Рама автомобиля — какие существуют типы рам

Каждый автомобиль представляет собой совокупность механизмов и систем, закрепленных на несущей части. Выпускаются автомобили, у которых роль несущей части выполняет кузов, но существуют автомобили, у которых все механизмы и системы устанавливаются на раму.

Рамную конструкцию поначалу использовали на всех типах автомобилей, но со временем при производстве легковых машин стали использовать несущий кузов, а рамы до сих пор продолжают использовать, но только на грузовых автомобилях.

Не отказались и от рамных конструкций и при производстве автомобилей высокой проходимости, поэтому большинство внедорожников тоже обладают рамной несущей частью. Преимуществом использования рамы является обеспечение более жесткой конструкции автомобиля, что в свою очередь дает возможность перевозки больших грузов.

Виды рам автомобилей

Использование рамных конструкций на автомобилях началось практически на заре автомобильной эры. За это время было предложено несколько основных типов рам автомобилей:

Каждый из этих типов рам имеют разновидности. Разновидностью лонжеронной рамы является так называемая периферийная. А помимо хребтовых рам выпускались также автомобили с вильчато-хребтовыми рамами.

Лонжеронная рама

Самой распространенной рамной конструкцией является лонжеронная рама.

Устройство лонжеронной рамы автомобиля Toyota Land Cruiser 200:
1 — кронштейн крепления передней подвески; 2 — поперечина; 3 — лонжерон; 4 — кронштейн крепления кузова.

Эта рама состоит из двух лонжеронов, которые располагаются продольно, а также с поперечин. Лонжероны изготовляются из швеллеров с разной высотой сечения. В местах, которые будут более нагружены, высота делается больше.

Поперечины также могут иметь разную конструкцию, встречаются обычные, прямой формы, а также К- и Х-образные. Чтобы обеспечить установку механизмов автомобиля, на лонжероны и поперечины установлены кронштейны и крепления для них. Для крепления элементов рамы между собой могут быть использованы заклепки, болты или сварочное соединение.

Отличительной особенностью периферийной рамы от обычной лонжеронной является то, что при изготовлении лонжеронов их изгибали, что приводило к тому, что посредине между лонжеронами было наибольшее расстояние между ними. Делась это для того, чтобы была возможность расположить днище автомобиля как можно ниже. Использовались такие рамы в Америке при производстве легковых автомобилей.

Хребтовая рама

Рамы хребтового типа для автомобилей были разработаны специалистами компании «Татра». И использовались такие рамы в основном на автомобилях этой компании. Основной несущей частью хребтовой рамы является труба, которая соединяет между собой двигатель и все элементы трансмиссии.

По сути, силовой агрегат, а также сцепление, коробка передач и главная передача являются также и элементами рамы. Крепление всех этих механизмов – жесткое. Крутящий момент от двигателя к элементам трансмиссии выполняет вал, который устанавливается внутри трубы. Использование такой рамной конструкции возможно только при обеспечении всех колес автомобиля независимой подвеской.

Хребтовая рама хороша тем, что обеспечивает высокую жесткость на скручивание, легкое и быстрое создание автомобилей с различным количеством ведущих мостов, но поскольку некоторые механизмы автомобиля находятся внутри рамной конструкции, то и выполнение ремонтных работ довольно затруднительно.

Рамы вильчато-хребтового типа также разработаны сотрудниками «Татра». В данном случае они отказались от жесткого крепления двигателя и трансмиссии к несущей центральной трубе. Вместо этого они с обеих сторон несущей трубы установили специальные вилки, на которые и устанавливаются двигатель с трансмиссией.

Рама автомобиля

Рама автомобиля — несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.

В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.

Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.

Лонжеронные рамы

В состав лонжеронной рамы входят несколько поперечин, которые иногда называют «траверсами», пара продольных лонжеронов (так называют главный силовой элемент несущей конструкции, представляющий собой короб сложной формы, выполненный из металла), кронштейны и крепления, предназначенные для установки на них кузова автомобиля и различных агрегатов. Как поперечины, так и лонжероны могут отличаться по конструкции и форме. Выделяют X-образные, К-образные, а также трубчатые поперечины. Их назначение заключается в придании конструкции максимально возможной жесткости. Для изготовления траверс обычно используется гнутый металлический профиль. Для лонжеронов наиболее характерным является переменное по длине П-образное сечение (швеллер). В самых нагруженных участках высоту сечения швеллера увеличивают.

Лонжероны могут располагаться параллельно относительно друг друга или под определенным углом. Кроме того, лонжероны могут устанавливаться изогнутыми в вертикальной либо горизонтальной плоскости. Параллельное расположение используется главным образом на грузовых транспортных средствах. Остальные схемы неплохо подходят для внедорожников – автомобилей, обладающих повышенной проходимостью. За счет установки лонжеронов под углом можно добиться получения максимального угла, на который поворачиваются управляемые колеса автомобиля. Изгибы в вертикальной плоскости выполняются для снижения центра тяжести. Вместе с этим становится ниже и уровень пола в машине. Благодаря изгибу лонжеронов в горизонтальной плоскости кроме понижения уровня пола достигается существенное повышение уровня пассивной безопасности в случае возможного бокового столкновения.

Для соединения деталей, входящих в состав рамы, между собой используются болты, заклепки. Широкое распространение нашли и сварные соединения. Рамы на заклепках чаще используют в конструкциях грузовых автомобилей, а сварные рамы – при изготовлении легковых машин и самосвалов с большой грузоподъемностью. Болты нашли применение в малосерийном производстве. Лонжеронными рамами оснащаются почти все грузовые машины и внедорожники. Именно популярностью таких конструкций обусловлено то, что под понятием «рама» чаще всего подразумевается как раз лонжеронная несущая система.

Хребтовые рамы

Разработка хребтовой рамы была осуществлена чехословацкой компанией «Татра» в 20-х годах прошлого столетия. Именно такими рамными шасси тогда оборудовались многие автомобили, выпускаемые этим предприятием. Основной конструктивный элемент хребтовой рамы – это центральная трансмиссионная труба, на которой объединяются картеры силового агрегата и таких узлов, как сцепление, коробка передач, главная передача.

Установке такой рамы сопутствует необходимость в оборудовании автомобиля независимой подвеской всех колес, что в большинстве случаев реализуется путем крепления по бокам к хребту пары качающихся полуосей (на каждой из них присутствует по одному шарниру). Главным достоинством данной схемы является высокий показатель крутильной жесткости. К тому же, становится возможной беспроблемная разработка всевозможных модификаций автомобилей с разным числом ведущих мостов. Основной недостаток – это сложность ремонта агрегатов, которые жестко закреплены на раме. С этим и связана невысокая популярность хребтовых рам в современном автомобилестроении.

Вильчато-хребтовые рамы

Своего рода разновидностью рассмотренного выше типа рамы является вильчато-хребтовая конструкция. Здесь передняя, а иногда – и задняя части выполняются в виде вилок, образованных парой лонжеронов, служащих для крепления силовой установки и агрегатов трансмиссии. Такая рама отличается от обычной хребтовой тем, что картеры узлов силовой передачи изготовляются отдельно. Многие специалисты относят сюда и так называемые Х-образные рамы, которые иногда называют разновидностью лонжеронных установок.

Периферийные рамы

Периферийная рама также часто рассматривается в качестве разновидности конструкции лонжеронного типа. В центральной части периферийной рамы расстояние между парой лонжеронов делают настолько большим, что после монтажа кузова лонжероны можно обнаружить прямо за дверными порогами. «Ахиллесова пята» такой рамы – это места, где осуществляется переход от увеличенного расстояния между лонжеронами к нормальному. В этих местах монтируются специальные коробчатые усиления, аналоги которым нередко встречаются в машинах с несущим кузовом. Результатом применения периферийной конструкции становится значительное понижение пола кузова, который целиком размещается между лонжеронами, что в итоге обеспечивает уменьшение общей высоты транспортного средства.

Решетчатые рамы

Решетчатые рамы иногда называют пространственными или трубчатыми. Такая система представляет собой пространственную ферму, для изготовления которой используются относительно тонкие трубы. Эти трубы выполняются из легированных сталей, отличающихся высокой прочностью. Кроме того, этот материал должен быть легким и прочным на кручение. Трубчатые конструкции нашли применение в гоночных и спортивных машинах, ведь для них одним из важных параметров является минимальная масса при максимальной прочности. Интегрированная в кузов рама конструктивно не имеет существенных отличий от обычной, однако она соединяется с кузовом при помощи сварки.

К главным преимуществам рамных конструкций автомобиля относятся: простота, довольно низкая стоимость, возможность унификации базовых моделей транспортных средств, восприятие серьезных нагрузок при езде, повышение комфортабельности, обеспечение лучшей шумоизоляции. Кроме того, ремонт автомобиля с рамой после дорожно-транспортного происшествия значительно легче, нежели ремонт машины, имеющей несущий кузов. Недостатками рам являются увеличение массы автомобиля (если сравнивать с несущим кузовом), а также худшая пассивная безопасность, связанная с трудностями, возникающими при создании зон запрограммированной деформации.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Рама автомобиля

Несущая часть является одним из важнейших компонентов в устройстве автомобиля, ведь именно благодаря ей удается собрать все составные части машины в единое целое.

Сейчас используется несколько видов несущей части, каждая из которых нашла применение на определенных видах авто. Изначально все автомобили строились на основе рамной несущей части. Но со временем ее вытеснили иные типы, к примеру, практически на всех легковых автомобилях используется несущий кузов, в котором рама отсутствует, а все ее функции выполняет усиленный кузов. И все же рамная несущая часть продолжает использоваться – на грузовых авто и внедорожниках.

Назначение, виды

Рама автомобиля представляет собой балочную конструкцию, выступающую в роли основы для крепления всех составных частей авто – силовой установки, узлов трансмиссии, ходовой части и прочего. Кузов, присутствующий в конструкции несущей части выполняет лишь некоторые функции – обеспечивает пространство для размещения пассажиров и грузов, а также выступает в качестве декоративного элемента.

Основным положительным качеством использования рамы является высокий показатель прочности несущей части. Именно благодаря этому она и используется на грузовиках и полноценных внедорожниках. Но при этом из-за рамы общая масса авто увеличена.

Также рама автомобиля позволяет по максимуму унифицировать узлы и механизмы между моделями разных классов. В свое время доходило до того, что многие автопроизводители выпускали шасси авто со всеми основными частями (рамы, мотора, трансмиссии, ходовой части), на которую «натягивали» разные типы кузовов.

При этом было разработано несколько типов рам, каждая из которых обладает своими конструктивными особенностями. Все их можно разделить на:

1. Лонжеронные
2. Хребтовые
3. Пространственные

Некоторые из этих видов имеют подвиды, также нередко используются комбинированные типы, в конструкции которых имеются составные элементы разных рам.

Лонжеронная и ее подвиды

Лонжеронная рама автомобиля является самой распространенной. Конструкция ее включает две продольных силовых балки – лонжероны, тянущихся вдоль всего кузова и соединенных между собой поперечинами.

Лонжеронная рама Toyota Land Cruiser

Сами лонжероны изготавливаются из стали, а для обеспечения высоких показателей на скручивание используются разные типы профиля сечения – короб, двутавр, швеллер.

Причем не обязательно, чтобы они были ровными, многие лонжероны имеют изгибы как вертикальной, так и горизонтальной плоскости. К примеру, на некоторых авто рама изогнута в передней и задней частях (в районе расположения колес), что позволяет переместить центр тяжести вниз.

Помимо этого, лонжероны размещаются как в строго горизонтальном положении относительно пола, так и могут находиться под углом. Второй вариант применяется на внедорожниках.

Лонжероны соединяются поперечинами, которые могут располагаться разными способами. В так называемой раме лестничного типа поперечины крепятся перпендикулярно лонжеронам (считается классической). Но есть и конструкции, у которых эти составные части располагаются под углами – К-образные и Х-образные рамы.

Лонжеронная х-образная рама

Для соединения лонжеронов с поперечинами применяется сварка (во внедорожниках), заклепки (грузовики). В некоторых случаях используются болтовые соединения. Для крепления узлов авто и лонжероны, и поперечины оснащаются кронштейнами.

Подвидом лонжеронной рамы является периферийная. Отличительной особенностью ее является большое расстояние между лонжеронами. После полной сборки авто они располагаются возле порогов кузова, что значительно повышает устойчивость к воздействию боковых ударов, а также позволяет опустить уровень пола (насколько это возможно).

Периферийная рама Corvette

Еще одна разновидность лонжеронной рамы – Х-образная. Суть конструкции такой рамы сводится к тому, что в передней и задней части лонжероны разведены, а в центральной – по максимуму сведены (пространство между ними позволяет разместить разве что валы трансмиссии). Внешне этот тип напоминает букву «Х», отсюда и название.

Еще один вариант – несущее основание. В конструкции этой рамы все так же используются продольные лонжероны, но здесь они соединены между собой не поперечинами, а днищем. При этом несущее основание, хоть в него и входит днище, не является элементом кузова, поэтому и относится этот вид к рамам.

Хребтовая рама

Рамы хребтового типа в меньшей степени распространены и ее, по сути, используют только на грузовиках «Татра». Основным составным элементом этого типа несущей части выступает центральная балка, изготовленная из трубы.

Примечательно, что в такой раме некоторые узлы авто используются в качестве несущих элементов, а именно мотор, КПП, корпусы главной передачи. Все они соединены между собой центральной балкой, вращение же между узлами осуществляется при помощи валов, располагаемых в трубе.

Особенность конструкции задних ведущих мостов заключается в том, что передача вращения на колеса осуществляется валами с карданными шарнирами, а не полуосями, поскольку корпусы главных передач жестко крепятся к балке. Но такое устройство в свою очередь дает возможность установить на все колеса авто независимую подвеску.

К основным достоинствам этого типа рамы относится высокая устойчивость на кручение и возможность сравнительно простого создания многоосных шасси. Для этого всего лишь необходимо добавить требуемое количество главных передач и соединить их при помощи центральной балки.

Но эта рама автомобиля широкого распространения не получила из-за сложности обслуживания и ремонта узлов трансмиссии, поскольку для этого приходится разбирать практически всю раму, чтобы отсоединить картеры главных передач и коробку передач. К тому же, кузов, закрепленный на трубе, располагается достаточно высоко над землей. Поэтому этот тип рамы пригоден только для использования на грузовиках.

Пространственная рама

Пространственной называется рама автомобиля, представленная в виде каркаса, сваренного из труб. Отличается небольшой массой и высокими показателями по прочности.

Этот каркас формирует не только отсеки для размещения и закрепления составных частей авто, а еще и кабину для пассажиров. Помимо этого, каркас выполняет еще и роль кузова, который в авто с такой рамой попросту отсутствует, а декоративная обшивка закрепляется прямо на составные трубы.

Такая рама нашла применение на спортивных авто, а также самодельных моделях — багги. Примечательно, что даже на массовых авто с несущим кузовом, которые переделывают для участия в соревнованиях, комплектуются внутренним трубчатым каркасом для повышения жесткости кузова. Но в этом случае устанавливаемый каркас нельзя назвать полноценной пространственной рамой.

Комбинированные виды

Выше перечислены основные виды рамных несущих частей. Но, как отмечено, существует немало вариаций, представляющих собой комбинированные типы.

К ним относится вильчатая рама. В этом типе присутствуют основные составные элементы лонжеронного и хребтового видов – центральная балка и лонжероны. Конструкция выглядит так: в передней и задней части для крепления узлов авто применяются продольные лонжероны, а в центральной части установлена труба (но здесь она не используется для размещения приводных валов). Между собой балка и лонжероны жестко соединены.

Вильчатая рама — симбиоз нескольких видов, причем он не единственный. На некоторых авто применялись конструкции, состоящие, к примеру, из компонентов Х-образной рамы и несущего основания, или же центральной балки и лонжеронов (в отличие от вильчатой, лонжероны располагаются только спереди).

Но существуют также и варианты, которые совмещают в себе разные виды несущей части – раму и несущий кузов. К такому типу относится так называемая интегрированная рама. Суть ее сводится к тому, что элементы рамы (лонжеронной классической или периферийной) входят в конструкцию кузова и выполнена с ним заодно (они жестко между собой соединены). Но стоит отметить, что лонжероны обычно располагаются только в передней части и предназначены для фиксации силовой установки.

Интегрированная рама с кузовом

Еще одним вариантом комбинированных несущих частей является кузов с подрамником. Этот элемент выполняет те же функции, что и лонжероны в интегрированном варианте, но в отличие от него крепиться к кузову при помощи болтовых соединений.

Напоследок отметим, что хоть рама применяется только на авто определенных классов, элементы, входящие в конструкцию используются достаточно широко и сейчас, поскольку ими усиливают жесткость несущих кузовов. Практически в любом легковом авто можно найти усиливающие лонжероны или подрамники.