学习任务10悬架

学习任务10悬架【任务目标】1、了解：悬架的功用及组成。2、熟悉：悬架弹性元件与减振器的类型和应用特点。3、掌握：悬架各种弹性元件与减振器的部件及其使用特点。4、学会：识别悬架系统常见故障，并进行基本的故障诊断及检修。哈尔滨工业大学出版社【任务描述】悬架系统是指车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统，它是汽车行驶系统的重要组成部分，当汽车行驶在路面上时因地面的变化而受到震动及冲击，这些冲击的力量其中一部份会由轮胎吸收，但绝大部分是依靠轮胎与车身间的悬架装置来吸收的。故悬架的作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。其中，弹性元件和减振器的性能决定了车辆行驶时的舒适性，故本任务分为悬架的整体知识和弹性元件与减震器模块及典型悬架系统模块两部分。哈尔滨工业大学出版社项目10.1悬架、弹性元件与减振器｛情境导入｝客户报修驾驶员来店反映说其驾驶的上海桑塔纳轿车在行驶中，前悬架发出异常噪声或敲击声，汽车颠簸严重，感觉没有减震效果。故障原因分析悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动。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。当车辆悬架发出异常噪声或敲击声，首先考虑是弹性元件和减振器的问题。哈尔滨工业大学出版社｛理论引导｝

汽车车架或车身若直接安装于车桥上，由于道路不平会引起汽车上下颠簸震动、从而使乘员感到不舒适或者使货物损坏，因此汽车上必须安装具有缓冲、减震和导向作用的悬架系统。哈尔滨工业大学出版社一、悬架悬架又称悬挂，是车桥和车架之间的连接装置。它的功用是连接车桥和车架，在两者之间传递因载荷引起的路面垂直反力、因牵引或制动引起的纵向反力、因转向引起的侧向反力以及这些反力造成的力矩。悬架中的弹性元件可以缓和冲击、衰减振动，以保证乘员舒适，避免货物和机件的损伤。悬架有两种类型：用钢板弹簧或其他弹性元件把车桥车架连接起来的称为弹性悬架，所有汽车都采用弹性悬架；用螺栓或铰轴把车桥和车架连接起来的称为刚性悬架，一般用在一些装卸车辆上。汽车弹性悬架系统是指车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统，它是汽车行驶系统的重要组成部分。弹性悬架的作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型弹性悬架系统一般由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。其中，弹性元件和减振器的性能决定了车辆行驶时的舒适性，下面主要介绍悬架的弹性元件与减震器。哈尔滨工业大学出版社二、弹性元件汽车悬架所采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。一般载货汽车的非独立悬架广泛采用钢板弹簧；大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧；而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用。1、钢板弹簧钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。中心螺栓用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。哈尔滨工业大学出版社图10-1钢板弹簧钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可促使车架的振动衰减。各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂），并应定期保养。哈尔滨工业大学出版社钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化，并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。哈尔滨工业大学出版社2、螺旋弹簧图螺旋弹簧是用弹簧钢钢棒料卷制而成，它们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。螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤以前轮独立悬架采用广泛。有些轿车后轮非独立悬架也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。由于螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件的悬架要加设导向机构和减振器。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，因而现代轿车上广泛采用图10-2螺旋弹簧哈尔滨工业大学出版社3、扭杆弹簧扭杆弹簧总成用铬钒合金弹簧钢制成，它的表面经过加工很光滑。通常为保护扭杆表面，在其上涂有环氧树脂，并包一层玻璃纤维，再涂一层环氧树脂，最后涂上沥青和防锈油漆，以防摩蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。扭杆弹簧是一根由弹簧钢制的杆。扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管形，扭杆一端固定在车架上，（另一端上的）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。哈尔滨工业大学出版社扭杆弹簧在制造时，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。采用扭杆弹簧做弹性元件的悬架要设导向机构和减振器。扭杆弹簧与钢板弹簧相比质量轻于钢板弹簧，而且不需润滑，保养维修简便。哈尔滨工业大学出版社4、气体弹簧（如图10-4）气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。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。这种弹性元件叫空气弹簧，它分为囊式和膜式空气弹簧。空气弹簧在轿车上有采用尤其在主动悬架中被采用。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，使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，因而这种弹簧有其理想的弹性特性。哈尔滨工业大学出版社（1）囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶组成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成。气囊外展由耐油橡胶制成单节或多节，节数越多弹簧越软，节与节之间围有钢质腰环，防止两节之间摩擦。气囊上下盖板将空气封于室内。(2)膜式空气弹簧，它由橡胶模片和金属压制件组成。它比囊式空气弹簧的弹性曲线更为理想，固有频率更低些，且尺寸小，便于布置因而多用于轿车上，但造价贵，寿命较短。哈尔滨工业大学出版社5、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，不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。如图(c)所示是带反压气室式油气弹簧，它有一个反压气室，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。目前此种弹簧多用于重型车和部分小客车上。空气和油气弹簧用在悬架中，由于它们只能承受轴向载荷，因此悬架中必须加设导向机构和减振器。图10-5油气弹簧哈尔滨工业大学出版社二、减振器汽车在不平的路面行驶时，四个车轮在垂直方向会受到不同力的作用，悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器。为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，其工作原理是当车架（或车身）和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥（或车轮）之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务，阻尼力过大，将使悬架弹性变坏，甚至使减振器连接件损坏。因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾。哈尔滨工业大学出版社(1)在压缩行程（车桥和车架相互靠近），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（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应大，迅速减振。(3)当车桥（或车轮）与车桥间的相对速度过大时，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。哈尔滨工业大学出版社（一）双向作用筒式减振器在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器，且在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器，还有采用新式减振器，它包括充气式减振器和阻力可调式减振器双向作用筒式减振器。在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀，流回贮油缸。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。哈尔滨工业大学出版社由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。哈尔滨工业大学出版社项目10.2独立悬架与非独立悬架

｛情境导入｝驾驶员来店反映说其驾驶的上海桑塔纳轿车在行驶中，发生刹车时汽车单边“点头”、加速时汽车“抬头”的现象，汽车操纵不稳定，出现严重侧倾偏向。故障原因分析悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩。它有两种独立悬架和非独立悬架两种形式。一般轿车都采用独立式悬架，若出现单边“点头、抬头”现象，应怀疑为单边减震弹簧变软引起的。哈尔滨工业大学出版社｛理论引导｝

悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩。它有两种独立悬架和非独立悬架两种形式。一、非独立悬架非独立悬架结构简单，被广泛用于小货车和客车的前后悬架。有的轿车的后悬架也有采用非独立悬架。哈尔滨工业大学出版社（一）钢板弹簧式非独立悬架钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，由于它兼起导向机构的作用，使得悬架系统大为简化。这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。它中部用U型螺栓3将钢板弹簧固定在车桥上。悬架前端为固定铰链，也叫死吊耳。它由钢板弹簧销钉15将钢板弹簧前端卷耳部与钢板弹簧前支架1连接在一起，前端卷耳孔中为减少摩损装有衬套。后端卷耳通过钢板弹簧吊耳销14与后端吊耳9与吊耳架相连，后端可以自由摆动，形成活动吊耳。当车架受到冲击弹簧变形时两卷耳之间的距离有变化的可能。哈尔滨工业大学出版社图10-7钢板弹簧式非独立悬架1.钢板弹簧前支架；2.前钢板弹簧；3.U形螺栓；4.前板簧盖板；5.缓冲块；6.限位块；7.减振器上支架；8.减振器；9.吊耳；10.吊耳支架；11.中心螺栓；12.减振器下支架；13.减振器连接销；14.前板簧吊耳销；15.钢板弹簧销哈尔滨工业大学出版社为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。如图所示这是南京汽车工业公司引进的依维柯后悬架。其主簧由厚度为9mm的4片（或3片）和副簧厚度为15mm的2片（或3片）组成几种车型渐变刚度钢板弹簧。在小载荷状况时，仅主簧起作用，而当载荷增到一定值时，主簧与副簧接触，共同发挥作用，悬架刚度得到提高，弹簧特性变为非线性的，当副簧全部参加工作后，弹簧特性又变成线性的。这类悬架特点是副簧逐渐随载荷增加而参加工作，因此悬架刚度的变化平稳，改善了汽车行驶平顺性能。哈尔滨工业大学出版社（二）螺旋弹簧非独立悬架因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷，所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。（三）空气弹簧非独立悬架汽车在行驶时由于载荷和路面的变化，要求悬架刚度随着变化。当空车时车身被抬高，满载时车身则被压得很低，会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求，矿山及大型客车要求其空车与满载时的车身高度变化不大；对于轿车要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。因而要求车身高度随使用要求可以调节。空气弹簧非独立悬架可以满足要求。哈尔滨工业大学出版社囊式空气弹簧的上下端分别固定在车架和车桥上。经压气机1产生的压缩空气经油水分离器和压力调节器进入贮气筒。压力调节器可使贮气筒中的压缩空气保持一定压力。储气罐通过管路与个空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度调节阀控制，空气弹簧只承受垂直载荷，因而必加设减振器，其纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向推力杆来传递。二、独立悬架独立悬架的左右车轮不是用整体车桥相连接，而是通过悬架分别与车架（或车身）相连，每侧车轮可独立下下运动。轿车和载重量1t以下的货车前悬架广为采用，轿车后悬架上采用也在增加。越野车、矿用车和大客车的前轮也有一些采用独立悬架。哈尔滨工业大学出版社（一）独立悬架的优点：1.两侧车轮可以单独跳动，可减少车身振动，消除车轮偏摆；2.降低非簧载质量，提高平均车速；3.采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性；4.提供了较大的车轮跳动空间，因此减小悬架刚度，降低汽车偏频，提高平顺性。（二）独立悬架的分类根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱（杆）连杆（摆臂）式等等。（如图10-8所示）哈尔滨工业大学出版社图10-8独立悬架基本类型示意图按目前采用较多的有以下三种形式：(1)双横臂式，(2)滑柱连杆式，(3)斜置单臂式。按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式。采用更多的是螺旋弹簧。下面我们就分别学习以下五种独立悬架。

哈尔滨工业大学出版社1、双横臂式独立悬架上下两摆臂不等长，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应用在轿车前轮上。双横臂的臂有做成A字形或V字形，V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离，分别安装在车轮上，另一端安装在车架上。不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。哈尔滨工业大学出版社2、滑柱摆臂式独立悬架（麦弗逊式或叫支柱式等）这种悬架目前在轿车中采用很多。滑柱摆臂式悬架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装于一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下运动时，主销轴线的角度会有变化，这是因为减振器下端支点随横摆臂摆动。以上问题可通过调整杆系设计布置合理得到解决。一汽奥迪100型轿车前悬架。筒式减振器装在滑柱桶内，滑柱桶与转向节刚性连接，螺旋弹簧安装在滑柱桶及转向节总成上端的支承座内，弹簧上端通过软垫支承在车身连接的前簧上座内，滑柱桶的下端通过球铰链与悬架的横摆臂相连。当车轮上下运动时，滑柱桶及转向节总成沿减振器活塞运动轴线移动，同时，滑柱桶的下支点还随横摆臂摆动。哈尔滨工业大学出版社3、斜置单臂式独立悬架这种悬架是单横臂和单纵臂(如图10-9所示）独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线