Амортизаторы в подвеске автомобиля — конструкция и принцип работы
Содержание
История появления амортизатора
Кузова первых «самодвижущихся колясок» изготавливались в каретных мастерских, и рессоры, непременные детали комфортабельного конного экипажа, перекочевали на новый вид транспорта.
Межлистовое трение, ярко выраженное в плоских многолистовых рессорах, препятствует резонансным колебаниям кузова, и при достаточно медленном передвижении этого эффекта вполне хватало для удобства управления и комфорта пассажиров.
По мере увеличения скоростей движения автомобилей появилась необходимость компенсировать быструю реакцию упругих элементов ходовой части, уменьшить ударные нагрузки при обратном ходе колёс и обеспечить их постоянную связь с дорогой.
Простейшим решением было добавление в конструкцию ходовой части коленчатых рычагов с фрикционными дисками в шарнирах.
Фрикционные демпфирующие устройства прослужили вплоть до 50-х годов прошлого века. Быстрый износ и трудности восстановления деталей трения фрикционных демпферов, большие их габариты, сложность совмещения с появившимися взамен рессор пружинами — всё это заставило конструкторов и производителей искать другие способы демпфирования в массовых автомобилях.
К этому времени практически на всех спортивных и гоночных машинах уже использовались гидравлические амортизаторы, перекочевавшие туда из конструкции самолётных шасси.
Назначение амортизаторов
Совместно работая с рессорами, пружинами или другими упругими элементами, демпфирующее устройство решает важные задачи:
- Замедляет и растягивает во времени резкие деформации упругих элементов.
- Поглощает часть вертикальных нагрузок, передающихся на раму (кузов) машины.
- Препятствует появлению резонансных колебаний.
- Поддерживает постоянный контакт колёс с дорогой.
От исправности амортизаторов непосредственно зависит плавность движения машины и её управляемость на сложных участках дорог.
Принцип действия и конструкция
Вертикальные усилия, возникающие в подвеске, через шток передаются на поршень, продольно перемещающийся в цилиндре, заполненном рабочей средой. Поршень воздействует на рабочую среду и вынуждает её уменьшаться в объёме. После снятия нагрузки, упругие элементы подвески возвращаются в прежнее положение, увлекая за собой шток с поршнем, и рабочая среда принимает прежний объём.
Корпус амортизатора закрыт цилиндрическим кожухом, закреплённым на штоке и служащим для защиты от грязи и механических повреждений.
В ходовой части автомобиля амортизатор штоком соединяется с рамой (кузовом) машины, нижняя часть закрепляется на рычаге подвески или на мосту. В точках крепления установлены резинометаллические шарниры.
Выполняя функции демпфера, амортизатор одновременно служит ограничителем хода подвески, поэтому на штоке устанавливается буфер отбоя.
По типу рабочей жидкости (среды) все конструкции можно разделить на:
- Гидравлические (масляные);
- Газовые (газонаполненные);
- Газогидравлические (газомасляные).
Гидравлические (масляные)
При сжимающих нагрузках на шток масло перетекает из полости под поршнем в штоковую полость через калиброванные отверстия, снабжённые перепускными клапанами прямого и обратного хода. Клапаны замедляют скорость изменения объёма жидкости и соответственно, скорость движения поршня.
Значительная часть сжимающих и растягивающих нагрузок расходуется на перекачивание масла, скорость перемещения поршня ограничивается вязкостью рабочей среды.
Газовые (газонаполненные)
Отличаются от масляных тем, что после заполненной маслом поршневой полости в рабочем цилиндре расположена камера со сжатым газом (азотом), отделённая от масла плавающим поршнем. Давление азота достигает 30 МПа.
Продольные усилия, действующие на шток, маслом передаются на плавающий поршень, который изменяет объём газовой камеры.
Газогидравлические (газомасляные)
Свободный от масла объём заполнен азотом под давлением от 2 до 8 МПа. При ходе сжатия поршень через клапаны вытесняет масло, сжимая азот. При ходе отбоя масло давлением азота возвращается в поршневую полость.
По внутреннему устройству различают
- Двухтрубные.
- Однотрубные.
Правильнее было бы называть одно- и двухцилиндровыми, но данная терминология применяется, чтобы избежать двоякого смысла в описаниях конструкций демпфирующих устройств и двигателей внутреннего сгорания.
Двухтрубные
Корпус состоит из двух соосных цилиндров — внутреннего рабочего, в котором размещены шток и поршень и внешнего, называемого резервуаром.
Вытесняемое при ходе сжатия масло перекачивается в штоковую полость рабочего цилиндра и одновременно вытесняется в цилиндр-резервуар.
Все масляные и газомасляные амортизаторы двухтрубной конструкции.
Однотрубные
Все однотрубные амортизаторы — газонаполненные. В общем корпусе, одновременно являющимся рабочим цилиндром, размещены шток с поршнем, масляная и газовая камеры, разделённые плавающим поршнем.
Наиболее массовый на сегодня тип амортизатора.
Достоинства и недостатки
Двухтрубные:
- простота конструкции и невысокая стоимость;
- небольшая длина;
- малое внутреннее давление и небольшие утечки масла.
- мягкое демпфирование нагрузок;
- устойчивость к механическим повреждениям.
По законам термодинамики, все жидкости, с большой скоростью протекая через небольшие отверстия, нагреваются и теряют вязкость. Масло, к тому же, способно при нагреве вспениваться.
Потеря рабочих свойств в результате снижения вязкости масла и превращения его после долгой езды в газомасляную пену — главный недостаток двухтрубных конструкций.
Однотрубные:
- хорошее демпфирование и стабильность характеристик;
- более долгий срок службы;
- улучшенное охлаждение;
- возможность установки штоком вниз.
Газонаполненные однотрубные устройства более устойчивы к повышению температуры и пенообразованию рабочей жидкости и без ущерба выдерживают длительные нагрузки.
Недостатки:
- большие габариты по длине;
- малая стойкость к повреждениям корпуса;
- значительная стоимость.
Регулируемые (адаптивные) устройства
С ручными регулировками.
Оборудованы дополнительными клапанами и набором обводных трубок. Позволяют настраивать характеристики устройства в зависимости от положения поршня.
С управляемыми клапанами.
Устройства с регулировкой демпфирующих свойств и усилий сжатия-отбоя путём изменения сечения клапанов прямого и обратного хода.
Двухтрубные, рабочий цилиндр сообщается с резервуаром через электромагнитные клапаны, управляемые электронным блоком.
Гидравлическое сопротивление перетеканию жидкости и, соответственно, жёсткость устройства зависит от величины открытия-закрытия клапанов.
С магнитореологической жидкостью.
Рабочий цилиндр заполнен суспензией масла и мельчайшего магнитного порошка. Вязкость суспензии изменяется за доли секунды и зависит от напряжённости магнитного поля, создаваемого кольцевыми электромагнитами, встроенными в поршень.
Преимущества адаптивных устройств — возможность изменения свойств подвески в соответствии с условиями движения.
Главный недостаток: высокая стоимость.
Спортивные
Сконструированы для работы с высокими нагрузками. Рабочая жидкость температурно стабильна и не теряет вязкости при нагреве. Для поддержания постоянного сцепления колёс с дорогой имеют повышенное усилие на сжатие и короткое время отбоя, что обеспечивает постоянное сцепление колёс с дорогой и хорошую управляемость на виражах.
Срок службы и неисправности
«Живучесть» амортизаторов, при средних условиях эксплуатации, около 100–125 тыс. км пробега. Передние амортизаторы служат меньше, чем задние.
Признаки неисправностей демпфирующих устройств выделить из комплекса других изъянов изношенной ходовой части затруднительно. Устройства сами по себе достаточно надёжны, с медленным проявлением и возрастанием дефектов, поэтому владелец может долгое время не замечать ухудшения их работы.
Износ и разрушение упругих втулок (вкладышей) и сайлентблоков в узлах крепления — самая распространённая проблема на наших дорогах. Исправляется обычной заменой деталей.
Внезапный выход из строя — явление достаточно редкое, чаще всего это обрыв проушин крепления наружного корпуса.
Скрытые проблемы — износ уплотнений, утечку жидкостей и газов — при общей диагностике автомобиля найти трудно. Необходимо демонтировать «подозрительный» узел и проверить его работоспособность на сжатие и отбой.
В масляных и газомасляных конструкциях утечки и износом уплотнений, выявляются по подтёкам масла на наружной поверхности и появлению свободного хода штока при перемещении его в крайние положения.
В эпоху массового применения масляных амортизаторов их ремонт заключался в замене манжет, пружин и клапанов поршней и обновлении рабочей жидкости.
Ремонт и восстановление современных газовых, газомасляных, регулируемых и адаптивных конструкций практически невозможен. При выходе из строя они заменяются в сборе.
После ремонта (замены) узлов передней подвески необходима проверка и регулировка развала, схождения и других углов установки колёс.
