Гідравлічні амортизатори для автомобіля
4.5. Гідравлічні амортизатори
Пристрій та робота. Поряд з пружними елементами та направляючими пристроями гідравлічні амортизатори відносяться до основних частин підвіски коліс. Амортизатори служать для гасіння коливань кузова і коліс, вони повинні перешкоджати відриву коліс від поверхні дороги, забезпечувати їх надійне зчеплення. Таким чином, робота амортизаторів впливає не тільки на плавність ходу, але і на безпеку руху, на стійкість і керованість автомобіля. Часто в амортизаторах мають додаткові пристрої для обмеження ходу коліс вгору або вниз (в кінці ходу стиснення або відбою).
На легкових автомобілях застосовуються дво- та однотрубні телескопічні амортизатори. Принцип дії будь-якого гідравлічного амортизатора полягає в тому, що при переміщення поршня в циліндрі, наповненому рідиною, вона переганяється через отвори з порожнини над поршнем в порожнину під поршнем і створює опір коливанням кузова і коліс.
Працюючи амортизатора розрізняють хід стиснення, коли шток з поршнем входить у циліндр, і хід віддачі при зворотному русі штока з поршнем. Якщо амортизатор працює при будь-якому русі поршня (при ході стиснення і віддачі), то його називають пристроєм, що гасить двосторонньої дії. Амортизатори легкових автомобілів мають два основні режими роботи, пов'язані з необхідністю обмеження максимальних зусиль. При плавному навантаженні амортизатора швидкість руху поршня невелика, рідина в циліндрі перетікає через отвори, що калібруються, створюючи необхідний опір. При різкому збільшенні швидкості руху поршня спрацьовують розвантажувальні клапани, які збільшують прохідні отвори для перебігу рідини, опір амортизаторашвидко падає.
На рисунках 4.15 і 4.16 показані схема роботи двотрубного амортизатора та графік навантажувальної характеристики, що пояснюють його пристрій та роботу. Амортизатор складається з робочих порожнин А та Б відповідно над та під поршнем. Поршень 4 закріплений на нижньому кінці штока 6. Розвантажувальний клапан віддачі 3 встановлений на поршні 4, а розвантажувальний клапан стиснення 1 закріплений внизу робочого циліндра 8. На поршні встановлено перепускний клапан 5, а разом з розвантажувальним клапаном стиснення / впускний клапан 2 . і трубою 9 знаходиться компенсаційна порожнина, заповнена амортизаторною рідиною приблизно наполовину.
При плавному стисканні амортизатора (малої швидкості руху поршня) виникає тиск у порожнині В. Перепускний клапан 5 відкривається, і рідина перетікає з порожнини Б в порожнину А через отвори калібровані 10. Однак вся рідина надійти в порожнину А не може, так як в робочий циліндр вводиться шток 6. Кількість рідини, що дорівнює об'єму тієї частини штока, яка входить в циліндр, перетікає через калібровані отвори 11 в компенсаційну порожнину, дещо збільшуючи тиск повітря, що знаходиться там. В цьому випадку сила опору амортизатора Р збільшується в залежності від швидкості поршня v відповідно до кривої ділянки графіка навантажувальної характеристики (див. рис. 4.16, ділянка 2-3).
При різкому стисканні амортизатора (великої швидкості поршня) рідина не встигає перетікати через отвори, що калібруються //, тиск у робочому циліндрі зростає, і розвантажувальний клапан стиснення / відкривається. Зростання сили опору амортизатора за великої швидкості поршня уповільнюється (ділянка кривої 3-4 графіка навантажувальної характеристики).
При плавному русі поршня вгору (хід віддачі) рідина із порожнини А черезкалібровані отвори 10 перетікає в порожнину Б. Крім того, в порожнину А надходить рідина з компенсаційної камери через відкритий впускний клапан 2. При великій швидкості руху поршня вгору (різкій віддачі) спрацьовує розвантажувальний клапан 3 віддачі. Опір амортизатора падає, що відповідає ділянці кривої 1-4 графіка навантажувальної характеристики (ріє. 4.16). З графіка навантажувальної характеристики амортизатора видно, що сила опору ходу віддачі значно більше, ніж сила ходу стиснення. Зменшення сили опору амортизатора на ходу стиснення роблять для того, щоб знизити поштовхи та удари, що передаються кузову при наїзді на нерівності дороги. Надмірне збільшення сили опору віддачі може призвести до небажаним наслідків, тобто. амортизатор може зменшити зчеплення колеса з поверхнею дороги, аж до їхнього відриву.
Розробка двотрубних телескопічних амортизаторів розпочалася ще до Другої світової війни. Однак масове впровадження двотрубних амортизаторів на легкових автомобілях відбулося після війни. У цей час з'явилися конструкції однотрубних газонаповнених амортизаторів з роздільним поршнем. Основну труднощі під час створення однотрубного амортизатора становило ущільнення штока, що постійно навантажено внутрішнім тиском газу. Подолати основний недолік однотрубних амортизаторів — передчасну розгерметизацію вдалося нескоро. Тільки після багаторічних досліджень, удосконалень технології та застосування нових матеріалів стало можливим створити надійну конструкцію ущільнювального вузла на штоку.
Однотрубні газонаповнені амортизатори мають такі переваги, порівняно з двотрубними. Істотно найкраще охолодження амортизатора в результаті безпосереднього обдування робітникациліндра. При тих же габаритах (зовнішньому діаметрі) можна збільшити діаметр поршня і знизити тиск рідини. Вся система клапанів та каліброваних отворів встановлюється на поршні, що значно спрощує конструкцію. В однотрубному амортизаторі практично немає спінювання рідини, що забезпечує надійну роботу навіть при високочастотних коливаннях підвіски. Наявність розділювального поршня дозволяє встановлювати амортизатор у будь-якому положенні.
Через перетікання рідини в компенсаційній камері амортизатор двотрубний не можна встановлювати з нахилом у вертикальній площині більш ніж на 45°. Однотрубний амортизатор можна встановлювати «вгору ногами», тоді більша частка маси амортизатора буде закріплена з кузовом, а маса штока та поршня – з колесами. (Зменшення маси, пов'язаної з колесами, завжди бажано з погляду плавності ходу автомобіля).
Звичайно, і однотрубні амортизатори мають недоліки. Насамперед вони мають більшу довжину робочого циліндра через розміщення компенсаційної камери послідовно з робочим циліндром. Основні деталі однотрубних амортизаторів мають бути виготовлені з високою точністю. Нарешті, треба враховувати наявність сили, що виштовхує на штоку, яка істотно збільшується при нагріванні амортизаторів. При м'якій підвісці це може призвести до підйому кузова.
На малюнку 4.17 показано схему однотрубного газонаповненого амортизатора. Нагорі розташована компенсаційна камера 4 з плаваючим поршнем 3. Порожнину камери заповнена газом під тиском. Призначення компенсаційної камери те саме, що й у двотрубних амортизаторів. Вона повинна компенсувати витрату рідини, що витісняється штоком, а також розширення рідини під час нагрівання амортизатора. На поршні / встановлені клапани 2 та 5. При ході віддачірідина перетікає з порожнини А порожнину Б через отвір клапана віддачі 2, а плаваючий розділовий поршень 3 переміщається вниз. При ході стиснення набуває чинності клапан стиснення 5, плаваючий поршень переміщається вгору.
Конструкції гідравлічних телескопічних амортизаторів. На малюнку 4.18 як приклад показана схема роботи клапанів однотрубного амортизатора. На поршні встановлені два клапани - верхній стиск і нижній віддачі. Клапани є набором тонких дисків різного діаметра. При ході віддачі (рис. 4.18,а) рідина перетікає через косі отвори в поршні повз розташований нагорі клапан стиснення до клапана віддачі. Нижній диск клапана віддачі не повністю перекриває косі отвори поршні. При різкому збільшенні швидкості поршня під час віддачі клапан збільшує відкриття косих отворів, опір амортизатора зменшується. Аналогічно працюють клапани амортизатора і під час стиснення (рис. 4.18, б).
Конструкції підвісок легкових автомобілів. На таблиці VIII кольорового вклеювання показана конструкція незалежної двоважільного підвіски автомобілів «ВАЗ». Такі підвіски набули найширшого поширення на задньопривідних автомобілях («ВАЗ-2104»,-2105»,-2106» та ін. та «АЗЛК-2140»), на автомобілях Іжевського автозаводу («ІЖ-2125», -2126» та ін. .), а також на автомобілях «ГАЗ» («Волга») та ін. Направляючий пристрій підвіски виконано у вигляді короткого верхнього / та довгого нижнього важелів 5. Ці важелі забезпечують вертикальний хід колеса з деяким нахилом та переміщенням його у поперечній площині. Стабілізатор 4 закріплений на нижньому важелі 5.
Установка амортизатора 3 всередині пружини 6 дозволяє зменшити об'єм, займаний елементами підвіски, кількість і масу деталей, а також поліпшити розташування елементів.
намалюнку 4.19 показана передня підвіска автомобілів «ВАЗ-2108», -2109», виконана за схемою «свічка, що гойдається». Телескопічна стійка 3 з'єднана з поворотним кулаком колеса 4. Верхня опора стійки через гумовий елемент пов'язана з кузовом. Висока еластичність гумової опори забезпечує хитання стійки при переміщенні колеса та гасіння високочастотних коливань. Нижній поперечний важіль напрямного пристрою 6 з'єднаний шаровим шарніром 5 з поворотним кулаком 4, а гумово-металевим шарніром 8 з кронштейном кузова. До напрямного пристрою відноситься розтяжка 9, прикріплена до кузова шарніром 10. Кінці стрижня стабілізатора 7 поперечної стійкості кріпляться до нижнього важеля 6 і являють собою додаткові розтяжки. Важель, розтяжки та кінці стабілізатора сприймають поздовжні та поперечні навантаження, що передаються від коліс на кузов. У телескопічній стійці 3 встановлені гідравлічний амортизатор 2 та пружний елемент (пружина) 12. Додатковим пружним елементом на ходу стиснення працює буфер 11.
На таблиці IX кольорового вклеювання зображено конструкцію задньої залежної підвіски на поздовжніх важелях автомобіля «ВАЗ-2121». Аналогічну конструкцію підвіски мають усі задньопривідні машини "ВАЗ". Залежна підвіска оснащена в якості пружних елементів крученими циліндричними пружинами 2, а в якості гасящих пристроїв - гідравлічними телескопічними амортизаторами 6. Основним напрямним пристроєм є поздовжні важелі: довгі нижні / і короткі верхні 3. Ці важелі дають можливість мосту дузі досить великого радіусу. При вертикальних переміщеннях у підвісці відсутні нахили та переміщення коліс у поперечній площині.
Під час роботи підвіски на довгих поздовжніх важелях лишенезначно змінюється база автомобіля. Однак поздовжні важелі не можуть утримувати міст у поперечному напрямку. У підвісці доводиться встановлювати додаткову (поперечну) тягу 5. Довжину тяги 5 намагаються зробити якнайбільше для того, щоб зменшити нахил коліс у поперечній площині.
У передньопривідних легкових автомобілів найбільшого поширення набули напрямні пристрої з поздовжніми важелями в задніх підвісках коліс. На малюнку 4.20 показано задні підвіски з поздовжніми важелями передньопривідних автомобілів «ВАЗ». Підвіска має пружинні стійки із гідравлічними телескопічними амортизаторами. Колеса пов'язані між собою зварною балкою, що складається з двох поздовжніх важелів і з'єднувача, що має U-подібний переріз. З'єднувач такого профілю має велику жорсткість при згинанні і легко скручується. З'єднувач відіграє роль стабілізатора поперечної стійкості задньої підвіски. З'єднувачі як стабілізатор використовують і в задній підвісці автомобіля «ЗАЗ-1102» («Таврія»). Конструкції направляючого пристрою зі сполучною балкою (з'єднувачем) застосовуються в задніх підвісках автомобілів («Москвич-2141») та «ВАЗ-1111» («Ока»).