W samochodach ciężarowych
W samochodach ciężarowych znacznie częściej stosuje się zawieszenia zależne, zarówno osi przednich jak i tylnych mostów napędowych. Z przodu stosuje się pojedyncze resory piórowe; z tyłu mosty napędowe są zwykle zawieszone na resorach podwójnych (rys. 16.8) o progresywnej charakterystyce, co jest konieczne ze względu na znaczne zmiany obciążeń statycznych zależnych od stopnia naładowania samochodu.
Znacznie bardziej skomplikowane są zawieszenia tylnych mostów w samochodach trzyosiowych. Najczęściej stosuje się wspólne zawieszenie obu tylnych mostów za pomocą wahliwego wózka z jednopunktowym podparciem w ramie. Wózek taki składa się z dwu sztywnych podłużnych resorów piórowych oraz układu drążków reakcyjnych, zapewniających właściwą kinematykę poszczególnych mostów wózka. Na rys. 16.30a i b przedstawiono schematy układu drążków reakcyjnych wózka oraz położenie resoru podczas nadjeżdżania jednego z mostów na przeszkodę. Na rys. 16.30c podano rozwiązanie konstrukcyjne zawieszenia tylnych mostów napędowych w samochodzie ZIŁ 157.
Skomplikowane i drogie zawieszenia osi i mostów napędowych spotyka się często w autobusach. Jest to spowodowane dążeniem do zapewnienia pasażerom maksymalnego komfortu jazdy oraz koniecznością stosowania elementów mogących przenosić znaczne obciążenia. Na rys. 16.31 przedstawiono przykładowo zawieszenie osi przedniej i tylnego mostu napędowego autobusu Mercedes-Benz. Widoczne są elementy pneumatyczne, amortyzatory teleskopowe oraz drążki reakcyjne.
Rama samochodu jest zespołem wią-
żącym w konstrukcyjną całość zespoły
podwozia samochodu oraz nadwozie.
W klasycznym wykonaniu rama stanowi w przybliżeniu prostokątny szkielet, składający się z dwóch belek podłużnych, tzw. podłużnie, oraz kilku belek poprzecznych — poprzeczek, połączonych ze sobą nitami, śrubami, bądź spawanych. Na takiej ramie wsparte jest nadwozie pojazdu oraz przymocowane są do niej wszystkie mechanizmy napędowe i jezdne.
Klasyczne — podłużnicowe — ramy stosowane były dawniej we wszystkich samochodach, a obecnie spotyka się je w większości samochodów ciężarowych. W samochodach osobowych albo stosuje się nadwozia samo-nośne, przenoszące wszystkie siły wynikające z obciążeń statycznych oraz wynikające z pracy mechanizmów napędowych i jezdnych (w takich samochodach w ogóle nie występuje rama), albo też stosuje się konstrukcje ramowe, przy czym kształty stosowanych obecnie ram w sposób zasadniczy różnią się od klasycznej ramy podłużnicowej.
Niezależnie od konstrukcji rama powinna wiązać zespoły napędowe i jezdne w jedną całość, umożliwiać osadzenie na niej nadwozia, możliwie mało odkształcać się w różnych warunkach jazdy oraz mieć dostateczną wytrzymałość. Ponadto rama powinna umożliwiać swobodne skręcanie kół kierowanych oraz takie rozmieszczenie zespołów, by środek ciężkości pojazdu był możliwie nisko nad jezdnią. Nadwozie samochodu oraz zespoły napędowe są mocowane do ramy za pośrednictwem elementów wibroizo-acyjnych — najczęściej gumowych.
Stosowane obecnie w samochodach ramy, mimo znacznych różnic konstrukcyjnych, można podzielić na cztery zasadnicze grupy: ramy podłużnicowe, ramy centralne, ramy zespolone (płytowe i platformowe) i ramy kratownicowe.
Przykład konstrukcji klasycznej ramy podłużnicowej samochodu ciężarowego przedstawiono na rys. 17.1. Jest to rama nitowana
z kształtowników o przekroju ceowym. Podłużnice mają zmienny przekrój, co jest podyktowane względami wytrzymałościowymi. Tego typu ramy stosuje się w większości samochodów ciężarowych, przy czym różnią się one liczbą i rozmieszczeniem poprzeczek, kształtem podłużnie, technologią wykonania itp. Prócz kształtowników ceowych na podłużnice stosuje się niekiedy kształtowniki o przekroju prostokątnym, zamkniętym na całej długości lub tylko w niektórych miejscach. Bardziej urozmaicone są kształty poprzeczek.
Na rys. 17.2 pokazano typowe rozmieszczenie poszczególnych zespołów w ramie samochodu ciężarowego.
Na rys. 17.3 przedstawiono przykłady przekrojów poprzeczek oraz sposoby ich łączenia z podlużnicami. Kształty poprzeczek i sposoby ich łączenia z podłużnicami mają duży wpływ na sztywność ramy. Najsztywniej-sze są poprzeczki o przekroju zamkniętym. Połączenia spawane poprzeczek z podłużnicami zapewniają większą sztywność konstrukcji niż połączenia nitowane.
W samochodach osobowych również niekiedy spotyka się ramy podłużnicowe, lecz kształt ich odbiega od klasycznego kształtu ram samochodów ciężarowych. Na rys. 17.4a, b przedstawiono przykłady dwóch podłużni-cowych ram samochodów osobowych. W jednej z nich prostopadłe do podłużnie poprzeczki zastąpiono skrzyżowanymi wzmocnieniami, w drugiej podłużnice tworzą kształt litery X. Aby zmniejszyć ciężar ramy, często w pionowych ściankach poprzeczek, krzyżaków, a czasem też podłużnie, wycina się otwory.
Odrębną grupę ram stosowanych w samochodach osobowych, a niekiedy także w samochodach ciężarowych przeznaczonych do jazdy w terenie stanowią ramy centralne. Mają one tylko jeden element podłużny, przebiegający wzdłuż podłużnej osi samochodu. Ramy centralne mają z reguły przekrój zamknięty — rurowy lub skrzynkowy — i są bardzo odporne na obciążenia skrętne. Często wewnątrz belki ramy znajduje się wał napędowy łączący tylny most napędowy ze skrzynią biegów i silnikiem, umieszczonymi w rozwidlonej przedniej części ramy. Na rys. 17.5 przedstawiono dwa przykłady konstrukcji ramy centralnej: typu skrzynkowego i rurową.
W wielu samochodach osobowych stosuje się konstrukcje pośrednie między ramowymi a samonośnymi. Są to tzw. ramy zespolone — płytowe i platformowre — stanowiące jak gdyby dolną część nadwozia. Spotyka się konstrukcje, w których przenoszące część obciążeń nadwozie jest przymocowane do ramy podłużnicowej — odpowiednio mniejszej i lżejszej od ramy niezależnej — oraz konstrukcje, w których spód nadwozia jest wzmocniony w pewnych przekrojach przyspawanymi elementami, służącymi do mocowania zespołów podwozia. Tworzą one tzw. ramę szczątkową. Na rys. 17.6 przedstawiono przykładowo płytową ramę samochodu osobowego.
Ramy kratownicowe — przestrzenne, lekkie i bardzo sztywne — stosuje się najczęściej w autobusach oraz w samochodach sportowych i wyścigowych. Mają one wiele zalet, jednak cechuje je duża pracochłonność wykonania oraz technologia trudna do zastosowania w produkcji wielkoseryjnej. Na rys. 17.7 przedstawiono przykładowo dwie ramy kratownicowe — autobusową oraz samochodu sportowego.
Ramy wykonuje się zwykle ze stali węglowych o małej zawartości węgla (np. stal St4S lub 25) albo — ze stali niskostopowych (np. 18G2A). Podłuźnice wytłaczane są na zimno z blachy o grubości 2,5mm — dla samochodów osobowych oraz 6-^8 mm — dla samochodów ciężarowych. Grubość blachy, z której wykonuje się poprzeczki, zależy od ich kształtu i przekroju.
Stan obciążenia ramy samochodu jest bardzo złożony, a wartość i kierunek działających na nią obciążeń dynamicznych zależą ód chwilowych warunków ruchu. Dlatego do celów konstrukcyjnych nie wykonuje się dokładnych obliczeń ram, zastępując je jedynie uproszczonymi obliczeniami podłużnie z uwzględnieniem tylko obciążeń statycznych. Podłużnicę traktuje się przy tym jako belkę, na którą działają siły ciężkości mocowanych do ramy zespołów oraz nadwozia (rys. 17.8). Sity te są równoważone przez reakcje pionowe Z, działające na ramę od strony jezdni w punktach zamocowania resorów. Naprężenia w poszczególnych przekrojach ramy można wyznaczyć jako iloraz momentu zginającego w tym przekroju Mgx i podwojonego ) wskaźnika wytrzymałości podlużnicy Wz
Moment zginający Mgx można określić analitycznie lub wykreśl-nie, zgodnie ze znanymi z mechaniki zasadami obliczania belek.
Biorąc pod uwagę fakt, że naprężenia rzeczywiste, wywołane obciążeniami dynamicznymi, mogą być 2-2,5-krotnie większe od obliczonych wartości, przy konstruowaniu ram za podstawę obliczeń przyjmuje się obciążenie odpowiadające ilorazowi granicy plastyczności stali i współczynnika bezpieczeństwa wynoszącego 3,5-4.