Amortecedor - Shock absorber

Componentes de choque Coilover em miniatura preenchidos com óleo para carros em escala.

Um absorvedor de choque ou amortecedor é um processo mecânico ou hidráulico dispositivo destinado a absorver e amortecer choques impulsos. Ele faz isso convertendo a energia cinética do choque em outra forma de energia (normalmente calor ), que é então dissipada. A maioria dos amortecedores é uma forma de painel (um amortecedor que resiste ao movimento por meio de atrito viscoso).

Descrição

Amortecedores pneumáticos e hidráulicos são usados ​​em conjunto com almofadas e molas. Um amortecedor automotivo contém válvulas de retenção com mola e orifícios para controlar o fluxo de óleo através de um pistão interno (veja abaixo).

Uma consideração de design, ao projetar ou escolher um amortecedor, é para onde essa energia irá. Na maioria dos amortecedores, a energia é convertida em calor dentro do fluido viscoso. Nos cilindros hidráulicos , o fluido hidráulico se aquece, enquanto nos cilindros de ar , o ar quente geralmente é expelido para a atmosfera. Em outros tipos de amortecedores, como os eletromagnéticos , a energia dissipada pode ser armazenada e usada posteriormente. Em termos gerais, os amortecedores ajudam a amortecer os veículos em estradas irregulares.

Suspensão de veículo

Em um veículo, os amortecedores reduzem o efeito de se deslocar em terrenos acidentados, melhorando a qualidade do percurso e o manuseio do veículo . Embora os amortecedores sirvam para limitar o movimento excessivo da suspensão, seu único objetivo é amortecer as oscilações da mola. Os amortecedores usam válvulas de óleo e gases para absorver o excesso de energia das molas. As taxas de mola são escolhidas pelo fabricante com base no peso do veículo, carregado e descarregado. Algumas pessoas usam amortecedores para modificar as taxas de mola, mas este não é o uso correto. Junto com a histerese no próprio pneu, eles amortecem a energia armazenada no movimento do peso não suspenso para cima e para baixo. O amortecimento eficaz do salto da roda pode exigir choques de ajuste para uma resistência ideal.

Os amortecedores com base em mola geralmente usam molas helicoidais ou de lâmina , embora as barras de torção também sejam usadas em choques de torção . No entanto, as molas ideais por si só não são amortecedores, pois as molas apenas armazenam e não dissipam ou absorvem energia. Os veículos normalmente empregam amortecedores hidráulicos e molas ou barras de torção. Nessa combinação, "amortecedor" se refere especificamente ao pistão hidráulico que absorve e dissipa a vibração. Agora, o sistema de suspensão composto é usado principalmente em veículos de 2 rodas e também as molas de lâmina são feitas de material composto em veículos de 4 rodas.

História antiga

Em comum com as carruagens e as locomotivas ferroviárias, a maioria dos primeiros veículos motorizados usava molas de lâmina . Uma das características dessas molas era que o atrito entre as folhas oferecia um certo grau de amortecimento e, em uma revisão de suspensão de veículos em 1912, a falta dessa característica nas molas helicoidais era o motivo de ser "impossível" utilizá-las como principais molas. No entanto, a quantidade de amortecimento proporcionada pelo atrito das molas de lâmina foi limitada e variável de acordo com as condições das molas, sejam úmidas ou secas. Ele também operou em ambas as direções. A suspensão dianteira da motocicleta adotou garfos Druid com molas helicoidais por volta de 1906, e designs semelhantes mais tarde adicionaram amortecedores de fricção rotativos , que amorteciam os dois lados - mas eram ajustáveis ​​(por exemplo, garfos Webb 1924). Esses amortecedores de disco de fricção também foram instalados em muitos carros.

Um dos problemas com os carros a motor era a grande variação no peso das molas entre carga leve e carga total, especialmente para as molas traseiras. Quando pesadamente carregadas, as molas podiam chegar ao fundo e, além de encaixar os 'batentes de colisão' de borracha, havia tentativas de usar molas principais pesadas com molas auxiliares para suavizar o passeio quando carregadas com pouca carga, que costumavam ser chamadas de 'amortecedores'. Percebendo que a combinação da mola e do veículo quicava com uma frequência característica, essas molas auxiliares foram projetadas com um período diferente, mas não eram uma solução para o problema de que o ressalto da mola depois de bater em um solavanco poderia derrubá-lo do assento. O que era necessário era o amortecimento que operava no rebote.

Embora CL Horock tenha criado um projeto em 1901 que tinha amortecimento hidráulico, ele funcionava apenas em uma direção. Não parece ter entrado em produção imediatamente, enquanto amortecedores mecânicos como o Gabriel Snubber começaram a ser instalados no final dos anos 1900 (também o semelhante Stromberg Anti-Shox). Estes usavam um cinto enrolado dentro de um dispositivo de modo que se enrolava livremente sob a ação de uma mola em espiral, mas encontrava atrito quando puxado para fora. Gabriel Snubbers foram instalados em um carro Arrol-Johnston 11.9HP que quebrou o recorde de 6 horas da Classe B em Brooklands no final de 1912, e o jornal Automotor observou que este snubber pode ter um grande futuro para corridas devido ao seu peso leve e fácil montagem.

Um dos primeiros amortecedores hidráulicos a entrar em produção foi o Amortecedor Telesco, exibido no Olympia Motor Show de 1912 e comercializado pela Polyrhoe Carburettors Ltd. Este continha uma mola dentro da unidade telescópica como o tipo de mola pura 'amortecedores' mencionados acima, mas também óleo e uma válvula interna para que o óleo umedecesse na direção do rebote. A unidade Telesco foi instalada na extremidade traseira da mola de lâmina, no lugar da mola traseira na montagem do chassi, de modo que fizesse parte do sistema de mola, embora uma parte hidraulicamente amortecida. Este layout foi provavelmente selecionado porque era fácil de aplicar aos veículos existentes, mas significava que o amortecimento hidráulico não era aplicado à ação da mola de lâmina principal, mas apenas à ação da mola auxiliar na própria unidade.

Os primeiros amortecedores hidráulicos de produção a atuarem no movimento da mola de lâmina principal foram provavelmente aqueles baseados em um conceito original de Maurice Houdaille patenteado em 1908 e 1909. Eles usavam um braço de alavanca que movia palhetas amortecidas hidraulicamente dentro da unidade. A principal vantagem sobre os amortecedores de disco de fricção era que eles resistiam a movimentos repentinos, mas permitiam movimentos lentos, enquanto os amortecedores de fricção rotativos tendiam a travar e oferecer a mesma resistência, independentemente da velocidade do movimento. Parece ter havido pouco progresso na comercialização dos amortecedores de braço de alavanca até depois da Primeira Guerra Mundial , após a qual eles passaram a ser amplamente usados, por exemplo, como equipamento padrão no Ford Modelo A de 1927 e fabricado pela Houde Engineering Corporation de Buffalo, NY.

Tipos de amortecedores de veículos

Diagrama dos principais componentes de um absorvedor de choque de tubo duplo e monotubo

A maioria dos amortecedores veiculares são do tipo tubo duplo ou mono-tubo, com algumas variações nesses temas.

Tubo duplo

Tubo duplo básico

Também conhecido como amortecedor de "dois tubos", este dispositivo consiste em dois tubos cilíndricos encaixados, um tubo interno denominado "tubo de trabalho" ou "tubo de pressão" e um tubo externo denominado "tubo de reserva". Na parte inferior do dispositivo, no interior, há uma válvula de compressão ou válvula de base. Quando o pistão é forçado para cima ou para baixo por solavancos na estrada, o fluido hidráulico se move entre as diferentes câmaras através de pequenos orifícios ou "orifícios" no pistão e através da válvula, convertendo a energia de "choque" em calor que deve então ser dissipado.

Carregado com gás de tubo duplo

Conhecida como "célula de gás de dois tubos" ou design com nome semelhante, essa variação representou um avanço significativo em relação à forma básica de tubo duplo. Sua estrutura geral é muito semelhante à do tubo duplo, mas uma carga de gás nitrogênio de baixa pressão é adicionada ao tubo de reserva. O resultado desta alteração é uma redução dramática na "formação de espuma" ou "aeração", o resultado indesejável de um superaquecimento e falha do tubo duplo que se apresenta como fluido hidráulico espumante pingando do conjunto. Os amortecedores carregados com gás de tubo duplo representam a grande maioria das instalações originais de suspensões de veículos modernos.

Amortecimento sensível à posição

Freqüentemente abreviado simplesmente como "PSD", este design é outra evolução do amortecedor de tubo duplo. Em um amortecedor PSD, que ainda consiste em dois tubos aninhados e ainda contém gás nitrogênio, um conjunto de ranhuras foi adicionado ao tubo de pressão. Essas ranhuras permitem que o pistão se mova com relativa liberdade na faixa intermediária de deslocamento (ou seja, o uso mais comum de ruas ou rodovias, chamado pelos engenheiros de "zona de conforto") e se mova com significativamente menos liberdade em resposta a mudanças para superfícies mais irregulares quando o movimento para cima e para baixo do pistão começa a ocorrer com maior intensidade (ou seja, em seções esburacadas de estradas - o enrijecimento dá ao motorista maior controle do movimento sobre o veículo, de modo que seu alcance em ambos os lados da zona de conforto é chamado de "controle zona"). Esse avanço permitiu que os projetistas de automóveis fizessem um amortecedor sob medida para marcas e modelos específicos de veículos e levassem em consideração o tamanho e o peso de um determinado veículo, sua capacidade de manobra, sua potência etc. na criação de um amortecedor correspondentemente eficaz.

Amortecimento sensível à aceleração

A próxima fase na evolução do amortecedor foi o desenvolvimento de um amortecedor que pudesse sentir e responder não apenas a mudanças situacionais de "irregular" para "suave", mas também a solavancos individuais na estrada em uma reação quase instantânea. Isso foi alcançado por meio de uma mudança no projeto da válvula de compressão e foi denominado "amortecimento sensível à aceleração" ou "ASD". Isso não apenas resulta em um desaparecimento completo da compensação "conforto vs. controle", mas também reduz o passo durante a frenagem do veículo e a rotação durante as curvas. No entanto, os amortecedores ASD estão normalmente disponíveis apenas como alterações pós-venda a um veículo e estão disponíveis apenas a partir de um número limitado de fabricantes.

Coilover

Os amortecedores Coilover são geralmente um tipo de amortecedor com carga de gás de tubo duplo dentro da mola helicoidal. Eles são comuns em suspensões traseiras de motocicletas e scooters e amplamente usados ​​em suspensões dianteiras e traseiras de carros.

Mono-tubo

Amortecedor hidráulico monotubo em diferentes situações operacionais:
1) Conduza devagar ou ajustes abertos
2) Como "1", mas extensão imediatamente após a compressão
3) Conduza ajustes rápidos ou fechados, você pode ver as bolhas de depressão, que podem levar ao fenômeno da cavitação
4) Como "3", mas a extensão imediatamente após a compressão
Nota: A mudança de volume causada pela haste é considerada.
Absorvedor com reservatório remoto conectado rigidamente, em comparação com a maioria dos amortecedores. Ele usa um diafragma em vez de uma membrana e não contém uma válvula de controle para expansão da câmara pneumática.
Descrição:
1) Bainha e tanque de gás
2) Haste
3) Anéis de pressão
4) Mola do mancal da placa
5) Mola
6) Tampa da extremidade e ajuste da pré-carga
7) Tampa do gás, presente nas versões com ou sem válvula de gás (perfil invertido)
8) Diafragma móvel
9) Chave de almofada (compressão)
10) Limpador
11) Conjunto de vedação de óleo e vedação de choque
12) Almofada de amortecimento negativo ou chave limitadora (extensão)
13) Pistão com lâminas deslizantes e vedação

A principal alternativa de design para a forma de tubo duplo tem sido o amortecedor monotubo, que foi considerado um avanço revolucionário quando apareceu na década de 1950. Como o próprio nome indica, o amortecedor monotubo, que também é um amortecedor pressurizado a gás e também vem em formato de bobina, consiste em apenas um tubo, o tubo de pressão, embora tenha dois pistões. Esses pistões são chamados de pistão de trabalho e de divisão ou pistão flutuante, e eles se movem em sincronia relativa dentro do tubo de pressão em resposta às mudanças na suavidade da estrada. Os dois pistões também separam completamente os componentes de fluido e gás do choque. O amortecedor monotubo é consistentemente um design geral muito mais longo do que os tubos duplos, dificultando a montagem em carros de passageiros projetados para amortecedores de tubo duplo. No entanto, ao contrário dos tubos duplos, o amortecedor mono-tubo pode ser montado de qualquer maneira - ele não tem qualquer direcionalidade. Ele também não tem uma válvula de compressão, cujo papel foi assumido pelo pistão divisor, e embora contenha gás nitrogênio, o gás em um choque monotubo está sob alta pressão (260-360 psi ou mais) que pode realmente ajude-o a suportar parte do peso do veículo, algo que nenhum outro amortecedor foi projetado para fazer.

A Mercedes se tornou a primeira fabricante de automóveis a instalar amortecedores monotubulares como equipamento padrão em alguns de seus carros a partir de 1958. Eles foram fabricados por Bilstein , o design patenteado e apareceu pela primeira vez em 1954. Como o design foi patenteado, nenhum outro fabricante poderia usá-lo até 1971, quando a patente expirou.

Válvula de carretel

Os amortecedores de válvula de carretel são caracterizados pelo uso de luvas cilíndricas ocas com passagens de óleo usinadas em oposição aos tradicionais discos flexíveis ou calços convencionais. A válvula de carretel pode ser aplicada com monotubo, tubo duplo e / ou embalagem sensível à posição e é compatível com controle eletrônico.

O principal entre os benefícios citados no pedido de patente de 2010 da Multimatic é a eliminação da ambigüidade de desempenho associada a calços flexíveis, resultando em características de fluxo-pressão matematicamente previsíveis, repetíveis e robustas.

Abordagens teóricas

Existem vários princípios comumente usados ​​por trás da absorção de choque:

  • Histerese de material estrutural, por exemplo, a compressão de discos de borracha , alongamento de elásticos e cordas, flexão de molas de aço ou torção de barras de torção . Histerese é a tendência dos materiais elásticos de ricochetear com menos força do que a necessária para deformá-los. Veículos simples sem amortecedores separados são amortecidos, até certo ponto, pela histerese de suas molas e estruturas.
  • Atrito seco como nos freios de roda , por meio de discos (classicamente de couro ) no pivô de uma alavanca, com atrito forçado por molas. Usado nos primeiros automóveis, como o Ford Modelo T , passando por alguns carros britânicos da década de 1940 e no Citroën 2CV francês na década de 1950. Embora agora seja considerado obsoleto, uma vantagem desse sistema é sua simplicidade mecânica; o grau de amortecimento pode ser facilmente ajustado apertando ou afrouxando o parafuso que prende os discos e pode ser facilmente reconstruído com ferramentas manuais simples. Uma desvantagem é que a força de amortecimento tende a não aumentar com a velocidade do movimento vertical.
  • Absorventes de choque de cadeia cônica de estado sólido, usando um ou mais alinhamentos axiais cônicos de esferas granulares , normalmente feitas de metais como nitinol , em um invólucro. [1] , [2]
  • O atrito do fluido , por exemplo, o fluxo do fluido através de um orifício estreito ( hidráulico ), constitui a grande maioria dos amortecedores automotivos. Este projeto apareceu pela primeira vez em carros de corrida Mors em 1902. Uma vantagem deste tipo é, usando válvulas internas especiais, o absorvedor pode ser relativamente macio à compressão (permitindo uma resposta suave a um solavanco) e relativamente rígido à extensão, controlando " rebote ", que é a resposta do veículo à energia armazenada nas molas; da mesma forma, uma série de válvulas controladas por molas pode alterar o grau de rigidez de acordo com a velocidade do impacto ou rebote. Amortecedores especializados para fins de corrida podem permitir que a extremidade dianteira de um dragster suba com resistência mínima sob aceleração e, em seguida, resistir fortemente a deixá-lo assentar, mantendo assim uma distribuição de peso traseira desejável para tração aprimorada.
  • A compressão de um gás, por exemplo , amortecedores pneumáticos , que podem agir como molas à medida que a pressão do ar aumenta para resistir à força sobre ele. O gás fechado é compressível, portanto o equipamento está menos sujeito a danos por choque. Este conceito foi aplicado pela primeira vez na produção em série em carros Citroën em 1954. Hoje, muitos amortecedores são pressurizados com nitrogênio comprimido , para reduzir a tendência de o óleo cavitar sob uso pesado. Isso causa a formação de espuma que reduz temporariamente a capacidade de amortecimento da unidade. Em unidades muito pesadas usadas para corrida ou uso off-road, pode até haver um cilindro secundário conectado ao amortecedor para atuar como um reservatório de óleo e gás pressurizado. No trem de pouso da aeronave , os amortecedores de ar podem ser combinados com amortecimento hidráulico para reduzir o salto. Essas escoras são chamadas de escoras oleo (combinando óleo e ar) [3] .
  • Resistência inercial à aceleração, o Citroën 2CV tinha amortecedores que balançam a roda úmida sem partes externas móveis. Eles consistiam em um peso de ferro de 3,5 kg (7,75 lb) montado em uma mola dentro de um cilindro vertical [4] e são semelhantes, embora muito menores, do que as versões dos amortecedores de massa ajustados usados ​​em edifícios altos.
  • A suspensão hidropneumática composta combina muitos elementos de suspensão em um único dispositivo: ação de mola, absorção de choque, controle de altura de condução e suspensão autonivelante . Isso combina as vantagens da compressibilidade do gás e a capacidade do maquinário hidráulico de aplicar a multiplicação de força.
  • Os amortecedores convencionais podem ser combinados com molas de suspensão a ar - uma maneira alternativa de obter controle de altura de percurso e suspensão autonivelante .
  • Em um amortecedor de fluido eletrorreológico , um campo elétrico altera a viscosidade do óleo. Este princípio permite aplicações de amortecedores semi-ativos em indústrias automotivas e diversas.
  • Variação do campo magnético: um amortecedor magnetoreológico muda suas características de fluido por meio de um eletroímã .
  • O efeito de um amortecedor em altas frequências (sonoras) é geralmente limitado pelo uso de um gás compressível como fluido de trabalho ou pela montagem com buchas de borracha .

Características especiais

  • Alguns amortecedores permitem o ajuste do percurso por meio do controle da válvula por meio de um ajuste manual fornecido no amortecedor.
  • Em veículos mais caros, as válvulas podem ser ajustáveis ​​remotamente, oferecendo ao motorista o controle da viagem à vontade enquanto o veículo é operado.
  • O controle adicional pode ser fornecido pelo controle dinâmico da válvula via computador em resposta aos sensores, proporcionando um percurso suave e uma suspensão firme quando necessário, permitindo o ajuste da altura do percurso ou até mesmo o controle da altura do percurso .
  • O controle da altura do percurso é especialmente desejável em veículos rodoviários destinados ao uso ocasional em estradas irregulares, como um meio de melhorar o manuseio e reduzir o arrasto aerodinâmico, baixando o veículo ao operar em estradas de alta velocidade aprimoradas.

Comparação do amortecedor e amortecedor

  • ao contrário do amortecedor de choques, o suporte tem um corpo reforçada e da haste;
  • escorar já desempenha o papel de choques absorventes, de modo que o amortecedor pode muito bem agir como parte do suporte , e não o contrário
  • as escoras são submetidas a cargas multidirecionais, enquanto o amortecedor amortece apenas as vibrações e recebe um impacto ao longo do seu eixo;
  • o strut dá ao carro maior confiabilidade;
  • O suporte e o amortecedor têm uma forma diferente de fixação. Os amortecedores são montados em blocos silenciosos sem dispositivo giratório e equipados com uma haste de pequeno diâmetro. O suporte substitui a esfera superior e o rotador.

Veja também

Referências

Fontes

  • Shelton, Chris. "Then, Now, and Forever" em Hot Rod , março de 2017, páginas 16-29.

Bibliografia

links externos