Рамы автомобилей: виды, назначение, устройство

На заре автомобилестроения все транспортные средства были рамными. Как и сегодня грузовики (КАМАЗы, МАЗы), автобусы. А вот легковые авто, кроме внедорожников, стали безрамными. Разберемся в видах рам автомобиля, особенностях этой конструкции несущей основы, преимуществах и недостатках системы.

Рамы автомобиля: назначение

Конструкцию рамы автомобиля инженеры разработали еще задолго до появления «самобеглой коляски». На основе рамной схемы создавали железнодорожный транспорт. Несущий кузов был у телег и карет – по аналогии с ними создали безрамные машины.

Конструкция рам автомобилей

Автомобильную раму можно представить в виде скелета авто. Это основа, на которую крепят моторы, элементы трансмиссии и ходовой, рулевое управление, рессоры, мосты. В сочетании эти компоненты составляют шасси машины. Кронштейнами и болтами кузов также присоединяется к раме. И используется для размещения и перевозки пассажиров и багажа.

Рама – это несущая часть, воспринимающая нагрузки узлов и агрегатов авто. А также кузова, пассажиров и багажа как в движении, так и во время стоянки. Рама представляет балочную конструкцию. Это самодостаточная система, которая готова к передвижению без кузова.

Типы рам автомобилей

С развитием автомобильной отрасли конструкции силовых каркасов машин эволюционировали. Рассмотрим типы рам автомобилей, их назначение и особенности устройства.

Лонжеронная рама

Упрощенно такую конструкцию можно описать как два металлических толстых продольных лонжерона, соединенных между собой несколькими поперечными балками. Лонжеронную раму называют автолестницей за схожесть с одноименным предметом. Конструкция проста, понятна, надежна, поэтому такие рамы устанавливают на грузовых автомобилях, например, ЗИЛах, а также в современных джипах и пикапах.

Лонжероны, изготовленные из прочного металла разного сечения, идут вдоль кузова. Симметричные друг другу на всем своем протяжении, они необязательно параллельны земле. Балки могут изгибаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях, находиться под углом к полу, (например, на внедорожниках). Вертикальный изгиб наблюдается в некоторых марках машин в районе колес: этим достигается смещение центра тяжести вниз, что делает транспорт более устойчивым на дорогах.

Лонжеронная Х-образная

Поперечины не всегда имеют вид лесенки: на чертеже некоторые из них выглядят как буквы «К» или «Х». Более распространенная – Х-образная рама, которая представляет, скорее, подвид классической лонжеронной системы.

Лонжеронная рама

Суть конструкции в том, что лонжероны в передней и задней частях разведены в стороны, тогда как в середине максимально приближены друг к другу. Поперечные балки здесь соединены крестообразно, из-за чего места хватает только на валы трансмиссии.

Х-образный каркас значительно легче классики: его активно использовали в американском автомобилестроении в середине прошлого века. Отечественные премиальные «Чайки» (ГАЗ-13 и ГАЗ-14) также базировались на крестообразной раме.

Периферийная

Это очередная разновидность лонжеронного устройства. Особенностью конструкции периферийной рамы автомобиля является расположение лонжеронов: элементы разведены далеко на края, под самые пороги. Это обстоятельство делает автомобиль (чаще – внедорожник) очень устойчивым на труднопроходимых трассах. Другое достоинство: машина отлично держит боковые удары.

Хребтовая рама

Идея оригинальной конструкции принадлежит инженерам компании «Татра». Несущую основу рамы грузового автомобиля составляет мощная, жесткая на кручение толстостенная труба, которая соединяет силовую установку, расположенную спереди, с трансмиссией. При этом последняя вместе с раздаточной коробкой и приводными валами инсталлирована непосредственно в трубу.

Вильчато-хребтовая

Вильчато-хребтовые каркасы, также разработанные чешским предприятием «Татра», сегодня ушли в историю. Трансмиссионная труба оставалась, но моторы к ней не крепили, а устанавливали на лонжеронной вилке. Положительным моментом было то, что вибрация от двигателя в меньшей степени передавалась на раму и кузов транспортного средства.

Пространственная рама

Самая сложная, но жесткая и прочная система была придумана для спортивных автомобилей. Трехмерный каркас состоит из множества тонких труб, материалом служит высокопрочная легированная сталь. Трубки формируют отсеки для компонентов авто и ездоков.

Конструкция выдерживает нагрузки на сжатие и растяжение, но не на излом. Поэтому в спортивных авто пространственные системы уступили место монококам (несущим кузовам), но остались в автобусостроении.

Комбинированные

Гибридные рамы появились, когда мировой автопром стал массово переходить на несущие кузова. Процесс, однако, был постепенным: рамы для установки мотора делали на половину длины кузова. Лонжероны простирались от фронтального бампера до ног передних пассажиров. Получилось, что у несущего, вваренного в пол кузова появился спереди полноценный подрамник.

Процедуры для рамы авто

Другим примером комбинированной рамы может служить вильчатая система, сочетающая лонжеронную и хребтовую конструкции. Также существует симбиоз Х-образной рамы с несущим основанием.

Из какой стали изготавливают рамы

В общей массе на раму грузового автомобиля приходится 10-15% веса. Каркас испытывает знакопеременные нагрузки, напряжение на изгиб и кручение. Перед производителями стоит двоякая задача: сделать конструкцию легкой, и при этом повысить ее несущую способность. Поэтому рамы грузовых автомобилей делают из стали: используют марки с низким и средним содержанием углерода – от Ст08 до Ст025.

Количество марганца, хрома, других легирующих элементов, повышающих запас прочности металлопроката, может быть нормальным или повышенным. Толщина листов для лонжеронов зависит от грузоподъемности транспортного средства и варьируется от 3 до 8 мм.

Вопрос о материале изготовления не праздный. Некоторые водители, изучив назначение и устройство рам грузовых и легковых автомобилей, удлиняют силовой каркас.

Основные преимущества рамной конструкции

Рамные силовые каркасы еще долго не сдадут позиций несущему кузову, поскольку обладают рядом неоспоримых достоинств:

• Простота конструкций и выверенная методики расчета.
• Прочность. Чтобы погнуть, и тем более, сломать раму, потребуется большое усилие.
• На легковушках кузов присоединяется эластичными креплениями, что повышает комфорт пассажиров. Чтобы достичь подобного эффекта в безрамниках, нужно предпринять ряд дополнительных конструктивных мер.
• Низкое сопротивление кручению. Достигается за счет толщины металла лонжеронов и поперечин.
• Увеличенный клиренс. На рамные конструкции ставят мосты, предполагающие повышенную проходимость.

Рама для грузовиков

На одной платформе можно конструировать разные модели машин.

Решающее преимущество конструкций заключается в удобстве капитального ремонта: рама существует отдельно, кузов – сам по себе. Демонтировав верхнюю часть авто, вы получаете доступ к шасси.

В чем заключаются недостатки рамной конструкции

В современном автомобилестроении продолжается тенденция к вытеснению настоящих «рамников» несущими кузовами. Разделение функций рамы и кузова несет следующие негативные последствия:

• стальная рама имеет большой вес, что сказывается на расходе топлива, разгонной динамике, повышенной инерции всего автотранспорта;
• высокий центр тяжести, из-за которого машина больше склонна к кренам и опрокидыванию;
• сильные, в сравнении с несущими системами, аэродинамические шумы.

Еще один недостаток: мягкая подвеска не сочетается с рамой, поэтому пассажиры в большей мере ощущают тряску, чем в кузовном авто.