Что такое усиление кузова? (видео)

Отрасль автомобилестроения стремительно развивается. Но не все нововведения воспринимаются на ура. Так массовое производство автомобилей с несущим кузовом вместо стандартного рамного у многих вызывает негативные возражения. Уместны ли они? Разберемся в характеристиках, структурных особенностях, плюсах и минусах и сможем сделать объективный вывод.

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.

Детали, призванные усилить эти узлы, изготавливаются в соответствии с конфигурацией каждой модели автомобиля в отдельности – универсальных деталей тут не бывает. Самый популярный продукт – распорка передних стоек, так как именно передняя часть автомобиля испытывает максимальные нагрузки от силового агрегата, руления и преодоления неровностей дорожного покрытия. Цена вопроса невелика и обычно находится в пределах от двух до десяти тысяч рублей, в то время как «приход» в управляемости от такой распорки заметен сразу, особенно на видавшем виды автомобиле. Полный же комплект из распорок может «потянуть» на сотню тысяч. Однако помните, что «уставшему» кузову в первую очередь рекомендован ремонт или замена, а не навешивание усилителей.

Плюсы:

• простота установки и демонтажа;
• невысокая стоимость;
• некоторое улучшение управляемости;
• широкий ассортимент продукции на большинство автомобилей.

Минусы:

• занимают некоторое место под капотом и в салоне;
• незначительное увеличение массы автомобиля;
• для кузовов с «уставшим» металлом служат временным решением.

Международная терминология

Стоит иметь в виду, что не во всех иностранных языках имеется термин, напрямую аналогичный понятию «несущий кузов». Так, если немецкое Selbsttragende Karosserie полностью соответствует по смыслу русскому «(само)несущий кузов», то уже английское Unibody, Unitised Body, обычно переводимое тем же словосочетанием, на самом деле означает «кузов, объединённый в единый сборочный узел» и может обозначать как собственно несущий кузов, так и жёстко объединённый с рамой полунесущий — то есть, здесь определяющим признаком является не способность воспринимать нагрузки, а физическое объединение кузова с несущей системой. Во французском языке для несущих кузовов используется термин Monocoque (а в других романских языках — «кальки» с него, например, исп. Monocasco, итал. Monoscocca), хотя в с инженерной точки зрения кузова серийных автомобилей почти никогда не бывают чистыми монококами.

Интегрированное усиление

Повысить жёсткость кузова можно и без установки дополнительных элементов – при помощи усиления имеющихся. В этом случае производится «доделывание» за производителем. Например, штатная точечная сварка, применяемая на заводах для упрощения производства, усиливается дополнительными швами. На места крепления рычагов и агрегатов накладывается дублирующий слой металла, который обваривается по периметру и точками по площади. Места изгибания штатного металла усиливаются при помощи перемычек и «косынок», таким образом защищаясь от колебаний.

В отличие от распорок, такой способ усиления применяется при кузовном ремонте или подготовке автомобилей к спортивным дисциплинам. Также он подойдёт в случае, если автомобиль состарился или нет желания прибегать к первому варианту. Стоимость такого усиления определяется не деталями, как в первом случае, а количеством работ, так как для его реализации требуется частичная разборка автомобиля, да и качественная сварка требует от мастера квалификации.

Плюсы:

• не скрадывает место под капотом и в салоне;
• повышает долговечность отдельных элементов и кузова в целом;

Минусы:

• высокая трудоёмкость;
• исходя из первого пункта, высокая стоимость в случае, если выполняется не самостоятельно;
• нарушение зон деформации, предусмотренных изготовителем;

История: из авиации в автомобилестроение

Первым, кто запатентовал, удачный прототип несущего кузова, оказался инженер Джозеф Ледвинка. И в этом ему помогла производственная мощь компании Budd (снабдила прессом для листовой стали).

Первый автомобиль с несущим кузовом выпустил холдинг Citroen. Все современные автомобили (с такой же конструкцией) похожи на него. Автомобиль Traction Avant 1934 года выпуска имел все необходимые силовые элементы, был сварен методом «контактная сварка».

Широкое распространение автомобили с несущим кузовом получили в 60-70-е годы.

Как установить усилитель кузова своими руками

После установки усилителя кузова, существенно увеличивается устойчивость машины при движении по не совсем ровным дорогам нашей страны, а также на высоких скоростях. Повысить жесткость кронштейна крепления двигателя можно при помощи комплекта опор — «Спорт». После установки этого комплекта перемещение силового агрегата во время эксплуатации существенно уменьшается, сокращается также амплитуда колебаний двигателя, это способствует улучшению переключения передач. Такой комплект рекомендуется устанавливать на спортивные автомобили, а также модели, которые находятся в процессе тюнинга.

Жесткость кронштейна увеличивается благодаря кронштейну растяжки – так называемого краба. Установка краба подразумевает одновременную установку серийных сайлентблоков, а также сайлентблоков, имеющих повышенную жесткость изготовленных из полиуретана.

Для того чтобы увеличить жесткость мест крепления передней подвески, а также рычагов подвески, обычно применяют поперечину Autoproduct. За счет этой поперечины можно на 25% уменьшить нагрузку на кузов автомобиля. Использование поперечины Autoproduct позволяет достичь почти идеального соотношения жесткости подвески и комфорта движения. Данное сочетание возможно благодаря оригинальной конструкции самих сайлентблоков.

Следующий вариант позволяющий усилить конструкцию кузова – произвести установку передней опоры силового агрегата. Такая опора позволит улучшить динамические качества подвеске силовой установки, это в большей степени касается режимов максимальных нагрузок.

Добавить жесткости кронштейну позволит конструкция коробчатого сечения. Конструкция опоры имеет такую форму, что чем сильнее будут колебания, тем жестче будет сама конструкция.

Чтобы снизить смещение задних стаканов крепления подвески, а также места, где задняя балка крепится к кузову, для этого используют  заднюю распорку. Благодаря такой распорке перемещение уменьшится на целых 20%, при этом общая крутильная жесткость всего автомобильного кузова вырастет на 5%. Установка таких распорок жесткости положительно отразится на общей управляемости, а также устойчивости автомобиля на виражах, следовательно повысится безопасность. Нижняя распорка позволяет уменьшить более чем в три раза перемещение кронштейна рычага передней подвески.

Каркас безопасности

Наиболее радикальный способ повышения жёсткости кузова – каркас безопасности. Почему не «каркас жёсткости»? Основная цель, которой он служит – сохранение жизненного пространства в автомобиле при столкновениях и переворотах. Салон автомобиля и точки крепления подвески связаны в этом случае «клеткой» из холоднокатаных стальных труб. Такой каркас тоже «дышит», как и кузов, но это необходимо для поглощения энергии ударов и уменьшения перегрузок, испытываемых пилотом.

Область применения – исключительно автомобильные соревнования. В зависимости от дисциплины отличаются и требования, предъявляемые к каркасам безопасности. Так, в мировом ралли или «взрослых» кольцевых сериях вварная «клетка» настолько развита, что без должной сноровки попасть в салон не удастся вовсе, в то время как в «клубных» дисциплинах каркас может состоять всего из нескольких труб, соединённых болтами.

Установка каркаса безопасности подразумевает локальное или полное усиление кузова, описанное выше, посему является наиболее трудоёмкой и дорогостоящей операцией, что, впрочем, не важно, когда речь идёт о жизни пилота. Это наиболее трудоёмкий процесс, требующий высокой квалификации и специализированного оборудования (как, например, трубогиб). Нередки случаи, когда дорабатываемому автомобилю временно срезают крышу, чтобы проварить верхние сопряжения каркаса. Установленное изделие сопровождает сертификат соответствия определённому техническому регламенту – так называемая омологация. Само собой, такая конструкция существенно увеличивает жёсткость кузова на кручение – как правило, в 3-5 раз.

Плюсы:

• сохранение жизненного пространства при столкновениях;
• существенное улучшение управляемости и целостности кузова.

Минусы:

• высокая стоимость установки;
• трудоёмкость выполнения работ;
• увеличение массы автомобиля;
• непригодность автомобиля к гражданской эксплуатации.

Конструкция

Схема несущего кузова автомобиля как ферменной конструкции. Роль элементов фермы играют приваренные к оболочке кузова усилители и выштамповки на ней.

У несущего кузова различают нижний силовой пояс (днище с усилением — короба порогов, поперечины пола, раскосы пола, лонжероны), средний силовой пояс (щит передка, брызговики крыльев, вертикальные стойки, подоконные брусья) и верхний силовой пояс (каркас крыши и сама крыша). У несущего кузова с незамкнутой силовой структурой (кабриолета, отчасти пикапа) верхний силовой пояс отсутствует, а практически все нагрузки воспринимаются нижним силовым поясом.

С точки зрения характера работы несущий кузов с замкнутой силовой структурой может быть уподоблен пространственной ферме, элементы которой (стержни) образованы либо каркасом (у каркасно-панельного кузова), либо конфигурацией оболочки кузова и прикреплёнными к ней усилителями (короба порогов, стойки и прогоны крыши, подоконные брусья и т. п.). Соответственно, для приближённого расчёта несущего кузова на прочностью используются примерно те же методики, что и для мостовых ферм и подобных конструкций (в настоящее время для этой цели широко используется конечно-элементный анализ напряжённых состояний системы с использованием вычислительной техники).

Несущий кузов с незамкнутой силовой структурой (кабриолет, родстер) может с той же точки зрения быть уподоблен балке.

Что в итоге?

Если кузов вашего автомобиля «ослаб» в процессе эксплуатации, ему требуется ремонт с заменой элементов, накопивших напряжение. Это можно совместить с усилением отдельных элементов в случае, если действующие на них нагрузки превышают рассчитанные производителем. В случае, когда ощущается нехватка информативности и отзывчивости в управлении, и виной тому кузов, логичнее всего усилить его при помощи распорок, выпускаемых для имеющегося автомобиля. Если путь автомобиля – соревнования, то заботиться стоит не только о жёсткости кузова, но и о дополнительной безопасности, посему каркас – единственно правильное решение. Пусть кузов вашего автомобиля будет жёстким!

Центральная часть несущего кузова

• Дни­ще явля­ет­ся глав­ной струк­тур­ной сек­ци­ей ниж­ней части сало­на кузо­ва. Часто, дни­ще штам­пу­ет­ся как одна боль­шая цель­ная панель. С ниж­ней сто­ро­ны дни­ща кузо­ва про­хо­дят про­доль­ные и попе­реч­ные сило­вые эле­мен­ты. Места креп­ле­ния сиде­ний уси­ле­ны и так­же при­да­ют жёст­кость дни­щу.

Срез пане­ли при­бо­ров пока­зы­ва­ет уси­ле­ние, уве­ли­чи­ва­ю­щее без­опас­ность сало­на при ава­рии.

• Цен­траль­ная часть кузо­ва (салон) окру­же­на уси­лен­ны­ми пане­ля­ми для без­опас­но­сти води­те­ля и пас­са­жи­ров. Боко­вая цен­траль­ная стой­ка име­ет внут­ри уси­ле­ние, две­ри име­ют уси­ли­те­ли внут­ри и сами явля­ют­ся доста­точ­но проч­ной кон­струк­ци­ей, за пане­лью при­бо­ров нахо­дит­ся уси­лен­ная кон­струк­ция, кры­ша обыч­но име­ет уси­лен­ную попе­ре­чи­ну, сбе­ре­га­ю­щую салон при пере­во­ро­те.

• Стой­ки кузо­ва – это вер­ти­каль­ные эле­мен­ты, кото­рые удер­жи­ва­ют кон­струк­цию кры­ши и защи­ща­ют салон кузо­ва в слу­чае пере­во­ро­та авто­мо­би­ля. Стой­ки кузо­ва состо­ят из внеш­них лице­вых частей и внут­рен­не­го уси­ле­ния из высо­ко­проч­ной ста­ли. В кон­струк­ции кузо­ва типа «седан» име­ет­ся 3 типа сто­ек кузо­ва (перед­ние, сред­ние или боко­вые и зад­ние стой­ки, пере­хо­дя­щие в зад­ние кры­лья). Перед­ние стой­ки кузо­ва пере­хо­дят в рам­ку лобо­во­го стек­ла. Цен­траль­ные стой­ки удер­жи­ва­ют кон­струк­цию кры­ши меж­ду перед­ни­ми и зад­ни­ми две­ря­ми. Они помо­га­ют уси­лить кры­шу и обес­пе­чи­ва­ют места креп­ле­ния шар­ни­ров зад­них две­рей. Сред­ние стой­ки кузо­ва рас­пре­де­ля­ют нагруз­ки с ниж­ней части кузо­ва к верх­ней и предот­вра­ща­ют сжа­тие боко­вых частей при боко­вых уда­рах, защи­щая салон кузо­ва. Зад­ние стой­ки кузо­ва удер­жи­ва­ют зад­нюю часть кры­ши и пере­хо­дят в зад­ние кры­лья. Они, так­же, явля­ют­ся поса­доч­ным местом для зад­не­го стек­ла.
• Боко­вая панель явля­ет­ся общей кон­струк­ци­ей, в кото­рой перед­ний и зад­ний про­ём две­рей сде­лан одним эле­мен­том, без сва­ри­ва­ния частей. Такое устрой­ство даёт пре­иму­ще­ство в мень­шей под­вер­жен­но­сти кор­ро­зии.
• Поро­ги – это уси­лен­ные кон­струк­ции, кото­рые нахо­дят­ся в ниж­ней части двер­ных про­ёмов. Они соеди­ня­ют­ся кон­такт­ной свар­кой с флан­ца­ми дни­ща. Внут­ри лице­вой части поро­гов рас­по­ло­же­но уси­ле­ние. Поро­ги удер­жи­ва­ют ниж­нюю часть сред­них сто­ек и слу­жат боко­вой под­держ­кой для дни­ща.
• Зад­няя «пол­ка» — это панель, рас­по­ло­жен­ная за зад­ни­ми сиде­ни­я­ми, под зад­ним стек­лом.
• Зад­няя пере­го­род­ка раз­де­ля­ет салон кузо­ва и багаж­ное отде­ле­ние (на седа­нах).
• Две­ри име­ют состав­ную кон­струк­цию. Они состо­ят из внеш­ней пане­ли, внут­рен­не­го уси­ли­те­ля и части, на кото­рой кре­пят­ся стек­ло­подъ­ём­ни­ки и дру­гие эле­мен­ты две­рей, вклю­чая обшив­ку.

• Панель кры­ши закры­ва­ет цен­траль­ную часть кузо­ва и удер­жи­ва­ет­ся на стой­ках кузо­ва. Панель кры­ши явля­ет­ся одной из самых боль­ших пане­лей кузо­ва и, в то же вре­мя, пред­став­ля­ет собой очень про­стую кон­струк­цию. Жёст­кость кры­ше при­да­ёт её фор­ма, а так­же уси­ли­те­ли, кото­рые рас­по­ла­га­ют­ся с обрат­ной сто­ро­ны и при­кле­и­ва­ют­ся к ней. Кры­ша, пере­хо­дя­щая в зад­нее кры­ло при­ва­ри­ва­ет­ся при помо­щи лату­ни или крем­ни­стой брон­зы. Этот тип соеди­не­ния поз­во­ля­ет делать длин­ный ров­ный шов, даёт эла­стич­ность и хоро­шо про­ти­во­сто­ит нагруз­кам и виб­ра­ци­ям, воз­дей­ству­ю­щим на это место кузо­ва. К тому же, такое соеди­не­ние мень­ше под­вер­же­но кор­ро­зии.

Задняя часть кузова

• Зад­ние лон­же­ро­ны явля­ют­ся сило­вы­ми про­доль­ны­ми эле­мен­та­ми зад­ней части кузо­ва. Они изго­тав­ли­ва­ют­ся из высо­ко­проч­ной ста­ли. Они удер­жи­ва­ют пол багаж­ни­ка и при­ни­ма­ют на себя всю нагруз­ку при пере­воз­ке бага­жа.

Панель пола багаж­ни­ка с поло­стью для запас­но­го коле­са

• Пол багаж­ни­ка пред­став­ля­ет собой штам­по­ван­ный лист, кото­рые часто име­ет вогну­тую фор­му и обра­зу­ет место под запас­ное коле­со. Пол при­ва­рен к зад­ним лон­же­ро­нам, зад­ним брыз­го­ви­кам (или аркам) и зад­ней пане­ли кузо­ва.
• Зад­ние кры­лья пред­став­ля­ют собой несъём­ные пане­ли, при­ва­рен­ные к кузо­ву и явля­ют­ся частью струк­ту­ры зад­ней части кузо­ва.
• Зад­ние чаш­ки кузо­ва удер­жи­ва­ют верх­нюю часть зад­них сто­ек.
• Зад­ние арки кузо­ва кре­пят­ся к зад­ним кры­льям.

Преимущества и недостатки

Несущий кузов – современное конструктивное решение. Но и у него есть как плюсы, так и минусы.

Минусы:

1. Больше, чем в рамных, ощущается вибрация. Выше и уровень шума. В современных авто эта проблема решена за счет применения шумопоглощающих элементов – подрамников.
2. Ржавчина может ухудшить жесткость всей конструкции, негативно скажется на безопасности водителя и пассажиров. Поэтому производители предусматривают меры для обеспечения максимально возможной защиты от коррозии.
3. Лишь силовые элементы созданы из высокопрочной стали, остальное из тонкого листа, прочность которого увеличена за счет штампования.
4. Автомобили с несущим кузовом менее безопасны в случае бокового столкновения (по результатам краш-тестов).
5. Общий уровень прочности ниже, чем у рамных агрегатов.
6. Так как кузов – единое целое, при столкновении возможны второстепенные повреждения.
7. Затруднен капитальный ремонт. Нет возможности как с рамной конструкцией отделить кузов от «начинки», чтобы получить к ней удобный доступ.
8. Как отмечают владельцы, с годами конструктивные элементы кузова начинают «ходить ходуном» (то двери не закрываются, то багажник не попадает в свои границы). Особенно если часто выезжать на бездорожье. Если осознать, что безопасность зависит от степени изношенности металла, вырисовывает плачевная перспектива уже через 7-10 лет (эксплуатировать современные автомобили более 15 лет вообще не представляется возможным).
9. Недостаток несущей конструкции назвали и сами производители. Производить автомобили с несущим кузовом сложнее, чем с рамным. Сложнее прикрепить навесное оборудование.

Плюсы

После внушительного списка минусов, стоит вспомнить обо всех уже названых плюсах:

• несущий кузов легче, а, значит, такой автомобиль динамичнее, резвее, легче управляется;
• меньше расход топлива;
• центр тяжести ниже, а значит автомобиль более устойчив, меньше риск перевернуться;
• повышенная пассивная безопасность; авто с несущим кузовом более безопасны в случае фронтального столкновения, чем с рамным (результаты краш-тестов);
• при создании безрамных конструкций «съедается» меньше салонного пространства.

 Зоны запланированного сжатия (смятия)

Это зоны кузо­ва, проч­ность кото­рых спе­ци­аль­но ослаб­ле­на при изго­тов­ле­нии авто­мо­би­ля. Это сде­ла­но, что­бы, сжи­ма­ясь в этих местах, эле­мен­ты кузо­ва гаси­ли энер­гию уда­ра. Зоны запла­ни­ро­ван­но­го смя­тия обес­пе­чи­ва­ют опре­де­лён­ный кон­троль вто­ро­сте­пен­ных повре­жде­ний и уве­ли­чи­ва­ют без­опас­ность води­те­ля и пас­са­жи­ров. Эле­мен­ты кузо­ва с таки­ми ослаб­лен­ны­ми зона­ми сми­на­ют­ся более пред­ска­зу­е­мо, чем без них. Перед­ние и зад­ние лон­же­ро­ны име­ют зоны запла­ни­ро­ван­но­го сжа­тия, в кото­рых они сги­на­ют­ся при ава­рии, гася энер­гию уда­ра. Капот, так­же, име­ет такие зоны.

Несу­щий кузов так спро­ек­ти­ро­ван, что перед­няя и зад­няя часть сми­на­ет­ся отно­си­тель­но лег­ко, в то вре­мя как сред­няя часть, где нахо­дит­ся води­тель с пас­са­жи­ра­ми, оста­ёт­ся целым.

Вывод

На автомобильном рынке сейчас гораздо больше моделей с несущим кузовом. Эта конструкция популярнее рамной, несмотря на очевидные недостатки. Главная причина, по которой безрамная конструкция пользуется популярностью – повышенная пассивная безопасность (сверхпрочная сталь, зоны запланированного сжатия).

Но даже если отбросить главную причину, во многих ситуациях несущий кузов действительно оказывается уместным решением. Подходит для массового производства, создания классических легковых автомобилей. Для быстрой, комфортной езды по городским дорогам. Не подходит для любителей бездорожья, для любителей премиум-класса (премиальные легковые авто создают на раме).

Пенный наполнитель внутри закрытых конструкций несущего кузова

Рас­по­ло­же­ние пен­но­го напол­ни­те­ля внут­ри закры­тых кон­струк­ций кузо­ва может варьи­ро­вать­ся у раз­ных авто­мо­би­лей. Пена может рас­по­ла­гать­ся в поро­гах, стой­ках кузо­ва, лон­же­ро­нах. Пен­ный напол­ни­тель исполь­зу­ет­ся для умень­ше­ния шума, виб­ра­ции и уве­ли­че­ния проч­но­сти кузо­ва.

Неже­ла­тель­но сва­ри­вать пане­ли рядом с местом, где рас­по­ло­жен пен­ный напол­ни­тель. Если есть такая необ­хо­ди­мость, то напол­ни­тель нуж­но сна­ча­ла уда­лить, а потом вос­ста­но­вить по завер­ше­нию ремон­та.

Пен­ный напол­ни­тель не пла­вит­ся и не горит, если резать «бол­гар­кой» часть кузо­ва рядом с ним.

Для заме­ны спе­ци­аль­но­го пен­но­го напол­ни­те­ля не реко­мен­ду­ет­ся исполь­зо­вать стро­и­тель­ную пену.

Ремонт несущего кузова

Авто­мо­биль с несу­щим кузо­вом, в отли­чие от рам­ной кон­струк­ции, тре­бу­ет дру­гой под­ход к ремон­ту.

Так как кузов пред­став­ля­ет собой вза­и­мо­свя­зан­ную кон­струк­цию, то, часто, допол­ни­тель­но к основ­но­му, он  полу­ча­ет вто­ро­сте­пен­ные повре­жде­ния. Это нуж­но все­гда учи­ты­вать при осмот­ре перед ремон­том.

Печа­тать ста­тью