1.3 Классификация амортизаторов

Конструкций амортизаторов, вернее демпферов колебаний, в механике известно очень много. Однако в современной автомобильной промышленности получили широкое распространение только два из них - гидравлические и гидропневматические. /3/

Все амортизаторы по своей конструкции делятся на однотрубные, двухтрубные, магнитные, рычажные, резинометаллические, цельнометаллические и пружинные с воздушным или фрикционным демпфированием; по принципу действия на регулируемые, нерегулируемые и активные. В зависимости от наполняемой жидкости различаются гидравлические, газовые, гидравлические с газовым подпором и магнито-жидкостные. Также, имеются низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные амортизаторы (зависят от частоты внутренних колебаний).

Амортизаторы

По виду наполняемой жидкости

По частоте собственных колебаний

Гидравлические

Низкочастотные

Газовые

Среднечастотные

Гидравлические с газовым подпором

Гидравлические

Высокочастотные

Магнитожидкостные

Газовые

С успокоительным поршнем

Со сдвоенным поршнем

Низкого давления

С отдельной компенсационной полостью

Высокого давления

С газом высокого и низкого давления

Магнитные

Рычажные

Резинометаллические

Пластинчатые

Чашечные

Рожковые

Цельнометаллические

Тросовые

Лепестковые

Пружинные с воздушным и фрикционным демпфированием

Рисунок 1.2 - Классификация амортизаторов

В соответствии с этим, была составлена классификация, изображенная на рисунке 1.2.

Рассмотрим подробнее самые распространенные разновидности амортизаторов и принцип их действия.

1

.3.1 Гидравлические двухтрубные амортизаторы. Гидравлические амортизаторы состоят из двух цилиндров, масло в которых перетекает из одного в другой через тарированный перепускной клапан (рисунок 1.3). На данный момент эти амортизаторы являются наиболее простыми, распространенными и дешевыми. /5/

2

3

8

6

5

1

8

4

7

1 - корпус патрона; 2 - центрирующая втулка; 3 - гайка резервуара;

4 - рабочий цилиндр; 5 - шток с поршнем и клапаном отбоя; 6 - буфер отбоя;

7 - клапан сжатия; 8 - полости, заполненные амортизаторной жидкостью.

Рисунок 1.3 - Двухтрубный амортизатор

Установка гидравлических двухтрубных амортизаторов оправдана на автомобиле семейного класса — для очень спокойных водителей, которые не выезжают на пересеченную местность и практически не используют приемы экстремального вождения. Дело в том, что в этих режимах (спортивные соревнования, гонки и так далее) при часто повторяющихся резких перемещениях на высокой скорости и не слишком ровной поверхности масло в амортизаторе просто «вскипает» — и амортизатор перестает работать.

Эти амортизаторы охлаждаются хуже однотрубных, используемое в них масло должно выдерживать нагревание до плюс 150 ^оС. Еще один минус двухтрубников — это большая масса и инертность. При их установке на автомобиль увеличиваются неподрессоренные массы. Учитывая все сказанное, специалисты не рекомендуют установку этих амортизаторов на современные скоростные и тяжелые автомобили. С другой стороны, около 50% семейных авто, комплектуются «гидравликой» на конвейере, у нее есть самое большое для нынешнего потребителя преимущество — низкая цена.

1.3.2 Газовые однотрубные амортизаторы. У этих амортизаторов нет второго резервуара, в отличие от классических двухтрубных гидравлических, для демпфирования используется как рабочая жидкость, так и газ (рисунок 1.4). /5/

4

3

10

7

2

11

11

8

5

6

1

9

1 - корпус патрона с опорными втулками 11; 2 - центрирующая втулка;

3 - гайка резервуара; 4 - рабочий цилиндр амортизатора; 5 - шток с поршнем и клапанной системой; 6 - буфер отбоя; 7 - плавающий поршень с

уплотнениями; 8 - полости, заполненные амортизаторной жидкостью;

9 - буфер сжатия; 10 - газовая полость.

Рисунок 1.4 - Однотрубный амортизатор

Амортизаторы высокого давления (в силу конструкции) при установке можно переворачивать "вниз головой", а гидравлические - нет.

Чем выше давление газа, тем быстрее амортизатор реагирует "на удар". Эти амортизаторы избавлены от недостатков двухтрубных. Единственный недостаток газовых однотрубников, в сравнение с гидравликой, - высокая цена.

Гидравлические двухтрубные амортизаторы имеют еще несколько особенностей, становящихся недостатками при определенных режимах эксплуатации автомобиля. При резком перемещении поршня на обратной стороне клапана создается разряжение и могут образоваться кавитационные пузырьки. Это резко изменяет характеристики демпфирования. При часто повторяющихся резких перемещениях, например, при прохождении раллийной трассы, амортизатор просто "вскипает" - кавитационные пузырьки и газ компенсационного объема смешиваются с маслом в подобие эмульсии, при этом демпфирование практически исчезнет.

1.3.3 Двухтрубные с газовым подпором амортизаторы. Газонаполненные амортизаторы высокого давления появились, в основном, как ответ на необходимость решения этой проблемы. /1/

Подпружиненное масло практически не вспенивается, а отделение компенсационного объема плавающим поршнем снимает вопрос о возможном смешивании газа с маслом. Именно поэтому амортизаторы высокого давления можно переворачивать "вниз головой", например, в стойках Макферсона, а гидравлические - нет.

Двухтрубные амортизаторы тяжелее однотрубных. Установка первых на автомобиле ведет к увеличению неподрессоренной массы подвески и, как следствие, увеличению ее инертности.

При частых перемещениях вверх-вниз на характерных участках дороги (раллийная трасса), инерция заставляет подвеску как бы "задумываться" поочередно то в верхней, то в нижней точки и пропускать очередное летящее на нее препятствие или яму. В этом заключается еще одна причина всеобщей любви спортсменов к однотрубным газонаполненным амортизаторам.

1.3.4 Рычажные амортизаторы. Старые автомобили с жесткой подвеской и небольшими ско­ростями движения не требовали высокого качества демпфирова­ния: для обеспечения безопасности движения хватало простых и компактных рычажных амортизаторов (рисунок 1.5). Принцип ра­боты такого амортизатора несложен. При ходе отбоя колеса по­казанный на рисунке кулачок через сухарь нагружает поршень, масло из рабочей полости вытесняется через демпфирующий клапан в безнапорную по­лость. /3/

1

2

4

3

1 – рама автомобиля; 2 – регулируемый демпфирующий клапан;

3 – к подвеске; 4 – рабочий поршень с возвратной пружиной и обратным клапаном.

Рисунок 1.5 - Рычажной амортизатор

Преднатяг винтовой пружины, установленной в корпусе клапана, можно изменять снаружи, устанавливая тем самым желаемое усилие демпфирования. Когда колесо совершает ход сжатия, возвратная пружина отжимает поршень вверх и через обратный клапан, находящийся в его днище, масло устремляется обратно в рабочую полость.

Преимущества рычажного амортизатора: компактность, воз­можность использовать рычаг амортизатора одновременно в ка­честве поперечного рычага подвески, для крепления его корпуса на раме или на кузове достаточно всего двух болтов, возможность применения простого передаточного механизма для соединения конца рычага с поперечным или продольным рычагом подвески или с балкой, наличие внешней регулировки.

Этим преимуществам, однако, противостоят значительные не­достатки: большая масса, высокая стоимость изготовления из-за обработки резанием почти всех деталей (корпус, рычаг и другое), весьма большие внутренние силы на кулачке и в опорах рычага.

Между концом рычага и точкой контакта кулачка с поршнем имеется передаточное отношение i = 5. Это означает примерно пятикратное увеличение усилия на поршне по сравнению с точкой контакта колеса с дорогой, высокие внутренние давления и свя­занное с этим неудовлетворительное демпфирование колебаний колес при обычных на сегодняшний день жестких шинах и высоких скоростях движения.

1.3.5 Амортизаторы с отдельной компенсационной полостью. Точно так же, как в гидропневматических подвесках и устрой­ствах для регулирования уровня, в однотрубных амортизаторах можно отделить камеру давления, служащую в качестве компен­сационной полости, от собственно амортизатора. /3/

На рисунке 1.6 показан так называемый рюкзачный амортизатор фирмы «Биль­штайн» в монтажном положении.

Рисунок 1.6 – Амортизатор с отдельной компенсационной полостью

Шток, поршень и уплотнительный комплект по конструкции и размерам соответствуют серийному амортизатору с диаметром поршня 36 мм, однако над направляющей штока имеется еще крышка с пластмассовой вставкой. Обе эти детали должны предотвращать повреждение буфера сжатия при больших усилиях и проникновение загрязнений к штоку, что могло бы привести к потере герметичности. Расположенный над поршнем буфер отбоя упирается в шайбу, защищаю­щую уплотнительный комплект.

В компенсационной полости, соединенной с амортизатором шлангом высокого давления длиной 400 мм, расположен раздели­тельный поршень. Герметизация газовой полости осуществляется посредством уплотнительного кольца круглого сечения на этом поршне; крышка и здесь опирается на проволочное стопорное кольцо. Снаружи газовая полость закрывается болтом с шести­гранной головкой.

1.3.6 Регулируемые и активные амортизаторы. Как компромиссный вариант, чтобы железный конь одинаково хорошо скакал и по буеракам, и по автобанам (а это взаимоисключающие требования), возможна установка регулируемых амортизаторов. Их настройки можно изменять в зависимости от планируемой поездки (от самой жесткой — для автомагистрали, где главное — управляемость, до самой мягкой — для бездорожья, где большее внимание уделяется величине ходов подвески, а скорости невелики). /5/

Эти амортизаторы дороже газовых однотрубников. Еще одна категория амортизаторов появилась совсем недавно — это активные амортизаторы, жесткость которых можно регулировать прямо из кабины, с помощью электропривода. Наиболее продвинутые системы не требуют вмешательства водителя. По количеству и скорости вертикальных перемещений, которые отслеживает датчик, устанавливается, по какому покрытию едет машина и, в зависимости от этого, выбирается необходимая жесткость.

Еще одна разработка принадлежит американцам — это система MagnaRide. Принцип работы таких амортизаторов основан на свойствах новой амортизационной жидкости, в которой в виде взвеси присутствуют металлические частицы. В электромагнитном поле они упорядочиваются и меняют вязкость жидкости, соответственно, и жесткость амортизатора. Такой амортизатор называют магнито-жидкостным (МЖ). Естественно, что цены на такие системы могут превосходить обычную «гидравлику» на порядок, а то и на два. Магнитная жидкость, по существу, позволяет управлять силой демпфирования амортизатора, заменяя механические клапаны, обычно используемые в регулируемых амортизаторах. Если магнито-жидкостный амортизатор отключить от источника питания, то он просто становится пассивным амортизатором. /1/

Функциональное представление МЖ амортизатора, со схемными решениями компонентов, необходимых для действия, показаны на рисунке 1.7.

МЖ- клапан

Магнитная жидкость

Р

Аккумулятор газа

исунок 1.7 – Упрощенная схема магнито-жидкостного амортизатора

Жидкость, перемещаемая из верхней области поршня к нижней (и наоборот), должна пройти через магнитный клапан - отверстие постоянного размера со способностью прикладывать магнитное поле, используя электромагнит, к объему отверстия. Это магнитное поле изменяет вязкость магнитной жидкости. Падение давления на участке магнитного клапана прямо пропорционально напряженности приложенного магнитного поля.

Таким образом характеристика демпфирования МЖ амортизатора - функция электрического тока, проходящего через возмущающую катушку. Это позволяют легко управлять демпфированием МЖ амортизатора в режиме реального времени.

Аккумулятор на схеме сдавливает объем газа, который физически отделен от жидкости плавающим поршнем.