При расчетах кузовов часто делаются следующие допущения:
а) боковину кузова условно считают плоской, хотя в действительности ее поверхность изогнута как в продольном направлении, так и в поперечном;
б) отдельные изогнутые стержни системы условно считают прямыми;
в) момент инерции сечения каждого стержня (стойки, бруска) принимают постоянным, хотя в действительности это сечение может изменяться (например, сечение средней стойки кузова легкового автомобиля в верхней части значительно меньше, чем в нижней);
г) углы между определенными стержнями условно считают неизменяемыми, в действительности они могут увеличиваться и уменьшаться (перекосы) при работе системы;
д) отдельные узлы соединения стержней условно считают шарнирными, хотя в действительности они соединяются жестко и закрываются приваренной к деталям каркаса облицовкой;
е) нагрузки считаются распределенными равномерно и приложенными к нижнему бруску боковины; в действительности вес пассажиров распределяется на подушку, спинку сиденья и пол, причем спинка опирается на брус в верхней части кузова, а не в нижней.

Однако и при этих условиях система остается статически неопределимой, и для расчета ее необходимо отбрасывать некоторые элементы; расчет производится на статические нагрузки. Для приближения его к действительным условиям запас прочности принимается равным 4—5.

Несущая система рассматривается как балка, лежащая на четырех опорах, расположенных в одной плоскости (изгиб) или в двух плоскостях (подъем одного из колес).

На рис. 212 изображена боковина несущего кузова легкового автомобиля и ее вид, соответствующий условностям, принятым при расчете. Однако расчет позволяет установить характер деформаций и довольно близкие к действительным их величины.

Первым этапом при расчете системы является разложение ее на ряд плоских систем со спрямленными элементами постоянного сечения.

Рис. 1. Схема передачи нагрузок в корпусе несущего кузова автобуса НАМИ.

Вторым этапом является анализ распределения нагрузок по длине автомобиля и передачи их от кузова к подвеске. В конструкциях легковых автомобилей нагрузка чаще всего передается непосредственно через элементы основания кузова, в автобусных же корпусах последовательность передачи нагрузки более сложная. Пример такой последовательности приведен на рис. 209 (автобус НАМИ с задним расположением двигателя).

После этого анализа можно приступать к расчету, пользуясь методом деформаций. При этом расчет на изгиб достаточно производить только для боковин кузова и балок основания (если они имеются).

О том, насколько несущий кузов совершеннее, чем конструкция с рамой, можно судить по расчету несущего корпуса автобуса НАМИ.

По расчету напряжение на разрыв в продольных балках (лонжеронах) основания этого автобуса при условии, что они полностью воспринимают всю нагрузку, равно 1680 кг/см2, но в действительности значительная часть нагрузки передается на другие элементы корпуса, вследствие чего напряжение в лонжеронах достигает только 680 кг/см2.

В деталях корпуса, работающих на растяжение и сжатие, напряжения состав-285 кг/см2, в стойке 306 кг/см2, применение в конструкции корпуса лонжеронов, длина которых соответствует длине рамы (так называемых сквозных), нецелесообразно. Поэтому сквозные лонжероны и не применяются в конструкции корпуса автобуса ЗИС-154.

Эти значения вполне приемлемы для обеспечения надежности и долговечности рассмотренных деталей кузова; размеры сечений этих деталей получаются не более размеров сечений, применяемых в ненесущих конструкциях.

Таким образом рама может быть попросту устранена.

В конструкции основания поперечные брусья являются необходимым элементом и, кроме того, воспринимают нагрузку, приходящуюся на лонжероны от части пассажиров. При этом величина деформации поперечных брусьев не превышает 0,1 мм, а наибольшее напряжение в них не достигает 200 кг/см2.

Рис. 2. Деформация стержней кузова ГАЗ М-20.

Из расчета на изгиб несущего корпуса автобуса, установленного на четырех опорах, видно, что главными работающими элементами его являются поперечины основания, стойки, подоконный пояс и крыша, причем напряжения в этих частях невелики и вес конструкции может быть уменьшен. Для поперечин желательно выбирать закрытое коробчатое сечение.

Рис. 211. Нагрузки в стержнях боковины несущего кузова (цифры с двумя стрелками — напряжения в стержнях от растяжения и сжатия, цифры с одной стрелкой — статические нагрузки).

Если напряжение в обычном лонжероне рамы легкового автомобиля составляет до 700 кг/см2, то для продольного бруса основания несущего кузова автомобиля «Победа» оно равно (в самой напряженной точке) 350 кг/см2. При этом деформации стержней очень невелики (рис. 210). Другой пример несущей боковины приведен на рис. 211. Здесь верхний пояс подвержен сжатию, брус порога —растяжению, стойки также работают на растяжение и сжатие. В большинстве силовых схем средняя стойка работает на растяжение, крайние — на сжатие. При этом в узлах соединений стержней приложены силы, которые создают изгибающие моменты. На рис. 212 изображены конструкция боковины и изгибающие моменты, действующие на нее (малолитражный автомобиль).

По расчету напряжения составляют для средней стойки, для передней стойки — 296 кг/см2-, для задней стойки — 117 кг/см2-, для верхнего бруса в передней части —197 кг/см2 для верхнего бруса в задней части — 305 кг/см2. Все эти напряжения значительно ниже допустимых для деталей из низкоуглеродистой листовой стали.

Рис. 3. Конструкция боковины несущего кузова малолитражного автомобиля и диаграмма изгибающих моментов для этой боковины.

Расчет несущей системы на скручивание значительно сложнее. Прежде всего нужно определить характер работы каждого стержня в системе, для чего прибегают к экспериментам на автомобилях или на их моделях.

Рис. 4. Расположение бумажных лент для проверки деформаций кузова.

Рис. 5. Схема силового потока в корпусе легкового автомобиля при подъеме-правого переднего колеса.

Разрабатывая форму совре-так и для накопления опытных материалов, которые позволят в дальнейшем усовершенствовать методы расчета.

На рис. 5 Показаны полученные путем эксперимента направления сил, действующих на элементы корпуса легкового автомобиля при предельном подъеме правого переднего колеса и деформации боковины в этих условиях (в преувеличенном виде).

На рис. 6 приведены деформации автобусного кузова при подъеме левого переднего колеса.

Наиболее заметная деформация корпуса — это поворот левой боковины относительно правой. Одновременно происходит поворот передней стенки относительно задней и скручивание крыши и основания.

Стойки боковин в нижней части связаны листами облицовки и не изгибаются. Верхние концы их стянуты ребрами крыши. Поэтому при повороте правой боковины относительно левой происходит изгиб верхних концов стоек (рис. 216). Концы левых стоек сгибаются вперед, концы правых стоек — назад. При этих условиях каждое ребро остается более или менее на прежнем месте, но занимает несколько наклонное положение. В зависимости от того, насколько хорошо сопротивляются скручиванию стойки и ребра, т. е. в зависимости от принятого сечения их, описанное явление может протекать различно. В табл. 24 приведены четыре случая сочетания разных жесткостей стоек и ребер.

Рис. 6. Схема деформаций автобусного кузова при подъеме левого переднего колеса.

Наиболее типичными являются третий и четвертый (особенно третий) случаи, так как стойки по конструктивным соображениям обычно бывают более массивными, чем ребра, и имеют закрытое сечение, хорошо противостоящее скручиванию. Наибольшим деформациям в рассматриваемых случаях подвержены передние стойки и ребра, наименьшим — задние. Поэтому прогоны крыши, связывающие ребра и верхние койцы стоек, работают на растяжение и сжатие.

Далее, поворот передней стенки относительно задней вызывает кручение продольных стержней — прогонов крыши, подоконного пояса, лонжеронов основания — и поперечин.

При расчете корпуса автобуса НАМИ на скручивание были получены следующие значения напряжений кручения для: прогонов — до 80 кг/сл2, лонжеронов — до 80 кг/сл2, ребер крыши — до 20 кг/см2 и поперечин основания — до 200 кг/си2.

Рис. 7. Схема деформаций боковины автобусного кузова при подъеме левого переднего колеса:

Рис. 8. Поворот передней стенки (а) кузова автобуса относительно задней (б) при подъеме левого переднего колеса (вид спереди).

Таблица 1
Деформация стоек боковин и ребер крыши при скручивании кузова

Выполняя те или иные элементы корпуса более жесткими, конструктор может влиять на характер деформаций. Повышенные жесткости стоек боковины вызывают увеличение деформаций ребер крыши, которые по конструктивным соображениям могут быть выполнены менее жесткими, с открытым сечением. Особенно важной для работы системы является жесткая конструкция передней и задней стенок, которые по своим очертаниям (скругленные углы, возможность установки диагональных раскосов) очень удобны для усиления. Осуществление жесткой конструкции передней и задней стенок позволяет уменьшить напряжения кручения продельных элементов.