Жесткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним cтатическим 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.
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.
При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная и поперечная). Жесткость на кручение - это сопротивление кузова закручиванию вдоль его продольной оси.
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 (см. фото), 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.
Многие автовладельцы хотят видеть под капотом своего автомобиля настоящие раллийные растяжки, а в салоне - каркас безопасности , что кроме удовлетворения "спортивных" интересов придает дополнительную прочность и жесткость кузову. И как следствие - поведение автомобиля на дороге заметно улучшается.
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.
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.
24.02.2016
Автомобиль - лишь на первый взгляд является цельной и нерушимой конструкцией. На самом деле он сформирован из сотен элементов, которые сварены между собой и формируют цельную кузовную часть. В процессе эксплуатации на них действуют самые разные силы - нагрузка основных агрегатов, подвеска, движение по некачественной дороге и так далее. Все эти нюансы негативно сказываются на кузовных элементах, и рано или поздно приводят к выходу их из строя. Вот почему производители и владельцы авто задумываются о такой доработке, как увеличение жесткости кузова. В чем же суть этой работы? Какие варианты существуют?
Почему производители сразу не закладывают нужную жесткость и не избавляют автолюбителей от затрат в будущем? Причин несколько:
Сам процесс изменения жесткости не так прост, как может показаться. Чаще всего работа проводится не сразу, а в несколько этапов. На промежуточном уровне появляются опытные модели, которые проходят тесты и проверяются на компьютерных программах. Последним этапом является реальный тест, когда кузовная часть проверяется на специальном стенде.
Необходимо ли изменение жесткости в процессе эксплуатации? - Иногда такая работа оправдана. Не секрет, что металл со временем «устает», кузов теряет свою прочность и начинает «гулять». Разболтанность элементов приводит к тому, что появляются новые деформации и даже коррозия. Самая запущенная стадия, когда при наезде на бордюр или вывешивании колеса на домкрате дверь перестает открываться вовсе. В такой ситуации нужно работать с жесткостью кузова и усиливать ее. Вопрос только один - «Как?».
Главное назначение переделки - переместить нагрузку на кузовные части в момент поворота и уменьшить риск деформации. Если конструктивно кузов нормально сбалансирован, то результата можно не заметить. При этом учтите, что на некоторых авто такие переделки обязательны. К примеру, это актуально на «десятках», где стойки почти не зафиксированы. Подобрать передние распорки не составляет труда - на рынке представлено много вариантов, различающихся конструкцией и материалом.
2. Косынка - одна из разновидностей распорки, которая позволяет работать последней не только на сжатие, но и на кручение. Косынка представляет собой толстую пластину, которая крепится в местах колесных арок и около стоек подвески. Сложность переделки в том, что для качественной установки нужно разобрать пол салона. Вот почему подобный тюнинг применяется редко, и то лишь на спортивных авто.
3. Штанга - вспомогательный элемент передней распорки. По сути, это крепеж, объединяющий распорку и мотор. Но есть и штанги, которые соединяют силовой узел с более крепкими узлами авто. Конечная задача тюнинга - повышение устойчивости силового агрегата при высоких нагрузках, снижение подвижности мотора в одну из сторон при резком начале движения, устранение перемещений рукояти КПП и так далее. Главный минус - рост уровня шума внутри салона.
4. Нижняя распорка - элемент, который фиксирует кронштейн передней части подвески и уменьшает общую нагрузку на металл. Конечная цель тюнинга - повышение устойчивости транспортного средства, улучшение управляемости, повышение ресурса кузова. Главный минус - трудоемкость. При этом все манипуляции можно сделать только на СТО.
5. Задняя распорка. Задача данного узла - обеспечение фиксации задних крепежных стаканов и повышение кузовной жесткости на вращение. При правильном выполнении работ можно улучшить устойчивость и управляемость авто. Но есть нюанс. Результата можно добиться лишь в том случае, если распорка крепится к надежным элементам кузовной части, а не к каким-либо кронштейнам или другим промежуточным крепежам.
Задняя распорка проста в монтаже и демонтаже. Но есть и негативные моменты - повышение угла поворота и уменьшение места в багажнике. От такой переделки стоит отказаться, если на авто стоит стандартная подвеска. В крайнем случае, можно установить только один усиливающий узел.
Оценить внешний вид каркаса несложно - достаточно глянуть на спортивные авто, участвующие в соревнованиях. Особенность изделия заключается в надежной защите пилота в случае аварии, а также усиление кузовной части. Каркас безопасности должен стоять на любом спортивном авто. Вопрос лишь в том, какой будет конструкция и применяемые материалы. К слову, монтаж таких каркасов стал обязательным не так давно - всего лишь в 1994 году. До этого года монтировать каркас можно было лишь по желанию.
Конструкция силового каркаса - несколько стальных труб, выполненных без швов, которые надежно соединены между собой. По своему типу каркасы делятся на омологированные и не омологированные. Преимущество монтажа первого типа в том, что он является официальным и с такой конструкцией можно принимать участие в соревнованиях. Проблема в том, что такая конструкция сложна и доставляет определенные сложности.
Каркасы жесткости делятся и по возможности разборки:
Дуги (трубы), которые применяются при изготовлении каркаса, могут быть двух типов:
В последнем случае главный каркас прихватывается с помощью сварки, а металлическая дуга возле сидений демонтируется вовсе.
Создание каркаса - вопрос несложный. При наличии материалов под рукой, времени и желания, его можно сделать самому. Второй вариант - купить уже готовую конструкцию.
Одна из главных характеристик каркаса - его масса. В среднем изделие весит почти 40-45 килограмм. Нельзя забывать и о неудобствах при вождении - ухудшении обзорности, отсутствии достаточной эластичности кузова, проблемах с посадкой и высадкой пассажиров. Если использовать авто в обычном режиме, то каркас будет доставлять лишь хлопоты.
Но и это еще не все. Главные сложности начнутся на этапе техосмотра. Для прохождения всех процедур и получения «бумажки» придется пройти несколько инстанций.
Как показывает практика, описанные проблемы мало пугают автолюбителей. К примеру, в Германии каркас ставится на половине тюнингованных машин. Если авто участвует в соревнованиях, то необходимость монтажа защиты даже не обсуждается - это обязательно. Если же ставить каркас на «гражданских» авто, то он может и убить. В частности, силовая конструкция может уберечь от одной проблемы, но привести к другой.
После монтажа каркаса подушки должны быть выведены из строя. Что касается многоточечных ремней, то для пилота это повышенный источник опасности. В случае ударов на большой скорости они могут и убить (к примеру, из-за разрыва внутренних органов).
Преимущества каркаса безопасности:
Недостатки:
Выше представлены основные, но далеко не все способы повышения жесткости кузова. Для полноты картины выделим еще ряд вариантов:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
