Пружні елементи підвіски.
Основою підвіски будь-якого сучасного автомобіля є пружний елемент - пружина. ресора або торсіон. Хоча ці конструкції чудово справляються зі своїм основним завданням - пом'якшенням поштовхів, викликаних нерівностями дороги і нерівномірністю руху, всім їм властивий один істотний недолік. Отримана в результаті механічної дії кінетична енергія запасається в пружному елементі і викликає відповідні коливання. Природно, що виникають коливання підресореною частини автомобіля не сприяють комфорту і безпеки як водія, так і пасажирів.
Для чого потрібні амортизатори.
Для гасіння коливань, створюваних пружними елементами підвіски автомобіля використовуються амортизатори. Найбільшого поширення набули так звані гідравлічні амортизатори, так як в якості робочого елемента в них використовується рідина. Часто такі амортизатори також називають масляні, тому що використовувана в них рідина є спеціальне масло. (До гідравлічним також відносяться і газонаповнені амортизатори).
Конструктивно будь-гідравлічний амортизатор складається з заповненої робочою рідиною (маслом) циліндра і поміщеного всередину нього поршня. Усередині поршня є вузькі отвори, призначені для пропускання масла. Поршень переміщається під впливом штока, закріпленого на кузові автомобіля, а циліндр амортизатора кріпиться на рухомої частини підвіски автомобіля (важелі або опорі підшипника колеса).
Принципи роботи амортизаторів.
Принцип роботи гідравлічних амортизаторів полягає в демпфіруванні виникають коливань шляхом прогону масла через клапани поршня. Механічна енергія коливань пружних елементів підвіски при цьому переходить в нагрів робочої рідини амортизатора. Завдяки значному гідравлічному опору масла, загасання коливального процесу відбувається практично не розпочавшись.
Проблеми, що виникають при роботі амортизаторів.
Однак, в процесі стиснення гідравлічного амортизатора в його циліндр входить частина штока поршня і робочий об'єм циліндра зменшується. Так як використовується в амортизаторах масло (як і будь-яка рідина) практично не стискається, то доводиться використовувати спеціальні пристрої для компенсації займаного штоком поршня обсягу. Залежно від конструкції таких пристроїв можна виділити два основних типи амортизаторів: однотрубні і двотрубні.
Для створення додаткового обсягу в двотрубних амортизаторах використовується додатковий, співвісний основному циліндр, трохи більшого діаметра. При стисненні такого амортизатора частина робочої рідини проходить через отвори поршня в простір над поршнем. Інша частина масла, відповідна за обсягом входить в циліндр амортизатора штоку, витісняється з основного циліндра в додатковий через розташований в дні основного циліндра клапан. При розтягуванні (відбої) амортизатора процес відбувається в зворотному напрямку. Відмінність полягає лише в тому, що при стисненні амортизатора основне зусилля припадає на клапан, а при розтягуванні - на поршень.
Однотрубні газонаповнені амортизатори.
В однотрубних амортизаторах як компенсаційної порожнини використовується частина циліндра, яка заповнюється газом під високим тиском. В якості наповнювача зазвичай використовується нейтральний азот, закачаний під тиском 15-20 кгс / см2. Незважаючи на поширену назву такого амортизатора «газовий», як робоче тіло тут також використовується масло, а не газ. Стиснення газу лише дозволяє компенсувати обсяг, який витісняється штоком поршня. Використовуваний в однотрубних амортизаторах газ закачаний в окрему камеру і відділений від робочої області циліндра розділовим поршнем. При цьому, на відміну від двотрубних амортизаторів, все навантаження по демпфированию коливань, як при стисненні, так і при розтягуванні (відбої) амортизатора доводиться на клапани основного поршня.
Кожна з основних конструкцій амортизаторів має свої переваги і недоліки.
Недоліки та переваги двотрубних амортизаторів.
Основний недолік двотрубних амортизаторів, це вспенивание (кавітація) масла, що виникає при інтенсивній роботі амортизатора. Крім того, робоча площа (перетин основного циліндра) у двотрубних амортизаторів менше, ніж у однотрубних, що істотно зменшує ефективність його роботи при невеликих зсувах штока. І, нарешті, двотрубний амортизатор вельми чутливий до своєму розташуванню - при кутах установки, що перевищують 45 градусів, що знаходиться в компенсаційній камері повітря може потрапити в основний циліндр і порушити роботу амортизатора. Основною перевагою двотрубних амортизаторів є їх порівняльна невисока вартість, завдяки чому, ними укомплектовані більшість серійних автомобілів.
Особливості однотрубних амортизаторів.
Звичайно, є свої недоліки і однотрубних амортизаторів. Основна проблема полягає в тому, що виготовлення таких амортизаторів вимагає дуже великої точності, що, відповідно, відбивається на їх вартості. Наприклад, щоб забезпечити необхідне ущільнення штока, шорсткість його поверхні повинна бути менше 0,1 мікрона. Другим недоліком газонаповнених амортизаторів є їх велика (в порівнянні з двотрубними) довжина. Крім того, при товстому штоку і великих зсувах поршня, наповнена газом камера стає як би додаткової пружиною, що також не кращим чином відбивається на керованості автомобіля.
Переваги однотрубних амортизаторів.
Незважаючи на властиві однотрубним амортизаторам недоліки і їх порівняно високу вартість, газонаповнені амортизатори перевершують двотрубні за основними технічними параметрами. Особливо важливо те, що однотрубні амортизатори здатні працювати при дуже несприятливих умовах і витримувати значні навантаження. Завдяки цій особливості, однотрубні амортизатори набули широкого поширення в спортивних автомобілях. Крім того, гідравлічна характеристика однотрубних пневматичних амортизаторів має більш «жорсткий» характер, що забезпечує більш впевнений контакт коліс автомобіля з дорожнім покриттям, покращує стійкість, плавність ходу, керованість, паливну економічність і гальмівні властивості.
Газонаповнені амортизатори з виносними резервуарами.
Подальший розвиток газонаповнені амортизатори отримали в конструкції спортивних амортизаторів з виносними резервуарами. Зовнішня камера цих амортизаторів дозволила значно збільшити робочий об'єм газу і масла, що істотно поліпшило їх технічні характеристики (зокрема, полегшило процес охолодження амортизатора). Крім того, система клапанів, що з'єднує робочий циліндр і додаткову камеру, дозволяє зробити точну незалежне регулювання зусиль стиснення і відбою. Практично, конструкція газонаповнених амортизаторів з виносної камерою об'єднала гідності однотрубних і двотрубних амортизаторів.
На жаль, при всіх своїх перевагах, вартість таких амортизаторів виявилася досить-таки високою, що обмежило їх застосування в серійному виробництві автомобілів.
Двотрубні гідропневматичні амортизатори.