关于汽车悬架系统

重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-1-/共16页关于汽车悬架系统——简单知识了解李良车辆工程说明：1、单独的关于悬架的资料太多，将资料简化，尽可能简单些，写的不好，多多批评指正。第二部分对悬架的设计和选型很有参考价值，可以看看。2、另外搜集了一些关于悬架方面的资料（太多了，提供部分），也很不错。3、有什么问题或建议多多提，我喜欢～～～～～～～～第一部分简单回答您提出的问题悬架的作用：1、连接车体和车轮，并用适度的刚性支撑车轮；2、吸收来自路面的冲击，提高乘坐舒适性；3、有助于行驶中车体的稳定，提高操作性能；悬架系统设计应满足的性能要点：1、保证汽车有良好的行驶平顺性；相关联因素有：振动频率、振动加速度界限值2、有合适的减振性能；应与悬架的弹性特性很好地匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快3、保证汽车具有良好的操纵稳定性；主要为悬架导向机构与车轮运动的协调，一方面悬架要保证车轮跳动时，车轮定位参数不发生很大的变化，另一方面要减小车轮的动载荷和车轮跳动量4、汽车制动和加速时能保持车身稳定，减少车身纵倾（点头、后仰）的可能性，保证车身在制动、转弯、加速时稳定，减小车身的俯仰和侧倾5、能可靠地传递车身与车轮之间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够的强度、刚度和寿命悬架的主要性能参数的确定：1、前、后悬架静挠度和动挠度；2、悬架的弹性特性；3、（货车）后悬架主、副簧刚度的分配；4、车身侧倾中心高度与悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配；5、前轮定位参数的变化与导向机构结构尺寸的选择；悬架系统与转向系统：1、悬架机构位移的转向效应，悬架系对操纵性、稳定性的影响之一是悬架机构的位移随弹簧扰度而变所引起的转向效应。轴转向，使用纵置钢板弹簧的车轴式悬架的汽车在转弯时车体所发生侧摆的情况下，转弯外侧车轮由于弹簧被压缩而后退，内侧车轮由于弹簧拉伸而前进，其结果是整个车轴相当原来的车轴中心产生转角，重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-2-/共16页这种现象称为周转向。前轮产生转向不足的效应，后轮产生转向过度的效应。独立悬架外侧成为前束（负前束），而产生轴转向效应。2、车轮外倾角变化的转向效应，大多数独立悬架的车轮对面外倾角以及轮胎接地负荷都随着车体的倾斜而变化，这时外倾推力也发生变化，车轮被推向转弯的外侧，前轮有转向不足，后轮有转向过度的倾向。在这种情况下，其作用和离心对抗，所以产生相反效应。车轴式悬架在转弯时由于左右的负荷移动，轮胎的扰度不同也产生若干的外倾角的变化，其作用相同。3、上述都是转弯时的情况，而直进时由于路面凹凸不平使车轮上下振动，也同时会产生这种效应，随着外倾角的变化也有产生轴转向的可能性。一般轴转向或因外倾角变化的转向效应都会改变原来的操纵特性，所以对操纵性，稳定性影响相当大，因此，在设计汽车时往往把这些效应计算在内面修正其操纵特性。第二部分悬架的结构知识（还算比较详细）汽车的车架、车桥、车轮和悬架等组成了行驶系，行驶系的功用是：1、接受传动系的动力，通过驱动轮与路面的作用产生牵引力，使汽车正常行驶；承受汽车的总重量和地面的反力；2、缓和不平路面对车身造成的冲击，衰减汽车行驶中的振动，保持行驶的平顺性；3、与转向系配合，保证汽车操纵稳定性。一、悬架概述汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-3-/共16页适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。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。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，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，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。1、悬架种类现代汽车悬架的发展十分快，不断出现，崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如图D－X5－1。13-7也就是汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。1.弹性元件；2.纵向推力杆；3.减振器；4.横向稳定杆；5.横向推力杆图D－X5－1被动悬架组成示意图重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-4-/共16页根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。如图D－X5－2所示。a.独立悬架b.非独立悬架图D－X5－2独立悬架与非独立悬架示意图非独立悬架如图D－X5－2(a)所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如图D－X5－2(b)所示。2、汽车性能对悬架的要求汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量（簧载质量）所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为1～1.6Hz。车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能满足舒适性要求。固有频率按下式计算：式中：g-重力加速度；f-悬架垂直变形（挠度）M-悬架簧载质量C(=Mg/f)-悬架刚度是指悬架产生单位垂直压缩变形所需加于悬架上的垂直载荷从固有频率公式可以看出，在悬架垂直载荷一定时，悬架刚度越小，固有频率就越低。重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-5-/共16页但悬架刚度越小，载荷一定时悬架垂直变形就越大。这样若无有足够大的限位行程，就会使撞击限位块的概率增加。若固有频率选取过低，很可能会出现制动点头角，转弯侧货角，空载和满载车身高度变化过大。一般货车固有频率是1.5～2Hz，旅行客车1.2～1.8Hz，高级轿车1～1.3Hz。另外，当悬架刚度一定时，簧载质量越大，悬架垂直变形也愈大，而固有频率越低。空车时的固有频率要比满载时的高。簧载质量变化范围大，固有频率变化范围也大。为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化，需要把悬架刚度做成可变或可调的。影响汽车平顺性的另一个悬架指标是簧载质量。簧载质量分为簧上质量与簧下质量两部分，由弹性元件承载的部分质量，如车身、车架及其它所有弹簧以上的部件和载荷属于簧上质量。车轮、非独立悬架的车轴等属于簧下质量，也叫非簧载质量M。如果减小非簧载质量可使车身振动频率降低，而车轮振动频率升高，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。非簧载质量对平顺性的影响，常用非簧载质量和簧载质量之比m/M进行评价，此比值越小越佳。影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比Ψ，它表达为：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。悬架的侧倾角刚度及前后匹配是影响汽车操纵稳定性的重要参数。当汽车受侧向力作用发生车身侧倾，若侧倾角过大，乘客会感到不安全，不舒适，如侧倾角过小，车身受到横向冲击较大，乘客也会感到不适，司机路感不好。所以，整车侧倾角刚度应满足：当车身受到0.4g侧向加速度时，其侧倾角在2.5～4°范围内，汽车有一定不足转向特性，前悬架侧倾角刚度应大于后悬架侧倾角刚度。一般前悬架侧倾角刚度与后悬架侧倾角刚度比应在1.4～2.6范围内，如前后悬架本身不能满足上述要求，可在前后悬架中加装横向稳定杆，提高汽车操纵稳定性。二、弹性元件悬架采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、橡胶弹簧等。1、钢板弹簧钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。如图D－X5－3右侧所示。钢板弹簧3的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。中心螺栓4用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等如图D－X5－3(b)。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-6-/共16页钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车架的振动衰减。各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂），并应定期保养。1.卷耳；2.弹簧夹；3.钢板弹簧；4.中心螺栓；图D－X5－3非对称式钢板弹簧钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。钢板弹簧可分为对称式钢板弹簧和非对称式钢板弹簧，对称式钢板弹簧其中心螺栓到两端卷耳中心的距离相等如图(a)，不等的则为非对称式钢板弹簧如图（b）。钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车架的振动衰减，起到减振器的作用。2、螺旋弹簧螺旋弹簧是用弹簧钢钢棒料卷制而成，它们有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。重庆工学院_重庆汽车学院8/13/2019地址：重庆市杨家坪兴胜路4号邮编：400050-7-/共16页螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤以前轮独立悬架采用广泛。有些轿车后轮非独立悬架也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。由于螺旋弹簧只承受垂直载