37. Несущие системы. Назначение и требования.

Назначение. Несущей системой автомобиля принято называть остов, который соединяет между собой все его части. Это может быть либо отдельная конструкция, рама, на которую устанавливаются кузов и агрегаты автомобиля (двигатель, механизмы трансмиссии, ведущие и управ­ляемые мосты, подвеска и т.п.), или сам кузов. Раму автомобиля с установленными на ней агрегатами часто называют шасси. Под словом «кузов» в автостроении в большинстве случаев понимают вместилище, объем, пространство для размещения основного объ­екта перевозок. Кузова пассажирских автомобилей - легковых и автобусов — служат для размещения людей и оборудуются сиденьями разных видов, в зависимости от типа автомобиля, и различными системами обеспечения комфорта для водителя и пассажиров. Кузова грузовых автомобилей, в связи с большим разнообразием перево­зимых грузов, могут быть весьма разнообразными по форме, кон­струкции и оборудованию. У легковых автомобилей и автобусов кузов чаще всего служит и несущей системой, и непосредственно на нем, в предусмотренных для этого местах, устанавливаются все агрегаты и узлы машины. Несущая система определяет целостность автомобиля и воспринимает различные виды нагрузок: нагрузки, связанные с воздействием веса узлов и агрегатов, установленных на ней, а также веса пассажиров и груза, и динамические нагрузки, возникающие при движении автомобиля по неровной дороге и при изменении режимов движения. В исключительных случаях, например при дорожно-транспортных происшествиях, несущая система восп­ринимает и нагрузки аварийного характера. Таким образом, основное назначение несущей системы состоит в объединении в единое целое всех частей автомобиля в процессе его функционирования.

Требования к несущим системам

Из основного назначения несущей системы - объединение в единое целое всех частей автомобиля - вытекают главные требования к ней - прочность и жесткость. Под прочностью понимают способность несущей системы воспринимать эксплуатационные на­грузки без поломок системы в целом или ее элементов, а под жесткостью - способность сохранять свою форму без остаточных деформаций и без недопустимых упругих деформаций при воздей­ствии тех же нагрузок.

В части прочностных свойств несущей системы наибольшее значение имеет усталостная прочность, поскольку она определяет срок службы системы, а часто и всего автомобиля, до предусмот­ренного нормативными документами на автомобиль капитального ремонта или списания. Таким образом, усталостная прочность (дол­говечность) несущей системы должна быть достаточной для обес­печения межремонтного или полного пробега автомобиля, но не должна быть слишком большой, поскольку это означало бы, что при конструировании в элементы несущей системы заложен из­лишний запас прочности, излишний материал, что сказалось бы на увеличенной массе, которую пришлось бы перевозить в течение всего срока службы автомобиля.

Статическая прочность несущей системы, ее способность восп­ринимать единовременные эксплуатационные нагрузки без поломок и остаточных деформаций, безусловно, должна быть достаточной, но в то же время при стандартных динамических воздействиях на автомобиль, имитирующих аварии (например, лобовое столкнове­ние), несущая система должна деформироваться таким образом, чтобы поглотить энергию удара и уменьшить динамические нагрузки до предусмотренных нормативными документами величин. С этой точки зрения деформация несущей системы и связанная с ней деформация кузова должна быть возможно большей, но в то же время внутри кузова должен сохраняться объем («пространство вы­живания»), достаточный для того, чтобы водитель и пассажиры травмировались в наименьшей степени и имели наибольшие шансы на сохранение жизни.

В части жесткости требования к несущим системам грузовых и легковых автомобилей существенно отличаются.

Жесткость кузова пассажирского автомобиля, легкового или ав­тобуса, должна быть возможно большей, чтобы кузов уверенно противостоял изгибам и перекосам.

К несущей системе грузового автомобиля, роль которой обычно играет рама, предъявляются иные требования. Если изгибная жест­кость рамы, т.е. способность противостоять изгибающим нагрузкам в вертикальной и горизонтальной плоскости, должна быть доста­точно большой, то крутильная жесткость, т.е. способность проти­востоять скручивающим нагрузкам при движении, например, по дороге с большими неровностями, напротив, не должна быть из­лишней. Конечно, имеются конструктивные возможности получить большую крутильную жесткость рамы, но это влечет за собой зна­чительное утяжеление конструкции в целом, поскольку в ее жестких узлах возникали бы высокие механические напряжения и, соот­ветственно, поломки. Относительно податливая на кручение рама деформируется без появления больших напряжений в ее узлах. К раме грузового автомобиля крепятся агрегаты и узлы, и в ряде случаев деформация рамы могла бы вызвать в корпусах этих агрегатов нежелательные нагрузки. Чтобы избежать этого, предусматривается упругое закрепление агрегатов, и они имеют крепление в трех точках. В этом случае перекосы рамы не могут вызвать соответствующих перекосов агрегатов. Таким образом закрепляется на раме грузового автомобиля, например, кабина или двигатель с коробкой передач. Выше упоминалось о том, что долговечность несущей системы должна соответствовать долговечности автомобиля в целом. При изготовлении деталей, входящих в несущую систему, чаще всего применяется низкоуглеродистая сталь, которая легко штампуется и сваривается. Но сталь подвержена коррозии. Кузов легкового автомобиля, например, выходит из строя обычно именно из-за коррозионного разрушения. Чтобы повысить долговечность несущей системы, предусматривается покрытие различными защитными со­ставами, которые предохраняют металл от воздействия влаги и солей. В ряде случаев для изготовления основания кузовов легковых ав­томобилей применяют оцинкованный металл или подвергают цин­кованию собранный кузов. Следовательно, одним из требований к несущей системе является ее достаточная стойкость к воздействиям окружающей среды.

Таким образом, требования к несущей системе во многом про­тиворечивы и требуют при ее конструировании высокого уровня инженерного искусства. При разработке конструкции несущей сис­темы и определении ее расчетной долговечности при движении автомобиля по различным дорогам применяются методы модели­рования напряжений в элементах конструкции с помощью ЭВМ.