Несущая система автомобиля: типы и особенности

О чем речь? Несущая система автомобиля — кузов, рама или жесткая конструкция, на которых крепятся остальные узлы машины. В этом, собственно, и состоит ее основная функция.

Почему это важно? Несущая система автомобиля обеспечивает безопасность пассажиров. Благодаря ей автомобиль справляется с внешними воздействиями, такими как столкновения или перегрузки, минимизируя последствия для людей внутри. Несущая система способна поглощать и распределять энергию удара, предотвращая проникновение в салон.

Общее устройство несущей системы автомобиля

Несущая система транспортного средства является основанием, на которое крепятся все механизмы и детали, органы управления авто: трансмиссия, двигатель, коробка переключения передач, кабина, кузов и т. д. Она принимает на себя как статические нагрузки, образующиеся под весом оборудования, пассажиров, так и динамические, которые действуют при движении авто по дороге. Также несущие элементы гасят значительную часть кинетической энергии при столкновении автомобиля с препятствием или другим автомобилем, в значительной степени определяя его безопасность.

Главная функция, которая выполняется несущей системой, – это объединение в единое устройство всех механизмов и деталей, необходимых для использования авто по назначению.

Несущая система состоит из кузова и рамы. На них устанавливаются все остальные узлы.

Несущая система автомобиля – это одна из наиболее важных и сложных его частей. Если условно принять за 100 % материалоемкость, стоимость и сложность изготовления всего авто, то на несущую систему может приходиться 50 % и более данной величины.

В силу особой важности несущей системы для безопасности авто ее проектирование и изготовление выполняются в соответствии с определенными техническими нормативами. Рама и кузов подвергаются кручению и изгибу, причем в широких диапазонах, и они должны гарантированно выдерживать такие нагрузки. Также на жесткость и надежность конструкции влияют прочность используемых в ней узлов, их устойчивость к динамическому воздействию.

К несущей системе автомобиля установлен ряд требований:

• Эксплуатационный ресурс несущей системы не может быть меньше того, который имеют основные конструктивные узлы авто.
• Жесткость должна обеспечивать устойчивость рамы и кузова к динамическим нагрузкам, которым подвергается авто при его использовании по назначению.
• Простота монтажа, низкий центр тяжести, ограниченная погрузочная высота и максимально возможные углы поворота.

Основные типы несущей системы

В современном автомобилестроении нет какой-то универсальной конструкции несущей системы, так как она разрабатывается с учетом назначения авто, компоновки узлов конструкции.

Несущая система автомобиля может быть нескольких видов:

Рамная

Основная часть нагрузок приходится на раму. Выделяют два подвида такой компоновки – рамный и рамно-кузовной.

Безрамные

Иначе подобные конструкции называются «монокок». У таких авто жесткость конструкции обеспечивается самим кузовом.

Рамная конструкция применяется на грузовом транспорте, автобусах, легковых автомобилях высокой проходимости. Нередко, помимо основной рамы, также имеется подрамник – дополнительная рама. Такая особенность характерна для шасси, оснащенных подъемными устройствами.

Рамная конструкция сегодня является наиболее востребованной в автомобильном производстве. Это объяснятся ее технологичностью, универсальностью. Также наличие рамы позволяет использовать одно шасси в качестве базы для транспортных средств разного назначения.

Безрамная конструкция также имеет свои плюсы. Она позволяет уменьшить массу транспортного средства, понизить центр тяжести и улучшить управляемость авто на высоких скоростях. Подобная технология используется обычно для легковых автомобилей, но иногда она встречается и на автобусах.

Рамно-кузовная конструкция применяется при производстве автобусов. В ней основание отсутствует в принципе, а нагрузку берут на себя в равной мере рама и каркас. Такая несущая система проста в изготовлении и обслуживании, имеет хорошую ремонтопригодность, отличается более низким расположением центра масс.

Рамная несущая система автомобиля

Рамный тип несущей системы применяется преимущественно на грузовых автомобилях, автобусах, внедорожных легковых автомобилях, специальной технике. На самосвалах, автокранах также устанавливается подрамник, который необходим для крепления оборудования – кузова, подъемного механизма и т. д. В этом случае нагрузка приходится непосредственно на раму, которая и обеспечивает жесткость конструкции.

Преимущество рамной конструкции в простоте ее производства, удобстве обслуживания и ремонта. Она характерна для несущей системы грузового автомобиля и часто используется для производства машин узкого функционального назначения, так как позволяет на одно шасси устанавливать кузова разных типов. Так, на шасси КамАЗа есть и грузовики, и самосвалы, и подъемные краны, и бетономешалки и многое другое.

При производстве грузового транспорта рамная конструкция предпочтительнее не только в силу того, что она прочнее, но и потому, что позволяет установить изолированную кабину для пассажиров и водителя.

Безрамная конструкция подходит для легковых авто, которые при эксплуатации подвергаются ограниченным нагрузкам, – малолитражные, среднеразмерные транспортные средства. Вместе с тем такая несущая система используется и на автобусах.

Несущий кузов имеет следующие преимущества:

• Снижается вес транспортного средства.
• Центр масс автомобиля размещается ниже, что позволяет минимизировать его склонность к опрокидыванию при прохождении виражей.
• Нагрузка распределяется более равномерно, чем при использовании конструкции рамного типа.

Есть у такой конструкции и минусы. Монокок довольно сложен в производстве, он не позволяет быстро изменить функционал авто, так как даже небольшие коррекции в компоновке требуют переделки конструкции кузова.

Рама представляет собой остов транспортного средства. Она принимает на себя все нагрузки как при стоянке, так и в движении, как от массы груза и пассажиров, так и от вибрации отдельных узлов и механизмов. Также на раму приходится нагрузка, возникающая при передаче усилия на трансмиссию и ходовую часть.

Все эти условия эксплуатации объясняют ряд стандартов, которым должны соответствовать машины рамной конструкции:

• Достаточная жесткость и прочность.
• Небольшой вес.
• Конфигурация кузова, которая позволяет максимально понизить центр масс, достаточные углы поворота колес и ход подвески, деталей рулевой системы.

Рамы бывает следующих разновидностей:

• Лонжеронная.
• Хребтовая.

Лонжеронная рама после внесения в нее нескольких изменений трансформируется в периферийную. В свою очередь, из хребтовой рамы можно изготовить вильчато-хребтовый узел.

Указанные несущие системы автомобилей имеют следующее устройство:

Лонжеронная рама

Изготавливается при помощи нескольких продольных балок, в конструкции которых применяются специальные швеллеры переменной высоты по всей длине. Тот участок лонжерона, который подвергается наиболее значительным нагрузкам, делают наиболее высоким.

Поперечные балки могут иметь К-образную, Х-образную, а также стандартную прямолинейную форму. Для установки деталей конструкции авто на лонжеронах и поперечинах есть специальные кронштейны. При монтаже на разных системах могут применяться болтовой, заклепочный и сварочный способы соединения.

Периферийная система

Является отдельным типом лонжеронной рамы. Отличается наличием изгиба в срединной части, который предназначен для более низкого расположения кузова над дорогой.

Хребтовая рама

Представляет собой прочную трубу, которая соединяет несущую систему с основными деталями трансмиссии. В результате коробка переключения передач, двигатель, узел сцепления, основная передача включаются в конструкцию рамы. Они крепятся максимально жестко. Находящийся в трубке вал при вращении передает усилие от двигателя на трансмиссию.

Подобная конструкция может иметь место, если автомобиль оснащен независимой подвеской. Хребтовая рама значительно упрощает проектирование авто, имеющего больше одного ведущего моста, может выдерживать повышенную нагрузку на скручивание, позволяет снизить вес. Однако изготовление и обслуживание такой конструкции осложняется скрытым монтажом внутри рамы некоторых деталей.

Вильчато-хребтовая рама

Характерно отсутствие жесткого крепления основных узлов (трансмиссии и двигателя). Вместо этого применяются специальные вилки, на которых и устанавливаются эти детали.

Безрамная несущая система автомобиля

Кузовная несущая система чаще всего применяется при изготовлении легкового транспорта и микроавтобусов. Главное ее преимущество – снижение веса машины, улучшение управляемости при прохождении поворота, так как центр масс удается разместить ниже.

Среди автомобилистов можно встретить мнение, что безрамная несущая система безопаснее рамной. Утверждение весьма спорное, поскольку монокок имеет повышенную сложность при производстве, следовательно, возрастает риск производственных дефектов, которые могут негативно повлиять на безопасность.

Рамно-кузовная несущая система автомобиля

Рамно-кузовная конструкция несущей системы характерна для автобусов. При ее использовании шпангоуты – поперечные балки кузова – жестко соединены с поперечинами рамы. В результате они образуют единый остов, который способен выдерживать значительные нагрузки.

Преимуществами такого инженерного решения являются простота изготовления и удобство обслуживания. Также уменьшается вес транспортного средства, при этом высокий пол салона не вызывает смещения центра тяжести.

Особенности кузовов

Тип кузова определяет не только сложность его изготовления, вес и удобство обслуживания, но и стоимость готовой продукции, спрос на нее.

Устройства различаются между собой максимально допустимой нагрузкой, комплектацией, функциями, конструкцией. На легковых транспортных средствах чаще всего используются пассажирские либо грузопассажирские кузова. Конструктивно они делятся на полукаркасные и бескаркасные.

Исходя из того, какие элементы принимают на себя нагрузку, различают кузова несущие (полностью принимают на себя массу ТС), полунесущие (часть массы приходится на раму), разгруженные, на которые приходится вес груза и пассажиров.

В зависимости от комплектации кузов может быть нескольких видов:

• Однообъемный, на котором двигатель, водитель и пассажиры находятся на одной и той же раме.
• Двухобъемный, на котором двигатель размещается под капотом, а груз или пассажиры – в отдельном салоне.
• Трехобъемный, на котором пассажиры, груз и двигатель находятся в изолированных отсеках.

Кузовная конструкция может иметь разные конфигурации: седан, кабриолет, купе, фургон, кроссовер, минивэн и др.

Каждый из этих типов имеет свое функциональное назначение. Предпочтение покупателей к тому или иному типу, соответственно, зависит от приоритетной цели использования автомобиля.

Производители и покупатели авто имеют разный набор требований к кузову. С точки зрения изготовителя они следующие:

• минимальная себестоимость производства;
• удобство комплектации кузова;
• пригодность для использования единого шасси с разным оборудованием;
• наименьшее число деталей для сборки;
• унификация механизмов и узлов для выполнения разных задач;
• возможность производства без внесения серьезных изменений в существующий производственный цикл;
• удобство утилизации.

Покупатель, который выбирает автомобиль, предъявляет свой перечень требований:

• презентабельный дизайн;
• комфорт при нахождении в салоне;
• низкий расход бензина при езде;
• доступная стоимость;
• универсальность конструкции;
• дешевизна обслуживания и ремонта;
• достаточная вместимость для перевозки пассажиров и грузов.

Таковы общие требования. Кроме них есть и ряд специфических стандартов, которым должен соответствовать кузов.

Обтекаемость

Эта характеристика позволяет определить степень сопротивления воздуху отдельных элементов кузова. Чем лучше обтекаемость, тем выше скорость езды. Соответственно, производители стремятся сделать обводы кузова плавными, избегая резких переходов и выступающих деталей. По тем же соображениям решетка радиатора и лобовое стекло устанавливаются с наклоном.

Обзорность

Эта характеристика обеспечивает не только комфорт при езде, но и безопасность, поскольку хороший обзор позволяет вовремя заметить опасность. Обзорность определяется шириной ветрового стекла, толщиной деталей кузова, расположением сидений, углом их наклона и т. д. Для многих автолюбителей этот показатель играет важную роль при выборе автомобиля для покупки.

Шумоизоляция

Еще один важный момент, который способен заставить потребителя отказаться от покупки той или иной модели авто. Тишина в салоне обеспечивается специальными материалами – перфорированным картоном, битумной мастикой пенопластом и т. д. Особенно тщательно изолируется моторный отсек, так как двигатель оказывается главным источником шума. При этом следует иметь в виду, что обычно чем лучше шумоизоляция, тем больше масса авто.

Шумопоглощающие материалы используются и при отделке салона. Пол выстилается специальным резиновым ковриком с войлочным основанием. На многих авто используется битумная основа, которая при нагреве кузова приклеивается к металлу. Двери изолируются войлоком и специальным картоном. Крыша отделывается изнутри пенопластом или перфорированным картоном.

Часто задаваемые вопросы о несущей системе автомобиля

Какие факторы влияют на компоновку автомобиля?

Компоновка авто определяет расположение основных механизмов и узлов: коробка переключения передач, трансмиссия, ведущий мост, силовая установка. На современных машинах применяются три варианта:

• Классический. Двигатель располагается в передней части. Ведущий мост – в задней. Это позволяет упросить обслуживание и повышает удобство использования багажного отделения. Недостаток – увеличение длины кузова, наличие в салоне подъема, под которым расположен кардан, – он может мешать сидящим сзади пассажирам.
• В передней части располагаются как двигатель, так и карданный вал. Такая конструкция используется на автомобилях среднего и малого классов. Она позволяет улучшить управляемость, уменьшить габариты кузова, снизить вес пустого авто, избавиться от подъема в полу салона. Недостатком можно считать более сложный доступ к механизмам для обслуживания.
• Силовая установка и ведущий мост находятся сзади. Подобные решения используются для малолитражных автомобилей.

В чем плюсы авто рамной конструкции?

Проектирование рамных кузовов значительно проще, они лучше восстанавливаются после серьезных дорожно-транспортных происшествий. Кроме того, салон таких авто обычно значительно комфортнее для пассажиров и водителя.

Если на авто использована рамная конструкция, можно ли заменить кузов?

В принципе, такая операция возможна. При этом следует иметь в виду, что подобные работы сопровождаются изменением идентификационных номеров основных агрегатов. В связи с этим могут возникнуть трудности при перерегистрации транспортного средства в органах, осуществляющих надзор за безопасностью дорожного движения.

Итак, несущая система автомобиля является одним из наиболее важных и сложных его узлов. Она не только определяет безопасность машины и ремонтопригодность, но и значительно влияет на комфорт пассажиров и водителя.

Источник: rad-star.ru