9汽车发动机

课题9悬架•9.1概述•9.2弹性元件•9.3横向稳定装置•9.4减振器•9.5非独立悬架•9.6独立悬架•9.7悬架检修及常见故障的诊断与排除返回9.1概述•汽车悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间传力装置的总称。它具有以下功用。•(1)对不平整路面所造成的汽车行驶中的各种摇摆和振动等，与轮胎一起，予以吸收和减缓，从而保障乘客和货物的安全，并提高驾驶稳定性。•(2)将路面与车轮之间的摩擦所产生的驱动力和制动力，传输至车架和车身。•(3)支撑车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。返回下一页9.1概述•悬架系统由弹性元件、减振器和导向装置三部件组成。•(1)弹性元件:承受并传递垂直载荷，缓和不平路面引起的冲击，使车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间保持弹性连接。•(2)减振器:用于衰减振动，提高乘坐舒适性。•(3)导向装置(包括横向导杆和纵向推力杆):用来传递除垂直力以外的各种力和力矩，并确定车轮相对于车架(或车身)的运动关系。•上述三部分装置所起作用的侧重点不同，分别是缓冲、减振和导向，但三者共同的任务是传递车轮与车架之间的各种力和力矩，控制车身的各种振动。下一页返回上一页9.1概述•汽车悬架可分为两大类:非独立悬架和独立悬架。•1.非独立悬架•非独立悬架的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上，车轮和车桥一起通过弹性元件悬挂在车架(或车身)下面。当一侧车轮因路面不平等原因相对于车架(或车身)的位置发生变化时，另一侧车轮的位置也随之发生变化。•2.独立悬架•独立悬架则是两侧车轮各自独立地通过弹性元件悬挂在车架(或车身)下面，其配用的车桥都是断开式车桥。这样，当一侧车轮相对于车架(或车身)位置发生变化时，对另一侧车轮几乎不产生影响。上一页返回9.2弹性元件•图9-6(a)所示为自由状态的钢板弹簧，它是由若干片长度不同、等宽等厚(或厚度不等)的弹簧钢片叠加而成的，整体上构成了近似于等强度的弹性梁。图9-6(b)为装配后的钢板弹簧示意图。安装后，钢板弹簧两端自然向上弯曲，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，起到缓冲、减振的作用。另外，钢板弹簧纵向布置时还具有导向传力的作用。钢板弹簧适用于一些非承载车身的硬派越野车及中大型的货卡车上，可省去导向装置和减振器，结构简单。钢板弹簧的中部通过U型螺栓(又称骑马螺栓)固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲、减振、传力的作用。多片钢板弹簧的各片钢板叠加成倒三角形状，最上端的钢板最长，最下端的钢板最短，钢板的片数与支撑汽车的质量和减振效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大。下一页返回9.2弹性元件•但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声。摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺。因此，在承载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。•有些少片钢板弹簧仅用一片钢板弹簧，它与多片钢板弹簧相比除了减少噪声和不会摩擦外，还可以节省材料，减轻质量，便于布置，降低整车高度，具有良好的平顺性。•一般来说，钢板弹簧越长就越软，钢板弹簧中钢板数目越多，其承重能力越强，但弹簧会变硬而有损乘坐舒适。上一页下一页返回9.2弹性元件•螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤其是前轮独立悬架中。在有些轿车上，后轮非独立悬架中也使用螺旋弹簧作为弹性元件。•螺旋弹簧是缓冲元件，形似螺旋线而得名，它具有不需润滑，不怕污垢，质量小且占空间位置少的优点。当路面对轮子的冲击力传到螺旋弹簧时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能，转换为螺旋弹簧的弹性势能，从而缓和了地面的冲击对车身的影响。但是，螺旋弹簧本身不消耗能量，储存了势能的弹簧将恢复原来的形状，把位能重新变为动能。如果单独使用弹簧而没有消振元件，一些轻型汽车就会像杂技演员跳“蹦蹦床”一样，受到一次冲击后连续不断地上下运动。因此，螺旋弹簧本身没有减振作用，并且只能承受垂直载荷，故螺旋弹簧悬架中必须另装减振器和导向机构。上一页下一页返回9.2弹性元件•1.单级压力式油气弹簧的结构•单级压力式油气弹簧如图9-8所示。它由球形气室10和液力缸两部分组成。球形气室固定在液力缸上端，其内腔用橡胶油气隔膜11将气室分隔成两部分:一侧为气室，可经充气阀14向内充入高压氮气，构成气体弹簧;另一侧为油室与液力缸连通，其内充满减振油液，相当于液体减振器。液力缸由缸筒2、活塞3和阻尼阀座6等组成。活塞通过螺纹装在导向筒上端，导向筒下端用球铰链与车桥相连。车桥与车架相对运动时，导向筒可在缸筒内上下移动。缸筒上端与缸盖用螺栓连接，缸盖通过上球座固定在车架上，阻尼阀座安装在缸盖内。阀座上沿圆周方向均布六个孔，对称相隔地装有两个压缩阀12、两个伸张阀13和两个加油阀8。阀座的中心和边缘各有一个通孔，使液力缸和球形气室的油室相通。上一页下一页返回9.2弹性元件•2.单级压力式油气弹簧的工作原理•(1)静止时加油阀开启，从加油孔注入的油液可流入液力缸。•(2)当载荷增加时，车架与车桥靠近，活塞上移使其上方容积减小，迫使油液经压缩阀和阻尼阀座的中心和边缘上的小孔进入球形室，从而推动膜片向具有一定压力的氮气一方移动，使氮气室容积减小，压力升高，油气弹簧刚度变大，车架下降减缓。当外界载荷等于氮气压力时，活塞便停止上移，车架和车桥的相对位置不再变化。上一页下一页返回9.2弹性元件•(3)当载荷减小时，油气隔膜在氮气压力作用下向油室一方移动，迫使油液经伸张阀和阻尼阀座的中心及边缘小孔流向液力缸，推动活塞下移，从而使弹簧刚度减小，直到外部载荷与氮气压力相平衡时，活塞才停止下移。•由于氮气储存在定容积的密封气室内，氮气的压力随外界载荷的大小而变化，故油气弹簧具有可变刚度的特性。油气弹簧具有行驶平顺性好，体积小，寿命长，容易实现车身高度自动调节等优点。上一页下一页返回9.2弹性元件•当橡胶弹簧由于外力作用而变形时，便产生内部摩擦，以吸收振动。橡胶弹簧的优点包括:①可以制成任何形状;②使用时无噪声;③不需要润滑。但橡胶弹簧不适于支撑重载荷。所以，橡胶弹簧主要用作辅助弹簧，或用作悬架部件的衬套、垫片、垫块、挡块等其他支撑件。•图9一10所示的金属杆1即为扭杆弹簧总成的扭杆，它是由具有扭曲刚性弹簧钢制成的，其表面经过加工变得很光滑，扭杆的断面常为圆形，少数为矩形或管形。两端可制成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形，以便将一端固定在车架3上，另一端固定在摆臂2上，摆臂则与车轮相连。为了保护其表面，有的扭杆弹簧采用了保护套，以防止剐伤和腐蚀。扭杆的末端有调整部件，用来调整其扭转刚度。•当车轮跳动时，摆臂2绕扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，以保证车轮与车架的弹性连接。有的扭杆由一些矩形断面的薄扭片组合而成，这样的弹簧更为柔软。扭杆弹簧具有一定的预扭应力，安装时左右扭杆不能互换，为此，扭杆刻有不同的标记。上一页返回9.2弹性元件9.3横向稳定装置•对于弹簧较软的悬架，当汽车转向(特别是高速转向)时，由于离心力的作用，引起车身横向倾斜及横向振动。为了提高行驶平顺性，有的汽车在前桥前部或后部(或独立悬架前后桥)安装横向稳定扭杆。横向稳定扭杆4弯成梯形，中部两点自由地支撑在车架的套筒2上，两侧末端通过左、右连接臂与车桥相连接。当汽车行驶在不平坦的路面上时，若双轮一起跳动，扭力杆基本上不扭转。当一侧车轮上下跳动或车身由于转向等原因而倾斜时，因为连接臂长度为定值，所以，扭力杆两端产生相反的扭转，有效地减小了车身的侧倾角，提高了行驶的平稳性。返回9.4减震器•汽车在不平的道路上行驶时，车身将产生振动。为了加速振动的衰减，改善汽车行驶平顺性，汽车悬架系统都装有减振器。•悬架系统广泛采用液力减振器，其作用原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量。当车架和车桥相对运动时，减振器内的油液反复地经一些窄小的孔隙从一个腔室流入另一腔室。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦等，便形成阻尼力，从而将车身振动的机械能转化为热能被油液和壳体吸收，并散入大气中。阻尼力的大小可通过油液通道的面积、阀门弹簧刚度及油液的豁度等来控制。下一页返回9.4减震器•减振器阻尼力越大，振动消除得越快。但阻尼力过大将导致弹簧的缓冲作用不能充分发挥，甚至使某些连接件损坏。为使减振器与弹性元件协调工作，减振器应满足如下要求。•(1)在悬架压缩行程内(车架与车桥相互靠近)，减振器的阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性来缓和冲击。•(2)在悬架伸张行程内(车架与车桥相互远离)，减振器的阻尼力应较大(约为压缩行程的2-5倍)，以求迅速减振。•(3)当车桥与车架的相对运动速度过大时，减振器应能自动加大油液通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，避免承受过大的冲击载荷。•目前，汽车上广泛采用双向作用筒式减振器。双向作用筒式减振器一般由几个同心缸筒(防尘罩、储油缸筒、工作缸筒)、活塞、若干个阀门(伸张阀、流通阀、压缩阀、补偿阀)组成上一页下一页返回9.4减震器•双向作用筒式减振器的工作原理如下。•(1)压缩行程:车桥靠近车架，减振器受压缩，活塞下移，工作缸下腔容积减小，上腔容积增大。下腔油压高于上腔，油液压开流通阀进入上腔。由于活塞杆占去上腔部分容积，因此，使上腔增加的容积小于下腔减小的容积，致使下腔油液不能全部流入上腔，而多余的油液则从压缩阀6进入储油缸筒。这些阀的流通面积不大，因而便造成一定的阻尼力。•(2)伸张行程:车桥远离车架，减振器被拉长，活塞上移，使上腔容积减小，下腔容积增大，上腔油压高于下腔，油液推开伸张阀4流入下腔。同样，由于活塞杆的存在致使下腔产生一定的真空度，这时，储油缸筒内的油液在真空吸力的作用下打开补偿阀流入下腔。油液流经这些阀时便产生了阻尼力上一页下一页返回9.4减震器•由于伸张阀弹簧刚度和预紧力比压缩阀的大，且伸张行程油液通道截面也比压缩行程的小(图中未画出)，所以，减振器在伸张行程所产生的最大阻尼力远远超过了压缩行程的最大阻尼力，因而在压缩行程是弹性元件起主要作用，伸张行程则是减振器起主要作用。•汽车每行驶4000km之后，应对减振器进行检查和维护。减振器的性能的好坏可以按照以下的简易判断方法判断。•(1)在汽车行驶一段路程后，用手抚摸减振器外壳，有温热感为正常。如拆下检查时，拉伸阻力大于压缩阻力的为好。•(2)观察有无漏油现象，如有漏油，一般为活塞杆油封损坏。上一页返回9.5非独立悬架•钢板弹簧被用作非独立悬架的弹性元件，由于它兼起导向机构的作用，使得悬架系统大为简化。如图9一13所示。这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。它中部用U型螺栓将钢板弹簧固定在车桥上。悬架前端为固定铰链，也叫死吊耳。它由钢板弹簧销钉将钢板弹簧前端卷耳部与钢板弹簧前支架连接在一起，前端卷耳孔中为减少磨损装有衬套。后端卷耳通过钢板弹簧吊耳销与后端吊耳与吊耳架相连，后端可以自由摆动，形成活动吊耳。当车架受到冲击弹簧变形时两卷耳之间的距离有变化的可能。下一页返回9.5非独立悬架•中型货车的悬架在主钢板弹簧上加装副钢板弹簧，成为变刚度的钢板弹簧。在空载或装载质量不大的情况下，副簧不承受载荷仅由主簧来承受。在重载或满载的情况下，车架相对车桥下移，使车架上的副簧滑板式支座与副簧接触，即主簧与副簧共同发挥作用，悬架刚度得到提高。这类悬架的特点是副簧逐渐随载荷增加到一定程度时而参加工作，由于悬架刚度变化较突然，对汽车行驶平顺性不利。上一页下一页返回9.5非独立悬架•为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧，如图9一15所示。如南京汽车工业公司引进的依维柯后悬架。其由厚度为9mm的4片(或3片)主簧3和厚度为15mm的4片(或5片)副簧4组成几种车型渐变刚度钢板弹簧。在小载荷状况时，仅主簧起作用，而当载荷增到一定值时，主簧与副簧接触，共同发挥作用，悬架刚度得到提高，弹簧特性变为非线性的，当副簧全部参加工作后，弹簧特性又变成线性的。这类悬架特点是副簧逐渐随载荷增加而参加工作，因此悬架刚度的变化平稳，改善了汽车行驶平顺性能。上一页下一