Autokombi.ru

Авто-портал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Каркасы безопасности и жесткость кузова

Жесть, как она есть: всё об усилении кузова

Гулять, дышать и плавать умеет не только человек, но и кузов автомобиля. Только в случае с «железом» о здоровом образе жизни речи идти не может – все эти явления пагубны, и автопроизводители стараются их избегать. Получается не всегда, и на помощь приходит тюнинг.

Несмотря на общую целостность, кузов автомобиля представляет из себя сложную конструкцию, сваренную воедино из десятков, а иногда и сотен элементов. Прибавьте к этому действующие на него нагрузки от подвески и агрегатов, вызывающие в металле внутренние напряжения. Факторы внешней среды тоже не идут кузову на пользу и негативно отражаются на его долговечности. Резюмировав, получаем, что «скелет» автомобиля вовсе не так фундаментален, как может показаться на первый взгляд.

Почему же производители со своими астрономическими бюджетами не закладывают достаточную жёсткость кузова на стадии проектирования и производства автомобиля, оставляя поле деятельности для нас, «тюнингистов»? Во-первых, закладывают, но для обыкновенной, гражданской езды. Во-вторых, в процессе эксплуатации она теряется, равно как и из-под капота убегают отжившие своё «лошади». Наконец, инженеры-проектировщики не могут наращивать жёсткость до бесконечности, так как скованы десятками других факторов. Например, использование высокопрочных сталей наращивает массу автомобиля и удорожает производство, а отдельные элементы, такие, как передние лонжероны, в угоду пассивной безопасности должны гасить энергию удара при столкновении. Следовательно, они должны быть выполнены из мягких сплавов. Кроме того, существуют ограничения по компоновке, вынуждающие делать элементы изогнутыми, что в свою очередь снижает их жёсткость.

27.png

Итак, краеугольная величина, ради повышения которой всё затевается – жёсткость кузова на кручение вдоль продольной оси кузова автомобиля. Измеряется она в Нм/градус и показывает, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы изогнуть его на один градус. По современным меркам нормальным показателем для машин с несущим кузовом является 20 000 Нм/град и выше, в то время как в начале века цифры были ниже вдвое. Максимальной величиной жёсткости обладают так называемые «однообъёмники», чья силовая структура условно напоминает куб. Хуже с этим делом у трёхобъёмных машин, особенно с большим количеством дверей, так как последние не являются частью силовой структуры кузова. Самая большая проблема, следовательно, у открытых кузовов: родстеров, кабриолетов и им подобных. Именно поэтому кабриолеты зачастую тяжелее аналогичных купе – для компенсации жёсткости кузова вследствие «поехавшей крыши» их конструкция усиливается дополнительно.

Измерение жёсткости кузова на кручение – процесс многоступенчатый и любопытный. Прежде всего, опытные образцы тестируют в виртуальной среде при помощи программ, которые не предустановлены на ваших Windows и MacOS. Но наибольший интерес представляет «живой» тест. В этом случае кузов фиксируется на станине измерительного комплекса за точки крепления задней подвески. В это время на точки крепления передней подвески воздействуют мощные гидроцилиндры, которые создают усилие «на кручение» в вертикальной плоскости, но разных направлениях.

Читайте так же:
Как снять кожух ремня грм своими руками

Как мы упомянули, в процессе эксплуатации жёсткость кузова неотвратимо снижается, и хороших последствий это не принесёт в любом случае. Автомобиль с «уставшим» кузовом медленнее реагирует на повороты руля, его реакции расхлябаны и неоднозначны. Кроме того, «дышащий» металл сильнее подвержен деформациям и растяжениям, а также коррозии. При подъёме на домкрате, диагональном вывешивании или заезде одним из колёс на бордюр двери из-за возникшего перекоса могут попросту не открыться… или не закрыться. Короче говоря, с недостатком жёсткости нужно бороться. Какими способами? Ниже приведём их перечень с указанием достоинств и недостатков каждого.

Распорки

Этот вариант усиления кузова, пожалуй, больше других «на слуху». Сотни тюнинговых фирм сегодня готовы предложить распорки практически на любой автомобиль. Устанавливаются такие детали в штатные места без существенных доработок, а нередко ими снабжают автомобиль, покидающий сборочный конвейер ещё на заводе. Но мы говорим про тюнинг, поэтому «стоковые» варианты рассматривать не будем. Дополнительные распорки призваны связать воедино наиболее нагруженные, а оттого и «гуляющие» элементы кузова, такие как стаканы стоек подвески, точки крепления рычагов и агрегатов.

Из Какой Трубы Варить 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.

Каркас безопасности

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.

Читайте так же:
Как восстановить работоспособность автомобильного аккумулятора?

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.

Тест жесткости кузова

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.

Объем кузова

Таблица значений жесткости кузова

Передний УЖ

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

Задний УЖ

  • 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).

Башбар под передний бампер

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.

Болтовой каркас на ВАЗ 2107

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

Читайте так же:
Принцип работы абсорбера в автомобиле, для чего он нужен

Вварной каркас безопасности

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

Вварной каркас

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.

Развертка для обрезания трубы

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.

Отверстие в косынке 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.

Каркас безопасности и растяжки. Увеличение жесткости кузова — все об авто

Самой простой деталью увеличения жесткости кузова являются растяжки-распорки, которые применяются для «поперечной» связи деталей кузова. При этом соединяются «стаканы» как задней, так и передней подвески. На первый взгляд растяжка смахивает на обрезок водопроводной трубы. На самом деле это не так. Такие детали изготавливают из специально подобранных труб с учетом размеров, используемых материалов и характеристик конкретного автомобиля. Особое внимание уделяют качеству сварных соединений.

Читайте так же:
Определяем реальный расход топлива Hyundai Solaris на 100 км по отзывам автовладельцев

Иногда тюнинговщики исправляют ошибки конструкторов. Бывает кузов хлипкий и как следствие — посредственная управляемость. Кроме того, в «хлипких» неукрепленных кузовах ресурс снижается из-за появления трещин в металле, надрывов, где появляется коррозия. При этом «расшатанный» кузов вызывает снижение пассивной безопасности, ухудшение управляемости и устойчивости. Получается, что при эксплуатации в наших условиях растяжка не лишняя опция.

Необходимо отметить, что расстояния между чашками кузова автомобилей одной и той же модели из-за допусков на неточность могут быть разными. Если в иномарках разбег между контрольными точками может составлять пару миллиметров, то в отечественных машинах 10 мм — не предел. Поэтому есть распорки регулируемые и нерегулируемые.

Несъемные конструкции получаются в результате крепления распорок с помощью сварки. При этом распорка получается вваренной в силовую структуру кузова, что обеспечивает самую прочную и жесткую конструкцию. Поскольку даже сильно затянутое резьбовое соединение может «дышать», то при сварке это исключено, посему к качеству сварных швов предъявляются высокие требования.

Существуют растяжки, которые устанавливаются снизу автомобиля. Это как бы дополнительный подрамник, который может располагаться как вдоль, так и поперек. Конструкция поперечной балки-растяжки связывает опоры (стойки) крепления рычагов подвески. Перечисленные выше дополнительные элементы не позволяют кузову «играть» и «расползаться».

Материалы для изготовления балок-растяжек: углеродистая и нержавеющая сталь, алюминий, титан. Сечение профиля растяжки напоминает простые геометрические фигуры: круг, овал, квадрат, прямоугольник. Кроме практического применения, балки выполняют декоративную функцию. Для этого растяжки или окрашивают в «боевые» цвета, или хромированные.

Единственное о чем стоит подумать перед установкой растяжки, то, что автомобильный кузов рассчитан, чтобы во время удара мог деформироваться, сложиться определенным образом. Поэтому при установке растяжек возникает противоречие между дополнительной жесткостью и направлением деформации.

Каркас безопасности

Следующим элементом, предназначенным увеличить жесткость кузова является каркас безопасности. В зависимости от сложности возможны различные варианты усиления. Самый простой — арки над головами водителя и пассажира. Сложные — пространственный скелет, который объединяет в одну силовую структуру чашки передней и задней подвески, пороги и боковины, а также клетку безопасности салона.

Читайте так же:
Сцепление: без него ни тронуться, ни разогнаться

Каркас бывает съемным и неразборным (вваренным). Разборный — чаще всего клетка безопасности в салоне, закрепленная к боковой стойке, порогу-полу. Вваренный — сложный по конструкции каркас, связанный с силовой структурой автомобильного кузова, применяется при серьезном тюнинге. В спортивных и гоночных каркасов предъявляют жесткие требования по форме, размерам, применяемым материалам и установке.

При установке большинства сложных каркасов машина превращается из 4-5 местной в двухместную. Поскольку задние сиденья отдают для переплетения и крепления труб. Исходя из размера труб их установки, каркас создает определенные трудности с обзорностью. К ним крепят четырех — или пятиточечные ремни безопасности.

Не стоит думать, что каркас безопасности — ненужная деталь. Спортивный автомобиль без него не допустят к соревнованиям, ибо он бережет жизнь экипажа.

Материалом для изготовления каркасов является сталь, иногда алюминий. Средний каркас безопасности весит 25-40 кг и более. Часто трубы каркаса окрашивают в яркие цвета. Поверх труб на некоторые участки наносят защиту и обшивают элементы поролоном или вспененной изоляцией.

Каркас безопасности

23 января 1951 года компания Daimler-Benz подала патентную заявку на защитную оболочку кузова легкового автомобиля, окруженную спереди и сзади сминаемыми зонами. Автором изобретения выступал инженер Бела Бареньи. Патент за номером 854 157 был одобрен в январе 1952 года.

Каркас безопасности 01.jpg

Схема кузова Mercedes-Benz W111 с передней и задней сминаемыми зонами
Первым серийным автомобилем, где нашел применение патент Бареньи, стал Mercedes-Benz 220, 220S 220SE серии W111 1959 года, известный как Heckflosse («с плавниками сзади»). Несущие элементы кузова имели переменную жесткость, благодаря чему энергия удара поглощалась, а геометрия пассажирского салона оставалась неизменной.

Каркас безопасности 02.jpg

Лонжероны кузова W111 получили сильно изогнутую форму для лучшего поглощения энергии удара

Каркас безопасности 03.jpg

Лаборатория пассивной безопасности. Подобные кадры имитации столкновений стали главным аттракционом на прошедшей в 1973 году в Сокольниках выставке концерна Daimler-Benz AG

Каркас безопасности 04.jpg

Бела Бареньи и одна из его ранних моделей

Бела Бареньи родился в Австро-Венгрии в 1907 году. В августе 1939 года он поступил в конструкторское бюро концерна Daimler-Benz AG в Зиндельфингене. Смелые предложения одаренного венгра вызывали непонимание у руководства. Бареньи, в частности, предлагал сделать рулевую колонку энергопоглощающей или научить стеклоочистители самостоятельно возвращаться в горизонтальное положение после выключения привода. Инженер то получал «добро» на исследования, результат которых мог быть использован не раньше чем через 15-20 лет, то задумывался об открытии независимого исследовательского бюро.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию