Амортизаторы

Стойка Макферсон : гидроамортизатор и пружинная пластина

Амортизатор является предохранительным-соответствующим компонентом в шасси , что позволяет вибрации на подрессоренной массе спадать быстро и демпфирует колебания неподрессоренной массы на шины весной . Благодаря специальным мерам преобразования энергии вибрации в тепло генерируется значительно ослабленная вибрация . Без этих мер колебания затухали бы слишком медленно.

Термин « гаситель колебаний » был бы правильным , потому что это не удар, а его эффект. Амортизаторы не используются для поглощения ударов, возникающих в автомобиле от неровностей дороги. За это отвечает приостановка .

Значение амортизаторов в автомобилях

Гидравлический амортизатор на шатун оси с VW Beetle , здесь в Формуле Vee гоночного автомобиля

Задача амортизаторов - гасить колебания конструкции на пружинах подвески и колебания колес на пружине шины. Без демпфирования структурные колебания в диапазоне собственных частот были бы слишком большими, что отрицательно сказалось бы как на комфорте вождения, так и на безопасности вождения. Слишком сильное демпфирование ухудшает комфорт при вождении, но улучшает контакт с дорогой. Поэтому согласование между комфортом вождения и безопасностью вождения всегда является компромиссом. Конструкция демпферов в направлениях тяги и толкания, а также для малых и высоких скоростей движения демпферов гарантирует, что требования к динамике движения и комфорту движения выполняются в максимальной степени.

Обнаружение неисправных амортизаторов на автомобилях

Уменьшение демпфирования часто неосознанно компенсируется изменением поведения водителя при вождении. Есть некоторые признаки износа амортизаторов, при этом возникающие эффекты не возникают внезапно, а связаны с повышенным износом амортизатора:

• Множественные постколебания, когда автомобиль вибрирует рукой возле колеса (простой функциональный тест, поведение особенно очевидно в случае полностью вышедших из строя амортизаторов)
• Автомобиль качается после неровностей
• Урчание на плохой дороге на небольшой скорости (30 зона)
• Неравномерный износ шин и повышенный износ шин
• Дрожание рулевого управления или несколько прерванных тормозных гусениц после аварийной остановки из-за прыгающих колес
• мягкое поведение на поворотах, на холмистой дороге автомобиль уносится наружу в зависимости от возбуждения вертикальных колебаний

Полностью неисправные амортизаторы также можно распознать по значительному количеству масла, выходящего из поршневых штоков амортизаторов. И наоборот, правильное функционирование не может быть обеспечено полностью герметичным амортизатором.

Физические принципы демпфирования

Гидравлические демпферы

В настоящее время обычные амортизаторы легковых автомобилей в основном изготавливаются в виде гидравлических телескопических амортизаторов в одно- и двухтрубной конструкции. Его принцип основан на том, что сопротивление потоку вытесняемой жидкости ( масла амортизатора ) зависит от скорости потока. Он не линейный, а прогрессивный, что означает, что он увеличивается с увеличением скорости потока.

Демпфер трения

До разработки гидравлических амортизаторов автомобили оснащались механическими фрикционными амортизаторами. Недостатком является то, что подвеска блокируется статическим трением в случае незначительных раздражителей . Подвеска плохо реагирует.

Демпферы трения состоят из нескольких фрикционных дисков, установленных друг на друга и прижатых друг к другу в осевом направлении пружиной. Эти диски попеременно образуют две группы, которые могут скручиваться друг против друга. Один из них соединен с шасси, другой - с той частью, вибрации которой необходимо гасить. Такой фрикционный демпфер работает так же, как и многодисковое сцепление .

Виды амортизаторов на авто

В основном, различают демпфер оси , то есть гаситель колебаний, установленный отдельно, блок пружины-гасителя («стойка»), в котором пружина и демпфер объединены в один узел, и стойку Макферсона , которая в Вдобавок к колесу ведет как в продольном, так и в поперечном направлении.

Рычаг амортизатора

Обычные вращающиеся фрикционные амортизаторы называют рычажными амортизаторами. Яйцо. d. Для демпфирования линейного движения обычно требуется рычаг, который вращается вокруг центра демпфера.

Амортизатор Houdaille представляет собой гидравлический амортизатор с поворотными поршнями в раздельном цилиндрическом корпусе, который также вращается рычагом.

Однако в качестве рычажных амортизаторов упоминаются также конструкции, в которых линейно перемещаемый амортизатор воздействует на рычаг, вращающийся в другом месте шасси. Такой рычаг обычно является звеном подвески колеса . Это также включает в себя более старый амортизатор с коленчатым рычагом , в котором поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в цилиндре, приводится в действие извне с помощью переключаемого рычага.

• 

  Амортизатор фрикционный с рычажным механизмом

• 

  Амортизатор трения на шатуне

• 

  Амортизаторы рычажные Houdaille

Амортизаторы линейного движения (телескопические амортизаторы)

Однотрубный демпфер (демпфер давления газа)

Однотрубный амортизатор подразделяется на рабочую камеру (масляную камеру) и камеру противодавления (газовую камеру). Фактическая работа демпфера осуществляется в масляной камере, то есть демпфирующие клапаны на поршне противодействуют маслу, протекающему через поршень. Это создает перепад давления, который противодействует перемещению штока поршня относительно контейнера с демпфирующей силой. Газовая камера компенсирует изменения объема при выдвижении и втягивании поршневых штоков, а также при колебаниях температуры. Однотрубный демпфер обычно имеет базовое внутреннее давление примерно 20–30 бар. Этот предварительный натяг необходим для того, чтобы масляный столб в верхней рабочей камере (камера над поршнем) не отрывался во время сжатия и не образовывались пузырьки газа в масле (опасность кавитации ). Это отрицательно скажется на силовых характеристиках демпфера. Из-за давления газа амортизатор также является слабой пружиной давления газа .

Двухтрубный демпфер

В дополнение к трубке цилиндра, в которой поршень, прикрепленный к штоку поршня и снабженный дополнительными частями клапана, перемещается в осевом направлении, двухтрубный демпфер имеет еще одну коаксиально расположенную трубку контейнера. Поршень разделяет внутреннюю масляную камеру на верхнюю и нижнюю рабочие камеры. На стадии сжатия шток поршня втягивается, и часть масла перетекает из нижней рабочей камеры через поршневой клапан в верхнюю рабочую камеру. Объем масла, соответствующий погружающемуся штоку поршня, продавливается через нижний клапан, расположенный на нижнем конце трубки цилиндра, в так называемое компенсационное пространство между трубками цилиндра и емкости. Перепад давления, необходимый для демпфирования, также создается нижним клапаном. Когда шток поршня выдвигается (стадия отскока), поршневой клапан принимает на себя демпфирование, в то время как объем масла, соответствующий выступающему штоку поршня, в значительной степени беспрепятственно течет обратно через нижний клапан.

Устройство и функции гидравлического телескопического амортизатора

Модель движения амортизатора

Модель движения (двухтрубного) амортизатора показывает, как уровень масла в амортизаторе повышается и понижается при движении штока поршня внутрь и наружу. Показано движение уровня масла сильно преувеличено. Ход уровня масла больше хода штока поршня. Это не соответствует ни габаритам модели, ни пропорциям настоящего автомобильного демпфера. Для перемещения уровня масла применяется, что объем втягивающегося поршневого штока равен объему подъема масла на поверхности кольца между трубками, то есть:

${\ Displaystyle A_ {S} \ cdot h = A_ {R} \ cdot H}$

или же

${\ displaystyle H = h \ cdot A_ {S} / A_ {R}}$

С участием

${\ displaystyle A_ {S}}$ = Площадь поперечного сечения штока поршня

${\ displaystyle A_ {R}}$ = Площадь кольца между внешней и внутренней трубкой

${\ displaystyle d}$ = Диаметр поршневого штока

${\ displaystyle D_ {a}}$ = Внутренний диаметр наружной трубы (трубы контейнера)

${\ displaystyle D_ {i}}$ = Наружный диаметр внутренней трубы (трубы цилиндра)

${\ displaystyle h}$ = Ход штока поршня

${\ displaystyle H}$ = Повышение уровня масла

При реальных размерах демпфера (d = 11: Da = 36; Di = 29,4) результат ${\ displaystyle H = h \ cdot 0 {,} 28}$

Ход уровня масла составляет всего 0,28 хода штока поршня. Модель движения также должна показывать это реалистичное значение. Это можно сделать, просто изменив подъемник уровня масла. В идеале, конечно, с дополнительными корректировками размеров d, Da и Di в модели движения, чтобы расчет и внешний вид точно совпадали.

Масляный амортизатор с компенсационным объемом (двухтрубный демпфер)

Гидравлические амортизаторы состоят из маслонаполненного цилиндра и направляемого в нем поршневого штока . Когда шток поршня (и, следовательно, поршень) перемещается в осевом направлении по отношению к цилиндру, масло должно течь через узкие каналы и клапаны в поршне. Сопротивление, которому масло подвергается в процессе, создает перепады давления, которые создают демпфирующие силы через активные поверхности. Результирующая работа демпфирования преобразуется в нагрев масла. Вязкости и , таким образом , демпфирующий эффект масла также зависит от температуры. Чтобы ограничить повышение температуры заслонки до уровня, приемлемого для задействованных компонентов, заслонка должна отдавать достаточное количество тепла в окружающий воздух.

Объем опускающегося штока поршня должен быть выровнен внутри демпфера. Не может быть чисто масляного демпфера, потому что масло, как и все жидкости, практически несжимаемо. Компенсация может быть достигнута, например, с помощью газовой подушки из азота или воздуха под высоким давлением (~ 30 бар), которая отделена от объема масла подвижным поршнем (однотрубный демпфер). При перемещении разделительного поршня газовая подушка берет на себя компенсацию объема при втягивании штока поршня. Газ действует как дополнительная пружина, поэтому эффект подвески поддерживается.

Отскок и сжатие

Гидравлический амортизатор с прямым подключением подвергается растяжению при отскоке и сжатию при сжатии. Вот почему демпфирование во время отскока называется стадией отскока, а при сжатии - стадией сжатия.

Чтобы улучшить «пружинистость» при приближении к отдельным препятствиям в форме пандуса, стадия отскока обычно делается более жесткой, чем стадия сжатия. Еще одна причина такой конструкции - гармоничная структура угла крена при быстрых маневрах уклонения.

Другие формы

Особый тип конструкции, используемый в гонках, таких как Формула 1, - это внешний поворотный амортизатор . Новой разработкой являются амортизаторы на пневморессоре , которые устанавливаются как в грузовых, так и в легковых автомобилях. В дополнение к подвеске и демпфированию вы также можете взять на себя контроль уровня. Мотоциклы и велосипеды также оснащены амортизаторами с пневматической рессорой, в которых средний воздух выполняет функции пружины и амортизатора.

Исследуется разработка электромеханической демпферной системы для дорожных транспортных средств. Преимущество здесь состоит в том, что вместо тепла вырабатывается в первую очередь электрическая энергия, которую можно использовать непосредственно в автомобиле.

Смотри тоже

• Газовый грифон
• Гидропневматика
• Роликовый демпфер

литература

• Питер Хейслингер: Современная механика в автомобильной технологии , Liebentreu-Haslinger Verlag, Ульм, 2002 г.
• Питер Кауземанн: Автомобильные амортизаторы , Verlag Moderne Industrie, Ландсберг / Лех 2001

веб ссылки

Викисловарь: амортизатор  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Браесс / Зайфферт: Справочник по автомобильной технологии , 3-е издание 2003 г., ISBN 3-528-23114-9 .
2. ↑ Рольф Изерманн (Ред.): Контроль динамики движения . Моделирование, системы помощи водителю, мехатроника. 1-е издание. Фридр. Vieweg & Sohn Verlag, GWV Fachverlage GmbH, Висбаден, 2006 г., ISBN 978-3-8348-0109-8 , система демпфирования пневматической рессоры 12,5.