Z ramą czy bez?

 Nadwozie pojazdu musi przejąć, a czasami też przenieść, siły powstałe w trakcie jazdy lub podczas postoju. Siły te są wynikową masy własnej samochodu oraz działania innych sił, np. zewnętrznych.

Podczas ruszania, jazdy po niewielkich nierównościach czy pokonywania zakrętów powstają siły, początkowo przejmowane przez zawieszenie. Taka sytuacja ma miejsce do pewnego momentu, gdyż dalsze zwiększenie przeciążań skutkuje przeniesieniem ich na samochód. Każdy pojazd musi więc posiadać element, który przejmie obciążenia generowane w tracie jazdy i postoju. Elementem tym może być rama, nadwozie samonośne lub rama pomocnicza. To do nich przykręcony jest układ przeniesienia napędu, silnik, skrzynia, zawieszenie oraz nadwozie.

4WD Z85 Rear Suspension (Colorado,Canyon). X03AR_MB014

Samonośne nadwozia wykonywane są z profili zamkniętych

Bezpośrednio do ramy przymocowane są: silnik, zawieszenie, zderzak, płyty osłonowe, wyciągarka i wiele innych elementów

Historycznie

Pierwsze samochody korzystały z rozciągającej się na całej długości pojazdu ramy. Później, wraz z rozwojem motoryzacji zaczęły pojawiać się szczątkowe ramy umieszczane z przodu lub z tyłu. Kolejnym krokiem było zespolenie ramy z nadwoziem w samonośną konstrukcję, w której poszczególne podzespoły były przymocowane do nadwozia. Równocześnie rozpoczął się rozwój ram przestrzennych (konstrukcje samonośne szkieletowe) będących rozwinięciem klasycznej, płaskiej ramy o konstrukcję nadwozia, do której oprócz podzespołów napędowych i zawieszenia przymocowane są szyby i poszycia blacharskie. Obecnie stosowane są dwie konstrukcje: ramowe i samonośne.

Na ramie posadowione jest całe nadwozie

Ramy pod pojazdem

Z uwagi na kształt ramy możemy podzielić na podłużnicowe, centralne, krzyżowe, płytowe i kratownicowe.
Najczęściej stosowane są te pierwsze, czyli podłużnicowe. Składają się one z dwóch wzdłużnie ustawionych podłużnic o przekroju prostokątnym o zmiennej wielkości. Przekrój poprzeczny podłużnic jest mniejszy z przodu i z tyłu a większy w centralnej części. Podłużnice połączone są ze sobą kilkoma poprzeczkami i „podtrzymują” nadwozie pojazdu oraz podzespoły napędowe.
Kolejnym z rozwiązań jest rama centralna, składająca się z umiejscowionej centralnie pod pojazdem podłużnicy o przekroju rurowym lub skrzynkowym. Podłużnica centralna jest zwykle rozwidlona w przedniej części, tworząc miejsce dla silnika. Pozostałe podzespoły są zamontowane do podłużnicy pośrednio (przez dodatkowe porzeczki i wsporniki).
Rozwiązania krzyżowe składają się z dwóch umiejscowionych w centralnej części podłużnic (skrzyżowanych lub zbliżonych). Na końcach owych podłużnic zamocowane są porzeczki łączące.
Kolejnym ze wspomnianych rozwiązań jest rama płytowa, tłoczona z jednego lub kilku arkuszy blachy. W celu osiągnięcia pożądanej sztywności stosuje się odpowiednie przetłoczenia. Rama płytowa najczęściej jest też podłogą pojazdu.
Ostatni typ ram to rozwiązanie kratownicowe, w których na próżno szukać większych elementów, np. podłużnic. Składa się ono bowiem z połączonych ze sobą rur i kształtowników.

Bezpośrednio do ramy przymocowane są: silnik, zawieszenie, zderzak, płyty osłonowe, wyciągarka i wiele innych elementów

Samonośne

Obecnie z uwagi na koszty produkcji i znaczny spadek masy własnej pojazdów powszechnie stosuje się rozwiązania samonośne, będące połączeniem ramy i nadwozia. Obciążenia przekazywane są na szkielet lub na całe nadwozie (w przypadku nadwozia bezszkieletowego).
Nadwozie szkieletowe (rama przestrzenna) zwykle jest stosowane w pojazdach sportowych i z racji kosztów nie nadaje się do seryjnej produkcji. Konstrukcja składa się z rurek i kształtek o wysokiej wytrzymałości własnej oraz połączeń stanowiących zarys nadwozia, a poszycie jest przykręcane do szkieletu.
W nadwoziach bezszkieletowych, obecnie najczęściej stosowanych, brak szkieletu i podziału na ramę oraz poszycie. Poszczególne elementy wykonane są ze stalowej blachy usztywnionej przez przetłoczenia i formowania do kształtu nadwozia. Z nimi połączone są fragmenty blachy, również odpowiednio tłoczone w celu uzyskania odpowiedniej sztywności.

Samonośne nadwozia wykonywane są z profili zamkniętych

Ramy pomocnicze

Wadą rozwiązań samonośnych jest mniejsza wytrzymałość oraz możliwość powstawania trudnych do naprawy odkształceń. W tym przypadku pewnym rozwiązaniem są ramy pomocnicze lub szczątkowe, mające zastosowanie na przedniej lub tylnej osi. Przykręcone do nadwozia stanowią dobry element pośredni w montażu zawieszenia i układu napędowego. Usztywniają one pojazd i jednocześnie można je łatwo wymienić.

Ramy pomocnicze na przedniej i tylnej osi to powszechnie stosowane rozwiązanie

Ramy pomocnicze na przedniej i tylnej osi to powszechnie stosowane rozwiązanie

Materiały stosowane do budowy ram

Podłużnice do pojazdów osobowych wytłacza się na zimno z blachy stalowej o grubości od 2-5 mm. Natomiast w przypadku poprzecznych połączeń i pośrednich elementów montażowych grubość użytego materiału zależna jest od ich formy i przeznaczenia. Sama konstrukcja nośna wykonana jest ze stali niestopowej o małej zawartości węgla lub niskostopowej. W nowszych rozwiązaniach stosuje się również stopy aluminium.

Samonośna czy ramowa

Konstrukcja ramowa przyjmuje większość sił od nadwozia, co jest zdecydowanie korzystniejsze dla pojazdu podczas pokonywania nierówności terenowych. Nie dziwi zatem powszechne użycie ram w seryjnie produkowanych autach terenowych. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii, ramy można dowolnie kształtować i uzyskiwać odpowiednią sztywność, pomimo zastosowania grubych blach.
W samochodach specjalnych i rajdowych często stosuje się samonośne konstrukcje przestrzenne pozwalające na obniżenie wagi pojazdu.

Rozbudowana struktura nadwozia samonośnego

Modyfikacja i naprawa

Modyfikacje i naprawy ramy lub nadwozia powinny odbywać się z zachowaniem właściwości tych elementów. Zwiększenie sztywności poprzez dodatkowe wzmocnienie lub przegrzanie punktowe (np. w trakcie spawania) może skutkować uszkodzeniem, a konkretniej przerwaniem ciągłości (złamaniem) w innym miejscu. Mocowanie dodatkowych elementów wynikających np. z przebudowy zawieszenia musi odbywać się w sposób zaplanowany. Podobnie jak i samo wzmocnienie konstrukcji poprzez pogrubienie czy wykonanie dodatkowych wzmocnień ukośnych.

Konstrukcja pojazdu musi przenieść różne przeciążenia

autor: Grzegorz Surowiec, zdjęcia: producenci, archiwum