АМОРТИЗАТОР
DAMPER

Предлагаемый амортизатор относится к устройствам для гашения колебаний и предназначен для применения в подвесках транспортных средств совместно с упругими несущими элементами, имеющими высокую жесткость.
Известен амортизатор, содержащий корпус с нижней опорой, установленный в корпусе полый шток с верхней опорой и механическую передачу, преобразующую возвратно-поступательное движение во вращательное движение. Механическая передача выполнена в виде инерционного механизма, включающего вертикальный винт с шариковой гайкой, закрепленной на нижнем конце полого штока, и маховик, выполненный в виде цилиндра, установленного в корпусе с возможностью вращения и взаимодействующего с винтом, установленным в нижней части корпуса с возможностью вращения, посредством подпружиненного фрикционного диска, подвижно установленного в осевом направлении на винте и поджатого к торцевой поверхности нижней части цилиндра. При низких частотах и малых скоростях возвратно-поступательного движения опор маховик совершает возвратно-вращательные движения, создавая инерционное сопротивление амортизатора и снижая частоту собственных колебаний подвески автомобиля. При высоких частотах и скоростях работы амортизатора маховик вследствие своей инерционности остается практически неподвижным, а срабатывает фрикционный диск, проскальзывающий относительно маховика и создающий дополнительное трение в подвеске [патент РФ 2142586, кл. 6 F16F 7/10, В60G 13/18, 1999].
Недостатком данного амортизатора является низкая его надежность вследствие быстрого износа на высокочастотных режимах работы постоянно проскальзывающего фрикционного диска, что приведет к потере инерционного сопротивления амортизатора и ухудшению плавности хода автомобиля.
Известен амортизатор, содержащий гидравлический цилиндр, шток с поршнем, выполненные в поршне дроссельные отверстия и установленные в нем предохранительные клапаны ходов сжатия и отбоя, гидравлическую полость цилиндра, заполненную рабочей жидкостью и поделенную поршнем на надпоршневую и штоковую полости, компенсационную камеру, расположенную в верхней части гидравлического цилиндра, плавающий поршень, разделяющий компенсационную камеру на гидравлическую и пневматическую полости [Раймпель Й. Шасси автомобиля. Амортизаторы, шины, и колеса. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 34, рис. 1.33].
Недостатком данного амортизатора является его неспособность создавать инерционное сопротивление и снижать собственную частоту колебаний подвески, что не позволяет повышать плавность хода особенно автомобилей с высокой жесткостью упругих элементов.
Наиболее близким из известных технических решений является телескопический гидравлический амортизатор подвески транспортного средства, содержащий цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, соединенные между собой через клапаны ходов сжатия и отбоя, установленные в поршне, один из которых выполнен в виде перепускного клапана хода сжатия, а другой в виде предохранительного клапана хода отбоя, и эластичной оболочки, охватывающей цилиндр и образующий с ним кольцевую компенсационную камеру, сообщенную с подпоршневой полостью через впускной клапан хода отбоя, и сообщенную с надпоршневой полостью через клапан сжатия и отбоя, выполненный в виде демпфирующего узла, саморегулируемого по частоте колебаний подрессоренной массы и по ускорению и амплитуде колебаний неподрессоренной массы транспортного средства, включающего основной дроссельный канал, выполненный в верхней части цилиндра, и дополнительный дроссельный канал, образованный выполненными в верхней части цилиндра радиальными отверстиями, выше которых в кольцевой компенсационной камере на цилиндре установлен подпружиненный кольцевой плунжер, а ниже которых также в компенсационной камере на цилиндре установлен подпружиненный кольцевой ступенчатый плунжер, образующий с последним кольцевую плунжерную полость, сообщенную через фильтр, обратный клапан и дроссельный паз с кольцевой компенсационной камерой, в средней части которой дополнительно установлен подпружиненный кольцевой груз, имеющий частоту собственных колебаний близкую к частоте собственных колебаний подрессоренной массы и взаимодействующий своим верхним торцом при низкочастотных резонансных колебаний подрессоренной массы и при больших амплитудах высокочастотных колебаний неподрессоренной массы с подпружиненным кольцевым ступенчатым плунжером, перекрывающим при своем движении вверх дополнительный дроссельный канал, причем амортизатор снабжен дополнительным цилиндром с радиальными отверстиями в нижней части, установленным коаксиально на цилиндре, а эластичная оболочка охватывает нижнюю часть дополнительного цилиндра в зоне радиальных отверстий [патент РФ 2102256 РФ, кл. В60G 17/04, F16F 9/08, 1998].
Недостатком данного амортизатора является высокая сложность его конструкции и неспособность создавать инерционное сопротивление и снижать собственную частоту колебаний подвески, что не позволяет повышать плавность хода особенно автомобилей с высокой жесткостью упругих элементов.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции амортизатора с комбинированным инерционно-гидравлическим демпфированием, реализующим инерционное сопротивление при низких частотах и гидравлическое сопротивление при высоких частотах колебаний.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение плавности хода и средней скорости транспортного средства, особенно при движении по неровным дорогам и местности.
Указанный технический результат достигается тем, что в амортизаторе, содержащем цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, образующие в нем надпоршневую и подпоршневую полости, сообщенные между собой через установленные в поршне клапаны ходов сжатия и отбоя, дополнительный цилиндр, установленный коаксиально на цилиндре и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с надпоршневой полостью в верхней части цилиндра и сообщенную с подпоршневой полостью в нижней части цилиндра, компенсационную камеру и подпружиненный кольцевой груз, установленный в кольцевой полости, подпружиненный кольцевой груз выполнен в виде подпружиненного цилиндрического маховика, герметично установленный в средней части кольцевой полости и на наружной поверхности которого выполнены винтовые канавки, внутри дополнительного цилиндра в средней его части установлена шариковая гайка, образующая с винтовыми канавками цилиндрического маховика шарико-винтовую передачу, обеспечивающую осевое перемещение и вращение цилиндрического маховика, сверху и снизу цилиндрического маховика установлены пружины сжатия, концы которых опираются в упорные подшипники, установленные в верхней и нижней частях кольцевой полости.
Отличием заявляемого изобретения является то, что амортизатор содержит подпружиненный цилиндрический маховик, герметично установленный в средней части кольцевой полости, на наружной поверхности цилиндрического маховика выполнены винтовые канавки, а внутри дополнительного цилиндра в средней его части установлена шариковая гайка, образующая с винтовыми канавками цилиндрического маховика шарико-винтовую передачу, обеспечивающую осевое перемещение и вращение цилиндрического маховика на ходах сжатия и отбоя. В результате реализуется комбинированное инерционно-гидравлическое демпфирование, при котором инерционное сопротивление создается при низких частотах, а гидравлическое сопротивление - при высоких частотах колебаний, что обеспечивает повышение плавности хода и средней скорости транспортного средства, особенно при движении по неровным дорогам и местности.
Благодаря тому, что цилиндрический маховик установлен в кольцевой полости герметично, обеспечивается его работа в качестве кольцевого плавающего поршня, на который в процессе колебаний действует перепад давлений, вследствие чего он перемещается вверх и вниз, одновременно совершая возвратно-вращательные движения, что создает инерционное сопротивление, которое снижает собственную частоту колебаний подвески, тем самым повышая плавность транспортного средства.
Вследствие того, что сверху и снизу цилиндрического маховика установлены пружины сжатия, обеспечивается его установка в кольцевой полости в среднем положении с учетом преодоления сил трения уплотнений маховика.
Благодаря установке в верхней и нижней частях кольцевой полости упорных подшипников, на которые опираются концы пружин сжатия, обеспечивается разгрузка пружин от моментов, связанных с вращением цилиндрического маховика.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого амортизатора.
Амортизатор содержит цилиндр 1, снаружи которого концентрично смонтирован дополнительный цилиндр 2 с нижней проушиной 3. В цилиндре 1 установлен поршень 4 со штоком 5 и верхней проушиной 6. В нижней части цилиндра 1 установлен плавающий поршень 7. Цилиндр 1, поршень 4 со штоком 5 и плавающий поршень 7 образуют надпоршневую 8 и подпоршневую 9 полости, заполненные жидкостью, и пневматическую полость 10, заполненную газом. Цилиндр 1, поршень 4 и плавающий поршень 7 образуют компенсационную камеру. Цилиндр 1 и дополнительный цилиндр 2 образуют кольцевую полость 11, сообщенную с подпоршневой полостью 9 и надпоршневой полостью 8 через радиальные отверстия 12 и 13, выполненные в нижней и верхней частях цилиндра 1. В кольцевой полости 11 герметично установлен подпружиненный с двух сторон цилиндрический маховик 14, образующий нижнюю 15 и верхнюю 16 кольцевые полости.
На наружной поверхности цилиндрического маховика 14 выполнены винтовые канавки 17, а внутри дополнительного цилиндра 2 в средней его части установлена шариковая гайка 18, образующие шарико-винтовую передачу, обеспечивающую возвратно-вращательные и осевые перемещения маховика 14 вверх и вниз.
Герметичность цилиндрического маховика 14 обеспечивают одно внутреннее и два наружных уплотнения 19, выполненные для уменьшения трения из фторопласта Ф-4. Снизу и сверху цилиндрического маховика 14 установлены пружины сжатия 20 и 21, концы которых опираются в упорные подшипники 22 и 23, установленные в нижней и верхней частях кольцевой полости 11. Пружины сжатия 20 и 21 поджаты таким образом, чтобы обеспечить среднее положение цилиндрического маховика 14 в кольцевой полости 11 с учетом преодоления сил трения уплотнений 18 и 19. В поршне 4 установлены разгрузочные клапаны 24 и 25 ходов сжатия и отбоя, сообщающие надпоршневую 8 и подпоршневую 9 полости между собой при заданном перепаде давлений.
Амортизатор работает следующем образом.
При низкочастотном возвратно-поступательном движении штока 5 с поршнем 4 в цилиндре 1 действующие на поршень 4 перепады давлений со стороны надпоршневой 8 и подпоршневой 9 полостей имеют небольшое значение, поэтому разгрузочные клапаны 24 и 25 ходов сжатия и отбоя закрыты.
На ходе сжатия шток 5, соединенный с верхней проушиной 6 и поршнем 4, входит в цилиндр 1, а плавающий поршень 7 перемещается вниз, компенсируя объем штока 5, входящего в цилиндр 1. При этом газ в пневматической полости 10 сжимается, а на подпружиненном цилиндрическом маховике 14, герметично установленном в кольцевой полости 11, возникает перепад давлений. Под действием этого перепада давлений цилиндрический маховик 14 начинает перемещаться вверх, одновременно совершая вращательное движение по ходу часовой стрелки за счет работы шарико-винтовой передачи, состоящей из винтовой канавки 17 и шариковой гайки 18, установленной в средней части дополнительного цилиндра 2, имеющего нижнюю проушину 3. При перемещении цилиндрического маховика 14 вверх, герметичность которого обеспечивают одно внутреннее и два наружных уплотнения 19, жидкость из подпоршневой полости 9 перетекает в нижнюю кольцевую полость 15 через радиальные отверстия 12, а из верхней кольцевой полости 16 поступает в надпоршневую полость 8 через радиальные отверстия 13.
На ходе отбоя шток 5 с поршнем 4 выходит из цилиндра 1, а плавающий поршень 7 перемещается вверх, компенсируя объем выходящего наружу штока 5. При этом давление газа в пневматической полости 10 уменьшается, а на цилиндрическом маховике 14 возникает перепад давлений, под действием которого он начинает перемещаться вниз, одновременно совершая вращательное движение против хода часовой стрелки. При перемещении цилиндрического маховика 14 вниз жидкость из нижней кольцевой полости 15 перетекает в подпоршневую полость 9 через радиальные отверстия 12, а из надпоршневой полости 8 поступает в верхнюю кольцевую полость 16 через радиальные отверстия 13.
При низкочастотном возвратно-поступательном движении штока 5 в цилиндре 1 цилиндрический маховик 14 совершает возвратно-вращательные и осевые перемещения вверх и вниз относительно своего среднего положения в кольцевой полости 11, что связано с действием на него осевых усилий предварительно поджатых пружин сжатия 20 и 21, концы которых опираются в упорные подшипники 22 и 23, установленные в верхней и нижней частях кольцевой полости 11. При этом наличие упорных подшипников 22 и 23 разгружает пружины сжатия 20 и 21 от моментов, связанных с вращением цилиндрического маховика 14.
Цилиндрический маховик 14, совершая возвратно-вращательные и осевые перемещения вверх и вниз, создает инерционное сопротивление амортизатора, пропорциональное ускорениям, связанным в основном с вращением цилиндрического маховика 14, что снижает собственную частоту колебаний подвески и повышает плавность хода автомобиля.
При высоких скоростях сжатия и отбоя амортизатора маховик 14, вследствие своей инерционности и действия пружин сжатия 20 и 21 остается практически неподвижным в средней части кольцевой полости 11, блокируя течение жидкости через радиальные отверстия 12 и 13. При этом перетекание жидкости между подпоршневой 9 и надпоршневой 8 полостями происходит через разгрузочные клапаны 24 и 25 ходов сжатия и отбоя, обеспечивающие необходимое гашение колебаний кузова и колес.
Таким образом, предлагаемый амортизатор реализует комбинированное инерционно-гидравлическое демпфирование, обеспечивающее снижение частоты собственных колебаний подвески, что приводит к повышению плавности хода и средней скорости транспортного средства, особенно при движении по неровным дорогам и местности.