汽车构造--悬架

第二十二章 悬架主要内容 n概 述 n减振器 n弹性元件 n非独立悬架 n独立悬架 n多轴汽车的平衡悬架 n主动悬架与半主动悬架 第一节第一节 概概 述述n悬架定义q车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。n作用：q把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和测向力以及这些反力引起力矩传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和稳定性。一、悬架组成与功用n主要构成：三部分q弹性元件：q减振器：q导向杆系：n另外一些车辆上还要加装q横向稳定器：二、悬架系统的自然振动频率n也称振动系统的固有频率也称振动系统的固有频率,是影响平顺性的重要性能指标，也称是影响平顺性的重要性能指标，也称为车辆的偏频，取值范围一般在为车辆的偏频，取值范围一般在11.6Hz之间。之间。n自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。悬架的垂直变形悬架的簧载质量悬架刚度其中：fMfMgKfgMKn/2121由公式可知:1) 垂直载荷一定时，悬架刚度越小，自然振动频率越低，一定载荷下悬架垂直变形大。 货车结构难保证，故其自然频率一般较高。2)刚度一定时，簧载质量越大，变形越大，自然频率越低。 为使汽车从空载到满载的范围变化时，车身自然振动频率基本保持不便，要求悬架刚度是可调的。三、悬架的分类三、悬架的分类 n非独立悬架：q两侧车轮刚性连接在一起，只能共同运动的悬架q 广泛应用于货车、客车和轿车后桥n独立悬架：q两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架于车架连接，可以单独跳动。q广泛应用于轿车前悬架。3汽车悬架的类型n非独立悬架的特点q两侧车轮通过整体式车桥相连，车桥通过悬架与车架或车身相连。q如果行驶中路面不平，一侧车轮被抬高，整体式车桥将迫使另一侧车轮产生运动。 2）独立悬架n独立悬架的特点q车桥是断开的，每一侧车轮单独地通过悬架与车架（或车身）相连，每一侧车轮可以独立跳动。 第二节第二节 弹性元件弹性元件v钢板弹簧钢板弹簧v螺旋弹簧螺旋弹簧v扭杆弹簧扭杆弹簧v空气弹簧空气弹簧v油气弹簧油气弹簧v橡胶弹簧橡胶弹簧悬架的弹性元件主要有：悬架的弹性元件主要有：组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立悬架。适用于非独立悬架。制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向空间小，质量小。应用于独立悬架。空间小，质量小。应用于独立悬架。单位质量的储能高，结构简单，不需要润单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。滑，方便布置。统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调整车身高度，提高汽车的舒适性和平顺性。整车身高度，提高汽车的舒适性和平顺性。应用于高级大巴和高级轿车。应用于高级大巴和高级轿车。单位储能高，有阻尼特性、隔振。用于缓单位储能高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块冲块第二节弹性元件第二节弹性元件n钢板弹簧q中心螺栓距两端卷耳中心的距离相等时，称为对称对称式钢板弹簧式钢板弹簧，不相等时，称为非对称式钢板弹簧非对称式钢板弹簧。q多片式钢板弹簧可以同时起到缓冲、减振、导向和缓冲、减振、导向和传力的作用传力的作用，用于货车后货车后悬架可以不装减振器悬架可以不装减振器。 变厚度断面的弹簧片 n一些轻型货车和客车采用由单片或23片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧变截面钢板弹簧，其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变，它可以实现汽车的轻量化。 二、螺旋弹簧n螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，常用于各种独立悬架常用于各种独立悬架。n特点是没有减振和导向功能没有减振和导向功能，只能承受垂直载荷。n在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器和导向机构，前者起减振作用，后者用以传递垂直力以外的各种力和力矩，并起导向作用。三、扭杆弹簧n扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆。n扭杆断面通常为圆形，少数为矩形或管形。其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等等，以便一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上。摆臂还与车轮相连。n当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，借以保证车轮与车架的弹性联系。四、气体弹簧n气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体，利用气体可压缩性实现弹簧的作用气体可压缩性实现弹簧的作用。n气体弹簧的特点：作用在弹簧上的载荷增加时，容器中气压升高，弹簧刚度增大；反之，当载荷减小时，气压下降，刚度减小。n气体弹簧具有理想的变刚度特性。气体弹簧具有理想的变刚度特性。1空气弹簧n囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。q气囊有单节和多节式，节数越多，弹性越好，但密封性越差。n膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。q与囊式相比，其刚度较小，车身自然振动频率较低；尺寸较小，在车上便于布置，故多用多用在轿车上在轿车上。 2油气弹簧n油气弹簧一般以惰性气体氮惰性气体氮为弹性介质，用油液作为传力介质，由气体弹簧和相当于减振器的液压缸组成。q单气室油气弹簧n单气室油气分隔式油气弹簧n单气室油气不分隔式油气弹簧q双气室油气弹簧q两级压力式油气弹簧五、橡胶弹簧n橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性起弹性元件的作用。n可以承受压缩载荷和扭转载压缩载荷和扭转载荷荷，由于橡胶的内摩擦较大，橡胶弹簧还具有一定的减振减振能力能力。n橡胶弹簧多用作悬架的副簧悬架的副簧和缓冲块和缓冲块。第三节 减振器n减振器作用：q加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车行驶平顺性q减振器与弹性元件并联安装n减振器原理：q通过减振器自身的运动，消耗弹簧变形储存的能量，将其变为热能，并散发到空气中，以衰减弹簧的振动液力减振器的工作原理n活塞在缸筒内往复运动，油液从一个内腔流入另一个，孔壁与油液以及液体分子的内摩擦形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，并被油液和减振器壳体吸收，最后散发到大气中减振器阻尼力的要求n减振器随悬架一起被压缩时，其阻尼力要小，以便让弹性元件充分的吸收振动能量，缓和冲击n在减振器与悬架一起被拉伸时，减振器的阻尼力要大，以便让弹簧振动得到迅速衰减，降低驾驶员的疲劳；n在车架与车桥之间运动速度过大时，减振器应该具有泄荷通道，使其阻尼力保持在一定限度范围内压缩变形大，阻力小压缩变形大，阻力小拉伸变形小，阻力大拉伸变形小，阻力大一、双向作用筒式减振器 双向筒式减振器的工作过程双向筒式减振器的工作过程压缩行程压缩行程连杆和活塞一起向下运动连杆和活塞一起向下运动工作缸下腔油液压力增高工作缸下腔油液压力增高拉伸阀和补偿阀关闭；拉伸阀和补偿阀关闭；下腔的高压打开流通阀；下腔的高压打开流通阀；压缩阀开，液体自压缩阀流出到储油筒；压缩阀开，液体自压缩阀流出到储油筒；阻尼力逐渐增大。阻尼力逐渐增大。当活塞运动速度很快，下腔油压很大，克当活塞运动速度很快，下腔油压很大，克服压缩阀压紧弹簧，压缩阀完全打开，阻服压缩阀压紧弹簧，压缩阀完全打开，阻尼力不再增加。起到泄荷作用。尼力不再增加。起到泄荷作用。伸张阀伸张阀流通阀流通阀补偿阀补偿阀压缩阀压缩阀拉伸行程拉伸行程连杆和活塞一起向上运动连杆和活塞一起向上运动工作缸上腔油液压力增高工作缸上腔油液压力增高伸张阀开，油液通过伸张阀流向下腔；伸张阀开，油液通过伸张阀流向下腔；节流孔的节流作用产生阻尼力节流孔的节流作用产生阻尼力当活塞运动速度很快，上腔油压很大，克当活塞运动速度很快，上腔油压很大，克服伸张阀的压紧弹簧，伸张阀完全打开，服伸张阀的压紧弹簧，伸张阀完全打开，阻尼力不再增加。起到泄荷作用。阻尼力不再增加。起到泄荷作用。伸张阀伸张阀流通阀流通阀补偿阀补偿阀压缩阀压缩阀补偿阀打开，储油筒中油液流入到下腔；补偿阀打开，储油筒中油液流入到下腔；一、双向作用筒式减振器二、新型减振器充气式减振器充气式减振器 n优点：q采用浮动活塞，减少一套底阀q内充高压气体，能有效衰减高频振动，有助于消除噪音；n缺点：q充气工艺复杂，修理困难，由于是单筒的，缸筒变形后，减振器不能工作。阻力可调式减振器阻力可调式减振器n特点：q阻尼特性可以根据行驶工况和悬架参数的变化，进行调解，使车辆性能更好n工作原理：q根据汽车载荷的变化，调整减振器的节流孔的流通面积，进而调整阻尼。q当载荷增加时，节流孔流通面积减小，阻尼力增大。载荷减小时的情况相反。第四节 非独立悬架n特点：q结构简单，工作可靠；q采用钢板弹簧非独立悬架时，省去导向结构，方便布置。q广泛引用于货车前、后悬架和轿车后悬架n分类：q钢板弹簧非独立悬架；q螺旋弹簧非独立悬架；q空气弹簧非独立悬架q油气弹簧非独立悬架第四节非独立悬架第四节非独立悬架n纵置板簧式非独立悬架主要由钢板弹簧和减振器组成。 纵置板簧式非独立悬架纵置板簧式非独立悬架采用主副簧结构的钢板弹簧悬架采用主副簧结构的钢板弹簧悬架n目的：通过主副簧先后起作用，得到变刚度特性提高汽车平顺性。n副簧在上：刚度突变，不利于汽车平顺性。n副簧在下：副簧逐渐起作用，具有刚度渐变的特点，有利于汽车平顺性。二、螺旋弹簧非独立悬架n螺旋弹簧非独立悬架由螺旋弹簧、减振器、纵向推力杆和横向推力杆组成。n常用于轿车的后悬架。三、空气弹簧非独立悬架n空气弹簧非独立悬架主要由囊式空气弹簧、压气机、车身高度调节控制阀、控制杆等组成。n采用空气弹簧悬架容易实现车身高度的自动调节。四、油气弹簧非独立悬架n油气弹簧非独立悬架主要由油气弹簧（兼起减振器作用）、横向推力杆、纵向推力杆等组成n推力杆起导向和传力导向和传力的作用。第五节 独立悬架n结构特点结构特点：两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接n优点优点q两侧车轮运动互不影响，减少振动，消除车轮偏摆两侧车轮运动互不影响，减少振动，消除车轮偏摆q减小非簧载质量，悬架受到的冲击载荷小，利于平顺性；减小非簧载质量，悬架受到的冲击载荷小，利于平顺性；q可以采用断开式车桥，降低整车重心；可降低悬架刚度，改善可以采用断开式车桥，降低整车重心；可降低悬架刚度，改善平顺性平顺性n缺点缺点q结构复杂、制造成本高，维护不便结构复杂、制造成本高，维护不便q车轮引起轮矩变化，加剧轮胎磨损车轮引起轮矩变化，加剧轮胎磨损独立悬架的类型 独立悬架的类型单横臂式独立悬架n其特点是当悬架变形时，车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离轮距，致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。n这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大的变化，对于转向操纵有一定影响，故目前在前悬架中很少采用。双横臂式独立悬架两摆臂不等长的悬架两摆臂不等长的悬架单纵臂式独立悬架n如果转向轮采用单纵臂式独立悬架，车轮上下跳动将使主销后倾角产生很大变化。因此，单纵臂式独立悬架一般多用于不转向的后轮。n桑塔纳和捷达轿车的后悬架结构相同，也属于单纵臂式独立悬架。 双纵臂式独立悬架n双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，这种形式的悬架适用于转向轮。螺旋弹簧单纵臂式独立悬架螺旋弹簧单纵臂式独立悬架单纵臂式独立悬架 三、车轮沿主销移动的悬架n烛式悬架其优点是当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、轴距稍有改变；有利于汽车的转向操纵性和行驶稳定性。n缺点是侧向力全部由套筒和主销承受，二者间的摩擦阻力大，磨损严重。因此，这种结构形式目前很少采用。2麦弗逊式（车轮沿主销移动） 2麦弗逊独立悬架麦弗逊独立悬架n也称滑柱连杆式悬架q烛式悬架的改进，用下摆臂克服了滑动立柱受力状况。侧向力大部分由下摆臂承受。n属于无主销悬架：q滑动立柱上支点和下摆臂外端的球铰中心构成主销轴线。n优点：q前轮内侧布置空间较大，方便前置前驱动布置。2麦弗逊式悬架n弗逊式悬架是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车应用比较普遍的悬架结构形式。n筒式减振器为滑动立柱，横摆臂的内端通过铰链与车身相连，外端通过球铰链与转向节相连。n减振器的上端与车身相连，减振器的下端与转向节相连，车轮所受的侧向力大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器活塞和活塞杆承受。n筒式减振器上铰链的中心与横摆臂外端球铰链中心的连线为主销轴线，此结构也为无主销结构无主销结构。四、单斜臂式独立悬架n单斜臂式独立悬架的结构介于单横臂和单纵臂之间n多用于后轮驱动汽车的后悬架上。四、单斜臂式独立悬架五、横向稳定器五、横向稳定器n原因：q轿车的独立悬架较软。高速转向时，车身倾斜。n作用：q在汽车高速行驶中转向时，通过横向稳定杆增强悬架系统的刚度，减小车身的横向倾斜和横向角振动。第六节多轴汽车的平衡悬架第六节多轴汽车的平衡悬架1等臂式平衡悬架n等臂式平衡悬架是三轴和四轴越野汽车上普遍采用的一种平衡悬架结构形式。钢板弹簧的两端自由地支承在中、后桥半轴套管上的滑板式支架内。 2摆臂式平衡悬架n摆臂式平衡悬架主要用于62的货车上。这种货车的结构特点是前桥为转向桥，中桥为驱动桥，后桥是可以升降的支持桥。 第七节第七节 主动悬架与半主动悬架主动悬架与半主动悬架n被动悬架 q悬架刚度和阻尼系数不能改变；q在汽车行驶过程中平顺性和操纵稳定性不能兼而有之 。n主动悬架 q刚度和阻尼可调；q可同时满足汽车平顺性和操纵稳定性两项性能要求。主动悬架的分类按其是否包含动力源可分为n全主动悬架（有源主动悬架）q在被动悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）的基础上附加一个可控制作用力的装置；q由执行机构、检测系统、控制系统和能源系统四部分组成。n半主动悬架（无源主动悬架）q用可控阻尼的减振器取代执行器；q不改变悬架的刚度，只改变悬架的阻尼；q无动力源，由可控的阻尼元件（减振器）和弹性元件组成。