МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЕФЕРАТ на тему: Разновидности кузовов автомобилей. Конструкции и используемые материалы» Работу выполнил: Работу проверил: Оглавление ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................................. 2 Конструкция автомобильного кузова........................................................................................................ 3 Типы кузовов автомобилей ........................................................................................................................ 6 Трехобъемный тип кузова ...................................................................................................................... 6 Двухобъемный кузов ............................................................................................................................ 11 Однообъемный кузов ............................................................................................................................ 15 Используемые материалы ........................................................................................................................ 19 Сталь ....................................................................................................................................................... 19 Алюминий .............................................................................................................................................. 21 Композитные материалы ...................................................................................................................... 22 Заключение ................................................................................................................................................ 24 1 ВВЕДЕНИЕ Кузов автомобиля предназначен для размещения водителя, пассажиров и различных грузов, а также защиты их от внешних воздействий. Кузов является важнейшей конструктивной, наиболее ответственной, материалоемкой и дорогостоящей частью автомобиля. Он составляет примерно половину автомобиля по массе, стоимости и сложности изготовления. Кузов обеспечивает безопасность, обтекаемость, комфортабельность и внешний вид автомобиля. Конструкция кузова и его параметры оказывают серьезное влияние на эксплуатационные свойства, обеспечивающие движение автомобиля (тягово-скоростные, топливную экономичность, маневренность, устойчивость, плавность хода, проходимость), и на эксплуатационные свойства, не связанные с движением автомобиля (вместимость, прочность, долговечность, ремонтопригодность, приспособленность к погрузке и выгрузке). Форма автомобиля зависит от конструкции и компоновки, от применяемых материалов и технологии изготовления кузова. В свою очередь, возникновение новой формы заставляет искать новые технологические приёмы и новые материалы. На развитие формы автомобиля воздействуют социально-экономические факторы и, в силу особого качества автомобиля как предмета престижного потребления,-мода. Конструкция автомобильного кузова В зависимости от конструкции кузова автомобилей выполняют каркасными, полукаркасными (скелетными) и бескаркасными (оболочками). По характеру воспринимаемых нагрузок кузова подразделяются на несущие, полунесущие и разгруженные. У несущего кузова рама отсутствует, и без нагрузки, действующие на автомобиль, воспринимаются кузовом. Несущий кузов имеют большинство современных легковых автомобилей (кроме высшего класса) и автобусов. Рисунок 1-Несущий кузов Полунесущий кузов жестко соединяется с рамой и воспринимает часть нагрузок, приходящихся на раму. Такого типа кузов нашел применение на автобусах. Рисунок 2-Полунесущий кузов 3 Разгруженный кузов жесткого соединения с рамой не имеет. Он устанавливается на раме, на резиновых и других прокладках, подушках и, кроме нагрузки от перевозимого груза, никаких других нагрузок не воспринимает. Разгруженный кузов применяется на грузовых и легковых автомобилях. Рисунок 3-Разгруженный кузов Каркасный кузов имеет жесткий пространственный каркас, к которому прикреплены наружная и внутренняя облицовка. Все нагрузки кузова воспринимаются каркасом. Облицовки нагрузок не несут. Каркасный кузов применяется на современных автобусах и некоторых легковых автомобилях. Рисунок 4-Каркасный кузов Полукаркасный (скелетный) кузов имеет только отдельные части каркаса (дуги, усилители), которые соединяются между собой наружными и внутренними облицовками. Все нагрузки кузова воспринимаются совместно частями каркаса и облицовками. Полукаркасные кузова применяются на современных легковых автомобилях и автобусах. 4 Рисунок 5-Полукаркасный кузов Бескаркасный (оболочковый) кузов жесткого пространственного каркаса не имеет. Он представляет собой корпус (оболочку), состоящий из больших штампованных частей и панелей, соединенных между, собой сваркой в пространственную систему. Для того чтобы такой кузов обладал необходимой жесткостью, частям и панелям кузова придают определенную форму и сечение. Все нагрузки кузова воспринимаются его корпусом. Бескаркасными выполняются кузова современных легковых автомобилей, так как они очень технологичны при производстве - автоматическая сварка панелей кузова может выполняться на конвейере. Рисунок 6-Бескаркасный кузов 5 Типы кузовов автомобилей Всего существует три большие группы легковых автомобилей: однообъемные, двухобъемные и трехобъемные. В каждую из этих категорий входят определенные типы кузовов. Число визуальных объёмов определяется по числу явно выраженных геометрических фигур, на которые распадается силуэт машины, если смотреть на неё сбоку. Однообъемный кузов состоит из объединенных в одно целое пассажирского отсека и отсеков двигателя и багажа; двухобъемный – из двух отсеков: отсека для двигателя или багажа и отсека для пассажиров и багажа или двигателя; трехобъемный – из трех отсеков: отсека для двигателя или багажа, отсека для пассажиров и отсека для багажа или двигателя. Трехобъемный тип кузова Рисунок 7-Трехобъемный кузов Кузов имеет выступающий капот и багажник. Трехобъемники относятся к наименее универсальным кузовам из-за ограниченной возможности трансформации салона и багажника. Седан Данный вид кузова используется большинством брендов автомобильных производителей. Классический вид автомобиля всегда остается популярным среди покупателей. А также, седаны остаются основным типом кузова для автомобилей повышенного комфорта. 6 Главные признаки седана — это явно выраженный капот, отдельное багажное отделение, четыре двери и два ряда кресел. Также, среди седанов премиум класса, получила свое распространение удлиненная база, позволяющая увеличить пространство в машине для задних пассажиров. Рисунок 8-1957 DeSoto Fireflite Sportsman Купе Главным отличием от классического седана, является более приземистый и обтекаемый вид, придающий автомобилю спортивный облик. Чаще всего, выпускаются варианты, имеющие всего две двери. Но могут двухместными или пятиместными. Но в данном типе автомобилей есть существенный недостаток — это нехватка места для людей сидящих на заднем сидении, из-за более покатой формы крыши. 7 Рисунок 9-Dodge Charger 1969 Кабриолет По своей сути, то же купе, но обладающее тентовой или жесткой крышей, способной складываться за задними сидениями или занимая часть багажного пространства. Данный тип автомобиля относится к открытым, и пользуется большой популярностью в теплых странах. Рисунок 10- Lincoln Continental 1967 8 Родстер Это один из видов кабриолетов, но обладающий тентованной складывающейся крышей и только двумя местами, для водителя и пассажира. Рисунок 11- Shelby Cobra Тарга В данном типе автомобилей, складывается только средняя часть крыши. При этом, крыша над задним рядом сидений является панорамной и полностью застеклена. 9 Рисунок 12- Pontiac Firebird Trans Am Пикап Это один из типов автомобилей и видов кузова, которые частично относятся к грузовикам и чаще всего, сконструированных на базе внедорожников. Отличается открытой задней площадкой для грузов. Рисунок 13- Chevrolet El Camino 1959 Лимузин Это особый вид автомобилей, чаще всего, изготавливающийся по специальному заказу, и может быть сделан из любой модели автомобиля. Лимузины могут быть четырехдверными или с другим количеством дверей, но 10 отличаются тем, что имеют особую перегородку, отделяющую передних пассажиров от всего заднего пассажирского отделения. По своей сути, лимузин — это торжественный вид транспорта, использующийся для особых торжественных празднований или некоторой категорией публичных и богатых лиц. Рисунок 14- Lincoln Continental Executive Limousine Двухобъемный кузов Рисунок 15-Двухобъемный кузов Двухобъемный кузов состоит из пассажирского салона, объединенного с багажником, а отделение двигателя занимает отдельный объем, т. е. двигатель жесткой перегородкой отделен от пассажирского салона. В таком кузове нет отдельного багажника, и в багажное отделение возможен доступ из 11 пассажирского салона. Среди легковых автомобилей такого типа, различают универсалы, хэтчбеки, кроссоверы и внедорожники. Универсал Данный тип автомобиля отличается тем, что имеет практически одинаковую высоту крыши по всей протяженности автомобиля. А доступ в багажное отделение выполнено в виде одной или двух дверей. Может выпускаться в пяти или трехдверном варианте. От седана отличается увеличенным объемом багажного отделения, более высокой стоимостью и более усиленной конструкцией с большей грузоподъемностью. Многие универсалы, имеют складывающиеся задние ряды сидений, что позволяет значительно увеличить багажный объем за счет пассажирских мест. А также, могут иметь опциональную возможность с дополнительным рядом сидений, занимающих часть багажного отделения. Рисунок 16- Dodge Charger Хэтчбек Очень распространенный кузов, применяемый на легковых автомобилях особо малого, малого и среднего классов. Он тоже имеет несколько названий, 12 например, - «комби», «лифтбек», «свингбек». Название «хэтчбек» (англ. hatchback) происходит от «hatch» - люк и «back» - сзади. Хэтчбек является двухобъемным закрытым трех- или пятидверным кузовом с двумя рядами сидений. Как и следует из названия кузова, имеется задняя дверь. Конструктивно хэтчбек занимает промежуточное положение между универсалом и седаном. Багажник в таком кузове отделен от пассажирского салона легкосъемной полкой. При складывании заднего ряда сидений объем багажного отделения увеличивается, благодаря чему в хэтчбеке можно перевозить существенно больше груза, чем в седане, но меньше, чем в универсале такого же класса. Рисунок17- Dodge OMNI GLH Лифтбек Данный тип машин, похож на седан или купе, но имеет конструкцию крышки багажника, позволяющую открывать ее, вместе с задним стеклом. Лифтбек отличается от хетчбека большей длиной заднего свеса: у лифтбека он по длине примерно такой же, как у седана одинакового класса. Задняя часть крыши при этом может быть, как покатой, так и (реже) ступенчатой, напоминающей седан. По сути, лифтбек является переходным типом кузова между седаном и хэтчбеком. 13 Рисунок 18- Tesla Model S Внедорожник Большинство внедорожников и кроссоверов по сути - универсалы, но выделяются в отдельный класс из-за своей внешности, размеров и проходимости (т.е. возможности преодолевать бездорожье). Внедорожник благодаря большому дорожному просвету (не менее 200мм), полному приводу и наличию рамного кузова всегда выше любого универсала и большинства кроссоверов. 14 Рисунок 19- Ford Bronco 1980 Кроссовер тип закрытого кузова автомобиля, сочетающий в себе конструктивные черты внедорожника и универсала или хетчбека. По проходимости автомобиликроссоверы значительно уступают внедорожникам и, как правило, компактнее. Как правило, на все кроссоверы устанавливаются несущие корпуса. Рисунок 20- Cadillac XT4 Однообъемный кузов Рисунок 21-Однообъемный кузов Имеет один видимый объем, в котором объединены пассажирский салон и отделения для двигателя и багажа. Данные автомобили имеют главное отличие 15 от других — это почти полное отсутствие капота, и представлены в нескольких разновидностях. Минивэн Среди легковых автомобилей, данный тип кузова, можно считать самым вместительным и удобным для использования в большой семье. Отличается небольшим капотом или его отсутствием, тремя рядами сидений и достаточным объемом багажного отделения. Чаще всего, имеет сдвижные задние двери, и высокую крышу. Данные машины начали выпускаться с начала 80х годов прошлого столетия, и получили распространение среди многодетных семей Америки и Европы. Рисунок 22- Chrysler Pacifica Микровэн Одна из разновидностей минивэнов, имеющая скромные размеры, если сравнить со старшим братом, но крупнее хэтчбеков. Отличается небольшой длиной, но высокой крышей. Большинство микровэнов имеют две передние двери, две скользящие двери и большую заднюю. Количество сидячих мест варьируется от двух до девяти, эти места обычно очень узкие и с вертикальными спинками, чтоб вместить в салон. 16 Рисунок 23- Daihatsu Atrai Wagon Компактвэн Компактвэн – это «минивэн построенный на компактной платформе» (размерных классов «С» или даже «B»). Характерные черты компактвэна: короткий задний свес (как у хэтчбека), но «прямая линия крыши» до самой кормы (как у универсала), при этом кузов, как правило, выше чем у «обычных одноклассников» – для обеспечения «максимального внутреннего объёма». Компактвэны, в большинстве своём, пятиместные (хотя встречаются и семиместные модели, но третий ряд у них «исключительно детский»). 17 Рисунок 24- Ford С-Max Фургон Однообъемный закрытый грузопассажирский тип кузова. Фургон имеет перегородку, которая отделяет грузовой отсек от пассажирского салона. У фургона отсутствуют задние боковые стекла, а также увеличена высота кузова. К типу кузова фургон относятся также хэтчбек и универсал без задних боковых стекол, предназначенные для перевозки малогабаритных грузов. Рисунок 25- GMC Vandura G-15 18 Используемые материалы Рисунок 26-Используемые материалы Сталь Предпочтение отдается низкоуглеродистой листовой стали толщиной 0,65...2 мм. Благодаря применению последней удалось снизить общую массу машины и повысить жесткость кузова. Это вызвано ее высокой механической прочностью, не дефицитностью, способностью к глубокой вытяжке (можно получать детали сложной формы), технологичностью соединения деталей сваркой. Недостатками авто стали являются высокая плотность и низкая коррозионная стойкость, требующая сложных действий по защите от коррозии. Конструкторам нужно, чтобы сталь была прочной и обеспечивала высокий уровень пассивной безопасности, а технологам хорошая штампуемость. И главная задача металлургов - угодить тем и другим. Поэтому разработан новый сорт стали, позволяющий упростить производство и получить заданные свойства кузова. В настоящее время разрабатываются или применяются для изготовления панелей кузова несколько типов высокопрочных сталей. Первый тип - «повышенной штампуемости» IF-сталь с очень низким содержанием углерода и азота и c примесью марганца, фосфора, кремния и бора. 19 Второй тип - «термоупрочненная» BH-сталь. Свойства этих двух типов сталей частично совпадают, так как IF-сталь и обычная мягкая сталь также могут быть термоупрочненными. IF-стали и BH-стали различаются между собой только по составу и технологии изготовления. Третий тип - «трансформируемые повышенной пластичности» TRIP-стали с высоким содержанием марганца (до 20%). Данная сталь обладает особым механизмом пластической деформации, поэтому относительное удлинение может достигать 70%, а предел прочности - 1300 МПа. Прочность обычных сталей составляет до 210 МПа, а высокопрочных - от 210 до 550 МПа. Рисунок 27-Степень прочности стали ПРЕИМУЩЕСТВА низкая стоимость; высокая ремонтопригодность кузова; отработанная технология производства и утилизации. НЕДОСТАТКИ самая большая масса; требуется антикоррозийная защита от коррозии; потребность в большом количестве штампов; ограниченный срок службы. 20 Алюминий Рисунок 28-Алюминиевый автомобильный кузов Алюминиевые сплавы для изготовления автомобильных кузовов начали использовать относительно недавно. Используют алюминий при изготовлении всего кузова или его отдельных деталей – капот, двери, крышка багажника. Алюминиевые детали могут иметь такие же характеристики, как и стальные, при этом они на 60% легче. При столкновении алюминий поглощает на 50% больше энергии, чем сталь. Алюминиевые панели не требуют антикоррозионной обработки и могут штамповаться на том же оборудовании, что и стальные, хотя его большая упругая отдача при штамповке требует более внимательного отношения к проектированию штампов. Относительная малая жесткость алюминия означает, что толщина стенок алюминиевых деталей должна быть увеличена на тех участках, где необходима повышенная жесткость. Даже с учетом этого алюминий позволяет снизить массу. Его нельзя сваривать обычными методами. Вместо технологии сварки алюминия в инертном газе автостроители все чаще стали использовать клеевые соединения. 21 Главная причина ограниченного применения алюминия - его высокая стоимость. Алюминиевые детали в два раза легче аналогичных деталей из стали, но их стоимость в два раза выше по сравнению со стальными деталями. Насколько в будущем расширится применение алюминия, зависит от того, насколько снизится его цена в связи с использованием высококачественного алюминиевого скрапа. Для изготовления алюминиевых деталей используются следующие технологии: литье, ковка, листовая штамповка, экструзия, порошковая металлургия и сверхпластичное формование. ПРЕИМУЩЕСТВА возможность изготовить детали любой формы; кузов легче стального, при этом прочность равная; легкость в обработке, вторичная переработка не составляет труда; устойчивость к коррозии, а также низкая цена технологических процессов. НЕДОСТАТКИ низкая ремонтопригодность; необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей; необходимость специального оборудования; значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше. Композитные материалы Рисунок 29-Часть кузова из композитных материалов 22 Композит — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с чёткой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включённые в неё армирующие элементы (или наполнители). Композитные материалы для автомобилей заметно потеснили на рынке привычный металл. Причём не только сталь, но и алюминиевые сплавы, которые до недавнего времени считались во всех отношениях лучшими. В настоящее время композиционные материалы используются при создании практически любого узла автомобиля. Выпускают даже концепт-кары, корпус которых целиком состоит из композитов. Композиционные материалы и изделия на основе непрерывных волокон и армирующих тканей широко используются для производства внешних деталей автомобиля. Чаще всего из них делают: силовые конструкции – силовые структуры дверей и сидений, защитные элементы днища. элементы крепления бамперов и радиаторов. декоративные элементы – декоративные панели салона, внешние декоративные панели. крышки багажников, кузовные панели, тормозные диски, элементы кузова, термо- и звукоизоляцию. Всё чаще кузова многих типов машин (в том числе тяжёлых грузовиков) полностью создаются из лёгких, прочных и недорогих углепластиков. Композитные материалы для автомобилестроения – это в первую очередь продукция из углеродного волокна. Она используется в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом объём его применения растёт. Наиболее важное преимущество углеволокна — небольшой вес и высокая прочность. Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия. Использование композитов в автомобилестроении позволяет снизить массу транспортного средства на 20-25%. За счёт этого заметно повышается эффективность работы двигателя и снижается расход горючего. Углеродные волокна производят из синтетических и природных волокон на основе полимеров. В зависимости от режима обработки и исходного сырья получают материалы разной структуры и с разными свойствами. В этом 23 заключается главное преимущество композитных материалов. Их можно создавать с изначально заданными свойствами под определённую задачу. ПРЕИМУЩЕСТВА при высокой прочности маленький вес; поверхность деталей обладает хорошими декоративными качествами; простота в изготовлении деталей, имеющих сложную форму; большие размеры кузовных деталей. НЕДОСТАТКИ высокая стоимость наполнителей; высокое требование к точности форм и к чистоте; время изготовления деталей достаточно продолжительное; при повреждениях сложность в ремонте. Заключение Развитие формы кузова невозможно рассматривать в отрыве от тех факторов, которые оказывали на её формирование самое что ни на есть непосредственное влияние — развития конструкции агрегатов, их взаимного расположения (компоновки), структурных изменений рынка легковых автомобилей, и так далее. Для изготовления кузова необходимо сотни отдельных частей, которые затем нужно соединить в одну конструкцию, соединяющую все части современного автомобиля. Для легкости, прочности, безопасности и минимальной стоимости кузова конструкторам необходимо идти на компромиссы, искать новые технологии, материалы. Конструкция кузова определяет привлекательность, комфорт, безопасность и срок службы автомобиля. Таким образом, кузов в большей степени определяет основные потребительские качества автомобиля. 24 25
