汽车底盘构造

汽车底盘构造主讲：张翼机电工程学院车辆与动力工程系一、概述1、定义车架（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。2、功用①保证车轮与地面的附着；②传递载荷（车轮与车架间）；③缓和冲击，衰减振动；④保持行驶中车轮、车身运动姿态。3、组成弹性元件、减振器、导向机构、横向稳定器。弹性元件-----传递垂直载荷，缓和冲击；减振器------加速衰减车身的振动第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统导向机构-----传递纵向力,侧向力及其力矩，保证车轮的运动轨迹。横向稳定器-----防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中加设的辅助性元件。4、悬架系统的固有频率步行速度:0.75m/步,3-4km/h振动:65-85次/分,1.08—1.4Hz悬架系统自振频率n1—1.6Hzk---悬架刚度M---簧载质量n=1/(2)K/M=1/(2)g/f第十一章悬架系统g：重力加速度；f：悬架垂直变形（挠度）；K：悬架刚度（不一定等于弹性元件的刚度），指使车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离（悬架产生单位垂直压缩变形）所需加于悬架上垂直载荷。M：悬架簧载质量，被悬挂系统支承的所有汽车零件的质量。补充：非簧载质量：簧下质量，不是由悬挂系统支承的那些汽车部件质量，而是直接由轮胎和车轮总成支承，并随车轮一起运动的这部分的质量。第十一章悬架系统人习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约为1-1.6Hz。人最敏感的加速度频率范围：垂直振动频率：4-8Hz，水平振动频率：2Hz以下。①当M上升则K上升，这样才能保证n为常数，悬架为变刚度悬架。②若K为一定，若M上升则f上升，此时n会下降。说明空车行驶车身自然振动频率比满载行驶时的要高。③M一定时，K越小，n越低，但垂直变形越大。为了使簧载质量从相当于汽车空载到满载的范围内变化时，车身自然振动频率保持不变或变化很小．就需要将悬架刚度做成可变的，即空车时悬架刚度小，而载荷增加时，悬架刚度随之增加。K=Mg/f第十一章悬架系统5、悬架分类按结构特征分：非独立悬架：两侧车轮由一整体式车桥相连，车轮和车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架下面；独立悬架：每一侧的车轮单独地通过弹性悬架悬挂在车架下，车桥是断开的；从弹性元件分：螺旋弹簧悬架、钢板弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、气体弹簧悬架；被动悬架、半主动悬架、主动悬架（根据使用状态，固定和调整悬架参数，一般由电脑改变刚度和阻尼）。第十一章悬架系统非独立悬架独立悬架第十一章悬架系统二、弹性元件1、分类：金属弹簧：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧非金属弹簧：气体弹簧、橡胶弹簧。2、钢板弹簧分类：多片式、少片式、变断面式；对称式、非对称式。断面形式：梯形、双槽形、单槽形。开槽为了平衡上下抗拉和抗压的能力，减少M。第十一章悬架系统结构：钢板弹簧、中心螺栓、弹簧夹钢板弹簧是应用最广泛。最常用的是若干片不等长（厚度可等可不等）的合金弹簧片组成的近似等强度弹性梁。除了能承受垂直载荷外，各弹簧间的摩擦起一定减振作用，钢板弹簧还兼导向机构作用。缺点：弹簧间的摩擦是不利的，有噪声，需润滑防污，质量大。（改进：用单片或少片变截面钢板弹簧）。一定的摩擦能促进振动的衰减，但各片间的干摩擦降低了悬架缓和冲击的能力，加剧磨损，故片间要加较稠润滑剂。要定期保养。钢板弹簧作导向机构时，摩擦作用起到一定的减振作用，为了消除噪声，可在簧片间加塑料垫片。第十一章悬架系统第五节悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统3、螺旋弹簧广泛用于独立悬架。刚度不可变。优点：无需润滑，不忌泥污，安装所需纵向空间不大，这样可给转向轮很大空间，弹簧本身质量小。缺点：只能承受垂直载荷，且无减振作用，故需另设导向和减振机构。4、扭杆弹簧一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上。优点：质量小，无需润滑，可调节车身高度，悬架刚度可变(结合导向机构)；缺点：加工复杂，无阻尼导向作用。左右不能互换。（扭簧出厂时加设预加扭力，扭力方向与实际工作承受扭转方向相同，这样减少工作时的实际应力）第十一章悬架系统第十一章悬架系统5、气体弹簧分类：空气弹簧、油气弹簧空气弹簧（囊式空气弹簧，膜式空气弹簧）油气弹簧（单气室式，双气室式，两极压力室）单气室式油气弹簧（油气分隔式，油气不分隔式）优点：弹簧刚度可变。载荷增加，刚度大；载荷减少，刚度小，易实现对汽车悬架的控制。缺点：高度尺寸较大，难布置，密封环节多，易漏气。6、橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用。优点：可承受压缩与扭转载荷。单位质量的储能比金属弹簧的多，隔音性能好，可兼用作悬架副弹簧和缓冲块。缺点：不能承受拉伸载荷，不能用作导向机构。第十一章悬架系统第十一章悬架系统空气弹簧，刚度可变，调整车身高度。第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统三、减振器为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性，在大多数汽车的悬架系统内都装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的。分为双向作用式减振器和单向作用式减振器。1、液力减振器的基本原理当车架和车桥做往复运动时，而活塞在缸筒内往复移动时，减振器壳内的油液反复从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一腔，孔壁与油液间的摩擦与液体分子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，被油液和减振器壳体吸收，散到大气中。减振器的阻尼力的大小随车架与车桥(或车轮)的相对速度的增减而增减，并且与油液粘度有关。第十一章悬架系统第十一章悬架系统2、对减振器的要求减振器的阻尼力愈大，振动消除得愈快，但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾，对减振器提出如下要求：①在悬架压缩行程（车桥车架相互移近）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；②在悬架伸张行程减振器阻尼力应大，迅速减振。③当车轮（车桥）与车架的相对速度过大时，减振器应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范围内，避免承受过大的载荷。第十一章悬架系统3、双向作用筒式减振器构成：上工作腔、下工作腔、储油腔、伸张阀、流通阀、压缩阀、补偿阀、活塞。l油压和簧力同向时，阀关闭；油压和簧力反向时，阀开启。l伸张阀和压缩阀弹簧较强，预紧力大，是卸载阀（只有当油压增加到一定程度，阀才能开启，而当油压减低到一定程度，阀自动关闭）；流通阀和补偿阀弹簧弱，是一般的单向阀。第十一章悬架系统（1）压缩行程：当车轮滚上凸起或驶离凹坑时，工作缸筒上升，相应的活塞下移，减振器受压，下腔体积减少，油液经流通阀进入上腔，由于活塞杆的存在，上腔内增加的容积小于下腔减少的容积，故一部分油经压缩阀流回储油缸。（2）伸张行程：车轮滚进凹坑或驶离凸起时，同理，减振器受拉，活塞向上移动。上腔油压升高，流通阀关闭。上腔油液经伸张阀4流入下腔。同样，由于活塞杆的存在，来自上腔和油不够充满下腔增加的容积，产生一定的真空度，此时打开补偿阀7。阀以及一些常通的缝隙的节流作用造成悬架伸张运动的阻尼力。第十一章悬架系统伸张阀弹簧刚度和预紧力比压缩阀的大，在同样的油压下，伸张阀和补偿阀常通孔截面积之和小于流通阀+压缩阀+常通孔截面积之和。这保证了减振器在伸张行程内的阻尼力比压缩行程产生的阻尼力大的多。压缩阀的节流作用应随活塞运动速度而变化。当活塞速度很慢（车架车身振动很慢）时，油压不足以克服压缩阀的弹簧力，此时多余部分的油通过常通的缝隙流回储油缸；活塞速度很大时（车身剧振），油压剧增，打开压缩阀，油在很短时间内通过大通道流回储油缸，使油压和阻尼力不超过一定限度。同样伸张过程阻尼力随速度的变化保持在一定限度内。第十一章悬架系统四、非独立悬架非独立悬架因其结构简单，工作可靠，而被广泛应用于汽车的前后悬架，而轿车中仅用于后桥。1、类型：钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧非独立悬架。2、钢板弹簧非独立悬架弹簧支承方式：固定卷耳、活动吊耳、滑板支承、橡胶支承类型：纵置板簧式非独立悬架，用于一般的前后悬架；主副钢板弹簧并联式纵置板簧式非独立悬架，一般用于货车后悬架，适应载荷大幅度变化，如EQ1090E第十一章悬架系统非独立悬架第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统渐变刚度钢板弹簧第十一章悬架系统渐变刚度钢板弹簧式纵置板簧式非独立悬架，也是由主副弹簧组成，副簧是逐渐起作用，悬架刚度变化较平稳，改善了行驶平顺性。钢板弹簧不仅起到弹性元件作用，还起到导向机构作用。主副弹簧布置形式：上置副簧、下置副簧3、螺旋弹簧非独立悬架一般只用于轿车的后悬架，同时需导向机构。4、空气/油气弹簧非独立悬架容易实现车身高度的调节，主要特点是悬架具有可变刚度特性。第十一章悬架系统五、独立悬架随着汽车速度的不断提高，非独立悬架已不能满足行驶平顺性和操纵稳定性等方面提出的要求。因此独立悬架获得了很大的发展。独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。优点：（1）在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动，互不影响，在不平路上行驶时可减少车架和车身的振动，有助于消除转向轮不断偏摆的不良现象；（2）减少了汽车的非簧载质量。在道路条件和车速条件相同的情况下，非簧载质量愈小，则悬架所受的冲击载荷愈小，可提高汽车的平均行驶速度；第十一章悬架系统（3）采用断开式桥，发动机总成的位置可降低和前移，使汽车重心降低，提高汽车行驶稳定性；（4）某些越野车全部使用独立悬架，可使车轮与路面良好接触。（5）可提高汽车的离地间隙，提高通过性。缺点：结构复杂，制造成本高。一般情况下，车轮跳动时由于车轮外倾角与车距变化较大，轮胎磨损严重。1、分类（按车轮运动形式）1)车轮在汽车横向平面内摆动的悬架(横臂式独立悬架)2)车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架(纵臂式独立悬架)3)车轮沿主销移动的悬架，其中包括：烛式悬架和麦弗逊式悬架(滑住连杆式悬架)4)车轮在汽车的斜向平面内摆动（单斜臂式独立悬架）第十一章悬架系统第十一章悬架系统2、横臂式独立悬架单横臂式独立悬架：车轮平面倾斜，改变轮距，会使轮胎产生侧向滑移，并影响车轮外倾或主销内倾角特点：结构简单、紧凑且布置方便等，多用于车速不太高的重型越野车上。双横臂式独立悬架：等长：等长的摆臂在上下跳动时，轮距变化很大，增加了车轮侧滑的可能性。不等长：如设计得当，可使车轮和主销的角度以及轮距变化都很小（红旗CA7560型轿车的前悬架）。第十一章悬架系统第十一章悬架系统结构特点：（1）采用球头结构代替主销，无主销式。上下球头销的连心线相当于主销轴线，转向轮即绕此轴线偏转；（2）主销后倾角由移动上摆臂在摆臂轴上的位置来调整；（3）前轮外倾角由加在摆臂轴与固定支架间的调整垫片调整；（4）主销内倾角和车轮外倾角的关系被转向节结构所确定，故调整外倾角后，主销内倾角自然正确。第十一章悬架系统第十一章悬架系统第十一章悬架系统3、纵臂式(国外又叫拖曳式)单纵臂式独立悬架：不用在转向轮上，影响主销后倾角。雷诺-5轿车后悬架，一般配有扭杆减振器；双纵臂式独立悬架：等长，保持后倾角不变，结构复杂。4、车轮沿主销移动的悬架烛式悬架：车轮沿固定不动的主销轴线运动，定位参数变化不大，适于转向轮。侧向力由主销上的长套筒与主销承受，主销磨损严重，目前较少采用。麦弗逊式（滑柱连杆式）悬架：车轮沿摆动的主销轴线移动，增加了两前轮内侧的空间，便于发动机和其他机件的布置。Audi100，桑塔纳等第十一章悬架系统第十一章悬架系统第五节悬架系统螺旋弹簧减振器转向节滑柱式(MacPhersonType)---麦弗逊式第十一章悬架系统第十一章悬架系统5、斜臂式独立悬架（自学）兼具单横臂和单纵臂式的特点，多用于后轮驱动汽车的后悬架上（宝马5系，福特sierra等）六、横向稳定器减少侧倾，增大侧倾刚度，来调整汽车的转向特性（不足、过度和中性转向），由于现代汽车的悬架一般较软，在高速转向时，车身会产生很大的很向倾斜和横向角振动，为减少横向倾角，一般在悬架中添加横向稳定器—杆式横向稳定器，工作