Причины протекания амортизаторов в зимнее время

Что такое амортизатор

Современный амортизатор это сложный механизм, который гасит колебания, поглощает толчки и обеспечивает постоянный контакт колес с дорожным покрытием при движении авто. Он устанавливается рядом с колесом. При помощи рычажной системы механические нагрузки (толчки и колебания) передаются от вращающегося колеса на механизм.

Данная деталь оснащается пружиной, которая обеспечивает быстрый возврат штока после сжатия при наезде на кочку. Если этот процесс не будет происходить быстро, то на бездорожье автомобиль станет неуправляемым.

Новинки на рынке амортизаторов

Из последних новинок можно отметить весьма интересный амортизатор представленный концерном General Motors. Конструкция этого амортизатора практически ничем не отличается от стандартного однотрубного, но вместо масла он заполнен особой жидкостью, содержащей магнитные частицы. Уникальность данной жидкости состоит в том, что она под воздействием магнитного поля, генерируемого электромагнитами способна изменять вязкость. Причем вязкость меняется за доли секунды, что позволяет подвеске мгновенно подстраиваться под особенности дорожного покрытия.

Новый амортизатор успешно прошел ряд тестов и уже устанавливается на некоторые марки автомобилей. Вполне возможно, что за такими амортизаторами стоит будущее, потому как конструкция предельно проста и одновременно весьма эффективна. Недостатком является лишь слишком высокая стоимость жидкости но, как известно, все новые разработки вначале были недоступны рядовому потребителю.

Чтобы понять, как работает амортизатор, а точнее – на что эта работа направлена, нужно представлять себе его взаимодействие с другими частями подвески и кузова автомобиля. Итак, амортизатор предназначен для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. В качестве такого элемента может выступать пружина амортизатора,которая закрепляется на нем.

Такая конструкция называется стойкой амортизатора. Ее верхняя часть соединена с кузовом машины, а нижняя – с рычагом. Поэтому то, насколько кузов и пружина будут плавно подниматься и опускаться, напрямую зависит от плавности движения деталей самого амортизатора.

Теперь остановимся подробнее на общем устройстве амортизаторов. Работа амортизатора основывается на гидравлическом сопротивлении, или сопротивлении газа. В качестве жидкости выступает масло. Существуют разновидности амортизаторов, в которых помимо масла сопротивление дает сжимающийся и разжимающийся газ.

Сам амортизатор можно условно разделить на цилиндр и поршень. Внутри цилиндра, в зависимости от модификации, находятся камеры либо с маслом и газом, либо с маслом и воздухом. В обоих случаях поршень ходит внутри цилиндра, поднимаясь и опускаясь.

В первом случае – поршень перемещается с сопротивлением, которое создается за счет перетекания масла через клапаны в другую камеру. Во втором – поршень сопротивляется давлению, которое оказывает сжимающаяся камера с газом. Важно понимать, что такое сопротивление происходит от того, что газ довольно плохо сжимается и разжимается.

[custom_ads_shortcode3]

Конструкция амортизатора

Большинство амортизаторов состоят из таких узлов:

• Стальная полая трубка (цилиндр). С одной стороны она заглушена. К этой части приварена проушина, которая позволяет закрепить стойку на ступице колеса. Резервуар заполнен жидкостью (смесью газа и жидкости или же только газом), обеспечивающей компенсацию нагрузки при сжатии поршня. На открытой стороне установлен сальник штока, предотвращающий вытекание жидкости из полости.
• Шток амортизатора. Это стальной прут, сечение которого зависит от модели механизма. Он помещается в резервуар. С одной стороны шток крепится к опорному подшипнику, а с другой к нему прикреплен поршень, помещенный внутрь цилиндра.
• Поршень. Этот элемент перемещается внутри цилиндра, создавая давление на жидкость или газ внутри трубки.
• Перепускной клапан. Устанавливается на поршне, и имеет несколько отверстий с подпружиненными клапанами. При движении поршня срабатывает одна группа клапанов, обеспечивающая перетекание из полости под поршнем в часть над ним. Плавность хода обеспечивается сопротивлением из-за небольших отверстий (жидкость не успевает быстро перемещаться между полостями). Подобный процесс происходит при ходе отдачи (когда поршень поднимается), только в этом случае срабатывают клапаны другой группы.

Устройство современных демпферных механизмов постоянно совершенствуется, что повышает их эффективность и надежность. Конструкция амортизаторов может существенно отличаться в зависимости от модификации механизма. Однако принцип работы остается неизменным. При толчке шток перемещает поршень внутри цилиндра, в котором сжимается жидкость или газ.

Иногда амортизаторы путают с газовыми пружинами, которые устанавливаются на ляду багажника или на капот. Хотя они внешне похожи, каждый из них выполняет свою функцию. Демпферы гасят толчки, а газовые пружины обеспечивают плавное открывание и удержание в таком положении тяжелых крышек.

Амортизаторы автомобильные

Амортизаторы — это простые, чаще всего резинометалличе-ские конструкции, посредством которых через слой резины соединяются отдельные детали или агрегаты автомобиля [17, 116, 125, 143].

Различают два основных типа амортизаторов, выпускающихся во множестве модификаций: пластинчатые и втулочные. Однако независимо от типа и формы они принадлежат к группе податливых деталей, общей характерной особенностью которых является деформируемость, во много раз большая, чем у других деталей машины.

Жесткость амортизатора с (в Н/мм или Нм/рад) есть отношение приращения нагрузки к приращению деформации:

Величина и характер изменения жесткости определяют так называемую упругую характеристику амортизаторов. Различают амортизаторы с постоянной жесткостью, независимо от нагрузки (с = const) и с переменной жесткостью, уменьшающейся или возрастающей вместе с нагрузкой (рис. 338). Тангенс у угла наклона касательной к кривой Р = F (f) или М = F (ф) в каждой точке определяет жесткость амортизатора.

Наиболее часто используются детали этого типа с постоянной жесткостью ( с = const, кривая1 на рис. 338). Тогда

Однако во многих случаях предпочтительны амортизаторы, характеризующиеся зависимостью между нагрузкой и деформацией, представленной на рис. 338 (кривая 2). В этом случае облегчается гашение максимальных нагрузок, значительно превышающих обычные.

Рис. 338. Характеристики амортизаторов с постоянной (/), возрастающей (2) и уменьшающейся (3) жесткостями [93]

Рис. 339. График работы амортизатора [93]

Работа Л, затрачиваемая на деформацию, равна площади под кривой Р = F (/) или М =F (ср) (рис. 339):

Для деталей с постоянной жесткостью:

Полезная работа, которую может совершить амортизатор, меньше работы Л, затраченной на его деформацию, поскольку часть этой работы использована на преодоление сопротивления силы трения At при нагрузке и разгрузке детали,

Эффективность затухания колебаний тем вьппе, чем больше отношение ^[93].

7.2. Пластинчатые амортизаторы

Конструкция. Пластинчатые амортизаторы (рис. 340) состоят из двух металлических пластинок, чаще всего стальных, и при-вулканизованной к ним резиновой прокладки. Они находят применение в качестве гасителей колебаний машин и устройств. В транспортных средствах они служат для эластичной подвески двигателей внутреннего сгорания, коробки скоростей и т. п. либо в качестве упругой прокладки между кузовом и рамой.

Рис. 340. Пластинчатые амортизаторы [59]

На рис. 341 показан глазковый амортизатор, работающий при нагрузках менее 100 Н и используемый для подвески контрольных или измерительных приборов, например часов в автомобильных кузовах.

Рис. 342. Пластинчатые круглые амортизаторы [59]

Рис. 341. Глазковый амортизатор [58]

На рис. 342—344 изображены несколько удачных конструкций круглых амортизаторов и способы их установки. На рис. 345 показан сдвоенный пластинчатый амортизатор.

Амортизаторы, работающие при высоких нагрузках (рис. 346 и 347) состоят из стального или чугунного основания, оболочки из аналогичного материала и из расположенной между основанием и оболочкой системы пластинчатых упругих элементов.

Детали этого типа устанавливаются под тяжелые стационарные устройства, такие как двигатели внутреннего сгорания.

Пластинчатые амортизаторы изготавливают, как правило, из резины на основе натурального каучука с твердостью HSh 40—80, в особых случаях используются также маслостойкие резины из синтетических каучуков.

Рис. 343. Способ установки пластинчатых амортизаторов [59]

Расчет пластинчатых амортизаторов» Амортизаторы, работающие в условиях сжатия. Под влиянием сжимающей силы Рс, действующей перпендикулярно торцевой поверхности резино-металлического элемента (рис. 348), возникает деформация резин fc

Принимается, что при деформации сжатия до 20% начальной высоты резины она ведет себя в соответствии с законом Гука:

Рис. 345. Двойной пластинчатый амортизатор, Рис. 346. Пластинчатый амортизатор «Мегуластик»

Рис. 350. Зависимость напряжения от деформации при сжатии и сдвиге круглого резинового элемента между металлическими пластинами:

Рис. 347. Сечение пластинчатого амортизатора «Мегуластик» [58]

Рис. 348. Амортизатор под воздействием сжимающей нагрузки

0 0,2 0.4- 0,6 0,8 1,0 Деформация

Рис. 349. Влияние формы амортизатора на его характеристику

1 — имеется слой смазки; 2 — 4 — поверхности привулканизованы, r/h ~ 0,5; 2,5; 5,25 соответственно [46 ]

где Рс — сила сжатия, Н; fc — деформация резиновой детали, см; А — площадь поверхности детали, перпендикулярной направлению силы— высота слоя резины, см; Е — модуль упругости, Н/см2; с — жесткость детали, Н/см.

Учитывая зависимостьжесткость амортизатора, ра

ботающего под воздействием сжимающей нагрузки, можно выразить формулой

где k — коэффициент жесткости, зависящий от коэффициента формы амортизатора К, G — модуль сдвига, зависящий от твердости резины согласно графику на рис. 13. Коэффициент определяется из графика (см. рис. 15).

Рис. 352. Деформация пластинчатых амортизаторов: а— амортизатор без нагрузки; б—под нагрузкой; в — амортизатор с прокладками без нагрузки; г — под нагрузкой [73]

Изменяя отношение высоты к площади сечения резины, можно в широких пределах изменять жесткость амортизатора, работающего на сжатие (рис. 349 и 350). Жесткость амортизатора можно также изменять, используя прокладки из стали толщиной не менее 2 мм и привулканизовывая их к резине (рис. 351 и 352).

Рис. 351. Амортизатор с прокладками

В таких амортизаторах при нагрузке сжатия Р полная деформация f является суммой деформаций каждого резинового слоя, вызванных воздействием силы Р (рис. 353):

Для малых углов, когда тангенс равен углу в радианах, формулы примут вид:

Они справедливы вплоть до ft = 0,35/t. Амортизаторы, работающие на сдвиг, находятся обычно под воздействием нагрузки сжатия, которая направлена перпендикулярно силе сдвига * Pt. Если сжимающее напряжение не ведет к деформации резины больше, чем на 10%, его влиянием [69] можно пренебречь и для расчетов принимать толщину резины не нагруженной детали [69, 70].

Жесткость амортизаторов при сдвиге рассчитывают по формуле

где ct — жесткость амортизатора при сдвиге, кгс/см; Pt — сила сдвига, кгс; ft — деформация амортизатора; А — площадь сечения, см2; G — модуль сдвига, кгс/см2; к — высота резинового -слоя; у — угол деформации. ^

Амортизаторы, работающие в условиях сжатия и сдвига. Рассмотрим систему из двух плоских амортизаторов, расположенных под углом а и соединенных балкой, которая нагружена силой Р2, действующей посередине основания (рис. 355 и 356).

На каждый амортизатор будет действовать сила в соответствии с равенством Рг = 2Р. Амортизаторы, связанные общей балкой, уже не могут деформироваться свободно под воздействием этих сил. Направление деформации каждого амортизатора, возникает принудительно и в соответствии с направлением силы Р. Оно, в свою очередь, является следствием реакции N, возникающей в результате взаимной связи косо расположенных соединительных деталей. Поэтому сила, приложенная к каждому амортизатору, равна Р’. Она является равнодействующей сил Р и N и раскладывается на силу Рь действующую параллельно поверхности соединения резина—металл и вызывающую сдвиг соединительной детали, и силу Рс, действующую перпендикулярно торцевой поверхности детали и вызывающую ее сжатие.

Рис. 356. Схема распределения сил в системе из двух плоских амортизаторов

Рис. 355. Система из двух плоских амортизаторов в условиях сжатия и сдвига

Под воздействием силы Pt возникает деформация fh а под воздействием силы Рс — деформация /с. Равнодействующей этих деформаций является деформация амортизатора / под воздействием внешней силы Р. При этом

Жесткость системы описывается следующей зависимостью:

Приведенная выше формула относится к системе двух упругих деталей. При увеличении числа деталей вместо цифры 2 в формулу подставляют цифры 4 или 6.

При угле а = 61° данный тип амортизатора работает в оптимальном режиме.

Амортизаторы, работающие в условиях растяжения. Под влиянием растягивающей силы Р, действующей перпендикулярно

торцевой поверхности детали (рис. 357), возникает удлинение резины fr.

В пределах малых удлинений, менее 30%, а только такие и допустимы в рассматриваемом случае, резина ведет себя приблизительно в соответствии с законом Гука:

Жесткость амортизатора выражается следующей зависимостью:

Таким образом, следует избегать нагружения амортизаторов растягивающей силой.

Амортизаторы, работающие при наличии крутящего момента. Если плоский амортизатор, состоящий, например, из двух круглых стальных пластин, соединенных между собой резиной, будет находиться под воздействием крутящего момента М (рис. 358), пластины повернутся относительно друг друга на угол ф.

Рис. 357. Амортизатор, нагруженный растягивающей силой

Рис. 359. Амортизатор, нагруженный крутящим моментом, в котором возникают тангенциальные напряжения постоянной величины

Рис. 358. Амортизатор, нагруженный крутящим моментом

напряжения постоянной величины. Угол ср (в рад или град) в этом случае можно рассчитать по формулам:

Вышеприведенные формулы справедливы для углов ср примерно до 20°.

Выбор плоских амортизаторов. В зависимости от способа установки амортизатора он может работать: на сжатие (рис. 348); на сдвиг (рис. 354); одновременно на сжатие и на сдвиг (рис. 355).

При сжимающей нагрузке (рис. 348) амортизатор проявляет тем большую работоспособность, чем тверже резина, чем больше площадь его поверхности и чем меньше высота. Амортизаторы этого типа характеризуются малой способностью к уменьшению вынужденных колебаний.

В случае, когда амортизатор работает в положении, показанном на рис. 354, он подвергается значительно большей деформации, которая, впрочем, возрастает пропорционально толщине резины и уменьшается с увеличением площади поверхности и твердости резины. С ростом деформации резины увеличивается способность уменьшать амплитуду колебаний, однако амортизаторы, работающие на сдвиг, могут эксплуатироваться при значительно меньших нагрузках, чем амортизаторы, работающие на сжатие.

Когда по условиям работы требуется, Чтобы амортизатор обладал работоспособностью при высоких нагрузках и одновременно имел значительную деформацию, используются мостичные амортизаторы (рис. 355), которые состоят из двух или более упругих деталей, подверженных сдвигу и сжатию.

Степень уменьшения амплитуды колебаний зависит от статической деформации резины амортизатора. Эта деформация может

Рис. 360. График для определения деформации амортизатора

быть определена по зависимости, представленной на рис. 360. Для этого на осй ординат отмечается точка, соответствующая окружной скорости или частоте колебаний изолируемого устройства, из этой точки проводят горизонтальную линию до пересечения с прямой, обозначающей степень изоляции, и из точки пересечения этих линий опускают перпендикуляр, который на оси абсцисс укажет требуемую деформацию детали.

Полное поглощение колебаний является недостижимым. На практике считается, что поглощение 80% колебаний — вполне удовлетворительный результат.

7.3. Втулочные амортизаторы

Конструкция. Прямые втулочные амортизаторы. Они (рис. 361) состоят из двух металлических втулок, чаще всего стальных, между которыми находится слой резины, привулканизованный к обеим втулкам. В отдельных случаях торцевые поверхности втулок могут быть снабжены зубцами (рис. 362) или вырезами. Внешние втулки могут иметь фланцы (рис. 363 и 364), с помощью которых они монтируются в устройство.

Модификацией амортизаторов является конструкция, содержащая только одну внутреннюю металлическую втулку (рис. 365). Ее помещают в кожух или устанавливают в гнезда (рис. 366).

Основные размеры прямых втулочных амортизаторов (рис.367) выбирают, исходя из нагрузки и деформации, которым они подвержены во время эксплуатации [58].

Амортизаторы, подверженные большим деформациям скручивания на угол(рис. 368), должны иметь толстый резиновый слой. Резина в этих деталях работает на сдвиг.

Допустимая величина осевой нагрузки (рис. 369) зависит от площади поверхности внутренней втулки, а допустимая осевая деформация тем больше, чем толще резиновый слой между втулками. Резина в деталях этого типа, нагруженных осевой силой, работает на сдвиг.

В случае радиальной нагрузки (рис. 370) подъемная сила амортизатора зависит от размеров внутренней металлической втулки, в основном от ее длины. Эти размеры следуют обычно из прочности шкворня, работающего на изгиб и сдвиг. Для больших нагрузок и малых деформаций скручивания подходят втулочные элементы с относительно тонким слоем резины, но с большой длиной.

Рис. 361. Прямой втулочный амортизатор

Рис. 362. Амортизатор с зубчатой втулкой

Рис. 363. Втулочный амортизатор с фланцем

Допустимая величина взаимного перекоса внутренней и внешней втулок (рис. 371) зависит от толщины слоя резины и длины втулок. При больших перекосах применяются короткие втулки с толстым слоем резины.

Допустимые нагрузки для стандартных втулочных амортизаторов типа «Мегуластик» приведены в табл. 48. Они относятся к втулкам, изготовленным с применением резины из натурального каучука с HSh 60. Изменяя твердость резины, а следовательно, и модуль G, можно менять характеристики этих элементов

в достаточно широком диапазоне, используя при этом поправочные коэффициенты, приведенные в табл. 49.

Рис. 364. Сечение втулочного амортизатора с фланцем

Рис. 365. Одновтулочный амортизатор

При выборе амортизатора по табл. 48 определяют величину допустимого угла скручивания <�р, которую делят на коэффициент для статических или динамических нагрузок, соответствующий по табл. 48 резине с выбранной твердостью.

Рис. 366. Одновтулочный амортизатор в подвеске педали акселератора

Рис. 368. Амортизатор, подверженный деформации скручивания

Рис. 367. Основные размеры втулочного амортизатора

Максимальный скручивающий момент М остается неизменным для резин с разной твердостью, поскольку его величина зависит от площади поверхности внутренней втулки, а не от твердости резины. При определении допустимой осевой деформации / величины, выбранные из табл. 48, делят на поправочный коэффициент, найденный по табл. 49. Допустимые осевые нагрузки не зависят

Рис. 369. Амортизатор, подверженный деформации сдвига

Рис. 371. Амортизатор с перекосом осей

Рис. 370. Амортизатор, подверженный деформации изгиба и сдвига

от твердости резины, а определяются площадью поверхности внутренней втулки, поэтому они не подлежат коррекции. Допустимая радиальная нагрузка устанавливается путем умножения величины Р, взятой из табл. 48, на поправочный коэффициент (табл. 49). Допустимая радиальная деформация f остается неизменной, поскольку зависит она исключительно от толщины слоя резины. Величина перекоса не зависит от твердости резины и размера амортизатора и составляет не более 2—3°, или не более 16%, если ее выразить через деформацию на единицу толщины слоя резины,

Таблица 48

Характеристика стандартных прямых втулочных амортизаторов (рис. 367—370) типа «Мегуластик» [58, 60]

Размеры, мм

Втулочные амортизаторы должны быть установлены с натягом в гнездо и на шкворень. При этом пользуются допусками, приведенными в табл. 48.

Таблица 50

Твердость резины в амортизаторах

Таблица 49

Поправочные коэффициенты при выборе прямых втулочных амортизаторов

Прямые втулочные амортизаторы применяются в основном в автомобильных рессорах, шарнирах балансиров, подвесках приводных валов.

Рис. 373. Направления действия нагрузки на двухвтулочный амортизатор

Рис. 372. Двухвтулочиый конический амортизатор типа «Мегуластик»

Двухвтулочные конические амортизаторы. Эти амортизаторы, например типа «Мегуластик» (рис. 372), состоят из двух металлических втулок, чаще всего стальных, связанных между собой с помощью привулканизованного слоя резины. Обе втулки в средней части имеют форму конусов. Внешняя втулка снабжена фланцем с отверстиями для крепящих болтов. Амортизаторы характеризуются большой поперечной жесткостью и в 4—6 раз меньшей осевой жесткостью. Благодаря этому они могут работать при больших радиальных нагрузках в направлении В (рис. 373) и при сравнительно небольших деформациях, поскольку в этом случае резина подвержена исключительно сжатию.

При осевых нагрузках в направлении А (рис. 373) резина испытывает сдвиг со сжатием при значительной деформации, вследствие чего деталь интенсивно гасит вертикальные колебания.

Используемые в качестве элементов подвески автомобильных кузовов, например кабины водителя, втулочные конические амортизаторы обладают многими достоинствами. Силы инерции, возникающие в направлении В при резком торможении или ускорении автомобиля, не вызывают ощутимых перемещений кузова по отношению к раме, а вертикальные колебания, вызванные неровностями дороги или работой двигателя, интенсивно гасятся благодаря значительной вертикальной мягкости подвески.

выпускает четыре основных типоразмера амортизаторов, основные параметры которых приведены на рис. 374. Они могут эксплуатироваться при нагрузках в диапазоне 100—18 000Н. Их характеристика может меняться в соответствии с требованиями заказчика путем изменения твердости резины в пределах HSh 40—70. Амортизаторы изготовляются из резины на основе натурального каучука, а в случае необходимости — на основе синтетических каучуков, устойчивых к воздействию масел и смазок.

Амортизаторы выбирают, руководствуясь данными, приведенными на рис. 375 и 376. Из рис. 375 можно установить деформацию резины амортизатора для получения требуемой степени гашения колебаний, из рис. 376 можно выбрать амортизатор, зная деформацию и нагрузку.

Тип амортизатора на рис. 376 обозначен девятизначным кодом. Две последние цифры шифруют твердость в соответствии с табл. 50. Этими двумя цифрами дополняется обозначение детали на рис. 374.

В случае, когда необходима повышенная мягкость амортизатора в радиальном направлении, резиновой прокладке придается форма, показанная на рис. 377. Когда необходима увеличенная деформация в осевом направлении при сохранении значительной поперечной жесткости, применяется конструкция, изображенная на рис. 378. Примеры использования втулочных конических амортизаторов показаны на рис. 379—382.

Одновтулонные конические амортизаторы. Они состоят из внутренней металлической втулки и привулканизованной к ней резиновой втулки с конической внешней поверхностью (рис. 383). У резиновой втулки с одной стороны имеется фланец, который в отдельных типах может упираться во фланец внутренней металлической втулки.

Рис. 374. Основные размеры амортизатора типа «Мегуластик» (две последние цифры номера определяются по рис. 376)

Рис. 375. График для определения деформации амортизатора типа «Мегуластик»

Рис. 376. График для выбора амортизатора типа «Мегуластик» [58]

Рис. 377. Амортизатор с повышенной мягкостью в радиальном направлении [59]

Рис. 378. Амортизатор с повышенной осевой мягкостью [59]

Рис. 379. Подвеска кабины водителя на амортизаторах типа «Мегуластик» [58]

Рис. 380. Подвеска двигателя на амортизаторах типа «Мегуластик» [58]

Рис. 38L Подвеска резервуара цистерны на амортизаторах типа «Мегуластик» [58]

Рис. 382. Подвеска приводного блока на амортизаторах типа «Мегуластик» [58]

Рис.384. Монтажная комбинация двух од-новтулочных конических амортизаторов

Рис. 386. Амортизатор с фланцевой втулкой [58]

Рис. 383. Одновтулочный конический амортизатор

Рис. 385. Амортизатор с прямой втулкой [58]

Детали попарно устанавливаются в конические гнезда с несколько меньшим диаметром так, чтобы после монтажа резина получила начальное сжатие (рис. 384). Величину этого сжатия выбирают таким образом, чтобы она превышала деформацию резины под влиянием радиальной нагрузки во время работы амортизатора.

Основные размеры и допустимые условия работы для конических амортизаторов (рис. 385 и 386) приведены в табл. 51 и 52. Резиновые фланцы придают узлу значительную осевую жесткость, поэтому допустимые осевые нагрузки составляют около 50% радиальной нагрузки.

Таблица 51

Характеристика одновтулочных конических амортизаторов с прямыми втулками (рис. 385)

Конические амортизаторы выполняются, как правило, из резины с HSh 55, хотя в отдельных случаях возможно использование резины с другой твердостью.

Эти амортизаторы находят применение в основном в элементах подвески в легковых автомобилях и прежде всего — в качестве балансиров подшипников (рис. 387).

Шаровые амортизаторы. Шаровые амортизаторы (рис. 388 и 389) состоят из внутренней и внешней втулок, соединенных с помощью привулканизованного слоя резины в форме усеченного шара. Вместо внутренней втулки может быть использован шаровой палец. Внешняя втулка иногда состоит из трех отдельных элементов, которые составляют одно целое только после установки втулки в гнездо, при этом слою резины придается начальное сжатие.

Таблица 52

Характеристика конических амортизаторов с фланцевыми втулками

(рис. 386)

Рис. 387. Одновтулочные конические амортизаторы в передней подвеске легкового автомобиля Д58]

Шаровые амортизаторы Предназначены для работы при высоких нагрузках и деформациях во многих направлениях. Они находят применение в системах подвески грузовых автомобилей, автобусов и др. (рис. 390).

Рис. 388. Шаровой амортизатор типа «Мегуластик»

Допустимые условия эксплуатации для типовых шаровых амортизаторов, на примере амортизаторов типа «Мегуластик» из резины с HSh 60 [58], приведены в табл. 53 и 54. Характеристики этих амортизаторов могут кардинально меняться с изменением твердости резины, что учитывают поправочные коэффициенты, приведенные в табл. 55. Для определения допустимых радиальных нагрузок и радиальной жесткости значения, приведенные в табл. 53, умножают на поправочный коэффициент-

Таблида 53

Характеристика шаровых амортизаторов типа «Мегуластик» [58]

Рис. 389. Основные размеры шарового амортизатора [58]

Рис. 392. Втулочный амортизатор с коническими торцевыми поверхностями, нагруженный осевой силой

Рис. 391. Втулочный амортизатор, нагруженный осевой силой

(табл. 55). Чтобы установить допустимый угол скручивания или угол перекоса, значения из табл. 53 делят на поправочный коэффициент (табл. 55). Максимально допустимый вращающий момент рассчитывают, умножая угол скручивания на жесткость. Этот момент не зависит от типа резины. Максимальный угол перекоса ограничивается буферными поверхностями металлических деталей. Допустимая осевая нагрузка на шаровые амортизаторы составляет 20% от допустимой радиальной нагрузки.

Таблица 54

Таблица 55

Поправочные коэффициенты при выборе шаровых амортизаторов типа «Мегуластик» [53, 59]

Характеристика направляющих тяг с шаровыми амортизаторами [58]

Расчет втулочных амортизаторов. Амортизаторы, находящиеся под воздействием осевой силы. Если прямой втулочный амортизатор, состоящий из двух стальных втулок и слоя резины, будет нагружен осевой силой Р, втулки подвергнутся взаимному осевому передвижению на величину y и на угол у (рис. 391).

При небольших деформациях в этом случае справедливы следующие зависимости:

Рис. 394. Втулочный амортизатор, нагруженный радиальной силой

Рис. 393. Амортизатор с постоянной величиной напряжений сдвига

амортизатора, см; G — модуль сдвига резины, радиусы слоя резины амортизатора, см.

Формулы справедливы при

Амортизаторы, находящиеся под воздействием радиальной силы. Под воздействием направленной радиальной силы Рг внешняя втулка детали будет перемещаться по отношению к внутренней втулке на величину деформации /г (рис. 394).

Силу Рг (в кгс), которая вызвала возникновение деформации /г, рассчитывают по уравнению Гебеля

где Кг — коэффициент формы слоя резины втулочного амортизатора, который нагружен радиально. Его определяют по графику, представленному на рис. 395, в зависимости от отношения his (h — ширина амортизатора,

Радиальная жесткость

Как нетрудно установить, сравнивая формулы для расчета осевой и радиальной жесткостей, при коэффициенте Кг = 1 осевая жесткость амортизатора в 7,5 : 2 = 3,75 раза меньше радиальной жесткости.

Амортизаторы, находящиеся под воздействием силы, направленной под углом к его оси. Рассматривая амортизатор, нагруженный силой Ра, направленной под углом к центральной оси, необходимо учесть два случая: первый, когда амортизатор может деформироваться только в направлении действия силы; второй, когда амортизатор имеет возможность свободно деформироваться. ‘ Разложение сил для первого случая представлено на рис. 396. Нагруженный под углом амортизатор можно заменить системой двух пружин, из которых одна подвержена деформации в осевом направлении, другая — в поперечном (радиальном). Деформация fа амортизатора тогда может быть разложена на осевую составляющую f и поперечную fг.

Рис. 395. Коэффициент К± для амортизаторов, нагруженных радиальной силой [69, 70]

Рис. 396. Распределение сил и деформаций в ведомом втулочном амортизаторе, нагруженном силой, действующей под углом к оси [69]

Деформациям f и fr соответствуют силы Р и Рг. Равнодействующей этих сил будет Р’. Поскольку приложенная к амортизатору нагрузка Р’а действует параллельно направляющим и не совпадает по направлению с Р\ возникает реакция N.

Учитывая зависимости

получаем уравнение Гебеля [70] для малых деформаций

где с — осевая жесткость; сг — радиальная жесткость.

Примерная характеристика втулочного амортизатора с направленной деформацией, находящегося под воздействием сил, приложенных под разными углами к оси, приведена на рис. 397.

Во втором случае направление силы и деформации не совпадают, так как осевая и радиальная жесткости амортизатора различны. Силу Ра уравновешивают осевая Р и радиальная Рг силы (рис. 398). Им соответствуют деформации f и fг.

Рис. 397. Характеристика втулочного ведомого амортизатора

Рис. 398. Распределение сил и деформаций в свободном втулочном амортизаторе, нагруженном силой, действующей под углом к оси [69]

Учитывая зависимости для с и сп как и ранее, получаем уравнение Гебеля для малых деформаций

Деформация в направлении действия силы Ра рассчитывается по формуле

Равнодействующей деформаций f и fr является деформация направление которой не совпадает с направлением действия силы Ра.

Амортизаторы, находящиеся под воздействием крутящего момента. Если на прямой втулочный амортизатор воздействует

крутящий момент Мъ резина между втулками подвергнется деформации на угол ср (рис. 399).

В ней возникают напряжения сдвига т, величина которых зависит от радиуса г рассматриваемого резинового слоя,

Для небольших деформаций справедливы уравнения Ге-беля [70]:

угол ф в радианах

При соответствующей форме амортизатора можно добиться равномерного распределения напряжения сдвига в резине. Тогда

Контуром свободных поверхностей резины амортизатора с равномерным распределением напряжений сдвига является гипербола третьей степени (рис. 400).

Зачем нужны амортизаторы

Создавая транспортные средства, первые разработчики столкнулись с серьезной проблемой. Во время езды по дороге водитель испытывал жуткий дискомфорт от постоянной тряски. Помимо этого из-за нагрузок детали ходовой части быстро выходили из строя.

Для устранения проблемы на колеса стали надевать распущенные вдоль резиновые шланги. Затем появились рессоры, которые гасили неровности, но транспорту при этом не хватало устойчивости. на кочках машина сильно раскачивалась.

Первые амортизаторы появились в 1903 году, и были выполнены в виде пружин, закрепленных к рычагам возле каждого колеса. В основном их устанавливали на спортивные автомобили, так как гужевой транспорт не нуждался в такой системе из-за небольших скоростей. С годами эта разработка совершенствовалась, и на смену фрикционным амортизаторам пришли гидравлические аналоги.

При езде по неровностям колеса машины должны быть в постоянном контакте с покрытием. От качества амортизатора будет зависеть и управляемость транспортного средства.

В момент разгона машины кузов наклоняется назад. Из-за этого передняя часть авто разгружается, что снижает сцепление передних колес с дорогой. Во время торможения происходит обратный процесс – корпус наклоняется вперед, и теперь контакт задних колес с землей нарушается. При повороте нагрузка перемещается на противоположную сторону автомобиля.

Задача амортизаторов – не только гасить толчки, обеспечивая максимальный комфорт для водителя, но и поддерживать кузов авто в стабильном горизонтальном положении, предотвращая его раскачивание (как это было в автомобилях с пружинной подвеской) что повышает управляемость ТС.