На чём держатся наши автомобили, что как и почему. — DRIVE2

На чём держатся наши автомобили, что как и почему.

Итак, взялся за гуж, не говори, что не дюж.
Чёрт меня дёрнул сказать, что напишу статью о размерах сисек конструкциях несущих элементов автомобилей и способах их усиления. Ну что ж, будем писать… Пока только о кузовах.

Итак, на данный момент существует несколько классических конструкций силовых элементов автомобиля.
1. Несущий лонжеронный кузов.
2. Лонжеронная рама с закреплёнными на ней не силовыми элементами.
3. Кузов с интегрированой рамой.
4. Пространственная рама обшитая кузовными панелями. Либо просто пространственная рама.

Первый вариант – несущий кузов.
Самая распространённая конструкция, совмещающая в себе технологичность, удобство, жёсткость и малый вес. Для автопроизводителей самый выгодный вариант.
Части кузова отштамповываются каждая из своего вида стали или алюминия.
Верх рамки лобового стекла и верхние части центральных стоек крыши делают из конструкционной стали. Дверные проемы и пол изготавливаются из стальных сплавов повышенной прочности; а более нагруженные вертикальные части рамки лобового стекла и поперечины, отделяющие салон от багажника – из прочной стали. Наконец, из особо высокопрочной стали делаются подмоторный каркас и балки, перед которыми ставятся бамперы. При этом внешние панели, не влияющие на пассивную безопасность, могут быть не только стальными, но и алюминиевыми, пластиковыми и даже стекловолоконными – применение таких материалов повышает стойкость к коррозии и снижает вес автомобиля в целом.

Все детали кузова и ответственность каждой из них за какие либо конкретные элементы нагрузки или безопасности перечислять не буду, их там вагон и маленькая тележка.
В отличие от рамных, все агрегаты крепятся к кабине, и сама кабина (вместе со всеми внешними и наружными элементами кузова) несет всю нагрузку. Яркое преимущество перед рамами — легкий вес и лучшая жесткость на кручении (в рамных машинах её во многом обеспечивает водружённый сверху кузов, хотя силовым несущим элементом он как бы и не является.). Следствие низкого веса — лучшая управляемость, экономичность и динамика. Другое неоспоримое преимущество — лучшая пассивная безопасность, так как изначально конструкторы могут создать специальные зоны, которые при аварии будут поглощать энергию удара.
И всем бы был хорош несущий кузов, вроде бы всё круто, но… Есть и один очень существенный минус. Из-за того, что все элементы несущего кузова взаимосвязаны и вместе отвечают за всю конструктивную нагрузку, при повреждении одного элемента страдает весь кузов, теряя свои характеристики и жесткость. Есть и другие минусы не несущие таких критических факторов. Например, есть такой фактор, как низкая ремонтопригодность несущего кузова. В отличие от рамы восстановить родную геометрию кузова после повреждений практически невозможно, не говоря уже об исходных характеристиках жёсткости и управляемости.

Ещё у большинства легковых машин со временем начинает деформироваться передняя часть кузова, особенно в местах крепления стоек кузов нажинает «разъезжаться». Проявляется это в связи с эксплуатацией на плохих (читай наших) дорогах, банальной усталости металла и общей нагруженности передней части авто.
И тут к нам на выручку приходит подрамник. Замечательный «кусок рамы» который более равномерно распределяет нагрузку от подвески на несущий кузов и препятствует локальным перегрузкам силовых элементов. Бывает как передний, так и задний. Является наиболее часто применяющимся силовым элементом усиливающим конструкцию несущего кузова.

И ещё большинство кузовных деталей, особенно не относящихся к капсуле безопасности, плохо дружат с сопроматом, что впрочем компенсируется некоторым избытком прочности на этих деталях.
Итак: Несущий кузов применяется на подавляющем большинстве современных легковых автомобилей и автобусов.

Плюсы:
Вес.
Жёсткость на кручение.
Технологичность изготовления.
Высокая степень безопасности из-за поглощения силовыми элементами энергии удара.
Управляемость, вследствие меньшего веса и высоты, а также возможности минимизации паразитных факторов вроде лишних элементов.
Минусы.
Низкая ремонтопригодность.
Низкая жёсткость на излом.
Плохая приспособленность к агрессивным условиям эксплуатации без дополнительных усилений.

Несущая лонжеронная рама с размещёнными на ней прочими элементами конструкции.
Несущая рама в наше время встречается чаще всего на внедорожниках и грузовых автомобилях. Это достаточно мощная конструкция, хорошо приспособленная к агрегатированию на неё кузова-кабины и прочих элементов авто. Использование её на технике подразумевающей тяжёлые условия эксплуатации или серьёзные силовые нагрузки оправдано, и компенсирует большинство её недостатков. Помимо этого такая конструкция обладает большой модульностью, т. е. на одной и той же раме можно построить разные авто, например пикап или вагон, или же, в случае грузовиков седельный тягач или самосвал.
В основе рамы лежит конструкция, к которой крепятся все агрегаты вашего автомобиля, и вся нагрузка (удары от подвески, вибрации от мотора, вес всех агрегатов) ложится именно на нее. Она может быть сварной реже цельнолитой или даже клёпаной. Сварные рамы имеют ряд преимуществ: их части штампуются, большинство деталей сваривается между собой при помощи электросварки, а некоторые элементы делаются съемными (части, к которым крепится силовой агрегат, и те, которые находятся в наиболее часто подверженных деформациям местах).Кабина (место, где размещены водитель и пассажиры) минимальную силовую нагрузку и крепится через элементы, которые полностью или частично убирают вибрации (демпфирующие элементы, как то резиновые, гидравлические или пневматические подушки), к самой раме. Рама же представляет собой жесткую стальную конструкцию, способную выдержать серьезные нагрузки.

Плюсов у такой конструкции много. Во первых, как уже было сказано выше, это модульность. Т. е. «испортив» старый кузов на неё можно с успехом водрузить новый. Кроме того восстановить геометрию повреждённой рамы значительно проще, для этого, правда, придётся демонтировать все навесные элементы. Раму можно весьма эффективно усиливать без применения сложных конструкций, при этом, правда пострадает вес. Но в целом любые усиливающие элементы требуют увеличения веса. Кроме того, у такой машины после долговременной езды по плохим дорогам не будет перекосов дверных проемов и трещин на стойках лобового стекла. И еще немаловажный момент: если взять два внедорожника одного класса, – рамный и безрамный – и посмотреть на их склонность к опрокидыванию, то можно заметить, что первую машину перевернуть существенно сложнее, ведь у нее центр тяжести гораздо ниже.
Но, естественно у такой конструкции масса минусов. Для начала это вес, ведь кроме рамы нам нужен ещё и кузов, который весит хоть и меньше несущего, но всё же немало. Естественно лишний вес сказывается и на управляемости и на расходе топлива. Кроме того на «чувство машины» сильно влияют опорные элементы между рамой и кузовом. При езде на рамном авто сложно отделаться от ощущения валкости и «ватности». Минусом рамной конструкции также является неудобство установки на неё легкового кузова. Либо авто будет избыточно высоким, либо придётся жертвовать местом в салоне. Кроме того от избыточных нагрузок рама может лопнуть, и хотя восстановить её не так уж сложно, но всё же это фактор достаточно неприятный.
Есть свои минусы и в плане безопасности. Хотя практически, при столкновении двух авто тяжёлый внедорожник оказывается более безопасным в силу веса и прочности, то например, при ударе в дерево или столб рама играет злую шутку. Она практически не деформируется, соответственно минимально гася энергию, соответственно вся кинетическая энергия «прилетает» водителю и пассажирам. Не менее неприятный расклад при срыве кузова с рамы. И хотя современные рамы относительно травмобезопасны в этом плане, они всё же проигрывают кузовам.
Итак: несущая лонжеронная рама применяется в большинстве грузовиков и достаточно большём количестве внедорожников.
Плюсы:
Прочность.
Модульность.
Ремонтопригодность.
Хорошая изоляция от шумов и вибраций за счёт элементов крепления кузова к раме.
Лояльное отношение к серьёзным нагрузкам.
Практически никогда не нуждается в серьёзном усилении сторонними элементами.
Минусы:
Вес.
Управляемость и экономичность.
Безопасность при столкновении со слабо деформируемыми препятствиями.

Кузов с интегрированой рамой.
Тут существует 2 варианта.
Представитель первого Jeep Cherokee – конструкция проста до безобразия. Классическая лонжеронная рама с наваренным на неё кузовом.

Представители второго — многочисленные кроссоверы. Например, Suzuki Grand Vitara нового поколения. В этом случае рама и кузов являются равноценно нагруженными элементами. Да и сама рама не такая мощная как на Джипе.

Собственно такая конструкция включает в себя и плюсы, и недостатки, как несущего кузова, так и несущей рамы. Всё зависит от конкретного автомобиля. Там, где рама мощнее, соответственно больше от «рамника», там где рама больше походит на родные лонжероны кузова, больше от авто с несущим кузовом.
Итак: интегрированая рама встречается на кроссоверах и лёгких внедорожниках, реже на среднеразмерных внедорожниках. Своеобразный компромис двух миров, и, что характерно, неплохо работает. Малые нагрузки воспринимает кузов, большие рама.

Пространственная рама.
Пространственная рама представляет собой несущую конструкцию в виде клетки опоясывающей с разных сторон части авто. К ней крепятся все элементы конструкции и декоративные элементы кузова. В серийных авто встречается крайне редко по причине низкой технологичности и сложности изготовления. Лучше всех дружит со сопроматом, поэтому самая прочная при минимальном весе.
Реально применяется при постройке суперкаров или гоночных автомобилей. Было несколько премиум моделей не спортивных авто строящихся на пространственной раме, но на данный момент таковых нет.

Обладает массой плюсов и практически не имеет минусов. Главный минус этой конструкции – цена. Т. к для производства требуется несоизмеримо больше времени чем для любой другой конструкции, то авто с пространственной рамой это либо сверхдорогие суперкары, либо строящиеся в единичных экземплярах гоночные авто.
Лёгкая, прочная с хорошо прогнозируемой деформацией, такая рама, практически, представляет собой несущий гоночный каркас и несущую раму одновременно. Декоративные элементы нужны лишь для того чтоб закрыть саму раму, но не несут никакой силовой нагрузки.

Итак: Пространственная рама применяется при строительстве гоночных авто и суперкаров в силу сложности изготовления и низкой технологичности процесса.
Плюсы:
Вес.
Прочность.
Минимальная деформация в любых плоскостях.
Прогнозируемость деформации при ударах.
Лояльность к высоким нагрузкам.
Минусы:
Цена.
Абсолютная «недружелюбность» к водителю. Вибрации и рельеф будут чётко ощутимы даже с мягкой подвеской.

P. S. Вот такая получилась статья. Не очень длинная и, надеюсь, читабельная и понятная.
Не забывайте жать «волшебные кнопочки» если вам понравилось.
P. P. S Сисек не будет.

5 сентября 2013 Метки: рама , кузов , силовые элементы , несущие елементы , конструкция автомобиля , рама внедорожника , кузов автомобиля

Поперечное и продольное расположение двигателя — преимущества и недостатки

Конструкция каждого автомобиля отличается уникальностью. Однако, есть стандарты по расположению основных узлов в транспортном средстве. Например, силовой агрегат в автомобиле может располагаться в двух направлениях – поперечном и продольном. У каждой из этих конструкций есть свои особенности, преимущества и недостатки. Рассмотрим, какое расположение двигателя в автомобиле наиболее оптимальное в разных условиях.

Наиболее классическая схема в автомобилестроении представляет собой конструкцию, при которой двигатель располагается в продольном направлении

Сегодня с конвейеров заводов сходят автомобили, у которых двигатель располагается в продольном и поперечном направлении. Очень часто автовладельцы вступают в спор о том, какой же тип расположения силового агрегата лучше. Первым делом нужно учитывать, что способ расположения двигателя автомобиля напрямую зависит от типа конструкции и других факторов, среди которых объем подкапотного пространства, размер двигателя и расположение трансмиссии.

Продольное расположение мотора. Наиболее классическая схема в автомобилестроении представляет собой конструкцию, при которой двигатель располагается в продольном направлении. Такая компоновка может использоваться в заднеприводных и переднеприводных автомобилях. В подобном случае речь идёт о применении дифференциала, так как энергия вращаемого коленчатого вала мотора должна передаваться через карданный вал на ведущие колеса под прямым углом. Из-за этого в конструкцию транспортного средства автопроизводитель обязан вносить дополнительные узлы, что может сказаться на надёжности автомобиля и его себестоимости. Кроме того, при продольном расположении мотора из-за увеличения веса от дифференциала возрастает общий вес транспорта. Это может отрицательно сказываться на управляемости и расходе горючего.

При таком размещении силовой агрегат ставится перпендикулярно основной оси кузова транспортного средства

Автомобилистам нужно учитывать, что продольное расположение силового агрегата может привести к увеличению подкапотного пространства. Соответственно автомобиль будет иметь более крупные габариты. В условиях заполненных городских дорог это не лучшее транспортное средство. Неудивительно, что на данный момент многие автопроизводители уходят от продольного расположение мотора и размещают его в подкапотном пространстве поперечно.

Поперечное расположение двигателя. При таком размещении силовой агрегат ставится перпендикулярно основной оси кузова транспортного средства. В последние несколько лет подобная компоновка начала набирать популярность. Поперечное расположение мотора может встречаться не только у малолитражных автомобилей, но и у бизнес-седанов, а также в спорткарах. Решение позволяет сэкономить место в подкапотном пространстве и уменьшить общее габариты автомобиля. Поперечное расположение мотора освобождает производителя от применения карданного вала. Соответственно в салоне не будет предусмотрен тоннель, что положительно скажется на комфорте для пассажиров.

Не стоит думать, что поперечное расположение двигателя не имеет никаких недостатков. Они все же есть

При поперечном расположении двигателя тяга от него без каких-либо потерь передается на ведущие колеса. Для этого не нужно устанавливать дифференциал, что делает конструкцию автомобиля более простой. Это положительно сказывается на управляемости автомобиля, так как полная масса приходится на переднюю ось. Это освобождает автомобилиста от таких неприятностей как занос и потеря управляемости. Вместе с этим снижается масса автомобиля, что сказывается на уменьшении расхода топлива.

Не стоит думать, что поперечное расположение двигателя не имеет никаких недостатков. Они все же есть. В первую очередь это небольшая мощность агрегата, так как поставить в подобном положении мощный мотор с 6 или 8 цилиндров практически невозможно.

Итог. Двигатели в современных автомобилях могут располагаться продольно или поперечно. У каждого из этих типов конструкций есть свои преимущества и недостатки, которые сказываются на условиях эксплуатации.

Опора двигателя

Опора двигателя – крепежное устройство, с помощью которого силовой агрегат монтируется на автомобиль. Кроме функции крепежа выполняет функцию подушки. По этому опору часто еще называют подушка двигателя, а в английском варианте звучит как engine mount. Также в зависимости от конструкции опору могут называть «гитарой», поскольку форма напоминает этот музыкальный инструмент.

Как правило, используется не одна, а несколько (чаще всего три) опор. Их задача – поглощение вибраций работающего мотора и удерживание его в максимально статичном положении. Так как ДВС в работе обязательно будет вибрировать, и этот факт не зависит от степени его мощности и совершенства. Крепления двигателя на опору-подушку позволяет не только повысить комфортабельность езды, но и защитить силовой агрегат от ударов и толчков при перемещении по неровностям.

Изначально опоры были простыми металлическими крепежными элементами, притягивающими двигатель к несущей конструкции жестко. Фактически использовался только кронштейн опоры двигателя в современном понимании. Потом в механизм были добавлены резиновые подушки, повысившие упругость крепления, благодаря чему удалось обеспечить более эластичную подвеску мотора. Такая резинометаллическая опора двигателя широко применяется и сегодня.

Где находится опора двигателя

Многие авто владельцы даже не знают как выглядят опоры не то что где находятся. Поскольку если не лазить под автомобиль, то опорные подушки скрыты от глаз, из подкапота хорошо видно разве что верхнюю. Места установки и количество точек опор под двигатель на кузове автомобиля зависит от типа и расположения под капотом мотора и коробки передач, а также самой марки авто. Главной задачей установки крепления – надежность и минимальные смещения по сторонам во время работы. Классическая схема установки двигателя на опорах в 3-х точках снизу и 2-х точках сверху. К стати не только ДВС машины смонтирован на таких подушка, а и коробка передач также крепится на резинометаллических опорах. По этому нужно четко разделять где двигатель, а где коробка.

Виды опор

Современная опора крепления двигателя может быть резинометаллической или гидравлической.

У резинометаллических опор конструкция предельно проста: пара пластин из стали или другого металла с не слишком толстой между ними прокладкой, выполненной из хорошей износостойкой резины. Это самая дешевая и популярная сейчас подушка двигателя. В некоторых моделях в подушки дополнительно вмонтированы пружины, повышающие жесткость и буферы, позволяющие несколько смягчить самые сильные удары. Все чаще новые автомобили производятся с подушками из полиуретана, в силу его большей износостойкости. Именно полиуретановая подушка опоры двигателя используется в спортивных автомобилях, так как повышает оптимизировать жесткость. Резинометаллическая подушка крепления двигателя может быть разборной или неразборной.

Устройство гидроподушки двигателя.

Гидравлическая опора двигателя считается гораздо более современной конструкцией. Такие системы способны подстраиваться под работу двигателя в различных условиях и максимально эффективно гасить любые вибрации. Подушка опоры двигателя также выполнена из трех основных элементов, но здесь это пара камер, между которыми располагается мембрана. Каждая из камер заполняется антифризом или гидравлической жидкостью. Задача подвижной мембраны – устранять незначительную вибрацию, возникающую на холостом и малом ходу по ровной дороге. Скоростные вибрации устраняются гидравлической жидкостью. Под воздействием изменяющегося давления, она перемещается между камерами, повышая жесткость опоры, что позволяет гасить даже самые сильные вибрации.

Гидравлическая подушка двигателя в отличие от резинометаллической опоры, может иметь различную конструкцию. На данный момент распространены следующие их виды опор двигателя:

• механически управляемые опоры, которые способны очень эффективно гасить один из видов вибраций (холостого хода, скоростные, сильные сотрясения), поэтому для каждой модели автомобиля они настраиваются по-разному;
• управляемые электроникой опоры, которые преимущественно монтируются на дорогих автомобилях, но способны автоматически изменять характеристики жесткости для эффективного противодействия всем типам рабочих вибраций;
• динамические опоры, основанные на применении магнитной металлизированной жидкости, меняющей вязкость под воздействием магнитного поля, которое в свою очередь управляется автомобильной электроникой, за счет чего и достигается адаптивность настроек опор.

Впрочем, только опора крепления двигателя первого типа может считаться широко распространенной, поскольку остальные слишком сложны и дорогостоящи для применения на по-настоящему массовых автомобилях.

Особенности эксплуатации

При возникновении излишней вибрации двигателя проверьте целостность подушки опоры двигателя.

Подушка двигателя является деталью, подверженной износу, так как она работает всегда, когда запущен мотор. Наибольшим испытанием для опор является запуск двигателя, трогание с места, а также остановка авто. В такие моменты нагрузка на опоры является самой большой. Износ или поломка данной детали ведет к повышению нагрузки на двигатель и повышению вероятности его поломки.

Трещины и порывы на опорной подушке видны если для этого специально производить плановый осмотр, но такие симптомы как повышенная вибрация с отдачей в руль при работе двигателя или переключение передач с толчками, а если износится подушка та что возле КПП, то и выбивать скорость может. То тут явные факты на лицо, нужно в строчном порядке нужно покупать комплект новых опор и приступать к замене.

Имея под рукой набор ключей, домкрат и смотровую яму в принципе поменять можно и самостоятельно без особых навыков, хотя встречаются случаи где процедура по замене опор двигателя весьма занятное дело.

Следить за состоянием резинометаллических опор несложно: нужно просто проверять целостность резиновой прокладки и регулярно удалять с нее грязь и масло, подтягивать болты крепления.

В среднем опора двигателя служит около 100 тыс. км пробега. Но надлежащий уход позволяет пролит строк эксплуатации, причем не только за самим креплениям ДВС, но и состоянием мотора в целом.

Если автомобиль оборудован гидравлическими опорами, для их тестирования необходимо открыть капот и завести двигатель. Далее необходимо проехать пару сантиметров вперед и назад. Если с опорами что-то не так, двигатель сместится с места при старте и вернется на место при остановке, что будет сопровождаться хорошо слышимыми звуками.

В не зависимости от того какие опорные подушки держат двигатель на вашем автомобиле, совет для всех общий. Не стоит резко рушать, давая тем самым максимальную нагрузку на опоры, пересекать выбоины и горбы на не больших скоростях, дабы колебания мотора были минимальными, а следовательно и вибрации нуждающиеся в поглощении опорами двигателя, будут не значительными.

Источник https://www.drive2.ru/b/655138/

Источник https://car.ru/news/automobili/125650-poperechnoe-i-prodolnoe-raspolozhenie-dvigatelya-preimuschestva-i-nedostatki/

Источник https://etlib.ru/wiki/opora-dvigatelya-35