Для чего нужен амортизатор?
Для начала «отделим мух от котлет», то есть разберемся в ролях разных элементов подвески. На большинстве современных легковых автомобилей главные упругие элементы – это пружины. 30–40 лет назад эту роль, главным образом, выполняли рессоры, работая «по совместительству» и демпферами. Колебания успешно гасились за счет трения между листами рессор. Подробно касаться недостатков рессор и их типичных проблем не будем, посвятим им отдельный материал, а сейчас просто запомним об их существовании и вернемся к пружинам.
Они установлены между подвеской и кузовом автомобиля и предназначены для гашения ударов на кузов, приходящихся от дороги. Когда колесо накатывается на какое-нибудь препятствие, пружина сжимается, а кузов лишь немного и плавно перемещается вверх, колесо скатывается с препятствия – пружина выпрямляется.
Есть, однако, один неприятный момент. Возьмем для примера игрушку попрыгунчик – каучуковый шарик, который тоже можно отнести к упругим элементам. Ударьте его о землю и засеките время, пока он полностью не прекратит прыгать. Приблизительно также будет прыгать и Ваш автомобиль, если в конструкции его подвески будут только рычаги да пружины. И, в зависимости от жесткости пружин, подвеска будет либо каменная, либо мягкая, как вата, но в том и другом случае об управляемости автомобиля можно даже не вспоминать. Самым страшным для такой подвески является резонанс, при вхождении в который колебания могут разрушить отдельные элементы подвески и ее крепежа.
Проблему решили внедрением в конструкцию подвески амортизатора – элемента, который позволял перемещаться колесу относительно кузова, но исключал раскачку автомобиля. Изначально это были амортизаторы рычажного типа, которые, подобно рессорам, выполняли свою функцию за счет трения. Но не станем останавливаться на анахронизмах, рассмотрим только современные конструкции. На данный момент «мейнстрим» для легковых автомобилей – это телескопические гидравлические амортизаторы. Пневматические и гидропневматические системы, а также амортизаторы переменной жесткости в этот раз брать не будем – это темы для отдельных статей.
Работа телескопического амортизатора
Если максимально упростить, то описать работу амортизатора можно так: есть цилиндр, заполненный маслом, внутри цилиндра перемещается шток с поршнем. В этом поршне имеются клапаны, которые открываются только в одном направлении.
Когда поршень перемещается вниз, открываются одни клапаны и пропускают жидкость в полость над поршнем, если же поршень перемещается вверх, открываются другие клапаны, и жидкость перетекает в полость под поршнем. Гашение колебаний происходит за счет того, что масло не сжимается и имеет определенную вязкость.
Кстати, а зачем нужны вообще клапаны? Может, достаточно было бы отверстий? На самом деле, недостаточно. Одной из важных характеристик амортизатора – его величина жесткости на отбой и сжатие. Другими словами, это сопротивление на штоке амортизатора при его вдавливании или вытягивании из корпуса. Клапаны нужны, чтобы регулировать эту жесткость.
За счет разных пропускных характеристик клапанов вдавить шток амортизатора немного легче, чем вытянуть его из амортизатора. Сделано это с расчетом на то, что при наезде на препятствие необходимо не мешать колесу перемещаться вверх, чтобы исключить передачу удара от колеса на кузов. Клапаны в данном случае пропускают больше масла. Но если на пути большая яма, то колесо надо бы попридержать в «поджатом» состоянии, зачем спешить падать в нее? Потому клапаны на «роспуск» амортизатора пропускают меньше масла.
Еще раз: клапаны нужны, чтобы задать определенную жесткость амортизатора в разных направлениях его работы.
Типы конструкций
Конструктивно амортизаторы можно разделить на три основных вида: двухтрубные, двухтрубные с газовым подпором и однотрубные с газовым подпором. Первыми на автомобилях появились двухтрубные гидравлические амортизаторы. В них, как следует из названия, есть две трубы – полости, в одной из них (внутренней) находится поршень с вышеупомянутыми клапанами, другая (наружная) необходима для компенсации объема масла – она заполнена маслом лишь частично, остальное – воздух.
Во время работы амортизатора масло внутри нагревается до высоких температур, от этого расширяется, и, чтобы не выдавило уплотнители штока, жидкость перетекает в наружную полость.
Достоинств у такого типа амортизаторов немного: дешевизна и малое влияние на их работу от вмятин на корпусе. Еще стоит упомянуть хорошую плавность хода автомобиля и относительно малую жесткость таких амортизаторов.
К недостаткам относится перегрев рабочей жидкости, так как корпус – двойной, и охлаждение атмосферным воздухом затруднено. Из-за перегрева велика вероятность вспенивания масла и, как следствие, мгновенная потеря эффективности работы – амортизатор перестает выполнять свою функцию, и автомобиль становится плохо управляемым из-за раскачки.
Следующий минус – это большой вес двухтрубного амортизатора, а также строго определенное расположение при установке – если его перевернуть, вытечет рабочая жидкость. Вес амортизатора влияет на величину неподрессоренной массы (о том, что это такое, расскажем отдельно). Чем больше неподрессоренная масса, тем хуже плавность хода и управляемость автомобиля.
Небольшим усовершенствованием двухтрубных амортизаторов стало наполнение наружной полости газом с небольшим избыточным давлением. Таким образом снизили вероятность вспенивания, так как масло в этом случае «опирается» на газовую подушку.
Совсем другое дело – гидравлические однотрубные газонаполненные амортизаторы. Один цилиндр, заполненный маслом, поршень с односторонними клапанами и небольшая полость, заполненная газом и прикрытая поршнем.
Однотрубный амортизатор лишен всех недостатков двухтрубных. При интенсивной работе жидкость не перегревается, так как отделена от окружающей среды только одной стенкой цилиндра и отлично охлаждается. Также он легче и может устанавливаться хоть вверх, хоть вниз корпусом.
Но законы природы никуда не денешь: где-то выигрываешь, где-то проигрываешь. Поэтому достоинства двухтрубных амортизаторов стали недостатками однотрубных. Последние значительно дороже и весьма чувствительнее к механическим повреждениям корпуса, стало быть, эксплуатация с ними автомобиля пусть не так уж значительно, но дороже.
Установка амортизаторов
Способы установки амортизаторов не изменились с момента их внедрения в автомобили. Так, всегда их верхняя часть крепится к кузову автомобиля или раме, а нижняя – к элементу подвески, будь то рычаг или балка неразрезного моста. От этого и замена данного элемента в подавляющем большинстве случаев не доставляла трудностей: выкрутил нижний болт крепления, выкрутил верхний болт крепления, и все, амортизатор в руках.
С амортизаторами задних подвесок так все и осталось, а вот с передними все чуть сложнее. С появлением переднеприводных автомобилей возник вопрос, куда девать амортизатор, который в основном крепился к нижнему рычагу передней подвески и мешал установке приводного вала.
Основных решений этой задачи получилось два. Первый вариант – установка нижней части амортизатора на рычаг через П-образный кронштейн, внутри которого проходил приводной вал. Второй вариант – перенос амортизатора вместе с пружиной в пространство над верхним рычагом подвески. В таком случае нижняя часть амортизатора крепится к верхнему рычагу подвески, и называется вся эта конструкция именем американского инженера Эрла Стили МакФерсона.
МакФерсон разрабатывал этот принципиально новый на тот момент вид подвески для ультрабюджетного концепт-кара Chevrolet Cadet в 1930-е годы. На практике его удалось применить только после войны, уже на Ford Vedette 1948 года для французского рынка. Теперь, когда вы знаете эту короткую захватывающую историю и можете при случае блеснуть эрудицией, переходим к особенностям этой популярной до сих пор конструкции.
МакФерсон объединил амортизатор вместе с пружиной в одну амортизаторную стойку. В этой стойке верхняя часть имеет шарнир с подшипником и опирается на элемент кузова – стакан. Благодаря опорному подшипнику стойка может вращаться вокруг собственной оси. А если установить амортизаторную стойку под определенным углом, то можно задать траекторию перемещения колеса и углы его установки, как, например, развал, угол продольного и поперечного наклона оси поворота (что это, обязательно рассмотрим в будущих публикациях).
Получилось, что при такой установке стойки можно избавиться от направляющего верхнего рычага подвески, тем самым удешевив ее. Поворотный кулак в подвеске крепится к шаровой опоре нижнего рычага и к амортизаторной стойке, вращается вместе с ней же. Стойка стабилизатора поперечной устойчивости в данном случае может крепиться или к нижнему рычагу, или непосредственно к амортизаторной стойке.
Если рассмотреть способы крепления стойки к поворотному кулаку, то их несколько. Поворотный кулак может крепиться к кронштейну на корпусе стойки. Зачастую – двумя эксцентриковыми болтами с гайками, и они же являются элементами регулировки развала колес. Если развал колес заложен конструктивно, то регулировка не нужна, значит и закрепить стойку можно в кронштейне поворотного кулака. Кронштейн крепления в таком варианте представляет из себя проушину с разрезом, которая стягивается одним болтом. Самым простым вариантом является запрессовка корпуса стойки в поворотный кулак (как у нашего подопытного Chevrolet Lanos). Поставляется все это часто как одна деталь – в сборе c кулаком.
В список недостатков амортизаторной стойки типа МакФерсон можно отнести относительно небольшие ходы подвески и, как следствие, такая конструкция – большая редкость, если не исключение, на настоящих внедорожниках (впрочем, таких машин уже почти не осталось). А причина в том, что при максимальном сжатии пружины стойки очень сильно начинают изменяться углы установки колес, что влечет за собой серьезное ухудшение в управляемости автомобиля и приводит к чрезмерному износу шин.
Амортизаторные стойки могут быть с возможностью замены амортизатора и без нее. В первом варианте корпус стойки с опорой под пружину выполнен отдельно от амортизатора. Во втором – корпус амортизатора есть одновременно корпус стойки, и непосредственно на нем смонтирована нижняя опора пружины. Верхняя же опора пружины крепится к штоку амортизатора. Пружина сверху и снизу воздействует на опоры через резиновые подушки. На штоке амортизатора устанавливают упругий отбойник – резиновую или полиуретановую втулку, которая предотвращает удары деталей подвески при полном сжатии пружины.
Пружина в амортизаторной стойке всегда находится под натягом. Изначально сжатие необходимо для исключения люфтов и зазоров в сборке. Замена стойки на автомобиле – всегда маленькая радость для механика, так как по стоимости работ она довольно недешева.
Пример замены амортизаторов
Итак, перейдем в ремзону, где нас ждет Chevrolet Lanos с его передними разборными амортизационными стойками. Пружины мы оставляем старые, а вот амортизаторы – меняем. Хозяин автомобиля решил, что стандартные двухтрубные амортизаторы передней подвески слишком мягкие, и ему не хватает управляемости. Решением стала установка передних однотрубных газонаполненных амортизаторов.
Приступаем. Отворачиванием гайку крепления приводного вала к ступице колеса, после чего выкручиваем болты крепления и снимаем переднее колесо. Далее, для облегчения откручивания элементов крепления распыляем на соединения шаровой опоры рычага и шарнира наконечника рулевой тяги спасительную WD40.
Удалили шплинт и отвернули гайку крепления шаровой опоры к поворотному кулаку. Отпустили, но не отвернули полностью гайку крепления стабилизатора поперечной устойчивости к стойке стабилизатора (которая на рычаге). После того, как соединение под воздействием WD40 немного откисло, отвернули гайку крепления наконечника рулевой тяги к проушине на амортизаторной стойке.
Бить по пальцу шарнира молотком ни в коем случае нельзя, поэтому здесь понадобится универсальный съемник – с его помощью отсоединяем шарнир наконечника. Так как снимать амортизаторную стойку необходимо в сборе с поворотным кулаком и тормозным диском, то надо снять тормозной суппорт. Операция простейшая: выкрутили верхний и нижний направляющие болты и демонтировали суппорт. Одновременно с этим проинспектировали состояние тормозных колодок (с ними все в порядке). Кстати, даже отсоединить тормозной шланг от суппорта нет надобности.
Далее, отсоединяем нижний рычаг подвески от поворотного кулака. У нас проблем с этим не возникло, но в случае закисания соединения рекомендуется использовать универсальный съемник. Немного оттянув на себя стойку (ее верхнее крепление позволяет это сделать), извлекаем из ступицы колеса приводной вал. При этом необходимо быть очень осторожным, чтобы не повредить пыльник ШРУСа вала.
Перемещаемся из колесной ниши в моторный отсек. Здесь отворачиваем гайки крепления стойки к стакану кузова. Тоже проблем никаких. Единственное назидание: придерживайте стойку, так как отворачивая эти гайки, вы снимаете последнее крепление, соединяющее опору стойки с автомобилем.
Все, деталь в руках. Теперь нам нужно разобрать амортизаторную стойку. Для этого понадобятся настоящий специнструмент и определенные навыки пользования оным. С помощью двух скоб и гаек приспособления сжимаем пружину стойки. Ради бога, не стойте напротив верхней опоры в этот момент, так как бывали случаи срыва приспособления. Пружина, неожиданно получившая свободу действий, может отлететь и если не убить, то сильно травмировать.
После того, как пружину сжали, откручиваем центральную гайку крепления штока амортизатора к верхней опоре стойки. Отвернули гайку, сняли опору и пружину вместе со спецприспособлением. Если бы в стойке амортизатор не был заменяемым, то на этом процесс разборки закончился, но у нас амортизатор отдельно, и он закреплен гайкой. Ее отворачиваем, приложив немалые усилия и утилизируем, так как новая гайка поставляется в комплекте с амортизаторами. Экватор пройден! Можно начинать сборку.
 |
 |
В трубу корпуса стойки устанавливаем новый амортизатор. Ставим новую гайку и затягиваем. Теперь также предельно осторожно, как и при снятии, крепим на место все еще сжатую стяжкой пружину. Кстати, внимательно проверьте опорные резиновые подушки пружины. Их целостность – залог долговечности стойки в сборе. Если все в порядке, устанавливаем верхнюю опору и подсоединяем к ней шток амортизатора, закрепляем его гайкой. После того, как убедились в надежности крепления штока, медленно и предельно осторожно распускаем специальное приспособление вместе с пружиной. Убеждаемся в том, что пружина на опоры села плотно, без перекосов.
Теперь остается монтировать стойку на место. Здесь нет особых рекомендаций, кроме как быть осторожным. Все-таки стойка в сборе с поворотным кулаком и диском довольно тяжела, потому ее падение на ногу может вызвать незабываемые ощущения.
При подсоединении верхней опоры стойки к стакану кузова следим за правильностью расположения опоры, на ней может быть нанесена стрелка, указывающая на боковую наружную часть автомобиля. Если стрелки нет (это редкость), то нужно запомнить расположения при снятии, а лучше сфотографировать на смартфон.
Итак, стойку установили и затянули гайки ее крепления к стакану. Вставили в ступицу колеса приводной вал. При этом будьте (да-да, снова) предельно осторожным, чтобы не повредить шлицы вала и ступицы. Подсоединяем нижний рычаг и затягиваем гайку крепления шаровой опоры, не забывая шплинтовать соединение. Фиксируем наконечник рулевой тяги и затягиваем гайку крепления.
Ставим на место тормозной суппорт. Затягиваем его направляющие болты крепления. Устанавливаем и затягиваем гайку крепления приводного вала к ступице колеса. На ней необходимо для фиксации смять с помощью зубила и молотка сминаемый поясок в одном месте. Это исключит самоотворачивание гайки. Колесо на место и… приступаем ко второй стороне. Ведь амортизаторы нужно всегда менять в паре, чтобы не нарушать характеристики управляемости. Описывать этот процесс не будем, оставим мастера в покое.
Как и следовало ожидать, владелец Chevrolet Lanos после замены амортизаторов на однотрубные отметил, что машина стала жестче, зато действительно начала немного острее поворачивать. Но ему понравилось. Оставайтесь с нами – в ближайших публикациях мы продолжим знакомить вас с типичными ремонтными работами на современных машинах.
Для комментирования вам необходимо авторизоваться