_(03).jpg/1280px-Proton_Prev%C3%A9_RESS_(Reinforced_Safety_Structure)_(03).jpg)
Рама транспортного средства , также исторически известная как его шасси , является основной несущей конструкцией транспортного средства, к которой крепятся все остальные компоненты, что можно сравнить со скелетом организма.
До 1930-х годов практически каждый автомобиль имел структурную раму, отделенную от кузова. Такая конструкция известна как кузов-на-раме . К 1960-м годам конструкция цельного кузова в легковых автомобилях стала обычной, и тенденция к цельному кузову для легковых автомобилей продолжалась в течение последующих десятилетий. [1]
Почти все грузовики , автобусы и большинство пикапов продолжают использовать отдельную раму в качестве шасси.
Основными функциями рамы в автомобиле являются: [2]
Обычно материал, используемый для изготовления шасси и рамы транспортного средства, включает углеродистую сталь для прочности или алюминиевые сплавы для достижения более легкой конструкции. В случае отдельного шасси рама состоит из структурных элементов, называемых рельсами или балками . Они обычно изготавливаются из стальных швеллерных секций путем складывания, прокатки или прессования стальной пластины.
Существует три основных конструкции для них. Если материал сложить дважды, получится открытое поперечное сечение, либо С-образное, либо шляпообразная (U-образная) форма. «Коробчатые» рамы содержат закрытые рельсы шасси, либо сваренные, либо с использованием готовых металлических трубок .
Самый распространенный, рельс с С-образным каналом использовался практически на каждом типе транспортного средства в то или иное время. [ требуется ссылка ] Он изготавливается путем взятия плоского куска стали (обычно толщиной от 1/8" до 3/16", но до 1/2" или более в некоторых большегрузных грузовиках [3] [4] ) и прокатки обеих сторон для формирования С-образной балки, проходящей по всей длине транспортного средства. С-образный канал, как правило, более гибкий, чем (полностью) коробчатый того же калибра.
Рамы шляп напоминают букву «U» и могут быть как прямоугольными, так и перевернутыми, с открытой частью, обращенной вниз. Они нечасто используются из-за слабости и склонности к ржавчине. Однако их можно найти на автомобилях Chevrolet 1936–1954 годов и некоторых Studebakers .
Заброшенная на некоторое время, рама-шляпа вновь обрела популярность, когда компании начали приваривать ее к днищу автомобилей с несущим кузовом, фактически создавая коробчатую раму.
.jpg/1280px-Chassis_(4689544258).jpg)
Первоначально коробчатые рамы изготавливались путем сварки двух соответствующих C-образных рельс вместе, чтобы сформировать прямоугольную трубу. Современные технологии, однако, используют процесс, похожий на изготовление C-образных рельс, в котором кусок стали сгибается в четыре стороны, а затем сваривается в месте соединения обоих концов.
В 1960-х годах коробчатые рамы обычных американских автомобилей сваривались точечной сваркой в нескольких местах по шву; при переделке в гоночные автомобили NASCAR «серийного» типа короб проваривался непрерывно от начала до конца для дополнительной прочности.
Хотя на первый взгляд рамы кажутся простой формой из металла, они подвергаются значительным нагрузкам и строятся соответственно. Первая проблема, которую необходимо решить, — это «высота балки» или высота вертикальной стороны рамы. Чем выше рама, тем лучше она может противостоять вертикальному изгибу, когда сила прикладывается к верхней части рамы. Вот почему полуприцепы имеют более высокие лонжероны рамы, чем другие транспортные средства, а не просто толще.
Поскольку внешний вид, качество езды и управляемость стали более важными для потребителей, в рамы были включены новые формы. Наиболее заметными из них являются арки и выступы. Вместо того, чтобы проходить прямо по обеим осям , арочные рамы располагаются ниже — примерно на уровне своих осей — и изгибаются вверх по осям, а затем снова вниз с другой стороны для размещения бампера. Выступы делают то же самое, не изгибаясь вниз с другой стороны, и чаще встречаются на передних концах.
Еще одной особенностью являются конические рельсы, которые сужаются вертикально или горизонтально перед кабиной транспортного средства. Это делается в основном на грузовиках, чтобы сэкономить вес и немного увеличить пространство для двигателя, поскольку передняя часть транспортного средства не несет такой большой нагрузки, как задняя. Конструктивные разработки включают рамы, которые используют несколько форм в одном и том же рельсе рамы. Например, некоторые пикапы имеют коробчатую раму перед кабиной, более короткие, узкие рельсы под кабиной и обычные С-образные рельсы под кузовом.
На периметральных рамах области, где рельсы соединяются спереди с центром и сзади, слабее по сравнению с обычными рамами, поэтому эта секция оказывается зажатой, создавая так называемые «коробки крутящего момента».
.jpg/1280px-Developed_ladder_chassis_with_diagonal_cross-bracing_and_lightening_holes_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Названная за сходство с лестницей, лестничная рама является одной из старейших, самых простых и наиболее часто используемых конструкций шасси/рамы под кузовом. Она состоит из двух симметричных балок, рельсов или швеллеров, проходящих по всей длине транспортного средства, соединенных несколькими поперечными поперечинами. Первоначально встречавшаяся почти на всех транспортных средствах, лестничная рама постепенно была заменена на легковые автомобили периметральными рамами и унифицированной конструкцией кузова. Сейчас она встречается в основном на больших грузовиках. Такая конструкция обеспечивает хорошее сопротивление балки из-за ее непрерывных рельсов спереди назад, но плохое сопротивление кручению или деформации, если используются простые перпендикулярные поперечины. Общая высота транспортного средства будет больше из-за того, что днище находится над рамой, а не внутри нее.
Шасси backbone — это тип автомобильной конструкции с шасси, которое похоже на конструкцию body-on-frame. Вместо относительно плоской, лестничной конструкции с двумя продольными, параллельными лонжеронами рамы, оно состоит из центрального, прочного трубчатого хребта (обычно прямоугольного в поперечном сечении), который несет силовую передачу и соединяет передние и задние конструкции крепления подвески. Хотя хребт часто втягивается вверх и в основном над полом транспортного средства, кузов все еще размещается на или над этой конструкцией (иногда оседлав ее) сверху.
.jpg/1280px-Chassis_(4689544886).jpg)
Это конструкция, которая использовалась для полноразмерных американских моделей General Motors в конце 1950-х и начале 1960-х годов, в которой рельсы от двигателя, казалось, пересекались в пассажирском салоне, каждый из которых продолжался до противоположного конца поперечной балки в крайней задней части автомобиля. Это было специально выбрано, чтобы уменьшить общую высоту автомобилей независимо от увеличения размера горбов трансмиссии и карданного вала, поскольку каждый ряд должен был также покрывать рельсы рамы. Несколько моделей имели дифференциал, расположенный не на обычной балке между осью и рамой, а на шаровом шарнире сверху дифференциала, соединенном с гнездом в поперечном рычаге, шарнирно закрепленном на поперечной балке рамы.
Утверждалось, что X-образная рама улучшает предыдущие конструкции, но у нее отсутствуют боковые ограждения, и поэтому она не обеспечивает адекватной защиты от боковых ударов и столкновений. [5] Периферийные рамы заменили эту конструкцию.
Похож на лестничную раму, но средние секции лонжеронов рамы находятся снаружи передних и задних лонжеронов, проложены вокруг пассажирских ниш для ног, внутри панелей коромысел и порогов. Это позволило опустить днище, особенно ниши для ног пассажиров, понизив высоту сидений пассажиров и тем самым уменьшив как линию крыши, так и общую высоту автомобиля, а также центр тяжести, тем самым улучшив управляемость и устойчивость на дороге в легковых автомобилях.
Это стало распространенной конструкцией для автомобилей с кузовом на раме в Соединенных Штатах, но не в остальном мире, пока не стали популярны автомобили с цельным кузовом. Например, Hudson представила эту конструкцию на своих моделях Commodore 3-го поколения в 1948 году. Этот тип рамы позволял ежегодно менять модели и выпускать более низкие автомобили в 1950-х годах для увеличения продаж — без дорогостоящих структурных изменений.
Платформа Ford Panther , снятая с производства в 2011 году, была одной из последних платформ для легковых автомобилей с периметральной рамой в Соединенных Штатах. [1] В автомобилях Chevrolet Corvette с четвертого по седьмое поколение использовалась периметральная рама, интегрированная с внутренним скелетом, который служил в качестве раскладушки.
В дополнение к пониженной крыше, периметральная рама позволяет устанавливать более низкие сиденья, когда это желательно, и обеспечивает лучшую безопасность в случае бокового удара. Однако конструкция не обладает жесткостью, поскольку переходные области от передней части к центральной и от центральной к задней части уменьшают сопротивление балки и кручению и используются в сочетании с коробками крутящего момента и мягкими настройками подвески.
Это модификация периметральной рамы или хребтовой рамы, в которой пол салона, а иногда и пол багажного отделения, были интегрированы в раму в качестве несущих деталей для прочности и жесткости. Листовой металл, используемый для сборки компонентов, должен быть штампован с выступами и углублениями для придания ему прочности.
Платформенные шасси использовались в нескольких успешных европейских автомобилях, в частности, в Volkswagen Beetle , где они назывались конструкцией "body-on-pan". Другим немецким примером являются автомобили Mercedes-Benz "Ponton" 1950-х и 1960-х годов, [6] где в англоязычной рекламе они назывались "frame floor".
Французский Renault 4 , которых было выпущено более восьми миллионов, также использовал раму платформы. Рама Citroën 2CV использовала минимальную интерпретацию шасси платформы под своим кузовом.
В (трубчатом) шасси с пространственной рамой подвеска, двигатель и панели кузова прикреплены к трехмерной скелетной раме из труб, а панели кузова имеют ограниченную или никакую структурную функцию. Чтобы максимизировать жесткость и минимизировать вес, конструкция часто максимально использует треугольники, и все силы в каждой стойке являются либо растягивающими, либо сжимающими, никогда не изгибающими, поэтому они могут быть максимально тонкими.
Первые настоящие шасси с пространственной рамой были созданы в 1930-х годах Бакминстером Фуллером и Уильямом Бушнеллом Стаутом ( Dymaxion и Stout Scarab ), которые поняли теорию настоящей пространственной рамы из архитектуры или проектирования самолетов. [7]
В гоночном спортивном автомобиле Jaguar C-Type 1951 года использовалась легкая многотрубчатая треугольная рама, поверх которой был изготовлен аэродинамический алюминиевый кузов.
В 1994 году Audi A8 стал первым автомобилем массового рынка с алюминиевым шасси, что стало возможным благодаря интеграции алюминиевой пространственной рамы в кузов. С тех пор модели Audi A8 используют этот метод строительства, разработанный совместно с Alcoa , и продаваемый как Audi Space Frame . [8]
Итальянский термин Superleggera (что означает «сверхлегкий») был зарегистрирован Carrozzeria Touring как торговая марка для легкой конструкции кузова спортивного автомобиля, которая только напоминает шасси с пространственной рамой. Используя трехмерную раму, состоящую из клетки узких труб, которые, помимо того, что находятся под кузовом, проходят по крыльям и над радиатором, капотом и крышей, а также под задним стеклом, она напоминает геодезическую структуру . Кожа прикреплена к внешней стороне рамы, часто из алюминия. Однако эта конструкция кузова не является несущей и все равно требует добавления шасси.
Термины «unibody» и «unit-body» являются сокращениями от «unitized body», «unitary construction» или альтернативно (полностью) интегрированный кузов и рама/шасси. Это определяется как: [9]
Тип конструкции кузова/рамы, в котором кузов транспортного средства, его план пола и шасси образуют единую структуру. Такая конструкция, как правило, легче и жестче, чем транспортное средство, имеющее отдельные кузов и раму.
Структура транспортного средства перешла от традиционной архитектуры кузова на раме к более легкой унифицированной/интегрированной конструкции кузова, которая в настоящее время используется в большинстве автомобилей. [10]
Интегральная конструкция рамы и кузова требует больше, чем просто сварка ненапряженного кузова с обычной рамой. В полностью интегрированной конструкции кузова весь автомобиль является несущим блоком, который обрабатывает все нагрузки, испытываемые транспортным средством – силы от движения и грузовых нагрузок. Интегральные кузова для колесных транспортных средств обычно изготавливаются путем сварки предварительно отформованных металлических панелей и других компонентов вместе, путем формирования или литья целых секций как одной детали или путем комбинирования этих методов. Хотя иногда это также называют монококовой конструкцией , поскольку внешняя оболочка и панели автомобиля сделаны несущими, все еще есть ребра, переборки и коробчатые секции для усиления кузова, что делает описание полумонокок более подходящим.
Первая попытка разработать такую технику проектирования была предпринята в 1922 году на Lancia Lambda , чтобы обеспечить структурную жесткость и меньшую высоту кузова для ее торпедного автомобиля . [11] Lambda имела открытую компоновку с ненапряженной крышей, что делало ее менее похожей на монококовый корпус и более похожей на чашу. Была выпущена тысяча экземпляров. [12]
Ключевую роль в разработке несущего кузова сыграла американская фирма Budd Company, ныне ThyssenKrupp Budd . [12] Budd поставляла штампованные стальные кузова, установленные на отдельные рамы, автопроизводителям Dodge , Ford , Buick и французской компании Citroën .
В 1930 году Джозеф Ледвинка , инженер компании Budd, спроектировал прототип автомобиля с полностью унитарной конструкцией. [13]
Citroën приобрел эту полностью унитарную конструкцию кузова для Citroën Traction Avant . Этот крупносерийный автомобиль массового производства был представлен в 1934 году и продан в количестве 760 000 единиц за последующие 23 года производства. [12] Это приложение было первой итерацией современной структурной интеграции кузова и шасси, использующей точечную сварку глубоко штампованных стальных листов в структурный каркас, включая пороги, стойки и балки крыши. [11] В дополнение к унитарному кузову без отдельной рамы, Traction Avant также отличался другими инновациями, такими как передний привод . Результатом стал автомобиль с низкой посадкой и открытым, плоским полом салона. [14]
Для Chrysler Airflow (1934–1937) Бадд предоставил вариант — три основные секции корпуса Airflow были сварены в то, что Крайслер называл конструкцией мостовой фермы. К сожалению, этот метод не был идеальным, поскольку панели подходили плохо. [12] Чтобы убедить скептически настроенную общественность в прочности цельного кузова, и Citroën, и Chrysler создали рекламные фильмы, показывающие автомобили, выжившие после падения со скалы. [12]
Opel был вторым европейским и первым немецким производителем автомобилей, выпустившим автомобиль с несущей конструкцией кузова — производство компактной Olympia началось в 1935 году. Более крупный Kapitän был запущен в производство в 1938 году, хотя его передние продольные балки штамповались отдельно, а затем крепились к основному кузову. Он был настолько успешным, что советский послевоенный массовый ГАЗ-М20 Победа 1946 года выпуска скопировал несущую конструкцию кузова с Opel Kapitän. [15] Позже советский лимузин ГАЗ-12 ЗИМ 1950 года представил несущую конструкцию кузова для автомобилей с колесной базой длиной до 3,2 м (126 дюймов). [16]
Обтекаемый Lincoln-Zephyr 1936 года с обычным передним расположением двигателя и задним приводом использовал несущую конструкцию. [17] К 1941 году конструкция секции уже не была новой идеей для автомобилей, «но это было неслыханно в [американском] сегменте недорогих автомобилей, [и] Nash хотел увеличить долю этого рынка». [18] [19] Конструкция с единым узлом кузова Nash 600 обеспечивала экономию веса, и председатель и генеральный директор Nash Джордж У. Мейсон был убежден, «что несущая конструкция — это волна будущего». [20] [21]
С тех пор больше автомобилей были перепроектированы под конструкцию unibody, которая теперь «считается стандартом в отрасли». [21] К 1960 году конструкция унифицированного кузова использовалась Большой тройкой Детройта на их компактных автомобилях ( Ford Falcon , Plymouth Valiant и Chevrolet Corvair ). После того, как Nash объединилась с Hudson Motors, образовав American Motors Corporation , ее автомобили под маркой Rambler продолжали выпускаться исключительно в вариациях unibody.
Хотя Chrysler Airflow 1934 года имел более слабую, чем обычно, раму и каркас кузова, приваренный к шасси для обеспечения жесткости, в 1960 году Chrysler перешел от конструкции кузова на раме к конструкции с несущим кузовом для большинства своих автомобилей. [22]
Большинство автомобилей с несущим кузовом американского производства использовали в конструкции своих транспортных средств коробки передач для снижения вибраций и прогиба шасси, за исключением Chevy II , у которого был передний фартук с болтовым креплением (ошибочно называемый подрамником).
Цельный кузов теперь является предпочтительной конструкцией для автомобилей массового рынка. Такая конструкция обеспечивает экономию веса, улучшенное использование пространства и простоту производства. Принятие резко возросло после двух энергетических кризисов 1970-х и 2000 -х годов , когда компактные внедорожники, использующие платформу грузовика (в первую очередь рынок США), были подчинены стандартам CAFE после 2005 года (к концу 2000-х годов компактные внедорожники на базе грузовиков были сняты с производства и заменены кроссоверами). Дополнительное преимущество автомобиля с прочным кузовом заключается в улучшенной защите пассажиров при столкновении.
American Motors (совместно со своим партнером Renault ) в конце 1970-х годов включили конструкцию unibody при проектировании платформы Jeep Cherokee (XJ) , используя принципы производства (unisides, floorplan с интегрированными лонжеронами рамы и зонами смятия, а также панель крыши), используемые в ее легковых автомобилях, таких как Hornets и полноприводные Eagles , для нового типа рамы под названием «Uniframe [...] прочная штампованная стальная рама, приваренная к прочной конструкции кузова-единицы, дающая прочность обычной тяжелой рамы с весовыми преимуществами конструкции Unibody». [23] Эта конструкция также использовалась в концепции XJC, разработанной American Motors до ее поглощения Chrysler, которая позже стала Jeep Grand Cherokee (ZJ) . Конструкция до сих пор используется в современных внедорожниках, таких как Jeep Grand Cherokee и Land Rover Defender . Эта конструкция также используется в больших фургонах, таких как Ford Transit , VW Crafter и Mercedes Sprinter .
Подрамник — это отдельный структурный компонент рамы, который усиливает или дополняет определенную секцию конструкции транспортного средства. Обычно крепится к цельному кузову или монококу, жесткий подрамник может выдерживать большие силы от двигателя и трансмиссии. Он может равномерно передавать их на большую площадь относительно тонкого листового металла унифицированного кузова. Подрамники часто находятся в передней или задней части автомобилей и используются для крепления подвески к транспортному средству. Подрамник также может содержать двигатель и трансмиссию . Обычно он имеет штампованную или коробчатую стальную конструкцию, но может быть трубчатым и/или из другого материала.
Примерами использования легковых автомобилей являются платформа GM F 1967–1981 годов , многочисленные годы и модели, построенные на платформе GM X (1962) , фургоны GM на платформе M/L (Chevrolet Astro/GMC Safari, которые включали полноприводный вариант) и цельный AMC Pacer , который включал передний подрамник для изоляции пассажирского салона от двигателя, подвески и рулевого управления. [24] [25]
{{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь )