Пружина держит вес машины, но сама по себе она бы качала кузов долго. Амортизатор тормозит движение колеса относительно кузова: чем быстрее движение, тем больше сила.
Масло через узкие каналы. Поршень гонит масло из одной полости в другую через каналы и пакеты шайб. На это уходит работа, она превращается в тепло: после плохой дороги корпус бывает горячим, 60–80 °C.
Отбой сильнее сжатия. При 0,5 м/с отбой даёт около 1,6 кН, сжатие около 0,7 кН. Мягкое сжатие пропускает удар кочки, жёсткий отбой не даёт кузову подпрыгнуть и колесу оторваться от дороги.
Куда девается шток. Шток входит в цилиндр и занимает место: 2 см³ на каждые 10 мм. Этот объём уходит через донный клапан в резервуар, поэтому у двухтрубного амортизатора две трубы.
Зачем газ. Азот 4–8 бар поджимает масло. Без него на быстром отбое давление под поршнем падает до нуля, масло вскипает и пенится, а пена почти не сопротивляется.
Детали в модели «Двухтрубный газовый амортизатор»
Корпус (резервуарная труба). Наружная стальная труба 46 мм. Между ней и рабочим цилиндром — резервуар: сюда уходит масло, которое вытесняет входящий шток, около 20 см³ на 100 мм хода. Снизу приварена проушина с сайлентблоком.
Рабочий цилиндр. Внутренняя труба с полированным каналом 30 мм, полностью залита маслом. Поршень делит её на две полости: над поршнем (полость отбоя) и под ним (полость сжатия).
Поршень. Металлокерамический поршень 30 мм с фторопластовым пояском. Через него идут два ряда наклонных каналов: одни открываются вниз на ход отбоя, другие вверх на ход сжатия.
Клапаны поршня (пакеты шайб). Под поршнем — пакет тонких стальных шайб клапана отбоя. На малой скорости масло идёт через узкую щель, на большой шайбы прогибаются и открывают проход. Поэтому сила растёт сначала быстро, потом медленнее.
Донный клапан (клапан сжатия). Стоит на дне рабочего цилиндра. На ходе сжатия через пакет шайб снизу выпускает в резервуар масло, вытесненное штоком. На отбое лёгкий впускной диск сверху пускает масло обратно.
Шток. Хромированный стальной шток 16 мм, шлифован до зеркала. Площадь 2 см²: на каждые 10 мм хода внутрь он вытесняет 2 см³ масла в резервуар.
Направляющая и сальник штока. Направляющая с бронзовой втулкой держит шток по оси. Над ней резиновый сальник с пружинным кольцом: лепесток прижат к штоку и держит масло и газ давлением до 30–40 бар.
Масло и азот в резервуаре. Около 350 мл амортизаторного масла и азот под давлением 4–8 бар. Газ поджимает масло, чтобы за поршнем не появлялись пузыри пара. Уровень масла в резервуаре поднимается, когда шток входит.
Опора амортизатора. Две резиновые подушки зажимают кронштейн кузова (здесь траверсу стенда) гайкой на штоке. Резина гасит мелкую вибрацию и позволяет штоку слегка качаться.
Пыльник и отбойник. Кожух защищает шток от песка и воды. Полиуретановый отбойник на штоке мягко останавливает ход сжатия у края.
Показ по шагам
Что внутри. Две трубы одна в другой. Внутренняя полностью заполнена маслом, в ней ходит поршень. Между трубами — резервуар: масло снизу, азот 6 бар сверху.
Отбой: шток выходит. Поршень поднимается и давит на масло над собой. Оно может уйти вниз только через каналы поршня под пакет шайб клапана отбоя. Отсюда главная сила амортизатора.
Сжатие: шток входит. Масло из-под поршня легко проходит наверх через обратный диск. Но шток занимает место в цилиндре: этот объём масла выдавливается через донный клапан в резервуар.
Газ держит давление. Уровень масла в резервуаре ходит вместе со штоком, азот над ним сжимается и разжимается. Давление газа не даёт маслу вскипать за поршнем.
Быстрее — сильнее. Сила растёт со скоростью штока: сначала круто, потом шайбы прогибаются, и рост замедляется. Отбой примерно вдвое сильнее сжатия.
Ушёл газ. Без давления масло на отбое вспенивается. В начале каждого хода поршень проходит через пену, и сила появляется с задержкой: на графике «провал».
Что ломается и как это проявляется
Потеря масла. Признаки: корпус мокрый, на нём грязь. Кузов после кочки качается два-три раза, на волнах машину раскачивает, колесо подпрыгивает и стучит. Что проверить: подтёки на корпусе и пыльнике, раскачку угла кузова рукой, проверку на вибростенде (разница между левым и правым больше 20–30 % — повод менять). Меняют парой на оси.
Ушёл газ, масло вспенилось. Признаки: внешних подтёков может не быть. На быстрых ходах (гребёнка, выбоины) слышно шипение и бульканье, подвеска стала мягче и «плавает». Что проверить: снятый газовый амортизатор держат вертикально штоком вверх, сжимают шток до упора и отпускают: исправный сам выдвигает шток. Если шток стоит на месте — газа нет. Дозаправка не предусмотрена, только замена.
Изношен сальник штока. Признаки: шток покрыт масляной плёнкой, на пыльнике и корпусе мокрая грязь. Работает пока почти нормально, но через несколько месяцев станет мягким. Что проверить: осмотреть шток и верх корпуса, целостность пыльника. Течь сальника — признак скорой замены амортизатора, пыльник и отбойник меняют вместе с ним.
Погнут шток. Признаки: скрип и заедание при ходе, подвеска стала жёстче на мелких неровностях, стук. Часто бывает после удара колесом или неправильной замены (шток зажимали ключом). Что проверить: шток крутят и двигают рукой на снятом амортизаторе: ход неровный, с усилием и рывками. Шток не правят — меняют амортизатор.
Изношена опора. Признаки: глухой стук сверху на мелких неровностях и при смене направления хода, особенно на брусчатке. Сам амортизатор при этом исправен. Что проверить: покачать шток или стойку за верх: заметный люфт и стук — менять подушки или опору. Затягивать гайку штока нужно с удержанием штока за лыску, а не за хром.
Упрощения модели
Амортизатор показан на стенде: проушина неподвижна, шток двигает траверса по синусу. На машине наоборот: верх держит кузов, корпус ходит с колесом.
Каналы поршня и донного клапана показаны в плоскости разреза по одному каждого типа. На деле их по 4–8, а в шайбах есть калиброванные прорези для малых скоростей.
Толщина шайб и их прогиб, зазор в изношенной опоре увеличены. Давления посчитаны упрощённо из силы и площадей поршня и штока.
Сила трения сальника исправного амортизатора (20–50 Н), нагрев масла и изменение вязкости не учтены.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.