1

CONSIDERAII GENERALE PRIVIND ROLUL, EVOLUIA

I MATERIALELE CAROSERIILOR

1.1. Definiia i rolul caroseriei - structurii portante de

caroserie

Caroseria (ital. carossa = caleac) de automobil este definit ca fiind subansamblul automobilului amenajat special pentru transportul persoanelor i/sau mrfurilor sau pentru instalarea anumitor utilaje; astfel constituind elementul portant al sarcinii utile a vehiculului. Acest subansamblu poate constitui o expresie sintetic a nivelului de dezvoltarea economic i tehnic a societii contemporane, dar i a nivelului de trai al acesteia, trebuind s se constituie ntr-un element estetic al mediului ambiant. Structura portant reprezint un ansamblu al caroseriei care preia direct solicitarea mecanic datorat greutii sarcinii utile i celorlalte subansambluri ale caroseriei sau ale automobilului (montate pe caroserie). Este elementul care asigur preluarea solicitrilor mecanice n toate regimurile de deplasare ale automobilului, cu respectarea tuturor condiiilor impuse unei baze de montaj pentru motor, transmisie i puni pentru deplasarea stabil pe orice tip de traiectorie sau cale, prevzute n tema de proiect a automobilului respectiv. Structura portant mai este denumit i corp al caroseriei, denumire mai sugestiv din punct de vedere al rolului ei funcional. Primele construcii aveau structura portant i caroseria ca dou uniti distincte, structura portant fiind aceea a fostelor trsuri cu traciune animal. n prezent, construciile de caroserie considerate autoportante sunt acelea n care caroseria include ca subansamblu structura portant respectiv (rame-cadru, sisteme de bare i plci care preiau solicitrile mecanice mai sus menionate), la care se articuleaz piese neportante ca ui, capot motor, bare de protecie, etc.

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

2

1.2. Scurt istoric al evoluiei formei, materialelor i tehnologiei de fabricare a caroseriei.

Primele automobile au fost derivate din trsuri ce au fost echipate cu

motoare termice, astfel c structura portant a acestor automobile era cea a vehiculului de baz.

a) b)

c) Figura 1.1. Automobilul la nceputurile sale a) Automobil realizat de C.F.Benz, (1885);

b) Automobil realizat de G.Daimler, (1886); c) automobil realizat de Henry Ford, (1896)

Secolul 20 aduce realizarea tehnic a caroseriei. Dezvoltarea continua a automobilului a adus la posibilitatea de utilizare n diverse condiii de drum sau vreme ceea ce presupune realizarea unui spaiu care s-i ofere conductorului i pasagerilor un minim de confort. Inginerii ce au contribuit la realizarea primelor automobile i aduc acum aportul n dezvoltarea i realizarea unui automobil ct

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

3

mai practic. Apar tendine diverse n realizarea caroserie automobilului funcie de cumprtorii crora productorul li se adreseaz.

Producia de serie a automobilelor este introdus n anul 1903 n uzinele Ford. n anul 1912 iese pe pia celebrul Ford T, model revoluionar ce a condus la dezvoltarea fr precedent a transporturilor Modelul Ford T a avut o caroserie proiectat de Harold C. Will cu o ram (partea inferioar a caroseriei) confecionat din profile de aliaje uoare n form de ferm, folosind o licena achiziionat din Frana.

Diversificarea destinaie automobilului a dus la studii n privina realizrii elementelor portante. Sunt studiate i utilizate n practic grinzi cu seciuni mbuntite ce contribuie la micorarea masei i n acelai timp la creterea rigiditii automobilului sporindu-se astfel dinamicitatea i fcnd posibil utilizarea unor motoare mai performante.

a) b)

Figura 1.3. a) Automobil de lux: Audi 14, 1911;

b) Automobil sport: Bugatti Tip 13, 1912

Figura 1.2. Ford T (1912)

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

4

n anul 1928 firma BUDD (Budd Company / SUA), a aplicat patentul unei caroserii n ntregime metalice confecionate din piese matriate mari care conineau i deschiderile pentru ui i ferestre. n deceniul patru s-a perfecionat tehnologia de sudur electric prin puncte sau cordon, att pentru piesele matriate ct i pentru table subiri, ceea ce a condus la reducerea timpului i preului de fabricare al unei caroserii. Prima caroserie autoportant de autoturism a fost proiectat de inginerul H. Rasmussen, iar dup modelul acesteia firma Lancia a construit pentru autoturismul Lancia Lambda o caroserie autoportant n intregime metalic.

Figura 1.4. Lancia Lambda (1923-1925)

Figura 1.5. Nash Ambassador (1942)

La mijlocul deceniului patru, prin asimilarea construciilor complexe din table de oel cu perei subiri, au fost construite primele caroserii autoportane similare cu construciile actuale; astfel, n domeniul caroseriilor de autoturisme, au

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

5

aprut corpurile la care lipsete rama propriu-zisa, la modelele firme Citron i corpul cu o plac de baz la care sunt legate elemente arc de bolt, pe modelul firmei Volkswagen proiectat de A.Porsche.

Figura 1.6. Citroen Avant (1952)

Figura 1.7. Automobil realizat de firma Volkswagen, (1936)

Dup cel de-al doilea rzboi mondial, pe perioad cruia creaia tehnic n domeniul automobilului a stagnat, la nceputul deceniului al aselea s-a generalizat caroseria autoportant i s-au format primele coli de designeri - constructori specializai n caroserii. Cea mai celebr este coala italian, ai crei reprezentani celebri sunt Pinifarina (Batista Pinin Farina / Carrozzeria Pinin Farina / 1930), Bertone (Giovanni Bertone / Carrozzeria Bertone / 1912), Michellotti (Giovanni / 1942), Giugiaro (Giorgetto Giugiaro / Car Designer of the Century 1999).

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

6

Ferrari 365 Daytona (1973) / Pinifarina

Lamborghini Miura (1966-1972) / Bertone

Maserati 3500 GT (1957-1964) / Michellotti

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

7

BMW M1 (1978-1981) / Giorgetto Giugiaro

Figura 1.8.

Deceniul apte a nregistrat un salt fr precedent, prin introducerea calculatoarelor de mare putere simultan cu perfecionarea metodelor de calcul, ceea ce a permis s se realizeze o proiectare rapid i sigur a corpului i formei generale a ntregii caroserii corelat cu tehnologia de fabricare a matrielor pentru forme complexe. Apar i exigenele traficului rutier de viteze ridicate i cu debite de circulaie ce impun norme privind securitatea participanilor n trafic reflectate cu precdere n proiectarea caroseriei autovehiculelor. n domeniul autoturismelor tendinele actuale de fabricare a caroseriilor sunt urmtoarele:

realizarea de caroserii cu dimensiuni raionale, care s asigure ergonomia postului de conducere al oferului i un grad de confort cerut de exigenele fiziologice ale organismului;

largi suprafee vitrate i accesorii pentru asigurarea unei vizibiliti maxime diurne i nocturne;

forme exterioare aerodinamice;

dimensionarea spaiului habitaclului se face pe baza unor standarde internaionale ce in seama de cerinele psiho-fizilogice ale organismului uman i de dimensiunile antropometrice;

mas proprie minim i rigiditate corespunztoare funciei caroseriei ca baz general de montaj;

uile i haioanele trebuie s se deschid cu minim consum de spaiu suplimentar fa de situia de mers a automobilului;

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

8

1.3. Clasificarea caroseriilor

Clasificarea caroseriilor se poate face dup mai multe criterii, deoarece ele se deosebesc ca destinaie, form, materiale folosite. Cele mai utilizate criterii de clasificare utilizate sunt destinaia, forma i soluia de structur portant.

1.3.1. Clasificarea dup destinaie Fiecare caroserie este adaptat pentru a face fat necesitilor de transport pentru care este proiectat. Astfel proiectarea unei caroserii avnd ca destinaie trasnportul de persoane ridic, n proiectare, probleme diferite dect n cazul relaizrii unei caroserii destinate transportului de mrfuri sau animale. Clasificarea dup destinaie prezentat n continuare relev marea diversitate de tipuri specifice sau generale de transport.

obinuite de lux sport

Individual (2..7 locuri)

pentru recorduri

7..9 locuri (microbuze) 10..30 locuri (autobuze mici) 31..60 locuri (autobuze medii)

tras

npor

t de

pers

oane

dup numrul de locuri

n comun

>60 locuri (autobuze mari)

Figura 1.9. Modelul Mercedes-Benz Visio SLR, (1999)

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

9

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

10

1.3.2. Clasificarea caroseriilor dup form Forma caroseriei de automobil se clasific dup numrul uilor laterale, tipul capotei i mrime.

sedan caroserie de dimensiuni medii, cu dou ui laterale este varianta clasic de caroserie cu trei volume. (fr.sedan, engl.saloon, amer.sedan, ital.berlina sau berlinetta)

cupeu caroserie de mici i foarte mici dimensiuni, pentru dou-patru locuri i cu dou ui laterale.

combi caroserie n dou volume cu 5 ui. (germ.combi, engl.estate, amer. stationwagon, ital.familiare, fr.break)

limuzina caroserie n dou sau trei volume, de foarte mari dimesiuni i cu un confort interior deosebit, n care oferul este separat de pasageri prin geam interior.

cabriolet caroserie decapotabila (cu capota pliabil sau detaabil)

cabrio-limuzin

varianta de cabriolet la care exista rama peretelui lateral

roadster caroseria complet deschis, pentru dou locuri, dotat cu acoperi din mase plastice rigid i demontabil (hardtop) sau cu prelat decapotabil; (amer. i engl.roadster, fr. i ital. spider)

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

11

torpedo variant de roadster pentru 4-6 locuri, la care i parbrizul poate fi rabatat pe capota motorului

1.3.3. Clasificarea tehnic a caroseriilor

Pachetul de date tehnice ale unei caroserii cuprinde caracteristica de rigiditate, tipul constructiv al structurii portante i materialul din care este ea confecionat, modul,de asamblare al elementelor componente ale acesteia. Rezult c aceste date sunt, de fapt, caracteristice ale corpului caroseriei; aceasta se justific prin faptul c pornind de la acelai corp, se pot construi mai multe variante, care s difere numai prin gradul de finisare i echipare.

Indicele de rigiditate al corpului caroseriei la solicitarea de ncovoiere i torsiune exprim n cea mai bun msur calitatea caroseriei; funcie de el, se deosebesc: corpuri de caroserie elastice (nerigide), corpuri obinuite i corpuri rigide.

Tipul constructiv al stucturii portante prezint trei variante:

Figura 1.12. Structura portant

corp din subcorpuri asamblate care lucreaz mpreun, alctuite din ram

de asiu pe care sunt asamblate demontabil sau nedemontabil, fix sau prin cuple cinematice, alte elemente (de ex. cabin, ben, ete.);

corp integral care are lonjeroane i traverse ale unei rame, la care se

suprapune placa podea a caroseriei care este asamblat rigid cu ramele de perei laterali i, eventual, cu capota (construcia cu baz portant);

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

12

Fig.1.9. Structura portant Dodge

corp autoportant care are baz portant format din plac central podea, la

care sunt asamblate elemente de grinzi longitudinale i transversale constituind console fat i spate, la placa podea fiind asamblate rigid i nedemontabil (sudale) elemente de arce de bolt i rame de perei laterali, cu capot sau fr.

Toate prile componente sunt piese cu perei subiri.

Modelul structurii portante prezint trei variante principale, anume un model cu schelet(sau cheson) n form de femre sau cadre nchise legate prin grinzi de centur , un model cu elemente de schelet legate ntre ele cu placi i modelul tip membran la care toate grinzile i plcile care le leag sunt din table (membrane) subiri.

Tipul mbinrilor pieselor ce formeaz ansamblul corpului caroseriei depinde de materialele alese pentru confecionarea lor. n general exist mbinri fixe prin sudur sau nituire, iar n cazuri speciale se folosesc mbinri elastice (dac este necesar izolarea elementelor incompatibile din punct de vedere electrochimic). 1.4. Materiale folosite pentru construcia caroseriilor Sarcina de baz a constructorului de caroserie este realizarea unei mase proprii minime cu asigurarea unei rigiditi a corpului, care condiioneaz un anumit nivel de confort i protecie a pasagerilor. n acelai timp trebuie fcut

Fig.1.10. Structura autoportant, Oldsomobile Alero

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

13

observaia c o caroserie are trei componente de baz (corpul, finisarea i utilarea), ceea ce a condus la utilizarea unei mari variati de materiale de tip metalic sau nemetalic. Tabla din oel Se folosete n prezent, n proporie de minimum 90% pentru

construcia corpurilor caroseriilor ca tabl de oel laminat, avnd grosimi de 0,6-3,5 mm i coninut de carbon ce cca. 0,08% ceea ce n confer bune caliti de sudabilitate, la care se adug elemente de aliere n proporie mare, ceea ce permite s se considere c in acest domeniu se folosete tabla subire din oel nalt aliat. Materialele produse la noi pentru caroserii de automobil au caracteristicile impuse de STAS 9458-80 i 10318-80.

Aliajele uoare Se folosesc aliajele din aluminiu, datorit propriettilor lor de rezisten la aciunea coroziv a agenilor atmosferici i datorit masei lor reduse. n prezent s-au realizat aliaje din aluminiu (Alloy 6061, Alloy 5454-0) care au permis construcia unui corp de caroserie cu 7,5% mai rigid i cu peste 20% mai uor dect un corp similar din oel. Asamblarea elementelor de corp de caroserie confecionate din aluminiu se face prin sudur i numai n cazuri speciale, pentru asigurri suplimentare ale mbinrii, se execut nituire.

Mase plastice Se prezint n intr-o mare diversitate de caliti i cantiti folosite n construcie tuturor celor trei componente ale unei caroserii.

Policlorura de vinil, folosit pentru confec pentru confeionarea unor piese fasonate ca tablouri de bord, mnere, capete de prghii i sub form de esturi artificiale. esturile din PVC se folosesc cu precdere la tapisarea scaunelor, tavanului, la saltele pentru cptuirea podelei i potbagajului. Poliuretanul, sub form de spum este folosit ca element amortizor i sub form de umplutur poroas rigid este folosit ca element izolator termic. Din poliuretan spum se confecioneaz pernele de scaun, garnituri antioc, suport pentru folia PVC. Poliamidele se folosesc la nrmarea broatelor de ui, a mnerelor, pentru diverse etchete de fabric, grtare decorative, coliere, piulie, rezervoare de lichide, furtune, piese de capitonaj. Polimetilacrilatul (plexiglas) este folosit ca element transparent la corpuri de far, corpuri de iluminat i desprituri interioare.

Caroserii i structuri portante. Consideraii generale.

14

Polistirenul are proprieti antioc i servete la finisarea grtarelor decorative, a manetelor, tastelor i, sub form de burete, este folosit ca element de izolaie Polipropilena este folosit la confecionarea corpurilor de iluminat, a volanelor, pereilor despritori, ramelor, manetelor, capitonajelor de ui, capacelor, duzelor pentru canalizrile aerului. Aminoplastele se folosesc sub form de laminate decorative pentru finisri interioare. Rinile epoxidice n form de lichide pentru turnare, chituri i cleiuri, servesc pentru finisarea caroseriei i mbinarea elementelor din mase plastice ntre ele i cu piese metalice.

Materiale plastice

Preponderente sunt rinile poliesterice armate cu diferite fibre, dintre care cele mai utilizate sunt fibrele de sticla, de carbon, grafit sau kevlar. Denumirea comercial la noi este PAFS, iar denumirea tehnic cea mai recomandat este materiale compozite.

Materiale izolatoare

Se folosesc pentru izolare termic, fonic i contra vibraiilor. Toate materialele izolatoare trebuie s fie inodore, rezistente la ap, greu inflamabile, s se atern uor pe suprafaa caroseriei, iar cele ce se aplic la exterior, n parte inferioar a caroseriei, trebuie s aib propriti stabile la aciunea de eroziune a impuritilor de pe drumuri i s reziste la loviturile acestora.

Lacuri i vopsele

Sunt acoperirile finale obligatorii la caroseriile metalice i opionale la caroseriile sau piesele de caroserie din materiale compozite.

Sticla Se folosete pentru parbrize, lunete spate i geamuri laterale. Cndiiile de sigurana circulaiei impun ca prin spargere s nu creeze cioburi ascuite i s posede o transparen perfect, indiferent de calitatea sticlei utilizate.

Cauciucul Este folosit mai ales cauciucul sintetic; pentru c materialul trebuie s fie stabil la aciunea uleiului i a combustibilului.