Амортизатор автомобиля — для чего нужен и как работает
Основные нагрузки при движении авто в подвеске воспринимает на себя пружинистый элемент – рессора или винтовая пружина. За счет возможности изгибаться или сжиматься эти элементы принимают вертикальное движение колеса, которое оно получает от дорожного покрытия, предотвращая полную передачу этого движения на кузов или раму авто.
Однако в работе этих элементов имеется один серьезный недостаток – при работе на изгиб или сжатие, в них образуется инерционные колебательные движения, которые как раз на кузов и передаются, раскачивая его. При этом эти колебательные движения приводят к тому, что колесо теряет постоянный контакт с дорожным полотном, что сказывается на управляемости авто.
Чтобы убрать эти колебательные движения, в конструкцию подвески включены амортизаторы. В их задачу входит снижение инерции в пружинистых элементах за счет создания сопротивления, поглощающего данную энергию.
Внешне все амортизаторы очень схожи и представляют собой цилиндрический продолговатый герметичный корпус, из которого выходит шток, перемещающийся внутри его. В нижней части корпуса имеется крепежный элемент, которым амортизатор крепится к оси колес. В авто, использующих стойки МакФерсона, амортизатор помещен в саму стойку, а вот она уже прикрепляется к ступице колеса. Шток в верхней части тоже имеет крепежные элементы, которым он присоединен к кузову или раме авто.
А внутренняя конструкция отличается. Они бывают двухтрубными и однотрубными. Из-за конструктивных особенностей амортизаторы подразделяются на масляные и газовые. Существуют еще так называемые газомасляные, но они скорее — подвид масляных. Интересно, что в газовых тоже присутствует масло, которая является рабочей жидкостью амортизатора.
Двухтрубные амортизаторы. Конструкция, принцип действия
Двухтрубные амортизаторы производятся как масляные, так и газомасляные. Внутри такого корпуса установлен резервуар, который является рабочим цилиндром. Между корпусом и этим цилиндром имеется небольшое расстояние.
В нижней части цилиндра установлен перепускной клапан, который называется клапаном прямого хода. В этот цилиндр помещен шток с поршнем на конце. В поршне проделаны отверстия, которые являются клапаном обратного хода. Вся внутренняя полость рабочего цилиндра заполнена маслом.
Газовый и масляный амортизаторы
Работает этот амортизатор так: при движении колеса вверх, когда производится разгибание рессоры или сжатие пружины, шток начинает перемещаться вниз – при этом поршень давит на масло, часть его уходит через клапан прямого хода в пространство между стенками корпуса и рабочего цилиндра, а часть через клапан обратного хода переходит в надпоршневое пространство. Поскольку пропускная способность клапанов незначительная, то в подпоршневом пространстве создается избыточное давление, которое является противодействием инерции пружинистых элементов.
При возврате рессоры или пружины в исходное положение – происходит обратное действие – поршень движется вверх, часть масла переходит из надпоршневого пространства в подпоршневое, а часть возвращается из пространства между стенками. Таким образом гасятся все колебательные движения пружинистых элементов.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Видео: Monroe — двухтрубные амортизаторы.
В масляном амортизаторе все внутренние полости не полностью заполнены маслом, поскольку требуется определенное место для вытеснения масла при работе. То есть часть пространства заполняет воздух. В этом и кроется основной недостаток этих амортизаторов. Масло при работе нагревается, что приводит к снижению его вязкости, а затем и вспениванию масла. Эти эффекты связаны с тем, что охлаждение двухтрубного амортизатора затруднено, и приводят они к ухудшению его работы.
Частично данная проблема устранена в газомасляных амортизаторах. В них свободное пространство заполнено не воздухом, а газом (зачастую использую азот), причем он находится под давлением. Избыточное давление газа приводит к тому, что масло не может вспениться, но нагрев масла и потерю вязкости устранить так и не удалось.
Однотрубные амортизаторы. Конструкция и принцип действия
Конструкция однотрубных амортизаторов несколько отличается, и они все делаются газовыми. Особенностью их является отсутствие внутреннего рабочего цилиндра – корпус амортизатора им и является. Внутри на штоке так же имеется поршень, но на нем уже размещены оба клапана – и прямого и обратного хода.
Также в конструкцию входит еще один поршень-поплавок, ни с чем не связанный, в его задачу входит разделение масла и газа, который находится внизу цилиндра.
Вся верхняя полость до поршня поплавка заполнена маслом, а нижняя – газом, причем с высоким давлением.
Видео: Как определить разборный или нет амортизатор стойка
Работа данного амортизатора такова: при сжатии, когда колесо движется вверх, шток с поршнем движется вниз – часть масла перетекает в надпоршневое пространство, остаток же смещается вниз, толкая поршень-поплавок и газ сжимается. При движении колеса вниз – производится обратное действие.
Из-за отсутствия внутри дополнительного резервуара, в однотрубном амортизаторе охлаждение масла происходит более эффективно, а отсутствие свободного пространства, поскольку все оно до поршня-поплавка заполнено маслом, исключает вспенивание.
Но имеется и отрицательное качество в работе амортизатора такой конструкции – при возвратно-поступательном движении штока с поршнем, с постоянным воздействием масла на газ, которое заставляет его постоянно сжиматься и разжиматься, происходит нагрев газа, сопровождающееся увеличением его объема и как следствие – давления. В итоге при активной работе амортизатора жесткость его возрастает из-за увеличивающегося давления внутри амортизатора.
Основные неисправности амортизаторов
На какие элементы подвески влияют неисправные амортизаторы
Неисправностей амортизаторов не так уж и много, но все они приводят к тому, что данные элементы заменяются, поскольку они не ремонтопригодны.
Что касается масляных и газомасляных амортизаторов, то самой частой неисправностью в них является разгерметизация, вследствие которой часть масла выходит наружу. А из-за недостатка масла нарушается общая работоспособность, амортизатор уже не способен выполнять полностью свою функцию.
Вполне возможен и изгиб штока, в результате чего он заклинивает в одном из положений.
Ударные нагрузки, приводящие к появлению вмятин на корпусе, не всегда оказывает значительное влияние на работу двухтрубного амортизатора. Ведь между ним и рабочим цилиндром имеется расстояние, поэтому вмятина приводит лишь к уменьшению свободного пространства внутри.
А вот в однотрубном амортизаторе вмятина на корпусе является губительной. Она перекроет возможность поршню со штоком перемещаться – амортизатор заклинит и перестанет работать.
Также в однотрубном амортизаторе встречается и разгерметизация корпуса, которая приводит к нарушению работы.
Как проверить амортизатор?
Выявить выход из строя амортизатора вполне возможно и самому. Для начала нужно внимательно проверить его на наличие подтеков. Даже незначительные следы масла на поверхности будут указывать на разгерметизацию.
Если наблюдаются вмятины на корпусе масляного или газомасляного амортизатора, то еще не означает, что он вышел из строя, а вот изгиб штока будет сигнализировать о надобности в замене.
Выявить неработоспособность амортизатора можно и путем раскачивания кузова. Однако таким способом можно выявить только полную неисправность, частичное вытекание масла выявить раскачкой не удастся.
Проверяется амортизатор так: нужно с силой надавить на кузов авто со стороны проверяемого амортизатора, а затем отпустить. При исправном амортизаторе кузов сразу же станет в исходное положение, а вот если он неисправен, то кузов будет раскачиваться.
Самым же достоверным способом проверки состояния амортизатора является диагностика на специализированном стенде. Такая диагностика не только покажет состояние амортизаторов, она полностью оценит состояние подвески авто.
Амортизаторы в автомобильной подвеске: как они устроены и как их менять?
Все знают, что амортизатор смягчает удары при проезде неровностей. На самом деле, роль его в автомобильной подвеске несколько более специфическая – это демпфер, он предотвращает раскачивание автомобиля при наезде на препятствия. Сегодня изучим его типичную конструкцию, а заодно поменяем переднюю пару «амортов» на Chevrolet Lanos. Теперь вы будете знать, почему берут относительно немалые деньги за такую, казалось бы, несложную манипуляцию.
Для чего нужен амортизатор?
Д ля начала «отделим мух от котлет», то есть разберемся в ролях разных элементов подвески. На большинстве современных легковых автомобилей главные упругие элементы – это пружины. 30–40 лет назад эту роль, главным образом, выполняли рессоры, работая «по совместительству» и демпферами. Колебания успешно гасились за счет трения между листами рессор. Подробно касаться недостатков рессор и их типичных проблем не будем, посвятим им отдельный материал, а сейчас просто запомним об их существовании и вернемся к пружинам.
Они установлены между подвеской и кузовом автомобиля и предназначены для гашения ударов на кузов, приходящихся от дороги. Когда колесо накатывается на какое-нибудь препятствие, пружина сжимается, а кузов лишь немного и плавно перемещается вверх, колесо скатывается с препятствия – пружина выпрямляется.
Есть, однако, один неприятный момент. Возьмем для примера игрушку попрыгунчик – каучуковый шарик, который тоже можно отнести к упругим элементам. Ударьте его о землю и засеките время, пока он полностью не прекратит прыгать. Приблизительно также будет прыгать и Ваш автомобиль, если в конструкции его подвески будут только рычаги да пружины. И, в зависимости от жесткости пружин, подвеска будет либо каменная, либо мягкая, как вата, но в том и другом случае об управляемости автомобиля можно даже не вспоминать. Самым страшным для такой подвески является резонанс, при вхождении в который колебания могут разрушить отдельные элементы подвески и ее крепежа.
Проблему решили внедрением в конструкцию подвески амортизатора – элемента, который позволял перемещаться колесу относительно кузова, но исключал раскачку автомобиля. Изначально это были амортизаторы рычажного типа, которые, подобно рессорам, выполняли свою функцию за счет трения. Но не станем останавливаться на анахронизмах, рассмотрим только современные конструкции. На данный момент «мейнстрим» для легковых автомобилей – это телескопические гидравлические амортизаторы. Пневматические и гидропневматические системы, а также амортизаторы переменной жесткости в этот раз брать не будем – это темы для отдельных статей.
Работа телескопического амортизатора
Если максимально упростить, то описать работу амортизатора можно так: есть цилиндр, заполненный маслом, внутри цилиндра перемещается шток с поршнем. В этом поршне имеются клапаны, которые открываются только в одном направлении.
Когда поршень перемещается вниз, открываются одни клапаны и пропускают жидкость в полость над поршнем, если же поршень перемещается вверх, открываются другие клапаны, и жидкость перетекает в полость под поршнем. Гашение колебаний происходит за счет того, что масло не сжимается и имеет определенную вязкость.
Кстати, а зачем нужны вообще клапаны? Может, достаточно было бы отверстий? На самом деле, недостаточно. Одной из важных характеристик амортизатора – его величина жесткости на отбой и сжатие. Другими словами, это сопротивление на штоке амортизатора при его вдавливании или вытягивании из корпуса. Клапаны нужны, чтобы регулировать эту жесткость.
За счет разных пропускных характеристик клапанов вдавить шток амортизатора немного легче, чем вытянуть его из амортизатора. Сделано это с расчетом на то, что при наезде на препятствие необходимо не мешать колесу перемещаться вверх, чтобы исключить передачу удара от колеса на кузов. Клапаны в данном случае пропускают больше масла. Но если на пути большая яма, то колесо надо бы попридержать в «поджатом» состоянии, зачем спешить падать в нее? Потому клапаны на «роспуск» амортизатора пропускают меньше масла.
Еще раз: клапаны нужны, чтобы задать определенную жесткость амортизатора в разных направлениях его работы.
Типы конструкций
Конструктивно амортизаторы можно разделить на три основных вида: двухтрубные, двухтрубные с газовым подпором и однотрубные с газовым подпором. Первыми на автомобилях появились двухтрубные гидравлические амортизаторы. В них, как следует из названия, есть две трубы – полости, в одной из них (внутренней) находится поршень с вышеупомянутыми клапанами, другая (наружная) необходима для компенсации объема масла – она заполнена маслом лишь частично, остальное – воздух.
Во время работы амортизатора масло внутри нагревается до высоких температур, от этого расширяется, и, чтобы не выдавило уплотнители штока, жидкость перетекает в наружную полость.
Достоинств у такого типа амортизаторов немного: дешевизна и малое влияние на их работу от вмятин на корпусе. Еще стоит упомянуть хорошую плавность хода автомобиля и относительно малую жесткость таких амортизаторов.
К недостаткам относится перегрев рабочей жидкости, так как корпус – двойной, и охлаждение атмосферным воздухом затруднено. Из-за перегрева велика вероятность вспенивания масла и, как следствие, мгновенная потеря эффективности работы – амортизатор перестает выполнять свою функцию, и автомобиль становится плохо управляемым из-за раскачки.
Следующий минус – это большой вес двухтрубного амортизатора, а также строго определенное расположение при установке – если его перевернуть, вытечет рабочая жидкость. Вес амортизатора влияет на величину неподрессоренной массы (о том, что это такое, расскажем отдельно). Чем больше неподрессоренная масса, тем хуже плавность хода и управляемость автомобиля.
Небольшим усовершенствованием двухтрубных амортизаторов стало наполнение наружной полости газом с небольшим избыточным давлением. Таким образом снизили вероятность вспенивания, так как масло в этом случае «опирается» на газовую подушку.
Совсем другое дело – гидравлические однотрубные газонаполненные амортизаторы. Один цилиндр, заполненный маслом, поршень с односторонними клапанами и небольшая полость, заполненная газом и прикрытая поршнем.
Однотрубный амортизатор лишен всех недостатков двухтрубных. При интенсивной работе жидкость не перегревается, так как отделена от окружающей среды только одной стенкой цилиндра и отлично охлаждается. Также он легче и может устанавливаться хоть вверх, хоть вниз корпусом.
Но законы природы никуда не денешь: где-то выигрываешь, где-то проигрываешь. Поэтому достоинства двухтрубных амортизаторов стали недостатками однотрубных. Последние значительно дороже и весьма чувствительнее к механическим повреждениям корпуса, стало быть, эксплуатация с ними автомобиля пусть не так уж значительно, но дороже.
Установка амортизаторов
Способы установки амортизаторов не изменились с момента их внедрения в автомобили. Так, всегда их верхняя часть крепится к кузову автомобиля или раме, а нижняя – к элементу подвески, будь то рычаг или балка неразрезного моста. От этого и замена данного элемента в подавляющем большинстве случаев не доставляла трудностей: выкрутил нижний болт крепления, выкрутил верхний болт крепления, и все, амортизатор в руках.
С амортизаторами задних подвесок так все и осталось, а вот с передними все чуть сложнее. С появлением переднеприводных автомобилей возник вопрос, куда девать амортизатор, который в основном крепился к нижнему рычагу передней подвески и мешал установке приводного вала.
Основных решений этой задачи получилось два. Первый вариант – установка нижней части амортизатора на рычаг через П-образный кронштейн, внутри которого проходил приводной вал. Второй вариант – перенос амортизатора вместе с пружиной в пространство над верхним рычагом подвески. В таком случае нижняя часть амортизатора крепится к верхнему рычагу подвески, и называется вся эта конструкция именем американского инженера Эрла Стили МакФерсона.
МакФерсон разрабатывал этот принципиально новый на тот момент вид подвески для ультрабюджетного концепт-кара Chevrolet Cadet в 1930-е годы. На практике его удалось применить только после войны, уже на Ford Vedette 1948 года для французского рынка. Теперь, когда вы знаете эту короткую захватывающую историю и можете при случае блеснуть эрудицией, переходим к особенностям этой популярной до сих пор конструкции.
МакФерсон объединил амортизатор вместе с пружиной в одну амортизаторную стойку. В этой стойке верхняя часть имеет шарнир с подшипником и опирается на элемент кузова – стакан. Благодаря опорному подшипнику стойка может вращаться вокруг собственной оси. А если установить амортизаторную стойку под определенным углом, то можно задать траекторию перемещения колеса и углы его установки, как, например, развал, угол продольного и поперечного наклона оси поворота (что это, обязательно рассмотрим в будущих публикациях).
Получилось, что при такой установке стойки можно избавиться от направляющего верхнего рычага подвески, тем самым удешевив ее. Поворотный кулак в подвеске крепится к шаровой опоре нижнего рычага и к амортизаторной стойке, вращается вместе с ней же. Стойка стабилизатора поперечной устойчивости в данном случае может крепиться или к нижнему рычагу, или непосредственно к амортизаторной стойке.
Если рассмотреть способы крепления стойки к поворотному кулаку, то их несколько. Поворотный кулак может крепиться к кронштейну на корпусе стойки. Зачастую – двумя эксцентриковыми болтами с гайками, и они же являются элементами регулировки развала колес. Если развал колес заложен конструктивно, то регулировка не нужна, значит и закрепить стойку можно в кронштейне поворотного кулака. Кронштейн крепления в таком варианте представляет из себя проушину с разрезом, которая стягивается одним болтом. Самым простым вариантом является запрессовка корпуса стойки в поворотный кулак (как у нашего подопытного Chevrolet Lanos). Поставляется все это часто как одна деталь – в сборе c кулаком.
В список недостатков амортизаторной стойки типа МакФерсон можно отнести относительно небольшие ходы подвески и, как следствие, такая конструкция – большая редкость, если не исключение, на настоящих внедорожниках (впрочем, таких машин уже почти не осталось). А причина в том, что при максимальном сжатии пружины стойки очень сильно начинают изменяться углы установки колес, что влечет за собой серьезное ухудшение в управляемости автомобиля и приводит к чрезмерному износу шин.
Амортизаторные стойки могут быть с возможностью замены амортизатора и без нее. В первом варианте корпус стойки с опорой под пружину выполнен отдельно от амортизатора. Во втором – корпус амортизатора есть одновременно корпус стойки, и непосредственно на нем смонтирована нижняя опора пружины. Верхняя же опора пружины крепится к штоку амортизатора. Пружина сверху и снизу воздействует на опоры через резиновые подушки. На штоке амортизатора устанавливают упругий отбойник – резиновую или полиуретановую втулку, которая предотвращает удары деталей подвески при полном сжатии пружины.
Пружина в амортизаторной стойке всегда находится под натягом. Изначально сжатие необходимо для исключения люфтов и зазоров в сборке. Замена стойки на автомобиле – всегда маленькая радость для механика, так как по стоимости работ она довольно недешева.
Пример замены амортизаторов
Итак, перейдем в ремзону, где нас ждет Chevrolet Lanos с его передними разборными амортизационными стойками. Пружины мы оставляем старые, а вот амортизаторы – меняем. Хозяин автомобиля решил, что стандартные двухтрубные амортизаторы передней подвески слишком мягкие, и ему не хватает управляемости. Решением стала установка передних однотрубных газонаполненных амортизаторов.
Приступаем. Отворачиванием гайку крепления приводного вала к ступице колеса, после чего выкручиваем болты крепления и снимаем переднее колесо. Далее, для облегчения откручивания элементов крепления распыляем на соединения шаровой опоры рычага и шарнира наконечника рулевой тяги спасительную WD40.
Принцип работы амортизатора
Амортизатор автомобиля — для чего нужен и как работает
Основные нагрузки при движении авто в подвеске воспринимает на себя пружинистый элемент – рессора или винтовая пружина. За счет возможности изгибаться или сжиматься эти элементы принимают вертикальное движение колеса, которое оно получает от дорожного покрытия, предотвращая полную передачу этого движения на кузов или раму авто.
Однако в работе этих элементов имеется один серьезный недостаток – при работе на изгиб или сжатие, в них образуется инерционные колебательные движения, которые как раз на кузов и передаются, раскачивая его. При этом эти колебательные движения приводят к тому, что колесо теряет постоянный контакт с дорожным полотном, что сказывается на управляемости авто.
Чтобы убрать эти колебательные движения, в конструкцию подвески включены амортизаторы. В их задачу входит снижение инерции в пружинистых элементах за счет создания сопротивления, поглощающего данную энергию.
Внешне все амортизаторы очень схожи и представляют собой цилиндрический продолговатый герметичный корпус, из которого выходит шток, перемещающийся внутри его. В нижней части корпуса имеется крепежный элемент, которым амортизатор крепится к оси колес. В авто, использующих стойки МакФерсона, амортизатор помещен в саму стойку, а вот она уже прикрепляется к ступице колеса. Шток в верхней части тоже имеет крепежные элементы, которым он присоединен к кузову или раме авто.
А внутренняя конструкция отличается. Они бывают двухтрубными и однотрубными. Из-за конструктивных особенностей амортизаторы подразделяются на масляные и газовые. Существуют еще так называемые газомасляные, но они скорее — подвид масляных. Интересно, что в газовых тоже присутствует масло, которая является рабочей жидкостью амортизатора.
Двухтрубные амортизаторы. Конструкция, принцип действия
Двухтрубные амортизаторы производятся как масляные, так и газомасляные. Внутри такого корпуса установлен резервуар, который является рабочим цилиндром. Между корпусом и этим цилиндром имеется небольшое расстояние.
В нижней части цилиндра установлен перепускной клапан, который называется клапаном прямого хода. В этот цилиндр помещен шток с поршнем на конце. В поршне проделаны отверстия, которые являются клапаном обратного хода. Вся внутренняя полость рабочего цилиндра заполнена маслом.
Работает этот амортизатор так: при движении колеса вверх, когда производится разгибание рессоры или сжатие пружины, шток начинает перемещаться вниз – при этом поршень давит на масло, часть его уходит через клапан прямого хода в пространство между стенками корпуса и рабочего цилиндра, а часть через клапан обратного хода переходит в надпоршневое пространство. Поскольку пропускная способность клапанов незначительная, то в подпоршневом пространстве создается избыточное давление, которое является противодействием инерции пружинистых элементов.
При возврате рессоры или пружины в исходное положение – происходит обратное действие – поршень движется вверх, часть масла переходит из надпоршневого пространства в подпоршневое, а часть возвращается из пространства между стенками. Таким образом гасятся все колебательные движения пружинистых элементов.
В масляном амортизаторе все внутренние полости не полностью заполнены маслом, поскольку требуется определенное место для вытеснения масла при работе. То есть часть пространства заполняет воздух. В этом и кроется основной недостаток этих амортизаторов. Масло при работе нагревается, что приводит к снижению его вязкости, а затем и вспениванию масла. Эти эффекты связаны с тем, что охлаждение двухтрубного амортизатора затруднено, и приводят они к ухудшению его работы.
Частично данная проблема устранена в газомасляных амортизаторах. В них свободное пространство заполнено не воздухом, а газом (зачастую использую азот), причем он находится под давлением. Избыточное давление газа приводит к тому, что масло не может вспениться, но нагрев масла и потерю вязкости устранить так и не удалось.
Однотрубные амортизаторы. Конструкция и принцип действия
Конструкция однотрубных амортизаторов несколько отличается, и они все делаются газовыми. Особенностью их является отсутствие внутреннего рабочего цилиндра – корпус амортизатора им и является. Внутри на штоке так же имеется поршень, но на нем уже размещены оба клапана – и прямого и обратного хода.
Также в конструкцию входит еще один поршень-поплавок, ни с чем не связанный, в его задачу входит разделение масла и газа, который находится внизу цилиндра.
Вся верхняя полость до поршня поплавка заполнена маслом, а нижняя – газом, причем с высоким давлением.
Видео: Как определить разборный или нет амортизатор стойка
Работа данного амортизатора такова: при сжатии, когда колесо движется вверх, шток с поршнем движется вниз – часть масла перетекает в надпоршневое пространство, остаток же смещается вниз, толкая поршень-поплавок и газ сжимается. При движении колеса вниз – производится обратное действие.
Из-за отсутствия внутри дополнительного резервуара, в однотрубном амортизаторе охлаждение масла происходит более эффективно, а отсутствие свободного пространства, поскольку все оно до поршня-поплавка заполнено маслом, исключает вспенивание.
Но имеется и отрицательное качество в работе амортизатора такой конструкции – при возвратно-поступательном движении штока с поршнем, с постоянным воздействием масла на газ, которое заставляет его постоянно сжиматься и разжиматься, происходит нагрев газа, сопровождающееся увеличением его объема и как следствие – давления. В итоге при активной работе амортизатора жесткость его возрастает из-за увеличивающегося давления внутри амортизатора.
Принцип работы передних стоек
Амортизационная конструкция автомобиля состоит из пружины и амортизатора.
Пружина
Пружина — это деталь, которая гасит колебания, вибрацию путям сжимания и разжимания длины конструкции.
Материал пружины должен соответствовать значениям определенных допустимых колебаний.
Один конец пружины устанавливают в посадочное место для нее — чаша стойки. Второй конец упирается в пятачок кузова авто. А между кузовов и пружиной устанавливается резиновая проставка.
Амортизатор
Стойка или амортизатор — это сложное устройство, которое состоит из нескольких деталей.
Особенности стойки:
Амортизатор служит буферным элементом. Он должен гасить удары пружины. В амортизаторе должно быть создано давление, которое может поглощать энергию ударов пружины. Снижение давления происходит за счет клапана на поршне. Клапан автоматический открывается и закрывается в зависимости от частоты и силы колебаний.
Гидравлический телескопический амортизатор
Гидравлические телескопические амортизаторы отличаются тем, что конструктивно они выполняются в виде двухтрубных, а в качестве рабочего тела используют только жидкости.
На рис. 1 показана типовая конструкция телескопического амортизатора, применяемого на отечественных автомобилях.
Поршень 14 через шток 18 и верхнюю проушину 1 соединен с несущей системой (рамой или кузовом) автомобиля. Труба 16, в которой закреплен цилиндр 17, соединена с колесом через нижнюю проушину 1.Поршень 14 делит рабочее пространство цилиндра 17 на две полости. В верхней части шток 18 перемещается в направляющей втулке и уплотнен уплотнительной манжетой, расположенной в обойме 3. Уплотнение прижимается специальной гайкой по резьбе трубы 16 к направляющей втулке, а так прижимается к цилиндру 17.Таким образом, амортизатор имеет три полости: в цилиндре над поршнем, под поршнем, а также между цилиндром 17 и трубой 16.
В нижней части рабочего цилиндра расположен корпус, в котором установлены впускной клапан 9 и клапан сжатия 10, прижатый пружиной 11. Эти клапаны закрывают отверстия 13 и 12, расположенные в корпусе.
Кожух 2 защищает шток 18 от грязи и повреждений. Во время хода сжатия рессоры (или пружины) поршень амортизатора движется вниз. При этом основная часть рабочей жидкости через перепускной клапан 5 со слабой пружиной перетекает в полость над поршнем, встречая незначительное сопротивление со стороны клапана. Другая часть жидкости переходит в кольцевую компенсационную полость между цилиндром 17 и трубой 16.
При резком сжатии амортизатора дополнительно открывается разгрузочный клапан 10, вследствие чего уменьшается нарастание сопротивления перетеканию жидкости в компенсационную полость.
Усилие пружины 11 клапана сжатия создает необходимое сопротивление амортизатора, в следствие чего частота и амплитуда колебаний подвески и подрессоренных масс автомобиля снижается.
При перемещении штока рабочая жидкость, частично просачиваясь через зазор между направляющей втулкой и штоком, поступает через отверстие 19 в полость между цилиндром 17 и трубой 16, разгружая тем самым уплотнительную муфту от действия высокого давления рабочей жидкости.
Таким образом, сопротивление сжатию определяется сопротивлением перетекания рабочей жидкости в компенсационную полость.
При ходе отбоя, когда поршень перемещается вверх, рабочая жидкость перетекает в нижнюю полость через каналы в поршне и калиброванное отверстие в клапане 7. В это же время жидкость через отверстия, преодолевая сопротивление впускного клапана 9, поступает в цилиндр 17.
При резком отбое перетекание жидкости дополнительно обеспечивается открытием разгрузочного клапана 7. Существенную роль в надежной работе амортизатора играет узел уплотнения штока 18.
В качестве рабочей жидкости в гидравлических телескопических амортизаторах применяются амортизаторные жидкости АЖ-12Т, МГП-10, МГП-12 или смеси трансформаторного и турбинного масла.Основные требования, предъявляемые к амортизаторным жидкостям – хорошие противопенные свойства, и малая зависимость вязкости от температуры.
Газонаполненный амортизатор
Газонаполненные амортизаторы, в отличие от гидравлических, конструктивно выполняются однотрубными. Если в гидравлическом двухтрубном амортизаторе рабочая жидкость находится в непосредственном контакте с воздухом, то в газонаполненном амортизаторе (рис. 2) рабочая жидкость изолирована от воздуха плавающим поршнем 8 с уплотнителем 9. Таким образом, корпус 7 в нижней части заполнен рабочей жидкостью 5, а в верхней части – газом 6.Давление газа в верхней полости – 0,6…0,8 МПа.
Иногда газонаполненные амортизаторы называют газовыми, что не совсем правильно, поскольку основным рабочим телом в них является не газ, а жидкость. Сжатие газа в таких амортизаторах направлено лишь на компенсацию объема цилиндра, который вытесняется поршневым штоком. В качестве газа для газонаполненных амортизаторов чаще всего используется нейтральный азот, который закачивается под давлением.
Поршень 12 закреплен на штоке гайкой 10. В поршне выполнены каналы 11 переменного сечения, а на его цилиндрической поверхности имеются щели. Каналы 11 перекрыты дисками 13, соприкасающимися с шайбой 15, образуя клапан.Герметичность штока и корпуса обеспечивается уплотнительным узлом, в который входят резиновая шайба 3, уплотнительная манжета 1, направляющая 17 штока, фасонная шайба 4 и запорное кольцо 2.
Жидкость под давлением омывает резиновую шайбу 3 и уплотнительную манжету 1 и прижимает их к корпусу 7 и штоку 16.
При ходе сжатия (рис. 2, б) под давлением над поршнем диски 13 отжимаются от шайбы 15, и рабочая жидкость через звездообразные вырезы в дроссельной шайбе перетекает в надпоршневую полость.
При малых скоростях перемещения поршня диски 13 занимают первоначальное положение, и рабочая жидкость проходит в основном через зазор между поршнем и цилиндром. Таким образом, один клапан работает попеременно на сжатие и на отбой.
При резких перемещениях поршня гашение происходит в основном за счет газовой подушки. Так, при ходе сжатия плавающий поршень 8 сжимает газ 6 и компенсирует изменение объема рабочей жидкости в рабочей полости амортизатора из-за входа в нее штока.При ходе отбоя давление сжатого газа перемещает плавающий поршень 8 вниз, компенсируя изменение объема рабочей жидкости вследствие выхода штока 16 из цилиндра амортизатора.
Рабочие жидкости, применяемые в качестве рабочего тела в газонаполненных амортизаторах, аналогичны жидкостям, применяемым в гидравлических телескопических амортизаторах.
Однотрубные амортизаторы
Данная конструкция является базовой для современных А. Такой амортизатор состоит из одной-единственной колбы, одновременно выполняющей роль и рабочей емкости для поршня, и корпуса. Она может быть гидравлической (масляной) или гидропневматической (газомасляной). Последнюю модификацию также называют комбинированной. Принцип работы масляного А достаточно прост. Имеется рабочий цилиндр, наполненный маслом (гидравлической жидкостью). В нем движется поршень со специальными калиброванными клапанами, точнее с их системой, имеющей характеристики, специально подобранные под подвеску определенной модели автомобиля.
Динамика работы такого амортизатора выглядит следующим образом:
Причем для исправности амортизатора клапан, функционирующий на сжатие, должен пропускать больше гидравлической жидкости, чем обратный клапан, срабатывающий на отбой. Таким образом, при открытых клапанах поршня жесткость амортизаторов уменьшается.
Комбинированные амортизаторы
Управляемые и магнитные амортизаторы
Ведущие производители амортизаторов достаточно оригинально пытаются разрешить техническую задачу регулируемости таких устройств. Американо-бельгийская компания MONROE изготовила на стенках рабочего цилиндра однотрубного А специальные регулировочные бороздки, используемые для настройки на спокойную или активную езду. Японская компания KYA в нижней части однотрубного с выносным резервуаром А в обход поршня вмонтировала отдельный регулировочный клапан. Немецкий концерн ZF создал свой управляемый амортизатор «Опель-Астра», используя двухтрубную газо-масленную конструкцию. Два электромагнитных клапана в нижней части амортизатора и в поршне регулируются специальным процессором, отслеживающим параметры колес, руля, подвески.
Еще более перспективен новый, так называемый магнитный амортизатор «Шевроле», установленный в прошлом году на модели Chevrolet Corvette. Это совместная перспективная разработка автоконцерна и корпорации Delphi. Используемая в них вместо масла магнитореологическая жидкость способна с высокой частотой (до 1000 раз в секунду) изменять свою вязкость под действием электромагнитного поля. При этом принципиально не используется клапанная система: демпфирование производится исключительно за счет магнитореологического эффекта. Подобная конструкция весьма перспективна: нет потребности в поперечных стабилизаторах, упрощается устройство самого А, а также появляются впечатляющие возможности для контроля и управления жесткостью подвески.
Диагностика амортизаторов
Когда следует производить замену
Для водителя существуют первые признаки, указывающие на износ амортизаторов. Назовем их: