Жесткость кузова автомобиля
Жесткость кузова - это его свойство упруго сопротивляться внешним cтатическим и динамическим нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации автомобиля. Чем выше жесткость, тем лучше управляемость и маневренность машины, особенно на высоких скоростях.
С увеличением жесткости повышается комфортность автомобиля - за счет снижения вибраций, отсутствия скрипов панелей и обивки салона, и т.д. Вот почему кузова современных автомобилей стремятся делать более жесткими.
Жесткость во многом зависит от типа кузова (седан, хэтчбек и др.), конструкции ("геометрии" и способа крепления крыльев, бамперов), размеров машины, количества дверей, величины оконных проемов и даже положения спинок задних сидений. Имеет значение способ крепления лобового и заднего стекол: их вклеивание увеличивает общую жесткость кузова на 20-40%. Улучшают эту характеристику и дополнительные силовые элементы - например, распорки-усилители между задними или передними чашками стоек подвески.
На кузов автомобиля постоянно действуют различные силы, среди них и воздействие дороги и инерция и боковой ветер и т.д. Понятно, что далеко не каждое воздействие он может выдержать достаточно успешно. Для владельцев отечественных автомобилей знакома, например такая ситуация, когда после длительной стоянки на неровной поверхности в ситуации, например постановки автомобиля на домкрат начинает заклинивать двери. Для качественно изготовленного автомобиля, например, важна поэтому такая характеристика, как жесткость на скручивание, в случае если этот показатель недостаточен, то автомобиль достаточно быстро изнашивается и теряет управляемость.
Такая характеристика как жесткость кузова напрямую зависит от его типа. Самыми устойчивыми в этом плане являются купе и хэтчбеки. Их форма позволяет относительно легко противостоять нагрузкам на изгиб при прохождении поворотов. К наименее жестким относятся универсалы и микроавтобусы. При эксплуатации автомобиля с недостаточной жесткостью в первую очередь страдают передняя и задняя подвески, это происходит по причине размягчения металла в местах, где прикрепляются рычаги подвески. Кузов разрушается, начиная со сварочных швов, затем в этих местах появляются очаги коррозии, которые затем начинают расширяться все дальше и дальше.
При проектировании автомобиля рассчитывается несколько типов жесткости кузова - на кручение и на изгиб (продольная жесткость кузова и поперечная жесткость кузова). Жесткость на кручение - это сопротивление кузова закручиванию вдоль его продольной оси.
Большинство современных легковых автомобилей имеет неразъемные стальные несущие кузова бескаркасной конструкции, что снижает их массу. Жесткость таких кузовов обеспечивается наличием в них специальных элементов - лонжеронов, продольных и поперечных балок. Для увеличения жесткости кузовов из тонколистовой стали широко применяются сварные коробчатые детали, а также силовые распорки и стойки, которым придают определенную форму и сечение. Наибольшая жесткость у кузовов типа седан, меньшая - у хэтчбеков и удлиненных кузовов универсалов. Дополнительному усилению кузова обычно подвергаются спортивные машины: на них устанавливаются добавочные усилители-распорки, а в салоне - силовой каркас безопасности из тонкостенных стальных труб.
После 4-6 лет эксплуатации автомобиля жесткость кузова заметно уменьшается из-за коррозии металлических элементов - как силовых, так и облицовки. Особенно быстро ржавчина поражает тонколистовые детали, соединенные точечной сваркой. Нарушение жесткости несущих элементов кузова снижает общую его прочность и может сделать дальнейшую эксплуатацию автомобиля опасной. Заезд одним колесом на бордюр, подъем автомобиля на домкрате, диагональное вывешивание на бездорожье, прохождение поворота — во всех этих ситуациях нагрузки на кузов стремятся скрутить его вокруг продольной оси. Если жесткость кузова невелика, то после поддомкрачивания у машины перестают нормально открываться и закрываться двери, на бугристой дороге начинают «дышать» все панели в салоне. Реакции на повороты руля становятся "размазанными" — изгиб кузова и податливость металла в зонах крепления рычагов подвески вносят рассогласование в работу передней и задней подвесок. К тому же постоянное скручивание заставляет кузов стареть интенсивнее. Начинают потихоньку «раскрываться» сварные швы, в образовавшиеся микротрещины пробирается коррозия... Рыба гниет с головы, а кузов — с ослабленных, нагруженных участков.
Измеряется крутильная жесткость кузова в ньютон-метрах на градус (Нм/град.). Чем выше эта величина, тем меньше деформируется кузов от приложенной скручивающей нагрузки. Например, для автомобилей с рамной конструкцией жесткость на скручивание была невелика и редко превышала 4000 Нм/град. Несущие кузова легковых автомобилей 60—90-х годов были уже жестче — нормой считались величины 5000—10000 Нм/град. Но современные высочайшие требования к управляемости и пассивной безопасности заставляют автомобильных инженеров идти на всяческие ухищрения. Кузова автомобилей последнего поколения разрабатывают с помощью компьютерной оптимизации, а в производстве используют особо прочный металл, лазерную сварку и клееные соединения. Поэтому в технических описаниях таких машин, как Volvo, Mercedes-Benz или BMW, с гордостью упоминается о жесткости кузова свыше 20000 Нм/град.!
Интересно, как на этом фоне выглядят отечественные автомобили? Жесткость кузовов большинства вазовских машин — это и вся "классика", и все серийные переднеприводные модели — лежит в пределах 6000—8000 Нм/град. То есть гордиться вазовцам особо нечем.
