11.5. Расчет амортизаторов

Наибольшее распространение на современных автомобилях получили гидравлические телескопические амортизаторы двухстороннего действия.

Расчет амортизатора заключается в определении площадей проходных сечений калиброванных отверстий и параметров клапанов, обеспечивающих характеристику, полученную при расчете плавности хода автомобиля, при выбранных по стандартам основных размерах (диаметры поршня, штока и т.д.). В проверочный расчет входит расчет теплового режима работы амортизатора.

Эффективное гашение колебаний кузова и колес автомобиля зависит от силы сопротивления, создаваемой гидравлическим амортизатором при работе:

, (11.25)

где – коэффициент сопротивления амортизатора; – скорость перемещения поршня амортизатора; n – показатель степени.

Характеристикой амортизатора называется графическая зависимость силы его сопротивления от скорости перемещения поршня при ходах сжатия и отдачи.

В зависимости от показателя степени n характеристика амортизатора может быть линейной (n = 1), прогрессивной (n > 1) и регрессивной (n < 1). Тип характеристики зависит от размеров калиброванных отверстий, вязкости жидкости и конструкции клапанов.

Амортизаторы различаются также по соотношению коэффициентов сжатия и отдачи. Обычно. Такое соотношение обусловлено стремлением ограничить силу, передающуюся через амортизатор на несущую систему при наезде колеса на препятствие. Коэффициенты сопротивления амортизатора определяются по критическому коэффициенту затухания при колебании подрессоренной массы на упругих элементах.

Клапаны сжатия и отдачи разгружают амортизатор и подвеску автомобиля от больших усилий, возникающих при высокочастотных колебаниях и ударах по время движения по неровностям опорной поверхности, а также в случае возрастания вязкости амортизаторной жидкости при низких температурах воздуха. При резком сжатии открывается клапан сжатия (точка a), при резкой отдаче – клапан отдачи (точка b).

Основным конструктивным размером амортизатора является диа­метр поршня , который выбирается таким образом, чтобы наиболь­шее давление жидкости, соответствующее максимальному усилию, передающемуся через амортизатор, не выходило за рекомендуемые пределы.

При ходе сжатия, когда поршень дви­жется вниз и шток входит в рабочий цилиндр, жидкость из-под поршня вытесняется в двух направлениях: в пространство под порш­нем и в резервуар. Объем жидкости, вытесненный поршнем, больше освобожденного пространства над поршнем на величину введенного объема штока. Объем жидкости, составляющий разницу, перетекает через калибро­ванные отверстия клапана сжатия в компенсационную камеру. Давление жидкости практически одинаково над поршнем и под ним при малых скоростях.

Разность площадей верхней и нижней поверх­ностей поршня равна площади штока . Поэтому сила сопротивления сжатия будет равна

. (11.26)

Жидкость, перетекающая при сжатии в компенсационную ка­меру, поднимает в ней общий уровень жидкости и повышает давле­ние воздуха.

При ходе отдачи жидкость, вытесняемая из пространства над поршнем в пространство под ним, не может его заполнить целиком. Недостаток жидкости восполняется из компен­сирующей камеры через впускной клапан, имеющий малое сопро­тивление.

При ходе отдачи давление жидкости в пространстве над поршнем действует на свободную площадь поршня, не занятую пло­щадью штока. Усилие сопротивления при отдаче

. (11.27)

Диаметр штока выбирается в зависимости от диаметра поршня – .

С диаметрами штока и рабочего цилиндра тесно связаны размеры компенсационной камеры, которая должна вмещать определенный объем жидкости и воздуха для осуществления процесса рекуперации. При этом объем воздуха должен быть примерно в 3 раза больше объема штока при его полном ходе (чтобы не создавалось излишне высокое давление при работе и нагреве).

Конструктивная длина амортизатора – .

Окончательная характеристика амортизатора вследствие недостаточной точности гидравлических расчетов всегда отрабатывается экспериментально.

За основу расчета температуры рабочей жидкости берется урав­нение теплового баланса:

, (11.28)

где – мощность, рассеиваемая амортизатором; – коэффи­циент теплоотдачи стенок в воздух; – площадь поверхности сте­нок амортизатора; и – температура стенок аморти­затора и окружающей среды соответственно.

Мощность, рассеиваемую амортизатором, можно рассчитать по формуле:

, (11.29)

где – расчетная скорость поршня амортизатора.

Температуру стенок амортизатора определяют по формуле:

. (11.30)

Допустимая температура нагрева стенок – [] = 100° С.

Если температура нагрева выше указанной, необходимо выбрать больший типоразмер амортизатора из ряда, приведенного в стандарте.