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.

Фрикционные амортизаторы

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:

1. гашение колебаний кузова и колес автомобиля;
2. сохранение контакта колеса с опорной поверхностью;
3. обеспечение плавности хода автомобиля.

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.

Конструкция гидравлического амортизатора

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.

Схема двухтрубного амортизатора

• простая конструкция и невысокая стоимость изготовления;
• небольшая длина;
• малое внутреннее давление (при утечках небольшого количества масла через сальник рабочие характеристики сохраняются);
• мягкое демпфирование ударов подвески;
• лучшая устойчивость к механическим повреждениям.

• вспенивание масла после длительной работы и, как следствие, снижение эффективности демпфирования;
• недостаточно эффективное охлаждение;
• установка, хранение и транспортировка амортизатора производится только в одном положении – штоком вверх.

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.

• лучшее демпфирование и стабильность;
• улучшенное охлаждение по сравнению с двухтрубной системой;
• возможность установки амортизатора в любом положении.

• большая длина амортизатора;
• низкая устойчивость к механическим воздействиям;
• высокая стоимость изготовления по причине применения более качественных уплотнений и материалов для корпуса.

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.

Как проверить амортизаторы

Амортизатор – это устройство для гашения колебаний кузова автомобиля при проезде неровностей. От исправности и правильной работы амортизаторов зависит ваша безопасность на дороге. В сегодняшней статье я расскажу вам об устройстве и принципе работы амортизаторов, какие у них бывают неисправности, а также о ремонте и замене амортизаторов.

Устройство и принцип работы амортизатора автомобиля

Итак, что такое амортизатор и для чего он нужен? При проезде неровностей на колеса автомобиля воздействуют разные силы. Эти силы передаются на кузов автомобиля при помощи пружин и системы рычагов подвески. Значительная часть сил гасится пружинами и рычагами подвески. Но, каждое действие имеет противодействие.

К примеру, наехало колесо автомобиля на кочку, пружина сжалась (т.е. взяла на себя удар, накопила энергию) и вы практически ничего не почувствовали. Но пружина уже сжата и она обязательно должна разжаться и сделав это, она отдаст часть накопленной энергии на кузов автомобиля, по-простому подбросит его вверх. Подбросив кузов вверх, пружина находится без нагрузки и тянет за собой вверх колесо, пытаясь оторвать его от дороги. Так будет происходить ровно до того момента пока кузов автомобиля опять не начнет давить на пружину и соответственно на колесо. В этот момент колесо практически не касается дороги, и вы рискуете потерять управление. Кузов, надавив на пружину и прижав колесо к дороге, опять сжал пружину, которая накопила энергию, и которая обязательно через доли секунды начнет разжиматься, и весь цикл начнется заново. И так будет продолжаться до тех пор, пока колебания не затухнут. Но как только затухнут колебания, обязательно появится еще одна кочка на дороге и все начнется с новой силой.

Для того чтобы предотвратить раскачку кузова автомобиля, а также чтобы предотвратить передачу энергии разжатия от пружины к кузову автомобиля и используют амортизаторы. Эти устройства не позволяют возникать колебаниям пружины при разжатии, а если они и возникают, то оперативно их гасят.

В статье я не буду вдаваться в древние времена (по автомобильным меркам) и рассказывать об амортизаторах фрикционного типа. Начну свой рассказ с распространенных повсеместно амортизаторах – это амортизаторы гидравлического типа.

На сегодняшний день в автомобилях используются гидравлические амортизаторы двух типов – это однотрубные и двухтрубные. Или как их еще называют в народе масляные, газомасляные и газовые. Что не совсем верно, потому что на данный момент на рынке практически не осталось только масляных амортизаторов. Подавляющее большинство современных амортизаторов — газомасляные. И отличаются они устройством – однотрубный и двухтрубный. Газовые амортизаторы используются при повышенных нагрузках, например в автоспорте, и стоят в разы дороже, чем газомасляные амортизаторы.

Итак, дальше речь у нас пойдет о газомасляных амортизаторах, которые мы будем делить на однотрубные двухтрубные.

Двухтрубные амортизаторы

Двухтрубные амортизаторы представляют собой две трубы вставленные в друг друга. Внутри внутренней трубы расположен рабочий поршень (1) с клапаном (2), который прикреплен к штоку (3) амортизатора. На дне внутренней трубы расположен клапан (2). Вся эта конструкция заполнена маслом (4). Вверху, между внешней и внутренней трубой находится компенсационный газ (5) под небольшим давлением.

При нажатии на шток (3) рабочий поршень (1) двигается вниз и частично перепускает через клапан (2) масло в верхнюю часть внутренней трубы. Повышенное давление под поршнем (1) компенсируется перепусканием масла через клапан (2) расположенный на дне внутренней трубы. Избыточное давление во внешней трубе компенсируется сжатием газа (5). При прекращении надавливания на шток (3) газ разжимается, создает повышенное давление масла во внешней трубе. Масло из внешней трубы, через клапан (2), расположенный на дней внутренней трубы, устремляется во внутрь внутренней трубы и давит на рабочий поршень (1). Рабочий поршень начинает двигаться вверх и через клапан (2) расположенный на рабочем поршне перепускает масло в нижнюю часть внутренней трубы. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление во всех трех полостях не уравняется.

Сложно? Да, не просто. Именно поэтому сейчас при производстве автомобилей двухтрубные амортизаторы используются все реже и реже.

К достоинствам амортизаторов такого типа можно отнести:

• Относительная простота изготовления;
• Меньшие требования к уплотнительному кольцу штока;
• Возможность ремонта;
• Более плавный и мягкий ход автомобиля.

К недостаткам можно отнести:

• Большой риск потери своих свойств из-за смешения газа и масла;
• Риск перегрева амортизатора из-за смешения газа и масла;
• Замедленная реакция на неровности дороги;
• Худшая управляемость автомобиля на неровностях дороги.

В целом, эти амортизаторы можно использовать на автомобилях, которые передвигаются по очень хорошим дорогам или по плохим дорогам, но на очень небольших скоростях. Удовольствие честно скажу, так себе.

На данный момент эти амортизаторы устанавливают в заднюю подвеску бюджетных автомобилей. И с каждым днем количество таких автомобилей становится все меньше и меньше.

Однотрубные амортизаторы

Однотрубные амортизаторы произвели настоящую революцию на рынке автомобилей. Эти амортизаторы сейчас используются практически повсеместно, от бюджетных до самых дорогих автомобилей.

Представляют собой трубу заполненную маслом (4). В масле находится рабочий поршень (1) с клапаном (2), который присоединен к штоку (3). В нижней части амортизатора находится разделительный поршень (6), который отделяет газ от масла. Ниже разделительного поршня (6) находится газ (7) под большим давлением (20 – 25 атм).

При надавливании на шток (3) рабочий поршень (1) сжимает под собой масло (4) и частично перепускает его через клапан (2) в верхнюю часть амортизатора. Повышенное давление под рабочим поршнем давит на разделительный диск (6) который в свою очередь сжимает газ (7). При прекращении надавливания на шток (3), сжатый раз (7) разжимается и через разделительный поршень (6) передает давление маслу (4) которое находится под рабочим поршнем (1). Давление масла толкает рабочий поршень (1) вверх, который движется вверх и перепускает через поршень (2) масло в область под собой. Этот процесс происходит до тех пор, пока давление газа, масла над и под поршнем (1) не уравновесится.

Намного проще, мне кажется.

К достоинствам амортизаторов такого типа можно отнести:

• Моментальное реагирование на неровности дороги;
• Практически эталонная управляемость автомобиля;
• Невозможность смешения газа и масла;
• Практически отсутствует возможность перегрева.

К недостаткам можно отнести:

• Невозможность ремонта;
• Сложность изготовления уплотнительного кольца штока из-за повышенного давления;
• Меньший комфорт на плохих дорогах.

Признаки неисправности амортизатора

К признакам неисправности амортизатора можно отнести:

• Течь масла из уплотнительного кольца штока;
• Сквозная коррозия корпуса амортизатора;
• Люфт между штоком и корпусом амортизатора;
• Не полное выталкивание штока на снятом амортизаторе.

При любой из этих неисправностей следует заменить пару амортизаторов на оси автомобиля.

Ремонт амортизатора с помощью ремкомплекта

Сразу следует сказать, что отремонтировать можно только двухтрубные амортизаторы.

Для ремонта вам понадобится:

• Ремкомплект амортизатора;
• Масло для автоматических КПП;
• Специальный ключ для верхней крышки амортизатора;
• Много чистой ветоши;
• Обезжиривающий состав (очиститель тормозов).

Все это вы можете приобрести в автомагазине.

Для проведения процедуры ремонта амортизатора нужно поддерживать максимальную чистоту на рабочем месте. Даже самая маленькая песчинка, попавшая внутрь амортизатора, может вывести его из строя.

Для начала следует снять амортизатор с автомобиля и очистить его корпус. После этого открутить верхнюю крышку амортизатора и разобрать его. Для пущей надежности записывайте или фотографируйте взаимное расположение деталей амортизатора. Затем, отмойте от старого масла и обезжирьте все металлические части амортизатора. Замените все резинки в амортизаторе новыми из ремкомплекта. Залейте в амортизатор новое масло и закрутите крышку. После этого следует прокачать амортизатор, для этого установите амортизатор вертикально штоком вверх и несколько раз плавно надавите на шток.

После этих процедур амортизатор готов к установке на автомобиль.

Замена амортизаторов

Замену амортизаторов следует производить на вывешенном и хорошо закрепленном автомобиле. Снимите амортизатор с автомобиля. Для подвески типа МакФерсон (пружина одета на шток амортизатора) вам потребуются специальные стяжки для сжатия пружины. Сожмите пружину (внимание, очень травмоопасный момент, надежно фиксируйте пружину в сжатом состоянии) и открутите гайку на верхней опоре амортизатора. Снимите опору и пружину. Замените пыльники и отбойники амортизатора. Соберите амортизационную стойку в обратном порядке и установите ее на автомобиль.