Растяжки - распорки
Самой простой деталью увеличения жесткости кузова являются растяжки-распорки (их еще называют балками), которые применяются для "поперечной" связи деталей кузова. При этом, как правило, соединяются "стаканы" как задней, так и передней подвески. На первый взгляд растяжка смахивает на обрезок обычной водопроводной трубы. Но 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.
Иногда тюнинговщики исправляют ошибки конструкторов. В случае с вазовской "десяткой", например, одно из первых усовершенствований, которое предложат в тюнинг-ателье, именно распорка. Ибо конструкция не ахти какая - кузов хлипкий, и как следствие - посредственная управляемость. Кроме того, в "хлипких" неукрепленных кузовах ресурс снижается из-за появления трещин в лакокрасочном покрытии и металле, надрывов и надломов, где буйно "произрастет" коррозия. При этом "расшатанный" кузов вызывает снижение пассивной безопасности, ухудшение управляемости и устойчивости. Вот и выходит, что при эксплуатации в наших условиях - растяжка совсем не лишняя опция.
Распорки (балки) бывают разборные и цельные. Первые состоят как минимум из трех деталей - двух ушек ("подков"), посредством которых они крепятся к чашке и собственно самой балке.
Необходимо отметить тот факт, 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 балки регулируемые и нерегулируемые. Первые легко отличить по наличию двух элементов у самой балки и соединительному регулировочному винту с разнонаправленной резьбой между ними. Тем самым регулируется длина балки. У нерегулируемых распорок предусмотрены овальные прорези крепления.
Устанавливать же распорки желательно на новую или, по крайней мере, не "поведенную" машину.
Устанавливают распорки-растяжки тремя способами. Первый заключается в соединении верхних чашек подвески, чаще всего через шпильки стоек "МакФерсон". При втором - соединяют колесные арки (боковины "стаканов"). Третьим способом "увязывают" штоки амортизаторов. Он применяется крайне редко, так как при этом обеспечивается лишь связь амортизаторов, а не деталей кузова.
Крепят балки-растяжки к кузовным элементам двумя способами, получая съемные и несъемные конструкции. Самый распространенный способ - "на резьбе". В первом варианте "ушки" растяжки крепятся к штатным шпилькам стойки подвески автомобиля. В этом случае монтаж производится за 10 минут. Ко второму варианту прибегают, если стойки крепятся через резиновый элемент, поджатый сверху чашечкой. В этом случае необходимо сверлить отверстие в чашке и крепить детали болтами, что создает определенную трудность механику при установке.
Несъемные конструкции получаются в результате крепления распорок с помощью сварных соединений. 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 сварном соединении это исключено, посему к качеству сварных швов предъявляются довольно высокие требования.
Существуют и варианты растяжек, которые устанавливаются снизу автомобиля. Это как бы дополнительный подрамник, который может располагаться как продольно, так и поперечно. Конструкция поперечной балки-растяжки связывает опоры (стойки) крепления рычагов подвески.
Вышеперечисленные дополнительные элементы не позволяют кузову "играть" и "расползаться". Некоторые фирмы выпускают разные по видам, по креплению и дизайну растяжки на одну и ту же модель автомобиля.
Материалы для изготовления балок-растяжек: углеродистая и нержавеющая сталь, алюминий, титан. Может применяться дорогой новомодный карбон. Сечение профиля балки напоминает всем известные простые геометрические фигуры. Выбирайте, что душе угодно: круг, овал, квадрат, прямоугольник. Кроме практического применения, балки выполняют декоративную функцию - дабы под капотом машины можно было показать что-то еще, кроме мотора. Для этого растяжки или окрашивают в "боевые" цвета, или полируют, хромируют.
Единственное о чем стоит подумать перед установкой растяжки, то, что автомобильный кузов изначально рассчитан так, чтобы во время удара мог деформироваться, сложить определенным образом и тем самым погасить энергию удара и уберечь пассажиров от травм. Поэтому при установке усилительно элемента возникает некоторое противоречие между дополнительной жесткостью и направлением деформации в задуманных зонах.
Каркас безопасности
Следующим элементом, предназначенным увеличить прочность и жесткость, является каркас, который применяется для продольного усиления кузова.
В зависимости от сложности конструкции каркаса возможны различные варианты усиления. Начиная от простого - бугеля-арки над головами водителя и пассажира - и заканчивая сложным - пространственным скелетом, объединяющим в одну силовую структуру чашки передней и задней подвески, пороги и боковины, а также клетку безопасности самого салона.Каркас бывает съемным и неразборным (вваренным). Разборный - это чаще всего клетка безопасности в салоне, закрепленная к боковой стойке, порогу-полу. А вваренный - обычно сложный по конструкции каркас, связанный с силовой структурой автомобильного кузова, применяется при серьезном индивидуальном тюнинге. В принципе, по каталогу легко выбрать и приобрести каркас, сделанный на манер гоночного, или действительно гоночный. Если к бутафорному каркасу предъявлять какие-то особые требования бессмысленно, но к спортивным, гоночным определены жесткие требования по форме, размерам, применяемым материалам и установке.
Коробки-каркасы существуют для двух- или четырехдверных кузовов (хотя сами по себе двухдверные жестче). Причем 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 зачастую крепят четырех- или пятиточечные ремни безопасности.
Не стоит думать, что каркас - абсолютно ненужная деталь в автомобиле. Спортивный автомобиль без него просто не допустят к соревнованиям, ибо он бережет жизнь экипажа.
Материалом для изготовления каркасов является сталь, иногда алюминий. Средний размер труб: 45х2,5, 40х2,0 см. Средний каркас безопасности весит 25-40 кг и более. Часто трубы каркаса окрашивают в яркие цвета. Поверх труб на некоторые участки наносят защиту. Обшивают элементы каркаса поролоном или вспененной изоляцией. Иногда ярких цветов. Это делается, с одной стороны, для эстетики, а с другой - в целях безопасности при посадке в автомобиль.
Существуют также отдельные усилители кузова. Применяются косынки, дополнительные лонжероны, уголки, полоски, особенно в местах крепления подвески. Рекомендовать можно и усиление кузова автомобиля, подсказанное опытом эксплуатации спортивного авто, когда удаляют даже резиновые заглушки в кузове, заваривая отверстия.
Введение
Жесткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним статическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях. С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля - за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.
При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная и поперечная). Способность кузова сопротивляться действующим на нее рабочим нагрузкам характеризуется при изгибе значением максимального прогиба, а при кручении -- углом закручивания на длине базы. Однако полученные в результате расчета или испытания на стенде максимальный прогиб и угол закручивания на длине базы не могут быть использованы для сравнения данного кузова с кузовами других автомобилей, имеющих другую базу и иную номинальную нагрузку.
Поэтому введены понятия удельной крутильной и изгибной жесткостей. Удельная крутильная жесткость кузова характеризует сопротивление кузова закручиванию и представляет собой отношение крутящего момента к углу закручивания кузова на длине базы автомобиля, умноженное на размер базы. Для легковых автомобилей удельная крутящая жесткость кузова составляет 130…300 Н*м 2 /?. Удельная изгибная жесткость кузова характеризует изгиб кузова в вертикальной плоскости и представляет собой отношение нагрузки к прогибу кузова, умноженному на размер базы автомобиля в третьей степени. Для легковых автомобилей удельная изгибная жесткость кузова находится в пределах 850…2200 Н*м 3 /?.
Жесткость во многом зависит от типа кузова (седан, хэтчбек и др.), конструкции ("геометрии" и способа крепления крыльев, бамперов), размеров машины, количества дверей, величины оконных проемов и даже положения спинок задних сидений. Имеет значение способ крепления лобового и заднего стекол: их вклеивание увеличивает общую жесткость кузова на 20-40%. Улучшают эту характеристику и дополнительные силовые элементы - например, распорки-усилители между задними или передними чашками стоек подвески.
Большинство современных легковых автомобилей имеет неразъемные стальные несущие кузова бескаркасной конструкции, что снижает их массу. Жесткость таких кузовов обеспечивается наличием в них специальных элементов - лонжеронов, продольных и поперечных балок. Для увеличения жесткости кузовов из тонколистовой стали широко применяются сварные коробчатые детали, а также силовые распорки и стойки, которым придают определенную форму и сечение. Наибольшая жесткость у кузовов типа седан, меньшая - у хэтчбеков и удлиненных кузовов универсалов. Дополнительному усилению кузова обычно подвергаются спортивные машины: на них устанавливаются добавочные усилители-распорки, а в салоне - силовой каркас безопасности из тонкостенных стальных труб.
После 4-6 лет эксплуатации автомобиля жесткость кузова заметно уменьшается из-за коррозии металлических элементов - как силовых, так и облицовки. Особенно быстро ржавчина поражает тонколистовые детали, соединенные точечной сваркой. Нарушение жесткости несущих элементов кузова снижает общую его прочность и может сделать дальнейшую эксплуатацию автомобиля опасной.
Как влияют на жесткость некоторые элементы автомобиля, можно проследить на примере ВАЗ-2111. При закрепленных спинках задних сидений по сравнению с их разложенным состоянием жесткость кузова выше на 29,4% (исходная равна 6501 Н·м/град). При установке дополнительной распорки-усилителя задней балки (замкнутая U-образная дуга) жесткость увеличивается еще на 43,9%.
Жесткость кузова можно оценить путем сравнения этой характеристики у нового и старого автомобилей. Для этого, поддомкратив кузов новой машины у заднего колеса в точке Б на некоторую высоту Н, измеряем расстояние h от произвольно выбранной точки А кузова (у переднего колеса) до земли. Такую же процедуру повторяем со старым автомобилем. Если при подъеме его кузова в точке Б на высоту H величина h окажется меньше, чем у нового авто, значит, кузов "скручивается", т.е. он потерял жесткость.
Оценить жесткость кузова можно и другим методом - по величине линейных отклонений контрольных точек кузова от начального положения. Машину поднимают домкратом до вывешивания одного из колес и следят за изменением величин дверных зазоров. При достаточной жесткости кузова они не должны меняться, а двери - заклинивать.
При стендовых испытаниях жесткость кузова измеряется по величине усилия, вызывающего допустимую его деформацию. Если к автомобилю, жесткость кузова которого составляет 6501 Н·м/град., приложить скручивающее усилие в 1 тонну, то величина деформации не превысит 1,8 градуса. Величины деформаций в условиях автопроизводства измеряются по специальной методике с помощью тензометрических датчиков.
Способы обеспечения жесткости кузовов
Распорка передняя.
Это - элемент силовой структуры стоек крепления передней подвески.
Передние распорки - самый распространённый вид укрепления кузова, его плюсы очевидны - простота установки, небольшая цена, визуальная привлекательность и достаточно сильное увеличение жесткости передней части автомобиля. Их назначение - снижать деформацию и перемещение чашек кузова при повороте автомобиля. Результат установки зависит от автомобиля. Если его конструкция в целом сбалансирована, тогда результат, скорее всего, виден не будет. А для других данное устройство рекомендуется категорически. Например, для ВАЗовского "десятого" семейства. Там "гуляют" не только стойки, а деформируется весь щит передка! Кстати, для него тоже есть специальный усилитель, но об этом позже. На рынке сейчас можно наблюдать изобилие передних распорок, но принципиально различается лишь материал и способ крепления.
Обычная распорка работает исключительно на сжатие, но можно заставить работать её и на кручение, для этого чашку дополнительно усиливают ещё одним элементом - косынками(специальными толстыми стальными пластинами). В результате распорка начинает работать ещё и на кручение. Косынками можно так же усилить места колёсных арок, стоек подвески и рёбер жесткости всего кузова, в большинстве своём для этого придётся разобрать почти пол машины, по крайней мере весь салон точно, поэтому этот приём используется в основном на гоночных машинах.
Кроме этого к дополнительному элементу передних распорок можно отнести так называемые "штанги". Штанга это особое подвижное крепление соединяющие двигатель и распорку, кроме этой существуют штанги соединяющие двигатель с другими "крепкими" элементами. Работает этот элемент главным образом при торможении двигателем и резких стартах, эффект -уменьшение перемещений силового агрегата при экстремальных нагрузках, уменьшение увода автомобиля при резком троганье с места, уменьшение перемещений рукоятки рычага КПП, ну, и естественно повышение общей жесткости кузова. К недостаткам применения штанг следует отнести повышение уровня шума в салоне автомобиля
Нижняя распорка
Нижняя распорка уменьшает перемещение кронштейна рычага передней подвески, снижает напряжение, возникающее в кронштейне рычага и соединителе лонжерона с полом. Забирая часть нагрузки на себя, распорка нижняя уводит детали кузова из зоны высоких напряжений. В итоге улучшение управляемости, устойчивости, увеличение срока службы кузова. Установка достаточно трудоёмка.
Задняя распорка
Уменьшает перемещение задних стаканов крепления, увеличивает общую крутильную жесткость кузова. Результат: улучшение управляемости, устойчивости. Главное, что надо учитывать: распорка задняя дает эффект лишь в том случае, если она закреплена за силовые элементы кузова, а не за промежуточные элементы (кронштейны крепления сидений, например). Задняя распорка, тоже достаточно легко устанавливается и демонтируется, но есть и отрицательные моменты: во первых это лишнее место в грузовом отсеке, во-вторых есть подводные камни, задняя распорка может увеличить недостаточную поворачиваемость особенно если задняя часть машины укреплена ещё какими-то элементами. Если на машине стоит стоковая подвеска лучше отказаться от укрепления зада или укрепить его только одним усиливающим жесткость элементом.
Кроме распорок существуют ещё множество путей укрепления кузова - увеличение сварных швов, усиленные подрамники, стабилизаторы поперечной устойчивости и поперечины, различные усиливающие элементы в слабых по жесткости местах, разработанные под конкретную модель и, конечно, каркасы.
Увеличение сварочных швов и вварные элементы.
Увеличение сварочных швов. Дело в том, что кузов на конвейере сваривается точечной сваркой, т.е. между точками сварки остаются промежутки. Естественно чем эти точки расположены плотнее, тем жестче конструкция. Однако увеличению их препятствует технологические проблемы в производстве и сложность их выполнения без спец.инструмента. Но эту проблему легко устранить квалифицированному сварщику с достойным оборудованием. Главное не нарваться на неквалифицированного сварщика и не нарушить физику кузова. Так же распространено приваривание новых дополнительных железных элементов в слабые участки кузова.
Стабилизаторы и поперечины
Эти агрегаты присутствуют и в стоке и имеют много свойств, которые влияют на управляемость, комфорт, так что обычно на заводских машинах стоят промежуточные, так сказать не слишком мягкие, не слишком жесткие. Варианта по их усовершенствованию два - усиление и замена. Побочные действия - повышение шума, чувствительность к неровностям и всё те же положительные свойства: управляемость и жесткость. Категорически не рекомендуется устанавливать стабилизаторы, поперечины в тандеме с задней распоркой особенно на стоковую подвеску.
Подрамники
Подрамники во многом схожи со стабилизаторами и поперечинами, разница только в глобальности, для некоторых версий подрамника понадобится серьёзные доработки всего передка автомобиля - переварка и перерезка, переделываются стаканы и даже амортизаторы, а на вид такие работы не слишком дружелюбны. Но зато эффект! Можно полностью изменить геометрию подвески, улучшить стабилизацию за счет увеличения кастора, увеличить колею а как следствие устойчивость и управляемость. Жесткость, естественно, тоже возрастёт.
Каркас безопасности
автомобиль кузов жесткость каркас
Каркас, в гоночном автомобиле, выполняет не только свои прямые функции по защите пилота, но и великолепно усиливает кузов. Он обязателен к применению в любом гоночном автомобиле, разница только в его сложности(правда обязанность появилась не так давно в 1994 году, до этого установка каркаса была делом сугубо личным).Каркас представляет собой сочетание жестко соединённых между собой стальных (сталь с временным сопротивлением на разрыв не менее 45 кг/кв. мм) холоднотянутых бесшовных труб, например 30ХГСА. По типу каркасы можно разделить грубо на две категории: омологированные и не омологированные. Первые вы можете установить к себе в автомобиль и вас могут допустить на официальные соревнования. Однако он очень сложен и доставляет определённые трудности, о которых поговорим ниже. Второй тип - это "гражданские" каркасы, проще и естественно дешевле.
По типу установки тоже можно выделить два типа - вварные и разборные. Первые ввариваются непосредственно в силовую структуру кузова, т.е. извлечь его оттуда без "болгарки" будет невозможно. Во втором случае в кузов ввариваются только петли, а сами трубы прикручиваются к ним болтами. В этом случае жесткость немного ниже, зато есть возможность снять каркас. Замечу, что почти все машины чемпионатов СССР по кольцевым гонкам 70-80хх годов имели именно съёмный каркас. Трубы (или дуги) в каркасе можно разделить на главные и предохранительные. Встречаются "смешанные" варианты, например, где основной каркас вварен, а дуга около сидений снимается. Изготовить каркас можно и самому (естественно неомологированнный и возможно крайне опасный, а не безопасный), а можно приобрести уже готовый комплект. Главный побочный эффект каркаса - это вес. Средний каркас весит около 40 кг, что, совсем немало. Плюс к этому ухудшение обзорности и посадки-высадки, а также в качестве ремней можно использовать только не эластичные многоточечные ремни. Так что в повседневном пользовании эта вещь будет доставлять определённые трудности, ну, а самой главной проблем является сложность получения техосмотра, если у вас установлен каркас, придётся пройти не дну инстанцию. Каркасы имеют достаточно сложную структуру и различные примочки, типа обмоток труб, которые защищают гонщика от травм, которые может причинить каркас, во время аварии. В гражданском тюнинге каркасы чаще используют для красоты, например, в той же Германии они стоят, чуть ли не на каждой второй тюнинговой машине. Если ты участвуешь в гонках, вопрос о каркасе решается сам собой, но перед установкой его в гражданскую машину, надо сто раз подумать, кроме ухудшения обзорности и физических неудобств, каркас безопасности может сыграть роль каркаса опасности. Если в гонках каркас может спасти от ужасной аварии сохранив жизненное пространство, то в жизни он может убить. Каркасы позволяют избежать одних травматических факторов в пользу других. жизненное пространство сохраняется, но установка каркаса исключает подушки безопасности, а неэластичные многоточечные ремни подвергают пилота при авариях значительным перегрузкам, которые вполне могут убить(например разрыв внутренних органов), но каркас усиливает кузов так сильно, как не один другой элемент, те же болиды WRC есть ничто иное как каркас на который насажены панели кузова и эти факты заставляют задуматься.
Силовой агрегат жестко соединенный с кузовом.
Еще в автоспорте широко применяется такой приём увеличения жесткости кузова, как включение в его силовую структуру агрегатов, например двигателя, коробки передач и главной передачи. Это значит, что все они жестко соединены с кузовом, что так же очень сильно увеличивает жесткость. Например подобные решения встречаются почти на всех "формулах". Вообще же родоначальником данной идеи был легендарный Колин Чемпмен, основатель фирмы "Лотус", который впервые воплотил идею в жизнь на Лотусе-25 Формулы-1.
Народные способы.
Также существуют народные способы, например: отверстия порогов и лонжеронов заполняются монтажной пеной. Способ дешёвый и сердитый. В плюсах некоторое увеличение жесткости, в минусах - отсутствие вентиляции и, как следствие, повышенная коррозионная активность. Так же при замене данных деталей путём сварки возникает риск пожара.
Заключение
На жесткость кузова заметно влияет и то, как именно установлен силовой агрегат. Поэтому разница в результатах бывает выше у автомобилей классической компоновки -- там жесткость на кручение повышает балка передней подвески. А вот в переднеприводных машинах с поперечным расположением двигателя и передней подвеской типа McPherson, заметную прибавку может дать... спинка заднего сиденья! Например, в "восьмерках" и "девятках" заднее сиденье увеличивает жесткость кузова примерно на 1000 Нм/град из-за того, что спинка цельная и жесткая, а на многострадальном десятом семействе спинка раздельная и эта 1000Нм испаряется. Поэтому ВАЗ рекомендует владельцам, как можно реже ездить со сложенным задним сиденьем -- кузов при этом ослаблен и хуже сопротивляется скручивающей нагрузке. На самом деле в тюнинге можно выделить двух врагов - уменьшение веса и жесткость кузова, а это вещи друг друга взаимоисключающие, борясь за уменьшение веса можно уменьшить жесткость, а что важнее вопрос не однозначный.
решил все таки отписаццо снова, для тех, кому мало доводов в пользу каркаса, как усилителя жесткости кузова и, соответственно, улучшения управляемости, цитирую:
"Главная прочностная характеристика автомобильного кузова
- это его жесткость на скручивание. Заезд одним колесом на бордюр, подъем автомобиля на домкрате, диагональное вывешивание на бездорожье, прохождение поворота - во всех этих ситуациях нагрузки на кузов стремятся скрутить его вокруг продольной оси. Если жесткость кузова невелика, то
после поддомкрачивания у машины перестают нормально открываться и закрываться двери, на бугристой дороге начинают «дышать» все панели в салоне. Реакции на повороты руля становятся «размазанными» - изгиб кузова и податливость металла в зонах крепления рычагов подвески вносят рассогласование в работу передней и задней подвесок.
К тому же постоянное скручивание заставляет кузов стареть интенсивнее. Начинают потихоньку «раскрываться» сварные швы, в образовавшиеся микротрещины пробирается коррозия... Рыба гниет с головы, а кузов - с ослабленных, нагруженных участков.
... бла-бла-бла...
- Жесткость любого кузова можно существенно увеличить с помощью распорок и усилителей,
- уверяют вазовские кузовщики. - Например, мы недавно испытали распорки для «десятки», которые крепятся в проеме кузова между полом и «чашками» верхних креплений задних амортизаторов. На «заряженные» версии ВАЗ-21106 с двигателями Opel подобные задние распорки теперь ввариваются серийно - именно благодаря им жесткость кузовов этих машин достигает 12000 Нм/град. Теперь одна из тольяттинских тюнинговых фирм собирается наладить выпуск дополнительных распорок для обычных «десяток» - их можно будет смонтировать за задним сиденьем на болтах. Мы обеими руками за!
А самый радикальный способ увеличения жесткости кузова используют строители гоночных автомобилей.
Взгляните на цифры жесткости кузова спортивной кольцевой «сто шестой» машины заводского гонщика Александра Никоненко, которую в ОДК измерили перед сезоном 2000 года. Результат фантастический - свыше 50000 Нм/град.!
- Каркас безопасности из стальных труб на этой машине очень грамотно «завязан» на несущие точки опор подвески
, - комментируют такое достижение инженеры. - Но так бывает далеко не всегда. Недавно нам на измерение привезли хэтчбек ВАЗ-2112, подготовленный для клубных гонок. Жесткость кузова, несмотря на вваренный каркас, оказалась гораздо ниже, чем у «десятки» Никоненко, - всего 20000 Нм/град. Мы попытались дать несколько советов строителям автомобиля. Начали объяснять, что сам по себе каркас обеспечивает только безопасность гонщика. А для того, чтобы клетка из труб еще и эффективно увеличивала жесткость кузова на кручение, каркас надо вваривать в зоны приложения нагрузок от подвески.
"
конец цитаты.
видимо, те, кто ездил с каркасом и не почувствовал улучшения управляемости ездили на непонятно каком каркасе.
ну и на последок, как называется по инглишу "наш" каркас безопасности, в курсе? если нет, то скажу: roll саge. те, кто знаком с английским, найдите мне плиз, в названии упминание о безопасности (хотя в ней и лежит немалая часть функции каркаса).
ну и самое последнее. разумеется, повышать жестоксть кузова любыми методами не имеет особого смысла на автомобиле. который тошнит по городу, без доработок других частей, например ходовой и т.д. но, сделать все это и пытаться учавствовать в гонках, даже любительских без каркаса - мягко говоря глупо.
Введение
Жесткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним статическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях. С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля - за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.
При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная и поперечная). Способность кузова сопротивляться действующим на нее рабочим нагрузкам характеризуется при изгибе значением максимального прогиба, а при кручении - углом закручивания на длине базы. Однако полученные в результате расчета или испытания на стенде максимальный прогиб и угол закручивания на длине базы не могут быть использованы для сравнения данного кузова с кузовами других автомобилей, имеющих другую базу и иную номинальную нагрузку.
Поэтому введены понятия удельной крутильной и изгибной жесткостей. Удельная крутильная жесткость кузова характеризует сопротивление кузова закручиванию и представляет собой отношение крутящего момента к углу закручивания кузова на длине базы автомобиля, умноженное на размер базы. Для легковых автомобилей удельная крутящая жесткость кузова составляет 130…300 Н*м2/˚. Удельная изгибная жесткость кузова характеризует изгиб кузова в вертикальной плоскости и представляет собой отношение нагрузки к прогибу кузова, умноженному на размер базы автомобиля в третьей степени. Для легковых автомобилей удельная изгибная жесткость кузова находится в пределах 850…2200 Н*м3/˚.
Жесткость во многом зависит от типа кузова (седан, хэтчбек и др.), конструкции ("геометрии" и способа крепления крыльев, бамперов), размеров машины, количества дверей, величины оконных проемов и даже положения спинок задних сидений. Имеет значение способ крепления лобового и заднего стекол: их вклеивание увеличивает общую жесткость кузова на 20-40%. Улучшают эту характеристику и дополнительные силовые элементы - например, распорки-усилители между задними или передними чашками стоек подвески. Большинство современных легковых автомобилей имеет неразъемные стальные несущие кузова бескаркасной конструкции, что снижает их массу. Жесткость таких кузовов обеспечивается наличием в них специальных элементов - лонжеронов, продольных и поперечных балок. Для увеличения жесткости кузовов из тонколистовой стали широко применяются сварные коробчатые детали, а также силовые распорки и стойки, которым придают определенную форму и сечение. Наибольшая жесткость у кузовов типа седан, меньшая - у хэтчбеков и удлиненных кузовов универсалов. Дополнительному усилению кузова обычно подвергаются спортивные машины: на них устанавливаются добавочные усилители-распорки, а в салоне - силовой каркас безопасности из тонкостенных стальных труб. После 4-6 лет эксплуатации автомобиля жесткость кузова заметно уменьшается из-за коррозии металлических элементов - как силовых, так и облицовки. Особенно быстро ржавчина поражает тонколистовые детали, соединенные точечной сваркой. Нарушение жесткости несущих элементов кузова снижает общую его прочность и может сделать дальнейшую эксплуатацию автомобиля опасной. Как влияют на жесткость некоторые элементы автомобиля, можно проследить на примере ВАЗ-2111. При закрепленных спинках задних сидений по сравнению с их разложенным состоянием жесткость кузова выше на 29,4% (исходная равна 6501 Н·м/град). При установке дополнительной распорки-усилителя задней балки (замкнутая U-образная дуга) жесткость увеличивается еще на 43,9%. Жесткость кузова можно оценить путем сравнения этой характеристики у нового и старого автомобилей. Для этого, поддомкратив кузов новой машины у заднего колеса в точке Б на некоторую высоту Н, измеряем расстояние h от произвольно выбранной точки А кузова (у переднего колеса) до земли. Такую же процедуру повторяем со старым автомобилем. Если при подъеме его кузова в точке Б на высоту H величина h окажется меньше, чем у нового авто, значит, кузов "скручивается", т.е. он потерял жесткость. Оценить жесткость кузова можно и другим методом - по величине линейных отклонений контрольных точек кузова от начального положения. Машину поднимают домкратом до вывешивания одного из колес и следят за изменением величин дверных зазоров. При достаточной жесткости кузова они не должны меняться, а двери - заклинивать. При стендовых испытаниях жесткость кузова измеряется по величине усилия, вызывающего допустимую его деформацию. Если к автомобилю, жесткость кузова которого составляет 6501 Н·м/град., приложить скручивающее усилие в 1 тонну, то величина деформации не превысит 1,8 градуса. Величины деформаций в условиях автопроизводства измеряются по специальной методике с помощью тензометрических датчиков.
1. Способы обеспечения жесткости кузовов
Распорка передняя. Это - элемент силовой структуры стоек крепления передней подвески.
Передние распорки - самый распространённый вид укрепления кузова, его плюсы очевидны - простота установки, небольшая цена, визуальная привлекательность и достаточно сильное увеличение жесткости передней части автомобиля. Их назначение - снижать деформацию и перемещение чашек кузова при повороте автомобиля. Результат установки зависит от автомобиля. Если его конструкция в целом сбалансирована, тогда результат, скорее всего, виден не будет. А для других данное устройство рекомендуется категорически. Например, для ВАЗовского "десятого" семейства. Там "гуляют" не только стойки, а деформируется весь щит передка! Кстати, для него тоже есть специальный усилитель, но об этом позже. На рынке сейчас можно наблюдать изобилие передних распорок, но принципиально различается лишь материал и способ крепления.
Обычная распорка работает исключительно на сжатие, но можно заставить работать её и на кручение, для этого чашку дополнительно усиливают ещё одним элементом - косынками(специальными толстыми стальными пластинами). В результате распорка начинает работать ещё и на кручение. Косынками можно так же усилить места колёсных арок, стоек подвески и рёбер жесткости всего кузова, в большинстве своём для этого придётся разобрать почти пол машины, по крайней мере весь салон точно, поэтому этот приём используется в основном на гоночных машинах.
Кроме этого к дополнительному элементу передних распорок можно отнести так называемые "штанги". Штанга это особое подвижное крепление соединяющие двигатель и распорку, кроме этой существуют штанги соединяющие двигатель с другими "крепкими" элементами. Работает этот элемент главным образом при торможении двигателем и резких стартах, эффект -уменьшение перемещений силового агрегата при экстремальных нагрузках, уменьшение увода автомобиля при резком троганье с места, уменьшение перемещений рукоятки рычага КПП, ну, и естественно повышение общей жесткости кузова. К недостаткам применения штанг следует отнести повышение уровня шума в салоне автомобиля
Нижняя распорка Нижняя распорка уменьшает перемещение кронштейна рычага передней подвески, снижает напряжение, возникающее в кронштейне рычага и соединителе лонжерона с полом. Забирая часть нагрузки на себя, распорка нижняя уводит детали кузова из зоны высоких напряжений. В итоге улучшение управляемости, устойчивости, увеличение срока службы кузова. Установка достаточно трудоёмка.
Задняя распорка Уменьшает перемещение задних стаканов крепления, увеличивает общую крутильную жесткость кузова. Результат: улучшение управляемости, устойчивости. Главное, что надо учитывать: распорка задняя дает эффект лишь в том случае, если она закреплена за силовые элементы кузова, а не за промежуточные элементы (кронштейны крепления сидений, например). Задняя распорка, тоже достаточно легко устанавливается и демонтируется, но есть и отрицательные моменты: во первых это лишнее место в грузовом отсеке, во-вторых есть подводные камни, задняя распорка может увеличить недостаточную поворачиваемость особенно если задняя часть машины укреплена ещё какими-то элементами. Если на машине стоит стоковая подвеска лучше отказаться от укрепления зада или укрепить его только одним усиливающим жесткость элементом. Кроме распорок существуют ещё множество путей укрепления кузова - увеличение сварных швов, усиленные подрамники, стабилизаторы поперечной устойчивости и поперечины, различные усиливающие элементы в слабых по жесткости местах, разработанные под конкретную модель и, конечно, каркасы. Увеличение сварочных швов и вварные элементы. Увеличение сварочных швов. Дело в том, что кузов на конвейере сваривается точечной сваркой, т.е. между точками сварки остаются промежутки. Естественно чем эти точки расположены плотнее, тем жестче конструкция. Однако увеличению их препятствует технологические проблемы в производстве и сложность их выполнения без спец.инструмента. Но эту проблему легко устранить квалифицированному сварщику с достойным оборудованием. Главное не нарваться на неквалифицированного сварщика и не нарушить физику кузова. Так же распространено приваривание новых дополнительных железных элементов в слабые участки кузова.
Стабилизаторы и поперечины Эти агрегаты присутствуют и в стоке и имеют много свойств, которые влияют на управляемость, комфорт, так что обычно на заводских машинах стоят промежуточные, так сказать не слишком мягкие, не слишком жесткие. Варианта по их усовершенствованию два - усиление и замена. Побочные действия - повышение шума, чувствительность к неровностям и всё те же положительные свойства: управляемость и жесткость. Категорически не рекомендуется устанавливать стабилизаторы, поперечины в тандеме с задней распоркой особенно на стоковую подвеску.
Подрамники Подрамники во многом схожи со стабилизаторами и поперечинами, разница только в глобальности, для некоторых версий подрамника понадобится серьёзные доработки всего передка автомобиля - переварка и перерезка, переделываются стаканы и даже амортизаторы, а на вид такие работы не слишком дружелюбны. Но зато эффект! Можно полностью изменить геометрию подвески, улучшить стабилизацию за счет увеличения кастора, увеличить колею а как следствие устойчивость и управляемость. Жесткость, естественно, тоже возрастёт.
Каркас безопасности автомобиль кузов жесткость каркас Каркас, в гоночном автомобиле, выполняет не только свои прямые функции по защите пилота, но и великолепно усиливает кузов. Он обязателен к применению в любом гоночном автомобиле, разница только в его сложности(правда обязанность появилась не так давно в 1994 году, до этого установка каркаса была делом сугубо личным).Каркас представляет собой сочетание жестко соединённых между собой стальных (сталь с временным сопротивлением на разрыв не менее 45 кг/кв. мм) холоднотянутых бесшовных труб, например 30ХГСА. По типу каркасы можно разделить грубо на две категории: омологированные и не омологированные. Первые вы можете установить к себе в автомобиль и вас могут допустить на официальные соревнования. Однако он очень сложен и доставляет определённые трудности, о которых поговорим ниже. Второй тип - это "гражданские" каркасы, проще и естественно дешевле. Силовой агрегат жестко соединенный с кузовом. Еще в автоспорте широко применяется такой приём увеличения жесткости кузова, как включение в его силовую структуру агрегатов, например двигателя, коробки передач и главной передачи. Это значит, что все они жестко соединены с кузовом, что так же очень сильно увеличивает жесткость. Например подобные решения встречаются почти на всех "формулах". Вообще же родоначальником данной идеи был легендарный Колин Чемпмен, основатель фирмы "Лотус", который впервые воплотил идею в жизнь на Лотусе-25 Формулы-1. Народные способы. Также существуют народные способы, например: отверстия порогов и лонжеронов заполняются монтажной пеной. Способ дешёвый и сердитый. В плюсах некоторое увеличение жесткости, в минусах - отсутствие вентиляции и, как следствие, повышенная коррозионная активность. Так же при замене данных деталей путём сварки возникает риск пожара.
Заключение
На жесткость кузова заметно влияет и то, как именно установлен силовой агрегат. Поэтому разница в результатах бывает выше у автомобилей классической компоновки - там жесткость на кручение повышает балка передней подвески. А вот в переднеприводных машинах с поперечным расположением двигателя и передней подвеской типа McPherson, заметную прибавку может дать... спинка заднего сиденья! Например, в "восьмерках" и "девятках" заднее сиденье увеличивает жесткость кузова примерно на 1000 Нм/град из-за того, что спинка цельная и жесткая, а на многострадальном десятом семействе спинка раздельная и эта 1000Нм испаряется. Поэтому ВАЗ рекомендует владельцам, как можно реже ездить со сложенным задним сиденьем - кузов при этом ослаблен и хуже сопротивляется скручивающей нагрузке. На самом деле в тюнинге можно выделить двух врагов - уменьшение веса и жесткость кузова, а это вещи друг друга взаимоисключающие, борясь за уменьшение веса можно уменьшить жесткость, а что важнее вопрос не однозначный.
Некоторые производители авто слишком мало времени уделяют разработке кузова. И как показывает практика, это существенная недоработка может вылиться во множество проблем для последующих владельцев. Кузов испытывает огромные нагрузки в процессе эксплуатации, поэтому его геометрия постоянно подвергается изменениям. Подобные дефекты могут быть незаметны глазу, но для самого автомобиля, его динамики и безопасности они играют ключевую роль.
Проблема старых авто
Слабость кузова нельзя назвать проблемой только новых авто от малоизвестных брендов. С годами металл машины «устает» и частично теряет свои свойства. К примеру, если старенький универсал стоит одним колесом на бордюре, то попытка резко хлопнуть дверью может привести к появлению новых дефектов. Со временем можно заметить, что кузов начинает «играть» даже при проезде различных неровностей на дороге. С учетом огромного числа ям и «лежачих полицейских» на наших дорогах это превращается в каторгу.
Но ослабление кузовной жесткости может проявляться не только на кочках и ямах. Любой поворот становится настоящим испытанием для автомобиля и его водителя, ведь все действия происходят как бы с задержкой. Отсутствие необходимой жесткости в конструкции приводят к тому, что задняя и передняя подвески не согласованы друг с другом. Постоянное воздействие сил скручивания приводит к повышенному давлению на сварные швы, которые со временем могут и вовсе разойтись. Кроме этого, одной из основных проблем является коррозия, с которой не всегда удается справиться из-за больших масштабов проблемы.
Прочность кузова
Естественное желание автолюбителя — избежать подобных проблем. Но прочность кузова может зависеть от нескольких факторов. К примеру, особое значение имеет качество сварки и штамповка, материал, возраст машины и, конечно, страна-производитель. Те же китайские авто могут похвастаться более высоким качеством технической части, но к кузовной части еще остаются вопросы. Собственно, производителям приходится решать серьезную задачу.
С одной стороны, хочется снизить себестоимость автомобиля за счет экономии на металле, а с другой – сохранить достаточный уровень прочности. Это касается не только китайских и отечественных авто. В этом заинтересованы все.
Как утверждают знающие люди, наиболее прочными считаются немецкие автомобили. После них – продукция японских брендов. Далее – «итальянцы», «корейцы» и «американцы». Что касается изделий нашего автопрома, то здесь говорить о сколь либо ответственном отношении к качеству кузова не приходится. Если металл используется жесткий, то подводит качество сборки и сварки.
Особое влияние на жесткость имеет и форма кузова. К примеру, длинные модели авто (те же минивэны или универсалы) оказываются в зоне максимально риска. При этом, чем меньшую длину имеет автомобиль, тем более жестким кузовом он может похвастаться. Есть и еще одна закономерность. Кузов тем слабее, чем меньше в нем дверных проемов. Фактор возраста, кстати, также имеет ключевое значение.
Кому это необходимо?
Усиление кузова — задача не из простых, и нуждаются в ней далеко не все автолюбители. В первую очередь на такую работу решаются профессиональные спортсмены, которым в своей практике приходится «выжимать» из автомобиля все, что можно. Достаточно вспомнить внешний вид раллийных автомобилей, у которых основные детали — это кузов, двигатель и ходовая часть.
Но в последние годы вопрос усиления кузовной части все чаще интересует и обычных автолюбителей. Особенно это относится к владельцам стареньких, но весьма дорогих машин, или автолюбителей, которые чувствуют себя настоящими стрит-рейсерами. Если есть возможность, то усиление кузова – это только плюс. С помощью ряда простых мероприятий можно дать автомобилю большей выносливости, безопасности, прочности, точности управления и так далее.
Все эти черты должны быть присущи современному транспорту.
Особенности укрепления кузова
Как показывает практика, за такую работу часто принимаются настоящие автолюбители – те, которые любят самостоятельно оптимизировать свой транспорт, вносить какие-нибудь «фишки», тюнинговать его и так далее.
Но здесь есть опасность, что самостоятельная переделка придется не по душе инспектору во время техосмотра автомобиля. В лучшем случае придется все снимать.
С другой стороны, всегда есть опасность сделать что-то не так, ведь укрепление кузова требует определенных знаний. К примеру, есть автолюбители, который с чистой совестью «задувают» пороги обычной монтажной пеной и считают, что отлично справились с работой. В итоге ржавчина будет появляться еще быстрее, ведь конденсату попросту некуда испаряться.
Что касается основных способов укрепления, то их несколько:
1. Наиболее популярный вариант — сварка. В процессе производства машин используется точечная сварка, которая обладает меньшей надежностью.
Но ее можно укрепить — сделать шов сплошным или наложить на него металлическую пластинку и варить уже поверх нее. При этом сварка наиболее эффективна в комплексе с другими способами укрепления — установкой штанг, косынок или специальных распорок по углам конструкции автомобиля. Таким способом придается повышенная жесткость кузова.
При этом новые конструкции можно делать съемными или же вваривать их «намертво». В первом случае на подготовленные изделия навариваются специальные «уши», которые и прикручиваются к кузову. Этот вариант является более предпочтительным, ведь всегда есть возможность демонтажа перед техосмотром транспортного средства.
2. Установка передних распорок — еще один популярный способ усиления кузовной части. Основной расчет делается на то, что передняя часть автомобиля является слишком подверженной внешним силам. Что касается преимуществ такой конструкции, то они неоспоримы — это эстетичность (во внешнем виде автомобиля ничего не меняется), высокая скорость монтажных работ, доступная цена, реальное повышение жесткости транспортного средства и так далее.
3. Установка трубчатого каркаса — одни из лучших способов укрепления транспортного средства. Но его основные недостатки – сложность и высокая стоимость работ. Таким мероприятия выполнить своими руками вряд ли получится.
Помните, что особое внимание необходимо уделять сами укрепляющим элементам. Не стоит брать первую попавшуюся в гараже «железку» — она может принести больше вреда, чем пользы. Каждый элемент, который используется для работы, должен быть испытан, иметь соответствующий сертификат, и одобрен производителем. В противном случае можно не только не добиться сколь значимых успехов в укреплении кузова, но и ухудшить динамику автомобиля и повысить уровень опасности во время движения.
Вывод
Таким образом, усиление кузова — это одна из самых важных задач для многих автолюбителей. Но при отсутствии необходимых знаний и опыта ее решение желательно доверить настоящим профессионалам. Как показывает практика, потраченные средства весьма скоро окупаются в процессе эксплуатации.
Да и не нужно забывать, что речь идет в первую очередь о вашем здоровье и жизни. Удачи.