Как устроен амортизатор автомобиля

Амортизатор (амортизаторы автомобиля)

Автомобильный амортизатор или так называем «аморт» – специальное устройство в подвеске авто, предназначение которого является, уменьшение механических колебаний (демпфирование) при движении или полное их поглощение.

Роль и предназначение амортизаторов в подвеске автомобиля

Амортизаторы придают мягкий и плавный ход автомобиля, также защищают элементы ходовой машины от нагрузок, возникающие в результате движения по неровной поверхности дорожного полотна. Автомобильные амортизаторы применяются в качестве части элементов упругости в подвеске автомобиля совместно с пружинами, торсионами и рессорами.

Амортизатор автомобиля состоит из: узла уплотнения, чашки пружины подвески автомобиля, штока с износостойким покрытием и высокой чистотой поверхности, клапана сжатия, уплотнительного кольца из высококачественной резины, разделительного поршня, резинового-металлического цельно вулканизированного шарнира, герметически сваренного дна, амортизирующих жидкости и газа, колбы и поршня.

По конструктивному решению различают амортизаторы:

1. С двухтрубной рабочей камерой. Принцип работы такого типа амортизатора сводится в том, что поршень находящийся в нутрии колбы при колебании перемещается пропуская амортизирующую жидкость сквозь спец каналы и выдавливает некоторую часть жидкости (масла) через клапан сжатия;
2. Амортизаторы однотрубного типа. Конструкция такого типа состоит из рабочего цилиндра и корпуса одновременно. В таком амортизаторе жидкость и газ находятся в одном цилиндре с поршнем. В данном типе нет клапана сжатия, как в двухтрубном, по этому всю роботу по управлению сопротивлением при сжатии выполняет поршень. Однотрубные амортизаторы более точно держат авто на дорожном покрытии. Амортизаторы с отдельно вынесенной газовой камерой компенсации за пределы амортизатора в отдельный резервуар тоже является под видом однотрубного.

Проблемы с амортизаторами

Стойки амортизаторов автомобиля имеют несколько основных причин по которых выходят из строя — это неправильная установка и нарушение правил эксплуатации. В основном неопытные автовладельцы могут забыть затянуть гайку, поставить съемные чашки вверх ногами, забывают устанавливать пыльники, повреждают шток амортизатора пассатижами и т.п.

Проблемы, с которыми чаще всего приходится сталкиваться:
1. Разрыв штока амортизатора;
2. Разрушается клапан или поршень в результате эксплуатационного износа. Такую поломку трудно выявить, поскольку амортизатор не течет и есть сопротивление на руках, а машину качает;
3. Появление трещин или вмятина в стенке корпуса в процессе эксплуатации, деформация штока или стойки амортизатора, разрушение проушины крепления, выход из строя сайлентблока;
4. Разбиваются пыльники/отбойники;
5. Изменения качеств амортизационных жидкости и газа или их отсутствие вследствие вытекания;
6. Поврежденная или деформированная стойка амортизатора.

Способы определения проблем с амортизаторами и их решение

1. Общая оценка характеристик подвески в процессе эксплуатации автомобиля;
2. Диагностика амортизаторов при помощи раскачивания стоящего на месте автомобиля. Заключается в том, что состояние амортизаторов оценивается по количеству повторов колебательных движений кузова до момента полного спокойствия;
3. Визуальный осмотр. Является наиболее распространенным, который вместе с двумя выше способами, позволяет найти более точно причины поломки амортизатора;
4. Диагностика на стенде (шок-тестер), которая является наиболее точной и правдивой без влияния субъективной оценки. Заключается в раскачивании одной из осей автомобиля на специальном стенде и последующем определении затухания колебаний. Снятые показатели сравниваются с эталонными.

Вышедшие из строя амортизаторы могут послужить причиной для быстрого износа механических узлов автомобиля: пружины подвески, рулевого механизма, кардана, дифференциала, быстрый износ шин, скорый выход из строя резиновых втулок подвески, ступичных подшипников, подвески и ШРУСов.

В основном водители мало уделяют внимания амортизаторам и считают их работоспособными до тех пор, пока преодолевая неровности, не слышится металлический удара, а колебания автомобиля быстро успокаиваются. Проверка состояния в основном, проводится лишь грубым методом раскачивая машины руками. Точно же определить характеристики амортизатора авто можно лишь на специальных стендах, в СТО.

Источник

Устройство и принцип работы амортизаторов

Со времен появления первых автомобилей перед конструкторами стоял вопрос поиска оптимального способа гашения колебаний кузова, возникающих при преодолении неровностей. Наилучшим решением, применяемым и сегодня, стало интегрирование в состав подвески автомобиля специальных устройств – амортизаторов. На данный момент повсеместное распространение получили гидравлические телескопические амортизаторы. Гашение колебаний кузова и колес происходит в них за счет жидкостного трения, возникающего при прохождении жидкости через узкие отверстия в поршне – клапаны. Таким образом, механическая энергия колебаний переводится в тепловую. От характеристик амортизаторов зависят такие важные показатели, как устойчивость, управляемость и плавность хода автомобиля. Современные амортизаторы, имея в своей основе общий принцип работы, отличаются по типам и особенностям конструкции.

История появления амортизатора

Первые автомобили с рессорной подвеской обладали неприятным свойством: при преодолении неровностей их кузов сильно раскачивался. Изначально данная проблема частично решалась сама собой, поскольку в многолистовых рессорах наблюдался эффект межлистового трения, который способствовал гашению колебаний кузова. Но этого было недостаточно.

Поэтому следующим этапом стало добавление в состав подвески отдельного демпфирующего элемента. Одними из первых таких устройств были амортизаторы сухого трения с фрикционными дисками, разработанные в начале прошлого века.

В 1950-х годах стали применяться поршневые масляные амортизаторы телескопического типа, в основе работы которых лежал принцип жидкостного трения. Их устройство, позаимствованное из конструкции авиационных шасси, применяется в подвеске автомобилей и сегодня.

Функции амортизатора

Передние и задние амортизаторы являются демпфирующими элементами подвески автомобиля. Работая в паре с упругими элементами подвески (пружинами или торсионами), амортизаторы выполняют следующие основные функции:

Конструкция автомобильного амортизатора

Амортизаторы бывают двух типов: однотрубный или двухтрубный. От типа амортизатора зависит и его конструкция. Несмотря на это, основные элементы у обоих типов остаются общими. Амортизатор состоит из цилиндра, заполненного специальной жидкостью (маслом), по которому перемещается поршень. Сам поршень соединен со штоком круглого сечения, который, в свою очередь, своей верхней частью крепится к кузову автомобиля. В поршне сделаны отверстия небольшого диаметра (клапаны), через которые проходит жидкость. Для того, чтобы повысить сопротивление потоку жидкости, их делают подпружиненными. Более детальное описание конструкции амортизаторов приводится далее.

Амортизатор соединяется с рычагом подвески или балкой моста. Крепление амортизатора производится через упругое соединение – сайлентблок.

Принцип действия амортизатора

Масляные амортизаторы работают по принципу преобразования энергии жидкостного трения в тепловую. Перемещающийся шток с поршнем заставляет масло перетекать через небольшие клапаны, тем самым создавая сопротивление его движению. Максимальный ход штока с поршнем ограничивает отбойник амортизатора. Передние амортизаторы воспринимают достаточно большую нагрузку, поэтому их делают более усиленными по сравнению с задними.

Классификация амортизаторов

Двухтрубный амортизатор

Двухтрубный амортизатор состоит из соосных цилиндров, один из которых помещен внутри другого. Шток с поршнем перемещается во внутренней полости – рабочей камере. Она сообщается с внешней, частично заполненной воздухом либо азотом через донный клапан. Камера, заполненная газом, предназначена для компенсации объема жидкости при погружении штока.

Двухтрубную конструкцию могут иметь как передние, так и задние амортизаторы. Но все же в большинстве случаев на современных автомобилях двухтрубные амортизаторы устанавливаются на заднюю ось.

Однотрубный амортизатор

Однотрубные амортизаторы являются газонаполненными. В их конструкции предусмотрен только один цилиндр, в нижней части которого расположена камера, заполненная газом под давлением 2…3 МПа. Данная камера отделена от жидкости специальным плавающим поршнем и предназначена для компенсации объема жидкости при сжатии амортизатора. Благодаря тому, что газ постоянно поджимает жидкость в рабочей камере, при высокочастотном режиме работы амортизатора предотвращается эффект вспенивания масла (эмульсирование), а также появляется возможность его установки в любом положении.

Однотрубные газонаполненные амортизаторы способны выдерживать серьезные нагрузки без потери рабочих свойств. В основном, они применяются в качестве передних амортизаторов.

Регулируемые амортизаторы с клапаном переменного сечения

Адаптивные (или регулируемые) амортизаторы предполагают возможность изменения демпфирующих свойств (коэффициента демпфирования). Амортизаторы оснащаются электромагнитным клапаном, сечение которого изменяется под воздействием электрического сигнала. Уменьшение сечения затрудняет прохождение жидкости через клапан, увеличивая жесткость амортизатора. Увеличение же сечения клапана, наоборот, делает его более мягким.

Адаптивные амортизаторы с магнитореологической жидкостью

Регулируемые амортизаторы данного типа заполнены жидкостью с включением металлических частиц. Такое масло меняет структуру под воздействием магнитного поля, которое создается при помощи катушек, встроенных в поршень амортизатора. Благодаря магнитореологической жидкости магнитные амортизаторы изменяют характеристики жесткости за доли секунды. Преимущество адаптивных амортизаторов заключается в возможности изменения характеристики подвески в соответствии с текущими условиями движения: более жесткая подвеска улучшит управляемость и устойчивость автомобиля, а более мягкая повысит комфорт передвижения. Основной недостаток адаптивного амортизатора: высокая стоимость его изготовления.

Спортивные амортизаторы

Спортивные амортизаторы предназначены для работы в условиях экстремальных нагрузок. Их отличает повышенная жесткость и стабильность, обеспечивающие лучшую управляемость автомобиля.

Основные неисправности и срок службы амортизаторов

Наиболее частотная неисправность амортизатора – нарушение герметичности уплотнительного сальника штока. Это происходит в случае повреждения пыльника амортизатора, и, как следствие, попадания грязи на поверхность штока. Повреждение сальника штока ведет к утечке газа и амортизаторной жидкости, из-за чего сам амортизатор утрачивает свои демпфирующие свойства.

При нормальных условиях эксплуатации срок службы амортизаторов может составить 3-5 и более лет. Передние амортизаторы претерпевают большую нагрузку, тем не менее, на новом автомобиле их ресурс составляет примерно 100-125 тысяч километров пробега. Задние же амортизаторы обычно превосходят эти показатели.

Источник

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.

Источник

Полезная статья о амортизаторах

Амортизаторы сегодня — это неотъемлемая часть подвески как на легковых, так и на грузовых автомобилях.
«Подвеска» автомобиля – общее понятие. Она служит для соединения колеса с кузовом автомобиля, но независимо от типа и конструктивных схем предназначена для обеспечения надёжного контакта колеса с поверхностью дороги и гашения колебаний кузова, вызванных неровностями дороги и инерционными силами при движении.

• При введении в подвеску упругого элемента (пружины или рессоры), толчок на кузов значительно смягчается, но вследствие инерции кузова колебательный процесс затягивается во времени, делая управление автомобилем трудным, а движение опасным. Автомобиль с такой подвеской раскачивается во всевозможных направлениях, и высока вероятность «пробоя» при резонансе (когда толчок от дороги совпадает со сжатием подвески в течение затянувшегося колебательного процесса).

• В современных подвесках, во избежание вышеперечисленных явлений, наряду с упругим элементом используют демпфирующий элемент – амортизатор. Он контролирует упругость пружины, поглощая большую часть энергии колебаний. При проезде неровности пружина, как и в предыдущем случае, сжимается. Когда же, после сжатия, она начнёт расширяться, стремясь превзойти свою нормальную длину, большую часть энергии зарождающегося колебания поглотит амортизатор. Продолжительность колебаний до возвращения пружины в исходное положение при этом уменьшится до 0,5 … 1,5 циклов.

Надёжный контакт колеса с дорогой обеспечивается не только шинами, основными упругими и демпфирующими элементами подвески (пружина, амортизатор), но и её дополнительными упругими элементами (буферы сжатия, резинометаллические шарниры), а также тщательным согласованием всех элементов между собой и с кинематикой направляющих элементов.

Таким образом, чтобы Ваш автомобиль «парил» над дорогой, между кузовом и дорожным полотном должны быть:
– шины
– основные упругие элементы
– дополнительные упругие элементы
– направляющие устройства подвесок
– демпфирующие элементы.

Шины первыми в автомобиле воспринимают неровности дороги и, насколько это возможно, в силу их ограниченной упругости, смягчают колебания от микропрофиля дороги.

Шины могут служить индикатором исправности подвески: быстрый и неравномерный (пятнами) износ шин свидетельствует о снижении сил сопротивления амортизаторов ниже допустимого предела.

Основные упругие элементы (пружины, рессоры) удерживают кузов автомобиля на одном уровне, обеспечивая упругую связь автомобиля с дорогой. В процессе эксплуатации упругость пружин меняется вследствие старения металла или из-за постоянной перегрузки, что приводит к ухудшению характеристик автомобиля:уменьшается высота дорожного просвета, изменяются углы установки колёс, нарушается симметричность нагрузки на колёса.

Пружины, а не амортизаторы удерживают вес автомобиля. Если дорожный просвет уменьшился и автомобиль «просел» без нагрузки, значит, пришло время менять пружины.

Дополнительные упругие элементы (резинометаллические шарниры или сайлентблоки, буферы сжатия) отвечают за подавление высокочастотных колебаний и вибраций от соприкосновения металлических деталей. Без них срок службы элементов подвески резко сокращается (в частности в амортизаторах: из-за усталостного износа клапанных пружин).

Регулярно проверяйте состояние резинометаллических соединений подвески. Поддерживая их работоспособность, Вы увеличите срок службы амортизаторов.

Направляющие устройства (системы рычагов, рессоры или торсионы) обеспечивают кинематику перемещения колеса относительно кузова. Задача этих устройств в том, чтобы сохранять плоскость вращения колеса (двигающегося вверх при сжатии подвески и вниз при отбое) в положении близком к вертикальному, т.е. перпендикулярно дорожному полотну.

Если геометрия направляющего устройства нарушена, поведение автомобиля резко ухудшается, а износ шин и всех деталей подвески, в том числе и амортизаторов, значительно ускоряется.
Отдельное внимание стоит уделить подвеске McPherson: во-первых, такая подвеска получила исключительное распространение на переднеприводных автомобилях, а во-вторых в этой подвеске амортизатор играет роль направляющего элемента и нагружен боковыми силами.

Демпфирующий элемент гасит колебания кузова, вызванные неровностями дороги и инерционными силами, а следовательно, уменьшает их влияние на пассажиров и груз. Он также препятствует колебаниям неподрессоренных масс (мосты, балки, колёса, шины, оси, ступицы, рычаги, колёсные тормозные механизмы) относительно кузова, улучшая тем самым контакт колеса с дорогой.

Амортизаторы, как демпфирующий элемент современной подвески, получили наибольшее распространение в силу сочетания эффективности в работе, надёжности и технологичности изготовления. Основной функцией амортизатора является обеспечение надёжного контакта колеса с дорогой, комфорта и безопасности.

Для выполнения своей функции амортизатор должен поглощать определённое количество энергии колебаний, и если точнее, то не поглощать, а преобразовывать её в тепловую. Количество поглощаемой энергии зависит от массы автомобиля, жёсткости пружины и частоты колебаний.

Работа гидравлического и гидропневматического амортизаторов основывается на двух основных свойствах жидкости: её несжимаемости и вязкости.

Все производимые в мире амортизаторы делятся на две группы:
• Гидравлические (или масляные)
• Гидропневматические (или газонаполненные)

Принцип работы гидравлического амортизатора достаточно прост. В рабочем цилиндре, заполненном специальной гидравлической жидкостью, перемещается шток с поршнем, имеющим точно калиброванную систему клапанов. Рабочие характеристики подбираются индивидуально для наилучшего гашения колебаний подвески каждого автомобиля.

Поясним формирование гидравлической характеристики амортизатора:
• Если все клапаны «намертво» закрыты, а прохождение гидравлической жидкости происходит только через обходной канал в поршне, получится абсолютно жёсткая линейная характеристика. Если включить в работу клапаны сообщения с компенсационной камерой – характеристика станет «мягче». Несимметричность объясняется тем, что клапан, открывающийся на «сжатии», имеет большее проходное сечение, чем клапан, работающий на «отбое».
• Если задействовать основные клапаны, расположенные в поршне, форма характеристики уже нелинейна и по мере открытия клапанов и увеличения общего проходного сечения каналов, становится всё менее «жёсткой».

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 +/– 50О – 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. 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.

…плюс газ
(Принципиальная схема регулируемого двухтрубного гидравлического амортизатора с газовым подпором (на примере конструкции амортизаторов фирмы Koni) )

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.

(Регулируемый амортизатор системы CDC на автомобиле Opel Astra разработки ZF)

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 эволюцией однотрубных 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 допкамеру, 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.

(Магнитная жидкость; Плоский поток (параболический профиль скорости перемещения))

Кроме примеров борьбы с явлением аэрации, были и другие варианты совершенствования конструкции таких амортизаторов. Так, например, компания Monroe, используя особые заостренные бороздки на стенках рабочей колбы, добивалась точной настройки характеристик амортизатора как для спокойной, так и для активной езды. Нужно отметить и примеры регулируемых амортизаторов, построенных по двухтрубной газонаполненной схеме. Стандартные амортизаторы также обладают возможностью регулировки, но для этого их необходимо разбирать. А есть варианты конструкций, предлагающие внешнюю регулировку жесткости. Так, фирма Koni применяет особый регулировочный штырь, проходящий через шток. Загнутый конец этого штыря, поворачивая особую эксцентриковую шайбу, создает дополнительную нагрузку на нижние пластины, позволяя настроить усилия хода отбоя. Ряд фирм осуществляют регулировку жесткости работы амортизатора схожим образом, но с использованием системы перепускных каналов в штоке, отвечающих за протекание масла, минуя дроссель. Интересный вариант регулировки жесткости предлагает фирма Kayaba. На ее амортизаторах серии AGX используется клапан, расположенный сбоку амортизатора в нижней части стойки, также регулирующий перепускание масла в обход поршня. У конструкций с выносными резервуарами возможностей настройки, как было сказано выше, куда больше, но все это механические системы, требующие остановки и ручной корректировки. Такой вариант мало подходит к современным серийным автомобилям, производители которых стремятся создать водителю и пассажирам максимальный комфорт и удобства. Для этих целей разрабатываются новые варианты амортизаторов, имеющих автоматические регулировки жесткости. Первые такие устройства представляли собой сложнейшие гидравлические системы, работающие под высоким давлением и регулирующие характеристики работы амортизаторов посредством изменения давления масла в рабочем цилиндре. В настоящее время им на смену пришли иные устройства, позволяющие изменять характеристики работы амортизаторов посредством электрических клапанов, причем как в ручном, так и в автоматическом режиме. В качестве примера можно привести систему CDC (Continuous Damping Control – непрерывный контроль демпфирования) фирмы ZF, использованную на автомобиле Opel Astra. Здесь применена схема обычного двухтрубного амортизатора с газовым подпором. Регулировка усилия на сжатие и отбой осуществляется посредством двух электромагнитных клапанов, установленных сбоку в нижней части амортизатора и внутри самого поршня. Процессорное управление отслеживает множество параметров (скорость, вертикальное ускорение каждого колеса, угол поворота руля и т. д.) и регулирует жесткость по каждому из амортизаторов в отдельности. Есть и куда более изящная разработка, имеющая, на мой взгляд, весьма радужные перспективы. В прошлом году компания General Motors представила магнитные амортизаторы на моделях Cadillac Seville и Chevrolet Corvette. Совместно с корпорацией Delphi была разработана система MRC (Magnetic Ride Control – магнитный контроль перемещения). В данной системе отсутствуют привычные способы регулировки усилия. Всю работу берет на себя магнито-реологическая жидкость. Эта жидкость работает как и в обычных амортизаторах, но при этом под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными электромагнитными катушками, она способна менять свою вязкость. Причем менять с частотой 1000 раз/сек, и регулировка происходит фактически мгновенно. Реакция системы занимает всего одну миллисекунду. Нет ни двигателей, ни соленоидов, ни каких бы то ни было сложных клапанных систем. Такой магнитный амортизатор проще своих классических «коллег», но, к сожалению, пока не дешевле. Виной тому все еще высокая стоимость устойчивых к расслоению магнито-реологических жидкостей с достаточно широким температурным диапазоном работы. Но очень похоже, что будущее за подобной схемой. Уж очень много преимуществ. Упрощаются сам амортизатор и подвеска. Исключается необходимость в стабилизаторах поперечной устойчивости. Потрясающие возможности контроля жесткости подвески. Много плюсов.

Источник