Меню

Автомобили с высокой жесткостью кузова

Статьи

Жесткость кузова автомобиля

есткость кузова — это его свойство упруго сопротивляться внешним cтатическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях.

С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля — за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.

Жесткость во многом зависит от типа кузова (седан, хэтчбек и др.), конструкции («геометрии» и способа крепления крыльев, бамперов), размеров машины, количества дверей, величины оконных проемов и даже положения спинок задних сидений. Имеет значение способ крепления лобового и заднего стекол: их вклеивание увеличивает общую жесткость кузова на 20-40%. Улучшают эту характеристику и дополнительные силовые элементы — например, распорки-усилители между задними или передними чашками стоек подвески.

На кузов автомобиля постоянно действуют различные силы, среди них и воздействие дороги и инерция и боковой ветер и т.д. Понятно, что далеко не каждое воздействие он может выдержать достаточно успешно. Для владельцев отечественных автомобилей знакома, например такая ситуация, когда после длительной стоянки на неровной поверхности в ситуации, например постановки автомобиля на домкрат начинает заклинивать двери. Для качественно изготовленного автомобиля, например, важна поэтому такая характеристика, как жесткость на скручивание, в случае если этот показатель недостаточен, то автомобиль достаточно быстро изнашивается и теряет управляемость.

Такая характеристика как жесткость кузова напрямую зависит от его типа. Самыми устойчивыми в этом плане являются купе и хэтчбеки. Их форма позволяет относительно легко противостоять нагрузкам на изгиб при прохождении поворотов. К наименее жестким относятся универсалы и микроавтобусы. При эксплуатации автомобиля с недостаточной жесткостью в первую очередь страдают передняя и задняя подвески, это происходит по причине размягчения металла в местах, где прикрепляются рычаги подвески. Кузов разрушается, начиная со сварочных швов, затем в этих местах появляются очаги коррозии, которые затем начинают расширяться все дальше и дальше.

При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова — на кручение и на изгиб (продольная жесткость кузова и поперечная жесткость кузова). Жесткость на кручение — это сопротивление кузова закручиванию вдоль его продольной оси.

Большинство современных легковых автомобилей имеет неразъемные стальные несущие кузова бескаркасной конструкции, что снижает их массу. Жесткость таких кузовов обеспечивается наличием в них специальных элементов — лонжеронов, продольных и поперечных балок. Для увеличения жесткости кузовов из тонколистовой стали широко применяются сварные коробчатые детали, а также силовые распорки и стойки, которым придают определенную форму и сечение. Наибольшая жесткость у кузовов типа седан, меньшая — у хэтчбеков и удлиненных кузовов универсалов. Дополнительному усилению кузова обычно подвергаются спортивные машины: на них устанавливаются добавочные усилители-распорки, а в салоне — силовой каркас безопасности из тонкостенных стальных труб.

После 4-6 лет эксплуатации автомобиля жесткость кузова заметно уменьшается из-за коррозии металлических элементов — как силовых, так и облицовки. Особенно быстро ржавчина поражает тонколистовые детали, соединенные точечной сваркой. Нарушение жесткости несущих элементов кузова снижает общую его прочность и может сделать дальнейшую эксплуатацию автомобиля опасной. Заезд одним колесом на бордюр, подъем автомобиля на домкрате, диагональное вывешивание на бездорожье, прохождение поворота — во всех этих ситуациях нагрузки на кузов стремятся скрутить его вокруг продольной оси. Если жесткость кузова невелика, то после поддомкрачивания у машины перестают нормально открываться и закрываться двери, на бугристой дороге начинают «дышать» все панели в салоне. Реакции на повороты руля становятся «размазанными» — изгиб кузова и податливость металла в зонах крепления рычагов подвески вносят рассогласование в работу передней и задней подвесок. К тому же постоянное скручивание заставляет кузов стареть интенсивнее. Начинают потихоньку «раскрываться» сварные швы, в образовавшиеся микротрещины пробирается коррозия. Рыба гниет с головы, а кузов — с ослабленных, нагруженных участков.

Измеряется крутильная жесткость кузова в ньютон-метрах на градус (Нм/град.). Чем выше эта величина, тем меньше деформируется кузов от приложенной скручивающей нагрузки. Например, для автомобилей с рамной конструкцией жесткость на скручивание была невелика и редко превышала 4000 Нм/град. Несущие кузова легковых автомобилей 60—90-х годов были уже жестче — нормой считались величины 5000—10000 Нм/град. Но современные высочайшие требования к управляемости и пассивной безопасности заставляют автомобильных инженеров идти на всяческие ухищрения. Кузова автомобилей последнего поколения разрабатывают с помощью компьютерной оптимизации, а в производстве используют особо прочный металл, лазерную сварку и клееные соединения. Поэтому в технических описаниях таких машин, как Volvo, Mercedes-Benz или BMW, с гордостью упоминается о жесткости кузова свыше 20000 Нм/град.!

Читайте также:  Кузов фиат дукато 2000 года

Интересно, как на этом фоне выглядят отечественные автомобили? Жесткость кузовов большинства вазовских машин — это и вся «классика», и все серийные переднеприводные модели — лежит в пределах 6000—8000 Нм/град. То есть гордиться вазовцам особо нечем.

Источник статьи: http://benz-club.org/index.php/stati/660-zhestkost-kuzova-avtomobilya/

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

Модель Жесткость (Нм/гр)
Koenigsegg Agera R 65000
Koenigsegg Agera 58000
ВАЗ-21106 (гоночный) Желтая акула 51800
Bugatti Veyron 50000
Audi A8 D4 45000
Porsche Cayman 981 42000
Mercedes S-Class W222 40500
Rolls-Royce Phantom 40500
Audi R8 40000
Lexus LFA 39130
BMW 7 series F01 37500
BMW F10 37500
VW Phaeton 37000
Bentley Flying Spur mk2 36500
Audi A8 D3 36000
Lamborghini Aventador 35000
Ferrari F50 34600
Porsche 911 Turbo 997 34000
Range Rover mk3 32500
VW Passat B6 32400
BMW Z4 Coupe mk1 32000
Alfa Romeo 159 31400
BMW 7 series E65 31200
Porsche 911 Carrera S 991 30400
Mazda Rx-8 30000
Mercedes E-Class W212 29920
Aston Martin Vanquish 28500
Koenigsegg CC-8 28100
BMW X5 E70 28000
Land Rover Freelander 2 28000
Mercedes S-Class W221 27500
Lancia Kappa Coupe 27350
Ford GT 27100
Aston Martin DB9 Coupe 27000
Mazda CX-5 27000
Pagani Zonda F 27000
Porsche 911 Turbo 996 27000
Pagani Zonda C12 S 26300
Porsche Carrera GT 26000
Audi A8 D2 25000
BMW F30 25000
Porsche Panamera 25000
VW Golf V GTI 25000
Mini 2003 24500
Alfa Romeo 166 24400
Bentley Continental Supersports 24000
BMW E39 24000
BMW E60 24000
Seat Leon 2005 23800
Mazda CX-7 23700
BMW X5 E53 23100
Lamborghini Gallardo 23000
Peugeot 407 22700
Toyota Prius 2001 22700
BMW E90 22500
Audi TT Roadster mk2 22000
Jaguar X-Type Sedan 22000
Saab 43533 Sedan mk2 22000
Ford Mustang 2005 21000
Saab 43533 Sportcombi mk2 21000
Chrysler Crossfire 20140
Lamborghini Murcielago 20000
Volvo S60 mk1 20000
Fiat Punto 3d 19700
Ford Focus 3d mk1 19600
Mercedes SL R231 19400
Audi TT Coupe mk1 19000
Bugatti EB110 19000
ВАЗ-2180 Лада Веста 19000
Alfa Romeo 147 3d 18800
Alfa Romeo 156 18800
Volvo S80 mk1 18600
Opel Combo 1999 18500
Bentley Azure 18000
Maserati Quattroporte 2008 18000
Mercedes SLS Roadster 18000
Pagani Zonda Roadster 18000
Ford Focus 5d mk1 17900
Volkswagen Fox 2007 17900
Alfa Romeo MiTo 17650
BMW E34 17200
Citroen Picasso mk1 17000
Ford GT40 MkI 17000
Mercedes SL R230 16400
Jaguar X-Type Estate 16300
Alfa Romeo 147 5d 16250
Ford Mustang 2003 16000
Jaguar XK mk2 16000
Aston Martin DB9 Convertible 15500
Mazda Rx-7 FD 15000
Ferrari 575M Maranello 14700
BMW Z4 Roadster mk1 14500
Daewoo Nubira 1997 14500
ВАЗ-21109 Консул 14300
Renault Twingo 1995 14200
BMW E46 Wagon 14000
McLaren F1 13500
Porsche 911 Turbo 993 13500
BMW E46 Sedan 13000
Opel Omega 1999 13000
ВАЗ-2191 Лада Гранта седан 13000
Porsche 959 12900
BMW E46 Coupe 12500
ВАЗ-21106 12200
ВАЗ-2123 Шеви-Нива 12000
ВАЗ-2170 Лада Приора 12000
Audi A2 11900
Opel Astra 4d 1998 11900
Opel Astra 5d 1998 11700
ВАЗ-2191 Лада Гранта лифтбек 11700
Porsche 911 Turbo 996 Convertible 11600
Saab 43533 Cabriolet mk2 11500
ВАЗ-1119 Лада Калина хэтчбек 11000
BMW E36 Touring 10900
Fiat Bravo 10600
BMW E46 Convertible 10500
BMW Z8 10500
Daewoo Lanos 3d 1997 10500
Lotus Elise S2/ Exige 2004 10500
Opel Astra 3d 1998 10500
Toyota Corolla 3d 1995 10500
ВАЗ-21108 Премьер 10500
Audi TT Roadster mk1 10000
Renault Sport Spider 10000
ВАЗ-2120 Лада Надежда 10000
ВАЗ-1117 Лада Калина универсал 10000
Ford Mustang Convertible 2005 9500
Chevrolet Corvette C5 9100
Fiat Brava 9100
ВАЗ-21213 Нива 8900
Opel Vectra 4d 1999 8800
Ferrari 360 Spider 8500
ВАЗ-21102 8400
Nissan Sunny 3d 1995 8200
ВАЗ-21083 8200
ВАЗ-2112 8100
Opel Corsa 3d 1999 8000
Peugeot 206 CC 8000
ВАЗ-2110 8000
Lotus Elan 7900
Dodge Viper Coupe mk2 7600
Toyota Starlet 5d 1995 7600
Nissan Prairie 4×4 5d 1995 7500
ВАЗ-2111 7400
ВАЗ-2131 Нива 7400
ВАЗ-2105 7300
ВАЗ-2107 7200
ВАЗ-1111Э Ока 7000
Dodge Durango mk1 6800
ВАЗ-21093 6800
Fiat Tempra 6700
Ford Fiesta 3d 1995 6500
Opel Corsa 3d 1995 6500
ВАЗ-2106 6500
ВАЗ-21043 6300
Lotus Esprit SE Turbo 5850
BMW Z3 mk1 5600
ВАЗ-21099 5500
ВАЗ-2115 5500
Ford Mustang Convertible 2003 4800
ГАЗ-М20 Победа 4600
Ford Maverick 5d 1995 4400
Nissan Micra 1995 4000
МЗМА-400 Москвич 2500

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 статьи: http://auto-self.ru/karkasy-bezopasnosti-i-zhestkost-kuzova/

Adblock
detector