КУЗОВ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к автомобильной промышленности, а именно к конструкциям кузовов автомобилей.
Известен кузов автомобиля, состоящий из силового каркаса, выполненного из профилей прямоугольного или квадратного сечения, наружной оболочки, выполненной из деталей технологически минимально выполнимой толщины, закрывающей салон от воздействия внешней среды, с проемами для установки стекол, проемами дверей в кабине, проемами дверей для посадки пассажиров и погрузки грузов в салон. Это, так называемая «каркасная конструкция кузовов автомобилей». (Автобус ПАЗ 320412-05 «Вектор», Грузовик - пресс, №3, 2013 г, стр. 36-39, газета «Авторевю. Грузовики и автобусы», 2015 г, №2, статья «Люди и дрова»).
Проемы - это отверстия в кузове для установки стекол или дверей, выполненные либо в цельноштампованных деталях, либо из отдельных штампованных деталей, соединенных между собой сваркой, образующих единую сборно-штампованную конструкцию. Проемы ослабляют конструкцию кузова автомобиля.
Кузова автомобилей подобной конструкции применяются, в основном, для изготовления автобусов - автомобилей, предназначенных для перевозки людей.
Преимуществом этих конструкций является простота их изготовления. В условиях мелкосерийного производства такие кузова можно изготовить без значительных первоначальных материальных вложений. Фактически, они используются для производства автомобилей малых серий.
Недостатком данных кузовов является большая масса силового каркаса.
Силовой каркас, выполненный из стального профиля, имеет значительную массу, что снижает грузоподъемность автомобиля. Поэтому такие автомобили не используют для перевозки грузов. Более легкие сплавы на базе алюминия увеличивают стоимость автомобиля. Существуют определенные технические проблемы по штамповке и сварке алюминиевых сплавов, что также увеличивает затраты на изготовление и стоимость таких автомобилей.
Для организации серийного производства по изготовлению силового каркаса из профиля необходимо создание специализированного производства с использованием трубогибочных станков с ЧПУ.
Известен кузов автомобиля, состоящий из силового каркаса, деталей наружной оболочки, проемов для установки стекол, дверей в кабине, дверей для посадки пассажиров и погрузки грузов в салон, в котором в создании прочной и жесткой конструкции наибольшее значение имеет наружная оболочка. («Каталог деталей автомобиля УАЗ-452 и его модификаций», Москва, «Машиностроение», 1985 год.)
Недостатком данных кузовов является большой расход высококачественного металла первой группы отделки. Практически все детали кузова -лицевые. Стоимость этого металла значительно выше, чем стоимость металла применяемого для создания внутреннего силового каркаса. Для того, чтобы получить кузов с необходимой прочностью следует значительно увеличить толщину наружной оболочки и соответственно ее стоимость. Плоские детали с небольшой кривизной поверхности, из которых выполнен кузов не способствуют получению необходимой жесткости. Такие кузова применялись ранее в основном для изготовления легковых автомобилей.
Главной задачей при проектировании кузовов автомобилей является достижение необходимых прочностных и жесткостных характеристик кузова с минимальным расходом металла и снижение массы кузова, что улучшает его управляемость и повышает грузоподъемность.
Наиболее важной характеристикой, определяющей общие жесткостные характеристики кузова автомобиля, является параметр «диагональные деформации проемов» или «диагональные перемещения проемов». Этот параметр необходимо поддерживать в определенных значениях для нормального функционирования дверей и работы запорных механизмов. Для достижения необходимых значений диагональных деформаций проемов силовой каркас и детали проемов усиливают, увеличивая толщины и, соответственно, массы входящих в него деталей, что приводит к увеличению расхода металла, массы автомобиля, снижению его грузоподъемности и управляемости. В ряде случаев для достижения эффективности бизнеса идут на компромисс, несколько снижая толщины деталей, входящих в силовой каркас, увеличивая при этом диагональные деформации проемов.
Наиболее близким техническим решением является кузов автомобиля, содержащий силовой каркас, наружную оболочку, проемы для установки стекол, дверей в кабине, выполненные в цельноштампованных деталях, проемы средней сдвижной и задних дверей, собранные из отдельных штампованных деталей, соединенных между собой сваркой, образующих единую сборно-штампованную конструкцию.
Примерами таких конструкций являются кузова автомобилей ГАЗ 2705 «Фургон», ГАЗ 2705-50 «Комби», ГАЗ 3221 «Автобус», ГАЗ 2217 «Автобус» и 2752 «Фургон». Автомобили «Соболь» и «ГАЗель». Каталог кузовных деталей, Москва, издательский дом «Третий Рим», 2006 год. В этих кузовах необходимые значения диагональных деформаций проемов достигаются не только за счет увеличения толщины деталей входящих в силовой каркас, но и за счет увеличения толщины деталей наружной оболочки. Толщина деталей наружной оболочки в значительной мере влияет на прочностные и жесткостные характеристики кузова автомобиля.
Увеличивать толщину деталей кузова можно только до определенных значений, т.к. при этом падает грузоподъемность автомобиля. А она и сейчас не высока, так у автомобиля ГАЗ 2705 грузоподъемность составляет всего 1350 кг.
Основным недостатком кузовов этих автомобилей является их недостаточная жесткость и превышение рекомендуемых значений диагональных деформаций проемов и, как следствие, уменьшенный ресурс самих кузовов. Прочностные характеристики и жесткость кузова автомобиля обусловлены в большей части прочностными характеристиками силового каркаса, а также прочностными характеристиками наружной оболочки кузова, дополняющими друг друга.
Расчет напряженно-деформированного состояния кузова автомобиля ГАЗ-3221 показал, что наиболее нагруженными являются углы проемов, особенно в тех зонах, где проемы расположены в непосредственной близости друг к другу - смежные углы.
Например, в зонах примыкания верхних и нижних углов проема сдвижной двери с верхними и нижними углами проема правой двери кабины, величины напряжений по расчету значительно превышают допустимые, что способствует деформированию кузова в случае сложных нагруженных условиях эксплуатации.
Создание полезной модели направлено на изменение силовой схемы кузова автомобиля с целью повышения его прочностных и жесткостных характеристик, снижение диагональных перемещений проемов и снижение расхода металла.
Поставленная задача достигается тем, что в кузове автомобиля, содержащем силовой каркас, наружную оболочку, проемы для установки стекол, дверей в кабине, выполненные в цельноштампованных деталях, проемы средней сдвижной и задних дверей, получающиеся в результате соединения между собой отдельных металлических деталей с помощью сварки и образующие единую сборно-штампованную конструкцию,
силовой каркас усилен в наиболее напряженных угловых зонах проемов введением дополнительных силовых деталей, соединяющих между собой смежные угловые зоны.
В результате повышения прочностных характеристик силового каркаса, детали наружной оболочки, осуществляя только функцию защиты салона от воздействия внешней среды, изготовлены из листового металла меньшей толщины, что влечет за собой экономию металла.
Сущность технического решения поясняется эскизами:
- фиг. 1 - изображен кузов автомобиля, вид сзади справа;
- фиг. 2 - изображен задний проем - с дополнительными деталями;
- фиг. 3 - вид на проем сдвижной двери и дверь салона с дополнительными деталями, связывающие между собой угловые зоны близ лежащих проемов;
- фиг. 4 - проем сдвижной двери;
- фиг. 5 - вид на проем двери водителя и каркас левой боковины, усиленные новыми деталями, соединяющими между собой угловые зоны близ лежащих проемов;
- фиг. 6 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения верхней угловой зоны проема сдвижной двери и верхней угловой зоны проема двери кабины;
- фиг. 7 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения подножки кабины с подножкой салона фургона;
- фиг. 8 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения верхней угловой зоны проема сдвижной двери и верхней угловой зоны проема для установки стекла в правой боковине;
- фиг. 9 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения верхних угловых зон проемов для установки стекол в левой боковине;
- фиг. 10 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения верхней угловой зоны проема двери кабины и верхней угловой зоны проема для установки стекол в левой боковине;
- фиг. 11 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения нижних угловых зон проемов для установки стекол в левой боковине;
- фиг. 12 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную для соединения задней панели пола с деталями входящими в состав левой боковины в сборе и деталями формирующими проем;
- фиг. 13 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную в правом верхнем углу проема задних дверей - внутри салона для соединения с деталями, формирующими проем и правой боковиной в сборе;
- фиг. 14 - вид на дополнительную силовую деталь, введенную в правом нижнем углу проема задних дверей снаружи для соединения с деталями, формирующими проем и правой боковиной в сборе.
Кузов фургона состоит из силового каркаса 1, наружной оболочки 2, в которых выполнены проемы для установки стекол или дверей. В кузове имеются проемы для установки:
- дверей кабины - 3;
- средней сдвижной двери - 4;
- задних дверей - 5;
- переднего ветрового стекла - 6;
- стекол в боковинах салона - 7.
Проем средней сдвижной двери 4, со стороны кабины, усилен установкой двух новых деталей - 8 и 9. Дополнительная силовая деталь - 8, установлена в силовом каркасе 1 и соединяет верхнюю угловую зону проема сдвижной двери 4 и верхнюю угловую зону проема двери кабины 3. Эта деталь показана на фиг. 4 и 6. Новая силовая деталь - 9, установлена в силовом каркасе 1 и соединяет подножку кабины 10 с подножкой салона фургона 11. Эта деталь показана на фиг. 4 и 7. В свою очередь детали 8 и 9 соединены сваркой с деталью 12, соединяющей проем сдвижной двери 4 с проемом двери кабины 3. Со стороны боковины в сборе 13 верхняя угловая зона проема средней сдвижной двери 4 соединена силовой деталью 14 с верхней угловой зоной проема для установки стекла 7 боковины в сборе 13. Новая дополнительная деталь 14 показана на фиг.4 и 8.
Наиболее проблемный, имеющий максимальные значения диагональных деформаций и, как следствие «диагональных перемещений», проем задних дверей 5 усилен установкой в силовой каркас 1 новых деталей 15, 16, 17, 18, 19, 20.
Верхние углы проема 5 силового каркаса 1 изнутри усилены установкой новых деталей 15 и 16 - фиг. 2 и 13, соединяющих боковины в сборе 13, 21 и детали проема 22, 23. Детали 15 и 16 симметричны и установлены в правом и левом верхних углах кузова.
Дополнительные силовые детали 17 и 18 - фиг. 2 и 12 установлены в нижних углах проема 5 внутри силового каркаса 1 и соединяют заднюю панель пола 26 с деталями входящими в состав боковин в сборе 13, 21 и деталями проема 22, 23. Детали 17 и 18 симметричны и установлены в правом и левом нижних углах кузова.
Дополнительные силовые детали 19 и 20 - фиг. 2 и 14 установлены в нижних углах проема 5 снаружи силового каркаса 1 соединяют детали проема 22, 23, 27 с деталями, входящими в состав боковин в сборе 13 и 21.
Детали 19 и 20 симметричны.
В силовой каркас 1 кузова автомобиля с левой стороны состоящий из боковины в сборе 21 и проема двери кабины 3, соединенных между собой деталью 28, добавлены еще три силовые детали 29, 30 и 31. Деталь 29 - фиг. 5 и 10, установленная в верхней части детали 28 соединяет верхние угловые зоны проема сдвижной двери 4 и проема двери кабины 3.
Дополнительная силовая деталь 30 - фиг. 5 и 9 связывает верхние угловые зоны проемов для установки стекол 7 в боковинах салона в сборе 21.
Дополнительная силовая деталь 31 - фиг. 5 и 11 связывает нижние угловые зоны проемов для установки стекол 7 в боковинах салона в сборе 21.
На ОАО «ГАЗ» был разработан проект по увеличению прочности и жесткости кузовов.
Необходимым условием при разработке проекта было получение экономии при быстрой окупаемости.
Предложенные изменения конструкции кузовов привели к значительному снижению расхода металла для изготовления автомобилей и, соответственно, массы автомобилей. Кроме экономии металла значительно увеличены прочностные характеристики кузовов.
Для внедрения в производство кузовов новой конструкции ОАО “ГАЗ” проведены стендовые испытания автомобиля ГАЗ-32213.
Результаты испытаний опытного кузова на крутильную жесткость после испытаний на долговечность показали, что сокращается потеря жесткости дверных проемов. По сравнению с кузовами действующего производства в опытном кузове, согласно данным отчета о результатах проведенных испытаний, отсутствуют трещины и разрушения в характерных зонах.