8项目八--悬架的构造与维修

项目八悬架的构造与维修汽车底盘构造与维修项目八悬架的构造与维修任务一悬架的认知一、悬架的功用和分类1．悬架的功用悬架（图8-1）是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。悬架具有如下的功用：（1）连接车架（或车身）和车轮，把路面作用到车轮的各种力传给车架（或车身）。（2）缓和冲击、衰减振动，使乘坐舒适，具有良好的平顺性。（3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。图8-1悬架在汽车上的安装位置项目八悬架的构造与维修2．悬架的分类汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架（图8-2）。图8-2非独立悬架与独立悬架的示意图项目八悬架的构造与维修非独立悬架的特点是左右车轮安装在一根整体式车桥两端，车桥则通过悬架与车架相连。当一侧车轮发生位置变化后会导致另一侧车轮的位置也发生变化。独立悬架的结构特点是车桥做成断开的，每一侧车轮单独通过悬架与车架（或车身）连接。与非独立悬架相比较，汽车采用独立悬架有以下优点：（1）两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路上可减少车架和车身的振动，而且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（即不由弹簧支承的质量）。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，悬架受到的冲击载荷也就越小，因而采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。项目八悬架的构造与维修（3）由于采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车重心下降，因而可提高汽车的行驶稳定性；同时由于难予了车轮较大的上下运动的空间，故可以将悬架刚度设计得较小，以降低车身振动频率，改善行驶平顺性。（4）越野汽车全部车轮采用独立悬架还可保证汽车在不平道路上行驶时，所有车轮和路面有良好的接触，从而可增大牵引力；此外，可增大汽车的离地间隙，使汽车的通过性能大大提高。由于具有以上优点，独立悬架被现代汽车广泛采用。但是，独立悬架结构复杂，制造成本高，保养维修不便，在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大，轮胎磨损较严重。项目八悬架的构造与维修二、悬架的结构现代汽车的悬架虽有不同的结构形式，但一般都由弹性元件、减振器、导向机构等组成，轿车一般还有横向稳定器。悬架的组成如图8-3所示。弹性元件使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间做弹性连接，可以缓和由于不平路面带来的冲击，并承受和传递垂直载荷。减振器可以衰减由于路面冲击产生的振动，使振动的振幅迅速减小。导向机构包括纵向推力杆和横向推力杆，用于传递纵向载荷和横向载荷，并保证车轮相对于车架（或车身）的运动关系。横向稳定器可以防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜。项目八悬架的构造与维修图8-3悬架的组成项目八悬架的构造与维修1．弹性元件汽车上常用的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和油气弹簧等。1）钢板弹簧钢板弹簧也称叶片弹簧，其结构如图8-4所示，在车桥靠近车架或车身时靠钢板弹簧的弹性形变来起缓冲作用，并在车桥靠近和离开车架或车身的整个过程中，通过各片相互之间的滑动摩擦，部分衰减路面的冲击作用。一副钢板弹簧通常由很多曲率半径不同、长度不等、宽度一样、厚度相等的弹簧钢板片叠成，在整体上近似等强度的弹性梁。第一片最长的钢板弹簧，称为主片，其两端或一端弯成卷耳状。在钢板弹簧全长内装有２～４个钢板夹。钢板弹簧的中部通过“Ｕ”形螺栓和压板与车桥刚性固定，两端用销子铰接在车架的支架和吊耳上。项目八悬架的构造与维修图8-4钢板弹簧结构项目八悬架的构造与维修2）螺旋弹簧螺旋弹簧广泛应用于独立悬架，有些轿车的后轮非独立悬架也采用螺旋弹簧做弹性元件。螺旋弹簧如图8-5所示，由特殊的弹簧钢棒卷制而成，可以制成圆柱形或圆锥形，也可以制成等螺距或不等螺距。圆柱形等螺距螺旋弹簧的刚度是不变的，圆锥形或不等螺距螺旋弹簧的刚度是可变的。螺旋弹簧与钢板弹簧相比，无需润滑，防污能力强，质量小，单位质量的能量吸收率较高。但是，螺旋弹簧本身减振作用很差，因此在螺旋弹簧悬架中，必须另装减振器；螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须加装导向装置，以传递垂直力以外的各种力和力矩。项目八悬架的构造与维修图8-5螺旋弹簧项目八悬架的构造与维修3）扭杆弹簧扭杆弹簧是一根由铬钒弹簧钢制成的扭杆，如图8-6所示。扭杆一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上，摆臂则与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线而摆动，使扭杆产生扭转导致弹性变形，以保证车轮与车架的弹性联系。扭杆弹簧在制造时，经热处理后预先施加一定的扭转力矩，使之产生一个永久的扭转变形，从而使其具有一定的预应力。左、右扭杆的预加扭转的方向都与扭杆安装在车上后承受工作载荷时扭转的方向相同，目的是减少工作时的实际应力，以延长使用寿命。如果左、右扭杆换位安装，则将导致扭杆弹簧的实际工作应力加大，使用寿命缩短。因此，左右扭杆弹簧刻有不同的标记，不可互换。项目八悬架的构造与维修图8-6扭杆弹簧示意图项目八悬架的构造与维修2．减振器1）减振器的功用及原理减振器在汽车中的作用是迅速衰减由车轮通过悬架弹簧传给车身的冲击和振动，提高汽车行驶的平顺性能。减振器在汽车悬架中是与弹性元件并联安装的（图8-7）。图8-7减振器和弹性元件的安装示意图项目八悬架的构造与维修目前，汽车悬架系统中广泛采用液压减振器，其基本原理如图8-8所示。当车架与车桥作往复的相对运动而使活塞在缸筒内往复移动时，减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一个内腔，此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内的摩擦便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所吸收，然后扩散到大气中。减振器阻尼力的大小随车架与车桥（或车轮）间相对速度的变化而增减，并且与油液的黏度有关。阀门越大，阻尼力越小，反之亦然。相对运动速度越大，阻尼力越大，反之亦然。阻尼力越大，振动的衰减越快，但悬架弹性元件的缓冲效果不能发挥，乘坐也不舒适，因此弹性元件的刚度与减振器的阻尼力要合理搭配，才能保证乘坐舒适性和操纵稳定性的要求。项目八悬架的构造与维修图8-8液压减振器的基本原理2）双向作用筒式减振器目前在汽车上应用最广泛的液力减振器是双向作用式减振器，它在伸张行程和压缩行程都具有阻尼减振作用。双向作用筒式减振器如图8-9所示。双向作用筒式减振器在内筒和外筒之间设计了补偿孔，它可以调整油液量以适应活塞杆的移动体积。项目八悬架的构造与维修图8-9双向作用筒式减振器的结构及工作原理项目八悬架的构造与维修如图8-9a）所示，在节流孔①上设置阀门，节流孔②没有阀门。压缩时，阀门①打开，下腔的油液通过节流孔①和②流到上腔，使活塞容易下行。伸张时，阀门①关闭，上腔的油液只能通过节流孔②流回下腔，使活塞上行阻尼增大。这样就实现了减振效果，它可以很快的吸收路面冲击，但汽车在坏路上行驶时的行驶平顺性较差。如图8-9b）所示，在节流孔②上设计阀门②，伸张时油液通过节流孔②，压缩时油液通过节流孔①，因此在压缩和伸张时都受到阻尼力。对于激烈的车身振动，下腔的油液在伸张时通过补偿阀上的节流孔流入补偿腔，产生阻尼力；压缩时补偿阀打开，油液无阻尼地通过补偿阀。补偿腔的上部有氮气，可以被油液压缩。项目八悬架的构造与维修3．横向稳定器横向稳定器如图8-10和图8-11所示。横向稳定器利用扭杆弹簧原理，将左右车轮通过横向稳定杆连接起来。在车身倾斜时，稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是横向稳定杆便被扭转。弹性的稳定杆产生的扭转内力矩就阻碍了悬架弹簧的变形，从而减少车身的横向倾斜。图8-10横向稳定器项目八悬架的构造与维修图8-11横向稳定器的作用项目八悬架的构造与维修三、非独立悬架非独立悬架结构简单，工作可靠，一些轿车的后悬架中采用这一结构类型。按照采用弹性元件的不同，非独立悬架可以分为钢板弹簧式非独立悬架和螺旋弹簧式非独立悬架。1．钢板弹簧非独立悬架图8-12为钢板弹簧式非独立悬架。钢板弹簧中部通过U形螺栓（骑马螺栓）固定在前桥上。钢板弹簧的前端卷耳用弹簧销与前支架相连，形成固定式铰链支点，起传力和导向作用；而后端卷耳则用吊耳销与可在车架上摆动的吊耳相连，形成摆动式铰链支点，从而保证了弹簧变形时两卷耳中心线间的距离有改变的可能。项目八悬架的构造与维修减振器的上、下两个吊环通过橡胶衬套和连接销分别与车架上的上支架和车桥上的下支架相连接。盖板上装有橡胶缓冲块，以限制弹簧的最大变形，并防止弹簧直接碰撞车架。图8-12钢板弹簧式非独立悬架项目八悬架的构造与维修2．螺旋弹簧非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架由螺旋弹簧、减振器、纵向推力杆和横向推力杆组成。一般只用于轿车的后悬架，如图8-13所示。图8-13螺旋弹簧非独立悬架项目八悬架的构造与维修四、独立悬架1．横臂式独立悬架横臂式独立悬架分为单横臂式和双横臂式两种，目前单横臂式独立悬架应用较少。双横臂式独立悬架的两个横摆臂有等长的和不等长的，如图8-14所示。摆臂等长的独立悬架当车轮上下跳动时，虽然车轮平面不倾斜、主销轴线的方向也不发生变化，但轮距发生较大的变化，这将引起车轮的侧滑和轮胎的磨损。而摆臂不等长的独立悬架当车轮上下跳动时，虽然车轮平面、主销轴线、轮距都发生变化，但如果选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大，这种独立悬架被广泛用在轿车前轮上。项目八悬架的构造与维修图8-14双横臂式独立悬架示意图项目八悬架的构造与维修2．纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架也分为单纵臂式和双纵臂式两种。单纵臂式独立悬架如果用于前轮，车轮上下跳动时会使主销后倾角变化很大，所以单纵臂式独立悬架都用于后轮。双纵臂式独立悬架的两纵摆臂一般长度相等，形成平行四连杆机构，如图8-15所示。这种悬架当车轮上下跳动时，车轮外倾角、轮距和主销后倾角都不发生变化，所以适用于前轮。图8-15双纵臂式独立悬架项目八悬架的构造与维修3．烛式独立悬架图8-16为烛式独立悬架，主销的上下两端刚性地固定在车架上。套在主销上的套管固定在转向节上。套管的中部固定装着螺旋弹簧的下支座。筒式减振器的下端与转向节相连，上端与车架相连。悬架的摩擦部分套着防尘罩。通气管与防尘罩内腔相通，以免罩中空气被密封而影响悬架的弹性。烛式独立悬架的优点是当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，仅轮距、轴距稍有改变；有利于汽车的转向操纵性和行驶稳定性。缺点是侧向力全部由套筒和主销承受，两者间的摩擦阻力大，磨损严重。因此，这种结构形式目前很少采用。项目八悬架的构造与维修图8-16烛式独立悬架项目八悬架的构造与维修4．麦弗逊式独立悬架麦弗逊式悬架是目前轿车和某些轻型客车应用比较普遍的悬架结构形式。如图8-17所示，筒式减振器为滑动立柱，横摆臂的内端通过铰链与车身相连，外端通过球铰链与转向节相连。减振器的上端与车身相连，减振器的下端与转向节相连，车轮所受的侧向力大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器活塞和活塞杆承受。筒式减振器上铰链的中心与横摆臂外端球铰链中心的连线为主销轴线，此结构也为无主销结构。当车轮上下跳动时，减振器下支点随前悬架摇臂摆动，故主销轴线角度是变化的，这说明车轮是沿着摆动的主销轴线而运动。烛式独立悬架和麦弗逊式独立悬架都属于车轮沿主销移动的独立悬架，烛式独立悬架的车轮沿固定不动的主销移动，麦弗逊式独立悬架的车轮沿摆动的主销轴线移动。项目八悬架的构造与维修图8-17麦弗逊式独立悬架项目八悬架的构造与维修5．多连杆式独立悬架独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力、垂直力以及纵向力需增设导向装置，即采用杆件来承受和传递这些力，因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多连杆式悬架，如图8-18所示。上连杆用上连杆支架与车身（或车架）相连，上连杆外端与第三连杆相连。上连杆的两端都装有橡胶隔振套。第三连杆的下端通过重型止推轴承与转向节连接。下连杆与普通的下摆臂相同，其内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接，球铰将下连杆的外端与转向节相连。多杆前悬架系统的主销轴线从下球铰延伸到上面的轴承，它与上连杆和第三连杆无关。项目