Історія і еволюція несучого кузова

Основою автомобіля з моменту його народження була рама. Починаючи з 30-х років минулого століття конструктори неодноразово намагалися вдосконалити це інженерне рішення.

Сьогодні рама збереглася головним чином на вантажівках і деяких позашляховиках. Більшість легкових автомобілів має несучий кузов. Всі навантаження, що передаються через колеса і підвіску, сприймають в ньому сталеві елементи — панелі, штамповані профілі, яким в найвідповідальніших місцях надають коробчатое замкнутий перетин. Так формується силовий каркас кузова, за яким розподіляються впливають на нього зусилля — від нерівностей дороги, маси вантажу, що перевозиться, пасажирів і т.д.

Зварна конструкція зі штампованої сталі найбільш технологічна в поточному виробництві. При заміні рами несучим кузовом днище салону опускається на величину висоти лонжеронів рами. Відповідно знижується центр ваги. Автомобілі з несучими кузовами мають меншу масу в порівнянні з однотипними рамними. Внаслідок цих причин в середині тридцятих років XX століття багато автомобільних фірм перейшли на «монокок» — так в ряді країн до сих пір називають несучі кузова.

Чистота ідеї

Класичний «монокок» Citroen Traction Avant, 1934 рік

Першою розгорнула в 1934 році масове виробництво легкових автомобілів з такими кузовами французька фірма «Citroen». Це була воістину революційна машина Traction Avant.

Правда, ще з 1922 року «Lancia» випускала модель Lambda з відкритим кузовом типу фаетон. Але на відміну від сучасного розуміння цього терміна у неї швидше була «розрослася» рама у вигляді просторового каркаса, зібраного з замкнутих профілів. І хоча багато автомобільних історики вважають Lambda піонером справжнього «монокока», італійці зробили лише першу спробу.

На відміну від них «Citroen» і «Opel» (модель Olympia, 1935 рік) створили справді несучі кузова, у яких навантаження сприймали все панелі. Причому дах і днище теж були силовими елементами.

можливі варіанти

Несучі кузова (зверху вниз): ГАЗ-20 «Перемога», ГАЗ-12 ЗІМ, ГАЗ-21 «Волга»

Зрозуміло, фаетон або кабріолет з несучими кузовами мають недостатню жорсткість. В результаті в них доводиться вводити підсилювачі, особливо в зоні днища.

У автомобілів з поздовжньо розташованим двигуном вузол підвіски передніх коліс, що створює основне навантаження на передок, винесений занадто далеко вперед і вимагає посилення. При такій схемі між поздовжніми коробчатими лонжеронами і моторним щитом несучого кузова встановлюють підкоси, як було на «Волзі» ГАЗ-21. Підкоси або приварюють до кузова, або кріплять болтами.

Першою вітчизняної моделлю з несучим кузовом стала в 1946 році «Перемога». За нею в 1950 році з’явився ГАЗ-12 (або ЗІМ). Його несучий кузов мав не два. а три ряди сидінь за рахунок відкидних страпонтенов. Цікаво, що цей автомобіль спочатку розробляли як фаетон! В результаті велика довжина його кузова змусила конструкторів ввести підкоси і потужну поперечину в зоні підвіски задніх коліс.

Однак такий захід мало підвищувала комфортабельність такого солідного авто: на кузов практично безпосередньо продовжували передаватися всі удари і вібрації від коліс, виникав шум … Тому з часом у лімузинів з’явився «посередник», прикріплений до нижніх силових елементів кузова на гумових подушках, — підрамник. Надалі два підрамника, передній і задній, почали встановлювати на багато машин вищого класу.

Фірма «Citroen», яка завжди вирізнялася оригінальними технічними рішеннями, першої перетворила підрамник в складальну одиницю: у моделі CX 1974 року його з двигуном можна було «викотити» з моторного відсіку вперед. Поступово передній підрамник перекочував і на автомобілі компактного класу. Так зручніше всім: сідокам, технологам, механікам на станції техобслуговування …

Підводні камені

Каркасна структура кузова Lancia Lambda, 1922 рік

Однак не забудемо, що несучий кузов з його панелями, зазвичай виготовляються з тонколистової (0,7-1,2 мм) стали, легко піддається корозії. Іноді справа доходить і до наскрізного проржавленія, що призводить до серйозного ослаблення несучої системи.

Поки традиціоналісти вишукували рецепти антикорозійного захисту (двостороння оцинковка, багатошарові грунт і фарба з зовнішньої сторони), в 60-і роки з’явилися несучі кузова зі склопластику. Першість в цьому належить спортивному автомобілю Lotus Elite 1. Щоб надати деяким елементам його кузова коробчатий перетин, використовувалися шість (!) Основних модельних форм і дві допоміжні. Всі вони накладалися один на одного і потім склеювалися. В результаті вийшла легка і міцна конструкція.

Майже одночасно з’явилися комбіновані кузова. Наприклад, у східно-німецького Trabant моделей P50 і P601, що випускалися націоналізованим заводом DKW, несуча частина кузова була зварена зі сталі. А зовнішні панелі, які не сприймають навантажень, робили з пластмаси Duroplast, армованої тирсою, висівками і Бог знає чим ще. Пам’ятаєте фільм Кустуріци «Чорна кішка, білий кіт», де кинутий на узбіччі дороги «Траби» поступово поїдає свиня?

Фірмова ASF: легка і жорстка несуча структура з алюмінієвих сплавів

Однак час убогих соціалістичних технологій давно минув. Конструктори продовжують шукати гідну заміну сталевого листа. Революційне рішення висунув німецький концерн «Volkswagen». На серійних моделях Audi A8 і A2 він застосував несучий кузов з алюмінієвого сплаву! Причому отримав саме каркасне будова, з обв’язувальними брусами, як у далекій предтечі від Lancia Lambda. Тільки тепер ця технологія прийшла зі світу авіації та космонавтики: зварна силова «клітка» отримала назву ASF (Audi Space Frame).

З іншого боку, новий Jaguar XJ — перший автомобіль з несучим кузовом з алюмінію, зробленим за такою ж штампувальної технології, що і сталевий. Однак панелі його з’єднані вже зовсім не зварюванням, а заклепками і клеєм! З позашляховиками ще цікавіше: останнім часом їх раму стали «вваривать» в кузов. Так зроблено у Jeep Cherokee, Chevrolet TrailBlazer, Mitsubishi Pajero і т.п. Інженерам зручніше розраховувати деформації кузова і його несучих елементів як єдиного цілого, та й центр ваги машини знижується …

Кілька слів про автобусних несучих кузовах. Їх основа нагадує горизонтально лежачу ферму від залізничного моста, до якої приварюють каркас з вертикальних труб прямокутного перетину. Зовнішні панелі зі сталі або алюмінію жорстко з’єднуються з ним і сприймають частину навантаження.

Отже, «монокок» міцно утвердився не лише в легковому автомобілебудуванні. За останні двадцять років конструктори забезпечили його м’ятими по травмобезопасная алгоритму зонами спереду і ззаду, зробили жорсткішими на кручення, а тепер «вчать» по-особливому реагувати на різні удари … Але про це — окрема розповідь.