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3 1汽车行驶系概述 主要内容 行驶系的功用和结构形式轮式行驶系的结构组成车架的结构形式 特点 1 一 汽车行驶系的功用 3 1汽车行驶系概述 1 接受由发动机经传动系传来的转矩 并通过驱动轮与路面间的附着作用 产生路面对汽车的牵引力 以保证汽车正常行驶 2 传递并承受路面作用于车轮上的各向反力及其所形成的力矩 3 支撑汽车的总质量 缓和不平路面对车身造成的冲击和振动 保证汽车行驶平顺性 4 与汽车转向系配合 实现汽车行驶方向的正确控制 以保证汽车操纵稳定性 2 二 行驶系的结构形式 1 轮式行驶系 直接与路面接触的部分是车轮 2 半履带式和车轮 履带式 行驶系中直接与路面接触的部分既有车轮又有履带 3 全履带式 行驶系中直接与路面接触的部分是履带 3 4 三 轮式汽车行驶系组成 由车架 车桥 车轮 悬架等组成 5 1 支承连接汽车的各零部件 2 承受来自车内外的各种载荷 1 车架的的功用 2 结构形式 1 边梁式车架2 中梁式 或称脊骨式 车架3 综合式车架4 无梁式 承载式 6 7 3 对车架的要求 1 首先应满足汽车总布置的要求 2 车架还应具有足够的强度与适当的刚度 3 要求其质量尽可能小 4 车架应布置得离地面近一些 以使汽车重心位置降低 有利于提高汽车的行驶稳定性 8 a 边梁式车架 是由两根位于两边的纵梁和若干道横梁通过铆接或焊接而连成的坚固的刚性构架 纵 横梁通常用低合金钢板冲压而成 其断面形状有槽形断面 箱形断面 Z 字形断面和 工 字形断面等几种 3 此外 在纵梁上还钻有很多装置孔 用以安装脚踏板 车身 转向器和悬架总成及其支架 4 横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷 而且还用来支承汽车上的主要部件 通常有5 8根横梁 特点 承载能力和抗扭刚度很强 结构简单 工艺要求较低 车身重量大 整车重心偏高 9 b 中梁式车架 脊骨式车架 1 结构 只有一根位于中央贯穿前后的纵梁 亦称脊骨式车架 2 特点 能使车轮有较大的运动空间 重量轻 重心低 强度和刚度较大 但制造精度要求高 维修不便 10 c 综合式车架 综合式车架是由边粱式和中梁式车架联合构成的 车架的前段或后段是边梁式结构 用以安装发动机或后驱动桥 而车架的另一段是中梁式结构 其悬伸出来的的支架可以固定车身 传动轴从中梁的中间穿过 使之密封防尘 11 d 无梁式车架 承载式车架 如上海桑塔纳 一汽奥迪 捷达 高尔夫型轿车均为承载式车身 特点 由钢或铝冲压 焊接而成 车身和车架合二为一 重量轻 可利用空间大 重心低 设计和工艺要求高 刚度不足 12 习题 1 车架主要作用是安装汽车总成或部件 2 现代轿车一般采用 A中梁式车架B承载式车架C边梁式车架D综合式车架3 轮式行驶系一般 组成 4 边梁式车架刚度很强而承载式车架刚度则不足 13 5左图所示的汽车行驶系 是属于 A轮式B半履带式C全履带式D车轮 履带式 6左图所示的汽车行驶系中 将汽车的各相关总成连接成 个整体 构成汽车的装配基础部件是 A悬架B车桥C车架D车轮 14 位置 通过悬架与车架或承载式车身相连 两端安装车轮 作用 传递力及弯矩和扭矩 分类 根据悬架结构 整体式 采用非独立悬架 断开式 与独立悬架配用 根据车轮作用 转向桥 驱动桥 转向驱动桥和支持桥 按车桥的位置 前桥和后桥 第二十二章车桥和车轮 15 一 转向桥 1 功用 1 利用转向节的摆动使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向 2 承受车轮与车架之间的垂直载荷 纵向的道路阻力 制动力和侧向力以及这些力所形成的力矩 2 要求 1 由于路况复杂 车桥需要有一定的刚度和强度 2 转向轮具有正确的定位角和合适的转向角 3 尽量减少转向轮质量和转向传动件的摩擦阻力 16 3 组成 前轴 转向节 主销和轮毂 1 前轴 断面一般是工字形 两断采用近似方形断面 中部向下弯曲成凹形 两端各有一个加粗部分成拳形 其中有通孔 主销即插入此孔 2 转向节 是车轮转向的铰链 它是一个叉形件 上下两叉有安装主销的两个同轴孔 转向节轴颈用来安装车轮 17 3 主销 作用是铰接前轴及转向节 使转向节绕着主销摆动以实现车轮的转向 4 轮毂 车轮轮毂支承在转向节外端的轴颈上 轴承的松紧度可用调整螺母 装于轴承外端 加以调整 18 19 20 二 转向驱动桥 1 功用 能同时实现转向和驱动两种功能 2 结构特点 1 与转向轮相连的半轴必须分成内外两段 内半轴和外半轴 其间用万向节 一般多用等角速万向节 连接 2 主销也被半轴截成上下两段 3 转向节轴颈部分做成中空的 以便外半轴穿过其中 3 转向功能 主要由中空的转向节 分成上 下两段的主销及轮毂完成 驱动功能 主要由主减速器 差速器及由万向节联结的内 外半轴等来完成 21 22 三 转向轮定位 1 转向轮定位 前轮定位 指转向轮 转向节和前轴三者之间的安装应保持一定的相对位置 2 前轮定位的要求 1 可使汽车直线行驶稳定而不摆动 2 转向时转向盘上的作用力不大 3 转向后转向盘具有自动回正作用 4 轮胎与地面间不打滑以减少油耗 5 延长轮胎使用寿命 3 前轮定位包括 主销后倾角 主销内倾角 前轮外倾角及前轮前束 23 四 转向轮定位参数 1 主销后倾角 1 定义 在汽车纵向平面内 主销轴线和地面垂直线的夹角 一般r 30 2 作用 是保持转向轮自动回正 3 有些轿车的后倾角为负值 即主销前倾 由于轿车的轮胎气压都很低 弹性好 使稳定力矩增加 24 1 主销内倾角 在汽车横向平面内的夹角 主销上部向内倾斜的角度 2 当车轮转向或偏转时 能使转向轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度 在重力的作用下转向轮将回到原来的中间位置 汽车重心最低 使转向轮自动回正 3 主销内倾减小了主销轴线的延长线与地面交点到车轮中心平面与地面交线的距离c 即减小了力臂 转向轻便 减小冲击 4 主销内倾角过大 轮胎与路面产生较大的滑动 使转动沉重 转向轮的轮胎磨损增加 5 一般 主销内倾角不大于80为宜 2 主销内倾 25 a 3 前轮外倾角 1 前轮外倾角 在横向平面内 车轮上部相对于铅垂面向外倾斜的角度 2 作用 a 减少轮胎的偏磨损 b 减少轮毂外轴承及锁紧螺母的负荷 延长其使用寿命 c 与拱形路面相适应 3 一般 前轮外倾角为l0左右 由于轿车满载与空载时前轴的变形很小 所以 前轮外倾角很小 甚至为零 26 4 前轮前束 1 前轮前束 汽车两前轮的中心平面不平行 两轮后边缘距离A与前边缘距离B之差 A B 称为前束值 2 前轮前束的作用 是减轻或消除前轮外倾所带来的不良后果 使车轮任一瞬时的滚动方向都朝向正前方 3 前轮前束可通过改变横拉杆的长度来调整 一般前束值为0 12mm A B 27 第二节车轮与轮胎 车轮与轮胎的功用 支承整车的质量 缓和由路面传来的冲击力 通过轮胎同路面间存在的附着力来产生驱动力和制动力 汽车转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力 在保证汽车正常转向行驶的同时 通过车轮产生的自动回正力矩 使车轮保持直线行驶的方向 承担越障提高通过性的作用等 车轮的组成 车轮由轮毂 轮辋以及这两个元件之间的所有连接部分组成 28 一 车轮的类型 1 辐板式车轮 连接轮毂和轮辋的元件是钢质的圆盘 称为辐板 有些轿车为了减轻车轮质量和有利于制动毂的散热 采用铝合金铸造加工辐板 车轮辐板布孔的目的是 减轻重量 有利于制动毂的散热 便于手操作气门嘴 同时可作为装卸车轮时的把手 29 30 2 辐条式车轮 连接轮毂和轮辋的元件是钢丝辐条或者是与轮毂铸成一体的铸造辐条 钢丝辐条价格昂贵 维修安装不便 仅用于赛车和某些高级轿车上 铸造辐条应用于重型汽车上 31 3 轮辋 1 轮辋的结构 1 深槽轮辋 图a 它有带肩的凸缘 用以安放外胎的胎圈 断面的中部制成深凹槽 其特点是结构简单 刚度大 重量轻 适宜小尺寸弹性较大的轿车轮胎 较硬的轮胎则难以装入这种整体轮辋 32 2 平底轮辋 图b 轮辋底部为平底 挡圈1为整体圆环形 锁圈2为开口圆环形 安装轮胎时 先将轮胎套在轮辋上 再套上挡圈 并把挡圈向里推 直至越过轮辋上的环形槽 再将开口弹性锁圈嵌入环形槽 其特点是易于装拆轮胎 但零件数量增多 33 3 对开式轮辋 图c 轮辋由内外两部分组成 二者用螺栓联接 挡圈l为可拆式或不可拆式 其特点是轮胎装拆方便 生产工艺简单 34 2 轮辋轮廓类型及代号 35 3 国产轮辋的规格代号 36 二 轮胎 轮胎的作用1 与汽车悬架共同缓和行驶时所受到的冲击 并衰减由此所产生的振动 以保证良好的乘坐舒适性和行驶平顺性 2 保证车轮与路面有良好的附着性 以提高汽车的牵引性 制动性及通过性 3 支承汽车的重量 要求 为实现上述轮胎三方面功用 轮胎必须具有适宜的弹性和承载能力 并应具有增强附着作用的花纹 37 3 充气轮胎的分类 1 按组成结构分为 有内胎轮胎 无内胎轮胎 2 按帘线排列分为 普通交胎 子午线胎 3 按气压不同分为 高压胎 气压为0 5 0 7MPa 低压胎 气压为0 15 0 45MPa 超低压胎 气压低于0 15MPa 轿车 货车广泛采用低压胎 其原因是低压胎弹性好 断面宽 与道路接触面积大 壁薄而散热性良好 从而延长了道路和轮胎本身的使用寿命 提高了汽车的行驶平顺性和转向操纵的稳定性 38 4 有内胎充气轮胎的结构由内胎2 外胎l和垫带3组成 外胎强度高而富有弹性 用以保护内胎 承受汽车的载荷 内胎中充满压缩空气以增加弹性 垫带在内胎与轮辋之间 以防止内胎被轮辋及外胎的胎圈擦伤 并防止尘土及水汽浸入胎内 39 帘布层是外胎的骨架 也称胎体 主要作用是承受载荷 保持外胎的形状和尺寸 缓冲层位于胎面和帘布层之间 作用缓冲减振 胎面是外胎的表面 包括 胎冠 胎肩和胎侧 胎缘 圈 的作用是使外胎牢固地装在车辋上 40 41 5 无内胎充气轮胎的结构无内胎充气轮胎是把空气直接压入外胎中 因此外胎与轮辋间需要有很好的密封 在外胎内壁上附加一层厚2 3mm的橡胶密封层2 在橡胶密封层2正对着胎面方向的内环面贴着一层自粘层1 在外胎被穿孔时可自行粘合 胎圈外侧有若干道同心的环形槽纹5 在充气后此槽纹5可紧密地贴在轮辋的边缘上 以保证密封 气门嘴4直接固定在轮辋上 42 43 6 在无内胎充气轮胎中一般不用自粘层无内胎轮胎中的自粘层在外胎穿孔时可自行粘合穿孔 但目前一般多采用无自粘层的无内胎轮胎 其原因是 1 当天气炎热时 自粘层可能软化而向下流动 破坏车轮已有的平衡状态 2 外胎内壁有一层密封层 当轮胎穿孔时 穿孔处的橡胶处于压缩状态而紧裹着穿刺物 故能维持一段时间不漏气 即使拔出穿刺物 也能暂时保持胎内气压 这在一定程度上起到了自粘层的作用 44 7 子午线轮胎 帘布层帘线的排列方向与轮胎的子午断面一致 这种排列使帘线的强度能得到充分的利用 若承载能力相同 则子午线轮胎的帘布层数一般比普通斜线胎可减少40 50 子午线轮胎具有若干层帘线与子午断面呈大角度 高强度 不易拉伸的周向环形的类似缓冲层的带束层 极大地提高了胎面的刚度和强度 45 46 优点 1 接地面积大 附着性能好 胎面滑移小 对地面单位压力小 滚动阻力小 使用寿命长 2 胎冠较厚有坚硬的带束层 不易刺穿 行驶时变形小 可降低油耗 3 胎侧薄 散热性好 径向弹性大 缓冲性能好 负荷能力较大 4 承受侧向力时 接地面积基本不变 8 子午线轮胎与普通斜交胎的结构比较 47 9 轮胎的帘线有几种 各有何特点 目前使用的帘线有棉线 人造丝线 尼龙线及钢丝 棉线取材方便 抗拉强度低 现在已基本上不用 人造丝线的强度和弹性都优于棉线 尼龙线的弹性和强度又比人造丝好 且寿命长 在轮胎的承载能力相同时 若采用人造丝 尼龙线或钢丝帘线可减少帘布层数 此时在外胎表面标注的层级数相当于棉线帘布层的层数 而不是实际的帘布层数 金属丝的强度更高 但因成本较高和质脆而没有广泛应用 48 1 普通花纹 适用于较好的路面 其纵向花纹轮胎滚动阻力小 防侧滑和散热性好 噪声小 高速行驶性能好 横向花纹耐磨性好 防纵滑性能好 2 越野花纹 其花纹的凹部深而宽大 可提高在松软路面上与地面的附着性 越野性能好 3 混合花纹 胎面花纹既有纵向又有横 斜 向 其性能介于普通花纹和越野花纹之间 适用于经常在城乡之间路面上行驶的车辆轮胎 10 常见的轮胎花纹有以下几种 49 50 11 轮胎的规格标记 51 52 12 车轮在装车前要进行动平衡在生产过程中 由于制造误差及所用材料的质量分布不均匀 会使组装后的车轮产生不平衡 若将不平衡的车轮装在汽车上 偏心质量产生的离心力或力偶矩会使汽车转向轮产生绕主销的振动 造成汽车摆头 降低行驶稳定性 甚至会造成行车事故 所以 组装后的车轮要进行动平衡检验 经过适当的配重平衡后才可装车 53 13 对充气轮胎的充气压力有什么要求 充气轮胎充气压力的高低直接影响轮胎的变形 滚动阻力系数 与路面的附着情况及使用寿命等 为使轮胎达到设计寿命及各项设计指标 必须按规定标准进行充气 若轮胎气压过高 行驶中车轮会发生跳动 致使前轮摆头 方向不稳 不得不降低行车速度 帘布层帘线过度伸张 甚至断裂 试验证明 气压超过标准25 轮胎寿命将降低15 一20 接地面积减小 胎面中部磨损严重 花纹底部易开裂 附着系数下降 行驶中遇到障碍物冲击时易发生爆胎 若轮胎气压过低 承载后轮胎变形增大 转向沉重 胎侧内壁的帘线松散断裂 甚至辗烂 气压低于标准值25 轮胎使用寿命将缩短30 接地面积增大 胎肩部位磨损加剧 滚动阻力增加 耗油量增加10 以上 54 14 为什么轮胎要进行换位使用 轮胎安装在汽车上位置的不同 会使轮胎的工作条件及承载等各不相同 例如 前 后桥载荷的差异 左 右两侧偏载 转向轮磨损偏大等 汽车行驶一定里程后 不同位置的轮胎在疲劳和磨损程度上会出现差异 所以 汽车维护保养条例中规定 对轮胎应按时换位使用 常用的换位方法有四种 如下图所示 55 图a为备胎不参与换位的交叉换位法 图b为备胎参与换位的交叉换位法 图a 图b两种换位方法适用于经常在拱形路面上行驶的汽车 图c为备胎不参与换位的循环换位法 图d为备胎参与换位的循环换位法 图c 图d两种换位方法适用于经常在较平坦路面上行驶的汽车 56 第二十三章悬架 概述弹性元件减振器悬架类型 57 第一节概述 一 悬架的功用 1 缓和由于路面不平而引起的冲击振动 保证行驶的平顺性 2 迅速衰减车架与车桥 或车轮 的振动 3 传递车桥与车架之间的相互作用力及力矩 4 保证行驶时的稳定性 58 二 悬架的结构组成 弹性元件 承受垂直载荷 缓和冲击减振器 衰减振动导向装置 传力 导向横向稳定器 辅助弹性元件 以防横向倾斜 59 1 悬架的固有频率 三 悬架的性能指标 2 悬架刚度 使车轮中心相对于车架 或车身 向上移动单位距离 即使悬架产生单位长度的垂直压缩变形 所需施加于悬架上的垂直载荷 单位 N m 3 簧载质量 由悬架所支承的汽车质量 即悬架以上所有零 部件的全部质量 称为簧载质量 悬架以下的所有零 部件质量称为非簧载质量 俗称悬挂质量 非簧载质量愈小 汽车的行驶平顺性能愈好 60 四 悬架的分类 一般悬架可分为如下两大类 61 一 钢板弹簧 第二节弹性元件 62 二 螺旋弹簧 广泛应用于独立悬架 优点 无须润滑 不忌泥污 所占纵向空间不大 弹簧质量小 必须另装减振器和导向机构 可做成等螺距或变螺距的 前者刚度不变 后者刚度是可变的 63 三 扭杆弹簧 由弹簧钢制成的杆件 一端固定在车架上 另一端通过摆臂固定在车轮上 当车轮跳动时 扭杆产生扭转弹性变形 有的扭杆由矩形断面的薄条 扭片 组合而成 更为柔软 左 右扭杆弹簧不能互换 64 1 空气弹簧 原理 利用气体的可压缩性实现弹簧作用 其刚度是可变的 类型 空气弹簧和油气弹簧两种 1 囊式空气弹簧 四 气体弹簧 65 2 膜式空气弹簧 66 2 油气弹簧 原理 氮气 弹性介质 油液 传力介质特点 变刚度 液力减振 67 68 五 橡胶弹簧 靠橡胶本身的弹性来起作用 可以承受压缩载荷与扭转载荷 优点 储能多 隔音好 多用做副簧和缓冲块 69 各类橡胶弹簧 70 第三节减振器 减振器和弹性元件是并联安装 充分发挥减振器的减振功能和弹性元件的缓冲作用 汽车悬架系统中广泛采用液力减振器 71 一 液力减振器的减振原理工作原理 当车身与车桥作往复相对运动时 活塞在缸筒内往复移动 使油液反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流人另一内腔 孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力 使车身振动的能量转化为热能 被油液及壳体所吸收 最终散发到大气中 72 三 对减振器的要求 1 在悬架压缩行程 减振器阻尼力应较小 以便充分利用弹性元件的弹性 以缓和冲击 2 在悬架伸张行程 减振器的阻尼力应比较大 以求迅速衰减振动 3 当车桥 或车轮 与车架 或车身 的相对速度过大时 应使阻尼力保持在一定的限度之内 以避免减振器承受过大的冲击载荷而过早损坏 二 对液力减振器中所用油液的要求1 粘度受温度变化的影响尽可能小 以保证减振器具有较稳定的阻尼力 2 具有抗汽化 抗氧化 不腐蚀减振器各零部件等性能 73 四 常用液力减振器的类型 1 按作用行程分 1 双向作用式减振器 即在压缩和伸张行程内均起阻尼作用 2 单向作用式减振器 即只在伸张行程内起减振作用 2 按结构型式分 筒式减振器 摇臂式减振器 3 其他型式 充气式减振器 阻力可调式减振器 74 五 双向作用筒式减振器 1 结构 1 三个同轴钢筒 防尘罩 贮油缸筒 工作缸筒 2 四个阀 伸张阀 压缩阀 补偿阀 流通阀 3 活塞 活塞杆 上吊环及下吊环等附件 减振器的上下吊环分别与车架 或车身 和车轴 或车轮下摆臂 相铰接 75 工作原理 76 六 新型减振器 充气式 77 纵置板簧式非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架空气弹簧非独立悬架油气弹簧非独立悬架 第四节非独立悬架 78 一 纵置板簧式非独立悬架 79 80 81 82 83 84 二 螺旋弹簧非独立悬架 只承受垂直载荷 须另装减振器和导向机构一般只作轿车后悬架 85 三 空气弹簧非独立悬架 86 四 油气弹簧非独立悬架 弹簧两端固定在前桥上的支架和纵梁上的支架上 具有变刚度特性 适用大型工矿用自卸汽车上 87 一 优点 两侧车轮可单独运动 减少振动 消除转向轮不断偏摆的现象 非簧载质量小 减小了悬架所受到的冲击载荷 可以提高汽车的平均行驶速度 断开式车桥 使汽车重心下降 有利于提高汽车行驶的稳定性 同时车轮有较大的上下运动空间 悬架刚度可设计得较小 使车身振动频率降低 以改善行驶平顺性 可保证汽车在不平道路上行驶时 车轮与路面有良好的接触 增大了驱动力 具有特殊要求的某些越野汽车采用独立悬架后 可增大汽车的离地间隙 提高了汽车的通过性能 第五节独立悬架 88 1 横臂式独立悬架 车轮在汽车横向平面内摆动的悬架分为单横臂式和双横臂式独立悬架两种 二 独立悬架的类型 89 90 双横臂式独立悬架 b 不等臂长的双横臂式独立悬架主销角度与轮距变化不大轿车前轮上应用广泛 a 等臂长的双横臂式独立悬架轮距有较大的变化 91 92 93 94 95 2 纵臂式独立悬架 纵臂式独立悬架 车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架 96 1 单纵臂式独立悬架 主销后倾角会产生很大变化一般不用在前悬架中 97 98 99 2 双纵臂式独立悬架 可使车轮上下运动时 主销后倾角不变适用于转向轮 100 3 烛式和麦弗逊式悬架 烛式和麦弗逊式悬架 车轮沿主销移动的悬架 烛式悬架 麦弗逊式悬架 101 主销上下两端刚性地固定在车架上 其外部有上下滑动的套筒