Gaznaauto Сайт про автомобили
Усі знають, що амортизатор пом’якшує удари під час проїзду нерівностей. Насправді, роль його в автомобільній підвісці дещо більш специфічна — це демпфер, він запобігає розгойдуванню автомобіля при наїзді на перешкоди. Сьогодні вивчимо його типову конструкцію, а заодно поміняємо передню пару «амортів» на Chevrolet Lanos. Тепер ви знатимете, чому беруть відносно чималі гроші за таку, здавалося б, нескладну маніпуляцію.
Для чого потрібен амортизатор?
Для початку «відокремимо мух від котлет», тобто розберемося в ролях різних елементів підвіски. На більшості сучасних легкових автомобілів головні пружні елементи — це пружини. 30-40 років тому цю роль, головним чином, виконували ресори, працюючи «за сумісництвом» і демпферами. Коливання успішно гасилися за рахунок тертя між листами ресор. Детально торкатися недоліків ресор і їхніх типових проблем не будемо, присвятимо їм окремий матеріал, а зараз просто запам’ятаємо про їхнє існування і повернемося до пружин.
Вони встановлені між підвіскою і кузовом автомобіля і призначені для гасіння ударів на кузов, що припадають від дороги. Коли колесо накочується на яку-небудь перешкоду, пружина стискається, а кузов лише трохи і плавно переміщається вгору, колесо скочується з перешкоди — пружина випрямляється.
Є, однак, один неприємний момент. Візьмемо для прикладу іграшку стрибунець — каучукову кульку, яку теж можна віднести до пружних елементів. Ударте її об землю і засічіть час, поки вона повністю не припинить стрибати. Приблизно так само стрибатиме і Ваш автомобіль, якщо в конструкції його підвіски будуть тільки важелі та пружини. І, залежно від жорсткості пружин, підвіска буде або кам’яна, або м’яка, як вата, але в тому й іншому випадку про керованість автомобіля можна навіть не згадувати. Найстрашнішим для такої підвіски є резонанс, при входженні в який коливання можуть зруйнувати окремі елементи підвіски та її кріплення.
Проблему вирішили впровадженням у конструкцію підвіски амортизатора — елемента, який давав змогу переміщатися колесу відносно кузова, але унеможливлював розгойдування автомобіля. Спочатку це були амортизатори важільного типу, які, подібно до ресор, виконували свою функцію за рахунок тертя. Але не будемо зупинятися на анахронізмах, розглянемо тільки сучасні конструкції. На даний момент «мейнстрім» для легкових автомобілів — це телескопічні гідравлічні амортизатори. Пневматичні та гідропневматичні системи, а також амортизатори змінної жорсткості цього разу брати не будемо — це теми для окремих статей.
Робота телескопічного амортизатора
Якщо максимально спростити, то описати роботу амортизатора можна так: є циліндр, заповнений мастилом, усередині циліндра переміщається шток із поршнем. У цьому поршні є клапани, які відкриваються тільки в одному напрямку.
Коли поршень переміщується вниз, відкриваються одні клапани і пропускають рідину в порожнину над поршнем, якщо ж поршень переміщується вгору, відкриваються інші клапани, і рідина перетікає в порожнину під поршнем. Гасіння коливань відбувається за рахунок того, що масло не стискається і має певну в’язкість.
До речі, а навіщо потрібні взагалі клапани? Може, достатньо було б отворів? Насправді, недостатньо. Однією з важливих характеристик амортизатора є його величина жорсткості на відбій і стиснення. Інакше кажучи, це опір на штоку амортизатора під час його вдавлення або витягування з корпусу. Клапани потрібні, щоб регулювати цю жорсткість.
За рахунок різних пропускних характеристик клапанів втиснути шток амортизатора трохи легше, ніж витягнути його з амортизатора. Зроблено це з розрахунком на те, що під час наїзду на перешкоду необхідно не заважати колесу переміщатися вгору, щоб унеможливити передачу удару від колеса на кузов. Клапани в цьому разі пропускають більше масла. Але якщо на шляху велика яма, то колесо треба б притримати в «піджатому» стані, навіщо поспішати падати в неї? Тому клапани на «розпуск» амортизатора пропускають менше масла.
Ще раз: клапани потрібні, щоб задати певну жорсткість амортизатора в різних напрямках його роботи.
Типи конструкцій
Конструктивно амортизатори можна розділити на три основні види: двотні, двотні з газовим підпором і однотні з газовим підпором. Першими на автомобілях з’явилися двотні гідравлічні амортизатори. У них, як випливає з назви, є дві ти-порожнини, в одній із них (внутрішній) розміщений поршень із вищезгаданими клапанами, інша (зовнішня) необхідна для компенсації об’єму оливи — вона заповнена оливою лише частково, решта — повітря.
Під час роботи амортизатора масло всередині нагрівається до високих температур, від цього розширюється, і, щоб не видавило ущільнювачі штока, рідина перетікає в зовнішню порожнину.
Переваг у такого типу амортизаторів небагато: дешевизна і малий вплив на їхню роботу від вм’ятин на корпусі. Ще варто згадати хорошу плавність ходу автомобіля і відносно малу жорсткість таких амортизаторів.
До недоліків належить перегрів робочої рідини, оскільки корпус — подвійний, і охолодження атмосферним повітрям ускладнене. Через перегрів велика ймовірність спінювання масла і, як наслідок, миттєва втрата ефективності роботи — амортизатор перестає виконувати свою функцію, і автомобіль стає погано керованим через розгойдування.
Наступний мінус — це велика вага двотного амортизатора, а також суворо визначене розташування під час встановлення — якщо його перевернути, витече робоча рідина. Вага амортизатора впливає на величину безпружинної маси (про те, що це таке, розповімо окремо). Що більша безпружинна маса, то гірша плавність ходу і керованість автомобіля.
Невеликим удосконаленням двотних амортизаторів стало наповнення зовнішньої порожнини газом з невеликим надлишковим тиском. Таким чином знизили ймовірність спінювання, оскільки масло в цьому разі «спирається» на газову подушку.
Зовсім інша річ — гідравлічні однотні газонаповнені амортизатори. Один циліндр, заповнений маслом, поршень з односторонніми клапанами і невелика порожнина, заповнена газом і прикрита поршнем.
Однотний амортизатор позбавлений усіх недоліків двотних. Під час інтенсивної роботи рідина не перегрівається, оскільки відокремлена від довкілля тільки однією стінкою циліндра і відмінно охолоджується. Також він легший і може встановлюватися хоч догори, хоч донизу корпусом.
Але закони природи нікуди не дінеш: десь виграєш, десь програєш. Тому переваги двотних амортизаторів стали недоліками однотних. Останні значно дорожчі і вельми чутливіші до механічних пошкоджень корпусу, отже, експлуатація з ними автомобіля нехай не так вже й значно, але дорожча.
Встановлення амортизаторів
Способи встановлення амортизаторів не змінилися з моменту їх впровадження в автомобілі. Так, завжди їхня верхня частина кріпиться до кузова автомобіля або рами, а нижня — до елемента підвіски, чи то важеля, чи то балки нерозрізного моста. Від цього і заміна цього елемента в переважній більшості випадків не завдавала труднощів: викрутив нижній болт кріплення, викрутив верхній болт кріплення, і все, амортизатор в руках.
З амортизаторами задніх підвісок так все і залишилося, а ось із передніми все трохи складніше. З появою передньопривідних автомобілів виникло питання, куди подіти амортизатор, який здебільшого кріпився до нижнього важеля передньої підвіски і заважав встановленню приводного вала.
Основних рішень цього завдання вийшло два. Перший варіант — встановлення нижньої частини амортизатора на важіль через П-подібний кронштейн, усередині якого проходив приводний вал. Другий варіант — перенесення амортизатора разом із пружиною в простір над верхнім важелем підвіски. У такому разі нижня частина амортизатора кріпиться до верхнього важеля підвіски, і називається вся ця конструкція ім’ям американського інженера Ерла Стілі МакФерсона.
МакФерсон розробляв цей принципово новий на той момент вид підвіски для ультрабюджетного концепт-кара Chevrolet Cadet у 1930-ті роки. На практиці його вдалося застосувати тільки після війни, вже на Ford Vedette 1948 року для французького ринку. Тепер, коли ви знаєте цю коротку захоплюючу історію і можете за нагоди блиснути ерудицією, переходимо до особливостей цієї популярної досі конструкції.
МакФерсон об’єднав амортизатор разом із пружиною в одну амортизаторну стійку. У цій стійці верхня частина має шарнір із підшипником і спирається на елемент кузова — стакан. Завдяки опорному підшипнику стійка може обертатися навколо власної осі. А якщо встановити амортизаторну стійку під певним кутом, то можна задати траєкторію переміщення колеса і кути його установки, як, наприклад, розвал, кут поздовжнього і поперечного нахилу осі повороту (що це, обов’язково розглянемо в майбутніх публікаціях).
Вийшло, що при такій установці стійки можна позбутися направляючого верхнього важеля підвіски, тим самим здешевивши її. Поворотний кулак у підвісці кріпиться до кульової опори нижнього важеля і до амортизаторної стійки, обертається разом з нею ж. Стійка стабілізатора поперечної стійкості в цьому разі може кріпитися або до нижнього важеля, або безпосередньо до амортизаторної стійки.
Якщо розглянути способи кріплення стійки до поворотного кулака, то їх кілька. Поворотний кулак може кріпитися до кронштейна на корпусі стійки. Найчастіше — двома ексцентриковими болтами з гайками, і вони ж є елементами регулювання розвалу коліс. Якщо розвал коліс закладений конструктивно, то регулювання не потрібне, значить і закріпити стійку можна в кронштейні поворотного кулака. Кронштейн кріплення в такому варіанті являє собою вушко з розрізом, яке стягується одним болтом. Найпростішим варіантом є запресовування корпусу стійки в поворотний кулак (як у нашого піддослідного Chevrolet Lanos). Поставляється все це часто як одна деталь — у зборі з кулаком.
До списку недоліків амортизаторної стійки типу МакФерсон можна віднести відносно невеликі ходи підвіски і, як наслідок, така конструкція — велика рідкість, якщо не виняток, на справжніх позашляховиках (втім, таких машин вже майже не залишилося). А причина в тому, що при максимальному стисненні пружини стійки дуже сильно починають змінюватися кути установки коліс, що тягне за собою серйозне погіршення керованості автомобіля і призводить до надмірного зносу шин.
Амортизаторні стійки можуть бути з можливістю заміни амортизатора і без неї. У першому варіанті корпус стійки з опорою під пружину виконаний окремо від амортизатора. У другому — корпус амортизатора є одночасно корпусом стійки, і безпосередньо на ньому змонтовано нижню опору пружини. Верхня ж опора пружини кріпиться до штока амортизатора. Пружина зверху і знизу впливає на опори через гумові подушки. На штоку амортизатора встановлюють пружний відбійник — гумову або поліуретанову втулку, яка запобігає ударам деталей підвіски під час повного стиснення пружини.
Пружина в амортизаторній стійці завжди перебуває під натягом. Спочатку стиснення необхідне для виключення люфтів і зазорів у збірці. Заміна стійки на автомобілі — завжди маленька радість для механіка, оскільки за вартістю робіт вона доволі недешева.
Приклад заміни амортизаторів
Отже, перейдемо в ремзону, де на нас чекає Chevrolet Lanos з його передніми розбірними амортизаційними стійками. Пружини ми залишаємо старі, а ось амортизатори — міняємо. Господар автомобіля вирішив, що стандартні двотні амортизатори передньої підвіски занадто м’які, і йому не вистачає керованості. Рішенням стало встановлення передніх однотних газонаповнених амортизаторів.
Приступаємо. Відвертаємо гайку кріплення приводного вала до маточини колеса, після чого викручуємо болти кріплення і знімаємо переднє колесо. Далі, для полегшення відкручування елементів кріплення розпилюємо на з’єднання кульової опори важеля і шарніра наконечника рульової тяги рятівну WD40.
