Кузов автомобиля является самой дорогостоящей деталью автомобиля. Кузов автомобиля может быть как несущей системой, так и отдельным ее элементом. Кузов современного легкового автомобиля состоит из моторного отсека, пассажирского салона и багажника.
К узов выполняет функцию несущего элемента современного легкового автомобиля. В кузове размещен салон автомобиля и на кузов устанавливается ходовая часть, трансмиссия, двигатель, механизмы управления, электро- и дополнительное оборудование. На кузов также замыкается «минус» электрической цепи. В основном кузов автомобиля изготавливается из металла, но бывают и исключения, когда используется специальная крепкая пластмасса.
Металлическая часть кузова состоит из следующих кузовных деталей:
Для размещения водителя и пассажиров в салоне автомобиля устанавливаются сиденья. Устанавливаются сиденья автомобиля на специальные салазки, которые позволяют регулировать сиденье в продольном направлении. Также можно регулировать наклон сиденья, что обеспечивается специальными ручками по бокам сидений. Регулировка наклона сиденья может осуществляться вплоть до установки спального места.
С недавнего времени очень популярными стали автомобили с формами кузова «хэтчбэк» и «универсал». Такая популярность объясняется возможностью трансформировать автомобиль как под грузовой, так и под пассажирский вариант.
Салон
В салоне размещаются органы управления автомобилем, а также устройства и приспособления, которые обеспечивают комфорт, удобство и безопасность во время движения автомобиля.
Внешняя часть кузова окрашивается заводом изготовителем автомобиля. Для покраски автомобиля необходимо придерживаться технологии покраски кузова автомобиля.
Технология покраски кузовасовременного легкового автомобиля это сложный и трудоемкий процесс, который состоит из нескольких основных этапов: подготовка кузова к покраске, грунтовка кузова, сушка кузова, нанесение основного слоя краски. Соблюдение правильной технологии покраски кузова гарантирует высокую антикоррозийную стойкость кузова, учитывая неблагоприятные условия эксплуатации автомобиля.
К устройству кузовов легковых автомобилей предъявляются не только эстетические требования, но и аэродинамические, так как при движении легкового автомобиля с большой скоростью значительная часть мощности его двигателя расходуется на преодоление сопротивления воздуха. Чтобы уменьшить сопротивление, кузову необходимо придать обтекаемую форму.
Какие бывают типы кузовов автобусов?
Устройство кузова автомобиля:
По конструкции кузова легковых автомобилей могут быть трехобъемными, двухобъемными и однообъемными.
У трехобъемного кузова имеется три отсека: для двигателя, пассажиров и багажа.
Виды кузова
В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства кузовов легковых автомобилей следующих типов:
• трехобъемный кузов с двумя или четырьмя боковыми дверями седан; • трехобъемный кузов с двумя или четырьмя боковыми дверями и с перегородкой сзади переднего сиденья, отделяющей водителя от пассажиров — лимузин; • кузов с мягким складывающимся тентом и съемными боковыми окнами — фаэтон; • двухобъемный кузов с задней дверью с грузовым помещением, не отделенным перегородкой от пассажирского салона — универсал; • двухобъемный кузов с двумя или четырьмя боковыми дверями, имеющий заднюю дверь — комби (хетчбек); • кузов грузопассажирского автомобиля с открытой платформой, убирающимися боковыми сиденьями и с двухместной закрытой кабиной — пикап.
Каркасные несущие кузова легковых автомобилей имеют специальный каркас, к которому прикреплены детали основания из тонкостенных про филей, образующих жесткую сварную пространственную форму, на которой крепятся облицовочные панели. В бескаркасных кузовах, применяемых на современных легковых автомобилях массового производства, достаточную жесткость достигают соответствующим соединением панелей облицовки, в которые заформовывают стальную арматуру из тонкостенных профилей. Комфортабельные легковые автомобили с двигателями большой мощности обычно имеют рамную конструкцию. Хорошему обзору дороги в непосредственной близости от автомобиля способствует низко опущенный капот двигателя. Для защиты пассажиров и водителя от пыли, влаги, низких и высоких температур кузов должен быть герметичным. С этой целью применяют специальную изоляцию.
Элементы устройства кузова автомобиля ГАЗ-3102 «Волга»:
Устройство корпус кузова легкового автомобиля представляет собой пространственную систему, состоящую из штампованных панелей и элементов каркаса коробчатого сечения, соединенных между собой точечной сваркой. Панели с поперечинами образуют основание (пол), ограниченное с боков порогами (продольными брусьями). Боковины кузова, образующие части порогов и стоек, переходят в задние крылья. Сверху кузов ограничивается панелью крыши. Коробчатые стержни, ограничивающие с боков переднее (ветровое) окно, называются стойками ветрового окна, вертикальные коробчатые стержни между передними и задними дверями — центральными стойками. Все детали кузова изготовляются штамповкой из малоуглеродистой, тонколистовой стали (толщиной 0,7—0,9 мм), сильно нагруженные детали — из листа толщиной 1,2 мм. Некоторые детали, особенно подверженные коррозии, изготовляются из листа, имеющего покрытие на основе цинка.
Оперение передней части кузова автомобиля ГАЗ-3102 «Волга»:
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.
Несущий кузов автомобиля в массовом производстве – благо или неверное развитие отрасли?
Отрасль автомобилестроения стремительно развивается. Но не все нововведения воспринимаются на ура. Так массовое производство автомобилей с несущим кузовом вместо стандартного рамного у многих вызывает негативные возражения. Уместны ли они? Разберемся в характеристиках, структурных особенностях, плюсах и минусах и сможем сделать объективный вывод.
Несущий кузов – что это? Принципиальные отличия
Традиционной считается рамная конструкция кузова. Но постепенно ей на смену пришла инновационная разработка – несущий кузов. В нём объединены в одно целое рама и сам кузов. Несущий поскольку несет в себе всю тяжесть «начинки».
В местах, наиболее уязвимых установлены усиления, как и в нижней части (там, где в традиционной версии находится рама) стоят поперечные и продольные силовые элементы. Единый кузов «собран» из спрессованных листов разной формы, соединенных методом «контактная сварка». Такую конструкцию годами использовали в авиастроении.
Несущий кузов легче и прочнее. Нагрузка распределена по всей конструкции (а не только на нижнюю часть, как в рамной конструкции). С появлением новой технологии создания кузова автомобиля, появилось и больше возможностей для дизайнеров, для создания уникальных экстерьеров. Однако традиционная форма не «канула в лету»: грузовики, тяжелые внедорожники и некоторые легковые автомобили до сих пор производят на раме.
История: из авиации в автомобилестроение
Первым, кто запатентовал, удачный прототип несущего кузова, оказался инженер Джозеф Ледвинка. И в этом ему помогла производственная мощь компании Budd (снабдила прессом для листовой стали).
Первый автомобиль с несущим кузовом выпустил холдинг Citroen. Все современные автомобили (с такой же конструкцией) похожи на него. Автомобиль Traction Avant 1934 года выпуска имел все необходимые силовые элементы, был сварен методом «контактная сварка».
Широкое распространение автомобили с несущим кузовом получили в 60-70-е годы.
Типы несущих кузовов
В безрамной конструкции нагрузка распределяется по всему кузову. И тем не менее, выделяют типы, в которых несущим является основание и типы, в которых несущим является корпус.
Несущие основание
В основном нагрузки ложатся на днище. Поэтому его изготавливают плоским и используют высокопрочный металл.
Несущий корпус
Нагрузка ложится на каркас. Кузовные панели при этом оказываются менее нагруженными. Усиление используется лишь в некоторых местах.
Устройство несущего кузова
В каждой из частей кузова – передней, центральной и задней – несколько составных элементов.
Конструкция передней части
Передняя часть кузова состоит из следующих элементов:
Подрамник
В некоторых авто также есть подрамники. Они либо заменяют лонжероны, либо усиливают эти конструктивные элементы. Подрамник монтируют на подвеску, чтобы меньше шума и вибраций доходило до салона. Также он может служить опорой для двигателя и дополнительным силовым элементом, увеличивающим жесткость всего кузова.
Проще говоря это часть рамы, которая позволяет повысить шумоизоляцию.
Производители современных автомобилей искали способ снизить уровень шума, который свойственен машинам с несущим кузовом. И нашли – применение в конструкции фрагмента рамы (подрамника) помогло снизить вибрации, уровень шума от колес, мотора. Кроме того его применение значительно упростило сборку автомобиля. А если требуется подрамник может послужить и опорой для тяжелого мотора (в легких авто такой двигатель можно установить, только обеспечив надежную опору снизу, иначе кузов деформируется).
Подрамники устанавливают на:
Подрамники различаются формой (прямоугольные, крестовидные) и конструкцией (тройная, двойная и из одного элемента). Наиболее распространенной разновидностью является конструкция из двух подрамников (переднего и заднего). Монтируются на переднюю и заднюю подвеску, чтобы поглощать шумы и вибрацию.
Но прежде чем выберите автомобиль с несущим кузовом и подрамниками, стоит учесть минусы такой конструкции. А они есть:
Центральная часть
Центральную часть можно разделить на следующие составные элементы:
Одной из самых больших панелей является панель крыши, но при этом являет собой наиболее простую конструкцию. Переходит в заднее крыло (приварена). Шов ровный, создан специальным способом ( приварен при помощи кремнистой бронзы либо латуни ). Этот способ также позволяет создать единое полотно, устойчивое к нагрузкам, вибрациям и к коррозии. Полотно усилено с внутренней стороны.
Задняя часть кузова
Также, как и в передней части здесь присутствуют лонжероны, крылья, задние кузовные чашки. Лонжероны удерживают пол багажного отсека. Пол создают из тонкого листа, усиленного за счет штампования. В этом листе создают нишу под запасное колесо. Пол приварен к задним крыльям, а крылья – к кузову.
Пенный наполнитель в полостях
Для уменьшения вибраций и уровня шума в некоторые детали несущего кузова заносят специальный пенополиуретановый наполнитель (по составу существенно отличается от строительной пены). Заносят внутрь конструкций, но только в тех местах, где не планируется сварка. Он не плавится, не является горючим веществом, и все же варить части кузова рядом с ним нежелательно (можно резать «болгаркой»).
Каждый производитель размещает пену по кузову на свое усмотрение. Но, как правило, она присутствует в углах, изгибах (вдоль стоек), под центральной стойкой и возле колесных арок.
Типы сталей в конструкции
Силовые элементы создают из высокопрочной и сверхпрочной стали (предел прочности в 2-4 раза выше, чем у обычного стального листа). Остальные детали делают из низкоуглеродистой стали. Увеличивают её прочность штампованием.
Как правило, элемент, образующий ниспадающую линию крыши, а также пороги и с внутренней стороны и с внешней созданы из высокопрочной стали. Центральные стойки усилены только снаружи (внутри применен прочный материал). Из прочной стали создают задние стойки (с внешней стороны), а также верхнюю часть передних крыльев (над арками). Полностью из прочной стали создают продольные и поперечные усиленные элементы в нижней части автомобиля (в основании).
Типы сталей используемые при производстве Volvo XC40
Усиленные элементы производители могут создавать из комбинации типов стали. Выше описана лишь примерная схема расположения типов сталей в конструкции несущего кузова.
Все элементы из стали разного уровня прочности сваривают лазером (точечная сварка контактного типа).
Зона запланированного сжатия
В автомобилях с несущим кузовом созданы так называемые зоны запланированного сжатия. Прочность кузова в этих зонах намерено ослаблена, чтобы при ударе автомобиль сжимался в нужных местах. Это позволяет получить предсказуемые повреждения, снизить вред, погасить силу удара. Эти зоны необходимы для увеличения безопасности пассажиров и водителя.
Зоны запланированного сжатия предусмотрены на лонжеронах, на капоте.
Сам несущий кузов спроектирован так, чтобы он легко сжимался спереди и сзади, а в центральной части оставался цельным (где в креслах находятся люди).
Преимущества и недостатки
Несущий кузов – современное конструктивное решение. Но и у него есть как плюсы, так и минусы.
Минусы:
Плюсы
После внушительного списка минусов, стоит вспомнить обо всех уже названых плюсах:
Вывод
На автомобильном рынке сейчас гораздо больше моделей с несущим кузовом. Эта конструкция популярнее рамной, несмотря на очевидные недостатки. Главная причина, по которой безрамная конструкция пользуется популярностью – повышенная пассивная безопасность (сверхпрочная сталь, зоны запланированного сжатия).
Но даже если отбросить главную причину, во многих ситуациях несущий кузов действительно оказывается уместным решением. Подходит для массового производства, создания классических легковых автомобилей. Для быстрой, комфортной езды по городским дорогам. Не подходит для любителей бездорожья, для любителей премиум-класса (премиальные легковые авто создают на раме).
В этой статье поговорим о несущем кузове автомобиля, о истории появления, его характеристиках и устройстве.
Несущий кузов пришёл на смену рамной конструкции автомобиля. Грубо говоря, он объединяет раму и кузов в одно целое и имеет дополнительные усиления в необходимых местах. Раму замещают продольные (лонжероны) и поперечные силовые элементы.
Некоторые автомобили, такие как грузовики и некоторые внедорожники, по-прежнему имеют рамную конструкцию.
Несущий кузов имеет похожий принцип и дизайн, который годами использовался в авиастроении ещё до появления его в автомобилях.
История появления несущей конструкции кузова
Первая попытка создания несущего кузова была предпринята в 1922 году. Был создан автомобиль Lancia Lambda. Он был без крыши и по конструкции больше напоминал раму с встроенными боковыми элементами. Ключевую роль в развитии несущего кузова съиграла американская компания Budd Company, которая снабдила оборудованием для прессовки листовой стали автопроизводителей Dodge, Ford, Buick и Citroën. В 1930-ом году инженер из Австрии Joseph Ledwinka совместно с компанией Budd создал прототип несущего кузова, который сразу запатентовал.
Несущий кузов автомобиля Citroen Traction Avant
Компания Citroen выпустила первый автомобиль с несущим кузовом Citroen Traction Avant. Этот автомобиль имел полноценный несущий кузов со всеми силовыми элементами, которые применяются на современных автомобилях. Как и при изготовлении современных несущих кузовов, для соединения элементов кузова была применена контактная сварка. Массовая продукция его была начата в 1934 году. В дальнейшем, такая конструкция кузова постепенно стала замещать традиционную рамную конструкцию.
Характеристики несущего кузова
Конструкция кузова сделана из комбинации прессованных листовых панелей разных форм, соединённых в единую конструкцию при помощи точечной контактной сварки. Кузов получается относительно лёгким и очень прочным.
Такой тип конструкции часто сравнивают со скорлупой яйца. Если пытаться раздавить яйцо, прилагая усилие продольно, с противоположных концов, то это будет сделать не просто. Так получается из-за того, что вся сила не концентрируется в одном месте, а рассеивается по всей скорлупе. Подобным образом функционирует несущий кузов. В рамных автомобилях, которые были до появления несущих кузовов, рама принимала на себя все нагрузки, а кузов обеспечивал только функциональные нужды. В несущем же кузове силовые элементы являются частью кузова, который, в свою очередь, состоит из множества панелей, приваренных друг к другу и образующих единую конструкцию. Даже вклеенные стёкла автомобиля (лобовое и заднее) влияют на общую жёсткость. Таким образом, нагрузка распределяется по всему кузову.
Благодаря отсутствию рамы, автопроизводители получили возможность делать автомобили более компактным и лёгкими, а также появилась большая свобода в дизайне.
Недостатками несущего кузова можно считать шум и вибрацию, которая больше передаётся на кузов, чем на рамном автомобиле. В современных автомобилях эта проблема решается благодаря применению шумо-вибро изолирующих материалов.
В несущих кузовах используется достаточно тонкий листовой металл, прочность которого увеличена благодаря штампованию. Силовые элементы сделаны из высокопрочной стали. В таких типах кузовов ржавчина может влиять на структурную жёсткость кузова и на безопасность. Поэтому антикоррозионная защита, в особенности структурных элементов, очень важна.
Несущий кузов даёт преимущество более низкого центра тяжести автомобиля, увеличивается экономия и рейтинг безопасности. Благодаря более низкому центру тяжести улучшается устойчивость и управляемость и уменьшается вероятность переворота автомобиля.
Неоднократно проводились краш-тесты с автомобилями, имеющими рамную конструкцию и автомобилями с несущим кузовом. Автомобили с несущим кузовом показывают лучшую безопасность при фронтальном столкновении и при перевороте, но немного худшую безопасность при боковых столкновениях.
Рассмотрим конструкцию несущего кузова, разделив её на три части: переднюю, центральную и заднюю.
Конструкция передней части кузова
Центральная часть несущего кузова
Задняя часть кузова
Зоны запланированного сжатия (смятия)
Это зоны кузова, прочность которых специально ослаблена при изготовлении автомобиля. Это сделано, чтобы, сжимаясь в этих местах, элементы кузова гасили энергию удара. Зоны запланированного смятия обеспечивают определённый контроль второстепенных повреждений и увеличивают безопасность водителя и пассажиров. Элементы кузова с такими ослабленными зонами сминаются более предсказуемо, чем без них. Передние и задние лонжероны имеют зоны запланированного сжатия, в которых они сгинаются при аварии, гася энергию удара. Капот, также, имеет такие зоны.
Несущий кузов так спроектирован, что передняя и задняя часть сминается относительно легко, в то время как средняя часть, где находится водитель с пассажирами, остаётся целым.
Типы стали в конструкции несущего кузова
Сталь по-прежнему самый часто используемый материал при изготовлении различных видов транспорта. При изготовлении силовых элементов несущего кузова применяется высокопрочная сталь, высокопрочная низколегированная сталь и сверхпрочная сталь. Предел прочности такой стали в 2–4 раза больше обычной, низкоуглеродистой стали. Штампование ещё больше усиливает прочность панелей. Применение высокопрочной стали, позволило автопроизводителям уменьшить толщину листового металла при изготовлении структурных элементов без ухудшения прочности кузова.
На некоторых современных автомобилях структурные элементы кузова могут быть сделаны, из комбинации разных типов стали. Лазером сваривается сталь разной толщины и прочности. Получается одна цельная панель.
Пенный наполнитель внутри закрытых конструкций несущего кузова
Расположение пенного наполнителя внутри закрытых конструкций кузова может варьироваться у разных автомобилей. Пена может располагаться в порогах, стойках кузова, лонжеронах. Пенный наполнитель используется для уменьшения шума, вибрации и увеличения прочности кузова.
Нежелательно сваривать панели рядом с местом, где расположен пенный наполнитель. Если есть такая необходимость, то наполнитель нужно сначала удалить, а потом восстановить по завершению ремонта.
Пенный наполнитель не плавится и не горит, если резать «болгаркой» часть кузова рядом с ним.
Для замены специального пенного наполнителя не рекомендуется использовать строительную пену.
Ремонт несущего кузова
Автомобиль с несущим кузовом, в отличие от рамной конструкции, требует другой подход к ремонту.
Так как кузов представляет собой взаимосвязанную конструкцию, то, часто, дополнительно к основному, он получает второстепенные повреждения. Это нужно всегда учитывать при осмотре перед ремонтом.
