Что такое и из чего состоит кузов легкового автомобиля

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:

• стойкость к коррозии и долговечность;
• сравнительно небольшая масса;
• необходимая жесткость;
• оптимальная форма, чтобы обеспечить ремонт и обслуживание всех агрегатов автомобиля, удобство погрузки багажа;
• обеспечение необходимого уровня комфорта для пассажиров и водителя;
• обеспечение определенного уровня пассивной безопасности при столкновении;
• соответствие современным стандартам и тенденциям в дизайне.

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;
• двухобъемный;
• трехобъемный.

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:

. Представляют собой прямоугольные балки, которые обеспечивают жесткость конструкции и гашение колебаний.
1. Передний щит. Отделяет моторный отсек от пассажирского.
2. Передние стойки. Также обеспечивают жесткость и крепят крышу.
3. Крыша.
4. Задняя стойка.
5. Заднее крыло.
6. Багажная панель.
7. Средняя стойка. Обеспечивает жесткость кузова, изготавливается из прочной листовой стали.
8. Пороги.
9. Центральный тоннель, где располагаются различные элементы (выхлопная труба, карданный вал и т.д.). Также увеличивает жесткость.
10. Основание или днище.
11. Надколесная ниша.

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.

Сейчас активно применяется материал пеноалюминий. Это очень легкий и одновременно жесткий материал, который хорошо поглощает удар при столкновении. Пенистая структура обеспечивает высокую термостойкость и шумоизоляцию. Минусом данного материала является его высокая стоимость, примерно на 20% дороже традиционных аналогов. Широко применяют алюминиевые сплавы концерны «Ауди» и «Мерседес». Например, за счет таких сплавов удалось значительно снизить массу кузова Ауди А8. Она составляет всего 810 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.

Жесткость кузова на кручение таблица иномарок и отечественных авто

Жесткость кузова на кручение или жК/к – это величина, которая характеризует прочностные особенности автомобильного остова, его долговечность и безопасность. Данная величина оказывает сильное влияние на управляемость автомашины. Именно поэтому известные мировые суперкары, оснащенные углепластиковыми и мягкими легкими кузовными панелями, отличаются высочайшими значениями этого самого параметра. Рассмотрим показатели жК/к известных отечественных моделей, сравним их с показателями иномарок.

Показатели модели Лады Калины

Автомобильный остов Калины спроектирован с учетом важнейших канонов по ПБ. Примерно двенадцать процентов кузовных элементов на этом отечественном автомобиле изготовлены из высокопрочной стали. Больше половины железа покрыто цинком. Для сравнения, к примеру, на популярной «десятке» оцинкованию подвергалось лишь 33 процента железа.

Что касается жК/к, то у Калины показатель выше на целых двадцать процентов, чем у той же «десятки». ПБ седана Лады Калины даже без использования подушек имеет 3 звезды из 5 по системе краш-тест Евро.

Несмотря на большое количество критики в адрес Калины, дизайнеры и инженеры отечественного автозавода регулярно проводят улучшения. В частности, если подробнее рассмотреть Калину второго поколения, то можно будет увидеть важные моменты.

Например, чего только стоит удавшийся экстерьер – более солидный, агрессивный и, безусловно, привлекательный. Всего этого удалось добиться простыми приемами: немного приподняли капот, добавили побольше накладок из хрома и улучшили внешний вид оптики.

Теперь, что касается непосредственно управления. На прежней Калине стоило повернуть руль вправо и влево, как автомобиль начинал переваливаться, хотя и сохранял прямолинейность движения. Неизвестно, рискнул ли кто-нибудь проводить эксперименты с рулем на плохих дорогах, ведь это грозило чуть ли не «перевертышем».

Новая Калина такого повода точно не даст, так как помимо повышения значения жК/к, была проведена четкая настройка рулевого управления. В результате стало проще объезжать дорожные неровности, кочки и ямы.

Интересно. Острым рулевое управление помогли сделать следующие настройки. Была применена освоенная на иномарках технология «короткой» рейки, а вместо четырех оборотов руля оставили всего три. И еще одно изменение касалось более жесткого крепежа.

Примечателен еще один факт. Раньше фиксация рулевой осуществлялась посредством резиновых втулок. Технология проверенная, но явно устаревшая. И вот на АвтоВаз решили испробовать, правда, только на левой опоре рейки более жесткий способ крепежа. Это сразу же принесло свои плоды, жесткость рулевой системы увеличилась на целых 25 процентов!

Инженеры АвтоВаз хорошо постарались, добавив также новый буфер сжатия задней подвески. Деталь обладает передовыми характеристиками, уменьшающими в несколько раз крены. Вкупе с увеличившимися показателями жК/к, это дает мощнейший эффект, и все больше Калина стала напоминать Гранту с ее уверенной «рулежкой» и бесперебойной работой подвески.

Лада Приора

Следующая отечественная модель, производящаяся на Волжском автозаводе, это Лада Приора. Сегодня она выпускается в 4-х кузовных вариациях. В линейке моделей присутствует также Приора Купе – не завоевавшая, правда, еще какой-либо популярности у россиян.

Важным параметром кузова Приоры, опять же, выступает величина жК/к. Примечательно, что для Приоры показатель этот равен 12 000 Нм/град в версии седан. У остальных вариаций, кроме купе, он на ряд ниже.

Несмотря на это, существуют общие показатели для всех 3-х моделей, подразумевающих размеры кузова. Так, одинаковая у всех типов кузова (кроме купе) колесная база, дорожный просвет и ширина. Что касается длины, то напомним, что седановские показатели равны 4350 мм, хэтчбековские – 4210 мм, а универсаловские – 4340 мм. Разная у кузовов и высота: седан – 1420 мм, хэтчбек – 1435 мм, а универсал – 1508 мм.

Изначально слабыми зонами кузовов Приоры считались крыша, капот и багажник. Именно по той причине эксперты настаивают на обязательной обработке самим владельцем автомашины всех внутренних поверхностей проблемных зон антикором.

Защита кузова Приоры от коррозии дается на 6 лет. Практически этот срок определяют: цинковое покрытие порогов, днища и арок, а также использование низколегированной стали.

И действительно, практический опыт доказал, что кузов Приоры невероятно устойчив к воздействию коррозии. Если и начинаются проблемы, то в группу риска попадают в первую очередь бамперы, затем образуются пузыри на ЛКП в зимнее время года, краска облущивается.

12-тысячный показатель Нм/град на седане Приоры – это не большая величина. Даже у ВАЗ-21106, не говоря уже об иномарках, данный показатель выше. Таким образом, владельцам Приоры, предпочитающим активную езду, хорошо бы усилить автомобильный остов. В частности, усиление должно подразумевать инсталляцию распорок стоек и модернизацию СПУ на оси сзади.

Лада Гранта

Лифтбек Гранта – это 3-объемный кузов, подразумевающий удачное сочетание багажной крышки с задним стеклом. Примечательно, что в эпоху СССР лифтбеки как таковые не существовали. Была такая модель – ИЖ-2125 Комби, но она лишь воплощала некоторые лифтбековские идеи. На самом же деле и слова такого в КАС узаконено не было, хотя там встречались такие понятия, как фастбек, фаэтон и даже брегам.

Тем самым, Лада Гранта Лифтбек восстанавливает историческую справедливость, ведь помимо нового названия, автомобиль производился как раз на ИАЗ, ныне именуемом как ОАГ.

Примечание. Ижевский автозавод сегодня представляет больше филиал тольяттинского предприятия, не занимающего собственными разработками.

Лифтбек – это не просто слово. Так, данный тип кузова выглядит в плане показателей жК/к на зависть хорошо. Этот показатель стал в два раза выше, чем у хэтчбеков, хотя и меньше, чем у седанов ввиду конструктивных особенностей.

В частности, разница в конструктивных особенностях между лифтбеком и седаном заключена в первую очередь в «задней поперечине». У лифтбека этой детали нет вообще, не предусмотрена она, а у седанов – проходит за спинкой заднего дивана.

Примечание. В принципе поперечину на лифтбек можно было бы поставить, но в этом случае исчезло бы все удобство, связанное с погрузкой в багажник. Автомобиль бы наполовину потерял свою практичность, что неприемлемо ни при каких условиях, даже в угоду показателям жК/к.

Пытаясь хоть как-то возместить потерю в жК/к, инженеры пошли на следующее. Они добавили усилители в некоторых местах, таким образом, значительно увеличив показатель, и лишь немного не дотянув до седановского результата.

К тому же, из-за внедрения усилителей лифтбек стал тяжелее на 15 кг, а это уже, в свою очередь, сказалось отрицательно на показателе кручения.

Таблица жесткости кузова автомобилей

Безусловно, жесткость кузова на кручение – это один из важнейших показателей современного автомобиля. Будем надеяться, что со временем наши инженеры придумают более эффективные схемы и доработают конструкцию так, что и отечественные автомобили занимали верхние строчки в рейтинге лучших автокаров в мире по данному показателю.

Каркасы безопасности и жесткость кузова

Каждый спортсмен, занимающийся автоспортом (в свое удовольствие или профессионально), обязан повысить безопасность автомобиля. Ни одна салонная машина не рассчитана на нагрузки, с которыми кузов сталкивается на гонках. Чтобы на высоких скоростях, при столкновении водитель не получил серьезные травмы, в салон устанавливают каркас безопасности (safety cage).

Из материала вы узнаете об особенностях этой конструкции, разновидностях и их отличиях. Ознакомитесь с технической документацией, и прочей полезной информацией по теме.

Что такое каркас безопасности

Каркас безопасности представляет собой конструкцию, состоящую из стальных труб. Монтируется внутри транспортного средства, после чего прикручивается или приваривается к кузову в ключевых точках. Основная задача каркаса – придание дополнительной жесткости.

Пространственный каркас безопасности предотвращает серьезную деформацию кузова при перевороте или столкновении транспортного средства с другими объектами. Необходимость монтажа конструкции продиктована международным регламентом спортивной ассоциации FIA, а также рядом других контролирующих органов.

Жесткость кузова

Жесткость кузова современных автомобилей являет собой важный параметр, от которого зависит его безопасность. Чем меньше жесткость кузова, тем быстрее в нагруженных местах начнут появляться трещины, усталость металла.

С другой стороны, при попадании в дорожно-транспортное происшествие, кузов с небольшим запасом жесткости деформируется сильнее. Это увеличивает вероятность смертельного исхода при одинаковой скорости по сравнению с машиной, у которой этот показатель на порядок выше.

Кроме того, этот параметр характеризует общую прочность транспортного средства, степень пассивной безопасности и долговечности. Кузов является несущей конструкцией всего автомобиля, навесных элементов, пассажиров и перевозимых грузов.

Если жесткость на кручение недостаточная, при проезде по неровностям машина начинает «играть». Это приведет к неправильной работе подвески, непрогнозируемому ее поведению на высокой скорости. Кручение нужно снизить настолько, насколько это вообще возможно.

Главный параметр, опираясь на который, специалисты проводят тестирование – жесткость кузова на кручение вдоль продольной оси. Задача определить, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы вызвать деформацию на 1 градус. Измеряется жесткость в Нм/градус.

Наиболее жесткими считаются автомобили с однообъемной компоновкой кузова, когда силуэт напоминает форму куба, например минивэны. Куда меньшее сопротивление имеют двух и трехобъемные кузова. Большое количество дверей также снижает показатель. Самая низкая жесткость у автомобилей с открытым верхом.

Таблица значений жесткости кузова

В быту автовладелец также может столкнуться с проблемой жесткости. Например, при поддомкрачивании автомобиля, или заезде одним колесом на препятствие. Из-за кручения навесные элементы кузова (двери, капот) начинают плохо открываться. Причина как раз в недостаточной жесткости кузова.

Способы увеличения жесткости

Увеличение показателей жесткости кузова достигается не только путем приваривания или прикручивания каркаса, существуют и менее радикальные способы.

Навесные усилители жесткости

При выпуске нового автомобиля, рассчитывается в том числе и жесткость его кузова. Производитель закладывает необходимый запас жесткости, но если транспортное средство не предназначено для автогонок, то ожидать от него чудес не стоит.

Самый простой и доступный способ – установка усилителей жесткости, в народе распорок или «УЖей». Делятся на три типа:

• Верхний УЖ. Является связующим звеном между стаканами, делая их положение фиксированным. Распорка распределяет нагрузку между стойками, создавая единый механизм.
• Нижний УЖ. В процессе прохождения неровных участков дороги не позволяет лонжеронам расползаться. Вместе нижняя и верхняя распорки значительно повышают жесткость, создавая раму.
• Задний УЖ. Увеличивает жесткость задних стаканов, распределяя между ними нагрузку.

Кроме этого существует масса дополнительных усилителей для конкретных марок и моделей автомобилей: подрамные, распорки вдоль порогов, на крылья (косынки), каркас под бампер — башбар (bash bar).

Установка распорок не относится к способу подготовки автомобиля к участию в автогонках, разве что на любительском уровне.

Усиление кузова

Это уже более продвинутый способ увеличения жесткости, весьма трудоемкий и затратный в финансовом плане.

При интегрированном усилении, места точечной сварки обвариваются дополнительно. Точки крепления агрегатов и особо нагруженные места кузова, усиливаются дополнительными слоями металла. Особое внимание уделяется зонам деформации, предусмотренным производителем. На эти места ввариваются косынки и перемычки.

Однако, для подготовки к участию в профессиональных спортивных дисциплинах, потребуется установка каркаса.

Виды каркасов

С конструктивной точки зрения, каркас безопасности бывает двух видов – болтовой и вварной. Рассмотрим каждую разновидность поподробнее.

Болтовой каркас безопасности

Также называется сборно-разборным. Крепится к боковым стойкам, порогам и полу при помощи болтов. В любой момент конструкцию можно полностью разобрать. Как правило, болтовый каркас пользуется популярностью среди начинающих автогонщиков, а также владельцев, использующих транспортное средство в комбинированном режиме – для повседневной езды и участия в соревнованиях.

Устанавливая такой каркас нужно выбирать качественный крепеж. Если болты будут плохими, при аварии конструкция может отстегнуться и повредить водителя.

Вварной каркас безопасности

Чтобы при помощи каркаса безопасности получить жесткость кузова, регламентированную правилами автомобильных ассоциаций, нужно внимательно изучить ряд приложений.

Приложение J

Являет собой официальный документ, выпущенный международной автомобильной федерацией FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). https://www.fia.com/

Правила повышения безопасности кузова каркасным методом прописаны в статье 253. Там указаны технические параметры каждого элемента конструкции, используемого в «клетке». Читать перевод статьи в формате PDF.

Источник http://www.raf.su/kst/category/74-prilozheniya-j (там же переводы других статей данного приложения).

Приложение 14

Разработано Российской автомобильной федерацией. Являет собой регламент, устанавливающий использования автомобильных каркасов безопасности. Актуален для тех, кто планирует соревноваться в отечественных чемпионатах. Ознакомиться с приложением.

Каркас безопасности своими руками

Как показывает практика, самой удобной платформой для постройки спорткара является отечественный кузов ВАЗ. Разработать и воплотить в реальность конструкцию каркаса можно и самостоятельно.

При изготовлении «клетки», в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8734-58, используется стальная труба двух сортаментов – 45х2,5 и 40х2,0 см. Сталь должна быть нелегированной, с содержанием углерода не более 0,3%. Это нужно для того, чтобы каркас был достаточно гибким и не лопался при деформации.

Также придется обзавестись трубогибом, чтобы придавать рабочему материалу оптимальную форму под нужным углом, поскольку нагрев категорически запрещен. При изгибе труба все равно будет плющиться, и разница между меньшим и большим диаметром не должна превышать 10%.

Чтобы точно отрезать и подогнать трубу, можно воспользоваться сервисом http://metalgeek.com/static/cope_big.pcgi После того как программа сделает развертку, нужно распечатать ее на принтере и перенеси на трубу.

Каркас лучше всего делать как можно ближе к кузову. Это позволит сохранить больше пространства для водителя и максимально повысить жесткость.

Варить лучше на аргоном или полуавтоматом. Основные точки сварки – стойки крыши, пороги. Используются как продольные элементы с левой и правой стороны кузова, так и косынки с накладками для повышения жесткости центральных стоек при боковом столкновении.

Косынки в омологированной конструкции обязательно должны иметь отверстия для инспекции сварного шва.

Обратите внимание на схему создания системы безопасности автомобиля ВАЗ, начиная с «копейки» и заканчивая «семеркой».

Если вы планируете принимать участие в соревнованиях на профессиональном уровне, забудьте о самостоятельном изготовлении. Придется покупать омологированный каркас. Это конструкция, прошедшая официальные испытания, качество которой гарантирует производитель. Она обязательно должна быть сварной и отвечать всем требованиям, предъявляемым официальными организациями.

Источник https://techautoport.ru/nesuschaya-sistema/kuzov-i-rama/kuzov-avtomobilya.html

Источник https://kuzovspec.ru/razmery/zhestkost-kuzova-na-kruchenie-tablica/

Источник https://auto-self.ru/karkasy-bezopasnosti-i-zhestkost-kuzova/