия порогов такого кузова была опасна с точки зрения его деформации, в то время, как для рамного автомобиля опасность представляли лишь коррозионные повреждения работающей в намного боле благоприятных с этой точки зрения условиях рамы.

В Европе же, где столь жёсткие требования к оперативности обновления дизайна отсутствовали, несущие кузова получили в эти годы преимущественное распространение. Для обеспечения необходимой долговечности силовые элементы кузова старались сделать из более толстого металла, а также применять наилучшую из доступной антикоррозийную обработку.

На рубеже пятидесятых и шестидесятых годов некоторые фирмы пытались экспериментировать с более лёгкими хребтовыми и Х-образными рамами; например, в СССР Х-образную раму имела «Чайка» ГАЗ-13 1959 года, в Америке — полноразмерные модели GM конца пятидесятых — первой половины шестидесятых, в Англии — спортивные автомобили «Лотус». Но основная масса легковых автомобилей с рамным шасси сохраняла лонжеронные рамы, как правило — с Х-образной поперечиной, как у довоенных автомобилей, что предопределяло сравнительно высокое расположение пола пассажирского салона и центра тяжести.

Периферийная рама с широко разнесёнными в средней части лонжеронами.

На середину шестидесятых годов приходится массовое распространение в США периферийных рам с широко разнесёнными лонжеронами в средней части, что совпадает с массовым уменьшением высоты легковых автомобилей до разумного предела в 1300…1400 мм. Пассажирский салон, размещённый полностью между лонжеронами рамы, позволил придать кузову красивые пропорции, не поступившись простором. По эффективности использования пространства и рациональности размещения пассажиров автомобили с периферийной рамой лишь незначительно уступали несущему кузову, при этом в полной мере сохранялись возможность ежегодного рестайлинга без затрагивания несущей системы, сравнительная дешевизна сборки автомобиля, простота кузовного ремонта и иные преимущества отдельной рамы. Кроме этого, широко расставленные лонжероны в центральной части позволяли значительно улучшить пассивную безопасность при боковом ударе: у обычного автомобиля с лестничной лонжеронной рамой пассажиров сбоку защищают лишь сравнительно слабые и тонкие внешние пороги кузова (rocker panels), у машины же с периферийной рамой — мощные лонжероны, играющие ту же роль, что и короба (внутренние пороги) у несущего кузова. С той же целью повышения пассивной безопасности в начале семидесятых годов в конструкцию рам американских автомобилей начинают вводить элементы запрограммированной деформации; например, на автомобилях Ford в передней части рамы появился S-образный деформируемый элемент, гасящий кинетическую энергию при ударе.

При этом марки, принадлежащие Chrysler Corporation, в тот же самый период перешли уже на несущие кузова с длинным отдельным подрамником в передней части, хотя и прикреплённым к кузову на манер отдельной рамы — через толстые резиновые прокладки.

Современный несущий кузов представляет собой отштампованные из листовой стали и соединённые точечной сваркой панели, вместе образующие объёмную конструкцию, жёсткость которой придают образованные самими панелями полости.
Car body2.jpg

Рамы легковых автомобилей и внедорожников с середины шестидесятых — семидесятых годов и до настоящего времени практически не претерпели изменений, совершенствовались лишь технология производства (например, на новейших моделях рама изготавливается методом штамповки эластичными средами — «хайдроформинг», используются высокопрочные легированные стали и алюминий), а также заложенные в конструкцию рамы элементы пассивной безопасности (зоны запрограммированной деформации, более прочные крепления кузова, и так далее). Однако с тех пор их распространённость значительно уменьшилась: если ещё в конце семидесятых основная масса американских автомобилей, кроме «компактов» (compact cars) и «субкомпактов» (sub-compact cars), имела отдельные от кузова рамы, — то в наши дни это в основном удел больших пикапов и внедорожников, а также редких моделей легковых автомобилей, конструктивно восходящих к семидесятым годам — например, Ford Crown Victoria и Lincoln Continental.

Несущий кузов, напротив, ждал длительный эволюционный процесс. В пятидесятых — шестидесятых годах появились несущие кузова, у которых подрамники отсутствовали, а нагрузки воспринимались уже исключительно внутренней обшивкой кузова (в основном полом и брызговиками крыльев), имеющей различные выштамповки и накладные усилители в наиболее нагруженных местах, а также, в определённой степени, и его внешней обшивкой. Например, в кузове «Жигулей» и их итальянского прототипа Fiat 124 подрамники в виде фрагментов лонжеронной рамы как таковые конструктивно отсутствуют, а силовая структура передка образована нижними частями брызговиков передних крыльев, к которым изнутри приварены усилители в виде П-образных профилей, вместе с ними образующие замкнутое коробчатое сечение и, таким образом, с функциональной точки зрения исполняющие роль передних лонжеронов, на которые снизу крепится балка передней подвески, работающая также в качестве поперечины силового набора кузова. Образующие внешнюю обшивку передка кузова передние крылья и фартук переднего бампера в кузове «Жигулей» приварены к брызговикам, и наряду с ними воспринимают некоторую часть нагрузки, возникающей при движении автомобиля. Подобным же образом устроен был и кузов «Запорожца», у которого роль несущей системы играли усиленное днище и брызговики крыльев.

Таким образом, этот тип несущего кузова является полумонококом — объёмной конструкцией, у которой основную нагрузку воспринимает сама обшивка, а каркас максимально редуцирован, облегчён и не может быть физически отделён от обшивки. Это позволило ещё больше облегчить кузов при повышении его жёсткости, повысить его технологичность и удешевить производство, хотя его конструкция и стала требовать большее высокой культуры производства, оказалась более сложна в ремонте и менее живуча при эксплуатации по плохим дорогам. Улучшившиеся же способы защиты металла от коррозии со временем позволили обеспечить достаточную для нормальной эксплуатации долговечность.

Хотя несущие кузова с отдельными подрамниками и имели определённые преимущества с точки зрения ездового комфорта (в случае наличия между кузовом и подрамником резиновых прокладок), а также простоты и удобства ремонта, тем не менее соображения технологичности массового производства и обеспечения максимальной жёсткости оказались более весомыми, поэтому кузова современных автомобилей главным образом являются именно полумонококами.

Современные несущие кузова представляют собой сложные конструкции, сваренные или склеенные из стальных — часто выполненных из высокопрочных легированных сталей — или алюминиевых штамповок и рассчитанные на наиболее эффективное поглощение энергии при деформации во время дорожно-транспортного происшествия, при этом сформированные обшивкой полости-короба вкупе с дополнительным усилением П-образными накладками, трубчатыми элементами, заполнением специальной полимерной пеной, и так далее — образуют вокруг пассажирского салона мощную «клетку безопасности», предохраняющую водителя и пассажиров. Термин «подрамник» по отношению к современному кузову обозначает уже не несущий элемент его конструкции, а лишь крепящийся к несущему кузову снизу облегчённый каркас, на котором для удобства конвейерной сборки автомобиля предварительно монтируются детали передней и задней подвески, двигателя, трансмиссии. Современные несущие кузова как правило не рассчитаны на восстановительный ремонт после серьёзных ударов, так как вне заводских условий невозможно обеспечить соблюдение геометрии кузова и воспроизведение заложенных на этапе его производство мер технологического характера, направленных на повышение пассивной безопасности автомобиля.

Конструкция[править | править вики-текст]

Отличительная особенность любой рамной конструкции — физическое разделение несущих (силовых, воспринимающих рабочие нагрузки, возникающие при движении автомобиля) элементов и самого кузова. При этом сам кузов, помимо декоративных панелей, также может иметь собственный каркас, обеспечивающий его жёсткость, например, в районе проёмов дверей, но в восприятии возникающих при езде нагрузок он не участвует, либо участвует в значительно меньшей степени, чем рама.

Классификация рам производится на основании типа используемой в них несущей структуры.

Лонжеронные рамы[править | править вики-текст]

Лонжеронная рама с Х-образной поперечиной.

Классический вариант такой рамы напоминает по виду и конструкции лестницу, поэтому в обиходе её иногда могут называть лестничной (ladder frame). Лонжеронные рамы состоят из двух продольных лонжеронов и нескольких поперечин[2], также называемых «траверсами», а также креплений и кронштейнов для установки кузова и агрегатов[2]. Форма и конструкция лонжеронов и поперечин могут быть различными; так, различают трубчатые, К-образные и Х-образные поперечины. Лонжероны как правило имеют сечение швеллера[1], причём обычно переменное по длине — в наиболее нагруженных участках высота сечения зачастую увеличена[2]. Иногда они хотя бы на части своей длины имеют замкнутое сечение (короб). На спортивных автомобилях могли применяться трубчатые лонжероны и поперечины круглого сечения, имеющие лучшее соотношение массы и жёсткости. По расположению лонжероны могут быть параллельны друг другу, либо располагаться друг относительно друга под некоторым углом. Детали рамы соединяются заклёпками, болтами или сваркой. Грузовые автомобили обычно имеют клёпаные рамы, легковые и сверхтяжёлые самосвалы — сварные[2]. Болтовые соединения находят применение обычно при малосерийном производстве[2]. Современные тяжёлые грузовики и прицепы также иногда имеют рамы, собранные на болтах, что значительно облегчает их обслуживание и ремонт, при этом приходится применять специальные меры, направленные на предотвращение самооткручивание болтов.

Лонжеронная рама имеет обычно небольшую высоту и расположена практически целиком под полом кузова, а последний крепится к её кронштейнам сверху через резиновые подушки.

Лонжеронные рамы применяются практически на всех грузовиках, в прошлом широко применялись и на легковых автомобилях — в Европе до конца сороковых, а в Америке — до конца восьмидесятых — середины девяностых годов. На внедорожниках лонжеронные рамы широко применяются по сей день. Ввиду такого широкого распространения, обычно в популярной литературе под словом «рама» понимают именно лонжеронную раму.

К лонжеронным ряд источников[2] относит также периферийные (часто выделяемые в отдельный тип) и Х-образные рамы (последние другими источниками[3] классифицируются как разновидность хребтовых).

Периферийные рамы[править | править вики-текст]

Перевёрнутый универсал «Меркури», видна периферийная рама с широко расставленными в средней части лонжеронами.

Иногда рассматриваются как разновидность лонжеронных[2]. У такой рамы расстояние между лонжеронами в средней части увеличено настолько, что при установке кузова они оказываются непосредственно за порогами дверей. Так как слабыми местами такой рамы являются места перехода от обычного расстояния между лонжеронами к увеличенному, в этих местах добавляют специальные коробчатые усиления, в англоязычных странах называемые термином torque box (аналогичные силовые элементы — раскосы — нередко имеются и на автомобилях с несущим кузовом в местах перехода от передних и задних лонжеронов к коробам).

Это решение позволяет существенно опустить пол кузова, разместив его полностью между лонжеронами, а следовательно — уменьшить общую высоту автомобиля. Поэтому периферийные рамы (англ. Perimeter Frame) широко применялись на американских легковых автомобилях начиная с шестидесятых годов. Кроме того, расположение лонжеронов непосредственно за порогами кузова весьма способствует повышению безопасности автомобиля при боковом столкновении. Этот тип рамы использовался на советских легковых автомобилях ЗИЛ высшего класса начиная с модели 114.

Такая рама служит главным образом для упрощения сборки автомобиля на заводе за счёт предварительной подсборки на ней всех основных агрегатов, и способна воспринимать изгибающий момент только в сборе с кузовом, который в этом случае является по сути полунесущим, так как тоже участвует в восприятии нагрузок, возникающих при движении автомобиля.

Хребтовые рамы[править | править вики-текст]

Хребтовая рама грузовика «Татра».

Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой «Татра» в двадцатые годы и является характерной конструктивной особенностью большинства её автомобилей.

Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жёстко объединяющая картеры двигателя и узлов силовой передачи — сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи (или главных передач — на многоосных автомобилях)[2], внутри которой расположен тонкий вал, заменяющий в этой конструкции карданный. При использовании такой рамы необходима независимая подвеска всех колёс, как правило реализуемая в виде крепящихся к хребту по бокам двух качающихся полуосей с одним шарниром на каждой.

Преимущество такой схемы — очень высокая крутильная жёсткость[2], кроме того, она позволяет легко создавать модификации автомобилей с различным количеством ведущих мостов. Однако ремонт заключённых в раме агрегатов крайне затруднён. Поэтому такой тип рамы применяется очень редко, обычно на грузовиках высокой проходимости с большим количеством ведущих мостов, а на легковых автомобилях совершенно вышел из употребления.

Вильчато-хребтовые рамы[править | править вики-текст]

Рама довоенной «Шкоды» с подмоторной вилкой в передней части.

Разновидность хребтовой рамы, у которой передняя, иногда — и задняя части представляют собой вилки, образованные двумя лонжеронами, которые служат для крепления двигателя и агрегатов.[2]

В отличие от хребтовой рамы, как правило (но не всегда) картеры узлов силовой передачи выполняются отдельными, и, при наличии необходимости в нём, используется обычный карданный вал. Такую раму имели в числе прочих представительские автомобили «Татра» Т77 и Т87.

К этому же типу часто относят и Х-образные рамы[3], которые другими источниками[2] рассматриваются как разновидность лонжеронных (а скорее — и те, и те являются переходным промежуточным типом между лонжеронными и хребтовыми). У них лонжероны в центральной части очень сильно приближены друг к другу и образуют закрытый трубчатый профиль. Такая рама использовалась на некоторых моделях Mercedes-Benz 1930-х — 50-х годов, советских автомобилях «Чайка» ГАЗ-13 и ГАЗ-14, а также многих полноразмерных легковых автомобилях General Motors конца пятидесятых — первой половины шестидесятых годов.

Несущее основание[править | править вики-текст]

Шасси-платформа Renault 4 с несущим основанием.

В этой конструкции рама объединена с полом кузова для повышения жёсткости[2].

Такую конструкцию имели в числе прочих «Фольксваген Жук» (впрочем, его рама благодаря наличию массивной центральной трубы может быть отнесена и к типу вильчато-хребтовой) и автобус ЛАЗ-695. В настоящее время эта схема считается достаточно перспективной благодаря возможности на одной и том же несущем основании строить самые разные автомобили как на платформе.

Автомобили с несущим основанием часто классифицируются как безрамные, с несущим кузовом, в том случае, если несущее основание не может быть отделено от кузова (пример — ЛАЗ-695).

Решётчатые[править | править вики-текст]

Пространственная рама автомобиля Lotus 16.

Также называются трубчатыми (tubular frame) или пространственными (spaceframe).

Решётчатые рамы имеют вид пространственной фермы из сравнительно тонких труб, часто выполненных из высокопрочных легированных сталей, которая обладает очень высоким отношением крутильной жёсткости к массе[2] (то есть, они лёгкие и при этом очень жёсткие на кручение). В идеальном случае конфигурация такой рамы выбрана таким образом, что её трубы были нагружены только на сжатие или растяжение, но не на изгиб, за счёт чего появляется возможность уменьшить диаметр труб и существенно снизить вес при той же общей жёсткости.

Такие рамы применяют либо на спортивных и гоночных автомобилях, для которых важна малая масса при высокой прочности, либо на автобусах, для угловатых кузовов которых она очень удобна и технологична в производстве.

Основное отличие кузова с пространственной рамой от несущего — то, что у первого обшивка является чисто декоративной, часто выполненной из пластика или лёгких сплавов, и вообще не участвует в восприятии нагрузки.

Если обшивка существенно усиливает каркас, и тем более — является несущей и воспринимает нагрузку наравне с собственно каркасом, как, например, у багги, многих автобусов и вагонов электричек, то речь идёт уже о несущем кузове соответственно каркасно-панельного либо скелетного типа. С другой стороны — несущий кузов можно рассматривать как разновидность пространственной рамы, где практически всю нагрузку воспринимает обшивка, а собственно каркас, представленный П-образными и коробчатыми усилениями обшивки, до предела облегчён и редуцирован.


Интегрированная в кузов рама (Frame-in-body, UniFrame)[править | править вики-текст]

Также — рамно-объединенная силовая схема. В ней рама повторяет по конструкции обычную, но физически неотделима от кузова, то есть, имеет с ним неразборное сварное соединение.

От обычного несущего кузова кузов с интегрированной рамой отличается тем, что у первого имеются как максимум лишь подрамники в оконечностях, интегрированная же рама имеет полноценные лонжероны, идущие от переднего бампера до заднего. Такой кузов не имеет многих преимуществ отдельной рамы — гашения вибраций, лёгкости кузовного ремонта, простоты создания модификаций с различными типами кузовов на единой раме и других, но иногда оказывается несколько более удобным и дешёвым в проектировании и производстве, чем несущий кузов, а также лучше воспринимает нагрузки, возникающие при перевозке грузов и движению по бездорожью. Этим и определяет круг использования такой конструкции в современном автомобилестроении — главным образом пикапы и внедорожники (кроме «жёстких»).

Примеры автомобилей с интегрированной рамой — «Иж Комби» с лонжеронной рамой, представляющей собой соединённые дополнительными элементами передний и задний подрамники «Москвича-412», ВАЗ-2121 «Нива» и ЛуАЗ-969, Volga Siber / Chrysler Sebring с интегрированной в несущую структуру кузова периферийной рамой.

Подрамник[править | править вики-текст]

Подрамник Opel Vectra — не несущая конструкция, а лишь отъёмный каркас для подсборки передней подвески и силового агрегата.

Подрамник, также полурама или подмоторная рама — укороченная рама, образующая несущую конструкцию только в оконечности (обычно — передней) несущего кузова. Крепится к его каркасу на болтах или сварке, иногда — через резиновые прокладки для лучшего гашения вибраций.

Так как у современных автомобилей обычно оконечности кузова также являются несущими, смысл данного слова изменился — подрамником могут называть съёмную поперечину или каркас, на который крепятся детали подвески и, в некоторых случаях, силовой агрегат, вместе образуя единый сборочный узел (см. иллюстрацию).

Преимущества и недостатки рамной конструкции[править | править вики-текст]

Преимущества[править | править вики-текст]

  • Рама достаточно проста по конструкции относительно самонесущих кузовов и имеет хорошо отработанные методики расчёта[2];
  • При применении на легковом автомобиле отдельная от кузова рама, соединённая с ним посредством эластичных креплений, позволяет повысить комфортабельность, обеспечивая лучшую изоляцию от вибраций и шумов, исходящих от агрегатов и шин[3]; достижение сравнимого эффекта при несущем кузове возможно, но требует специальных и достаточно сложных конструктивных мер по изоляции отдельных агрегатов;
  • Отдельная рама считается более пригодной для восприятия больших нагрузок, например при использовании на грузовике или «жёстком» внедорожнике;
  • На одной и той же раме могут строиться самые различные модификации и даже модели; раму легко удлинить без потери прочности, например для создания многоосного грузовика, удлинённого автобуса или лимузина;
  • Рамная конструкция упрощает сборку автомобиля на заводе, в итоге снижая себестоимость: на ней подсобираются все основные агрегаты, после чего на полученное в результате шасси опускается также подсобранный на отдельном конвейере кузов с салоном и отделкой, что проще, чем крепить агрегаты по отдельности на несущем кузове, для чего его зачастую приходится поворачивать набок и обратно несколько раз в ходе сборки автомобиля;
  • Отдельная рама позволяет легко видоизменять кузов легкового автомобиля — варьировать дизайн и создавать различные модификации на одном шасси, что было одним из основных факторов, обеспечивших широкую распространённость рамных шасси в автостроении США до восьмидесятых годов из-за традиции ежегодного обновления дизайна и частого рестайлинга автомобилей; при рестайлинге меняли кузов, а рама зачастую оставалась прежней, что существенно снижало объём работ по созданию новой модели — например, Ford Crown Victoria моделей 1979, 1992 и 1998 годов отличались кузовами, но имели практически идентичную раму (саму по себе представляющую собой укороченный вариант рамы более ранних моделей, восходящий к разработкам середины шестидесятых годов);
  • Отдельная рама также позволяет использовать один и тот же кузов с совершенно разными шасси; так, все массовые полноразмерные автомобили General Motors конца пятидесятых — начала шестидесятых годов имели общий каркас кузова и многие кузовные панели, при этом каждое подразделение корпорации проектировало под этот общий кузов собственные рамные шасси, существенно отличающиеся друг от друга, вплоть до используемого типа рамы — вильчато-хребтовой либо лонжеронной; так как проектирование и подготовка к производству кузова обходится на порядок дороже, чем рамы, такое решение было вполне рационально и позволяло предложить покупателю широкий модельный ряд совершенно разных между собой автомобилей, при этом унифицировав их наиболее дорогие в разработке и производстве компоненты; очень часто этим пользуются производители малосерийный автомобилей, ставящие на свою собственную раму серийный кузов, пример — семейство автомобилей «Тарзан», использующее различные кузова серийных моделей ВАЗ на уникальной раме;
  • Рама как правило существенно менее уязвима к коррозии, чем несущий кузов, благодаря отсутствию либо более простой конфигурации скрытых полостей и хорошей вентиляции, а часто — и более толстому металлу; в прошлом, когда не существовало достаточно действенных мер по борьбе с коррозией, это означало ощутимо большую долговечность автомобилей с рамным шасси;
  • Кузовной ремонт рамного автомобиля существенно проще и дешевле, чем несущего: имеющие сложную форму внутренние панели не являются в нём несущими и не служат для крепления ответственных агрегатов, поэтому при их восстановлении не требуется с большой точностью соблюдать размерные допуски, а сама рама может быть восстановлена со сравнительной лёгкостью либо заменена;

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Разделение функций рамы и кузова приводит к существенному увеличению массы относительно несущего кузова[2][3];
  • В легковом автомобиле проходящие под кузовом лонжероны рамы «съедают» существенную часть объёма пассажирского салона; даже в случае периферийной рамы, пороги кузова оказываются по сечению существенно больше, чем у несущего, из-за необходимости обеспечения определённого зазора между лонжероном рамы и полом кузова, что затрудняет посадку в автомобиль и уменьшает полезный объём его салона;
  • Рамные автомобили как правило при прочих равных (габаритные размеры, масса, класс) имеют худшую пассивную безопасность из-за сложностей с созданием зон запрограммированной деформации и возможности смещения кузова относительно рамы из-за срыва с креплений;
  • Плоская рама уступает по жёсткости на кручение объёмной конструкции несущего кузова;

Последнее не относится к решётчатым рамам, которые представляют собой не плоскую балку, а объёмную ферму; однако, у кузова с решётчатой рамой из-за особенностей этого типа несущей структуры двери обычно либо отсутствуют вовсе, либо имеют очень высокие пороги, что делает её малопригодной для автомобилей общего назначения.

Другое дело, что например грузовику или вездеходу, в отличие от дорожного легкового автомобиля, больша́я жёсткость кузова на кручение часто и не нужна; более того — ограниченная способность плоской лонжеронной рамы деформироваться под действием закручивающих сил нередко улучшает проходимость, что наблюдалось в частности на грузовиках ЗИС-5 и ГАЗ-АА, клёпаная рама которых могла при закручивании деформироваться с амплитудой до нескольких сантиметров, что эквивалентно увеличению ходов подвески. Также работающую на скручивание раму имеют автомобили Унимог, причём деформация рамы для улучшения проходимости заложена в конструкцию изначально;

Источники и примечания.[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Туревский, И. С. Теория автомобиля. — М.: «Высшая школа», 2005. — С. 204. — 240 с.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Гришкевич, А. И. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчёт. Системы управления и ходовая часть. — Минск: «Вышэйшая школа», 1987. — 200 с.
  3. 1 2 3 4 Кленников, В. М., Кленников Е. В. Теория и конструкция автомобиля. — М.: «Машиностроение», 1967. — С. 181-185.