Устройство автомобилей
Кузова автомобилей
Назначение и типы автомобильных кузовов
Автомобильный кузов предназначен для размещения водителя, пассажиров и груза и их защиты. Кузова грузовых автомобилей предназначены для размещения грузов, при этом водитель и пассажиры (или один пассажир) размещаются, как правило, в отдельной кабине.
Кузова легковых автомобилей и автобусов предназначены для перевозки пассажиров, а также некоторого количества ручной клади или мелкого груза. Грузопассажирские автомобили могут перевозить и груз, и пассажиров. Кузова специальных автомобилей предназначены для размещения различного оборудования (технического, медицинского и т. п.).
Требования, предъявляемые к автомобильным кузовам
К автомобильным кузовам, в зависимости от назначения автомобиля, предъявляются разнообразные требования. Безусловно, любой кузов должен обладать достаточной жесткостью и прочностью, а также стойкостью к воздействию окружающей среды и коррозии.
Кузова, предназначенные для перевозки грузов, должны выдерживать требуемую нагрузку при любых дорожных условиях. В случае, если перевозимый груз требует защиты от внешних воздействий, применяются тентовые укрытия и кузова-фургоны. Для перевозки жидких и газообразных грузов используются специальные кузова, которые должны отвечать требованиям необходимой герметичности, термостойкости и прочности.
Кузова легковых автомобилей, наряду с требованиями прочности и стойкости к неблагоприятной среде, должны соответствовать основному назначению. Предназначенные для перевозки пассажиров легковые кузова должны обеспечивать их максимальную безопасность в случае аварии или ДТП, комфортность поездки. Для обеспечения комфорта водителя и пассажиров в кузовах легковых автомобилей предусматривают системы климатического контроля (отопление, освещение, вентиляция, кондиционер и т. п.). Хорошую обзорность обеспечивают оконные проемы достаточного размера.
Внутренний объем кузова должен быть достаточным, чтобы не утомлять пассажиров, а внешние габариты автомобиля должны доставлять удобство управления и перемещения, особенно в условиях городского движения.
Скоростные и спортивные автомобили имеют приземистые кузова высокой обтекаемости, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление.
Для кузова легкового автомобиля немаловажен внешний вид, поэтому такие кузова изготавливают с использованием методов дизайна, красят в эстетически воспринимаемые цвета. Для покраски используют специальные автоэмали, длительное время сохраняющие первоначальный блеск и красоту кузова.
Требования к эстетике автобусных кузовов тоже с каждым годом ужесточаются. Современный автобусный кузов красив, безопасен и обеспечивает пассажиров максимумом комфорта при перевозке. Как правило, размещение сидений для пассажиров в кузове автобуса осуществляется достаточно высоко, что максимально предохраняет их в случае ДТП или аварии. Кузова автобусов обязательно оборудуются запасными выходами.
Безопасность дорожного движения накладывают на конструкцию кузова автомобилей ряд определенных требований. Так, например, дверные ручки кузова не должны сильно выступать и иметь форму, способную поранить пешехода или зацепить его за одежду. То же самое относится ко всем выступающим элементам кузова.
Классификация автомобильных кузовов
По назначению различают кузова грузовые, легковые, автобусные, грузопассажирские и специальные.
По конструкции кузова бывают каркасные, полукаркасные и бескаркасные.
Каркасные кузова имеют жесткий пространственный каркас, к которому прикреплены наружная и внутренняя обицовки. Каркас воспринимает все нагрузки автомобиля, а облицовка их не воспринимает. Каркасные кузова применяются, преимущественно, на автобусах, а также на некоторых типах легковых автомобилей.
Полукаркасные кузова имеют только отдельные части каркаса (стойки, дуги, усилители и т. п.), которые соединяются между собой наружными и внутренними облицовками. Такие кузова применяются на легковых автомобилях и на некоторых типах автобусов. Цельнометаллические кабины грузовых автомобилей выполняются также полукаркасными.
Бескаркасные кузова представляют собой корпус, состоящий из небольших штампованных частей и панелей, соединенных между собой сваркой или резьбовым крепежом. Для придания корпусу требуемой жесткости детали выполняются определенной формы, имеют объемные конструкции и элементы, повышающие прочность и жесткость. Все нагрузки автомобиля воспринимаются корпусом. Такой кузов характерен для легковых автомобилей и кабин грузовых автомобилей.
По нагруженности кузова подразделяют на несущие, полунесущие и разгруженные.
Несущие кузова не имеют рамы и воспринимают все нагрузки автомобиля. Как правило, в конструкцию несущего кузова входят усилительные элементы, позволяющие крепить к нему двигатель, элементы и агрегаты трансмиссии, подвески, ходовой части.
Несущие кузова применяются на легковых автомобилях и некоторых типах грузовых автомобилей особо малой грузоподъемности.
Полунесущие кузова устанавливаются на раме жестко и при этом воспринимают часть действующей на нее нагрузки. Такие кузова применяются на автобусах.
Разгруженные кузова устанавливают на раме на упругих эластичных проставках (резиновые подушки, прокладки, пружины и т. п.). Такие кузова нагружены только перевозимым грузом и другие нагрузки не воспринимают. Такой тип кузовов применяется на грузовых автомобилях, легковых автомобилях высшего класса и автомобилях повышенной проходимости.
Источник статьи: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_kuzov_kolesa/kuzov_1/index.shtml
1.3. Конструктивные особенности кузова легкового автомобиля
Конструкция кузова автомобиля должна отвечать многим требованиям. С одной стороны, необходимо снижать его массу и улучшать аэродинамические качества, с другой — все большее значения приобретают факторы пассивной безопасности автомобиля. Для удовлетворения этих противоречивых требований делают следующее:
- используют алюминиевые и магниевые сплавы;
- применяют высокопрочный листовой материал;
- оптимизируют толщину панелей;
- применяют новые технологии соединения деталей;
- добиваются (по возможности) наименьших зазоров в соединениях.
Общая конструкция кузова легкового автомобиля показана на рис. 1.17.
Рис. 1.17. Кузов легкового автомобиля:
1 — подоконная балка; 2 — передняя балка крыши; 3 — лонжерон крыши; 4 — задняя балка крыши; 5 — задняя стойка кузова; 6 — задняя панель; 7 — пол в задней части кузова; 8 — задний лонжерон; 9 — средняя стойка кузова; 10 — поперечина под задним сиденьем; 11 — передняя стойка; 12 — поперечина под сиденьем водителя; 13 — порог; 14 — надколесная ниша; 15 — поперечная балка опор двигателя; 16 — передний лонжерон; 17 — передняя поперечина; 18 — поперечина радиатора
Для выдерживания внешних нагрузок в легковых автомобилях используются преимущественно несущие кузова. Несущий кузов достаточно легкий, но благодаря целостной конструкции обладает значительной жесткостью. Он изготавливается из тонких стальных штампованных листов различной формы, соединенных точечной сваркой.
Шумы и вибрации от силового привода и шасси могут легко передаваться на несущий кузов, который выступает в роли акустической камеры и усиливает их. Поэтому при ремонте автомобилей, поврежденных при столкновении, следует особое внимание уделять шумо- и виброизоляции.
Поскольку в конструкции широко используются стальные листы, необходимо принимать меры по защите от коррозии, особенно в нижней части кузова. Из-за большого количества разных штампованных панелей сложной формы несущий кузов в случае повреждения требует больших трудозатрат при восстановлении.
Кузова легковых передне- и заднеприводных автомобилей имеют конструктивные различия.
Кузова переднеприводных автомобилей (рис. 1.18). В кузовах переднеприводных автомобилей вследствие отсутствия узлов, обеспечивающих привод задних колес, тоннель пола уменьшен до минимальных размеров, благодаря чему остается больше места для пассажиров. Кроме того, задняя подвеска может иметь упрощенную конструкцию, что позволяет уменьшать массу автомобиля.
Рис. 1.18. Кузов переднеприводного автомобиля
Общая масса автомобиля уменьшена благодаря отсутствию узлов привода задней оси и объединению коробки передач и дифференциала в единый узел.
Масса передней оси автомобилей с передним приводом больше, чем у автомобилей с задним приводом, и нагрузка на детали передней подвески и на шины также больше, поскольку передние колеса являются одновременно и ведущими, и управляемыми. Отсутствие элементов привода задней оси обеспечивает больше места для ног пассажиров. Топливный бак можно установить под днищем кузова посередине, благодаря чему объем багажного отделения увеличивается, а его пол становится более ровным. Однако из-за того, что двигатель, коробка передач с главной передачей, передняя подвеска и рулевое управление установлены спереди, в конструкции приходится принимать специальные меры, чтобы кузов был способен выдерживать повышенные нагрузки. Среди мер, предпринимаемых для увеличения прочности и жесткости кузова, можно назвать увеличение областей соединений и использование усиливающих элементов конструкции.
При фронтальном столкновении инертная масса двигателя с коробкой передач у переднеприводного автомобиля больше, чем у заднеприводного, вследствие чего автомобиль более подвержен повреждениям.
Возможно несколько способов установки двигателя в переднеприводном автомобиле (в зависимости от размеров автомобиля). В компактных автомобилях вся масса двигателя приходится на лонжероны, в автомобилях средних размеров — на лонжероны и центральную продольную балку, в автомобилях больших размеров — на подрамники и брызговики крыльев.
Кузова заднеприводных автомобилей (рис. 1.19). В заднеприводных автомобилях имеются карданный вал и дифференциал задней оси, расположенные под полом, поэтому на тоннель пола отводится больше места, вследствие чего для пассажирского салона остается меньше пространства. В этих автомобилях более равномерное распределение массы между передней и задней осями, так как двигатель, коробка передач и дифференциал расположены отдельно друг от друга. В результате требуется меньшее усилие на рулевом колесе и создается меньшая, чем у переднеприводных автомобилей, нагрузка на переднюю подвеску и шины передних колес.
Рис. 1.19. Кузов заднеприводного автомобиля
В настоящее время такие кузова используются преимущественно в автомобилях больших размеров.
Несущий кузов, характерный для большинства легковых автомобилей, содержит изготовленные из листовой стали полые элементы, на которых устанавливаются и крепятся сваркой кузовные панели. В зависимости от типа автомобиля вдоль сварочных фланцев общей длиной 120. 200 м должно быть выполнено около 5000 сварных точек. Ширина сварочного фланца составляет 10. 18 мм. Другие части (передние крылья, двери, капот, крышка багажника) крепятся к опорным конструкциям кузова на болтах или с помощью точечной сварки. Существуют также каркасные и скелетные конструкции кузовов.
Наряду с изготовленными из алюминия литыми деталями, прессованными профилями и листовыми деталями на некоторых конструкциях кузова, например Audi TT Coupe, используются стальные кузовные детали, которые в совокупности и образуют структуру кузова (рис. 1.20).
Рис. 1.20. Кузов автомобиля Audi TT Coupe
Благодаря применению стальных кузовных элементов в задней части автомобиля достигается оптимальная развесовка по осям. Проблемой при изготовлении таких кузовов является соединение изготовленной из листовой стали задней части автомобиля с алюминиевыми деталями кузова. К соединениям алюминиевых и стальных узлов кузова предъявляются высокие требования по прочности и антикоррозионной защите. Термические методы соединений, например сварка MIG, здесь неприменимы, поскольку этим способом нельзя создать соединения, обладающие соответствующей статической и динамической прочностью и не служащие источником контактной коррозии. Для удовлетворения этих требований используются нетермические соединения, например заклепки со специальным покрытием и болты в комбинации со склеиванием (рис. 1.21).
Рис. 1.21. Соединения алюминиевых и стальных деталей кузова:
1 — клей; 2 — заклепка; 3 — болт
Если не выполнить антикоррозионную защиту мест соединений алюминия и оцинкованной стали, то эти места будут подвержены массивной контактной коррозии (рис. 1.22, а).
Рис. 1.22. Место фланцевого соединения стали и алюминия:
а — без обработки клеящим веществом; б — с обработкой клеящим веществом
Основой антикоррозионной защиты кузовных деталей в местах соединений алюминия и оцинкованной стали, подверженных коррозии, является использование клеящих веществ, благодаря которым образуется изолирующий слой, препятствующий коррозионным процессам (рис. 1.22, б). Дополнительно все разнородные соединения после катафорезного погружного окрашивания покрываются воском.
В связи со все более широким применением алюминия в качестве материала кузова и при соединении деталей из алюминия и стали используются заклепки (рис. 1.23, а), штифты (рис. 1.23, б) и винты (рис. 1.23, в). Такие соединения более дешевые и прочные относительно просечки и точечной электросварки.
Рис. 1.23. Установка заклепок, штифтов и винтов при изготовлении кузова:
1 — пуансон; 2 — заклепка; 3 — матрица; 4 — соединяемые детали; 5 — штифт; 6 — винт
Штифтовое соединение устойчиво к изменению формы под воздействием силы и образовано частичным продавли-ванием скрепляемых деталей с последующим свариванием их под давлением. Однако соединение, полученное таким образом, обладает меньшей прочностью, чем, например, заклепочное. Штифты применяются на навесных деталях, например на дверях, капоте, крышке багажного отсека, задней арке колеса.
Заклепки используются в различных частях кузова автомобиля, но преимущественно для соединения листовых деталей, прессованных профилей и их комбинаций. Размеры заклепок и штифтов выбирают в соответствии с размерами соединяемых деталей.
При использовании винтов возможно создание любых соединений материалов, даже при одностороннем доступе. Винт со специальным покрытием заворачивают под давлением через отверстие в верхнем из соединяемых слоев. Отверстие в нижнем слое при этом отсутствует.
При изготовлении кузова применяют следующие меры для его защиты от коррозии:
- сводят к минимуму фланцевые соединения, острые кромки и углы;
- устраняют зоны, в которых может скапливаться пыль и влага;
- выполняют отверстия для предварительной антикоррозионной обработки и обработки методом электрофореза;
- обеспечивают доступ к элементам кузова для ввода ингибиторов коррозии;
- устраивают вентиляцию полых элементов;
- предотвращают проникновение пыли и влаги в скрытые полости;
- выполняют дренажные отверстия;
- сводят к минимуму зоны, подвергающиеся воздействию ударов камнями;
- покрывают нижнюю часть кузова и те его части, которые в наибольшей степени подвержены коррозии (двери и силовые элементы в передней части автомобиля), специальными защитными средствами.
Кузов проектируется таким образом, чтобы выдерживать нагрузки во время движения и обеспечивать безопасность пассажиров в случае столкновения. Он должен сминаться, поглощать максимальное количество энергии в случае серьезного столкновения и минимизировать вероятность получения пассажирами травм. Поэтому кузов проектируют таким образом, чтобы при столкновениях его передняя и задняя части относительно легко деформировались, поглощая энергию удара, и одновременно были прочными, защищая пассажирский салон.
Для повышения жесткости и способности поглощать энергию удара кузов автомобиля изготавливают из деталей, имеющих различную форму сечения. При столкновении напряжения концентрируются в зонах деформации — на сминаемых (рис. 1.24, а) и на поднимающихся (рис. 1.24, б) участках. В результате столкновения энергия удара проходит через весь кузов и деформирует менее прочные элементы. Для повышения уровня защиты пассажиров в передней и задней частях кузова используются участки, поглощающие энергию удара. Это лонжероны и верхние усилители брызговиков крыльев, а также верхние боковые панели моторного отсека. Лонжероны в задней части кузова проектируют таким образом, чтобы они поглощали энергию удара и защищали топливный бак.
Рис. 1.24. Зоны, поглощающие энергию удара, в задней части кузова переднеприводного легкового автомобиля
Во многих случаях для повышения жесткости кузова применяют лазерную сварку. Это полностью автоматизированный процесс получения высокопрочных сварочных соединений, что особенно важно при соединении внешних панелей кузова, где требуется чистота сварочного шва, высокая прочность и небольшой перехлест панелей.
Преимущества лазерной сварки:
- малая деформация;
- минимальная последующая обработка;
- герметичность и высокая прочность шва;
- хорошее состояние поверхности под окраску;
- отсутствие коррозии.
Структура передней части современных легковых автомобилей разработана таким образом, чтобы в случае легкого (скорость до 15 км/ч) дорожно-транспортного происшествия (ДТП) можно было менять только поперечину бампера и прикрепленные к ней поглотители энергии деформации. Если повреждения значительные, может возникнуть необходимость замены лонжеронов.
Источник статьи: http://tepka.ru/kuzov/4.html
