Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

4.5. Гидравлические амортизаторы

Устройство и работа. Наряду с упругими элементами и направляющими устройствами гидравлические амортизаторы относятся к основным частям подвески колес. Амортизаторы служат для гашения колебаний кузова и колес, они должны препятствовать отрыву колес от поверхности дороги, обеспечивать надежное их сцепление. Таким образом', работа амортизаторов влияет не только на плавность хода, но и на безопасность движения, на устойчивость и управляемость автомобиля. Часто в амортизаторах располагают дополнительные устройства для ограничения хода колес вверх или вниз (в конце хода сжатия или отбоя).

На легковых автомобилях применяются двух- и однотрубные телескопические амортизаторы. Принцип действия любого гидравлического амортизатора состоит в том, что при перемещениях поршня в цилиндре, наполненном жидкостью, она перегоняется через отверстия из полости над поршнем в полость под поршнем и создает сопротивление колебаниям кузова и колес.

При работе амортизатора различают ход сжатия, когда шток с поршнем входит в цилиндр, и ход отдачи при обратном движении штока с поршнем. Если амортизатор работает при любом движении поршня (при ходе сжатия и отдачи), то его называют гасящим устройством двухстороннего действия. Амортизаторы легковых автомобилей имеют два основных режима работы, связанные с необходимостью ограничения максимальных усилий. При плавном нагружении амортизатора скорость движения поршня невелика, жидкость в цилиндре перетекает через калиброванные отверстия, создавая необходимое сопротивление. При резком увеличении скорости движения поршня срабатывают разгрузочные клапаны, которые увеличивают проходные отверстия для течения жидкости, сопротивление амортизатора быстро падает.

На рисунках 4.15 и 4.16 показаны схема работы двухтрубного амортизатора и график нагрузочной характеристики, поясняющие его устройство и работу. Амортизатор состоит из рабочих полостей А и Б соответственно над и под поршнем. Поршень 4 закреплен на нижнем конце штока 6. Разгрузочный клапан отдачи 3 установлен на поршне 4, а разгрузочный клапан сжатия 1 закреплен внизу рабочего цилиндра 8. На поршне установлены перепускной клапан 5, а вместе с разгрузочным клапаном сжатия / впускной клапан 2. Между цилиндром 8 и трубой 9 находится компенсационная полость В, заполненная амортизаторной жидкостью примерно наполовину.

При плавном сжатии амортизатора (малой скорости движения поршня) возникает давление в полости В. Перепускной клапан 5 открывается, и жидкость перетекает из полости Б в полость А через калиброванные отверстия 10. Однако вся жидкость поступить в полость А не может, так как в рабочий цилиндр вводится шток 6. Количество жидкости, равное по объему той части штока, которая входит в цилиндр, перетекает через калиброванные отверстия 11 в компенсационную полость В, несколько увеличивая давление находящегося там воздуха. В этом случае сила сопротивления амортизатора Р увеличивается в зависимости от скорости поршня v в соответствии с кривой участка графика нагрузочной характеристики (см. рис. 4.16, участок 2-3).

При резком сжатии амортизатора (большой скорости поршня) жидкость не успевает перетекать через калиброванные отверстия //, давление в рабочем цилиндре возрастает, и разгрузочный клапан сжатия / открывается. Возрастание силы сопротивления амортизатора при большой скорости поршня замедляется (участок кривой 3-4 графика нагрузочной характеристики).

При плавном движении поршня вверх (ход отдачи) жидкость из полости А через калиброванные отверстия 10 перетекает в полость Б. Кроме того, в полость А поступает жидкость из компенсационной камеры В через открытый впускной клапан 2. При большой скорости движения поршня вверх (резкой отдаче) срабатывает разгрузочный клапан 3 отдачи. Сопротивление амортизатора падает, что соответствует участку кривой 1-4 графика нагрузочной характеристики (рие. 4.16). Из графика нагрузочной характеристики амортизатора видно, что сила сопротивления на ходу отдачи значительно больше, чем сила на ходу сжатия. Уменьшение силы сопротивления амортизатора на ходу сжатия делают для того, чтобы снизить толчки и удары, передаваемые кузову при наезде на неровности дороги. Чрезмерное увеличение силы сопротивления отдачи также может привести к нежелательным последствиям, т.е. амортизатор может уменьшить сцепление колеса с поверхностью дороги, вплоть до их отрыва.

Разработка двухтрубных телескопических амортизаторов началась еще до второй мировой войны. Однако массовое внедрение двухтрубных амортизаторов на легковых автомобилях произошло после войны. В это же время появились конструкции однотрубных газонаполненных амортизаторов с разделительным поршнем. Основную трудность при создании однотрубного амортизатора представляло уплотнение штока, которое постоянно нагружено внутренним давлением газа. Преодолеть основной недостаток однотрубных амортизаторов — преждевременную разгерметизацию — удалось нескоро. Только после многолетних исследований, усовершенствований технологии и применения новых материалов стало возможным создать надежную конструкцию уплотни-тельного узла на штоке.

Однотрубные газонаполненные амортизаторы имеют следующие преимущества по сравнению с двухтрубными. Существенно лучшее охлаждение амортизатора в результате непосредственного обдува рабочего цилиндра. При тех же габаритах (наружном диаметре) возможно увеличить диаметр поршня и снизить давление жидкости. Вся система клапанов и калиброванных отверстий устанавливается на поршне, что значительно упрощает конструкцию. В однотрубном амортизаторе практически отсутствует вспенивание жидкости, что обеспечивает надежную работу даже при высокочастотных колебаниях подвески. Наличие разделительного поршня позволяет устанавливать амортизатор в любом положении.

Из-за перетекания жидкости в компенсационной камере двухтрубный амортизатор нельзя устанавливать с наклоном в вертикальной плоскости более чем на 45°. Однотрубный амортизатор можно устанавливать «вверх ногами», тогда большая доля массы амортизатора будет закреплена с кузовом, а масса штока и поршня — с колесами. (Уменьшение массы, связанной с колесами, всегда желательно с точки зрения плавности хода автомобиля).

Конечно, и у однотрубных амортизаторов есть недостатки. Прежде всего они имеют большую длину рабочего цилиндра из-за размещения компенсационной камеры последовательно с рабочим цилиндром. Основные детали однотрубных амортизаторов должны быть изготовлены с высокой точностью. Наконец, надо учитывать наличие выталкивающей силы на штоке, которая существенно увеличивается при нагреве амортизаторов. При мягкой подвеске это может привести к подъему кузова.

На рисунке 4.17 показана схема однотрубного газонаполненного амортизатора. Наверху расположена компенсационная камера 4 с плавающим поршнем 3. Полость камеры заполнена газом под давлением. Назначение компенсационной камеры то же, что и у двухтрубных амортизаторов. Она должна компенсировать расход жидкости, вытесняемой штоком, а также расширение жидкости при нагреве амортизатора. На поршне / установлены клапаны 2 и 5. При ходе отдачи жидкость перетекает из полости А в полость Б через отверстие клапана отдачи 2, а плавающий разделительной поршень 3 перемещается вниз. При ходе сжатия вступает в действие клапан сжатия 5, плавающий поршень перемещается вверх.

Конструкции телескопических гидравлических амортизаторов. На рисунке 4.18 в качестве примера показана схема работы клапанов однотрубного амортизатора. На поршне установлены два клапана — верхний сжатия и нижний отдачи. Клапаны представляют собой набор тонких дисков разного диаметра. При ходе отдачи (рис. 4.18,а) жидкость перетекает через косые отверстия в поршне мимо расположенного наверху клапана сжатия к клапану отдачи. Нижний диск клапана отдачи не полностью перекрывает косые отверстия в поршне. При резком увеличении скорости поршня во время отдачи клапан отдачи увеличивает открытие косых отверстий, сопротивление амортизатора уменьшается. Аналогично работают клапаны амортизатора и при ходе сжатия (рис. 4.18, б).

Конструкции подвесок легковых автомобилей. На таблице VIII цветной вклейки показана конструкция независимой двухрычажной подвески автомобилей «ВАЗ». Такие подвески получили самое широкое распространение на заднеприводных автомобилях («ВАЗ-2104»,-2105»,-2106» и др. и «АЗЛК-2140»), на автомобилях Ижевского автозавода («ИЖ-2125», -2126» и др.), а также на автомобилях «ГАЗ» («Волга») и др. Направляющее устройство подвески выполнено в виде короткого верхнего / и длинного нижнего рычагов 5. Эти рычаги обеспечивают вертикальный ход колеса с некоторым наклоном и перемещением его в поперечной плоскости. Стабилизатор 4 закреплен на нижнем рычаге 5.

Установка амортизатора 3 внутри пружины 6 позволяет уменьшить объем, занимаемый элементами подвески, число и массу деталей, а также улучшить расположение элементов.

На рисунке 4.19 показана передняя подвеска автомобилей «ВАЗ-2108», -2109», выполненная по схеме «качающаяся свеча». Телескопическая стойка 3 соединена с поворотным кулаком 4 колеса. Верхняя опора стойки / через резиновый элемент связана с кузовом.  Высокая эластичность резиновой опоры обеспечивает качание стойки при перемещении колеса и гашение высокочастотных колебаний. Нижний поперечный рычаг направляющего устройства 6 соединен шаровым шарниром 5 с поворотным кулаком 4, а резино-металлическим шарниром 8 с кронштейном кузова. К направляющему устройству относится растяжка 9, прикрепленная к кузову шарниром 10. Концы стержня стабилизатора 7 поперечной устойчивости крепятся к нижнему рычагу 6 и представляют собой дополнительные растяжки. Рычаг, растяжки и концы стабилизатора воспринимают продольные и поперечные нагрузки, передаваемые от колес на кузов. В телескопической стойке 3 установлены гидравлический амортизатор 2 и упругий элемент (пружина) 12. Дополнительным упругим элементом на ходу сжатия работает буфер 11.

На таблице IX цветной вклейки изображена конструкция задней зависимой подвески на продольных рычагах автомобиля «ВАЗ-2121». Аналогичную конструкцию подвески имеют все заднеприводные машины «ВАЗ». Зависимая подвеска оснащена в качестве упругих элементов витыми цилиндрическими пружинами 2, а в качестве гасящих устройств — гидравлическими телескопическими амортизаторами 6. Основным направляющим устройством являются продольные рычаги: длинные нижние / и короткие верхние 3. Эти рычаги дают возможность мосту 4 перемещаться в продольной плоскости автомобиля по дуге довольно большого радиуса. При вертикальных перемещениях в подвеске отсутствуют наклоны и перемещения колес в поперечной плоскости.

При работе подвески на длинных продольных рычагах лишь незначительно изменяется база автомобиля. Однако продольные рычаги не могут удерживать мост в поперечном направлении. В подвеске приходится устанавливать дополнительную (поперечную) тягу 5. Длину тяги 5 стараются сделать как можно больше для того, чтобы уменьшить наклон колес в поперечной плоскости.

У переднеприводных легковых автомобилей наибольшее распространение получили направляющие устройства с продольными рычагами в задних подвесках колес. На рисунке 4.20 показана задняя подвеска с продольными рычагами переднеприводных автомобилей «ВАЗ». Подвеска имеет пружинные стойки с гидравлическими телескопическими амортизаторами. Колеса связаны между собой сварной балкой, состоящей из двух продольных рычагов и соединителя, имеющего U-образное сечение. Соединитель такого профиля обладает большой жесткостью при изгибе и легко скручивается. Соединитель играет роль стабилизатора поперечной устойчивости задней подвески. Соединители в качестве стабилизатора используют и в задней подвеске автомобиля «ЗАЗ-1102» («Таврия»). Конструкции направляющего устройства со связующей балкой (соединителем) применяются в задних подвесках автомобилей («Москвич-2141»), и «ВАЗ-1111» («Ока»).

1. Рама

2. Передняя ось

3. Задняя ось

4. Подвеска автомобиля

5. Амортизаторы

6. Колеса

7. Автомобильные шины