汽车构造-课件-悬架

1、汽车构造 AUTOMOBILE STRUCTURE,机械与汽车工程学院 汽车工程系 主讲人：孔胜利 kongsl,第20章 悬架,悬架的组成与分类 弹性组件 减振器 非独立悬架 独立悬架 电子控制空气悬架,2020/7/1,2,汽车构造,20.1 悬架的组成与分类,悬架是车架（或承载式车身）与车桥之间所有传力连接装置的总称。 1、组成,2020/7/1,3,汽车构造,悬架的组成与分类,悬架在汽车底盘上的安装位置,2020/7/1,4,汽车构造,悬架的组成与分类,悬架的功用 把路面作用于车轮上的力以及这些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。 利用弹性元

2、件和减振器起到缓冲减振的作用。 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。 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。,2020/7/1,5,汽车构造,悬架的组成与分类,2、分类 根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，将汽车悬架分为非独立悬架和 独立悬架两种。,非独立悬架与独立悬架示意图 (a)非独立悬架； (b)独立悬架,2020/7/1,6,汽车构造,20.2 弹性组件,弹性组件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。 1、钢板弹簧,钢板弹簧示意图 (上)对称钢板弹簧； (下)非对称钢板弹簧,2020

3、/7/1,7,汽车构造,弹性组件,钢板弹簧产品实例,2020/7/1,8,汽车构造,弹性组件,2、 螺旋弹簧 螺旋弹簧广泛应用于轿车前独立悬架。其特点是本身没有减振和 导向功能，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，前者起减振作用 ，后者用以传递垂直力以外的各种力和力矩，并起导向作用。,螺旋弹簧示意图,2020/7/1,9,汽车构造,弹性组件,螺旋弹簧在汽车悬架中的应用,2020/7/1,10,汽车构造,弹性组件,3、扭杆弹簧 扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆。其一端固定在车架上，另一端固 定在悬架的摆臂上，摆臂还与车轮相连。 当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使

4、扭杆产生扭转弹性变形，借 以保证车轮与车架的弹性联系。,2020/7/1,11,汽车构造,弹性组件,4、 气体弹簧 气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体，利用气体可压缩 性实现弹簧的作用。气体弹簧具有理想的变刚度特性。 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。 气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。 （1）空气弹簧 空气弹簧是利用压缩空气作弹簧的。根据压缩空气所用容器的不 同，又有囊式和膜式两种。 囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的空气组成； 膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。,2020/7

5、/1,12,汽车构造,弹性组件,空气弹簧结构图 (a)囊式； (b)膜式,盖板,盖板,气囊,金属座,橡胶膜片,2020/7/1,13,汽车构造,弹性组件,（2）油气弹簧 在密闭的容器中充入压缩气体和油液，利用气体的可压缩性实现弹簧 作用的装置。油气弹簧以惰性气体（氮气）作为弹性介质，用油液作为 传力介质，一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸组成。 根据结构的不同，可将油气弹簧分为单气室、双气室和两级压力式3种 形式。 单气室油气弹簧又分为油气分离式和油气不分离式两种，前者可防止 油液乳化，且便于充气。,2020/7/1,14,汽车构造,弹性组件,单气室油气弹簧示意图 (a)油气分离式；

6、(b)油气不分离式,活塞,工作缸,油液,气体,油气隔膜,2020/7/1,15,汽车构造,弹性组件,5、 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。,橡胶弹簧示意图 (a)受压缩载荷作用； (b)受扭转载荷作用,2020/7/1,16,汽车构造,20.3 减振器,减振器的作用是吸收钢板弹簧起落时车辆的振动，使其迅速恢复平稳 状态，以改善汽车行驶的平稳性。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

7、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。 减振器的阻尼力大小随着车架与车桥相对运动速度的增减而增减，并 且与油液的黏度有关。,2020/7/1,17,汽车构造,20.3 减振器,双向作用筒式减振器,2020/7/1,18,汽车构造,20.4 非独立悬架,一般载货汽车和客车均采用钢板弹簧作为弹性组件的非独立悬架。钢板 弹簧既有缓冲、减震的功能，又起传力和导向的作用。 1、纵置钢板弹簧式非独立悬架,2020/7/1,1

8、9,汽车构造,加强杆,横向推力杆,后桥,纵摆臂,后悬架,CA7220型汽车螺旋弹簧式非独立后悬架,非独立悬架,2、螺旋弹簧式非独立悬架,2020/7/1,20,汽车构造,非独立悬架,3、空气弹簧式非独立悬架,空气弹簧非独立悬架示意图,2020/7/1,21,汽车构造,非独立悬架,斯堪尼亚SCANIA客车底盘结构图,2020/7/1,22,汽车构造,20.5 独立悬架,独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。独 立悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性组件，需要有导向机构。 独立悬架具有以下优点： 两侧车轮可以单独运动互不影响，减少车辆在不平道路上行驶时的振 动，有助于消除转

9、向轮不断偏摆的现象。 减小了非弹簧承载部分的质量，减小了悬架所受到的冲击载荷，可提 高汽车的平均行驶速度。 可以降低发动机位置，降低整车重心，有利于提高汽车行驶时的稳定 性；可以减小悬架刚度，降低车身的振动频率，改善行驶时的平顺性。 可保证汽车在不平道路行驶时，车轮与路面有良好的接触，增大驱动 力；可以增大汽车的离地间隙，提高汽车的通过性能。,2020/7/1,23,汽车构造,独立悬架,独立悬架按车轮的运动形式可分为横臂式独立悬架（车轮在汽车横向平 面内摆动的悬架）、纵臂式独立悬架（车轮在汽车纵向平面内摆动的悬 架）、烛式或麦弗逊式独立悬架（车轮沿主销移动的悬架） 3种类型。,2020/7/1

10、,24,汽车构造,独立悬架,1、横臂式独立悬架 （1）单横臂式独立悬架,2020/7/1,25,汽车构造,独立悬架,单横臂式独立悬架的特点： 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。 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。 目前在前悬架中很少采用。,2020/7/1,26,汽车构造,独立悬架,（2）双横臂式独立悬架,双横臂式独立悬架示意图 (左)摆臂等长的； (右)摆臂不等长的,2020/7/1,27,汽车构造,独立悬架,2020/7/1,28,汽车构造,独

11、立悬架,不等臂长双横臂式独立悬架,螺旋弹簧,上横臂,球关节,车轮,转向节,下横臂,稳定杆,2020/7/1,29,汽车构造,独立悬架,丰田皇冠轿车不等臂长双横臂式独立悬架,2020/7/1,30,汽车构造,独立悬架,奔驰轿车不等长双横臂独立悬架,2020/7/1,31,汽车构造,独立悬架,法拉利跑车的双横臂独立悬架,2020/7/1,32,汽车构造,独立悬架,奥迪轿车的双横臂独立悬架,2020/7/1,33,汽车构造,独立悬架,2、纵臂式独立悬架 （1）单纵臂式独立悬架 车轮上下 运动时，主销后倾角变化很大，一般 不用在前悬架中。,单纵臂式前独立悬架示意图,2020/7/1,34,汽车构造,独

12、立悬架,2020/7/1,35,汽车构造,独立悬架,（2）双纵臂式独立悬架,纵臂,摆臂轴,衬套,扭杆弹簧,横梁,螺钉,双纵臂式扭杆弹簧前独立悬架,2020/7/1,36,汽车构造,独立悬架,四连杆型后独立悬架零件分解图,2020/7/1,37,汽车构造,独立悬架,3、车轮沿主销移动的独立悬架 （1）烛式独立悬架 车轮沿 固定不动的主销轴线移动。,2020/7/1,38,汽车构造,独立悬架,2020/7/1,39,汽车构造,独立悬架,（2）麦弗逊式独立悬架 车轮沿摆动的主销轴线移动。,2020/7/1,40,汽车构造,独立悬架,2020/7/1,41,汽车构造,独立悬架,球头销,下摆臂,转向节,

13、减振器,连接杆,螺旋弹簧,富康轿车前悬架示意图,横向稳定杆,前托架,2020/7/1,42,汽车构造,20.6 电子控制空气悬架,在汽车行驶过程中，要求悬架系统能根据实际需要随时调节悬架的 刚度和阻尼力，以达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性，电子控制空 气悬架就具有这种功能。 电子控制悬架是在悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）中附 加一个可控制作用力的装置，这种悬架具有调节车身高度、控制阻尼 力和控制悬架刚度的功能。 1、分类 按照有无动力源，可将电子控制悬架系统分为半主动悬架和主动悬架 两大类。,2020/7/1,43,汽车构造,电子控制空气悬架,（1）半主动悬架 半主动悬架通常是由可变特

14、性 的弹簧和减振器组成的悬架系统， 它可以根据路面的激励和车身的响 应按存储在电脑内的各种条件下弹 簧和减振器的优化参数对弹簧刚度 和悬架的阻尼进行自动调整，使车 身的振动控制在某个范围内。 安装半主动悬架的汽车在转向 、起动、制动等工况时不能对悬架 刚度和阻尼力进行控制。,2020/7/1,44,汽车构造,电子控制空气悬架,（2）主动悬架 主动悬架是在被动悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）中附 加一个可控制作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制 系统和能源系统4部分组成。 主动悬架需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬架系统提 供连续的动力输入。 根据汽车行驶条件的变化，主

15、动悬架可以主动改变悬架的刚度和阻 尼系数，在汽车行驶速度变化时以及汽车起动、制动、转向等工况时 ，主动悬架都可以进行有效控制。主动悬架可以根据需要自动调整车 身高度。 根据悬架介质不同，可分为油气式主动悬架和空气式主动悬架。,2020/7/1,45,汽车构造,电子控制空气悬架,2、结构及工作原理 电子控制空气式主动悬架系统主要由信号输入装置、悬架刚度及减振 器阻尼力调节装置、车身高度调节装置及悬架电控单元等组成。,2020/7/1,46,汽车构造,电子控制空气悬架,空压机,发动机IC调节器,前悬架控制执行器,节气门传感器,后悬架控制执行器,高度控制阀传感器,高度控制阀,转向盘转角传感器,悬架控制开关,传感器,制动开关,高度控制阀,高度控制阀传感器,干燥器和排气阀,电子控制主动悬架系统布置示意图,2020/7/1,47,汽车构造,电子控制空气悬架,(1)空气悬架刚度的调节 通过改变主、副气室之间气体通路的大小，使主气室被压缩的空气量 发生变化，从而改变空气悬架的刚度。,空气悬架气动缸工作示意图,2020/7/1,48,汽车构造,电子控制空气悬架,(2)空气悬架阻尼力的调节 通过改变减振器阻尼孔截面积的大小来实现。,空气悬架阻尼力调节原理,2020/7/1,49,汽车构造,电子控制空气悬架,(3) 悬架控制执行器 悬架控制执行器除了控制减振器的转