汽车结构+第22章_悬架.ppt

汽车构造电子教案第22章悬吊，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第2页，22章悬吊，第1节概述，第2节减震器，第3节弹性元件，第4节非独立悬架，第5节独立悬架，第悬置用于框架(或轴承主体)和轮轴(或车轮)之间的所有力连接装置，其功能是将道路表面作用于车轮的垂直反作用力(支撑力)、垂直反作用力(牵引力和制动力)以及由这些反作用力引起的力矩传递给框架(或轴承车身)，以确保汽车正常行驶。 现代汽车的悬架一般由三部分组成：弹性元件1、减震器3和导向机构(纵向、横向推力杆2和5)，尽管结构形式多样。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第4页，汽车悬架的功能为缓冲、导向和减振，但总功能为力转移。必须指出，悬挂必须具有上述功能，结构上不一定需要安装满足这些功能的单独设备。例如，典型的板弹簧不仅作为弹性元素起缓冲作用，而且垂直于车，一端通过固定铰链连接到框架时，其本身就具有传递力和力矩和确定车轮运动轨迹的作用，因此不能再设置导向机构。此外，普通板弹簧可以折叠成多个片，具有自减振能力，并且减振要求不高的车辆也可以不安装减震器。悬架刚度和悬架弹簧支持的质量(轴承质量)决定的车身固有频率(也称为振动系统的自由振动频率)是影响汽车平顺性的悬架的重要性能指标之一。悬架受的垂直载荷恒定时，悬架刚度越小，汽车固有频率越低。悬架刚度恒定时，弹簧载荷质量越大，悬架的垂直变形越大，固有频率越低。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第5页，汽车悬架可分为两类：非独立悬架和独立悬架。非独立悬架(图a)。两边的轮子用整体轮轴(或车身)连接，这是结构特征。一个轮子因道路的不平而跳动时，必须使另一个轮子在汽车侧面平面内摆动，这称为独立悬架。独立悬架(图b)。各侧的轮子可以单独用弹性悬架连接到车架(或车身)，两个轮子单独运行，不互相影响，这是独立悬架的结构特点。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第6页，第2节减震器，为提高汽车行驶方便性，在大多数汽车悬架系统内部配备了减震器，以加快车架和车身振动的衰减。减震器和弹性元件并行安装。液压减振器在汽车悬架系统中应用广泛。液压减振器的工作原理是，当框架和车桥向相反的方向移动，活塞在气缸内往复移动时，减震器外壳内的油通过空腔中的一些狭窄孔反复流入另一个空腔。孔壁和油之间的摩擦和液体分子的内部摩擦形成了对振动的制动力，机体和框架的振动能量转换为油和减震器外壳吸收的热量，并分散到大气中。减震器中阻尼力的大小随框架和轮轴(或车轮)的相对速度增减而增加或减少，与油的粘度有关。需要油的粘度将温度变化的影响降至最低，具有防止气化、防止抗氧化及对各种金属和非金属零件的腐蚀等特性。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第7页，液压减振器，2020/6/7，哈尔滨工业大学，第8页，减震器的阻尼力越大，振动消除得越快，但同时由于过度阻尼力，减震器连接部件和框架为了解决弹性元件和减震器之间的这种矛盾，减震器的要求如下：1)压缩冲程(车轴和车架相互靠近的冲程)内减震器的阻尼力必须小，以便充分利用弹性元件的弹性来缓解冲击。2)在悬架扩展行程(车桥和车架相距较远的行程)内，减震器的阻尼力必须大，以实现快速振动阻尼。3)如果轴(或车轮)和框架的相对速度较大，减震器必须自动增大轴区域，以承受过度冲击载荷，使阻尼力保持在一定的限制范围内。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第9页，压缩和扩展两个时间表均可操作的减震器，称为双向作用减震器；有另一种方法称为单向作用减震器，只能在扩展时间表中工作。目前汽车广泛使用双向作用气缸减震器。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第10页，第1页，双向作用气缸减震器，双向作用气缸减震器一般有4个阀门：压缩阀6、膨胀阀4、循环阀8和补偿阀7。循环阀和校正阀是弹簧非常弱的普通止回阀，当阀的油压与弹簧力相等时，阀处于关闭状态，且不会完全切断流量；而且当油压与弹簧力反转时，只要很小的油压就能打开阀门。压缩和膨胀阀是弹簧强、预压力大的卸载阀，只有在液压上升到一定水平时才能打开阀门，如果液压下降到一定水平，阀门会自动关闭。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第11页，1，双向作用气缸减震器，2020/6/7，哈尔滨工业大学，第12页，充气减震器是60年代以后开发的新型减震器图21-6显示了用于一种车的充气减震器。结构特点是，气缸下部装有浮动活塞2，在浮动活塞和气缸一端形成的密封空气室1中填充了高压氮气。浮动活塞上方是减震器油。具有大剖面o型环3的浮动活塞将油和气体完全分离，因此活塞也称为空气活塞。操作活塞7配备了压缩阀4和膨胀阀8，其根据运动速度的大小改变通道横截面面积。这两种阀门都是由厚度相同、直径不同、大大小小的弹簧钢板构成的。在车轮上下跳动的过程中，减震器的工作活塞在油中进行往复运动，当工作活塞的上腔和下腔之间的油压下降时，压力油会推压阀或打开阀门前后流动。振动衰减，因为阀对压力油产生更大的阻尼力。由于活塞杆的进出，气缸体积的变化由浮动活塞的上下运动补偿。因此，该减震器不需要存储罐，因此也称为单缸减震器。第二，新的减震器-充气减震器，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第13页，试验研究结果，悬架系统的理想阻力特性是必须随着使用因素(如道路条件、载荷)的变化而变化的，即如果悬浮系统的参数发生变化，减震器的电阻也发生变化，悬浮系统的振动特性良好。2，新型减震器-电阻可调减振器，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第14页，第3节弹性元件，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第15页此梁是由多个宽度相同但长度不同的合金弹簧组合而成的强度几乎相同的弹性梁(厚度可以相同，也可以不相同)，如下所示：2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第16页，钢板弹簧，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第17页，目前国内外越来越多的车辆采用可变截面钢板弹簧，这个小可变截面板弹簧截面的大小沿长度方向更改，板材宽度保持不变。这种小幅度可变截面板簧克服了板簧质量大、性能差的缺点。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第18页，2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第19页，第2页，螺旋弹簧，防止污泥而不润滑；放置它所需的垂直空间不大。弹簧本身的质量很小。螺旋弹簧本身没有减振效果，因此必须在螺旋弹簧悬架上单独安装减震器。此外，螺旋弹簧只能承受垂直载荷，因此必须安装导向机构，以传递垂直力以外的各种力和力矩。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第20页，第3页，扭杆弹簧，扭杆弹簧本身是用弹簧钢制成的扭杆。当车轮跳动时，摆动臂围绕扭杆轴摆动，扭杆产生扭转弹性变形，从而确保车轮和框架的弹性连接。某些扭杆由某些矩形横截面的薄条带(扭转片)组装而成，从而使弹簧更柔软。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第21页，扭杆弹簧系统为铬钒合金弹簧钢，其表面加工非常光滑。工作时应妥善保护扭杆表面，一般在扭杆弹簧表面涂上环氧树脂，包裹玻璃纤维布，涂上一层环氧树脂，然后涂上沥青和防锈涂料，防止碰撞、刮擦和腐蚀，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。扭杆弹簧经过热处理后，预先应用恒扭转力矩载荷，产生恒定预压力的永久扭转变形。左右扭杆的预扭转方向均与扭转方向相同。其目的是减少工作时的实际应力，延长扭杆弹簧的寿命。对于左右扭杆位置变更安装，扭转钢弹簧的预扭转方向与工作时扭转方向相反，从而增加扭转杆弹簧的实际工作应力，缩短服务寿命。因此，左右扭杆弹簧不能互换。为此，左右扭杆上刻有不同的标记。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第22页，第4页，燃气弹簧，燃气弹簧在密闭容器中填充压缩气体(气压0.51Mpa)，利用气体的压缩性起到弹簧的作用。这个弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时容器内的定量气体压缩，气压增加时弹簧的刚度增加。相反，随着载荷的减小，弹簧内的气体气压下降，刚度下降，因此变刚度特性更理想。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第23页，1。胶囊空气弹簧，2。膜空气弹簧，3 .油气弹簧，2020/6/7，哈尔滨工业大学，第24页，第1页。胶囊空气弹簧，胶囊空气弹簧由带窗帘的橡胶气囊和其中密封的压缩空气组成。安全气囊的内层由密封橡胶制成，外层由耐油性橡胶制成。安全气囊通常由图21-11a所示的两个部分组成，但由单个或三个部分组成。区段越多，弹性越好。节和节之间环绕着钢腰圈，防止中间部分向半径方向延伸，防止两节之间的摩擦。安全气囊的上盖和下盖密封安全气囊。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第25页，第2页。膜空气弹簧，膜空气弹簧的密封安全气囊由橡胶膜片和金属压力机部件组成。空气弹性特性曲线比较理想，其刚度较小，车身固有频率低，尺寸小，易于放在车上，因此常用在汽车上；但是制作起来更困难，寿命更短。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第26页，第3页。油气弹簧，气弹簧以气体(通常是惰性气体氮)为弹性介质，以油为传力介质。通常由气体弹簧和与液压减振器相对应的液压缸组成。石油和天然气弹簧的形式有单、双、双级压力等。单室油气弹簧分为油气分离和油气分离两种。，单室油气分离油气弹簧，单室油气弹簧，双室油气弹簧，二期压力油气弹簧，2020/6/7，哈尔滨工业大学，第27页，单气室油气分离油气弹簧用于汽车和轻型汽车。当悬挂摆动臂(或轮轴)向与主体(或框架)相反的方向移动时，活塞和活塞导柱在工作气缸内上下滑动，工作油充当通过减震器阻尼阀9前后移动的减震器。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第28页，负荷增加，悬挂摆动臂(轴)和主体(框架)之间的距离缩短，活塞和导向筒向上移动，减少充满工作流体的内腔体积，使工作流体通过压缩阀18进入球形气室，从而形成油气隔膜如果活塞上升的推力(外部载荷)等于氮气压力下的反作用力，活塞将停止移动。因此，车身(框架)和悬挂摆动臂(轮轴)的相对位置不再更改。负载降低时，即向上移动活塞的力减少时，油气膜片在高压氮气作用下向下移动，使工作流体通过阀门14流向工作气缸内部，使活塞向下移动，使车身(框架)和悬挂摆动臂(轮轴)之间的距离延长，使氮气室的压力通过工作流体传递，使作用于活塞的力等于外部减少的载荷，活塞保持不动。汽车在行驶过程中由油气弹簧承受的载荷发生变化，因此活塞相应地位于工作气缸中的不同位置。氮气充满密封的球形气体室，作用于油气隔膜时，气体弹簧的刚度较小，随着载荷的增加，气体弹簧的刚度增大，因此具有可变刚度特性。油气弹簧是空气弹簧的一个特殊情况，说明使用氮气作为弹性介质，在气体弹簧和活塞之间引入油作为力传递介质。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第29页，单气室油气无分离油气弹簧，单气室油气无分离油气弹簧用于国内工业矿山自卸车前悬架，如图所示。优点：单室油气弹簧结构简单，工作可靠，处理要求低于其他形式，易于维护。缺点：单个气室的油气弹簧在扩展行程期间刚度较低，因此，悬挂的扩展行程较大可能会导致活塞撞到底部，从气缸中拉出活塞的危险事故。在此油气悬架中，通过增加扩展行程阻尼来解决。也就是说，该油气弹簧安装了扩展行程限制器，确保了扩展行程中油气悬架的安全可靠的工作。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第30页，双腔油气弹簧比单室油气弹簧相反方向的反压力室b和浮动活塞2更多，如图所示。如果弹簧在压缩行程中，主空气室a的主活塞1向上移动，主空气室的气压上升，弹簧的刚度增加。如果弹簧在扩展冲程中，则主活塞向下移动，主空气室的气压降低，从而增加拉伸冲程的弹簧刚度。这种油气弹簧消除了活塞在扩张行程中与气缸底部碰撞的可能性。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第31页，如图所示，双气室油气弹簧(包括反压力室)的结构。在辅助工作气缸底部的阻尼片6上有阻尼阀，这样油气弹簧在压缩和扩展行程上具有不同的阻尼力。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第32页，双级压力油气弹簧，双级压力油气弹簧刚度变化幅度大。工作活塞1上方有两个并排的气室，但两个气室的工作压力不同，因此两个气室不同时参加工作。这与钢板弹簧的主弹簧和辅助弹簧的作用相同。2020/6/7，哈尔滨工业大学，第33页，第5页，橡胶弹簧，橡胶弹簧作为利用橡胶本身弹性的弹性要素。能承受压缩和扭转负载。单位质量的储存能量比金属弹簧多，隔音性能好，操作没有噪音，不需要润滑。橡胶弹簧有减振能力，因为内摩擦大。橡胶弹簧主要用作悬架的次弹簧和缓冲块。2020/6/7，哈尔滨工业大学(威海)，第34页，橡胶弹簧，2