Усилие амортизаторов. Амортизатор автомобиля — для чего нужен и как работает. Виды амортизаторов и их устройство
Правильный подбор амортизаторов в настройке подвески автомобиля - процесс сложный и компромиссный. Близкая к спортивным характеристикам жесткая подвеска гарантирует минимальные крены и желаемый контакт с дорожным покрытием. И это хорошо.
Думая о настройке подвески, надо временно абстрагироваться от брендов и рекламных кампаний. Прежде всего надо решить, какой тип амортизаторов соответствует персональному концепту вашего драйва. Академические понятия функциональности амортизатора звучат весьма определенно - гасить вертикальные колебания. Кроме того, нельзя забывать и о влиянии амортизаторов на разгонную и тормозную динамику. Так, при разгоне автомобиль «приседает» назад, нагружая задние и разгружая передние колеса, снижая тем самым их сцепление с дорогой. При торможении наблюдается обратная картина. Основная нагрузка ложится на передние колеса, а задние лишь слегка притормаживают. И в той и в другой ситуации идеальным было бы состояние, при котором автомобиль сохранял бы свое нормальное «горизонтальное» положение. Примерно та же картина и при маневрировании, но здесь нагрузка смещается не по осям, а по сторонам автомобиля.
Резюмируя, можно сказать, что главной задачей амортизаторов является удержание колеса в постоянном контакте с дорогой во избежание потери контроля над автомобилем. Для чего колесо должно как можно мягче и четче обогнуть препятствие и так же четко и быстро вернуться на дорогу, обеспечивая необходимое сцепление. Современные тенденции сводятся к тому, что, к примеру, пружины или рессоры лишь поддерживают вес автомобиля. Всю остальную работу берут на себя именно амортизаторы, как более точный инструмент. Вот почему так важен их правильный выбор.
При работе амортизатора необходимо предусмотреть множество различных вариантов и характеристик его функционирования. Ведь дорога имеет куда более сложное покрытие, чем в теории, да и автомобиль едет не всегда по прямой. Нюансов очень много. К примеру, несколько последовательных кочек заставляют его работать прерывисто: не успев толком распрямиться, амортизатор снова должен работать на сжатие. Нужно обеспечить и комфортное обрабатывание мелких неровностей, а на крупных избежать полного сжатия амортизатора, грозящего его пробоем. Здесь, как нигде более, важен компромисс - оптимальный баланс между комфортностью и точной управляемостью.
Следующая большая проблема - теплообразование. И чем выше вязкость жидкости или меньше перепускные отверстия поршня, тем выше жесткость амортизатора и больше выделяется температуры при его работе. Отвод тепла - очень важная задача. Но и минусовая температура доставляет немало проблем. При большом минусе масло, находящееся внутри амортизатора, может загустеть, что сделает амортизатор более жестким. Характеристики могут меняться до нескольких десятков процентов. В данном случае все решает правильный подбор масла.
Далее вопрос - аэрация. Поскольку в современных амортизаторах наряду с маслом присутствует и некий газ, они могут смешиваться в процессе работы, и масло превращается в пену. А поскольку пена, в отличие от масла, может быть сжата, это резко снижает эффективность демпфирования.
Не менее важный вопрос - расположение амортизаторов. Наиболее выгодное, с точки зрения работы, место - как можно ближе к колесу, точно перпендикулярно плоскости подвески. Установка амортизатора под углом (как это часто бывает) снижает его демпфирующую эффективность (отклонение от перпендикуляра подвески +/- 50 О - эффективность амортизатора 68%). Все вышесказанное возводит амортизаторы с позиции банального (с точки зрения простого обывателя) автомобильного узла в сложнейшую и многогранную науку. И как в любой другой области, здесь также существуют различные конструкторские и компоновочные решения поставленных задач. По своей конструкции амортизаторы можно разделить на несколько основных типов. По архитектуре их принято делить на одно- и двухтрубные. По наполнению: жидкостные (гидравлические) и газовые (с гидравлическим газовым подпором). Существуют и чисто газовые амортизаторы, в которых используется очень высокое давление газа (порядка 60 атм), но они не столь распространены.
Принципиальная схема двухтрубного гидравлического амортизатора
Гидравлические двухтрубные амортизаторы - некогда самый распространенный и дешевый тип демпфирующих стоек. Они довольно просты по конструкции и не столь требовательны к качеству изготовления. Состоит такой амортизатор из двух трубок: рабочей колбы, где и находится поршень, и внешнего корпуса, предназначенного для хранения избыточного масла. Поршень перемещается во внутренней колбе, пропуская масло через собственные каналы и выдавливая часть масла через клапан, находящийся снизу колбы. Этот клапан иногда называют клапаном сжатия, поскольку зачастую он отвечает за перетекание масла именно в данном такте. Эта часть жидкости просачивается в полость между колбой и внешним корпусом, где сжимает воздух, находящийся при атмосферном давлении в верхней части амортизатора. При движении назад задействуются клапана самого поршня, регулируя усилие на отбой.
Читайте также
Длительное время именно такая конструкция превалировала на рынке амортизаторов. Но годы эксплуатации выявили ряд ее недостатков. Основным минусом является вышеупомянутая аэрация. Особенно при интенсивной работе такого амортизатора. Замена воздуха азотом (азот, будучи инертным газом, не давал деталям амортизатора корродировать, в отличие от воздуха) несколько улучшила его работу, но не решила проблему полностью. Кроме того, такие амортизаторы, имея фактически двойной корпус, хуже охлаждаются, что также отрицательно сказывается на их работе. С другой стороны, если делать их большего диаметра, удается повысить демпфирующие характеристики, одновременно снижая рабочее давление и, как следствие, температуру.
Гидравлика + газ
Такие гидропневматические амортизаторы имеют схожую конструкцию и принцип действия с обычными гидравлическими двухтрубными стойками. Основное отличие в том, что вместо воздуха под атмосферным давлением находится инертный газ (чаще азот) под некоторым давлением (от 4 до 20 атм и более, в зависимости от назначения). Это и есть так называемый газовый подпор. Значение давления газа может быть различным для разных условий эксплуатации автомобиля. Кстати, чем больше диаметр патрона, тем меньшее необходимо давление газового подпора. Оно может различаться также для передних и задних амортизаторов.
Чем же помогает газовый подпор? Прежде всего - пресловутая аэрация. Будучи под давлением, газ не смешивается с маслом столь сильно, как в предыдущем случае, улучшая работу амортизатора. Но полностью данная проблема не решена и здесь. Кроме снижения аэрации масла, газовый подпор способствует поддержанию автомобиля, выполняя роль дополнительного демпфера. То есть, даже если пружины уже сжались бы, газовый заряд в амортизаторе удерживает правильное положение автомобиля, что положительно влияет на его управляемость. Такой конструктивный подход позволяет инженерам более гибко подходить к настройкам работы амортизатора, делая его более универсальным, чем обычные гидравлические.
Общая проблема всех двухтрубных амортизаторов - невозможность установки «вверх ногами». Этому мешает наполняющий их газ.
Одна труба
Такие амортизаторы, как следует из названия, имеют лишь одну колбу, которая является и рабочим цилиндром, и корпусом одновременно. Работают они так же, как и двухтрубные, но в данной конструкции газ находится в том же цилиндре и отделен от масла особым плавающим поршнем (так называемая схема De Carbon). Газ (чаще азот) находится в своей камере, отделенной от масла, под высоким давлением (20-30 атм).
Однотрубные амортизаторы не имеют нижнего клапана сжатия, как двухтрубные. Это означает, что всю работу по управлению сопротивлением и при сжатии, и при отбое берет на себя поршень. В этой связи, несмотря на кажущуюся простоту этого узла, подбор его конструкции, размера, формы и количества отверстий является весьма сложной задачей. В целом такие амортизаторы имеют высокие рабочие характеристики. Они еще точнее держат автомобиль, способствуя лучшей управляемости. Кроме того, они эффективнее охлаждаются, поскольку воздухом обдувается непосредственно рабочий цилиндр. Плюс к этому в тех же габаритах, что и двухтрубные амортизаторы, внутренний диаметр рабочей колбы будет больше, равно как и диаметр поршня. Это означает больший объем масла, более стабильные характеристики и, опять же, лучшая теплоотдача.
Но есть и минусы. В отличие от своих двухтрубных «коллег», однотрубные более уязвимы от внешних повреждений. Замятая колба однозначно приводит к замене стойки, тогда как двухтрубные имеют своего рода страховку, или, если можно так назвать, щит в виде внешнего цилиндра. К минусам можно отнести также высокую чувствительность однотрубных амортизаторов к температуре. Чем она выше, тем выше давление газового подпора и жестче работает амортизатор. С другой стороны, однотрубные стойки можно устанавливать как угодно, поскольку газ плотно отделен от масла плавающим поршнем. Кстати, именно это обстоятельство позволяет автопроизводителям, устанавливая такой амортизатор штоком вниз, снижать неподрессоренные массы.
Здесь же нужно сказать и о том, что часто можно встретить амортизаторы с надетой на них пружиной. Этот вариант конструкции не относится исключительно к однотрубным стойкам. Просто так добавляется дополнительный упругий элемент, а порой он и вовсе заменяет основную пружину. Такие конструкции часто имеют возможность регулировки клиренса автомобиля. Подкручивая особую винтовую гайку на корпусе амортизатора, поддерживающую пружину снизу, можно поднять или опустить автомобиль, соответственно поджав либо отпустив пружину.
Своего рода эволюциейоднотрубных амортизаторов являются «однотрубники» с выносной компенсационной камерой. В них камера с газовым подпором вынесена за пределы самого амортизатора в отдельный резервуар. Такая конструкция позволяет, не увеличивая размеры самого амортизатора, увеличить объем и газа, и масла, что серьезно влияет на температурный баланс (они более эффективно охлаждаются) и стабильность характеристик. Плюс к этому имеют больший рабочий ход. Но еще больший эффект от выносной камеры в том, что на пути масла, перетекающего из основного рабочего цилиндра в доп. камеру, можно установить систему клапанов, которые будут играть роль клапана сжатия, как в двухтрубной конструкции. Отделив друг от друга клапана, работающие на сжатие и отбой, можно заложить много диапазонов регулировки. Можно менять жесткость работы амортизатора для различных скоростей движения поршня, например малую, среднюю и большую. И позиций таких регулировок может быть 10 и более. Порой можно встретить и весьма экстравагантную систему с набором перепускных клапанов. Кроме большого внешнего резервуара, амортизатор облеплен несколькими трубками, на концах которых находятся регулировочные головки под гаечный ключ или отвертку. По этим трубкам масло перепускается из над- и подпоршневых камер друг в друга. Регулируя эти перепускные каналы, можно получить нужные характеристики работы амортизатора на определенных режимах или, если быть точным, положениях поршня. То есть такие амортизаторы чувствительны не только к скорости перемещения поршня, но и к его позиции внутри колбы. Кроме этого, наличие большего числа трубок, по которым проходит масло, способствует лучшему его охлаждению.
Амортизаторы (Dampers)
Амортизаторы или гасители колебаний представляют собой наполненные маслом цилиндры призванные контролировать скорость хода подвески. В своей основе амортизатор состоит из пистона, штока и масляного цилиндра. Кинетическая энергия перемещения пистона гасится маслом, которое от этого нагревается. Следовательно, место установки амортизаторов должно охлаждаться, так как перегрев может снизить их эффективность.
Передние амортизаторы (синие) и буферы (белые) Задние амортизаторы
На левом рисунке показана компоновка подвески. Большая "дырка" в левом нижнем углу это ось шарнира связывающего штангу толкателя с пружинами и амортизаторами (через рокер, установленный на шарнире и нажимающий на штоки амортизатора и пружины). Обратите внимание, что штоки пружины и амортизатора расположены параллельно друг другу.
В общих чертах амортизатор работает следующим образом: пистон гонит масло через маленькие отверстия на стенках внутреннего цилиндра и через фасонные шайбы (диффузоры сверху и снизу пистона). При регулировке амортизаторов изменяют диаметр отверстий и таким образом регулируют сопротивление масла перемещению пистона. Регулировки "медленных" (slow) характеристик осуществляется фасонными шайбами, в то время как регулировки "быстрых" (fast) параметров производится за счёт внутренних отверстий цилиндра. Наряду с гидравлическим маслом (которое не сжимается) в амортизаторах используется инертный газ нитроген, позволяющий пистону перемещаться в небольшом диапазоне.
Амортизаторы контролируют скорость реакции пружин в процессе их работы. Например: при жёстком торможении происходит трансфер веса вперёд, передний конец машины приседает вниз и дорожный просвет спереди уменьшается. В то время как пружины диктуют силу этого крена, амортизаторы контролируют скорость, с которой он (крен) происходит
. И конечно, то же самое происходит при любом переносе веса в процессе ускорения, торможения и под воздействием боковых нагрузок в повороте.
Амортизаторы болида Ф-1 имеют четыре настраиваемых параметра. Можно регулировать быстрый и медленный параметр "хода сжатия" (bump) (пружины сжимаются), а так же быстрый и медленный параметр "хода отбоя" (rebound) (пружины разжимаются). Понятия "быстрый" и "медленный" не имеют отношение к скорости машины, а скорее описывают скорость перемещения пистона под воздействием штока внутри цилиндра. Вот простой метод это понять и запомнить: медленные характеристики оказывают влияние на трансфер подрессоренных масс (продольный и поперечный крен т.н. pitch and roll); быстрые характеристики отвечают за перемещение неподрессоренных масс (подскок на кочках колеса и колесного узла)
. Другими словами медленные параметры отвечают за баланс машины в повороте, быстрые обеспечивают способность подвески преодолевать неровности.
Регулировка амортизаторов является самой точной в настройке подвески. Настройка амортизаторов это последний штрих в сбалансированном сетапе. Я рекомендую прочитать как можно больше об этом вопросе, потому что суть амортизаторов критически важна в характеристиках гоночной машины.
Амортизаторы меняют сравнительно редко – два-три раза за срок службы автомобиля. Чаще - из-за неисправностей, иногда - желая улучшить поведение машины. Но как и какие выбрать взамен старых?
Общие сведения
Амортизатор - узел подвески автомобиля, уменьшающий колебания кузова и колес. Он превращает кинетическую энергию их вертикальных перемещений в тепловую и рассеивает ее в окружающую среду.
В подвесках современных автомобилей применяют телескопические амортизаторы, в основном - гидравлические двухтрубные и гидропневматические однотрубные. И те и другие гасят раскачку за счет гидравлического сопротивления. Оно возникает при перетекании амортизаторной жидкости 1 через специально подобранные отверстия постоянного (дроссели) и переменного (открывающиеся клапаны) сечения.
Телескопическая стойка (в обиходе - Мак-Ферсон) - агрегат подвески, соединенный верхней частью шарнирно с кузовом, а нижней - жестко с неподвижными деталями ступичного узла (поворотным кулаком или цапфой). Как правило, состоит из амортизаторной стойки, пружины и верхней опоры с подшипником. Воспринимает продольные, поперечные и вертикальные нагрузки, действующие между колесом и кузовом 2 .
Амортизаторная стойка - амортизатор увеличенных размеров, основной элемент телескопической стойки.
Патрон (вкладыш, картридж) (рис. 1) - телескопический амортизатор, устанавливаемый в корпус амортизаторной стойки или амортизатора, как правило, при их ремонте. Работать в подвеске “в чистом виде” не может.
Полный ход поршня (штока) - разность длины телескопического амортизатора в растянутом и сжатом положении.
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 3 . Момент открытия клапанов задают при проектировании амортизатора в зависимости от требуемой его характеристики.
Характеристика амортизатора - зависимость сил его сопротивления 4 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 (см. “Амортизаторы для российских легковых автомобилей”).
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.
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.
Какой амортизатор предпочесть?
Выбор амортизатора при покупке
Менять амортизаторы нужно парами. Некоторые фирмы даже продают их упакованными по две штуки. Допустимо ставить на автомобиль одновременно однотрубники и двухтрубники, но на одной оси они должны быть одинаковы.
Желательно, чтобы у каждого амортизатора был паспорт с техническими характеристиками и гарантийными обязательствами изготовителя. А у патрона - еще и инструкция по сборке: каким моментом затягивать гайку резервуара, заливать ли жидкость для теплоотвода и, если надо, то сколько и какой, и т.п.
Кроме того, иногда на амортизаторах есть защитные чехлы. Они могут быть транспортными, и при монтаже их надо снять. Об этом также должно быть сказано в инструкции.
К сожалению, многие изготовители поставляют в магазины амортизаторы без технической документации. Их параметры можно проверить в специализированных фирмах на исследовательском оборудовании, но только после покупки. Кстати, долговечность амортизатора специалисты определяют по уменьшению его сил сопротивления, считая предельно допустимым потерю не более 25% от номинала. Не зная исходных значений, выявить такую неисправность невозможно.
В любом случае у прилавка удастся только оценить качество изготовления амортизатора по косвенным признакам, придерживаясь указанной ниже последовательности действий.
Наружный осмотр
- Маркировка 7 на амортизаторе должна соответствовать требованиям автозавода или каталогам изготовителя.
- Потеки и капли жидкости, вмятины (особенно у однотрубных амортизаторов) на наружной поверхности резервуара, а также царапины, риски, повреждения или неоднородность покрытия штока 8 - недопустимы.
- Резьба штыревого крепления амортизатора должна быть без повреждений. Для дополнительной проверки можно навернуть на него несамоконтрящуюся гайку.
- Длина в сдвинутом состоянии.
- Ход штока. Если нет информации о разрешенных автозаводом отклонениях от номинального значения, пределом можно считать ±5 мм.
- Диаметр штока.
- Положение чашки пружины (при наличии) на резервуаре относительно нижней проушины или скобы крепления.
Подготовка
Двухтрубник нужно предварительно прокачать (3-5 раз сжать и растянуть на полный ход), поставив вертикально штоком вверх (отклонение от вертикали не более 30°), и потом не класть и не переворачивать.
Однотрубник можно проверять в любом положении без подготовки.
Проверка
Полностью сжать и растянуть амортизатор 3-5 раз, перед каждым циклом повернув шток в резервуаре примерно на 120° вокруг своей оси 9 .
- Перемещения должны быть плавными, с заметным усилием, без заеданий на всей длине хода. Стуки, скрипы и прочие шумы недопустимы, за исключением “сопения” - его вызывает перетекание жидкости через клапанную систему.
- Сопротивление амортизатора при сжатии, как правило, меньше, чем при отбое (примерно в три раза). В конце хода растяжения не должно быть уменьшения усилия (провала), а сжатия - увеличения (подпора). У прокаченного двухтрубника провал свидетельствует о нехватке жидкости, а подпор - об ее избытке. У однотрубника провал - признак поврежденного уплотнения плавающего поршня.
- Жидкость не должна вытекать из амортизатора. Следы ее пленки на штоке допустимы (он будет жирный на ощупь), но без кольцевых наплывов на нем и у сальника, вновь возникающих после снятия их тканью8.
- Если двухтрубную амортизаторную стойку (или патрон) после прокачки полностью сжать в вертикальном положении и отпустить шток, он должен самопроизвольно выдвинуться, как правило, не менее чем на 30 мм. Его выталкивает давление воздуха, сжатого в резервуаре вытесненной из цилиндра жидкостью. Это свидетельствует о правильной сборке узла. Кроме того, если из полностью сжатого вертикального положения, взявшись за крепежную часть штока, приподнять стойку, она должна опускаться под собственным весом.
- У однотрубника газовый подпор должен выдвигать шток полностью из любого положения.
- В “перевернутых” однотрубных патронах вместо штока из корпуса под действием выталкивающей силы выдвинут рабочий цилиндр. Штатный буфер сжатия подвески на него поставить нельзя. Заменитель должен быть внутри, поэтому ход картриджа меньше (примерно на 50-80 мм), чем у аналогичного двухтрубника. Кроме того, в конце хода сжатия, после касания буфера, усилие будет плавно и увеличиваться.
1 Амортизаторная жидкость
изготовлена на масляной основе, содержит комплекс присадок
(антивспенивающих, антикоррозионных, понижающих зависимость вязкости
от температуры и т.п.).
2 К стойкам не относят
амортизаторы, даже с установленными пружинами, соединенные с
подвеской и кузовом шарнирно и воспринимающие только вертикальные
нагрузки.
3 ОСТ 37.001.084 «Амортизаторы
телескопические гидравлические и гидропневматические
автотранспортных средств. Методы стендовых испытаний» требует
определять усилия сопротивления амортизаторов с закрытыми клапанами
при максимальной скорости поршня 0,08-0,2 м/с, а с открывающимися –
0,25-0,52 м/с.
4 По ОСТу 37.001.440
«Амортизаторы гидравлические телескопические автотранспортных
средств. Общие технические требования» отклонения сил сопротивления
амортизаторов от средних значений не должны превышать: на
дроссельном режиме – при отбое ±30%, при сжатии ±50%; на клапанном
режиме – соответственно ±15% и ±20%.
5 По ОСТу
37.001.440 при повышении температуры от 20 до 80°С силы
сопротивления амортизатора не должны уменьшаться более чем на 30% от
первоначального значения как при отбое, так и при сжатии.
6 По ОСТу 37.001.434 «Амортизаторы
гидравлические и гидропневматические телескопические
автотранспортных средств. Типы, основные параметры и размеры»
предельное отклонение от номинальной длины в сдвинутом состоянии
должно быть ±3 мм.
7 По ОСТу 37.001.440 на
каждом амортизаторе должна быть маркировка как минимум товарного
знака завода-изготовителя, даты изготовления, обозначения (номера)
амортизатора.
8 Штоки многих амортизаторов
защищены жесткими кожухами или гофрированными резиновыми чехлами и
не видны. Если нет возможности их отсоединить или снять (неразборная
конструкция, возражения продавца), от осмотра штока придется
отказаться.
9 Амортизатор с неотсоединенным
гофрированным защитным чехлом проверять без повертывания штока.
Как известно, подвеска машины обеспечивает упругую связь между подрессоренными и неподрессоренными массами авто. К первым относится кузов со всем содержимым, рама и двигатель, ко вторым - колеса, мосты и часть элементов самой подвески. Если от упругой связи отказаться, т.е. лишить автомобиль подвески, то все вертикальные перемещения колеса, катящегося по неровностям дороги, вызовут точно такие же по амплитуде перемещения той или иной части автомобиля и, соответственно, людей, находящихся в нем.
Вы когда-нибудь ездили на телеге? Так вот, автомобиль без подвески - то же самое, разве что пневматические шины немного смягчат ход.
Вы когда-нибудь ездили на телеге? Автомобиль без подвески - то же самое.
Ездить с комфортом люди захотели давно, когда никаких автомобилей не было и в помине. Достаточно вспомнить рессорные экипажи - кареты. Понятно, что при такой организации ходовой части (т.е. с помощью рессор) вертикальное перемещение колеса вызовет сжатие упругого элемента.
Таким образом, часть кинетической энергии толчка все же дойдет до кузова, а часть поглотится упругим элементом подвески. Но не бесследно: эта поглощенная энергия вызовет возникновение колебательного процесса в подвеске.
Если учесть, что автомобиль продолжает движение, колесо наезжает на все новые препятствия (или проваливается в ямы), то очевидно, что процесс не прекратится никогда. Более того, возможен вход системы в резонанс, что вызовет дополнительное раскачивание кузова и/или пробой подвески.
Поглощенная энергия вызовет возникновение колебательного процесса в подвеске.
При колебаниях (раскачивании подрессоренных масс) сила тяжести, прижимающая колесо к дороге, оказывается непостоянной, соответственно, меняется и сила сцепления.
Амортизатор призван обуздать возникающий при работе упругого элемента подвески колебательный процесс.
Амортизатор призван обуздать возникающий при работе упругого элемента подвески колебательный процесс. Мы уже разобрались в том, что помимо уменьшения раскачки кузова, т.е. улучшения плавности хода машины, его наличие позволяет оптимизировать прижатие колеса к дороге.
Специальные исследования показали, что автомобиль с неисправными амортизаторами отдельных колес хуже разгоняется и имеет больший тормозной путь, а при маневрировании ухудшается его устойчивость.
Выше, говоря об упругом элементе подвески, мы упоминали рессору. Листовая рессора - это частные случай и далеко не самый худший с точки зрения демпфирования колебаний подвески.
Листовая рессора - это частные случай и далеко не самый худший с точки зрения демпфирования колебаний подвески.
Листы при работе рессоры трутся друг об друга, что обуславливает довольно слабую инерционность колебательного процесса, возникшего в подвеске. Гораздо хуже обстоит дело с витыми пружинами, которые сейчас применяются повсеместно.
Будучи сжатой или растянутой после прекращения внешнего воздействия пружина способна колебаться довольно долго, постепенно растрачивая запасенную энергию. Хорошая иллюстрация этого процесса - известная игрушка «чертик на пружинке».
История амортизаторов
Итак, гасить колебания подвески или рассеивать энергию сжатого/растянутого упругого элемента призваны амортизаторы. Появились они на машинах давно. Как они выглядят сейчас, знают, наверное, все - это длинные телескопические стойки.
Но они не всегда были такими. Вначале это были чисто механические устройства.
Например, фрикционные дисковые демпферы гасили колебания за счет силы трения, возникающей между дисками, сжимаемыми болтом с пружиной.
Таким образом, энергия колебательного движения подвески переводилась в тепло. Этот основной принцип сохранился и по сей день. Дисковый демпфер, или амортизатор, оказывал сопротивление работе подвески как при ходе сжатия, так и при ходе отбоя.
Причем, это сопротивление было одинаковым. Иначе говоря, амортизатор был двухстороннего действия с симметричной характеристикой. Чтобы гасить сильную раскачку, диски приходилось поджимать, что, в свою очередь, приводило к увеличению жесткости подвески.
Не сразу амортизаторы приняли привычный для нас вид.
Но существуют также амортизаторы одностороннего действия, которые работают только на отбой и не оказывают влияния на работу подвески при ходе сжатия.
Довольно быстро механические фрикционные демпферы уступили место гидравлическим, в которых энергия колебаний преобразуется также в тепло, но только выделяется оно не при сухом трении, а при перетекании жидкости определенной вязкости через отверстия и зазоры калиброванного сечения. Одним словом, не сразу амортизаторы приняли привычный для нас вид.
Известны лопастные (крыльчатые) гидравлические амортизаторы, в которых демпфирование колебаний происходит за счет поворота лопастей с калиброванными отверстиями в корпусе, заполненном вязкой жидкостью.
Затем появились рычажные амортизаторы, где цилиндр с двумя поршнями, снабженными клапанами, размещался на раме авто, а поршни перемещались при помощи кулачка, связанного с мостом машины рычагом. Например, такие амортизаторы ставились на ГАЗ-69. Не стоит думать, что подобная конструкция осталась в далеком прошлом: рычажные амортизаторы до сих пор применяются на некоторых образцах военной техники, имеющих независимую подвеску.
Конечно, все мы привыкли к телескопическим амортизаторам. Но в последнее время все только и говорят, что о газовых. Строго говоря, термин не верный, поскольку в этих амортизаторах работает все та же жидкость, а не газ. Но вначале расскажем о классических гидравлических амортизаторах, которые все еще широко применяются на автомобилях.
Классический гидравлический амортизатор состоит из цилиндра, вставленного в трубу. Зазор между этими деталями образует компенсационную камеру. В цилиндр вставляется поршень, шток которого соединяется с неподвижной частью подрессоренной массы (рама, кузов авто).
Низ внешней трубы связан с неподрессоренной массой автомобиля (мостом, рычагом независимой подвески). В поршне и в нижней части цилиндра имеются перепускные и разгрузочные клапаны, а также калиброванные отверстия.
Классические гидравлические амортизаторы все еще широко применяются на автомобилях.
При ходе сжатия (колесо наезжает на выступ дорожного полотна) поршень вдвигается в цилиндр и амортизатор сжимается. При этом рабочая жидкость перетекает через отверстия и клапан в поршне в надпоршневую полость. Поскольку часть объема цилиндра теперь занимает вдвинувшийся шток, излишек жидкости через отверстие в нижней части цилиндра выдавливается в компенсационную камеру.
При ходе отбоя (колесо съезжает с выступа или проваливается в яму) процесс развивается в обратном порядке, только жидкость теперь идет через другие клапаны и перепускные отверстия с иной пропускной способностью. Поэтому сопротивление амортизатора при ходе сжатия и отбоя не одинаково: он легче сжимается, чем разжимается, не давая кузову раскачаться.
При резких ударах колеса о дорогу сила сопротивления амортизатора ограничивается благодаря открытию разгрузочных клапанов, что снижает воздействие на подрессоренную массу.
A. - однотрубный газовый,
B. - двухтрубный масляный,
C. - двухтрубный газовый,
D. - газовый с выносной камерой
Как видим, все достаточно просто. Характеристики амортизаторов зависят, в первую очередь, от подбора сечений перепускных каналов и клапанов, ну и, разумеется, от вязкости жидкости.
Газовый амортизатор
Казалось бы, вязкость жидкости должна быть постоянной величиной. Однако при интенсивной работе подвески жидкость настолько интенсивно меняет уровень в компенсационной камере, что невольно начинает смешиваться с имеющимся в ней воздухом.
Вместо однородной жидкости определенной вязкости получается пена, имеющая совсем иную плотность. Она попадает в цилиндр, и характеристика амортизатора резко меняется: сила сопротивления на штоке практически исчезает. Конструкторы этот неприятный эффект заметили давно и стали в компенсационную камеру закачивать инертный газ азот под давлением 4-20 атм.
Такое решение положено в основу гидравлического амортизатора с газовым подпором, в котором процесс смешивания жидкости на основе минерального масла с газом идет гораздо менее интенсивно, чем в конструкции первого типа. Демпфирование улучшается, но вывести его на качественно новый уровень позволило внедрение в подвеску гидропневматических амортизаторов, именуемых в народе «газовыми».
Гидропневматические амортизаторы именуют в народе «газовыми».
Внешне они такие же, как и гидравлические, но разница заключается в том, что внешняя труба в них является также рабочим цилиндром, т.е. применяется так называемая «однотрубная схема».
Все клапаны и каналы тут находятся на поршне, а изменение объема цилиндра (за счет появления и исчезновения в нем штока) компенсируется перемещением разделительного поршня. Так он называется потому, что делит цилиндр на две полости - гидравлическую и пневматическую. В последней находится инертный газ под давлением 20-30 атм. Поскольку жидкость и газ теперь разделены плавающей перегородкой, их смешивание невозможно, поэтому характеристика амортизатора становится стабильной.
При интенсивной работе амортизатора жидкость, с большой скоростью перетекая туда-сюда, нагревается. При этом гидропневматический амортизатор с одной трубой (цилиндром) охлаждается набегающим воздухом или дождевой водой, летящей из-под колес автомобиля. Такой амортизатор лучше двухтрубного. Есть у этой схемы и другие преимущества, которые обеспечили газовым (гидропневматическим) амортизаторам широкое распространение, хотя они и дороже гидравлических.
В последнее время в моду входят амортизаторы с выносными камерами, а в спорте без них вообще никуда. По сути это гидропневматический амортизатор, только компенсационная газовая полость у него выполнена в виде отдельного цилиндра. В нем и ходит поршень-разделитель.
Амортизатор с выносной камерой по сути - гидропневматический амортизатор, компенсационная газовая полость которого выполнена в виде отдельного цилиндра.
С основным цилиндром выносная камера соединяется шлангом. При такой схеме и гидравлическую, и газовую полости амортизатора можно сделать большими при сохранении габаритов амортизаторной стойки.
Еще одно существенное преимущество амортизаторов с выносной камерой - сравнительно легкая регулировка жесткости амортизатора благодаря размещению регулируемых клапанов на соединительном шланге (штуцере).
Существенное преимущество амортизаторов с выносной камерой - сравнительно легкая регулировка жесткости.
Вообще, идея создать амортизатор, характеристики которого можно менять, занимала умы конструкторов давно. Был предложен вариант со сменой давления газового подпора (характерный пример - амортизаторы с подкачкой). Другой путь - изменение настройки клапанов, для чего создавались сложные механические устройства, встраиваемые в шток поршня.
Потом вместо обычных механических клапанов появились электромагнитные, открывая или закрывая которые при помощи электрического импульса, можно менять характеристики работы амортизаторов. Разработаны системы, в которых вообще нет привычных клапанов, и демпфирование происходит за счет изменения вязкости самой жидкости.
Она, разумеется, тут не простая, а магнитореологическая. Она способна менять свою вязкость под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными катушками. Конечно, это все сложные, дорогие системы, поэтому такие амортизаторы - удел автомобилей высокого класса, снабженных так называемой активной подвеской.
Что выбрать?
Что касается внедорожников, то разные производители устанавливают различные амортизаторы на разные модели. Если вы хотите настроить подвеску под себя, то нужно учитывать и конструктивные особенности подвески, и ваши пожелания к ней.
Как правило, на короткоходных подвесках (а таковыми является большинство независимых подвесок) лучше себя зарекомендовали газонаполненные амортизаторы, т.к. они более стабильны при тех нагрузках, которые выпадают на их долю.
На длинноходных подвесках неплохо работают обычные гидравлические амортизаторы, т.к. их жесткость на отбой как раз позволяет «успокоить» колеблющуюся пружину.
Если позволяют финансы, то можно заказать амортизаторы штучного изготовления, которые используются в автоспорте. Они делаются и настраиваются под конкретный автомобиль и конкретного водителя, что позволяет добиться фантастических результатов по сравнению с любой (даже тюнинговой) подвеской.
В любом случае, перед установкой амортизатора лучше получить консультацию у специалистов.
Возможно, не все знают, что устройство амортизатора предназначено не только для обеспечения плавности хода автомобиля и, тем самым, повышения его комфортности во время езды. Его основной задачей является обеспечение надёжного сцепления колес машины с дорожным покрытием во время движения. К сожалению, наши дороги не отличаются идеальной ровностью. Колёса и подвеска машины испытывают постоянные удары и толчки от ухабов, ям, камней. Это приводит к раскачиванию кузова и его тряске, вибрации. Колёса от этого теряют сцепление с дорогой, что приводит к снижению управляемости и безопасности движения. Амортизаторы как раз предназначены для уменьшения этого эффекта.
Чтобы избавиться от колебательного процесса, который возник в результате наезда колеса на неровность дороги, необходимо погасить энергию этих колебаний и чем-то её компенсировать. Современные амортизаторы решают это вопрос очень просто. Энергия колебаний уходит на прокачку рабочего вещества из одного замкнутого объёма в другой. Чаще всего таким рабочим веществом является специальное амортизаторное масло. Но существуют и газовые конструкции, а также их комбинации.
Устройств
Разные виды амортизаторов отличаются между собой видом рабочего вещества, способом его прокачки из одного объёма в другой, а также количеством и формой этих объёмов.
В целом, их можно разделить на три больших класса – гидравлические, газовые и комбинированные.
Двухтрубный
Самым простым и доступным является двухтрубный, представляющий собой два цилиндра, один из которых помещен внутрь другого. Рабочим веществом является амортизаторное масло, которое с помощью поршня, помещенного во внутренний цилиндр, прокачивается через специальные отверстия из одного цилиндра в другой. Эти отверстия находятся как во внутреннем цилиндре, так и в поршне. Таким образом, мы имеет два рабочих объёма, в которые проходит попеременная перекачка масла в зависимости от хода поршня (вверх или вниз). В процессе этой перекачки энергия колебаний переходит в тепло. Поршень закреплён на штоке амортизатора и рабочее положение для амортизаторов такого вида – вертикальное.
Плюсами этого вида является его простота, ценовая доступность, ремонтопригодность. К минусам можно отнести такие недостатки, как перегрев и возможность вспенивания рабочего вещества при интенсивной работе на очень неровной дороге при движении на высокой скорости.
Однотрубный
В однотрубной конструкции обычно используется газ под высоким давлением до 30 атмосфер. Газ отделён от амортизаторного масла и поршня другим плавающим поршнем. Отверстия для прокачки масла находятся только в рабочем поршне. Как следствие, в такой конструкции снижаются габариты и вес. Он лучше охлаждается, благодаря отсутствию наружной рубашки, как у двухтрубных. Обладает хорошими эксплуатационными качествами, лучше «держит» дорогу. Для них тип установки не имеет значения. Они могут устанавливаться штоком вниз.
В то же время, любое внешнее повреждение цилиндра может привести к заклиниванию поршня и выходу амортизатора из строя. Также они чувствительны к температуре внешней среды. Высокая температура приводит к повышению давления газа и, как следствие, увеличивается жесткость. Низкая температура, наоборот, способствует увеличению мягкости хода.
Газомасляный
Газомасляный комбинированный вид в настоящее время находит все большее применение, сочетая в себе повышенную работоспособность и высокие характеристики однотрубной конструкции с простотой и надёжностью двухтрубной. 
По своей сути, это тот же двухтрубный амортизатор, только в нём вместо воздуха присутствует под небольшим давлением до 3 атмосфер газ, препятствующий вспениванию масла.
Следует также отметить присутствие на рынке конструкций друхтрубных и однотрубных амортизаторов с надетой на них дополнительной пружиной и регулировочной гайкой. Подтягивая или ослабляя эту гайку, можно регулировать дорожный просвет автомобиля.
Газовый с выносной камерой
Существуют также газовые амортизаторы с компенсационной камерой, находящейся вне. 
Газовый амортизатор с выносной камерой позволяет увеличить объём масла и газа без увеличения габаритов амортизатора. Благодаря такому решению появляется возможность увеличить рабочий ход штока, установить дополнительные системы клапанов для масла, текущего из рабочего цилиндра в выносную камеру.
Это дает большие возможности регулировки жесткости при необходимости.
Как видим, существует достаточно много видов и конструкций амортизаторов. У каждого из них имеются свои положительные качества и свои недостатки. Выбор сделать непросто. Рекомендую в первую очередь учитывать состояние дорог, тип привода машины, манеру езды, условия эксплуатации. Счастливой дороги!
Видео “Что такое амортизаторы для автомобиля”
В данном видеоролике рассказывается о том, как делают амортизаторы для автомобиля, и для чего они нужны.
