Рамная конструкция автомобиля: ее особенности и преимущества

Рамная конструкция автомобиля: ее особенности и преимущества

Первый автомобиль представлял собой открытый экипаж, приводимый в движение двигателем внутреннего сгорания. В основе его лежала тележка – каркас с четырьмя колесами, на который был навешен силовой агрегат. Аналогичным образом выглядит структура паровоза, состоящего из массивной платформы и колесных пар. Большинство серийных машин в прошлом веке были изготовлены по тому же «рецепту». В основе лежала рама, объединяющая агрегаты и узлы автомобиля. Рамная конструкция автомобиля сохранилась и до наших дней, но применяется гораздо реже и потихоньку исчезает в чистом виде.

• Что такое рамная конструкция автомобиля
• Каковы преимущества и недостатки рамных конструкций
• Каково назначение и виды рамных конструкций
• Что безопаснее и удобнее – рамная конструкция или несущий кузов

Как устроена рамная конструкция автомобиля

Рамная конструкция автомобиля представляет собой несущую систему, на которой смонтирован двигатель внутреннего сгорания (ДВС), детали трансмиссии и подвески и, собственно, кузов. Такое устройство обеспечивает максимальную надежность машины при эксплуатации в реальных дорожных условиях. Не стоит забывать, что железнодорожный транспорт стал прототипом для автомобильных средств передвижения, и, соответственно, взаиморасположение элементов на первых порах перекочевало оттуда. Паровоз перемещал такие объемы груза, которые и не снились машине, поэтому рамная конструкция автомобиля имеет очень большой запас прочности.

Самые первые рамы в 20-х годах прошлого столетия изготавливались из металлических труб прямоугольного сечения. Они были универсальны и технологичны на производстве. К 1930-м годам в автостроении начался постепенный переход к интегрированию рамы и кузова. Стали появляться полурамные и несущие транспортные средства. В итоге, практика показала, что рамная конструкция автомобиля актуальна для тяжелых машин. Грузовики, тракторы, внедорожники, лимузины делаются по этому «рецепту». Особенно это касается бронированных лимузинов, огромный вес которых может удержать только полноценная рама, изготавливаемая, как правило, по отдельному заказу.

Рамная конструкция автомобиля четко подразделяет элементы на силовые и декоративные. Рама воспринимает нагрузки от мотора, трансмиссии и колес. Также она играет важную роль в пассивной безопасности автомобиля. Шасси – это совокупность рамы и силового агрегата с коробкой передач и подвеской. Оно, в принципе, может передвигаться и без кузова.

Кузовные панели формируют внешний облик и образуют кабину для водителя и пассажиров. Некоторые элементы кузова могут быть усилены дополнительным каркасом, но это касается, в основном, безопасности людей и не влияет на демпфирование нагрузок от мотора и от дорожного покрытия. Схема постоянно совершенствовалась, и со временем появилось несколько отдельных подвидов, характеризующих силовую структуру. Выделяют лонжеронные, хребтовые (в том числе вильчато-хребтовые), периферийные и решетчатые типы, особняком стоят несущие и полунесущие разновидности.

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.

Читайте также!

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.

Читайте также!

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.

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.

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.

Область применения рамных конструкций

Автопроизводители остановились на рамной конструкции для грузовиков, тяжелых внедорожников и в некоторых случаях для автобусов. Отдельной статьей стоят премиальные авто, особенно в бронированном исполнении.

Изначально детали несущего основания скреплялись с помощью заклепок или цельнолитым способом. Клепочная технология достаточно простая и удобная. Она не требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации сборщиков. В настоящее время используется только для грузовиков. Рамы, изготовленные методом цельного литья, отличались высокой прочностью, но в силу своей дороговизны и сложности наладки оборудования и оснастки окончательно ушли в историю.

Читайте также!

Сварочная технология заняла свое место и имеет все перспективы дальнейшего развития. Такую работу легко автоматизировать, а сварные элементы гораздо проще отливать и транспортировать, чем целиковую раму. Большинство грузовых и внедорожных автомобилей выполнено по этой технологии.

Автомобили с рамной конструкцией:

• УАЗ «Хантер»;
• УАЗ «Патриот»;
• Джипы «Грейт Волл»;
• Джипы «Хавал»;
• Некоторые джипы корейских производителей.

Мнение автовладельцев о рамной конструкции автомобиля

1. Не стоит путать кислое с соленым. Классический легковой автомобиль в кузове седан или хэтчбек безусловно не нуждается в раме. Но если требуется большая грузоподъемность, увеличенная колесная база, возможность ездить по бездорожью, то следует обратить внимание на автомобиль рамной конструкции с минимальным количеством наворотов и вспомогательной электроники. На такой машине смело можно уехать от цивилизации и не опасаться неожиданных поломок. А если таковые и будут, то их можно устранить на месте. Современные кроссоверы созданы только для того, чтобы штурмовать бордюры для парковки на тротуаре. На них нельзя далеко уезжать от фирменного сервиса.
2. Современные «рамники», наоборот, можно считать автомобилями повышенной безопасности. Для внедорожника рама скорее плюс, чем минус. Малая жесткость на кручение приводит к тому, что езда по пересеченной местности может закончиться перекосом кузова. Увеличенная колесная база необходима для улучшения устойчивости на дороге, но при этом недостаточная прочность приводит к ухудшению управляемости. Надежные машины высокой проходимости до сих пор имеют рамную конструкцию. Каждый производитель закладывает свою «изюминку» в конструкцию кузова: у одного интегрированная рама, у другого высокопрочные стали, у третьего и то, и другое. Лидера выделить практически невозможно. Рама не ушла в историю по причине своей незаменимости для крупногабаритных джипов и пикапов. Коммерческий транспорт тоже никогда не сменит ориентацию. А все, что помельче, вполне обойдется безрамной компоновкой.

https://rad-star.ru/pressroom/articles/ramnaya-konstruktsiya-avto/