Rama pojazdu - Vehicle frame
_(03).jpg)
Rama pojazdu również tradycyjnie znane jako podwozie jest główną konstrukcję nośną z pojazdu silnikowego , do którego są przyłączone, wszystkie inne elementy porównywalne do szkieletu organizmu.
Do lat 30. praktycznie każdy samochód miał ramę konstrukcyjną oddzieloną od karoserii. Ten projekt konstrukcji jest znany jako body-on-frame . W latach 60-tych konstrukcja unibody w samochodach osobowych stała się powszechna, a trend na unibody w samochodach osobowych utrzymywał się przez kolejne dziesięciolecia.
Prawie wszystkie ciężarówki , autobusy i większość pickupów nadal używają oddzielnej ramy jako podwozia.
Funkcje
Główne funkcje ramy w pojeździe silnikowym to:
- Aby wspierać elementy mechaniczne i karoserię pojazdu
- Do radzenia sobie z obciążeniami statycznymi i dynamicznymi, bez nadmiernego ugięcia lub zniekształcenia.
- Obejmują one:
- Ciężar ciała, pasażerów i ładunku.
- Skręcanie pionowe i skrętne przenoszone przez nierówne powierzchnie.
- Poprzeczne siły boczne spowodowane warunkami drogowymi, bocznym wiatrem i kierowaniem pojazdem.
- Moment obrotowy z silnika i skrzyni biegów.
- Wzdłużne siły rozciągające od ruszania i przyspieszania, a także ściskanie od hamowania.
- Nagłe uderzenia z kolizji.
Rodzaje stelaża według ich budowy:
- Rama drabinowa
- Ramka typu X
- Przesunięcie ramki
- Przesunięcie z ramą poprzeczną
- Rama obwodowa
Szyny ramowe
Zazwyczaj materiałem używanym do budowy podwozia i ram pojazdu jest stal węglowa ; lub stopów aluminium w celu uzyskania lżejszej konstrukcji. W przypadku oddzielnego podwozia rama składa się z elementów konstrukcyjnych zwanych szynami lub belkami . Są one zwykle wykonane ze stali kanału części, wykonanych przez składanie, walcowanie lub prasowania płyty stalowej.
Są dla nich trzy główne projekty. Jeśli materiał jest złożony dwukrotnie, powstaje otwarty przekrój poprzeczny, albo w kształcie litery C, albo w kształcie kapelusza (w kształcie litery U). Ramy „pudełkowane” zawierają szyny podwozia, które są zamykane albo przez spawanie ich, albo przez użycie prefabrykowanych metalowych rurek .
C-kształt
Zdecydowanie najbardziej powszechna szyna z kanałem C była używana w prawie każdym typie pojazdu w takim czy innym czasie. Wykonany jest przez wzięcie płaskiego kawałka stali (zwykle o grubości od 1/8" do 3/16", ale do 1/2" lub więcej w niektórych ciężkich ciężarówkach) i przetoczenie obu stron, aby utworzyć Belka w kształcie litery C biegnąca wzdłuż pojazdu.
Kapelusz
Ramki kapelusza przypominają literę „U” i mogą być zwrócone prawą stroną do góry lub odwrócone z otwartą przestrzenią skierowaną w dół. Nie są powszechnie stosowane ze względu na słabość i skłonność do rdzewienia. Można je jednak znaleźć w samochodach Chevrolet z lat 1936–1954 i niektórych Studebakerach .
.jpg)
Porzucona na jakiś czas rama kapelusza odzyskała popularność, gdy firmy zaczęły przyspawać ją do spodu samochodów typu unibody, skutecznie tworząc ramę pudełkową.
w pudełku
Oryginalnie ramy w pudełkach były wykonywane przez spawanie dwóch pasujących do siebie szyn C, aby utworzyć prostokątną rurę. Jednak nowoczesne techniki wykorzystują proces podobny do wytwarzania szyn C, w którym kawałek stali jest wyginany na cztery strony, a następnie spawany w miejscu, w którym spotykają się oba końce.
W latach 60. pudełkowe ramy konwencjonalnych amerykańskich samochodów były spawane punktowo w wielu miejscach wzdłuż szwu; po przekształceniu w wyścigówki NASCAR „samochód zapasowy”, pudełko było stale spawane od końca do końca, aby uzyskać dodatkową wytrzymałość.
Cechy konstrukcyjne
Choć na pierwszy rzut oka wyglądają na prostą formę wykonaną z metalu, oprawki napotykają na duże obciążenia i są odpowiednio zbudowane. Pierwszym rozwiązanym problemem jest „wysokość belki”, czyli wysokość pionowego boku ramy. Im wyższa rama, tym lepiej jest w stanie wytrzymać pionowe zginanie, gdy siła jest przyłożona do górnej części ramy. Z tego powodu półciężarówki mają wyższe szyny ramy niż inne pojazdy, a nie tylko są grubsze.
Ponieważ wygląd, jakość jazdy i prowadzenie stały się ważniejsze dla konsumentów, do ram wprowadzono nowe kształty. Najbardziej widoczne z nich to łuki i podbicia. Zamiast biegać prosto nad obiema osiami , łukowate ramy siedzą niżej - mniej więcej na poziomie osi - i zakrzywiają się w górę nad osiami, a następnie z powrotem po drugiej stronie, aby umieścić zderzak. Podbicia robią to samo bez wyginania się po drugiej stronie i są częstsze na przednich końcach.
Kolejną cechą są stożkowe szyny, które zwężają się w pionie lub poziomie przed kabiną pojazdu. Odbywa się to głównie w ciężarówkach, aby zmniejszyć wagę i nieco zwiększyć przestrzeń dla silnika, ponieważ przód pojazdu nie przenosi tak dużego obciążenia jak tył. Zmiany konstrukcyjne obejmują ramy, które wykorzystują więcej niż jeden kształt w tej samej szynie ramy. Na przykład niektóre pickupy mają ramę skrzyniową przed kabiną, krótsze, węższe szyny pod kabiną i zwykłe szyny C pod łóżkiem.
W przypadku ram obwodowych obszary, w których szyny łączą się od przodu do środka i od środka do tyłu, są słabe w porównaniu ze zwykłymi ramami, więc sekcja jest zamknięta w pudełku, tworząc tak zwane „skrzynki momentu obrotowego”.
Rodzaje
Pełne ramy podwozia
Rama drabiny
.jpg)
Nazwana ze względu na podobieństwo do drabiny, rama drabiny jest jedną z najstarszych, najprostszych i najczęściej używanych podwoziowych, oddzielnych konstrukcji podwozia/ramy. Składa się z dwóch symetrycznych belek, szyn lub kanałów biegnących wzdłuż pojazdu, połączonych kilkoma poprzecznymi poprzeczkami. Początkowo widziana w prawie wszystkich pojazdach, rama drabiny była stopniowo wycofywana w samochodach na rzecz ram obwodowych i zunifikowanej konstrukcji nadwozia. Obecnie widuje się go głównie na dużych ciężarówkach. Konstrukcja ta zapewnia dobrą wytrzymałość belki ze względu na jej ciągłe szyny od przodu do tyłu, ale słabą odporność na skręcanie lub wypaczenie, jeśli stosuje się proste, prostopadłe belki poprzeczne. Całkowita wysokość pojazdu będzie większa, ponieważ płyta podłogowa znajduje się nad ramą, a nie wewnątrz niej.
Rurka kręgosłupa
Podwozie szkieletowe to rodzaj konstrukcji samochodowej z podwoziem, który jest podobny do konstrukcji nadwozia na ramie. Zamiast stosunkowo płaskiej, podobnej do drabiny konstrukcji z dwoma podłużnymi, równoległymi szynami ramy, składa się z pojedynczego centralnego, mocnego szkieletu rurowego (zwykle prostokątnego przekroju), który przenosi układ napędowy i łączy przód i tył struktury mocowania zawieszenia. Chociaż kręgosłup jest często wciągany w górę, a głównie nad podłogę pojazdu, ciało jest nadal umieszczane na tej konstrukcji lub nad nią (czasami okrakiem) od góry.
Rama X
.jpg)
Jest to konstrukcja stosowana w pełnowymiarowych amerykańskich modelach General Motors pod koniec lat pięćdziesiątych i na początku lat sześćdziesiątych, w których szyny wzdłuż silnika zdawały się krzyżować w przedziale pasażerskim, z których każda ciągnęła się na przeciwległym końcu belki poprzecznej tył pojazdu. Został specjalnie dobrany, aby zmniejszyć całkowitą wysokość pojazdów niezależnie od wzrostu wielkości garbów skrzyni biegów i wału napędowego, ponieważ każdy rząd musiał również zakrywać szyny ramy. Kilka modeli miało mechanizm różnicowy umieszczony nie przy zwyczajowym drążku między osią a ramą, ale przy przegubie kulowym na szczycie mechanizmu różnicowego połączonym z gniazdem w wahaczu zawieszonym na belce poprzecznej ramy.
Twierdzono, że rama X została ulepszona w stosunku do poprzednich projektów, ale brakowało jej bocznych szyn, a zatem nie zapewniała odpowiedniej ochrony przed uderzeniami bocznymi i kolizją. Ten projekt został zastąpiony ramami obwodowymi.
Rama obwodowa
Podobna do ramy drabiny, ale środkowe sekcje szyn ramy znajdują się poza przednimi i tylnymi szynami, poprowadzone wokół wnęki na nogi pasażera, wewnątrz paneli wahacza i progów. Umożliwiło to obniżenie podłogi, zwłaszcza miejsca na nogi pasażerów, obniżając wysokość siedzenia pasażerów, a tym samym zmniejszając zarówno linię dachu, jak i całkowitą wysokość pojazdu, a także środek ciężkości, poprawiając w ten sposób prowadzenie i przyczepność do drogi w samochodach osobowych .
Stało się to powszechnym projektem samochodów z nadwoziem na ramie w Stanach Zjednoczonych, ale nie w pozostałej części świata, dopóki model unibody nie zyskał popularności. Na przykład Hudson wprowadził tę konstrukcję w swoich modelach Commodore trzeciej generacji w 1948 roku. Ten typ ramy pozwalał na coroczne zmiany modelu i niższe samochody, wprowadzone w latach 50. XX wieku, aby zwiększyć sprzedaż - bez kosztownych zmian konstrukcyjnych. Platforma Ford Panther , wycofana z produkcji w 2011 roku, była jedną z ostatnich platform samochodów osobowych z ramą obwodową w Stanach Zjednoczonych. Jednak Chevrolet Corvette od czwartej do siódmej generacji wykorzystywał ramę obwodową zintegrowaną z wewnętrznym szkieletem, który służy jako klapa.
Oprócz obniżonego dachu, rama obwodowa umożliwia niższe pozycje siedzące, gdy jest to pożądane, i zapewnia większe bezpieczeństwo w przypadku zderzenia bocznego. Jednak projektowi brakuje sztywności, ponieważ obszary przejściowe od przodu do środka i od środka do tyłu zmniejszają belkę i odporność na skręcanie, i są używane w połączeniu ze skrzyniami momentu obrotowego i miękkimi ustawieniami zawieszenia.
Rama platformy
Jest to modyfikacja ramy obwodowej lub ramy szkieletowej, w której podłoga przedziału pasażerskiego, a czasem także podłoga przedziału bagażowego, zostały zintegrowane z ramą jako części nośne, co zapewnia wytrzymałość i sztywność. Blachy stosowane do montażu elementów muszą być oznaczone z grzbietów i zagłębień, aby nadać mu siły.
Podwozia platformowe były używane w kilku udanych europejskich samochodach, w szczególności w Volkswagen Beetle , gdzie nazywano je konstrukcją „body-on-pan”. Innym niemieckim przykładem są samochody Mercedes-Benz „Ponton” z lat 50. i 60., gdzie w anglojęzycznych reklamach nazywano je „podłogą ramową”.
Francuskie Renault 4 , którego wyprodukowano ponad osiem milionów, również używało ramy platformy. Rama Citroëna 2CV wykorzystywała bardzo minimalną interpretację podwozia platformowego pod nadwoziem.
Rama czasowa
W (rurowym) podwoziu spaceframe zawieszenie, silnik i panele nadwozia są przymocowane do trójwymiarowej ramy szkieletowej z rur, a panele nadwozia mają ograniczone funkcje strukturalne lub nie mają ich wcale. Aby zmaksymalizować sztywność i zminimalizować wagę, konstrukcja często maksymalnie wykorzystuje trójkąty, a wszystkie siły w każdej rozpórce są albo rozciągające, albo ściskające, nigdy nie zginając się, dzięki czemu można je zachować jak najcieńsze.
Pierwsze prawdziwe podwozie typu spaceframe zostało wyprodukowane w latach 30. XX wieku przez Buckminstera Fullera i Williama Bushnella Stouta ( Dymaxion i Stout Scarab ), którzy rozumieli teorię prawdziwej ramy kosmicznej zarówno z architektury, jak i konstrukcji samolotu.
Wyścigowy samochód sportowy Jaguar C-Type z 1951 r., który dwukrotnie wygrał 24-godzinny wyścig Le Mans , miał lekką, wielorurową, trójkątną ramę, nad którą wykonano aerodynamiczne nadwozie z aluminium.
W 1994 roku Audi A8 było pierwszym masowym samochodem z aluminiowym podwoziem, które stało się możliwe dzięki zintegrowaniu aluminiowej ramy przestrzennej z nadwoziem. Wszystkie modele Audi A8 od tego czasu wykorzystują tę metodę konstrukcji opracowaną wspólnie z Alcoa i sprzedawaną jako Audi Space Frame .
Włoski termin Superleggera (co oznacza „super-lekki”) został zastrzeżony przez Carrozzeria Touring dla lekkiej konstrukcji nadwozia samochodu sportowego, która tylko przypomina podwozie typu space-frame. Wykorzystując trójwymiarową ramę, która składa się z klatki z wąskich rurek, które oprócz tego, że znajdują się pod nadwoziem, biegną po błotnikach i nad chłodnicą, maską i dachem oraz pod tylną szybą, przypomina strukturę geodezyjną . Na zewnątrz ramy przymocowana jest powłoka, często wykonana z aluminium. Ta konstrukcja ciało jednak nie podkreślić, łożysk, i nadal wymaga dodania obudowy.
Jednolity
.jpg)
Terminy „jednoczęściowe” i „jednostkowe nadwozie” są skrótem od „zjednoczonego nadwozia”, „jednolitej konstrukcji” lub alternatywnie (w pełni) zintegrowanego nadwozia i ramy/podwozia. Definiuje się go jako:
Rodzaj konstrukcji nadwozia/ramy, w którym nadwozie pojazdu, jego plan podłogi i podwozie tworzą jedną strukturę. Taka konstrukcja jest generalnie lżejsza i sztywniejsza niż pojazd mający oddzielne nadwozie i ramę.
Struktura pojazdu przesunęła się z tradycyjnej architektury nadwozia na ramie na lżejszą, zunifikowaną / zintegrowaną strukturę nadwozia, która jest obecnie stosowana w większości samochodów.
Integralna konstrukcja ramy i nadwozia wymaga czegoś więcej niż tylko przyspawania nienaprężonego nadwozia do konwencjonalnej ramy. W całkowicie zintegrowanej konstrukcji nadwozia, cały samochód jest jednostką ładunkową, która przenosi wszystkie obciążenia, jakich doświadcza pojazd – siły od jazdy, jak również ładunki. Nadwozia typu integralnego do pojazdów kołowych są zwykle wytwarzane przez spawanie ze sobą wstępnie uformowanych paneli metalowych i innych elementów, przez formowanie lub odlewanie całych sekcji jako jednego elementu lub przez kombinację tych technik. Chociaż czasami jest to również określane jako struktura skorupowa , ponieważ zewnętrzna powłoka i panele samochodu są nośne, nadal istnieją żebra, przegrody i sekcje skrzynkowe wzmacniające nadwozie, dzięki czemu opis półskorupowy jest bardziej odpowiedni.
Pierwsza próba opracowania takiej techniki projektowania miała miejsce w Lancii Lambda z 1922 roku, aby zapewnić sztywność strukturalną i niższą wysokość nadwozia dla karoserii torpedy . Lambda miała otwarty układ z nienaprężonym dachem, co sprawiało, że mniej przypominała skorupę skorupową, a bardziej misę. wyprodukowano 1000 sztuk.
Kluczową rolę w rozwoju jednolitego ciała odegrała amerykańska firma Budd Company, obecnie ThyssenKrupp Budd . Budd dostarczał karoserię ze stali tłoczonej, mocowaną do oddzielnych ram, producentom samochodów Dodge , Ford , Buick i francuskiej firmie Citroën .
W 1930 roku inżynier Józef Ledwinka z firmy Budd zaprojektował prototyp samochodu o całkowicie jednolitej konstrukcji.
Citroën zakupił tę w pełni jednolitą konstrukcję nadwozia dla Citroëna Traction Avant . Ten wielkoseryjny, seryjnie produkowany samochód został wprowadzony w 1934 roku i sprzedał 760 000 sztuk w ciągu następnych 23 lat produkcji. To zastosowanie było pierwszą iteracją nowoczesnej integracji strukturalnej nadwozia i podwozia, wykorzystującej spawane punktowo, głęboko tłoczone blachy stalowe w klatce konstrukcyjnej, obejmującej progi, słupy i belki dachowe. Oprócz jednolitego nadwozia bez oddzielnej ramy, Traction Avant zawierał również inne innowacje, takie jak niezależne zawieszenie na cztery koła i napęd na przednie koła . W rezultacie powstał nisko zawieszony pojazd z otwartym wnętrzem z płaską podłogą.
Dla Chryslera Airflow (1934-1937) Budd dostarczył wariację – trzy główne sekcje nadwozia Airflow zostały zespawane w coś, co Chrysler nazwał konstrukcją kratownicy mostu. W przypadku Chrysler Airflow ta metoda nie była niestety idealna – spasowanie paneli było słabe. Aby przekonać sceptyczną opinię publiczną o sile unibody, zarówno Citroën, jak i Chrysler stworzyli filmy reklamowe pokazujące samochody, które przetrwały po zrzuceniu z klifu.
Opel był drugim europejskim i pierwszym niemieckim producentem samochodów, który wyprodukował samochód o konstrukcji unibody – produkcja kompaktowej Olimpii rozpoczęła się w 1935 roku. W 1938 roku do produkcji wszedł większy Kapitän , chociaż jego przednie podłużne belki zostały wytłoczone osobno, a następnie przymocowane do Główny korpus.
Opływowy Lincoln-Zephyr z 1936 roku z konwencjonalnym silnikiem z przodu i napędem na tylne koła wykorzystywał konstrukcję jednoczęściową. Do 1941 r. budowa jednostek nie była już nowym pomysłem na samochody, „ale była niespotykana w [amerykańskiej] dziedzinie niskich cen [a] Nash chciał mieć większy udział w tym rynku”. Jednoczęściowa konstrukcja nadwozia Nash 600 zapewniła zmniejszenie wagi, a prezes i dyrektor generalny Nash, George W. Mason, był przekonany, że „unibody to fala przyszłości”.
Od tego czasu więcej samochodów zostało przeprojektowanych do konstrukcji unibody, która jest obecnie „uważana za standard w branży”. W 1960 roku, zunifikowany projekt nadwozia był używany przez Wielką Trójkę z Detroit w swoich kompaktowych samochodach ( Ford Falcon , Plymouth Valiant i Chevrolet Corvair ). Po tym, jak Nash połączył się z Hudson Motors, tworząc American Motors Corporation , jego samochody ze znaczkiem Rambler kontynuowały tworzenie wyłącznie odmian unibody.
Chociaż Chrysler Airflow z 1934 r. miał słabszą niż zwykle ramę i nadwozie przyspawane do podwozia, aby zapewnić sztywność, w 1960 r. Chrysler przeszedł z konstrukcji nadwozia na ramie na konstrukcję nadwozia typu unit-body dla większości swoich samochodów.
Większość produkowanych w Ameryce samochodów typu unibody używała skrzyń momentu obrotowego w konstrukcji pojazdu w celu zmniejszenia wibracji i ugięcia podwozia, z wyjątkiem Chevy II, który miał przykręcany przedni fartuch (błędnie określany jako rama pomocnicza). American Motors (wraz ze swoim partnerem Renault ) pod koniec lat 70. włączyła konstrukcję unibody podczas projektowania platformy Jeep Cherokee (XJ) przy użyciu zasad produkcyjnych (jednostronne boki, płyta podłogowa ze zintegrowanymi szynami ramy i strefami zgniotu oraz panel dachowy) stosowanych w swoich samochodach osobowych, takich jak Hornets i Eagle z napędem na wszystkie koła dla nowego typu ramy o nazwie „Uniframe [...] solidna rama ze stali tłoczonej, przyspawana do mocnej konstrukcji nadwozia, dająca wytrzymałość konwencjonalnej ciężkiej ramy z zalety wagowe konstrukcji Unibody." Ten projekt został również wykorzystany w koncepcji XJC opracowanej przez American Motors przed wchłonięciem przez Chryslera, który później stał się Jeepem Grand Cherokee (ZJ) . Projekt jest nadal używany we współczesnych samochodach typu SUV, takich jak Jeep Grand Cherokee .
Unibody jest obecnie preferowaną konstrukcją dla masowych samochodów i crossoverów . Taka konstrukcja zapewnia oszczędność masy, lepsze wykorzystanie przestrzeni i łatwość produkcji. Akceptacja wzrosła dramatycznie w następstwie dwóch kryzysów energetycznych lat 70. i 2000 r., w których kompaktowe SUV-y wykorzystujące platformę ciężarówki (przede wszystkim rynek USA) zostały poddane standardom CAFE po 2005 r. (pod koniec 2000 r. SUV-y zostały wycofane i zastąpione crossoverami). Dodatkową zaletą samochodu o mocnej konstrukcji jest lepsza ochrona pasażerów w razie zderzenia.
Ramki częściowe
Rama pomocnicza
Rama pomocnicza to odrębny element konstrukcyjny ramy, który wzmacnia lub uzupełnia określoną część konstrukcji pojazdu. Sztywna rama pomocnicza, zwykle mocowana do nadwozia typu unibody lub monocoque, może wytrzymać duże siły pochodzące z silnika i układu napędowego oraz może przenosić je równomiernie na szeroki obszar stosunkowo cienkiej blachy jednolitej karoserii. Ramy pomocnicze często znajdują się z przodu lub z tyłu samochodów i służą do mocowania zawieszenia do pojazdu. Rama pomocnicza może również zawierać silnik i skrzynię biegów . Zwykle jest to konstrukcja ze stali tłoczonej lub skrzynkowej, ale może być rurowa i/lub z innego materiału.
Przykłady wykorzystania samochodów osobowych obejmują platformę GM F z lat 1967–1981 , liczne modele i modele zbudowane na platformie GM X (1962) , furgonetki GM z platformą M/L (Chevrolet Astro/GMC Safari, który zawierał wariant z napędem na wszystkie koła). ) oraz jednoczęściowy AMC Pacer z przednią ramą pomocniczą w celu odizolowania przedziału pasażerskiego od obciążeń silnika, zawieszenia i układu kierowniczego.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
-
Multimedia związane z podwoziem pojazdu w Wikimedia Commons
