周德宽汽车构造22悬架

第二十三章悬架第1节概述悬架的作用：把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和侧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、平顺性和性是稳定性。悬架的组成：汽车悬架一般都由：弹性元件、阻尼元件（减振器、导向杆系）三部分组成。在一些车辆上还要加装横向稳定器。1.1悬架的功用和组成悬架：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。弹性元件纵向推力杆阻尼元件横向稳定杆横向推力杆汽车悬架的组成示意图：汽车悬架各组成部分的作用：弹性元件：阻尼元件：导向杆系：横向稳定器：使车架与车桥的连接具有弹性，吸收、缓和路面冲击和振动。衰减弹性元件的振动，吸收并散发振动能量。约束车轮按一定的轨迹运动，承受并传递各方向的力和力矩。在汽车转向时，减小车身的倾斜和横向角振动。1.2悬架系统的自然振动频率悬架的垂直变形。悬架的簧载质量；悬架刚度；其中：fMKfgMKn2121汽车自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频。其取值范围一般在1~1.6Hz之间。汽车自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下：簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小。悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。因为车辆的载荷一直是变化的，因此需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以保证车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性。1.3悬架系统的类型按汽车悬架的性能是否可控，分为：被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调节的悬架。半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。按汽车悬架的结构特点分为：非独立悬架：两侧车轮刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架。广泛应用于货车、客车和轿车后桥。独立悬架：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。广泛应用于轿车前悬架。第2节弹性元件钢板弹簧；螺旋弹簧；扭杆弹簧：空气弹簧；油气弹簧；橡胶弹簧。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，适用于非独立悬架。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。单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调整车身高度。可提高汽车的舒适性和平顺性。应用于高级大巴和高级轿车。单位储能高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。2.1钢板弹簧由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的近似等强度的弹性梁。卷耳弹簧夹钢板弹簧中心螺栓螺栓套筒螺母钢板弹簧的第一片最长，成为主片。主片的两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套，并通过弹簧销与车架或者吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。中心螺栓的作用是连接各弹簧片，保证各片的装配位置。按其距两耳的距离分为对称式钢板弹簧和非对称钢板弹簧。主片卷耳受力大，为改善其受理情况，第二片末端也弯成卷耳，称为包耳。二者留有间隙，以便相对滑动。弹簧夹保证在钢板弹簧反向变形时各片不致相互分开，保证共同承载。且使弹簧片相互横向定位。弹簧夹用铆钉铆接在与之相连的最下面弹簧片的端部。其上端以螺栓连接。螺栓上的套管顶在弹簧夹之间，以免弹簧片夹得过紧。螺栓套管与弹簧片之间留有间隙（1-1.5mm），以便各片之间的相对滑动。钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间相对滑动而产生摩擦，促进车架的振动衰减。但也降低了缓和冲击，加速磨损的问题，一般需要装配时各片之间涂上较稠的润滑剂，并定期的保养。钢板弹簧本身能起到导向的作用，同时各片之间的摩擦还起到一定的减振作用。一般在弹簧片之间夹入塑料垫片，以产生定值的摩擦力和消除噪音。目前的汽车大量采用了：变截面的少片钢板弹簧。据有质量轻、结构简单、摩擦小、节省材料的特点。2.2螺旋弹簧优点：无须润滑、不怕泥污、纵向布置空间较小、质量小。缺点：无减振作用；只能承受铅垂载荷，需装设导向机构。目前汽车采用的通过变钢丝直径、螺距、弹簧直径的非线性螺旋弹簧，以获得更好的平顺性。2.3扭杆弹簧扭杆弹簧：由弹簧钢制成杆，通过沿轴向扭转变形来缓冲冲击。扭杆弹簧的特点：加工时可以预先产生内应力。具有比钢板弹簧和螺旋弹簧都大储能能力，因此质量轻。结构比较简单，不需要润滑。和导向机构一起产生变刚度特性。方便布置。扭杆过短将影响舒适性、平顺性。材料：铬钒合金弹簧钢，表面涂环氧树脂和防锈漆。第3节减振器汽车减振器的作用：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。减振器的类型：按工作方式分为：单向减振器和双向减器。按结构形式分为：单筒减振器和双筒减振器；按阻尼是否可调分为：阻尼可调式和阻尼不可调式；按工作介质分为：油液减振器、气体减振器。按是否充气分为：充气减振器和不充气减振器。目前汽车上广泛采用的是双向作用油液减振器。3.1油液减振器的工作原理油液通过阀体上的阻尼孔在工作缸的上下工作腔之间的流动，并因此产生阻尼力，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。减振器的阻尼力要随汽车振动速度的增加而增大，随汽车振动速度降低而减小。减振器阻尼特性表征了这一变化关系。减振器的油液：减振器使用的专用减振器油，SV1或SV2。油液具有抗气化、抗氧化、无腐蚀、粘度随温度变化小等特点。3.2对减振器阻尼力的要求：在减振器随悬架一起被压缩时，减振器的阻尼力要小，以便让弹性元件充分的吸收振动能量，缓和冲击；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；在车架与车桥之间的运动速度过大时，减振器应该具有泄荷通道，使其阻尼力保持在一定的限度范围内。3.3双向筒式减振器a.双向减振器的结构减振器由储油筒、工作缸、活塞连杆分总成、底阀、导向器、防尘罩等组成。双向筒式减振器有四个阀：伸张阀、补偿阀、压缩阀、流通阀。流通阀伸张阀压缩阀补偿阀伸张阀和压缩阀分别是拉伸行程和压缩行程的卸载阀。补偿阀和流通阀分别在拉伸和压缩行程中补偿油液，避免上下腔中出现真空。定义：在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的减振器b.双向筒式减振器的工作过程压缩行程连杆和活塞一起向下运动工作缸下腔油液压力增高拉伸阀和补偿阀关闭；下腔的高压打开流通阀；液体自压缩阀的常通孔流出到储油筒；阻尼力逐渐增大。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，阻尼力不再增加。起到泄荷作用。拉伸行程连杆和活塞一起向上运动工作缸上腔油液压力增高油液自上腔通过阀体上的节流孔流向下腔；补偿阀打开，储油筒中油液流入到下腔；流通阀关闭；压缩阀关闭。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。压缩阀和伸张阀上有常通小孔隙。当振动速度较小时，只靠这些小孔工作。当振动速度较大时，才打开阀门工作。阻尼力随振动速度变化。由于伸张阀弹簧刚度比压缩阀的大，而且伸张阀上的常通孔隙的直径也比压缩阀的小，就保证了减振器在伸张行程内产生的阻尼力比在压缩行程内产生的大。减振器的结构实例主要的组成部分：上吊环；防尘罩；压紧螺母；导向器油封总成；储油筒；工作缸；连杆活塞分总成；底阀分总成；下吊环。3.4新型减振器a.充气减振器充气减振器的优点：采用浮动活塞，减少了一套底阀；内充高压气体，能有效的衰减高频振动，并有助于消除噪音；在防尘罩直径相同的条件下，工作缸和活塞的直径可以增大，增加了单位行程对应的流量，可以更可靠的建立压力。可以消除油液的乳化现象。充气减振器的缺点：充气工艺复杂，不能修理，由于是单筒的，缸筒变形后，减振器不能工作。b.阻尼可调式减振器阻尼可调式减振器的特点：减振器的阻尼特性可以根据行驶工况和悬架参数的变化，进行调解，使车辆具有更好的综合性能。实例：装有可变刚度弹簧的阻尼可调式减振器工作原理：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。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。第四节非独立悬架非独立悬架的特点：结构简单；工作可靠；采用钢板弹簧的非独立悬架中，省却了导向结构，方便布置。因此广泛引用于货车的前、后悬架和轿车的后悬架。非独立悬架的分类：钢板弹簧非独立悬架；螺旋弹簧非独立悬架；空气弹簧非独立悬架。4.1钢板弹簧非独立悬架钢板弹簧通常纵向安置。特点1：钢板弹簧一端为固定铰链，另一端为活动铰链。特点2：钢板弹簧中部用U型螺栓与车架连接。特点3：钢板弹簧销15轴向和径向钻有油道，用来润滑铰链的运动部分；将钢板弹簧非独立悬架应用于前悬架时，一般要安装减振器。钢板弹簧和车架上装有缓冲块5和限位块6，限制弹簧的变形量。东风EQ1090汽车的前悬架钢板弹簧的后端采用滑板式支承；第二片钢板弹簧的后端做成折角，避免钢板弹簧脱落；优点：结构简单，拆卸方便，不用需要润滑。缺点：钢板弹簧采用滑板式支承将引起钢板弹簧工作长度的变化，进而引起刚度的变化；钢板弹簧采用了单面双槽的结构，提高疲劳寿命并节省材料；钢板弹簧两端采用橡胶块支承的悬架特点：主片不易损坏；不用润滑吊耳处；橡胶具有吸振降噪的作用；钢板弹簧的移动量受到限制。采用主副簧结构的钢板弹簧悬架目的：通过主副簧先后起作用，得到变刚度特性提高汽车平顺性。有副簧在上和主簧在下两种结构。FSFS副簧在上的刚度特性副簧在下的刚度特性副簧逐渐起作用，具有刚度渐变的特点，有利于汽车平顺性。刚度突变，不利于汽车平顺性。副簧在下的钢板弹簧悬架缺点：主簧与副簧之间容易积存污泥，影响刚度特性。4.2螺旋弹簧非独立悬架一般只用作轿车的后悬架，具有纵向布置方便，便于维护和保养的特点。由于螺旋弹簧只能承受较小侧向力。因此需要加装横向推力杆4和纵向推力杆1。第5节独立悬架两侧车轮可以单独跳动，可减少车身振动，消除车轮偏摆；降低非簧载质量，提高平均车速；采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性；提供了较大的车轮跳动空间，因此减小悬架刚度，降低汽车偏频，提高平顺性。a.结构特点：两侧车轮独立的与车架或车身弹性连接。b.独立悬架的优点：c.独立悬架的缺点：结构复杂、制造成本高，维护不便，车轮引起轮矩变化，加剧轮胎磨损。d.独立悬架的分类：按车轮的运动方式分为：车轮在横向平面内摆动的悬架；（横臂式独立悬架）车轮在纵向平面内摆动的悬架；（纵臂式独立悬架）车轮沿主销移动的悬架；（烛式独立悬架和麦弗逊式）车轮在斜向平面侧摆动的悬架。（单斜臂式独立悬架）f.独立悬架采用的弹性元件多是螺旋弹簧和扭杆弹簧。e.独立悬架一般应用于各纵车辆特别是轿车的前悬架，轿车的后悬架一般采用非独立悬架或者复合式悬架（半独立悬架）。5.1横臂式独立悬架根据横臂的数量分为：单横臂独立悬架；双横臂独立悬架。单横臂式双横臂式特点：车轮在汽车的横向平面内跳动。等臂式双横臂悬架不等臂式双横臂悬架a.单横臂式独立悬架特点：当车轮跳动时将改变轮距。用于转向轮时，引起主销内倾角和车轮外倾发生变化。应用于车速不高的重型越野车辆。右图为戴姆勒-奔驰轿车的单横臂悬架。b.双横臂式独立悬架等臂式单横臂悬架：车轮跳动时车轮不倾斜但轮距变化较大。不等臂式单横臂悬架：车轮跳动时车轮倾斜但轮距变化可以较小。b.双横臂式独立悬架特点：采用球头销代替主销，属无主销式；主销后倾角由移动上摆臂在摆臂轴上的位置实现；前轮外倾角由上摆臂和摆臂轴之间的调整垫片调整；主销内倾和车轮外倾角存在固定的变化关系；悬架的最大位移由上下缓冲块确定；上下摆臂为叉形结构以提高刚度。c.双横臂扭杆弹簧悬架采用调节机构可以调节扭杆弹簧预应力和车身的高度。5.2纵臂式独立悬架车轮上下跳动时，单纵臂式独立悬架将引起较大的主销后倾角变化。因此多用于后悬架。根据采用的纵臂数目可分为：单纵臂独立悬架；双纵臂独立悬架。根据采用的弹性元件可分为：螺旋弹簧纵臂式独立悬架；扭杆弹簧纵臂式独立悬架。a.扭杆弹簧纵臂式独立悬架后桥随动转向功