汽车的悬架概要PPT课件.ppt

汽车底盘构造主讲教师 徐家鹏 2020 1 27 1 2020 1 27 第2页 第二十二章悬架第一节概述 悬架是车架 或承载式车身 与车桥 或车轮 之间的所有传力连接装置的总称 2020 1 27 第3页 1 弹性元件 3 导向机构 4 横向稳定器 2 减振器 一 悬架的功用和组成 2020 1 27 第4页 二 悬架系统的自然振动频率悬架系统的振动频率与汽车的平顺性 也称舒适性 有直接关系 n 悬架的振动频率 M 簧载质量 C 悬架刚度 C M g f f 悬架垂直变形 挠度 悬架频率n随簧载质量的变化而变化 人体最舒适的频率范围为1 1 6Hz 如果要将汽车行驶过程中的频率保持在1 1 6Hz内 最好采用变刚度悬架 2020 1 27 第5页 1 非独立悬架特点 对应整体式车桥 一侧车轮跳动必然引起另一侧车轮跳动 2 独立悬架特点 对应断开式车桥 一侧车轮的跳动不影响另一侧车轮 三 汽车悬架的类型 2020 1 27 第6页 功用 传递垂直载荷 缓和冲击振动 分类 金属的 钢板弹簧 扭杆弹簧 螺旋弹簧 非金属的 气体弹簧 橡胶弹簧 第二节弹性元件 2020 1 27 第7页 一 钢板弹簧钢板弹簧是由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁 多数情况下由多片弹簧组成 是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件 2020 1 27 第8页 装配方法 中心螺栓 用来连接各弹簧片 并保证各片装配的相对位置 弹簧夹 当钢板弹簧反向变形时 将载荷从主片传到下面各片 防止主片单独承载 并防止各片横向相对移动 铆钉 将弹簧夹接在最下一片钢板上 以免钢板弹簧变形时松脱下来 同时也要保证弹簧变形时钢板可移动 整个钢板弹簧一般通过U型螺栓连接在车桥上 用于货车后悬架可以不装减振器 2020 1 27 第9页 钢板弹簧 2020 1 27 第10页 一些轻型货车和客车采用由单片或2 3片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧 其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的 片宽保持不变 它可以实现汽车的轻量化 2020 1 27 第11页 二 螺旋弹簧螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成 常用于各种独立悬架 其优点是不需润滑 不忌污垢 所需空间小 质量轻 缺点是只能承受垂直载荷 没有减振作用 需另装减振器及导向机构 2020 1 27 第12页 三 扭杆弹簧扭杆弹簧是一根由弹簧钢制成的杆 断面多为圆形 少数为矩形和管形 一端固定在车架上 另一端固定在悬架的摆臂上 摆臂与车轮相连 当车轮跳动时 摆臂绕着扭杆轴线摆动 使扭杆产生扭转弹性变形 借以保证车轮与车架的弹性联系 2020 1 27 第13页 四 气体弹簧气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体 气压为0 5 1Mpa 利用气体可压缩性实现弹簧的作用 气体弹簧的特点是 作用在弹簧上的载荷增加时 容器中气压升高 弹簧刚度增大 反之 当载荷减小时 气压下降 刚度减小 因此 气体弹簧具有理想的变刚度特性 囊式空气弹簧膜式空气弹簧油气弹簧 气体弹簧 2020 1 27 第14页 1 囊式空气弹簧囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成 气囊有单节和多节式 节数越多 弹性越好 但密封性越差 节与节之间围有钢制腰环 使中间部分不致有径向扩张 并防止两节之间相互摩擦 气囊的上下盖板将气囊密闭 2020 1 27 第15页 2 膜式空气弹簧膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成 与囊式相比 其刚度较小 车身自然振动频率较低 尺寸较小 在车上便于布置 故多用在轿车上 但制造困难 寿命较短 2020 1 27 第16页 3 油气弹簧油气弹簧一般以惰性气体氮为弹性介质 用油液作为传力介质 由气体弹簧和相当于减振器的液压缸组成 油气弹簧的形式有单气室 双气室以及两级压力式等 单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气不分隔式两种 单气室油气分隔式油气弹簧 单气室油气不分隔式油气弹簧 双气室油气弹簧 两级压力式油气弹簧 2020 1 27 第17页 1 单气室油气分隔式油气弹簧上半球室 下半球室和橡胶油气隔膜构成了油气分隔式弹簧 工作缸 活塞和阻尼阀等构成了减振器 2020 1 27 第18页 当悬架摆臂 或车桥 与车身 或车架 相对运动时 活塞和活塞导向缸便在工作缸内上下滑动 而工作油液通过减振器阻尼阀来回运动 起到减振器的作用 2020 1 27 第19页 工作缸固定在车架上 管形活塞的下端与转向节相连 该油气弹簧不仅是前悬架的弹性元件和减振元件 而且还兼作转向主销 管形活塞内腔以及活塞与工作缸壁间形成的环形腔内都充满着工作油液 在管形活塞头的上面有一油层 既可以润滑活塞又可以作为气室的密封 油层上方的空间即为高压气室 其中充满高压氮气 气体和油液之间没有任何隔离装置 2 单气室油气不分隔式油气弹簧 2020 1 27 第20页 压缩行程 管形活塞上移 一部分油液经常通孔 单向球阀流入环行腔 伸张行程 管形活塞下移 环行容积缩小 此时单向阀关闭 其油液仅经通孔流会活塞内腔 增加了伸张行程的阻尼力 设有伸张行程限位器 以防止活塞与缸体底部撞击或从缸体中脱出 2020 1 27 第21页 双气室油气弹簧比单气室油气弹簧多一个作用力方向相反的反压气室和一个浮动活塞 3 双气室油气弹簧 2020 1 27 第22页 当弹簧处于压缩行程时 主气室中的活塞上移 使主气室内的气压增高 弹簧的刚度增大 此时浮动活塞下面的油液 在反压气室的气体压力作用下经通道流入主气室的活塞下面 补充活塞上移后空出的容积 而反压气室内的气压下降 2020 1 27 第23页 当弹簧处于伸张行程时 主活塞下移 主气室内的气压降低 主活塞下面的油液受挤压 经通道流回浮动活塞的下面 推动活塞上移 而使反压气室内的气压增高 从而提高了伸张行程的弹簧刚度 这种油气弹簧消除了在伸张行程中活塞与缸体底部发生撞击的可能性 2020 1 27 第24页 两级压力式油气弹簧的特点是 在工作活塞的上方设有两个并列的气室 但两个气室的工作压力不同 主气室内的气压与单气室油气弹簧的气压相近 而补偿气室内的气压则较高 从而具有了变刚度特性 4 两级压力式油气弹簧 2020 1 27 25 2020 1 27 第26页 五 橡胶弹簧橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性起弹性元件的作用 它可以承受压缩载荷和扭转载荷 由于橡胶的内摩擦较大 橡胶弹簧还具有一定的减振能力 橡胶弹簧多用作悬架的副簧和缓冲块 2020 1 27 第27页 橡胶弹簧 2020 1 27 第28页 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部装有减振器 减振器和弹性元件是并联安装的 第三节减振器 2020 1 27 第29页 汽车悬架系统中广泛采用液力减振器 液力减振器的作用原理是 当车架与车桥作往复相对运动时 减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动 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内腔 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 并散到大气中 2020 1 27 第30页 液力减振器 2020 1 27 第31页 设计要求 在悬架压缩行程内 减振器阻尼力应减小 以便充分利用弹性元件的弹性 缓和冲击 伸张行程内 阻尼力应大 以便迅速衰减振动 当车桥与车架相对速度过大时 减振器应当能自动加大液流通道截面 使阻尼力保持在一定限度之内 防止承受过大的冲击 分类 双向作用式 压缩和伸张都起减振作用 单向作用式 只在伸张行程起作用 2020 1 27 第32页 一 双向作用筒式减振器 双向作用筒式减振器一般都具有四个阀 即压缩阀 伸张阀 流通阀和补偿阀 流通阀和补偿阀是单向阀 其弹簧很弱 当阀上的油压作用力与弹簧力同向时 阀处于关闭状态 完全不通液流 而当油压作用力与弹簧力反向时 只要有很小的油压 阀便能开启 压缩阀和伸张阀是卸载阀 其弹簧较强 预紧力较大 只有当油压升高到一定程度时 阀才能开启 而当油压降低到一定程度时 阀即自动关闭 2020 1 27 第33页 工作原理 1 压缩行程 当汽车滚上凸起或滚出凹坑时 车轮靠近车身 活塞下行 V2 P2 阀8开启 因为上腔活塞杆占去一部分容积 故上腔增加容积小于下腔减少容积 所以 阀6开启 阀对油液的节流 形成悬架压缩运动的阻尼力 2 伸张行程 活塞上行 V1 P1 阀4开启 同时在V2产生真空度 吸开阀7 流入下腔进入补充 这些阀的节流作用即造成对悬架伸张运动的阻尼力 6压缩阀 7补偿阀 储油缸 8流通阀 4伸张阀 活塞 工作缸 活塞杆 油封 防尘罩 导向座 P2 V2 P1 V1 开 开 开 开 当汽车滚进凹坑或滚离凸起时 车轮远离车身 2020 1 27 第34页 二 新型减振器1 充气式减振器充气式减振器的结构特点是 在缸筒的下部装有一个浮动活塞 浮动活塞与缸筒形成的密闭气室中 充有高压氮气 浮动活塞之上是减振器油液 浮动活塞上装有大断面的O形密封圈 把油和气完全分开 此活塞亦称封气活塞 由于活塞杆进出而引起的缸筒容积的变化由浮动活塞的上下运动来补偿 因此这种减振器不需储液缸筒 所以亦称单筒式减振器 2020 1 27 第35页 2 阻力可调式减振器阻力可调式减振器的工作过程是 当汽车的载荷增加时 来自空气弹簧的空气囊中的气压升高 则气室内的气压也随之升高 使膜片向下移动与弹簧产生的压力相平衡 与此同时 膜片带动与它相连的柱塞杆和柱塞下移 使得柱塞相对空心连杆上的节流孔的位置发生变化 结果减小了节流孔的通道截面积 即减少了油液流经节流孔的流量 从而增加了油液流动阻力 2020 1 27 第36页 广泛用于货车前 后悬架 某些轿车后悬架 优点 结构简单 工作可靠 结构 可采用多种弹性元件 以钢板弹簧最为广泛 导向机构随弹性元件不同而不同 采用螺旋弹簧 气体弹簧时导向机构较复杂 而钢板弹簧兼起导向机构的作用及有一定的减振作用 第四节非独立悬架 2020 1 27 第37页 一 纵置板簧式非独立悬架板簧式非独立悬架主要由钢板弹簧和减振器组成 2020 1 27 第38页 钢板弹簧中部用两个U形螺栓固定在车桥上 弹簧前端卷耳用钢板弹簧销与前支架相连 形成固定铰链支点 后端卷耳通过钢板弹簧吊耳销与吊耳相连接 由于吊耳可以前后摆动 保证了弹簧变形时两卷耳中心线间的距离可以改变 2020 1 27 第39页 为提高汽车的行驶平顺性 有的轻型货车后悬架采用将副簧置于主簧之下的渐变刚度钢板弹簧 载荷小时 主簧起作用 当载荷增加到一定值时 副簧开始与主簧接触 悬架刚度随之相应提高 弹簧特性变为非线性 当副簧全部接触后 弹簧特性又变为线性 2020 1 27 第40页 二 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 常用于轿车的后悬架 缺点 螺旋弹簧只能承受垂直力 所以必须设置横向 纵向推力导向杆 以传递各种力和力矩 此外其本身没有减振器功能 故须加减振器 优点 不需润滑 不怕泥垢 安装时所需纵向空间小 可减小车身的长度及重量 重量轻 2020 1 27 第41页 三 空气弹簧非独立悬架空气弹簧非独立悬架主要由囊式空气弹簧 压气机 车身高度调节控制阀 控制杆等组成 缺点 空气弹簧只能传递垂直力 所以设置横 纵向导向杆 还应装减振器 优点 采用空气弹簧悬架时 容易实现车身高度的自动调节 使车身高度在空载与满载时能基本保持不变 从而实现行驶平顺要求 2020 1 27 第42页 重量增大时 车身 车架靠近 车身高度控制阀中的活塞下行 充气 重量减小时 车身 车架远离 车身高度控制阀中的活塞上行 放气 2020 1 27 第43页 四 油气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架主要由油气弹簧 兼起减振器作用 横向推力杆 纵向推力杆等组成 推力杆起导向和传力的作用 2020 1 27 第44页 最大优点即是具有变刚度特性 可保证汽车具有良好的行驶平顺性 但只能承受垂直载荷 要加装导向机构 适用于大型工矿用自卸车上 大型电铲将矿石从空中倒入车厢时 会产生很大冲击 油气弹簧悬架可显著地缓和冲击 减少颠簸 2020 1 27 第45页 优点 两侧车轮可以单独运动互不影响 减小了非簧载质量 有利于汽车的平顺性 采用断开式车桥 可以降低发动机位置 降低整车重心 车轮运动空间较大 可以降低悬架刚度 改善平顺性 缺点 结构复杂 制造成