ЛЕКЦИЯ 1. Кузова автомобилей. 1. Кузова легковых автомобилей и их типы

1. Кузова легковых автомобилей и их типы.

Кузов легкового автомобиля выполняет две функции: 1) образует замкнутое пространство для размещения водителя, пассажиров и багажа; 2) целиком или частично (при наличии рамы) служит не­сущей системой.

— с прямыми лонжеронами;

— с крестообразной поперечиной

Кузов можно представить состоящим из двух частей: верхней, или собственно кузова, и нижней—основания, включающего в себя панель пола и образующего вместе с порогами, усилителями И рамой (при ее наличии) базу для крепления двигателя, транс­миссии и ходовой части.

По конструктивным особенностям кузова легковых автомоби­лей делят на каркасные и несущие. Каркасный кузов представляет собой пространственную стержневую систему, выполненную из замкнутых тонкостенных профилей, к которым прикреплены на­ружные и внутренние панели.

Каркас несущих кузовов жестко соединен с панеля­ми электродуговой сваркой в 6. 10 тыс. точек. Такой кузов имеет неразъемный стальной корпу, к которому прикреплены капот двигателя, передние и задние двери и детали декоративного оформления (облицовка радиатора, передний и задний бамперы, декоративные накладки и т. д.).

Корпус кузова представляет собой жесткую сварную конструк­цию. Она состоит из предварительно собранных узлов: основания, левой и правой боковин с задними крыльями, передних кры­льев, крыши и задней части корпуса. Основание кузова уси­лено продольными балками и поперечинами. С основанием со­единены передняя и задняя части кузова. Боковины и крыша цельноштампованные. Кузова в основном изготовляют из низко­углеродистой стали толщиной 0,6. 1,5 мм, имеющей хорошую штампованность и свариваемость. Для этой цели используют так­же алюминиевые сплавы и пластмассы.

2. Кузова автобусов.

Кузов автобуса состоит из стержневого каркаса и листовой об­шивки. Элементы обшивки соединены с соответствующими эле­ментами каркаса, образуя плоские или изогнутые панели. Про­дольные элементы каркаса бортов кузова называют поясами. При этом выделяют подоконный, надоконный и нижний обвязочный пояса. Пояса продолжаются на передних и задних частях кузова. Вертикальные элементы каркаса бортов, передней и задней частей кузова называют стойками.

Кузова автобусов классифицируют по способу восприятия ста­тических (изгибных) нагрузок: рамный (статическая нагрузка и реакции подвески воспринимаются рамой, эластично-соединенной с кузовом); с несущим основанием (статическая нагрузка и реакции воспринимаются преимущественно основанием, жестко связан­ным с кузовом); несущий (статическая нагрузка полностью распре­деляется по всем его элементам).

Масса кузова с оборудованием составляет 47. 53 % снаряжен­ной массы автобуса.

Преимущество рамной конструкции — возможность унифика­ции с грузовым автомобилем, недостаток — большая собственная масса. Переход от рамной конструкции к несущему кузову обеспе­чивает уменьшение массы автобуса на 1000. 1400 кг.

При изготовлении кузовов автобусов часто используют “сэндвич”-панели. Они состоят из двух параллельных тонких пластин (из стали, алюминиевых сплавов или пластмассы) и расположен­ного между ними среднего слоя — наполнителя (из древесины, пропитанной и формованной бумаги, пенопласта). Все слои соединяют специальным клеем.

3. Кузова грузовых автомобилей

Кузов грузового автомобиля состоит из двух раздельных элемен­тов: кабины водителя и кузова для груза. Конструкция кабины каркасно-панельная. Фундаментом служит каркас основания (пола), выполненный из штампованных панелей толщиной до 1,5 мм. Дверной проем выполняют цельноштампованным из листа толщиной 1,2. 1,5 мм.

К возможным неисправностям рамы относят искажение ее геометрической формы, появление трещин и погнутостей в про­дольных балках и поперечинах, ослабление заклепочных соеди­нений.

Если при осмотре обнаружена заметная деформация рамы, то проверяют степень искажения ее геометрической формы. После снятия кабины и платформы раму очищают от грязи и измеряют ее ширину спереди и сзади. Например, у грузовых автомобилей ГАЗ разница в значениях ширины рамы должна быть не более 4 мм. Погнутость рамы может быть установлена измерением диа­гоналей между поперечинами рамы на отдельных ее участках. Раз­ница в значениях длины диагоналей на отдельном участке рамы между поперечинами должна быть не более 5 мм. Расстояние, рав­ное длине базы автомобиля, должно быть одинаковым с правой и левой сторон рамы.

При техническом обслуживании ходовой части проверяют со­стояние окраски рамы с целью предупреждения ее коррозии.

Ослабление заклепок выявляют легким постукиванием про­дольных балок. При этом ослабевшие заклепки издают характерный дребезжащий звук.

4. Конструктивные особенности кузовов легковых автомобилей

История зарубежного и отечествен­ного автомобилестроения свидетельст­вует об использовании на ранних ста­диях кузовов легковых автомобилей рамной конструкции. Рама предназна­чалась для крепления кузова и всех ме­ханизмов автомобиля, являлась само­стоятельным узлом, воспринимающим все нагрузки, возникающие при движе­нии. Автомобили с рамной несущей конструкцией кузова могут иметь раз­ные варианты формы, которая опреде­ляется функциональным назначением автомобиля и не ограничивается жест-костными требованиями к кузову.

Принципиальным поворотом в ис­тории создания и взглядах на назначе­ние кузова явился выпуск в 50-х годах безрамных автомобилей с несущими кузовами. Кузов стал основой автомо­биля, его главным элементом. Однако отсутствие рамы привело к возникно­вению более высоких напряжений и вибраций в кузове.

Безрамные кузова были оснащены крыльями, вмонтированными в кор­пус, а конструкции самих кузовов стали иметь большое количество по­лостей. Усиленный коробчатым про­филем пассажирский салон вместе с полом (днищем), а также моторным и багажным отсеками образуют в совре­менном легковом автомобиле стабиль­ный крутильно-жесткий кузов. Он до­полнительно усиливается элементами жесткости, профилями, желобками и приваренными панелями внешней об­лицовки, чтобы защитить сидящих внутри пассажиров от внешних воз­действий.

Для оценки жесткости отдельных частей кузова следует знать, в каких точках или на каких его участках про­исходит вход или передача статичес­ких или динамических нагрузок. При этом учитывают, прежде всего, жест­кость мест крепления двигателя, под­весок и осей, рессор и амортизаторов, рулевого и тормозного механизмов, сиденья водителя и точки установки домкрата. Эти места концентрации на­грузок дополнительно усилены соот­ветствующими профилями таким об­разом, чтобы происходила передача сил при всех эксплуатационных ситуа­циях. Несмотря на частичные разли­чия современных легковых автомоби­лей, конструктивная концепция несу­щих кузовов у них похожа.

При проектировании передней части автомобиля должны быть реше­ны две проблемы, которые, на первый взгляд, кажутся взаимоисключающи­ми. С одной стороны, здесь располо­жены передняя подвеска и, как прави­ло, двигатель с коробкой передач, от работы которых возникают значитель­ные эксплуатационные нагрузки. Это означает, что должна быть обеспечена абсолютная жесткость и стабильность этой части кузова при любых ситуаци­ях. С другой стороны, при столкнове­нии автомобиля максимальная сила удара должна быть принята и погаше­на за счет деформации именно этой части кузова. При незначительных аварийных повреждениях автомобиля жесткость элементов передка кузова должна быть такой, чтобы, по возможности, сила удара гасилась до мест крепления подвески и двигателя с ко­робкой передач. В случае возникнове­ния значительных аварийных нагру­зок конструкция этой части кузова должна обеспечивать восприятие этой силы за счет деформации нижней части кузова, обеспечивая при этом перемещение двигателя и коробки передач вниз, под безопасный пасса­жирский салон. Жесткость передних дверных стоек должна быть такой, чтобы исключить возможность само­произвольного открытия или заклини­вания дверей. Рама лобового стекла не должна смещаться вниз или как-то ме­нять своего положения, иначе стекло выпадет и станет дополнительным ис­точником травматизма.

Передние лонжероны некоторых конструкций кузовов проектируются в соответствии с их функциональным на­значением, т. е. для обеспечения надеж­ного и стабильного положения при­крепленных к ним передней подвески, двигателя и рулевого управления. Такие абсолютно жесткие передние лонжероны при сильных аварийных по­вреждениях неизбежно вызывают бес­контрольную деформацию всей кон­струкции кузова вплоть до пассажир­ского салона. По-другому обстоит дело с многократно изогнутыми несущими элементами передней части кузова, как, например, у автомобиля «Фольксваген-П». Энергия удара при столкнове­нии автомобиля гасится в многочислен­ных изгибах рамы, имеющей из-за этого малый момент продольного со­противления. Это означает, что даже при относительно небольшом столкно­вении возникают повреждения в этих изгибах рамы, препятствующие даль­нейшему распространению деформа­ции кузова. Кроме того, такая кон­струкция передних лонжеронов сущест­венно упрощает технологию ремонта аварийного кузова, так как имеется возможность замены поврежденных элементов в зависимости от степени де­формации.

По последним данным, кузов, сконструированный для надежной защиты пассажиров и одновременно учиты­вающий ремонтную технологичность, создан фирмой БМВ в модели Е32. Впервые удалось энергию удара отвес­ти в амортизатор, расположенный перед лонжеронами кузова. В результате этого происходят только частич­ные повреждения на концах лонжеро­нов, которые устраняются без снятия двигателя и подвески. Такая система гашения аварийной энергии обеспечи­вает надежную защиту пассажиров.

Задняя часть кузова автомобиля в современных моделях конструируется таким образом, чтобы места крепления задней оси находились в конце пасса­жирского салона. Это означает, что имеется возможность замены некото­рых поврежденных элементов при не­значительных аварийных деформациях кузова без нарушения мест крепления задней оси.

При проектировании задней части кузова легкового автомобиля должны соблюдаться два требования. Во-пер­вых, следует обеспечить безопасность пассажиров, находящихся в задней части пассажирского салона, и, во-вто­рых, — добиться увеличения объема багажного отделения. Рациональное решение этих требований состоит в со­здании жесткой и стабильной кон­струкции этой части кузова легкового автомобиля, включающей задние уси­лители крыши, арки задних колес и часть пола багажного отделения.

Согласно существующей мировой классификации Союза работников тех­нического надзора, все элементы кузо­ва подразделяются: на несущие пер­вичные и вторичные; детали облицов­ки. К первичным несущим элементам и узлам кузова относятся: главные лонжероны; основной поперечный лонжерон; стойки дверей; места креп­лений (двигателя и коробки передач;

передней и задней подвесок; амортиза-торных стоек и амортизаторов; рас­порки тяг; рулевого управления; глав­ного тормозного цилиндра и опоры Педали тормоза; дверных петель и замков; буксирного устройства). Вторичными несущими элементами и уз­лами кузова считаются: малые парал­лельные продольные и поперечные лонжероны; диагональные полые рас­порки; надколесные арки; пол кузова, включая полые профили; крылья, если они приварены к корпусу; наружные приваренные декоративные панели, если на них установлены приборы сиг­нализации и освещения. К деталям об­лицовки относятся: передняя и задняя панели; крылья, соединенные с кузо­вом при помощи резьбовых элементов;

капот; крышка багажника; пол багаж­ника, если он не является местом креп­ления буксирного устройства (фар-копа).

Массовый выпуск автомобилей вы­звал необходимость в уменьшении толщины листа металла, из которого изготавливали кузов. Автомобили с несущими кузовами стали более проч­ными вследствие большей жесткости кузова, технологичнее вследствие меньшего числа деталей и сборочных операций, а также экономичнее в ре­зультате снижения массы.

При эксплуатации автомобилей ис­правное состояние кузова нарушается, снижается работоспособность, и при определенных условиях наступает его предельное состояние. Под предель­ным состоянием несущей конструкции кузова понимают такое состояние, при котором его дальнейшее использова­ние по назначению недопустимо по ус­ловиям безопасности перевозки пасса­жиров, либо нецелесообразно по эко­номическим соображениям, либо восстановление его исправного состоя­ния технически невозможно или эко­номически неоправданно.

Долговечность кузова в зависимос­ти от условий эксплуатации и характе­ра использования автомобиля можно оценивать величиной пробега или ка­лендарной продолжительностью экс­плуатации. Так, например, у легковых автомобилей, эксплуатирующихся в такси, предельное состояние кузова наступает по пробегу автомобиля в те­чение 2—3 лет работы, в то время как автомобиль такой же модели может достичь такого же состояния через 8 лет и более, находясь в личном поль­зовании.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

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.