Принцип работы амортизаторов: обеспечение баланса и комфорта автомобиля

Думая о том, как автомобили сохраняют устойчивость и управляемость на неровной дороге, первым приходит в голову амортизатор. Амортизаторы применяются во многих сферах, не только в автопроме. В автомобилях они снижают влияние неровностей, улучшают комфорт и управляемость.

Что такое амортизатор?

Амортизатор — механическое или гидравлическое устройство для поглощения и гашения шоковых импульсов. Кинетическая энергия шока преобразуется в другую форму (обычно тепло) и рассеивается.

Резиновые амортизаторы — самые распространенные благодаря долговечности, высокой эластичности, устранению вибраций, шока и звукоизоляции. Могут формировать требуемую форму, удовлетворяя требованиям жесткости и прочности. Резиновые вибрационные амортизаторы имеют демпфирующую функцию: поглощают механическую энергию, особенно высокочастотные колебания.

В автомобилях амортизаторы снижают воздействие неровностей, улучшая комфорт и управляемость. Ограничивают излишнее движение подвески, гасят колебания пружин. Клапаны масла и газа удаляют излишнюю энергию пружин. Жесткость пружины подбирается производителем исходя из массы автомобиля.

Применение амортизаторов

Амортизаторы повсюду: трассы, мосты, автомобили, мотоциклы, велосипеды, здания — для поглощения ударов, землетрясений, ветровых нагрузок. Разные применения требуют разных типов и материалов. Резиновый амортизатор не подойдет для автомобиля, цилиндрический — для трассы. Каждый тип требует специфической формы и конструкции.

Функции амортизаторов

• Основная: поглощение/гашение сжатия и отбоя пружин и подвески
• Контроль нежелательных и излишних движений пружин
• Удержание шин в контакте с дорогой всегда
• Обеспечение безопасного управления и более быстрого торможения

Компоненты автомобильного амортизатора

Конструкции различаются, но основные детали похожи:

Крепление (Mount)

Фиксирует амортизатор к кузову и подвеске. Верхнее и нижнее крепления одинаковой конструкции, с полым участком для втулки и болта.

Втулка (Bushing)

На креплениях, из резины или полиуретана. Поглощает вибрации, разделяет металлические части для предотвращения шума и износа. Втулки — заменяемые компоненты.

Пружина (Coil spring)

Не во всех амортизаторах. Называется «coil-over» или пружинный амортизатор. Похож на стойку подвески (strut), их легко перепутать.

Поршень и поршневой стержень

Поршень имеет отверстия/клапаны для прохождения масла. Стержень направляет поршень внутри цилиндра.

Цилиндр

Циллиндрическая труба — корпус амортизатора. Содержит сжатое масло и движущийся поршень.

Болты

Крепят амортизатор к кузову и подвеске. Должны быть затянуты с правильным моментом.

Мелкие детали:

• Масляная прокладка — предотвращает утечку масла и попадание загрязнений
• Масляный канал — обеспечивает плавную работу
• Направляющая стержня — плавное движение поршневого стержня
• Азот и газовая камера — в камере внутри цилиндра. Предотвращает пузырькование масла
• Шайбы и пластины — важные распорки

Типы амортизаторов

Различные типы транспортных средств и подвесок требуют специфических амортизаторов. Все делятся на три типа:

Обычные телескопические амортизаторы

Самый распространенный тип, на передней и задней подвеске. Дешевые, обычно заменяются, а не ремонтируются.

Стойкообразные амортизаторы (Strut type)

Более прочные для больших нагрузок. Выполняют ту же функцию, но заменяют часть подвески. На передней и задней осях малых и средних авто, сейчас тренд на крупных. Два подвида: герметичные (полная замена) и ремонтопригодные (заменяемые картриджи).

Амортизаторы с пружинным сиденьем (Spring seat)

Комбинируют телескопические и стойкообразные. Как стойки — элемент подвески и демпфер в одном блоке, но не для высоких боковых нагрузок. Компоненты как у обычных, герметичны, требуют полной замены.

Принцип работы

Основан на законе сохранения энергии: энергия не возникает и не исчезает, а переходит из формы в форму.

Потенциальная энергия — запасенная, кинетическая — энергия движения. При ударе колеса о неровность подвеска и пружины движутся, удерживая контакт шины с дорогой и поглощая энергию. Амортизатор гасит движение пружины, преобразуя кинетическую энергию пружины в тепловую. Тепло рассеивается в гидравлической жидкости.

Амортизатор — масляный цилиндр, позволяющий подвеске двигаться: поршень движется вверх-вниз в масле. Движение поршня загоняет малые объемы жидкости через микроотверстия в головке поршня.

Из-за малого расхода жидкости движение подвески замедляется. Гасится сжатие и отбой пружин. Чем быстрее движутся пружины, тем больше сопротивление амортизатора. Система скорость-зависима (velocity-sensitive).

Преимущества и недостатки амортизаторов

Преимущества

• Различные формы, жесткость и твердость с выдающейся эластичностью
• Относительно большая деформация при растяжении, сжатии, сдвиге, переменной силе
• Низкая собственная частота виброизоляции, но высокий демпфирующий эффект
• Простое обслуживание без скольжения
• Модуль эластичности гораздо ниже металлов, возможны большие эластичные деформации
• Хороший амортизирующий эффект
• Удобная установка и демонтаж

Недостатки

• Низкая стойкость к загрязнению среды и температурным изменениям
• Короткий срок службы
• Сложно достичь собственной частоты ниже 5 Гц
• Некоторые типы неремонтопригодны, требуют замены

Симптомы неисправного амортизатора

• Вибрация при вождении
• Демпфирование или нырание при торможении
• Увеличенный тормозной путь
• Неравномерный износ шин
• Течь жидкости
• Трещина втулки в точке крепления

Заключение

Амортизаторы — важные устройства для поглощения шоковых импульсов в различных применениях. В статье: определение, функции, применение, компоненты, типы, принцип работы, преимущества, недостатки и признаки неисправности.