Șasiul autovehiculelor [306851]

[anonimizat] a [anonimizat], organele de conducere și de transmitere a [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], autobetonierele, autobasculantele etc. [anonimizat] ([anonimizat], [anonimizat], [anonimizat].).

[anonimizat].

Până în anul 1930 în fabricarea automobilelor s-[anonimizat]. La unele tipuri de automobile ([anonimizat] a început producția în anul 1909) șasiul se executa din lemn. [anonimizat] ([anonimizat], sulițe ș.a.). Caracteristicile sale medii de rezistență și de elasticitate în lungul fibrelor sunt: rezistența la rupere la compresiune 48 MPa, rezistența la rupere la tracțiune 104 MPa, rezistența la rupere la încovoiere 102 MPa, modulul de elasticitate: 1,2·104 MPa.

Principalele funcții ale unui cadru de autovehicul sunt:

• [anonimizat],

• [anonimizat]; sarcinile provin din:

– greutatea proprie a vehiculului, a pasagerilor și a mărfurilor,

– forțe verticale de încovoiere și momente de torsiune la mersul pe suprafețe denivelate,

– [anonimizat],

– cuplul motor și transmisia,

– forțele longitudinale de întindere/[anonimizat], frânare,

– impacturi bruște de la coliziuni.

Constructorii de autovehicule trebuie să aibă în vedere ca un cadru:

– să fie bine ranforsat pentru a fi suficient de rigid; [anonimizat] a nu se produce deformații în timpul exploatării; [anonimizat];

– să aibă o [anonimizat] o montare ușoară a caroseriei și a diferitelor organe auxiliare;

– [anonimizat] o bună stabilitate;

– să aibă o greutate minimă;

– prețul de cost să fie cât mai redus.

Construcția cadrului

La construcțiile mai vechi de automobile cadrul constituie un ansamblu separat iar caroseria este realizată ca o parte distinctă care se montează pe cadru. Acest mod de construcție (body-on-frame) este folosit și astăzi la unele automobile (SUV, roadster, 4×4, mașini de cursă).

Mercedes model 463 (SUV 4 × 4) [anonimizat], [anonimizat], la autocamioane și la unele autobuze.

Chevrolet Silverado (pickup), 2010

La autocamioane cadrul se execută de obicei din lonjeroane dispuse pe lungimea autovehiculului, legate între ele prin traverse, sudate electric sau nituite de lonjeroane. Traversele au rolul de rezistență, dar pot servi și ca elemente de prindere.

Pe ultima traversă (cea din spate) se montează dispozitivul de remorcare, iar în partea din față se prevede o bară de protecție.

Traversele au, cel mai des, profil U, dar se pot folosi și traverse tubulare (de exemplu cu secțiunea circulară) drepte sau curbate, așa cum sunt prevăzute la Mercedes-Benz Unimog U5023, model 2014.

Forma lonjeroanelor este condiționată de probleme de rezistență și de montaj. Pentru a mări rezistența, lonjeroanele pot avea secțiuni mai înalte în anumite zone. Pentru bracarea roților față se poate realiza îngustarea șasiului în acea zonă. Există și cazuri în care șasiul este lărgit pe unele porțiuni.

În cazul coliziunii dintre un autocamion și un automobil diferența de mase este semnificativă și automobilul poate fi serios avariat. La autocamioanele moderne bara de protecție este fixată pe lonjeroanele cadrului prin intermediul unor absorbanți de energie. Aceștia au rolul de a disipa un procent din energia de impact în structura absorbantă (care poate fi de tip telescopic sau de alt tip).

nu este încărcată iar regimul său de mers este de frânare. În acest caz mișcarea de tangaj și absența sarcinii pe puntea spate vor duce la mărirea distanței dintre bara parașoc spate a autoutilitarei și sol, mărind pericolul ca autoturismul care vine din spate să se „împăneze”.

Asigurarea unei capacități mari de trecere sau o majorare a poziției caroseriei față de sol trebuie să fie combinată cu asigurarea unor dispozitive de protecție contra împănării, care să satisfacă securitatea tuturor participanților la trafic.

Tipuri de profiluri pentru lonjeroane și traverse

La construcția lonjeronului sunt utilizate, cel mai des, profiluri în formă de U, ambutisate din tablă. Ele au de obicei secțiunea deschisă, dar se pot îmbina câte două pentru a forma un profil tubular Îmbinarea se realizează prin sudare. Profilurile închise prezintă o rigiditate mai mare la torsiune, dar au inconvenientul de a nu permite utilizarea îmbinărilor filetate pentru montarea diferitelor organe pe șasiu; pentru a înlătura acest inconvenient pot fi executate unele decupări (și ranforsări locale ale lonjeronului).

Profil tubular Profiluri tip "C"

La construirea cadrelor ușoare se folosesc și profilurile tip "C" (C-shape, C-channel) care se realizează prin ambutisarea unor table cu grosimea de la 1/8 inch până la 3/16 inch.

În unele țări (SUA, Canada ș.a) se folosesc profiluri tubulare numite HSS (Hollow Structural Section), cu dimensiuni în inch. Ele au colțurile secțiunii puternic rotunjite, raza fiind de aproxi-mativ două ori mai mare decât grosimea peretelui. Grosimea peretelui este constantă pe întreg conturul. Există și profiluri HSS cu secțiunea eliptică.

În Anglia și în alte țări europene nu se folosesc profiluri HSS ci tipuri similare, simbolizate CHS (Circular Hollow Sections), RHS (Rectangular Hollow Sections) și SHS (Square Hollow Sections). Dimensiunile lor sunt în sistemul metric. Barele CHS nu trebuie confundate cu profilurile tip țeavă, care se folosesc pentru transportul fluidelor și la care se indică diametrul interior (în timp ce profilurile CHS se definesc prin diametrul exterior).

Echipamente montate pe șasiuri

Pe șasiu se poate monta un cadru auxiliar, urmărindu-se prin aceasta creșterea rigidității sau numai crearea unui suport pentru instalarea unor echipamente (caroserii, automacarale, autobasculante, betoniere, pluguri etc.). Există recomandări speciale pentru felul în care se fac intervențiile pe șasiu (prevăzute în Ghidul carosierului, pe care îl întocmește producătorul autocamionului). Unele intervenții se pot efectua numai cu acordul scris al producătorului.

În figura de mai jos se arată modul de montare a platformei pentru pickup la camioneta Mercedes-Benz Unimog U5023, model 2014.

Subcadrul

Un subcadru (subframe) este o componentă a șasiului unui vehicul, alcătuită ca o structură distinctă pe care se montează unele componente (motorul, trenul de rulare, suspensia etc.). Subcadrul este sudat sau prins cu șuruburi pe șasiu. În cazul fixării cu șuruburi se folosesc uneori bucșe de cauciuc

Un subcadru se poate utiliza ca un subansamblu ce poate fi montat pe mai multe tipuri de șasiuri.

Alteori se adoptă pentru caroseria autocarului a structură tip monococă, prinsă pe un șasiu realizat din lonjeroane și cadre (care alcătuiesc o structură de rezistență dar și compartimente pentru bagaje).

Termenul monococă este de origine franțuzească (monocoque) și înseamnă "un singur înveliș" (ca o coajă de ou). El definește un sistem structural în care sarcinile sunt preluate de acel înveliș și nu există un cadru intern la care să se transfere o parte din forțe. Sistemul este folosit la unele autobuze și la majoritatea autoturismelor actuale.

Prin contrast, o semi-monococă este un hibrid care combină solicitarea învelișului cu aceea a unor lonjeroane și nervuri sau cadre.

Forme constructive de șasiuri (cadre)

Forma cadrului este determinată în mare parte de modul de dispunere a diferitelor organe (inclusiv a motorului), de felul suspensiei și de poziția punții motoare.

Cadrele autovehiculelor pot fi clasificate după cum urmează:

a) cadrul cu lonjeroane,

b) cadrul cu tub central,

c) cadrul în X,

d) cadrul perimetru,

e) cadrul platformă,

f) cadrul spațial ș.a.

a) Cadrul cu lonjeroane (cadrul scară, lader chassis)

Constituie soluția constructivă cea mai simplă, fiind alcătuit din două bare longitudinale, simetrice, legate prin traverse. Se mai numește șasiu scară (ladder chassis) datorită asemănării cu aceasta.

În prima perioadă a construcției de autovehicule cadrul cu lonjeroane a constituit soluția cea mai folosită. Astăzi, în construcția autoturismelor (dar nu la toate) a fost în mare parte înlocuit de structuri autoportante (monococă sau unibody) dar se folosește în continuare la autocamioane și la unele autobuze și autocare.

Lonjeroanele ocupă aproape toată lungimea autovehiculului. Un lonjeron mai este denumit "șină" (rail) sau "canal" (channel) pentru că are, de regulă, profil U deschis.

Cele două lonjeroane pot fi drepte (și paralele) sau sunt îndoite sau curbate în plan orizontal sau în plan vertical, pentru a se adapta unor necesități de montaj.

Șasiul cu lonjeroane are o foarte bună rezistență la încovoiere pentru că înălțimea secțiunii poate avea valori mari (atingând 180 mm). Rigiditatea la torsiune este însă mai scăzută (creșterea înălțimii profilului U nu mărește semnificativ momentul de inerție la torsiune). Înălțimea mare a secțiunii are însă dezavantajul că mărește înălțimea totală a vehiculului, deoarece podeaua caroseriei se montează pe lonjeroane (folosind uneori și un cadru auxiliar).

b) Cadrul cu tub central

Se mai numește "șasiu coloană vertebrală" (Backbone Chassis) sau "șasiu șira spinării" sau "șasiu coloană". Constă într-un tub cu secțiunea circulară sau rectangulară care leagă cele două punți.

c) Cadrul în X (X frame)

Acest tip de șasiu a fost folosit pe unele modele General Motors la sfârșitul anilor 1950 și începutul

anilor 1960. A fost preferat pentru a reduce înălțimea totală a vehiculului, arborele cardanic trecând printre traverse. Din cauză că nu avea prevăzute bare laterale în zona compartimentului pentru pasageri, nu oferea protecție suficientă la impactul lateral. La alte modele aceste lonjeroane laterale au fost intruduse.

După anul 1950 în Statele Unite (dar nu și în restul lumii) a existat tendința ca platformele pentru montarea cabinei pasagerilor să fie cât mai joase (de exemplu la Chevrolet Corvette, 1963).

Această tendință s-a menținut în cazul caroseriilor body-on-frame. Pe măsura generalizării carose-riilor autoportante cerința respectivă a fost abandonată, eliminându-se în 2011 platforma Panther și renunțându-se complet din 2014 la cadrele de tip "perimetru".

e) Cadrul platformă (Frame floor, Cadrul podea)

Acest tip de cadru constituie o modificare a cadrului perimetru și a cadrului tubular („coloană vertebrală”), în care podeaua compartimentului pentru pasageri și uneori și podeaua compartimen- tului pentru bagaje au fost integrate, pentru o rezistență sporită și rigiditate. În anumite porțiuni ale pardoselei au fost ștanțate crestături și cavități pentru o rezistență suplimentară.

Cadrul platformă a fost utilizat pe mai multe mașini europene de succes. Cele mai cunoscute sunt:

• Volkswagen Beetle (gândac); a fost produs începând din 1945, cu motor spate, inițial de 25 CP,

ajungând în 1966 la 40 CP. A constituit o mașină populară, realizându-se în total 21.529.464 de

• Mercedes-Benz "Ponton" (bondar) din anii 1950 și 1960.

• Renault 4, din care s-au construit peste 8 milioane de exemplare.

f) Cadrul spațial (Space frame)

Într-un șasiu spațial, suspensia, motorul și panourile caroseriei sunt prinse pe un schelet tridimensi-onal. Panourile caroseriei nu contribuie deloc, sau aproape deloc, la rezistența structurii.

Structura cadrului se aseamănă cu o grindă cu zăbrele spațială, utilizând în special bare care alcătuiesc triunghiuri, ceea ce face ca ele să fie solicitate numai axial (întindere sau compresiune), cu încovoiere redusă. Astfel ele sunt relativ subțiri și au greutate mică.

Cu un astfel de șasiu a fost construit automobilul Jaguar tip C, în anii 1951-1953 (C-competiții).

Câteva considerații generale privind șasiul și structurile monococă

Șasiul separat a fost folosit aproape la toate vehiculele fabricate înainte de 1960. Astăzi mai este utilizat la camioane și la unele automobile (SUV, roadster, 4×4, mașini de cursă, pickup).

Lonjeroanele constituie cea mai mare și cea mai grea parte a șasiului tip scară. Ele susțin caroseria și preiau aproape în totalitate greutatea încărcăturii. Cel mai des (dar nu totdeauna) lonjeroanele sunt paralele (mai ales la camioane și la remorci). Uneori partea din față a cadrului este mai îngustă, pentru a se potrivi cu motorul, cu direcția și cu suspensia din față. Capătul frontal îngust permite vehiculului să aibă o rază de rotație mai mică decât în ​​cazul în care roțile ar fi mai depărtate.

Barele transversale sunt atașate la lonjeroane pentru a mări rezistența la sarcinile laterale dinamice produse de vânt sau de manipularea încărcăturii. Uneori se prevăd și traverse încrucișate, de obicei în față (ca suport pentru motor și pentru radiator) sau în spate (pentru montarea rezervorului de combustibil, a zonei de încărcare sau a pieselor de remorcare). La vehiculele cu sarcini mari se montează plăci (gusee) la îmbinările dintre traverse și lonjeroane.

Caroseria montată pe șasiu este supusă și unor sarcini torsionale care se transmit și șasiului. În medie un șasiu tip scară preia aproximativ o treime din rigiditatea de torsiune și o treime din rigiditatea la încovoiere, restul revenind structurii corpului.

Există o serie de avantaje pentru a avea cadre și caroserii separate. În primul rând este ușurința cu care corpul poate fi montat și demontat. De asemenea se realizează o izolare mai bună a zgomotului de la sistemul de acționare (prin utilizarea unor suporturi din cauciuc sau poliuretan între cadru și corp). Designul simplist al caroseriei și șasiului separat permite deseori un proces de fabricare ușor de realizat și relativ ieftin. Pe de altă parte, corpurile (caroserii, bene, cisterne ș.a.) pot fi adaptate pentru a se potrivi aceluiași tip de șasiu. Situația este foarte întâlnită în fabricarea camioanelor.

Deoarece nu există componente în mișcare ale șasiului, nu apr probleme de uzură (șasiul poate fi considerat ca element non-uzură). Există însă doi dușmani: rugina și accidentele (avariile). Uneori o simplă lovire a șasiului îl poate deforma, stricându-i alinierea. Acest fapt se manifestă de obicei ca un defect de direcție, vehiculul având tendința de a trage într-o parte (totuși nu trebuie să se bănuiască dezalinierea șasiului fără a verifica mai întâi geometria direcției). Anumite deformări minore ale șasiului se pot îndrepta folosind cricuri hidraulice și prese.

În general pe șasiu nu se execută suduri, cu excepția celor admise de producător. Căldura de la acestea modifică structura metalului iar prin răcire acesta cristalizează. Aceasta face ca acea zonă a cadrului să devină mai slabă și să fie susceptibilă la alte deteriorări sau fisuri.

Structura monococă este alcătuită dintr-o singură piesă care combină atât cadrul cât și corpul (caroseria). Această construcție unitară se realizează prin sudarea tuturor componentelor împreună sau prin formarea sau turnarea întregii structuri ca o singură piesă.

Sudarea unei carcase de caroserie la un cadru de șasiu convențional nu face ca structura respectivă să fie monococă. Într-o construcție monococă adevărată, structura constituie un element care poartă sarcină (autoportant). În structură pot fi integrate panouri preformate (prinse prin sudură), rezultatul fiind că unele părți ale structurii monococă pot semăna cu elemente de tip cadru, în timp ce altele arată ca părți de caroserie. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece structura trebuie să îndepli-nească funcțiile ambelor elemente integrate.

Acest tip de design are avantaje și dezavantaje. Dezavantajul major este zgomotul transmis în compartimentul pasagerilor. Cu toate acestea, tehnicile moderne de izolare a sunetului ajută la reducerea considerabilă a nivelului acestuia. Avantajele acestui tip de structură sunt totuși mai importante. Principalul avantaj este reducerea substanțială a greutății. Acest lucru duce în mod evident la alte economii, cum ar fi aceea de combustibil. La autoutilitare este posibil să existe o porțiune joasă a podelei de încărcare, ceea ce ajută la încărcarea și descărcarea încărcăturii.