XXXX_01_10汽车悬架设计与底盘相关技术

西华大学廖文俊汽车悬架设计与底盘平台相关技术西华大学廖文俊•一、概述•悬架是车架（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。•1、作用•传递车桥（车轮）与车架（车身）之间的一切力和力矩，并且起缓冲、减振、导向作用。以保证汽车的正常行驶。悬架构造基础横向推力杆弹性元件纵向推力杆横向稳定器减振器2、组成（1）弹性元件：承受和传递垂直载荷，减小路面的冲击;（2）导向装置：传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车身有正确的运动关系。（3）减振器：加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动。西华大学廖文俊悬架概述西华大学廖文俊第一节概述1．悬架的功用和组成1）悬架的功用（1）把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，保证汽车的正常行驶，即起传力作用；（2）利用弹性元件和减振器起到缓冲减振的作用；（3）利用悬架的某些传力构件使车轮按一定轨迹相对于车架或车身跳动，即起导向作用；（4）利用悬架中的辅助弹性元件横向稳定器，防止车身在转向等行驶情况下发生过大的侧向倾斜。西华大学廖文俊2）悬架的组成（1）弹性元件——起缓冲作用；（2）减振元件——起减振作用；（3）导向机构——起传力和导向作用；（4）横向稳定器——防止车身产生过大侧倾。西华大学廖文俊汽车悬架的组成西华大学廖文俊弹性元件弹性元件的作用是缓和来自路面的冲击。弹簧的种类很多，有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等。西华大学廖文俊阻尼元件悬架系统中由于弹性元件受冲击会产生振动，为衰减振动，改善汽车行驶平顺性，与弹性元件并联安装减振器，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，西华大学廖文俊导向机构导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。钢板弹簧本身兼起导向作用。西华大学廖文俊横向稳定器在一些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆。西华大学廖文俊横向稳定器的安装西华大学廖文俊横向稳定器的安装西华大学廖文俊2．悬架系统的自然振动频率•悬架系统的频率与汽车的平顺性（也称舒适性）有直接关系。n——悬架的频率；M——簧载质量；K——悬架刚度；悬架频率n随簧载质量的变化而变化，轿车舒适性：人体所习惯的步行时身体上下运动的频率。人体最舒适的频率范围为1～1.6Hz；货车：货物完整性。未经固定的货物不可离开货箱底板车身加速度1g（重力加速度）•一般汽车固有频率为：货车为1.5～2Hz；客车为1.2～1.8Hz，轿车为1～1.3Hz。•车身振动加速度：极限值0.6-0.79g•如果要将汽车行驶过程中的频率保持在1～1.6Hz内，最好采用变刚度悬架。西华大学廖文俊车辆悬架性能评价方法•汽车行驶平顺性的评价，常用车身振动的固有频率和振动加速度值评价•振动频率要求：•车型车身振动频率范围车轮频率轿车前轿55-80/min1-1.3Hz后轿68-100/min1-1.6Hz10-14Hz旅行客车1.2-1.8Hz货车1.5-2.2Hz西华大学廖文俊悬架特性影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比Ψ，它表达为：式中：k-代表悬架阻尼元件的阻力系数。Ψ值取大，能使振动迅速衰减，但会把路面较大的冲击传递到车身，Ψ值取小，振动衰减慢，受冲击后振动持续时间长，使乘客感到不舒服。为充分发挥弹簧在压缩行程中作用，常把压缩行程的阻尼比Ψ设计得比伸张小。西华大学廖文俊对悬架提出的设计要求1）保证汽车有良好的行驶平顺性。2）具有合适的衰减振动能力。3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。4）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。5）有良好的隔声能力。6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。西华大学廖文俊3、分类⑴、独立悬架每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，每个车轮能独立上下跳动而互不影响。非独立悬架的优点是车轮上下跳动时定位参数变化小、最小离地间隙不变，且结构简单成本低廉。左右车轮安装在一根整体车桥两端，车桥则通过弹性元件与车架相连。非簧载质量小，减小悬架刚度，降低车身振动的频率。车桥弹性元件车架断开式车桥⑵、非独立悬架：西华大学廖文俊西华大学廖文俊1非独立悬架优点纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置结构简单制造容易维修方便工作可靠缺点汽车平顺性较差高速行驶时操稳性差轿车不利于发动机、行李舱的布置应用：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架西华大学廖文俊2独立悬架优点簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。缺点结构复杂成本较高维修困难应用：轿车和部分轻型货车、客车及越野车西华大学廖文俊二、弹性元件汽车悬架中常用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧等，其作用是变急促振动为缓慢的持续振动•作用：既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用。•结构：如下图所示钢板弹簧套管螺栓螺母中心螺栓卷耳弹簧夹1、钢板弹簧西华大学廖文俊钢板弹簧与车架的连接西华大学廖文俊2、螺旋弹簧•加工：•用弹簧钢棒料卷制而成。螺旋弹簧广泛应用于独立悬架中，它与钢板弹簧相比，有质量小，无需润滑，所占纵向空间小，不怕泥污等优点。但它只能承受垂直方向力，而且不足有减振作用，因此在悬架中必须要有导向机构和减振器。特点：西华大学廖文俊螺旋弹簧概述西华大学廖文俊螺旋弹簧悬架弹簧套在减震器外边，节省了安装空间，空余的大量空间便于安装发动机。当车轮转向跳动时，车轮沿主销转动。西华大学廖文俊4、扭杆弹簧•扭杆弹簧是长杆状扭力弹簧，其断面多为圆形。扭杆弹簧由于其质量小，占空间小，结构简单，维修方便而在独立悬架中应用日渐增多。•功用：•当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形，以保证车轮与车架弹性连接。摆臂扭杆西华大学廖文俊扭杆弹簧概述西华大学廖文俊三、减振器弹簧虽然可以减轻道路对车身的冲击，但如果不让它的振动尽快停下来，我们乘坐的将是一辆跳个不停的汽车。因此，要在弹簧运动的过程中加上一定的阻尼，使弹簧的振动迅速衰减。西华大学廖文俊三、减振器•1、功用：•加速车架与车身振动的衰减，改善汽车行驶的平顺性。2、原理：当汽车振动时，减振器壳体内的油液反复从一个内腔通过一些窄小的空隙流入另一内腔，同时，摩擦力便把振动能量转化为热能，被油液、减振器吸收后散失到大气中。弹性元件减震器车架半轴西华大学廖文俊1、汽车减振器的分类悬架减振器转向减振器驾驶室减振器座椅减振器其它特殊功能减振器西华大学廖文俊悬架减振器西华大学廖文俊压缩缓冲块复原缓冲块压缩阀座底座缸筒连杆充氮气支柱减振器防尘罩弹簧下座支架活塞贮液筒西华大学廖文俊下吊环筒式减振器压缩阀座活塞连杆导向器油封上吊环贮液筒缸筒防尘罩支撑垫片底座复原缓冲块西华大学廖文俊转向减振器随着车速的提高，现代汽车的转向轮有时会产生摆振（转向轮绕主销轴线往复摆动，甚至引起整车车身的振动），这不仅影响汽车的稳定性，而且还影响汽车的舒适性、加剧前轮轮胎的磨损。在转向传动机构中设置转向减振器是克服转向轮摆振的有效措施。转向减振器的一端与车身（或前桥）铰接，另一端与转向直拉杆（或转向器）铰接。西华大学廖文俊转向减振器西华大学廖文俊驾驶室减振器西华大学廖文俊座椅减振器西华大学廖文俊座椅减振器阻力不可调阻力可调西华大学廖文俊其它特殊功能减振器如拖车减振器等西华大学廖文俊2、汽车悬架减振器的功能无减振器有减振器西华大学廖文俊汽车悬架减振器是为迅速衰减悬架与车身振动而设计的西华大学廖文俊迅速衰减由路面传递给车体的振动——提高行驶平顺性使司乘人员不易疲劳；货物不易损坏——提高乘座舒适性降低对相关零件冲击载荷，减少磨损——提高使用经济性改善轮胎抓地性、抑制高速行驶跳动——提高行驶安全性车辆在急加速、急刹车、急转弯时——提高操作稳定性西华大学廖文俊3、性能要求：•⑴、在悬架压缩行程内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击。•⑵、在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振。•⑶、在车桥与车架相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，避免过大的冲击载荷。西华大学廖文俊4、汽车悬架减振器的分类充气式、不充气式减振器双作用式、单作用式减振器单筒式、双筒式减振器被动型、半主动型、主动型减振器以双筒式、不充气、双作用的被动型减振器为最常见西华大学廖文俊1、筒式减振器的结构型式环环型(HH)环杆型(HG)杆杆型(GG)杆环型(GH)三、汽车悬架减振器的结构西华大学廖文俊1、筒式减振器的结构型式西华大学廖文俊西华大学廖文俊西华大学廖文俊双向作用筒式减振器西华大学廖文俊减振器工作原理西华大学廖文俊西华大学廖文俊2、双向作用筒式减振器•⑴、结构：伸张阀流通阀压缩阀补偿阀活塞杆防尘罩活塞储油钢桶导向座西华大学廖文俊⑵、工作原理•压缩行程：•车轮靠近车架容积减少，油压升高，油液打开流通阀，经过流通阀流入上腔。由于上腔容积被活塞杆用去部分空间，所以一部分油液打开压缩阀流入储油缸。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架压缩运动的阻力，使振动能量衰减。西华大学廖文俊伸张行程•车轮下跳，减振器•受拉伸活塞上移。上腔容积减少，油压升高，油液推开伸张阀，流入下腔。由于活塞杆占去一定空间，所以自上腔流入的油液不足以充满下腔容积的增加。储油缸中油液推开补偿阀流入下腔补充。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架伸张运动的阻力，使振动能量衰减。西华大学廖文俊3、减振器工作过程•伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，在同样油压作用下，伸张行程产生阻尼力远大于压缩行程的阻尼力。西华大学廖文俊双筒液压减振器外特性三级控制•减振器的阻尼力通常是指在给定行程和频率（或速度）的条件下产生的阻尼力。减振器阻尼力的系数通常是非线性的，它的外特性有两个点非常重要。一个是开阀点，另一个是最大开阀点，此时阀系形成最大开度。km图11kkVkP(N)VkmkmFk——复原开阀点Fkm——复原最大开度Vk——压缩开阀点Vkm——压缩最大开度西华大学廖文俊双筒液压减振器外特性三级控制•减振器外特性三级控制•第一级控制：溢流：活塞杆在低速运动时特别是0-0.3m/s间的减振器流量功能是减振器持续不断通过节流阀片的开槽宽度数量和厚度的槽孔提供。•第二级控制：排放：活塞杆在中速运动，特别是0.2-1.0m/s间的减振器流量功能是减振器油压力作用下阀片数量，变形，实现的。•第三级控制：板孔流量：活塞杆在高速运动速度为1.0m/s以上的减振器油流量功能，是通过活塞（阀板）端面孔口直径大小，数量实现的。当阀门全打开时减振器油受到限制。西华大学廖文俊桑塔纳2000前减振器活塞结构图西华大学廖文俊桑塔纳2000前减振器工作缸底座结构图西华大学廖文俊新型减振器（充气式减振器）•结构：•装有一个浮动活塞•充有高压的氮气•工作活塞上装有变截面积的压缩阀和伸张阀（弹簧钢片）•工作原理：•减震液流通工作活塞上压缩阀、伸张阀产生阻尼力，使振动衰减。•活塞杆对缸筒容积的变化，由浮动活塞补偿。西华大学廖文俊3、单筒液压减振器基本结构活塞杆导向器活塞阀底阀西华大学廖文俊充气式减振器西华大学廖文俊4、筒式减振器的尺寸系列以工作缸内径分为：中国：20、30、40、(45)、50、65系列日本：20、25、30、40、45、50、65系列欧美：20、27、32、40、45、50、65系列5、减振器活塞杆的尺寸系列常见活塞杆杆径有：8、10、12、12.5、16、18、20、22、25、28西华大学廖文俊3、横置减振器工作原理油封底阀总成导向器缸筒活塞阀总成转向减振器储