Шарнирная рама на УАЗ.
Обзор конструкций "ломающихся" рам.

У обычного человека, фраза "ломающаяся рама" ассоциируется с тяжелой поломкой грузовика или внедорожника.

Однако, есть инженерные решения, которые специально предназначены для такой возможности "переламывать" раму без последствий:).
Это делается для увеличения проходимости и маневренности автомобиля.

Еще в 1919г. итальянский инженер Павези сконструировал автомобиль-тягач высокой проходимости Fiat-Pavesi P4 с колесами очень большого размера. Для поворота автомобиля был реализован принцип "ломающейся" рамы. (источник - patriot4x4.ru)

В нашей стране, в 1961 году по заданию правительства был разработан Трактор К-700 с ломающейся рамой. Целью проекта было - создать первый отечественный колесный трактор, пятого тягового класса. На фото трактор К-701

Полу-рама трактора К-700 имеет внушительные размеры

Сборочный чертеж соединительного шарнира трактора К-700

А кто не помнит городской сочлененный автобус Икарус-280?

Уникальные свойства автомобилей с ломающейся рамой сподвигли многих конструкторов на реализацию такого решения в различного рода вездеходах. Причем как одиночек-самоделкиных, так и в промышленном масштабе.
Тут хотя бы вспомнить шведский гусеничный болотоход Лось , у которого есть множество подражателей .
Но и в рядах колесной техники есть на что посмотреть:

Cнегоболотоходы СКУ

Cнегоболотоходы СКУ, которые производила Северодвинская фирма Дифтонг, имеют две секции соединенных между собой поворотно-сцепным устройством, что позволяет звеньям складываться друг относительно друга в горизонтальной плоскости.
Снегоболотоходы описаны в журнале Авторевю за 2006 год

Фотография шарнирного соединения

Фотография демонстрирующая, что нужно обязательно делать ограничитель поворота

Трактор "Сибиряк"

На Сибиряке установлена шарнирно-сочлененная рама

Наиболее интересен центральный шарнирный узел.
Он состоит из силового корпуса, являющегося задней частью передней полурамы, шарнира равных угловых скоростей (ШРУС), передающего крутящий момент к заднему мосту, и шарового корпуса, шарнирно закрепленного и силовом.
Хвостовик шарового вставлен в специальный корпус задней полурамы и имеет возможность поворачиваться в нем при изменении взаимного расположения полурам. Специальный корпус связан с задней полурамой двумя 20-мм пластинами.

Силовой корпус, сваренный из листов толщиной 20 мм. воспринимает нагрузки, действующие на машину в вертикальной плоскости, а шаровая опора, закрепленная в конических подшипниках корпуса, служит для разворота полурам относительно друг друга в горизонтальной плоскости.
Осуществляется такое перемещение гидроцилиндром попорота, установленным между передней полурамой и кронштейном шаровой опоры.

Основой для центрального узла стали детали от поворотного кулака переднего колеса автомобиля ЗИЛ-131 идентичного по конструкции автомобилю ГАЗ-66, но отличающегося размерами.
Хвостовик шарового корпуса и хвостовики полуосей ведущего и ведомого валов ШРУС подверглись доработке.
Подшипниками в осевом шарнире являются бронзовые втулки, а тяговые (продольные) усилия воспринимаются упорным шариковым подшипником. Полости шарниров уплотнены сальниками и набиты консистентной смазкой.

Центральный шарнирный узел:
1 - подшипник 60212; 2- шпилька М10 (6 шт.): 3, 10 - кольца упорные (сталь 45, s2). 4 - шкворень; 5 - манжета (от штатного узла); 6 - кольцо пружинное; 7 -- манжета (1-115x145); 8 - вкладыши (бронза): 9 - проставка; 11 - гайка упорная; 12 - подшипник 8212; 13 - гайка контрящим; 14 - корпус специальный; 15 - корпус центральною шар-шарнирного узла; 16 - кольцо; 17 - вал ведомый; 18 - шаровой корпус; 19 - вал ведущий; 20, 26 - корпуса подшипников (сталь 45). 21 - фланец (cram. 45) 22- гайка М32; 23 - шпилька М5 (6 шт.); 24 подшипник конический (штатный); 25 - крышка подшипника: 27 - кольцо уплотнительное (резина); 28 - манжета (1-85х110); 29 - гидроцилиндр рулевой.

Часто, поворотный узел для вездеходов изготавливают из поворотного кулака переднего колеса полноприводного автомобиля, например из поворотного кулака УАЗ

УАЗ-Кемпер со скручивающейся рамой

Используя технологию, которую отработали на "Капралах" были сделаны УАЗы со скручивающейся рамой. Это Кемпер на базе краснодарского автоклуба "Кубань" и грузовичок на базе УАЗ-39095

На фиг. 1 приведен вид транспортного средства в плане; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 схема разгружения подшипника.
Сочлененное транспортное средство 1 с приводом на все колеса содержит две независимые полурамы А и Б, соединенные между собой с возможностью относительного перемещения. Между полурамами установлен основной шарнир 2, имеющий внутренний диаметр 3, достаточный для свободного прохода через него карданного вала 4.
На полураме Б соосно с подшипником 2 на кронштейнах 5 установлен подвижный элемент 6 (в качестве элемента 6 могут быть использованы, например, вал, установленный в подшипниках, или шаровая опора, или шаровый разъем), вращающийся вокруг оси 7. К элементу 6 неразъемно присоединены брусья 8 и 9. Вторые концы 10 брусьев разъемно закреплены на соединительных элементах 11 полурамы А. Концы 10 брусьев разнесены в стороны от продольной оси автомобиля 7.

Транспортное средство работает следующим образом.
При движении по бездорожью полурамы А и Б могут перемещаться вокруг горизонтальной продольной оси одна относительно другой на угол до 23о. Возможность взаимного перемещения обеспечивает шарнир 2, соединяющий полурамы А, тяги 8 и 9, вращаясь на элементе 6 и отслеживая перемещение одной полурамы относительно другой, разгружают шарнир 2 и увеличивают зону его работоспособности (см. фиг. 3). Возникающие продольные силовые нагрузки между полурамами А и Б воспринимаются в первую очередь соединителями 8 и 9, так как они соединены жестко (без люфтов), частично гасятся за счет их собственной упругости, и затем передаются на шарнир 2.

При движении по дорогам общего пользования силовой каркас работает так же, как и при движении по бездорожью, воспринимая максимум нагрузок и разгружая шарнир 2.

Шарнир в нерабочем положении фиксируется штырями с двух сторон, что позволяет автомобилю комфортно передвигаться по дорогам общего пользования. (на фото штыри вынуты)

Чертежи

Внутри шарнира (подшипника) проходит кардан на задний мост и все коммуникации:
провода, тормозные трубки, воздушные шланги.

Эта конструкция была изначально протестирована на грузопассажирском автомобиле УАЗ-ВД "VARAN"

Материалы и агрегаты задействованные для постройки данной модели вездехода:
1) двигатель внутреннего сгорания Лифан мощностью 15 л.с.
2) Четырех-ступенчатая коробка переключения передач от классического ваза
3) Раздаточная коробка от автомобиля Нива
4) Кулак поворотный от Уаза
5) Колеса т-150 ободранные

Рассмотрим более подробно основные узлы конструкции этого вездехода.

Узел перелома создавался из поворотного кулака по схеме Uvat.

Установлено два ремня профиля В, а так же малый шкив на 100 и большой шкив на 300:

Была изготовлена рама из профильной трубы путем сварки, а так же на раму установлены мосты от ваз 2105, передаточное число равно 4.1:

Было установлено рулевое управление. Рейка руля была взята от ваз 2110, но ее ход слишком маленький и этого не хватает для удобного управления вездеходом. Поэтому в будущем автор планирует либо заменить ее, либо установить дополнительный рычаг, чтобы исправить направление движения, а так же увеличить ход тяги.

Затем было сделано крепления поворотного кулака и задней полу-рамы таким образом:

Дальше автор рассматривал два пути создания трансмиссии вездехода.
Во-первых, можно убрать раздаточную коробку и установить цепной редуктор, тогда уменьшится скорость, но цепи становятся дополнительным уязвимым местом вездехода, над которым нужно будет поработать.

придется укоротить раму, и сделать более сбалансированную развесовку передней части рамы.
Во-вторых, если оставить раздаточную коробку, то можно просто заменить редукторы на копеечные с передаточным числом 4.3. В таком случае мы тоже получаем уменьшение скорости, но не столь значительно как хотелось бы.

Касательно развесовки, есть возможность передний мост отрезать и задрать хвостовик выше, таким образом, чтобы практически вплотную сдвинуть конструкцию к раздаточной коробке, не совсем понятно только насчет уровня масла в редукторе и как это отразится на работе системы. Так же возможно стоит разобрать саму раздаточную коробку дабы уменьшить число пониженной передачи, однако это требует серьезного подхода к изучению технической документации.

Так же для укрепления узла поворота планируется установить парочку амортизаторов от зила:

Касательно разрушаемого элемента конструкции, то он был сделан таким образом: убран один болт, а край скручен на алюминиевую проволоку, благодаря чему при нагрузках будет просто выгибать тяги относительно друг друга. Так же довольно удобно регулировать силу нагрузки простым увеличением либо уменьшением количества витков проволоки.

Во время испытаний обломилась рулевая тяга, поэтому этот элемент тоже нуждается в доработке.
Например, установка насоса от рулевого ямз 236,238, так как он сразу изготовлен под профиль А, заместо нш-10.
Молчание знак согласия! Я действительно уверен что установка данных (похожих) агрегатов очень упростит вам жизнь. Заместо НШ-10 проще использовать насос от рулевого ЯМЗ 236,238 он сразу изготовлен под ремень профиль А (если не ошибаюсь)

Фотография нш-10, весом 2.5 килограмма:

Рулевая система весом 4 килограмма:

Гидравлический цилиндр весом 5-7 килограмм:

Так же планируется установка мостов на рессоры для снижения ударных нагрузок на саму конструкцию трансмиссии, что увеличит скорость и плавность хода вездехода. Возможна модификация шарнира путем замены поворотного кулака на три опоры и распорку, хотя узел сочленения рам вполне выдерживает нагрузку и оправдывает себя.

А вот с колесами действительно есть сложности.

Колеса получились очень тяжелые, с диском весят около 85 килограмм. К тому же нет центральной дорожки- вездеход потряхивает. Так что в будущем автор планирует заменить их другие более легкие.

Так же автор хочет убрать раздаточную коробку от нивы и установить цепной редуктор. Есть еще одна причина по которой автор желает избавиться от раздаточной коробки,это скорость вездехода. На первой пониженной передаче вездеход движется со скоростью примерно 5 километров в час, причем это на холостых оборотах двигателя. Это конечно терпимо, но все же для минимальной скорости слишком много, слишком большая нагрузка будет идти на мосты и сам двигатель при преодолении сложных препятствий.

Был построен для поездок на рыбалку, за ягодами и грибами. Автор старался использовать максимально доступные детали для экономии средств, чтобы вездеход был бюджетным. Вездеход строился автором вместе с отцом, который занимался всеми сварочными работами.

Материалы и агрегаты использованные для постройки этого вездехода:
1) мосты от автомобиля москвич 412
2) двигатель СЗД с принудительным воздушным охлаждением
3) поворотный кулак от Уаза
4) реверс редуктор от СЗД
5) дополнительный цепной редуктор
6) рулевое управление от м-41
7) колеса ви-3 облегченные
8) профильная труба
9) ступица от ваз 2108

Рассмотрим более подробно этапы строительства и основные узлы вездехода.

Для начала были сварены две полурамы размером 1600 на 700 из профильной трубы. мосты вездехода были установлены посередине. А так же был сделан узел перелома рам из поворотного кулака УАЗ по схеме Uvat.

Одновременно с этим продолжались работы над отдельными конструкциями вездехода. был изготовлен карданный вал, который передает вращение от редуктора к ступице ваз 2108, а затем через звездочку на карданный вал моста москвича.

Ниже видно как соединяется ступица с хвостовиком москвича.

Затем была установлена рулевая рейка от м-41. Рейка была установлена по схеме Uvat:

Тут показано каким образом была сращена рулевая тяга от Уаза и м-41:

Редуктора в мостах москвича были перевернуты, а так же был установлен редуктор от СЗД.

После того как были доделаны два передних колеса вездехода, автор решил установить крышу:

После завершения основных работ по трансмиссии вездехода, автор приступил к полевым испытаниям машины. после первых испытаний были выявлены некоторые недоработки конструкции вездехода. В частности они заключались в некорректной работе сцепления вездехода, а так же переключении передач. Поэтому автор занялся доработкой передачи от двигателя к коробке переключения передач и сцеплением. Для этого был заменен родной мотоциклетный трос сцепления, так как он выжимал слишком жестко, что не давало плавности переключения передач. Так же на вездеход была установлена выхлопная труба, дабы снизить шум машины.