Рама предназначена для монтажа на ней агрегатов и механизмов машины. Элементы рамы подвержены воздействию разных сил, к которым относятся вес агрегатов; полезная нагрузка; реактивная сила сцепления, необходимая для создания силы тяги машины; усилия от амортизаторов и упругих элементов; силы инерции движения; силы торможения и др.
Рама машины должна иметь:
- высокую изгибную и крутильную жесткость и прочность, чтобы исключить возможность расшатывания и поломки элементов рамы при движении машин со значительными перекосами мостов и колес;
- рациональную конструкцию, позволяющую удобно и экономно размещать на раме агрегаты и механизмы;
- геометрическую форму, обеспечивающую низкое расположение центра масс машины, значительный ход подвески и большие углы поворота управляемых колес.
По конструкции рамы автомобилей бывают лонжеронные, хребтовые (центральные) и смешанные. Чаше всего применяются лонжеронные рамы.
Лонжеронная рама состоит из двух продольных балок — лонжеронов 1 (рис. 5.1) специального профиля, соединенных между собой поперечинами 2, придающими раме требуемую жесткость. На передних поперечинах устанавливается двигатель, а на остальных — другие агрегаты автомобиля и сцепное устройство.
Рис. 5.1. Лонжеронная рама:
1 — лонжероны; 2 — поперечины; 3 — тягово-сцепное устройство; 4 — буфер; 5 — буксирные крюки
Лонжероны изготовляются из листовой стали и обычно имеют переменный гнутый профиль поперечного сечения типа швеллера. Наибольшее сечение лонжерона находится в средней части рамы как наиболее нагруженной, а к краям оно уменьшено. Такая конфигурация лонжеронов обеспечивает изгибную равнопрочность рамы, уменьшение массы, более удобную установку передних и задних рессор, снижение высоты центра масс автомобиля. С поперечинами лонжероны соединяются преимущественно клепкой в холодном состоянии или сваркой. На переднем конце рамы установлены буфер 4 и буксирные крюки 5, на заднем находится тягово-сцепное устройство 3.
Хребтовые рамы имеют одну центральную несущую балку, обычно сделанную из трубы. Несущая балка может быть составлена из картеров агрегатов силовой передачи: картера раздаточной коробки, картеров главных передач и промежуточных вставок, соединяющих эти картеры.
По длине трубчатой балки установлены кронштейны, служащие опорами для крепления кабины, грузовой платформы, двигателя и других агрегатов. Хребтовые рамы имеют высокую изгибную прочность и высокую крутильную жесткость.
На тракторах используются остовы безрамной, полурамной, рамной и шарнирно сочлененной конструкции.
Безрамный остов выполняется в виде единой отливки, отсеки которой являются картерами механизмов трансмиссии. Такой остов обеспечивает высокую жесткость и соосность валов при эксплуатации, но из-за технологических трудностей при изготовлении имеет ограниченное распространение.
Полурамный остов, имеющий достаточно простую конструкцию, получил широкое распространение, особенно на легких колесных тракторах. К полураме спереди жестко крепится моноблок двигатель—коробка передач, что повышает жесткость всей конструкции.
Рамный остов обладает меньшей жесткостью по сравнению с конструкциями безрамного и полурамного остовов, но он прост и дешев в изготовлении и обеспечивает снижение металлоемкости картеров трансмиссии.
Элементы рамы или полурамы изготовляются из балок разного профиля или литых брусьев. Наибольшие прочность и жесткость при малой массе имеют балки с профилем в виде швеллера или замкнутого профиля. Эти рамы чаще всего применяются на гусеничных тракторах (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Рама и подвеска трактора ТЛТ-100:
1 — передняя балка; 2 — опора кабины; 3 — лонжероны; 4 — трубы подвески; 5 — кронштейн; 6 — кронштейны заднего моста; 7 — кожух пружины; 8 — пружина подвески; 9 — рычаг каретки; 10 — опорные катки каретки
Шарнирно сочлененные остовы состоят из двух полурам, соединенных центральным шарниром, имеющим две степени свободы. Шарнирное соединение позволяет поворачиваться в плоскости дороги передней и задней полурамам одна относительно другой вокруг вертикальной оси на 30… 35° в каждую сторону. Кроме того, задняя полурама относительно передней может поворачиваться вокруг продольной горизонтальной оси на 15…20° в каждую сторону. Такая шарнирная связь обеспечивает хорошую маневренность, приспособляемость к поверхности пути и устойчивость трактора, что позволяет снизить нагруженность элементов рамы. Шарнирно сочлененные рамы широко применяются на тяжелых колесных тракторах.