Амортизатор - Shock absorber

Миниатюрные маслонаполненные амортизаторы Coilover для масштабных автомобилей.

А амортизатор или демпфер механический или гидравлический устройство, предназначенное для поглощения и сырой шок импульсы. Он делает это путем преобразования кинетическая энергия удара в другую форму энергии (обычно высокая температура ), который затем рассеивается. Большинство амортизаторов представляют собой форму приборная панель (демпфер, сопротивляющийся движению за счет вязкого трения).

Описание

Пневматический и гидравлические амортизаторы используются в сочетании с подушками и пружинами. Автомобильный амортизатор содержит подпружиненные обратные клапаны и отверстия для регулирования потока масла через внутренний поршень (см. Ниже).[1]

При проектировании или выборе амортизатора необходимо учитывать, куда будет уходить эта энергия. В большинстве амортизаторов внутри вязкой жидкости энергия преобразуется в тепло. В гидроцилиндры, то гидравлическая жидкость нагревается, а в воздушные баллоны, горячий воздух обычно выбрасывается в атмосферу. В амортизаторах других типов, таких как электромагнитный типов, рассеянная энергия может быть сохранена и использована позже. В общем, амортизаторы помогают амортизировать автомобили на неровной дороге.

Подвеска автомобиля

Основная статья: Подвеска (автомобиль)

В транспортном средстве амортизаторы снижают эффект движения по неровной дороге, что приводит к улучшению качество езды и управление автомобилем. Хотя амортизаторы служат для ограничения чрезмерного движения подвески, их единственное предназначение - гасить колебания пружины. Амортизаторы используют клапаны для масла и газа для поглощения избыточной энергии от пружин. Жесткость пружины выбирается производителем в зависимости от веса автомобиля, загруженного и разгруженного. Некоторые люди используют амортизаторы для изменения жесткости пружины, но это неправильное использование. Вместе с гистерезис в самой шине они гасят энергию, запасенную при движении неподрессоренная масса вверх и вниз. Для эффективного демпфирования колебаний колеса может потребоваться настройка амортизаторов на оптимальное сопротивление.

весна -основанные амортизаторы обычно используют винтовые пружины или рессоры, хотя торсионы используются в крутильный шоки тоже. Однако сами по себе идеальные пружины не являются амортизаторами, поскольку пружины только накапливают, а не рассеивают и не поглощают энергию. В автомобилях обычно используются как гидравлические амортизаторы, так и пружины или торсионы. В этой комбинации «амортизатор» относится конкретно к гидравлическому поршню, который поглощает и рассеивает вибрацию. Теперь композитная подвеска используется в основном в двухколесных транспортных средствах, а также в четырехколесных транспортных средствах из композитного материала.

История ранних веков

Как и в вагонах и железнодорожных локомотивах, большинство ранних автомобилей использовали рессоры. Одной из особенностей этих рессор было то, что трение между листами давало определенную степень демпфирования, и в обзоре подвески автомобиля в 1912 году отсутствие этой характеристики у винтовых рессор было причиной того, что их «невозможно» использовать в качестве основных. пружины.[2] Однако величина демпфирования, обеспечиваемая трением листовой рессоры, была ограничена и варьировалась в зависимости от состояния пружин, будь то влажная или сухая. Он также действовал в обоих направлениях. Передняя подвеска мотоцикла использовала пружинные вилки Druid примерно с 1906 года, а позже были добавлены аналогичные конструкции. поворотные фрикционные демпферы, которые демпфировали в обе стороны, но они были регулируемыми (например, вилка Webb 1924 года). Эти фрикционные дисковые амортизаторы также были установлены на многие автомобили.

Одной из проблем легковых автомобилей была большая разница в подрессоренной массе между малонагруженной и полной нагрузкой, особенно для задних рессор. При сильной нагрузке пружины могли опускаться до дна, и, помимо установки резиновых «отбойников», были попытки использовать тяжелые основные пружины со вспомогательными пружинами для плавного хода при небольшой нагрузке, которые часто называли «амортизаторами». Понимая, что комбинация пружины и транспортного средства отскакивает с характерной частотой, эти вспомогательные пружины были спроектированы с другим периодом, но не были решением проблемы, заключающейся в том, что отскок пружины после удара о неровность мог сбить вас с сиденья. Требовалось демпфирование, действующее на отскок.

Хотя К. Хорок придумал в 1901 году конструкцию с гидравлическим демпфированием, работавшую только в одном направлении. Похоже, что он не сразу пошел в производство, тогда как механические амортизаторы, такие как Gabriel Snubber, начали устанавливаться в конце 1900-х годов (также аналогичный Stromberg Anti-Shox). В них использовался ремень, намотанный внутри устройства, так что он свободно наматывался под действием спиральной пружины, но встречал трение при вытягивании. Габриэль Снаббер оснащался двигателем мощностью 11,9 л.с. Аррол-Джонстон автомобиль, который побил 6-часовой рекорд класса B на Brooklands в конце 1912 года, и журнал «Автомотор» отметил, что этот демпфер может иметь большое будущее для гонок из-за его легкого веса и простоты установки.[3]

Одним из первых гидравлических амортизаторов, поступивших в производство, был амортизатор Telesco, представленный на автосалоне в Олимпии в 1912 году и продаваемый Polyrhoe Carburettors Ltd.[3] Он содержал пружину внутри телескопического блока, подобную упомянутым выше «амортизаторам» чисто пружинного типа, но также масло и внутренний клапан, так что масло демпфировалось в направлении отскока. Блок Telesco был установлен на заднем конце листовой рессоры вместо задней пружины для крепления на шасси, так что он составлял часть рессорной системы, хотя и гидравлически демпфируемую часть.[4] Предположительно, эта компоновка была выбрана, поскольку ее было легко применить к существующим транспортным средствам, но это означало, что гидравлическое демпфирование применялось не к действию основной листовой рессоры, а только к действию вспомогательной пружины в самом агрегате.

Первыми производственными гидравлическими амортизаторами, действующими на главный механизм листовой рессоры, вероятно, были те, которые основывались на оригинальной концепции Мориса Гудайла, запатентованной в 1908 и 1909 годах. рычаг которые перемещали гидравлически демпфированные лопатки внутри агрегата. Основным преимуществом по сравнению с демпферами с фрикционными дисками было то, что они сопротивлялись резкому движению, но допускали медленное движение, тогда как роторные фрикционные демпферы имели тенденцию заедать и затем оказывать одинаковое сопротивление независимо от скорости движения. Похоже, что до коммерциализации амортизаторов на плечах рычага не удалось добиться значительного прогресса. Первая Мировая Война, после чего они получили широкое распространение, например, в качестве стандартного оборудования на Ford Model A 1927 года и изготовлен Houde Engineering Corporation Буффало, штат Нью-Йорк.

Типы автомобильных амортизаторов

Схема основных узлов двухтрубного и однотрубного амортизатора

Большинство автомобильных амортизаторов являются двухтрубными или однотрубными с некоторыми вариациями на эту тему.

Двухтрубный

Базовая двухтрубная

Это устройство, также известное как «двухтрубный» амортизатор, состоит из двух вложенных друг в друга цилиндрических трубок, внутренней трубки, которая называется «рабочая трубка» или «напорная трубка», и внешней трубки, называемой «резервной трубкой». Внизу устройства с внутренней стороны находится клапан сжатия или базовый клапан. Когда поршень движется вверх или вниз из-за неровностей дороги, гидравлическая жидкость перемещается между различными камерами через небольшие отверстия или «отверстия» в поршне и через клапан, преобразовывая энергию «удара» в тепло, которое затем должно рассеиваться.

Двухтрубный газовый заряд

Эта разновидность, известная как «двухтрубная газовая ячейка» или одноименная конструкция, представляет собой значительный прогресс по сравнению с базовой формой с двумя трубками. Его общая конструкция очень похожа на двухтрубную, но в резервную трубку добавляется заряд газообразного азота низкого давления. Результатом этого изменения является резкое снижение «пенообразования» или «аэрации», нежелательного результата двухтрубного перегрева и отказа, который проявляется в виде вспенивания гидравлической жидкости, капающей из узла. Двухтрубные газовые амортизаторы представляют собой подавляющее большинство оригинальных подвесок современных автомобилей.

Демпфирование, чувствительное к положению

Эта конструкция, часто обозначаемая просто как «PSD», представляет собой еще одну эволюцию двухтрубного амортизатора. В СДП амортизатором, который по-прежнему состоит из двух вложенных друг в друга трубок, и по-прежнему содержит газообразный азот, множество канавок была добавлена ​​в пробирку под давлением. Эти канавки позволяют поршню относительно свободно перемещаться в среднем диапазоне хода (т. Е. Наиболее распространенное использование на улице или шоссе, называемое инженерами «зоной комфорта») и двигаться со значительно меньшей свободой в ответ на переключение на более неровные поверхности. когда движение поршня вверх и вниз начинает происходить с большей интенсивностью (например, на неровных участках дорог - усиление жесткости дает водителю больший контроль над движением транспортного средства, поэтому его диапазон по обе стороны от зоны комфорта называется «контролем» зона »). Этот прогресс позволил конструкторам автомобилей создать амортизатор, адаптированный к конкретным маркам и моделям автомобилей, и учесть размер и вес данного транспортного средства, его маневренность, его мощность и т. Д. При создании соответственно эффективного амортизатора.

Демпфирование, чувствительное к ускорению

Следующим этапом эволюции амортизатора была разработка амортизатора, который мог бы реагировать не только на ситуационные изменения от «неровностей» до «плавных», но и на отдельные неровности дороги практически мгновенно. Это было достигнуто за счет изменения конструкции клапана сжатия и получило название «демпфирование, чувствительное к ускорению» или «ASD». Это не только приводит к полному исчезновению компромисса между комфортом и управляемостью, но и снижает тангаж при торможении автомобиля и крен во время поворотов. Однако амортизаторы ASD обычно доступны только в качестве замены автомобиля на вторичном рынке и доступны только у ограниченного числа производителей.

Coilover

Основная статья: Coilover

Спиральные амортизаторы обычно представляют собой своего рода двухтрубный газовый амортизатор внутри спиральной дорожной пружины. Они распространены на задних подвесках мотоциклов и скутеров, а также широко используются в передней и задней подвесках автомобилей.

Монотрубка

Гидравлический амортизатор однотрубный в различных условиях эксплуатации:
1) Ездите медленно или открываются настройки
2) Как "1", но растяжение сразу после сжатия
3) Привод быстрых регулировок или закрытие, вы можете увидеть пузырьки депрессии, что может привести к явлению кавитации
4) Как и "3", но расширение сразу после сжатия
Примечание. Учитывается изменение объема, вызванное штоком.
Амортизатор с выносным резервуаром подключен жестко, по сравнению с большинством амортизаторов. Он использует диафрагму вместо мембраны и не содержит регулирующего клапана для расширения пневматической камеры.
Описание:
1) Обшивка и бензобак
2) Стебель
3) стопорные кольца
4) Тарельчатая опорная пружина
5) Весна
6) Торцевая крышка и регулировка предварительного натяга
7) Крышка для газа, присутствует в версиях как с газовым клапаном, так и без него (перевернутый профиль)
8) Подвижная диафрагма
9) Переключатель пэдов (компрессия)
10) Стеклоочиститель
11) Узел масляного уплотнения и ударное уплотнение
12) Отрицательная буферная площадка или концевой выключатель (удлинитель)
13) Поршень со скользящими лопастями и уплотнением

Основной конструктивной альтернативой двухтрубной формы стал однотрубный амортизатор, который считался революционным достижением, когда он появился в 1950-х годах. Как следует из названия, шок моно-трубка, который также является газом под давлением шок, а также поставляется в формате coilover, состоит только из одной трубы, трубки давления, хотя она имеет два поршня. Эти поршни называются рабочим поршнем и разделительный или плавающий поршень, и они двигаются в относительной синхронности внутри трубки давление в ответ на изменения в дорожной гладкости. Два поршня также полностью разделяют жидкие и газовые компоненты амортизатора. Однотрубный амортизатор имеет гораздо более длинную общую конструкцию, чем двухтрубный, что затрудняет его установку в легковых автомобилях, предназначенных для двухтрубных амортизаторов. Однако, в отличие от двухтрубных, однотрубный амортизатор можно установить любым способом - он не имеет направленности.[5] В нем также нет клапана сжатия, роль которого выполняет разделительный поршень, и, хотя он содержит газообразный азот, газ в амортизаторе с одной трубкой находится под давлением. высоко давление (260-360 p.s.i. или около того), которые действительно могут помочь ему выдержать часть веса автомобиля, на что не рассчитан ни один другой амортизатор.[6]

Mercedes стал первым производителем автомобилей, который с 1958 года установил однотрубные амортизаторы в качестве стандартного оборудования на некоторые из своих автомобилей. Bilstein, запатентовал дизайн и впервые появился в 1954 году.[7] Поскольку конструкция была запатентована, ни один другой производитель не мог использовать ее до 1971 года, когда истек срок действия патента.[6]

Золотниковый клапан

Демпферы золотникового клапана характеризуются использованием полых цилиндрических гильз с механически обработанными масляными каналами, в отличие от традиционных обычных гибких дисков или регулировочных шайб.[8] Золотниковые клапаны могут применяться с однотрубными, двухтрубными и / или чувствительными к положению упаковками и совместимы с электронным управлением.[9]

Основное среди преимуществ, указанных в Мультиматический Патентная заявка 2010 г. направлена ​​на устранение неоднозначности характеристик, связанной с гибкими прокладками, что приводит к математически предсказуемым, воспроизводимым и надежным характеристикам давления-потока.[10]

Теоретические подходы

За амортизацией стоит несколько обычно используемых принципов:

  • Гистерезис конструкционного материала, например сжатие из резина диски, растяжение резинок и шнуров, изгиб из сталь пружины, или скручивание торсионы. Гистерезис - это тенденция к иному эластичный материалы отскакивали с меньшей силой, чем требовалось для их деформации. Простые автомобили без отдельных амортизаторов в некоторой степени демпфируются гистерезисом пружин и рамы.
  • Сухой трение как используется в колесе тормоза, используя диски (классически сделанные из кожа ) на оси рычага с трением, вызываемым пружинами. Используется в ранних автомобилях, таких как Ford Модель T, на некоторых британских автомобилях 1940-х годов и на французских Citroen 2CV в 1950-е гг. Хотя сейчас эта система считается устаревшей, преимуществом этой системы является ее механическая простота; степень демпфирования можно легко отрегулировать, затянув или ослабив винт, зажимающий диски, и его можно легко восстановить с помощью простых ручных инструментов. Недостатком является то, что демпфирующая сила не увеличивается со скоростью вертикального движения.
Дальнейшая информация: Амортизатор с фрикционным диском
  • Твердотельные амортизаторы с конической цепью, использующие одно или несколько конических осевых совмещений гранулированный сферы, обычно сделанные из металлов, таких как нитинол, в кожухе. [2], [3]
  • Жидкость трение, например поток жидкости через узкое отверстие (гидравлика ), составляет подавляющее большинство автомобильных амортизаторов. Этот дизайн впервые появился на Морс гоночные автомобили в 1902 г.[11] Одним из преимуществ этого типа является использование специальных внутренних клапанов, которые позволяют сделать амортизатор относительно мягким при сжатии (что позволяет мягко реагировать на удар) и относительно жестким при растяжении, контролируя «отскок», который представляет собой реакцию транспортного средства на накопленную энергию. в источниках; аналогично, серия клапанов, управляемых пружинами, может изменять степень жесткости в зависимости от скорости удара или отскока. Специальные амортизаторы для гоночных целей могут позволить переднюю часть драгстер подниматься с минимальным сопротивлением при ускорении, а затем сильно сопротивляться его оседанию, тем самым поддерживая желаемое распределение веса назад для улучшения сцепления с дорогой.
Дальнейшая информация: Амортизатор рычага
  • Сжатие газа, например пневматический амортизаторы, которые могут действовать как пружины, поскольку давление воздуха возрастает, чтобы противостоять действующей на него силе. Замкнутый газ сжимаем, поэтому оборудование меньше подвержено ударам. Эта концепция была впервые применена в серийном производстве на Citroën автомобилей 1954 года. Сегодня многие амортизаторы находятся под давлением сжатыми азот, чтобы уменьшить склонность масла к кавитация при интенсивном использовании. Это вызывает пенообразование, которое временно снижает демпфирующую способность устройства. В очень тяжелых агрегатах, используемых для гонок или бездорожья, может даже быть вторичный цилиндр, подключенный к амортизатору, который действует как резервуар для масла и сжатого газа. В самолет шасси, воздушные амортизаторы могут быть объединены с гидравлическим демпфированием для уменьшения отскока. Такие стойки называются олео стойки (совмещая масло и воздух) [4].
  • Инерционный сопротивление ускорению, Citroën 2CV были амортизаторы, которые демпфируют отскок колес без внешних движущихся частей. Они состояли из подпружиненного железного груза весом 3,5 кг (7,75 фунта) внутри вертикального цилиндра. [5] и похожи, но намного меньше, чем версии настроенные массовые демпферы используется на высоких зданиях.
  • Композитный гидропневматическая подвеска объединяет множество элементов подвески в одном устройстве: пружинное действие, амортизация, контроль дорожного просвета, и самовыравнивающаяся подвеска. Это сочетает в себе преимущества сжимаемости газа и способность гидравлическое оборудование применить умножение силы.
  • Обычные амортизаторы можно комбинировать с пневматическая подвеска пружины - альтернативный способ добиться контроль дорожного просвета, и самовыравнивающаяся подвеска.
  • В электрореологическая жидкость демпфер, электрическое поле изменяет вязкость масла. Этот принцип позволяет применять полуактивные демпферы в автомобильной и различных отраслях промышленности.
  • Вариация магнитного поля: a магнитореологический демпфер изменяет характеристики своей жидкости через электромагнит.
  • Воздействие амортизатора на высоких (звуковых) частотах обычно ограничивается использованием сжимаемого газа в качестве рабочего тела или крепления его резиной. втулки.

Особые возможности

  • Некоторые амортизаторы позволяют настраивать ходовую часть с помощью управления клапаном с помощью ручной регулировки, предусмотренной на амортизаторе.
  • В более дорогих транспортных средствах клапаны могут регулироваться дистанционно, что позволяет водителю управлять поездкой по своему желанию во время работы транспортного средства.
  • Дополнительное управление может быть обеспечено за счет динамического управления клапанами через компьютер в ответ на датчики, обеспечивая плавность хода и жесткую подвеску при необходимости, что позволяет регулировка дорожного просвета или даже контроль дорожного просвета.
  • Контроль высоты посадки особенно желательно в дорожных транспортных средствах, предназначенных для случайного использования неровных дорог, как средство улучшения обработка и снижение аэродинамического сопротивления за счет снижения транспортного средства при движении по улучшенным высокоскоростным дорогам.

Амортизатор против стоек[12]

  • в отличие от амортизатора, стойка имеет усиленный корпус и ствол;
  • стойка уже играет роль амортизаторов, поэтому амортизатор вполне может выступать в составе стойка, А не наоборот
  • стойки подвергаются разнонаправленным нагрузкам, а амортизатор лишь гасит вибрации и воспринимает удар по своей оси;
  • то стойка придает автомобилю большую надежность;
  • Стойка и амортизатор имеют разный способ крепления. Амортизаторы монтируются через сайлентблоки без поворотного устройства и снабжены штоком малого диаметра. Стойка заменяет верхний шар и вращатель.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ , Хорст Бауэр (ред.). Автомобильный справочник 4-е издание, Роберт Бош ГмбХ, 1996, ISBN  0-8376-0333-1, стр. 584
  2. ^ "Пружины - простое исследование подвески автомобиля", журнал "Автомотор", 10 августа 1912 г., стр. 936-937.
  3. ^ а б «Некоторые аксессуары, которые стоит увидеть в Олимпии», «Автомоторный журнал», 2 ноября 1912 г., стр. 1284
  4. ^ «Что шофер ожидает увидеть в Олимпии», «Автомотор», 9 ноября 1912 г., стр. 1313
  5. ^ "thyssenkrupp Bilstein - Entwicklung / Produkte - Konventionelle Dämpfer - 1-Rohr-Dämpfer (deCarbon-Prinzip)". www.thyssenkrupp-bilstein.de. Получено 2017-07-13.
  6. ^ а б Карли, Ларри (февраль 2008 г.), «Однотрубные удары - не поглощают удары, но ...» (PDF), Тормозной и передний магазин, заархивировано из оригинал (PDF) на 2014-01-02, получено 1 января 2014
  7. ^ Шелтон, стр.24 и стр.26 подпись.
  8. ^ «От F1 до Baja: объяснение умных амортизаторов золотникового клапана Multimatic». Получено 2017-07-19.
  9. ^ «Демпфер и трепет: объяснение 6 типов автомобильных амортизаторов - особенность». Получено 2017-07-19.
  10. ^ [1], Холт, Лоуренс Дж .; Дамиан О'Флинн и Эндрю Томлин, "Золотниковый клапан гидравлического демпфера" 
  11. ^ Сетрайт, Л. Дж. К. «Демпферы: сглаживание неровностей», в Норти, Том, изд. Мир автомобилей (Лондон: Орбис, 1974), том 5, с.490.
  12. ^ Брукс, Лиам. «Амортизаторы vs стойки». autokwix.com. Получено 5 мая 2019.

Источники

  • Шелтон, Крис. "Тогда, сейчас и навсегда" в Хот Род, Март 2017, стр 16-29.

Список используемой литературы

  • Кинра, Викрам К .; Вольфенден, Алан (1992), M3D: механика и механизмы демпфирования материала, Специальная техническая публикация ASTM № 1169, Филадельфия, Пенсильвания, США: ASTM International, ISBN  978-0-8031-1495-1
  • Голландия, Макс (1989), Когда машина остановилась: предостерегающий рассказ из индустриальной Америки, Бостон: Издательство Гарвардской школы бизнеса, ISBN  978-0-87584-208-0, OCLC  246343673.

внешняя ссылка