Рама автомобиля — несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.

В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.

Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.

Что такое рама автомобиля: назначение, плюсы и минусы

Рама автомобиля – балочная конструкция, которая выступает как основа для крепления всех узлов и агрегатов, таких как силовая установка, элементы трансмиссии, ходовой части и так далее. Кузов при такой конструкции несущей системы обеспечивает пространство для размещения пассажиров и багажа, а также выполняет декоративную функцию.

Рама автомобиля

Применение рамы дает возможность дать несущей части высокую прочность. Поэтому ее используют в грузовиках и внедорожниках. Также она дает возможность максимальной унификации узлов и механизмов между моделями различных классов.

Ранее производители автомобилей выпускали шасси авто с базовыми частями (рамой, мотором, трансмиссией и т.д.), куда «натягивались» различные типы кузовов.

Рама в автомобиле выступает как «скелет». Она воспринимает все внешние и внутренние нагрузки при движении машины и даже при ее стоянке. Ввиду этого к автомобильной раме предъявляется ряд требований:

• достаточная прочность и жесткость;
• небольшая масса;
• правильная форма, которая будет способствовать рациональной работе всех элементов автомобиля.

Рамная несущая часть обладает рядом преимуществ. Так, благодаря ей собирать машину и ремонтировать ее в дальнейшем становится значительно проще. Основное отличие рамной конструкции от кузовной в том, что любую поломку можно легко устранить благодаря хорошему специалисту и материалам. Еще одно важное достоинство: езда на плохих дорогах не будет чревата перекосами кузова (проемов дверей, стоек и т.д.).

Лонжеронная рама

Наряду с этим, есть и недостатки. Первый – существенное увеличение веса автомобиля ввиду наличия отдельных рамы и кузова. Соответственно, расход топлива также будет больше. Другой минус в том, что для размещения лонжеронов под кузовом нужно дополнительное место, что усложняет посадку в машину и отнимает существенную часть салона.

Также отмечается снижение пассивной безопасности, поскольку есть вероятность смещения рамы относительно кузова в случае удара. Поэтому несущий кузов – неотъемлемый элемент легкового автомобиля. В то же время рамная конструкция хорошо справляется с тяжелыми условиями, в которых ездят грузовые авто и внедорожники.

Преимущества и недостатки рамных конструкций

Рамная конструкция автомобиля очень удобна для конвейерной сборки, так как имеется свободный доступ к большинству агрегатов. Сервисные мастерские также отдают предпочтение подобным автомобилям, потому что так гораздо удобнее демонтировать детали и целые узлы для замены и ремонта. Владельцы рамных внедорожников могут спокойно ездить не только по асфальтовым дорогам, но и по «направлениям», не опасаясь за перекосы кузова, заклинившие в проемах двери и лопнувшие лобовые стекла. Ведь всю нагрузку воспринимает рама.

Безрамные конструкции преобладают среди легковых автомобилей благодаря ряду преимуществ. Во-первых, функционально разнесенные шасси и кузов существенно увеличивают вес автомобиля, отсюда вытекает повышенный расход топлива и ухудшенная динамика. Компоновка салона с лонжеронами вдоль бортов предполагает либо высокие бортики, через которые неудобно перелезать при посадке в авто, либо высокий пол, снижающий высоту потолка в салоне.

В последнее время более жесткие нормы безопасности для водителя и пассажиров не позволяют рамной конструкции автомобиля обеспечивать такой же высокий рейтинг на краш-тестах, как для аналогов с интегрированной схемой. Отдельно смонтированный кузов смещается относительно рамы во время аварии и неэффективно гасит энергию удара.

Лонжеронная рама

Это самый распространенный вид. В конструкцию рамы входят две силовые продольные балки, которые называются лонжеронами. Они тянутся вдоль кузова и соединяются посредством поперечин. Балки выполняются из стали. С целью повышения показателей скручивания могут применяться различные виды профиля сечения.

Лонжероны необязательно ровные – иногда они имеют и вертикальные, и горизонтальные изгибы. Они могут располагаться как параллельно горизонтальной плоскости, так и под определенным углом, что присуще для внедорожников. Также возможно разное расположение поперечин, за счет которых соединяются лонжероны. На сегодня это наиболее популярная рамная конструкция, применяющаяся в большинстве грузовиков и внедорожников.

Такая рама отлично подходит для эксплуатации машины в условиях плохих дорог. Также она упрощает ремонт и сборку автомобиля. Минусы же в том, что лонжероны отнимают немалую часть салона и несколько усложняют процесс посадки.

Виды лонжеронных рам

Лонжеронная Х-образная

Х-образная рама – один из видов лонжеронной. Особенность ее конструкции в том, что лонжероны спереди и сзади разведены, а в центре – максимально сведены. Данный тип на вид похож на буку «Х», что и послужило причиной его названия.

Периферийная

Является видом лонжеронных рам. Этот вид начал активно использоваться на крупных легковых машинах европейского производства и «дредноутах» из США в 60-х годах. В таких рамах лонжероны расположены настолько широко, что в процессе установки кузова они располагаются у порогов. Это позволяет существенно снизить уровень пола, одновременно с этим уменьшив непосредственную высоту машины.

Важное достоинство подобной машины в ее максимальной приспособленности к боковым ударам. Однако есть существенный минус – рама не может выдержать значительные нагрузки, поэтому кузов авто должен обладать необходимой прочностью и жесткостью.

Назначение и виды рамных конструкций

Рамная конструкция автомобиля включает в себя систему профилей прямоугольного, Т-образного, Н-образного или иного сечения, соединенных между собой при помощи сварки, заклепок или болтов. На раму через эластичные подвесы устанавливается ходовая часть и мотор, который агрегатируется с узлами трансмиссии. Совокупность вышеперечисленных деталей называется шасси. Сверху оно накрывается кузовом, предназначенным для водителя, пассажиров и, отдельно, для грузового отсека.

Автомобили с рамой имеют большую массу по сравнению с несущей компоновкой кузова. Но благодаря ее наличию имеют значительную прочность на изгиб и кручение, и, соответственно, лучше приспособлены для эксплуатации в условиях бездорожья и перевозки тяжелых грузов.

Важным стимулом для автопроизводителей служит взаимозаменяемость деталей от разных моделей машин. Рамная конструкция автомобиля позволяет максимально унифицировать размеры агрегатов и точки их крепления. В конечном итоге разные модели могли отличаться только наружными кузовными панелями при идентичных шасси.

Принято выделять несколько рамных типов, отличающихся взаиморасположением и сечением конструктивных профилей. Каждая из нижеописанных разновидностей характеризуется своей спецификой:

• Пространственные рамы.
• Лонжеронные конструкции.
• Хребтовые и хребтово-вильчатые.

Рамная конструкция автомобиля может быть комбинированной и объединять в той или иной степени все три основных типа.

1. Лонжеронная и ее подвиды. Самая проверенная схема состоит из двух продольных балок (лонжеронов), протянутых от начала до конца шасси и стянутых между собой поперечными связками.
   Лонжероны изготавливаются из стальных сплавов. Для жесткости в поперечном сечении создается несколько ребер жесткости. Они бывают закрытыми (квадрат или прямоугольник) и открытыми (Т-образный или Н-образный профиль).

   Продольные профили на самых первых изделиях были ровными, но в процессе технической эволюции обзавелись изгибами как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Это было сделано для оптимизации размещения навесных агрегатов и снижения центра тяжести автомобиля.

   Рекомендуем

   «Пенится масло в гидроусилителе: причины и методы устранения поломки» Подробнее
   Кроме того, на внедорожниках могут применяться рамные каркасы, имеющие наклон по отношению к горизонту.

   Продольные профили рамы стягиваются поперечинами, которые обычно имеют аналогичное сечение. Поперечные рамные балки располагаются либо под углом 90° – классическая «лестничная» компоновка, либо под острым углом – так называемые К- и Х-образные схемы.

   Между собой продольные и поперечные лонжероны скрепляются сваркой или заклепками. В некоторых случаях допускается болтовое соединение. Дополнительные кронштейны монтируются в точках крепления силового агрегата и подвески.

   Рамная конструкция автомобиля с широко расставленными продольными лонжеронами называется периферийной. Она позволяет увеличить устойчивость к боковым ударам и, соответственно, повысить его безопасность. Кроме того, агрегаты могут быть опущены ниже (между балками), снижая таким образом центр тяжести и увеличивая пассивную безопасность.

   Лонжероны, сведенные к центру рамы в горизонтальной плоскости, представляют собой соединение в виде буквы Х. Такая форма позволяет разместить в центре только вал трансмиссии и трубу выхлопной системы.

   Реже всего встречается разновидность из двух продольных профилей, соединенных не отдельными стяжками, а целым металлическим листом. Это также рамная конструкция автомобиля, несмотря на то, что этот лист может являться полом кабины или кузова.

2. Хребтовая рама.
   Хребтовая рамная вариация применялась на чешском грузовике «Татра». Продольная труба была всего одна и имела круглое сечение. От нее отходили ответвления по аналогии с позвоночником и ребрами. Двигатель и коробка передач также являлись своеобразным усилителем за счет прочного металлического корпуса.
   

   Рекомендуем

   «Почему пенится масло в двигателе и что с этим делать» Подробнее
   Серединный лонжерон жестко связывал между собой мотор и трансмиссию (коробка передач, раздаточная коробка, главные передачи). Трансмиссионные валы, связывающие агрегаты между собой, проходили внутри этой трубы. Конструкция была очень передовая и компактная, но практика показала ее эксплуатационную и ремонтную бесперспективность.

   Важным преимуществом такой компоновки была возможность обеспечить независимую подвеску всех колес. Зависимые ведущие мосты нельзя было поставить в принципе, и крутящий момент на колеса передавался с помощью карданных валов, а не полуосей.

   Повышенная жесткость кручения позволяла увеличить грузоподъемность хребтовой рамы при меньшей толщине металла лонжеронов по сравнению с традиционными схемами. Трубная система позволяла при необходимости без сложных доработок наращивать длину платформы и количество ведущих мостов за счет присоединения дополнительных модулей.

   Высокий центр тяжести из-за особенностей крепления агрегатов позволял использовать хребтовую раму только на грузовиках. Для легковых автомобилей, передвигающихся на более высоких скоростях, такая рамная конструкция грозила опрокидыванием в поворотах и на неровной дороге. Главным недостатком, не позволившим дальнейшее развитие, стала низкая ремонтопригодность. Ремонт изношенных валов и других узлов трансмиссии длился очень долго в связи с необходимостью практически полной разборки рамы. Для коммерческой техники такие простои недопустимы.

3. Пространственная рама.
   Рамная конструкция автомобиля называется пространственной, когда каркас, выполненный из стальных труб, представляет собой не плоскую деталь в основании автомобиля, а объединяет в себе шасси и кабину. Такой тип характерен для спортивных машин, которые попадают в аварии гораздо чаще, чем остальные, и, соответственно, должны лучше защищать своих пассажиров.

   Облицовочные кузовные панели закрепляются непосредственно на силовой каркас, так же как и двигатель, и трансмиссия, и прочие узлы.

   Например, багги изначально делаются с пространственной рамой. А гражданские экземпляры переделываются в спортивные путем вваривания трубчатого каркаса внутри существующего кузова, поэтому такой каркас безопасности нельзя считать полноценной рамой. Наиболее дорогие спортивные машины представляют собой капсулу из карбона (разновидность армированного пластика), которая по жесткости не уступает металлической раме при значительно меньшей массе.

4. Комбинированные виды.
   Рамная конструкция автомобиля далеко не всегда представляет собой определенный тип. Комбинация разных видов используется многими производителями.

   Например, симбиоз лонжеронной и хребтовой рамы. Между двумя продольными лонжеронами по центру идет труба. Агрегаты крепятся к лонжеронам в передней и задней части. Труба жестко крепится к периферии, но в отличие от хребтовой конструкции не прячет в себе приводные валы трансмиссии.

   Вильчатая конструкция имеет несколько разных комбинаций основных типов. Например, гнутая Х-образная лонжеронная рама, снабженная сплошным металлическим покрытием. Или хребтовая основа с центральной несущей трубой, к которой приварены поперечины, но не по всей длине, а только спереди и сзади.

   Интегрированная рама объединяет собственно рамную конструкцию автомобиля и кузов в едином форм-факторе. При этом кузовные панели, помимо выполнения декоративной функции, являются силовыми деталями несущего основания. Лонжероны в чистом виде присутствуют только в передней части автомобиля и предназначены для крепления мотора и коробки передач и сзади для крепления элементов подвески и заднего моста при наличии.

   Широко распространено, особенно на внедорожниках, крепление силового агрегата к кузову через подрамник. Он представляет собой облегченную версию рамной конструкции автомобиля. То есть рама располагается не подо всем автомобилем, а только под передней частью и крепится к кузову болтами. Это существенно повышает жесткость последнего.

   Заканчивая экскурс в историю развития рамной конструкции автомобиля, необходимо отметить, что рама как отдельный силовой элемент используется только для определенных типов автомобилей, эксплуатируемых в сложных дорожных условиях или для перевозки грузов. Современные легковые транспортные средства используют усеченную версию в виде подрамника или лонжеронов, вваренных в структуру кузова.

Хребтовая рама

Данный вид рам разработали представители и преимущественно он применялся для машин ее производства. Главный несущий элемент – труба, соединяющая двигатель спереди с элементами трансмиссии, которые расположены внутри нее. По сути, труба выступает единым картером для коробки передач, раздаточной коробки и приводных валов. Крутящий момент от двигателя к трансмиссии поступает посредством помещенного в трубу вала. Причем данный вал не является карданным, что обеспечивает большую надежность.

Хребтовая рама

Подобная конструкция рамы в сочетании с независимой подвеской колес обеспечивает очень большие хода, что делает ее незаменимой в транспортных средствах специального назначения.

Преимущество хребтовой рамы также заключается в том, что она имеет очень высокую жесткость на кручение, а элементы трансмиссии надежно защищены от внешнего воздействия. Но ввиду того, что определенные механизмы расположены внутри конструкции рамы, ремонтные работы заметно усложняются.

Вильчато-хребтовая

Вильчато-хребтовый тип рам тоже является разработкой «Татра». В таком варианте двигатель крепится не к трансмиссионной трубе, а на специальной лонжеронной вилке. Это сделано для того, чтобы сократить уровень передающихся вибраций от работающего ДВС на раму и, следовательно, на кузов автомобиля. Однако, на сегодняшний день вильчато-хребтовые рамы уже не применяются в автомобилестроении.

Вильчато-хребтовая рама

В чем прелесть рамных автомобилей и какими они бывают

Как собрать воедино все агрегаты самобеглой коляски, обеспечив их точное взаиморасположение при любых условиях движения? Первые автоинженеры об этом долго не думали. Все было уже придумано до них, и варианты были перед глазами: или несущий «кузов» телеги и кареты, или рамная конструкция паровоза и прочего железнодорожного транспорта. Тогда вопрос был решен в пользу рам, а сегодня автомобили с традиционной рамной конструкцией встречаются довольно редко. Хотя элементы рамной схемы использует большинство современных серийных машин.

Что такое рама?

В общем понимании рама (в терминологии первой половины прошлого века — остов) — это пара лонжеронов из металлического профиля, соединенных несколькими поперечинами. Рама служит основой, силовым каркасом, на который «навешиваются» кузов, силовой агрегат, элементы подвески и т.д.

«Остов» автомобиля начала века, фото: Wikipedia.org

Почему конструкторы выбирали раму?

1. Несущий кузов был или недостаточно жестким, или слишком тяжелым — сказывался тогдашний низкий уровень технологий.

Важная особенность рамной конструкции, плоской по сути, заключается в низком сопротивлении кручению по сравнению с несущей конструкцией коробчатого по своей сути кузова. На протяжении всей «рамной эпохи» этот вопрос решали двумя способами — увеличивая толщину металла и количество поперечин или меняя характеристики самого металла.

Проблема в принципе оказалась решаемой, тем более не всегда низкая сопротивляемость кручению вредила автомобилям. Так, в массовом советском грузовике ЗИС-5 «эластичная» рама («перепады» между диагонально противоположными концами рамы могли достигать 3-4 см) значительно повышала проходимость трехтонки, не позволяя на ухабах колесам вывешиваться. Потеря контакта колеса ведущего моста с дорогой чревата остановкой машины из-за «ухода» крутящего момента на поднявшееся колесо, поэтому трехтонка ЗИС ценилась на фронтовом бездорожье в период Великой Отечественной.

2. На одной и той же платформе можно было продавать множество моделей автомобилей под разные запросы клиентов.

Пространственная рама

Самый сложный тип рамной конструкции, применяющийся для спортивных машин. Это конструкция представляет собой каркас на основе тонких легированных труб и имеет очень высокие показатели по жесткости и прочности. В автомобилестроении данные рамы были вытеснены монококами, однако, похожие конструкции используются при создании автобусов.

Пространственная рама

Несущее основание

Несущее основание – это что-то среднее между кузовом и рамной конструкцией. Тут также используются лонжероны, но они объединены днищем, а не поперечинами. Наиболее массовый и популярный обладатель несущего днища – «Фольксваген Жук», у которого кузов крепится к плоской панели пола посредством болтов. Аналогичную конструкцию имеет и другая машина массового производства – Renault 4СV.

Несущее основание

Несущее днище отличается высокой технологичностью и применяется в крупносерийном производстве. Данная конструкция позволяет сделать пол и центр тяжести автомобиля достаточно низкими.

У рамной несущей части автомобиля есть ряд достоинств и особенностей, которые делают ее незаменимой для грузовых машин и внедорожников. И хотя рама используется сугубо для конкретных видов автомобилей, некоторые элементы ее конструкции применяются крайне широко, так как позволяют сделать несущие кузова более жесткими. Почти любая легковая машина оснащена усиливающими лонжеронами либо подрамниками.

Классификация кузовов и рам, требования к ним

Рамы, а часто и кузова представляют собой несущие системы, воспринимающие весовые и ударные — перегрузочные нагрузки. Кузов автомобиля служит для размещения груза, пассажиров и водителя и для защиты их от климатических воздействий.
Из всего многообразия классификационных признаков отметим только самые основные.

Несущие системы классифицируют в зависимости от того, что воспринимает весовые нагрузки:

Рамы делят на:

Кузова по назначению делят на:

Кузова легковых автомобилей классифицируют в зависимости от числа дверей и конструкции крыш:

Кроме того, выделяют однообъемные, двухобъемные, трехобъемные кузова. Название одного и того же кузова в разных странах может быть разным.

Кузова грузовых автомобилей классифицируют на:

Основные требования к кузовам и рамам следующие:

Кроме того, к кузовам и рамам, как и к остальным механизмам и системам автомобиля, предъявляют также общие требования:

Рассмотрим, какими конструктивными мероприятиями обеспечивается выполнение требований к кузовам и рамам.

Минимальная масса кузовов легковых автомобилей и кабин грузовых автомобилей обеспечивается применением мягкой низкоуглеродистой (из-за глубокой штамповки) листовой стали, толщина которой обычно уменьшена до 0,8 мм. Рамы изготавливают из листовой стали толщиной 2…4 мм (рамы больших легковых автомобилей), 5…12 мм (лонжероны рам автобусов и грузовых автомобилей), 4…8 мм (поперечины рам автобусов и грузовых автомобилей). Иногда для снижения массы рамы грузовых автомобилей изготавливают из легированной листовой стали.

Повышение коррозионной стойкости и, следовательно, долговечности кузовов легковых автомобилей обеспечивается применением листовой стали с добавлением меди либо оцинкованной.

Ненагруженные панели кузова изготавливают из пластмасс. Иногда кузова легковых автомобилей и кабины специальных грузовых автомобилей изготавливают из алюминиевого листа или из пластмасс. Для наружных панелей кузовов автобусов все чаше применяют алюминиевые листы.

Достаточная жесткость рам в основном обеспечивается при изгибе лонжеронами (при кручении также и поперечинами) необходимой высоты и толщины.

Для повышения жесткости кузовов используют закрытые или открытые профили, образующие каркас, либо выштампованные или дополнительные ребра.

Травмобезопасность кузова (внутренняя) обеспечивается уменьшением инерционных нагрузок при наездах спереди и сзади (например, создание более жесткого салона при менее жесткой передней и задней частях легкового автомобиля), ограничением перемещения людей при авариях (применение ремней и подушек безопасности), устранением травмоопасных деталей, сохранением жизненного пространства при опрокидывании.

Травмобезопасность кузова (внешняя) обеспечивается совершенствованием бамперов, устранением травмоопасных деталей и выступов, применением боковых и задних ограждений на кузовах грузовых автомобилей, а в некоторых случаях применением защитных приспособлений, уменьшающих травмы пешеходов при наезде на них.

Источник