汽车构造-悬架PPT幻灯片课件

第十二讲悬架 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 悬架是汽车上的一个非常重要的系统 它不但影响汽车的乘坐舒适性 行驶平顺性 还对其他性能诸如通过性 稳定性以及附着性能都有重大影响 1 第一节概述 1 悬架的功用和组成1 悬架的功用 1 把路面作用于车轮上的垂直反力 纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架 或承载式车身 上 保证汽车的正常行驶 即起传力作用 2 利用弹性元件和减振器起到缓冲减振的作用 3 利用悬架的某些传力构件使车轮按一定轨迹相对于车架或车身跳动 即起导向作用 4 利用悬架中的辅助弹性元件横向稳定器 防止车身在转向等行驶情况下发生过大的侧向倾斜 2 2 悬架的组成 1 弹性元件 起缓冲作用 2 减振元件 起减振作用 3 导向机构 起传力和导向作用 4 横向稳定器 防止车身产生过大侧倾 3 弹性元件 弹性元件的作用是缓和来自路面的冲击 弹簧的种类很多 有钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧 空气弹簧 油气弹簧和橡胶弹簧等 4 阻尼元件 悬架系统中由于弹性元件受冲击会产生振动 为衰减振动 改善汽车行驶平顺性 与弹性元件并联安装减振器 汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器 5 导向机构 导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩 同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动 通常导向机构由控制摆臂式杆件组成 钢板弹簧本身兼起导向作用 6 横向稳定器 在一些轿车和客车上 为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜 在悬架系统中加设横向稳定杆 7 横向稳定器的安装 8 2 悬架系统的自然振动频率 悬架系统的频率与汽车的平顺性 也称舒适性 有直接关系 n 悬架的频率 M 簧载质量 K 悬架刚度 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 一般汽车固有频率为 货车为1 5 2Hz 客车为1 2 1 8Hz 轿车为1 1 3Hz 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 9 3 汽车悬架的类型 悬架按结构分类 独立悬架非独立悬架 悬架按控制分类 被动悬架半主动悬架主动悬架 10 1 非独立悬架 非独立悬架的优点是车轮上下跳动时定位参数变化小 最小离地间隙不变 且结构简单成本低廉 11 2 独立悬架 12 独立悬架的优点 1 非簧载质量小 减少冲击载荷 2 车桥断开 便于在设计上降低重心 提高汽车操纵稳定性 3 两侧车轮可以单独跳动 减少车身振动 4 允许在设计上增大车轮动行程 可以减小悬架刚度 降低车身振动的频率 13 悬架特性 影响汽车平顺性的另一重要指标是阻尼比 它表达为 14 第二节弹性元件 悬架的刚度主要是弹簧的刚度决定的 对于非独立悬架而言 弹簧的刚度等于悬架的刚度 但对于独立悬架而言 弹簧的刚度与悬架的刚度存在一定的函数关系 弹簧自身的刚度特性根据结构的不同有定刚度弹簧和变刚度弹簧 15 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 钢板弹簧的第一片也是最长的一片为主片 其两端弯成卷耳 内装衬套 以便用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接 中心螺栓用以连接各弹簧片 并保证装配时各片的相对位置 除中心螺栓以外 还有若干个弹簧夹 亦称回弹夹 将各片弹簧连接在一起 以保证当钢板弹簧反向变形 反跳 时 各片不致互相分开 以免主片单独承载 此外 还可防止各片横向错动 16 一 钢板弹簧 中心螺栓距两端卷耳中心的距离相等时 称为对称式钢板弹簧 不相等时 称为非对称式钢板弹簧 多片式钢板弹簧可以同时起到缓冲 减振 导向和传力的作用 用于货车后悬架可以不装减振器 17 钢板弹簧 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 它可以减少片与片间的干摩擦 提高使用应力 实现汽车的轻量化 18 钢板弹簧 目前有一些汽车上采用变刚度钢板弹簧 以改善汽车行驶平顺性 19 钢板弹簧 在一些特种车上还采用了悬臂式钢板弹簧 20 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 其特点是只能承受垂直载荷 在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器和导向机构 螺旋弹簧有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧或变螺距弹簧 它与钢板弹簧相比具有不需润滑 防污性强 占用纵向空间小 弹簧本身质量小的特点 制做螺旋弹簧所用的弹簧钢材料最常用的是60Si2Mn 更好一些的材料是60Si2Cr和60Si2CrA 21 三 扭杆弹簧 扭杆弹簧是一根弹簧钢制的杆 扭杆断面常为圆形 少数是管形 矩形 叠片及组合式等 扭杆一端固定在车架上 另一端上安装摆臂与车轮相连 当车轮跳动时 摆臂便绕着扭杆轴线摆动 使扭杆产生扭转弹性变形 以保证车轮与车架的弹性联接 扭杆弹簧杆越短越粗 刚度也越大 一般来讲 三种弹簧比较 扭杆弹簧单位重量的储能量较大 且占用的空间位置最小 易于布置 还可以适度调整车身的高度 所以不少乘用车悬挂采用扭杆弹簧 22 扭杆弹簧 扭杆弹簧在制造时 经热处理后施加一定的扭转力矩载荷 使它有一个永久变形 而具有一定的预应力 这样可以在实际工作中减小工作时的实际应力 有利于延长扭杆弹簧的寿命 但应注意左右扭杆由于施加应力有方向性 装在车上后承受工作载荷时扭转的方向应与所预加在扭杆上的扭转方向相一致 因而左右扭杆做有标记 安装时应加以注意 23 四 空气弹簧 气体弹簧是以空气做弹性介质 即在一个密闭的容器内装入压缩空气 气压为0 5 1MPa 利用气体的可压缩性实现弹簧的作用 空气弹簧分为囊式和膜式两类 24 空气弹簧 空气弹簧随着载荷的增加 容器内压缩空气压力升高 其弹簧刚度也随之增加 载荷减少 弹簧压力也随空气压力减少而下降 因而这种弹簧的弹性特性很理想 25 五 油气弹簧 油气弹簧以气体 氮 惰性气体 作为弹性介质 用油液作为传力介质 油气弹簧类型有简单式油气弹簧和带隔膜式的油气弹簧 带隔膜式油气弹簧 它将气体和液体分开 便于充气并防油液乳化 26 油气弹簧 27 油气弹簧 带反压气室式油气弹簧 有一个反压气室 相当于在简单油气弹簧上加上一个方向相反的小筒单油气弹簧 用以提高空载时弹簧刚度 使空载满载自然振动频率变化不大 28 油气弹簧 29 六 橡胶弹簧 橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用 优点是单位质量储能量大于金属弹簧 无噪声 不需润滑 同时有一定的减振能力 一般在汽车上作为悬架中的副弹簧和缓冲块 30 第三节减振器 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 31 减振器 弹簧虽然可以减轻道路对车身的冲击 但如果不让它的振动尽快停下来 我们乘坐的将是一辆跳个不停的汽车 因此 要在弹簧运动的过程中加上一定的阻尼 使弹簧的振动迅速衰减 32 减振器 液力减振器的结构是带有活塞的活塞杆插入筒内 在筒中充满油 活塞上有节流孔 使得被活塞分隔出来的两部分空间中的油可以互相补充 阻尼就是在具有粘性的油通过节流孔时产生的 液力减振器的节流孔越小 阻尼力越大 油的粘度越大 阻尼力越大 如果节流孔大小不变 当减振器工作速度越快 阻尼力越大 汽车悬架系统中的阻尼元件广泛采用液力减振器 与弹性元件并联安装 33 减振器 减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务 阻尼力过小 悬架振动不能迅速衰减 阻尼过大又会影响对弹簧冲击的吸收 甚至损坏减振器连接件 因此要求减振器应具有以下阻尼特性 1 在悬架压缩行程 减振器阻尼力较小 以便充分发挥弹性元件的弹性作用 缓和冲击 这时 弹性元件起主要作用 2 在悬架伸张行程中 减振器阻尼力应较大 迅速衰减振动 3 减振器工作速度过大时 要求减振器能自动加大液流量 使阻尼力始终保持在一定限度之内 以避免承受过大的冲击载荷 34 减振器 液力减振器按结构形式不同有筒式和摇臂式 筒式减振器可分为双筒式和单筒式 按作用方式可分为双向作用式和单向作用式 按阻尼力是否可以调整分为不可调式和可调式 35 一 双向作用筒式减振器 36 双向作用筒式减振器 37 双向作用筒式减振器 38 双向作用筒式减振器 39 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 40 1 充气式减振器 与双筒式相比 单筒式减振器结构简单 减少了一套阀门系统 它在缸筒的下部装有一个浮动活塞 所谓浮动即指没有活塞杆控制其运动 在浮动活塞的下面形成一个密闭的气室 充有高压氮气 41 充气式减振器 由于活塞杆进出油液而造成的液面高度变化就通过浮动活塞的浮动来自动适应 42 2 阻尼力可调式减振器 阻力可调式减振器的工作过程是 当汽车的载荷增加时 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 43 导向机构 悬架的导向机构种类很多 大体可分为 适用于非独立式悬架的导向机构适用于独立式悬架的导向机构适用于平衡式悬架的导向机构 44 第四节非独立悬架 非独立式悬架中 弹性元件不同 导向机构也不一样 45 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 46 纵置板簧式非独立悬架 47 纵置板簧式非独立悬架 48 纵置板簧式非独立悬架 49 纵置板簧式非独立悬架 主副簧式结构 50 纵置板簧式非独立悬架 51 二 螺旋弹簧非独立悬架 52 三 空气弹簧非独立悬架 53 空气弹簧非独立悬架 54 四 油气弹簧非独立悬架 55 第五节独立悬架 一般地适用于独立式悬架的导向机构可分为 1 车轮在汽车横向平面内摆动 横臂式2 车轮在汽车纵向平面内摆动 纵臂式3 车轮沿主销轴线运动 烛式 麦弗逊式 56 一 横臂式独立悬架 1单横臂式其特点是当悬架变形时 车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离 轮距 致使轮胎相对于地面侧向滑移 破坏轮胎和地面的附着 此外 这种悬架用于转向轮时 会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大的变化 对于转向操纵有一定影响 故目前在前悬架中很少采用 57 横臂式 58 横臂式 2 双横臂式 59 横臂式 60 横臂式 61 侧倾时车轮外倾角的变化 62 车身侧倾时 车轮外倾角的三种变化情况 63 独立悬架的侧倾转向效果 64 横臂式 65 横臂式 66 横臂式 67 横臂式 68 二 纵臂式独立悬架 1 单纵臂式 69 纵臂式 70 纵臂式 71 富康随动转向 72 纵臂式 2 双纵臂式 73 三 车轮沿主销移动的悬架 烛式悬架结构 74 麦弗逊式 75 麦弗逊式 76 麦弗逊式 77 麦弗逊式 78 麦弗逊式 79 麦弗逊式 80 麦弗逊式 81 四 斜置臂式 单斜臂式 82 斜置臂式 83 多连杆式 顾名思义 这种悬架含3条以上连杆 本田雅阁5连杆后悬架包括前置定位臂 后置定位臂 上臂 下臂 控制臂 其中控制臂可以调整后轮前束 5连杆后悬架的优点是构造简单 重量比较轻 并减少了悬挂系统所占用的空间 84 多连杆式 85 多连杆式 86 多连杆式 87 第五节多轴汽车的平衡悬架 88 平衡悬架 89 平衡悬架 90 第六节主动悬架与半主动悬架 电子控制悬挂系统可以根据不同的路面条件 不同的载重质量 不同的行驶速度等 来控制悬挂系统的刚度 调节减振器的阻尼力大小 甚至可以调整车身高度 从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合 1 主动悬架2 半主动悬架3 车高控制悬架 91 主动悬架 从控制力的角度来分 则可把悬挂分为被动悬挂 半主动悬挂和主动悬挂三大类 被动悬挂 悬挂的刚度和阻尼参数不会变化 主动悬挂 悬挂的刚度 阻尼参数和车轮位置都可以根据需要控制改变 悬挂具有作功能力 92 半主动悬架 半主动悬挂 悬挂的刚度和阻尼参数可以根据需要控制改变 但悬挂不具有作功能力 又称无源主动悬挂 因为它没有一个动力源为悬挂系统提供连续的能量输入 所以在半主动悬挂系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼状态困难得多 因此在半主动悬挂系统中以可变阻尼悬挂系统最为常见 半主动悬挂系统的最大优点是工作时几乎不消耗动力 93 94 调阻尼减振器结构 调阻尼减振器由具