ממה עשויים מרכבי רכב
תוכן
בעת פיתוח דגם רכב חדש, כל יצרן מבקש להגביר את הדינמיקה של מוצריה, אך יחד עם זאת לא לשלול את בטיחות המכונית. למרות שהביצועים הדינמיים תלויים במידה רבה בסוג המנוע, למרכב המכונית יש תפקיד משמעותי. ככל שהוא כבד יותר כך מנוע הבעירה הפנימית יעשה יותר מאמצים על מנת להאיץ את ההובלה. אך אם המכונית קלה מדי, היא תשפיע לרעה על כוח הדאון.
בכך שהמוצרים שלהם קלים יותר, היצרנים שואפים לשפר את התכונות האווירודינמיות של הגוף (מהי אווירודינמיקה, מתואר ב ביקורת נוספת). הפחתת משקל הרכב מתבצעת לא רק באמצעות התקנת יחידות העשויות מחומרים סגסוגת קלה, אלא גם בזכות חלקי גוף קלים. בואו להבין אילו חומרים משתמשים לייצור מרכבי רכב, כמו גם מה היתרונות והחסרונות של כל אחד מהם.
פרהיסטוריה של מרכבי מכוניות
מרכבה של מכונית מודרנית מקבל תשומת לב לא פחותה מהמנגנונים שלה. להלן הפרמטרים שעליהם לעמוד:
- מתמשך. בהתנגשות אסור לו לפגוע בתא הנוסעים. קשיחות הפיתול צריכה להבטיח שהמכונית תישאר בכושר בעת נסיעה על שטח לא אחיד. ככל שפרמטר זה קטן יותר, כך סביר יותר שמסגרת הרכב תהיה מעוותת, וההובלה לא תהיה מתאימה להמשך פעולה. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לחוזק חזית הגג. מבחן המכונה "איילים" מסייע ליצרן הרכב לקבוע עד כמה המכונית תהיה בטוחה כאשר היא פוגעת בחיה גבוהה, כמו צבי או אייל (כל המסה של הפגר נופלת על השמשה הקדמית ועל משקוף הגג העליון מעליו).
- עיצוב מודרני. קודם כל, נהגים מתוחכמים שמים לב לצורת הגוף, ולא רק לחלק הטכני של המכונית.
- בְּטִיחוּת. כל אחד ברכב חייב להיות מוגן מפני השפעות חיצוניות, כולל בהתנגשות צדדית.
- צדדיות. החומר ממנו עשוי מרכב המכונית חייב לעמוד בתנאי מזג אוויר שונים. בנוסף לאסתטיקה, משתמשים בצבעי הגנה על חומרים שפוחדים מלחות אגרסיבית.
- עֲמִידוּת. לא נדיר שהיוצר חוסך בחומר המרכב, ולכן המכונית הופכת להיות בלתי שמישה לאחר מספר שנים של הפעלה.
- יכולת תחזוקה. כך שלאחר תאונה קלה לא תצטרך לזרוק את המכונית, ייצור סוגי מרכבים מודרניים מרמז על הרכבה מודולרית. המשמעות היא שניתן להחליף את החלק הפגום בחלק חדש דומה.
- מחיר סביר. אם מרכב המכוניות עשוי מחומרים יקרים, יצטבר מספר עצום של דגמים שלא נדרשו באתרי יצרני הרכב. זה קורה לרוב לא בגלל איכות ירודה, אלא בגלל העלות הגבוהה של כלי רכב.
על מנת שמודל גוף יעמוד בכל הפרמטרים הללו, על היצרנים לקחת בחשבון את מאפייני החומרים מהם עשויים המסגרת ולוחות המרכב החיצוניים.
כדי שייצור מכונית לא דורש משאבים רבים, מהנדסי החברות מפתחים דגמי מרכב כאלה המאפשרים לשלב את הפונקציה העיקרית שלהם עם נוספים. לדוגמא, היחידות העיקריות וחלקי הפנים מחוברים למבנה המכונית.
בתחילה, עיצוב המכוניות התבסס על מסגרת, אליה הוצמדו שאר יחידות המכונית. סוג זה עדיין קיים בחלק מדגמי הרכב. דוגמה לכך היא רכבי שטח מן המניין (לרוב הג'יפים פשוט יש מבנה גוף מחוזק, אך אין מסגרת, סוג זה של רכב שטח נקרא הצלבה) ומשאיות. במכוניות הראשונות כל פאנל המחובר למבנה המסגרת יכול להיות עשוי לא רק ממתכת, אלא גם מעץ.
הדגם הראשון בעל מבנה נטול מסגרת ללא מסגרת היה לנצ'יה למבדה, שהתגלגל מפס הייצור בשנת 1921. הדגם האירופאי סיטרואן B10, שיצא למכירה בשנת 1924, קיבל מבנה גוף פלדה מחלק אחד.
התפתחות זו הוכיחה את עצמה כה פופולרית, שרוב היצרנים באותה תקופה חרגו לעתים רחוקות מהתפיסה של גוף מונוקוק פלדה. המכונות האלה היו בטוחות. חברות מסוימות דחו פלדה משתי סיבות. ראשית, חומר זה לא היה זמין בכל המדינות, במיוחד בשנות המלחמה. שנית, גוף הפלדה כבד מאוד, ולכן יש, על מנת להתקין מנוע בעירה פנימית בהספק נמוך יותר, שנפגע בחומרי המרכב.
במהלך מלחמת העולם השנייה, היה פלדה במחסור בכל רחבי העולם, מכיוון שמתכת זו שימשה לחלוטין לצרכים צבאיים. מתוך רצון לשמור על צף, חברות מסוימות החליטו לייצר את גופן מחומרים אלטרנטיביים. אז, באותן שנים, מכוניות הופיעו לראשונה עם מרכב אלומיניום. דוגמה לדגמים כאלה היא סדרת לנד רובר 1 (המרכב מורכב מלוחות אלומיניום).
חלופה נוספת היא מסגרת עץ. דוגמה למכוניות כאלה היא שינוי העגלה של תחנות ג'יפים של וויליס של הוודי.
מכיוון שגוף העץ אינו עמיד וזקוק לטיפול רציני, רעיון זה ננטש במהרה, אך באשר למבני אלומיניום, היצרנים חשבו ברצינות להכניס טכנולוגיה זו לייצור מודרני. בעוד שהסיבה העיקרית לכאורה היא מחסור בפלדה, זה לא היה באמת הכוח המניע שמאחוריו יצרניות הרכב החלו לחפש חלופות.
- מאז משבר הדלק העולמי, רוב מותגי הרכב נאלצו לחשוב מחדש על טכנולוגיית הייצור שלהם. קודם כל, הקהל שדורש מנועים חזקים ובעלי נפח ירד מאוד בגלל עלות הדלק הגבוהה. נהגים החלו לחפש מכוניות פחות רעבות. וכדי שהובלה עם מנוע קטן יותר תהיה דינמית מספיק, נדרש חומר קליל אך יחד עם זאת מספיק חזק.
- בכל רחבי העולם, לאורך זמן, התקנים הסביבתיים לפליטת כלי רכב נעשו מחמירים יותר. מסיבה זו החלה להציג טכנולוגיה להפחתת צריכת הדלק, לשיפור איכות הבעירה של תערובת דלק האוויר ולהגברת היעילות של יחידת הכוח. לשם כך עליכם להוריד את משקל המכונית כולה.
עם הזמן הופיעו התפתחויות בחומרים מרוכבים, אשר אפשרו להפחית עוד יותר את משקל הרכבים. בואו ניקח בחשבון מה הייחודיות של כל חומר המשמש לייצור מרכבי רכב.
גוף פלדה: יתרונות וחסרונות
רוב מרכיבי המרכב של מכונית מודרנית עשויים פלדה מגולגלת. עובי המתכת בחלקים מסוימים מגיע ל -2.5 מילימטרים. יתר על כן, חומר גיליון פחמן נמוך משמש בעיקר בחלק הנושא. הודות לכך המכונית קלה למדי ויחד עם זאת עמידה.
כיום הפלדה אינה חסרה. למתכת זו חוזק גבוה, ניתן להחתים ממנה אלמנטים בצורות שונות, ולחבר את החלקים בקלות יחד באמצעות ריתוך נקודתי. בעת ייצור רכב מהנדסים מקפידים על בטיחות פסיבית, וטכנולוגים שמים לב לקלות עיבוד החומר כך שעלות ההובלה תהיה נמוכה ככל האפשר.
ולמטלורגיה, המשימה הקשה ביותר היא לרצות גם את המהנדסים וגם את הטכנולוגים. מתוך מחשבה על המאפיינים הרצויים, פותחה דרגה מיוחדת של פלדה בעלת השילוב האידיאלי של משיכה וכוח מספיק במוצר המוגמר. זה מפשט את ייצור לוחות המרכב ומגביר את האמינות של מסגרת הרכב.
להלן מספר יתרונות נוספים של גוף פלדה:
- תיקון מוצרי פלדה הוא הקל ביותר - פשוט קנו אלמנט חדש, למשל כנף, והחליפו אותו;
- קל למחזר - פלדה ניתנת למיחזור, כך שליצרן תמיד יש את ההזדמנות להשיג חומרי גלם זולים;
- הטכנולוגיה לייצור פלדה מגולגלת פשוטה יותר מעיבוד אנלוגים מסגסוגת קלה, כך שחומר הגלם זול יותר.
למרות יתרונות אלה, למוצרי פלדה מספר חסרונות משמעותיים:
- מוצרים מוגמרים הם הכבדים ביותר;
- חלודה מופיעה במהירות על חלקים לא מוגנים. אם האלמנט אינו מוגן בצבע, נזק יהפוך את הגוף במהירות לבלתי שמיש;
- כדי שפלדת יריעות תהיה מוגברת, יש להחתים את החלק פעמים רבות;
- המשאב של מוצרי פלדה הוא הקטן ביותר בהשוואה למתכות לא ברזליות.
כיום, נכס הפלדה גדל על ידי הוספת כמה אלמנטים כימיים להרכב, המגדילים את חוזקו, עמידותו בפני חמצון ומאפייני פלסטיות (פלדת TWIP מסוגלת להימתח עד 70%, והמדד המקסימלי לחוזקו הוא 1300MPa).
גוף אלומיניום: יתרונות וחסרונות
בעבר, אלומיניום שימש רק לייצור לוחות שהיו קבועים למבנה פלדה. התפתחויות מודרניות בייצור אלומיניום מאפשרות להשתמש בחומר גם ליצירת אלמנטים של מסגרת.
למרות שמתכת זו פחות רגישה ללחות מאשר פלדה, יש לה פחות חוזק וגמישות מכנית. מסיבה זו, להפחתת משקל מכונית, מתכת זו משמשת ליצירת דלתות, מדפי מזוודות, מכסי מנוע. כדי להשתמש באלומיניום במסגרת, על היצרן להגדיל את עובי המוצרים, שלעתים קרובות פועל נגד הובלה קלה יותר.
צפיפות סגסוגות האלומיניום נמוכה בהרבה מזו של פלדה, כך שבידוד הרעשים במכונית עם מרכב כזה גרוע בהרבה. כדי להבטיח כי פנים מכונית כזו יקבל מינימום רעש חיצוני, היצרן משתמש בטכנולוגיות מיוחדות לדיכוי רעש, אשר יקנו את המכונית יותר מאופציה דומה עם מרכב פלדה.
ייצור גוף אלומיניום בשלבים המוקדמים דומה לתהליך יצירת מבני פלדה. חומרי גלם נשברים ליריעות, ואז הם מוטבעים על פי העיצוב הרצוי. חלקים מורכבים לעיצוב משותף. רק לשם כך משתמשים בריתוך ארגון. דגמים יקרים יותר משתמשים בריתוך ספוט לייזר, דבק מיוחד או מסמרות.
טיעונים לטובת גוף אלומיניום:
- קל יותר להחתים את חומר היריעות, ולכן בתהליך ייצור לוחות נדרש ציוד פחות חזק מאשר להחתמה מפלדה;
- בהשוואה לגופי פלדה, הצורה הזהה העשויה מאלומיניום תהיה קלה יותר, בעוד שהחוזק נשאר באותה רמה;
- חלקים מעובדים וניתנים למחזור בקלות;
- החומר עמיד יותר מפלדה - הוא אינו חושש מלחות;
- עלות תהליך הייצור נמוכה בהשוואה לגרסה הקודמת.
לא כל הנהגים מסכימים לקנות מכונית עם מרכב אלומיניום. הסיבה היא שגם עם תאונה קלה תיקוני רכב יהיו יקרים. חומר הגלם עצמו עולה יותר מפלדה, ואם יהיה צורך לשנות את החלק, בעל הרכב יצטרך לחפש מומחה שיש לו ציוד מיוחד לחיבור אלמנטים איכותי.
גוף פלסטיק: יתרונות וחסרונות
המחצית השנייה של המאה העשרים התאפיינה במראה פלסטיק. הפופולריות של חומר כזה נובעת מכך שניתן לייצר ממנו כל מבנה, שיהיה הרבה יותר קל אפילו מאלומיניום.
פלסטיק אינו זקוק לצביעה. מספיק להוסיף את הצבעים הדרושים לחומרי הגלם, והמוצר רוכש את הגוון הרצוי. בנוסף, הוא אינו דוהה ואין צורך לצבוע אותו מחדש כאשר הוא נשרט. בהשוואה למתכת, פלסטיק עמיד יותר, הוא בכלל לא מגיב עם מים ולכן אינו מחליד.
עלות ייצור לוחות פלסטיק נמוכה בהרבה, מכיוון שאין צורך בלחיצות חזקות להטבעה. חומרי הגלם המחוממים הם נוזליים, וכתוצאה מכך צורתם של חלקי הגוף יכולה להיות כל שהיא, אשר קשה להשיג בעת שימוש במתכת.
למרות היתרונות הברורים הללו, לפלסטיק יש חיסרון גדול מאוד - חוזקו קשור ישירות לתנאי ההפעלה. לכן, אם טמפרטורת האוויר החיצונית יורדת מתחת לאפס, החלקים הופכים לשבריריים. אפילו מטען קטן יכול לגרום לחומר להתפוצץ או לעוף לרסיסים. מצד שני, ככל שהטמפרטורה עולה, האלסטיות שלה עולה. סוגים מסוימים של פלסטיק מעוותים כאשר הם מחוממים בשמש.
מסיבות אחרות, גופי פלסטיק פחות מעשיים:
- חלקים פגומים ניתנים למחזור, אך תהליך זה דורש ציוד יקר מיוחד. כנ"ל לגבי תעשיית הפלסטיק.
- במהלך ייצור מוצרי פלסטיק נפלטת כמות גדולה של חומרים מזיקים לאטמוספרה;
- החלקים הנושאים של הגוף אינם יכולים להיות עשויים פלסטיק, מכיוון שאפילו פיסת חומר גדולה אינה חזקה כמו מתכת דקה;
- אם לוח הפלסטיק ניזוק, ניתן להחליפו בקלות ובמהירות בלוח חדש, אך הוא יקר בהרבה מריתוך טלאי מתכת למתכת.
למרות שבימים אלה ישנן התפתחויות שונות המבטלות את מרבית הבעיות המפורטות, עדיין לא ניתן היה להביא את הטכנולוגיה לשלמות. מסיבה זו, פגושים, הוספות דקורטיביות, פיתוחים עשויים בעיקר מפלסטיק, ורק בחלק מדגמי הרכב - פגושים.
גוף מורכב: יתרונות וחסרונות
קומפוזיט פירושו חומר הכולל יותר משני רכיבים. בתהליך יצירת חומר, הקומפוזיט רוכש מבנה הומוגני שבזכותו למוצר הסופי יהיו תכונות של שני חומרים (או יותר) המרכיבים את חומר הגלם.
לעיתים קרובות, תרכובת תושג על ידי הדבקה או חיתוך של שכבות של חומרים שונים. לעיתים קרובות, כדי להגביר את חוזק החלק, כל שכבה נפרדת מתחזקת כך שהחומר לא יתקלף במהלך הפעולה.
המורכב הנפוץ ביותר המשמש בתעשיית הרכב הוא פיברגלס. החומר מתקבל על ידי הוספת מילוי פולימרי לפיברגלס. אלמנטים של גוף חיצוני עשויים מחומר כזה, למשל פגושים, סורגי רדיאטור, לפעמים אופטיקה לראש (לעתים קרובות יותר הם עשויים זכוכית, וגרסאות קלות עשויות פוליפרופילן). ההתקנה של חלקים כאלה מאפשרת ליצרן להשתמש בפלדה במבנה חלקי הגוף התומכים, אך יחד עם זאת לשמור על המודל מספיק קל.
בנוסף ליתרונות המפורטים לעיל, החומר הפולימרי תופס מקום ראוי בתעשיית הרכב מהסיבות הבאות:
- המשקל המינימלי של החלקים, אך יחד עם זאת יש להם כוח הגון;
- המוצר המוגמר אינו חושש מההשפעות האגרסיביות של לחות ושמש;
- בשל האלסטיות בשלב חומר הגלם, היצרן יכול ליצור צורות שונות לחלוטין של חלקים, כולל המורכבים ביותר;
- מוצרים מוגמרים נראים אסתטיים;
- אתה יכול ליצור חלקי גוף ענקיים, ובמקרים מסוימים אפילו את כל הגוף, כמו במקרה של מכוניות לוויתן (קרא עוד על מכוניות כאלה ב סקירה נפרדת).
עם זאת, טכנולוגיה חדשנית אינה יכולה להוות אלטרנטיבה מוחלטת למתכת. יש לכך מספר סיבות:
- עלות חומרי מילוי פולימרים גבוהה מאוד;
- הצורה להכנת החלק חייבת להיות מושלמת. אחרת, האלמנט יתגלה כמכוער;
- במהלך תהליך הייצור, חשוב ביותר לשמור על ניקיון מקום העבודה;
- היצירה של לוחות עמידים גוזלת זמן, מכיוון שלרכיב המורכב לוקח זמן רב להתייבש, וכמה מחלקי הגוף מרובי שכבות. גופים מוצקים עשויים לעתים קרובות מחומר זה. לייעודם משתמשים במונח המכונף "מונוקוק". הטכנולוגיה ליצירת סוגי גוף מונוקוקיים היא כדלקמן. שכבת סיבי הפחמן מודבקת בפולימר. מעליו מונחת שכבת חומר נוספת, רק כך שהסיבים ממוקמים בכיוון אחר, לרוב בזווית ישרה. לאחר שהמוצר מוכן, מכניסים אותו לתנור מיוחד ושומרים אותו זמן מסוים בטמפרטורה גבוהה, כך שהחומר נאפה ומקבל צורה מונוליטית;
- כאשר חלק מחומר מרוכב מתקלקל, קשה מאוד לתקן אותו (מתוארת דוגמה לאופן תיקון פגושים לרכב. כאן);
- חלקים מרוכבים אינם ממוחזרים, אלא רק נהרסים.
בשל העלות הגבוהה והמורכבות של הייצור, למכוניות הכביש הרגילות יש מספר מינימלי של חלקים עשויים פיברגלס או אנלוגים מרוכבים אחרים. לרוב, אלמנטים כאלה מותקנים על מכונית-על. דוגמא למכונית כזו היא פרארי אנזו.
נכון, כמה דגמים בלעדיים מהסדרה האזרחית מקבלים פרטים כלליים ממורכב. דוגמה לכך היא BMW M3. לרכב זה יש גג סיבי פחמן. לחומר יש את הכוח הדרוש, אך יחד עם זאת מאפשר לך להזיז את מרכז הכובד קרוב יותר לקרקע, מה שמגדיל את כוח המורד בעת כניסה לפינות.
פיתרון מקורי נוסף בשימוש בחומרים קלים בגוף המכונית מודגם על ידי יצרנית מכונית העל המפורסמת קורבט. במשך כמעט חצי מאה, החברה משתמשת בדגם במסגרת מתכת מרחבית שעליה מחוברים לוחות מרוכבים.
גוף פחמן: יתרונות וחסרונות
עם כניסתו של חומר אחר, הבטיחות ובה בעת קלילות המכוניות הגיעה לרמה חדשה. למעשה, פחמן הוא אותו חומר מרוכב, רק דור חדש של ציוד מאפשר לך ליצור מבנים עמידים יותר מאשר בייצור מונוקוק. חומר זה משמש בגופם של דגמים מפורסמים כמו BMW i8 ו- i3. אם בעבר השתמשו בפחמן במכוניות אחרות רק כקישוט, הרי שמדובר במכוניות הייצור הראשונות בעולם שגופן עשוי כולו מפחמן.
לשני הדגמים עיצוב דומה: הבסיס הוא פלטפורמה מודולרית עשויה אלומיניום. כל היחידות והמנגנונים של המכונית קבועים עליה. גוף המכוניות מורכב משני חצאים, שכבר יש בהם כמה פרטים פנים. הם מחוברים זה לזה במהלך ההרכבה באמצעות מלחציים. הייחודיות של דגמים אלה היא שהם בנויים על אותו עיקרון כמו המכוניות הראשונות - מבנה מסגרת (קל ככל האפשר), שעליו מקובעים כל שאר הכבוד.
בתהליך הייצור, החלקים מחוברים זה לזה באמצעות דבק מיוחד. זה מדמה ריתוך חלקי מתכת. היתרון של חומר כזה הוא חוזקו הגבוה. כאשר המכונית מתגברת על בליטות גדולות, נוקשות הפיתול של הגוף מונעת את עיוותה.
יתרון נוסף של סיבי פחמן הוא שהוא דורש מינימום עובדים לייצר חלקים, מכיוון שציוד היי-טק נשלט על ידי אלקטרוניקה. גוף הפחמן עשוי מחלקים בודדים הנוצרים בצורות מיוחדות. פולימר בעל הרכב מיוחד נשאב לתבנית בלחץ גבוה. זה הופך את הלוחות לעמידים יותר מאשר סיכה ידנית של הסיבים. בנוסף, יש צורך בתנורים קטנים יותר לאפיית פריטים קטנים.
החסרונות של מוצרים כאלה כוללים בעיקר את העלות הגבוהה, מכיוון שמשתמשים בציוד יקר שזקוק לשירות באיכות גבוהה. כמו כן, מחיר הפולימרים גבוה בהרבה מזה של האלומיניום. ואם החלק נשבר, אי אפשר לתקן אותו בעצמך.
הנה סרטון קצר - דוגמה לאופן הרכבת גופי הפחמן של BMW i8:
שאלות ותשובות:
מה כלול בגוף הרכב? מרכב המכונית מורכב מ: מגן קדמי, מגן קדמי, עמוד קדמי, גג, עמוד B, עמוד אחורי, פגושים, פאנל תא מטען ומכסה מנוע, תחתון.
על מה נתמך גוף המכונית? הגוף העיקרי הוא מסגרת החלל. זהו מבנה העשוי בצורה של כלוב, הממוקם סביב כל היקף הגוף. הגוף מחובר למבנה התומך הזה.
