Амортизаторы легковых автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1.Разновидности амортизаторов

Наиболее корректно амортизаторы можно разделить нагидравлические и газо-гидравлические. Разделяют такжеодно- и двухтрубные.

1.1 Двухтрубный амортизатор

1.1.1 Двухтрубный масляный (гидравлический) амортизатор

Гидравлический двухтрубный амортизатор является самым простым, самым дешевым и, к сожалению, самым нестабильным. Двухтрубный амортизатор состоит из следующих компонентов:

цилиндрический корпус (резервуар);

рабочий цилиндр;

клапан прямого хода (сжатия) встроенный в рабочий цилиндр; поршень;

клапан обратного хода (отбоя) встроенный в поршень;

шток;

кожух.

Рисунок1 - Схема двухтрубного гидравлического амортизатора

Рабочий цилиндр E (рис.1.) расположен в корпусе амортизатора, который служит одновременно резервуаром и наполнен определенным количеством масла. ПоршеньD соединен со штоком и располагается в рабочем цилиндре. Принцип работы такого амортизатора весьма прост. При работе на сжатие, поршень со штокомA движется вниз и вытесняет масло через клапан прямого ходаF из рабочего цилиндра в корпус амортизатораC. При этом воздух, который находится в верхней части резервуара, немного сжимается. При работе на отбой, поршень движется в обратном направлении и через клапан обратного хода перепускает масло из корпуса в рабочий цилиндр. Как видно, ни конструкция, ни принцип работы не вызывают вопросов - все предельно просто. Но не может быть все одновременно просто и эффективно.

Достоинства:

Относительная простота изготовления и ремонта

Приемлемые рабочие характеристики (в том числе надёжность) для большинства применений в транспорте

Отсутствие выступающих деталей - может устанавливаться внутри пружины подвески

Недостатки:

Рабочая площадь (сечение основного цилиндра) у двухтрубных амортизаторов меньше, чем у однотрубных, что существенно уменьшает эффективность его работы при небольших смещениях штока.

Должен устанавливаться корпусом вниз (штоком вверх), что ухудшает характеристики подвески (увеличение неподрессоренных масс)

Двухтрубный амортизатор весьма чувствителен к своему расположению - при углах установки, превышающих 45 градусов, находящийся в компенсационной камере воздух может попасть в основной цилиндр и нарушить работу амортизатора.

При сильных нагрузках (пересечённые местности, спорт) при работе жидкость сильно греется и может вспениться или смешаться с компенсационным газом, что сильно ухудшит демпфирование, а это опасно).

Бороться с этим никак нельзя, но бывалые автолюбители очень часто пытаются избавиться от аэрации, путем заполнения нового амортизатора маслом что называется «под завязку». Конечно же, это в корне неправильно и лишнее масло определенно отыщет путь на волю, что приведет к преждевременному выходу из строя амортизатора. Аэрация - это болезнь масляных амортизаторов и с этим остается только смириться.

1.1.2 Двухтрубный газо-масленый амортизатор

Такие амортизаторы, как правило, и называют «газо-масляными» или комбинированные. Никаких конструктивных отличий от простого гидравлического амортизатора нет. Разница состоит лишь в том, что в полость корпуса амортизатора закачивается газ (чаще азот) вместо воздуха под давлением до 3-5 атмосфер. Газ является своеобразным аккумулятором давления и препятствует вспениванию масла. Но проблема нагрева и как следствие - разжижения масла остается неизменной. Покупая в магазине газонаполненный амортизатор, его очень легко отличить от гидравлического. Шток газонаполненного амортизатора постоянно стремится выйти наружу.

1.2 Однотрубный газовый амортизатор

Рисунок 2 - Схема двухтрубного газо-масленого амортизатора.

Это и есть те самые «газовые» амортизаторы, которые всегда в особом почете у всех водителей. Но и в них имеется все тоже масло, которое правда не контактирует с газом. Конструкция однотрубного амортизатора несколько отличается от старшего собрата и включает в себя следующие компоненты (рис.2):

корпус амортизатораC;

шток A;

поршеньB, соединенный со штоком и оснащенный двумя клапанами - прямого и обратного хода;

поршень-поплавокE, отделяющий масло от газа.

Различия налицо - в этом амортизаторе отсутствует рабочая камера, потому как ее роль исполняет корпус. Однотрубный амортизатор делится на две камеры при помощи поршня-поплавка. В нижней части закачан все тот же азот, но уже под большим давлением (5 атмосфер),а верхняя часть заполнена маслом, в котором и перемещается основной поршень со штоком. Так как рабочая камера была исключена из конструкции, то клапан прямого хода расположился на поршне рядом с клапаном отбоя.

Однотрубная конструкция позволила значительно увеличить объем масла и газа при этом, не меняя размеров самого амортизатора. Данное усовершенствование помогло избавиться от нагрева, а разделение газа и масла избавило от вспенивания последнего. Но данный тип амортизатора, конечно же, имеет некоторые недостатки. Жесткость амортизатора изменяется в зависимости от нагрева газа - чем горячее газ, тем жестче подвеска.

Достоинства:

Данная конструкция является практически самой эффективной

Такие амортизаторы не боятся наклонов и могут устанавливаться штоком вниз, что улучшает характеристики подвески за счет снижения неподрессоренных масс.

Его характеристики очень стабильны: за счет того, что компенсационный газ отделен от жидкости плавающим поршнем; за счет высокого давления газа и как следствие жидкости которое значительно отсрочивает момент вспенивания жидкости;

Стенка рабочего цилиндра имеет непосредственный контакт с воздухом, что улучшает охлаждение жидкости;

Поршень и цилиндр имеет большой диаметр, а жидкость большой объем - это увеличивает теплоемкость системы.

Недостатки:

Если компенсационная камера находится прямо в рабочем цилиндре, то данный амортизатор имеет меньший ход по сравнению с двухтрубной конструкцией при одинаковых внешних размерах; Вынесение компенсационной камеры в отдельный элемент может создавать проблемы размещения амортизатора в подвеске

Высокое давление в амортизаторе создаёт значительную выталкивающую силу на шток (десятки килограмм), что может требовать замены пружин подвески;

Данный амортизатор очень критичен к повреждению (вмятинам)на внешней стенке цилиндра, это приведет к заклиниванию поршня и полному выходу из строя в то время как двухтрубный амортизатор даже не заметит вмятины;

Однотрубник сложней в изготовлении чем двух трубный и как следствие дороже.

Газовые амортизаторы с высоким давлением не так подвержены вспениванию масла, потому что в них используется давление газа (от 7 до 30 атмосфер) внутри корпуса амортизатора, что предотвращает образование пузырей в амортизаторном масле. Азот не смешивается с амортизаторным маслом - он предотвращает разделение молекул азота и формирование пузырей.Газовые амортизаторы незаслуженно обвиняют в том, что они жестче обычных, но они могут быть настроены на такую же ровную езду, как и обычные амортизаторы, но к тому же обеспечивая демпфирование несравнимое с обычным амортизатором.

1.3 Регулируемые амортизаторы

Из последних новинок можно отметить весьма интересный амортизатор представленный концерном GeneralMotors. Конструкция этого амортизатора практически ничем не отличается от стандартного однотрубного, но вместо масла он заполнен особой жидкостью, содержащей магнитные частицы.Уникальность данной жидкости состоит в том, что она под воздействием магнитного поля, генерируемого электромагнитами способна изменять вязкость.Причем вязкость меняется за доли секунды, что позволяет подвеске мгновенно подстраиваться под особенности дорожного покрытия. Новый амортизатор успешно прошел ряд тестов и уже устанавливается на ChevroletCorvette и CadillacSeville. Вполне возможно, что за такими амортизаторами стоит будущее, потому как конструкция предельно проста и одновременно весьма эффективна. Недостатком является лишь слишком высокая стоимость жидкости но, как известно, все новые разработки вначале были недоступны рядовому потребителю.Регулируемые амортизаторы такого типа применяются в автомобилях Ауди и многих других.

Второй тип регулируемого амортизатора изменяет свои характеристики благодаря электромагнитным перепускным клапанам. Электроника авто в определенной последовательности закрывает и открывает эти перепускные клапаны, и в итоге, переключается режим работы амортизатора. Среди иностранных производителей, активно применяющих этот вид амортизаторов, следует отметить BMW и Volvo.

Самарское НПП «Система технологий» готовит в серию свою новую разработку - подвеску SS20 с регулируемыми амортизаторами.

1 - шток; 2 - гидроцилиндр; 3 - резервуар; 4 - перепускной клапан; 5 - поршень; 6 - клапан сжатия; 7 - клапан регулирования; 8 - мембрана; 9 - корпус клапана регулирования; 10 - клапан отбоя.

Рисунок 3 - Схема регулируемого амортизатора

Конструкция регулируемого амортизатора двухтрубная, но есть в нем и третья труба, образующая вокруг внутренней дополнительный резервуар.Эта труба - корпус клапана регулирования. При ходе отбоя (поршень 1 идет вверх) жидкость из надпоршневого пространства перетекает через клапан отбоя 10 в подпоршневое, и через отверстие в верхней части гидроцилиндра 2 и клапан регулирования 7 в резервуар 3. Изменение суммарного усилия отбоя регулируется изменением силы прижима клапана 7. К нему через мембрану 8 подается управляющий сигнал в виде давления, которое мы и задаем.

За давлением следит электроника, управляющая небольшой насосной станцией. Хотим «помягче» - поворачиваем ручки до упора влево. Насос выключен, сигнал нулевой, и амортизатор работает в штатном заводском режиме «стандарт». Первый щелчок вперед - включается режим «комфорт». Давление немного поджимает клапан, и усилие отбоя возрастает на 30%. Следующее положение - «шоссе», или плюс 80% к усилию отбоя. И наконец, «спорт» - дополнительные 150%.

1 - зона регулирования; 2 - клапанный режим; 3 - дроссельный режим.

Рисунок 4 - Зависимость силы сопротивления амортизатора от скорости перемещения штока

1.4 Амортизатор с резервуаром

Рисунок 5 - Схема амортизатора с резервуаром.

Все амортизаторы нуждаются в некоторой мертвой воздушной зоне, позволяющей им работать должным образом. В обычном амортизаторе это значит, что вверху амортизатора должно быть воздушное пространство или должна использоваться двухтрубная конструкция, допускающая расширение. Амортизаторы с резервуаром также нуждаются в мертвой зоне, но в них корпус амортизатора может оставаться всегда заполненным маслом, так как мертвая зона находится в резервуаре, отделенном от масла свободным поршнем.

Резервуар выглядит как второй корпус амортизатора, соединенный с амортизатором с помощью резинового шланга или металлической трубы. Амортизаторное масло перекачивается туда и обратно между амортизатором и резервуаром при движении поршня вверх или вниз. Если воздушное пространство и масло никогда не смешиваются, амортизатор будет работать гораздо лучше и обеспечит достаточное демпфирование вне зависимости от поверхности, так как в нем отсутствует вспенивание.

1.5Байпасный амортизатор

Байпасные амортизаторы являются совершенными в демпфировании энергии. В обычных амортизаторах используются клапаны в головке поршня амортизатора для определения уровня демпфирования и характеристик амортизатора. Байпасные амортизаторы действуют таким же образом, но в них также используются внешние дозирующие клапаны, которые полностью настраиваются гаечным ключом на демпфирование при сжатии и отбое.

Рисунок 6 - Схема байпасного амортизатора.

При движении поршня амортизатора вверх клапан сжатия в поршне не является основным источником демпфирования. А именно: масло прогоняется через внешнюю обводную трубу (или трубы) и обратно под поршень со скоростью, контролируемой с помощью внешнего обратного клапана.Байпасный амортизатор работает таким же образом при демпфировании отбоя с внешней трубой, позволяющей маслу амортизатора течь в обратном направлении. Часто как для сжатия, так и для отбоя добавляются различные трубы с целью создания амортизатора с практически “магическими” демпфирующими характеристиками.

Еще один секрет успешной работы байпасных амортизаторов - это тот факт, что они являются чувствительными к размещению, а не только чувствительными к скорости, как обычные амортизаторы. Это значит, что байпасные амортизаторы могут использовать клапаны изначально малого сопротивления (благодаря внешним настройкам), чтобы гасить мелкие неровности для комфортной езды. Они становятся все жестче при достижении поршнем точки, при которой они работают как внешние гидравлические гасители колебаний, если клапан в действующем поршне амортизатора настроен на данное действие.

1.6 Возможные варианты креплений амортизаторов к подвеске и кузову автомобиля

Рисунок 7. - Варианты креплений амортизаторов к подвеске и кузову автомобиля.

Рисунок 8. -Варианты креплений амортизаторов к подвеске и кузову автомобиля на примере амортизаторов фирмы «Gabriel».

амортизатор подвеска автомобиль

2. Режимы и характеристики амортизаторов

2.1 Режимы работы амортизаторов

Дроссельный и клапанный режимы - работа амортизатора, соответственно, с закрытыми и открытыми (открывающимися) клапанами.

На дроссельном режиме скорость поршня мала, и жидкость перетекает через постоянно открытые дроссели. С увеличением скорости гидравлическое сопротивление растет, открываются клапаны, и жидкость течет еще и через них - это клапанный режим. Момент открытия клапанов задают при проектировании амортизатора в зависимости от требуемой его характеристики.

2.2 Характеристики работы амортизаторов

Характеристика амортизатора - зависимость сил его сопротивления от скорости перемещения поршня. Как правило, она несимметрична - сопротивление при сжатии меньше, чем при растяжении. Это ограничивает нагрузку, передающуюся кузову при наезде колеса на неровность.

Характеристику записывают на специальных стендах при максимальных скоростях поршня до 1,0 м/с. Однако ее можно нарисовать самостоятельно. Для этого нужно знать хотя бы одно значение силы сопротивления при соответствующей скорости поршня на каждом режиме. Соединив три точки (центр координат и значения сил) плавной линией, получают приблизительную характеристику амортизатора. Это упрощает его выбор. Ведь у разных фирм скорость поршня, при которой определяют силы сопротивления, неодинакова, и без графика сопоставить их значения трудно.

2.2.1 Влияние характеристики амортизатора на свойства автомобиля

Характеристика может быть (рис. 2) регрессивной, прогрессивной, линейной или комбинированной. Каждая придает разные свойства одному и тому же автомобилю. Но амортизаторы с однотипными характеристиками могут отличаться друг от друга величинами сил сопротивления, тоже влияющими на поведение машины. Поэтому специалисты сравнивают принципиальные (качественные, ярко выраженные) особенности характеристик разных типов.

График 1 - прогрессивная; График 2 - регрессивная; График 3 -линейная.

Рисунок 9. - Типы характеристик амортизаторов.

Регрессивная наиболее распространена. С ней амортизатор хорошо гасит колебания и уменьшает интенсивность крена кузова при резких маневрах, но пропускает на него вибрации от разбитой дороги (от совокупностей мелких неровностей - выбоин, швов, гребенки, булыжника на трамвайных путях - высотой около 30 мм). Кроме того, если амортизатор рассчитан для магистрального автомобиля, переезд на нем единичных выступов (ступенек асфальта, образовавшихся при ремонте дороги) на высокой скорости может сопровождаться ощутимыми ударами.

Прогрессивную применяют реже. Ее основное преимущество - повышение виброзащиты кузова. Однако, проезжая череду плавных волн, машина может раскачаться вплоть до пробоев подвески. При энергичной смене полосы движения не исключены повышенные крены и диагональная раскачка автомобиля. А когда он полностью нагружен, у водителя часто возникает ощущение "слабых" амортизаторов. Если же их заменить усиленными, но с тем же типом характеристики, будут перегружены места крепления к кузову или подвеске.

Линейная по свойствам занимает промежуточное положение.

Комбинированная сочетает разные типы характеристик (например, прогрессивную и регрессивную). Кроме того, изготовители иногда делают их не "гладкими" - на отдельных участках кривую искажают, пытаясь влиять на нюансы поведения машины.

3. Исторические факты

Заглянем в историю… На первых машинах амортизаторов не было вообще. Их роль отлично выполняли обычные рессоры -- вибрация кузова гасилась благодаря трению стальных листов друг о друга. Но инженерам пришлось конструировать отдельные демпферы (амортизаторы) для безопасности и комфорта, так как скорости экипажей с годами стремительно росли вверх.

Сначала конструкторы представили амортизаторы в виде пакета сжатых фрикционных дисков. Во время работы подвески они с усилием поворачивались относительно друг друга, поглощая энергию вибрации. Но такие конструкции быстро изнашивались и перегревались.

Выход нашли в 20-е годы прошлого столетия.

В качестве рабочего тела начали использовать жидкость, которая препятствовала излишней вибрации автомобиля, перетекая из одной емкости в другую через калиброванные отверстия.

Вообще-то, такого рода гидравлический амортизатор может быть различной формы, но со временем очень популярными стали телескопические демпферы. Они имеют небольшую массу, компактные размеры и в то же время обладают высокой надежностью и прекрасным охлаждением. Такие конструкции устанавливаются на транспортных средствах и сегодня.

Приложение

10 Вещей, которые нужно знать об амортизаторах, по мнению автолюбителей.

1. Можно ли устанавливать амортизатор в перевернутом положении?

Как правило, вы не должны устанавливать двухтрубный амортизатор в перевернутом положении. Однотрубные амортизаторы могут быть установлены с повернутой вверх либо вниз камерой, однако в большинстве двухтрубных амортизаторов образуется дюйм или больше “мертвого пространства”, в котором формируется воздушная пробка, если амортизатор был установлен неправильно. Следовательно, устанавливайте амортизаторы в соответствии с рекомендациями производителя.

2. Где следует располагать амортизатор?

В идеальном мире амортизаторы находились бы как можно ближе к колесам таким образом, чтобы располагаться перпендикулярно движению подвески. Если ваша подвеска сжимается прямо вверх или вниз, то вам нужно установить амортизатор с помощью шарового шарнира как можно более вертикально. Если у вас рессорная передняя подвеска с серьгами сзади, тогда вам будет удобнее установить амортизаторы с небольшим уклоном назад, так как когда подвеска сжимается, она движется вверх по оси, а затем назад.

3. Следует ли устанавливать двойные амортизаторы?

Если ваш автомобиль подвержен ухудшению работы амортизатора, вызванным нагревом, тогда вам может быть выгоднее установить двойной амортизатор при условии, что два (или более) амортизатора имеют соответствующие вашей системе клапаны. Говоря “соответствующие” мы имеем в виду амортизаторы, клапаны которых не мешают им работать совместно. Если вы просто добавите второй амортизатор с теми же клапанами, которые предусмотрены производителем для одиночного амортизатора, то вы удвоите демпфирование. В этом случае готовьтесь к неровной езде. В итоге ваша подвеска может оказаться слишком задемпфированной.

4. Как действует амортизатор?

Единственное предназначение амортизатора - контролировать скорость, с которой подвеска может двигаться вверх и вниз. Когда пружина (спираль, рессора или торсионный вал - не важно, что именно) сжимается, она накапливает энергию. Если на вашем автомобиле нет амортизаторов, он будет подпрыгивать на пружинах, как большой резиновый мяч, когда запас энергии быстро освобождается. Именно амортизаторы автомобиля контролируют подвеску во время сжатия, а также уменьшая скорость освобождения энергии пружиной.

Амортизаторы действуют, преобразовывая энергию движения подвески в тепло. Если не верите, проедьтесь на своей машине по изрытой колеями дороге как можно быстрее, а затем выйдите и проверьте, насколько нагрелись амортизаторы. Амортизаторы вырабатывают тепло из энергии с помощью гидравлического сопротивления, сдерживая естественное свойство подвески подпрыгивать. Можно считать амортизатор поршнем, прогоняющим легковесное масло сквозь клапан на днище поршня, чтобы создать сопротивление. Такое сопротивление называется демпфированием. Амортизаторы могут демпфировать энергию как на рабочем ходу так и на ходу отдачи в зависимости от использования, но, если они будут слишком сдерживать движение подвески, шина может потерять контакт с дорогой.

5. Каким видом амортизатора пользоваться?

То, каким видом амортизатора пользоваться, является в первую очередь вопросом вашего бюджета и сферы применения. На рынке имеется огромное количество превосходных амортизаторов, для подготовки которых инженеры провели дни в лаборатории, настраивая их на работу с вашим автомобилем. Если вы любите быструю езду и любите, когда все четыре колеса отрываются от земли, вам больше подойдет амортизатор с резервуаром, обладающий лучшим контролем вспенивания и дополнительной теплоемкостью.

6. Что такое байпасный амортизатор?

Описано в основной части.

7. Что такое однотрубный амортизатор?

В однотрубном амортизаторе используется одностенный корпус амортизатора, в который помещается поршень, амортизаторное масло и газ под давлением. Однотрубные амортизаторы намного более точны в демпфировании, чем двухтрубные, благодаря более высокому уровню точности при создании. В одностенном амортизаторе всегда используется поршень с бoльшим диаметром. Такой амортизатор также имеет большую сопротивляемость затуханию, так как он может отделять масло из мертвой зоны и отводить тепло намного лучше, чем двухтрубный амортизатор. Недостатки? Однотрубные амортизаторы не так дешево создать, как двухтрубные, поэтому цена на них всегда выше.

8. Что такое амортизатор с резервуаром?

Описано в основной части.

9. В чем преимущества газонаполненных амортизаторов?

Поршень амортизатора постоянно движется вверх и вниз, повторяя контур дороги при движении. При этом масло в амортизаторе может быть взбито в пенообразную массу. Когда амортизаторное масло вспенивается, оно будет проходить сквозь клапаны амортизатора непредсказуемым образом, что может нарушить работу даже лучших демпферов.

Газовые амортизаторы с высоким давлением не так подвержены вспениванию масла, потому что в них используется давление газа (от 100 до 300 psi азота) внутри корпуса амортизатора, что предотвращает образование пузырей в амортизаторном масле. Азот не смешивается с амортизаторным маслом - он предотвращает разделение молекул азота и формирование пузырей. Газовые амортизаторы незаслуженно обвиняют в том, что они жестче обычных, но они могут быть настроены на такую же ровную езду, как и обычные амортизаторы, но к тому же обеспечивая демпфирование несравнимое с обычным амортизатором.

10. Что лучше - демпфирование отбоя или сжатия?

В амортизаторах, разработанных для полноприводных автомобилей для сглаживания неровностей, чаще используется демпфирование отбоя, чем сжатия. Фокусируясь на демпфировании движения подвески на отбое, амортизатор позволяет подвеске легко сжиматься, когда покрышка наскакивает на неровность, позволяя пружине сжиматься с очень малым сопротивлением. Таким образом контролируется (демпфируется) энергия растяжения пружины с помощью клапана отбоя в амортизаторе так, что это намного труднее почувствовать водителю. Хорошее демпфирование отбоя на переднем амортизаторе может помочь в некоторой степени контролировать прыжки колеса на песке, а также предотвратить “клевки” при резком торможении.

Все же амортизатор нуждается в достаточном количестве демпфировании сжатия, чтобы автомобилем можно было легче управлять. Жесткая настройка клапанов сжатия на передних амортизаторах улучшает управляемость и предотвращает “клевки” при торможении. Жесткая настройка клапанов сжатия на всех четырех амортизаторах также ограничит крен кузова.

Размещено на Allbest.ru