第22章 悬架.ppt

1、第二十二章 悬架,本章学习要求,1、悬架的功用、组成和类型。 2、几种弹性元件的结构特点。 3、几种减振器的结构特点和要求。 4、非独立悬架的结构特点。 5、独立悬架的优缺点分析。 6、独立悬架的分类和几种典型独立悬架的结构特点。 7、其他几种类型悬架结构特点的简介。,第一节 概述,悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。其功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车正常行驶。 现代汽车悬架一般包括弹性元件、减振器和导向机构，分别起缓冲、减振、导向作用，共同的任务是传

2、力。 为了防止在转向行驶中发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件-横向稳定器。,悬架系统的自动振动频率,由悬架刚度和悬架弹簧的质量所决定的车身自然振动频率（振动系统的固有频率）是影响汽车行驶平顺性的悬架重要性能指标之一。人体所习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约11.6HZ。车身自然振动频率应尽可能处于或接近这一范围。 式中：g-重力加速度； f-悬架垂直变形（绕度）； M-悬架簧载质量； K(Mg/f)-悬架刚度使车轮中心相对车架和车身向上移动的单位距离所加于悬架上的垂直载荷。,现代汽车悬架一般分为非独立悬架和独立悬架。,1、在悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度愈小，则汽车

3、自然振动频率愈低。但悬架刚度愈小，在一定载荷下悬架变形就愈大，即车轮上下跳动所需空间愈大，这对于簧载质量大的货车，在结构上是难以保证的，故实际上货车的车身自然振动频率往往偏高，而大大超过理想的频率范围。 2、当悬架刚度一定时，簧载质量越大，则悬架变形就愈大，则汽车自然振动频率愈低。故空车行驶时的车身自然振动频率要比满载行驶时的高。簧载质量变化范围越大，则频率变化范围也越大。 为了使簧载质量从相当于汽车空载到满载的范围内变化时，车身自然频率保持不变或变化很小，就需要将悬架刚度做成可变的，即空车时悬架刚度小，而载荷增加时，悬架刚度随之增加。 有些弹性元件本身的刚度就是可变的，如气体弹簧；有些悬架所

4、用的弹性元件的刚度是不变的，但是，当安装在悬架系统中，可使整个悬架系统具有可变的刚度，例如扭杆弹簧悬架。,1、钢板弹簧：广泛应用于货车或轿车的后轮。 2、螺旋弹簧：无需润滑，不忌泥圬；安置所需纵向空间小；弹簧本身质量小。但它没有减振功能，需另设减振器和导向机构。 3、扭杆弹簧：结构简单；布置简单；储能高，质量小,但安装精度和制造难度大。 4、气体弹簧：1）空气弹簧（囊式空气弹簧；模式空气弹簧）；2）油气弹簧（单气室油气弹簧：a、单气室油气分隔式油气弹簧;b、单气室油气不分隔式油气弹簧；双气室油气弹簧；双级压力式油气弹簧） 5、橡胶弹簧,为了缓和冲击，在车架和车桥间加装弹性元件，在受到冲击时将产

5、生振动。,第二节 弹性元件,弹性元件,1、钢板弹簧,还可兼作减振器和导向作用，可以简化悬架架构。,变截面钢板弹簧,克服质量大，性能差（片间摩擦影响汽车行驶的平顺）,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1。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2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。,

6、1. 扭杆；2. 摆臂,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。 扭杆弹簧本身扭转刚度虽是常数，但采用扭杆弹簧的悬架由于有导向机构的缘故，其悬架刚度却是可变的。 扭杆弹簧储能量是钢板弹簧3倍，比螺旋弹簧还高。因此采用扭杆弹簧悬架质量小，结构简单，也无需润滑，并且通过调整扭杆弹簧固定端的安装角度，易实现车身高度的自动调节。可纵向布置

7、，也可横向布置。,2、螺旋弹簧,螺旋弹簧主要 运用于独立悬 架中，必须加 装减振器和导 向机构以传递 垂直力以外的 各种力和力矩 。变螺距的为 变刚度。,4、气体弹簧,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0.51MPa），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。,囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶组

8、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。 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。 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

9、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。相当于气体弹簧和相当于液力减振器组成。,刚度可变弹簧，兼起减振器作用,消除了在申张行程中活塞与缸体 底部发生碰撞的可能。 刚度变化幅度较小，但簧载变化， 悬架系统自然振动频率变化幅度 较大。,两气室不同时工作，簧载小时，主 室工作，但主气室气压超过补偿气室 的气压时，补偿气室开始工作。 刚度变化幅度较大，可以满足车在 空载和满载时悬架系统有大致相等 的自然振动频率。,空气弹簧的布置(1),空气弹簧在转向轴上的布置,空气弹簧只能承受轴线、向载荷，故还需设置纵向和横 向推力杆等导向机构，还需设置减振器。,空

10、气弹簧的布置(2),空气弹簧在驱动桥上的布置 a)空气弹簧布置在驱动桥一端 b)空气弹簧布置在驱动桥前、后端,5、橡胶弹簧,储能较大，隔音好，无噪声，无需润滑，并具有一定 减振作用。一般多用于副簧和缓冲块。,减振器的要求：1）在悬架压缩行程（车桥与车架相互移近的行程）内，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（车桥与车架相对远离的行程）内，减振器阻尼力应大，以求迅速减振。3）当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，减振器应能自动加大液流通道面积，使阻尼力始终保持在一定限度内，以免承受过大的冲击载荷。,弹性元件为缓冲而产生的振动会传到车身和乘客身上，会使驾

11、驶员和乘客不舒适，因而还应加装减振器，以改善汽车行驶的平顺性。减振器多采用液力式，利用液体通流截面的改变而产生的阻尼力来消耗振动，即把振动能变为热能。对液压油的粘度、抗氧化性、抗汽化性以及抗腐蚀性等性能有一定要求。但减振效果在有时会影响缓冲效果，应此应解决好这一矛盾。,第三节 减振器,1）压缩行程：当车轮上行，即车轮移近车架时，减振器压缩，活塞下行，下腔受压，油压升高。油经流通阀流向上腔，但上腔为有杆腔，而下腔为无杆腔，上腔增加得容积小于下腔减少的容积，故下腔还推开压缩阀，让一部分油流向储液缸。这些阀对油液的节流作用便造成对悬架压缩运动的阻尼力。 2）伸张行程：当车轮下行，即车轮远离车架时，减

12、振器拉伸，活塞上行，上腔受压，油压升高，流通阀关闭。上腔内的油液便推开伸张阀流向下腔。但上腔为有杆腔，而下腔为无杆腔，上腔流出的油液还不足补充下腔所增加的容积，下腔内产生真空度，这时储液缸5 中的油液便推开补偿阀流入下腔进行补充。这些阀的节流作用便造成对悬架伸张运动的阻尼力。,1、双向作用筒式减振器,1）充气式减振器 （也称单筒式减振器)， 相比双向作用筒式减振器其优点： （1）采用浮动活塞而减少一套阀门系统，结构大为简化 （2）减振器内为充高压气体，能有效减少车轮受到的冲击时产生的振动，并能有助消除噪声。 （3）在防尘罩直径相同情况下，充气式活塞缸经比双筒式大，所以单位流量较之大几倍，故在同

13、样泄流的不利条件下，它比之更能可靠保证足够的阻尼力。 （4）内部气体和液压被浮动活塞隔开，消除油液乳化 其缺点：油封要求高；充气工艺复杂，不能修理；当缸筒受到外界物体的冲击而变形时，减振器就不能工作。 2）阻力可调式减振器：随车的载荷的增加或减少，使节流通道减小或增大来调节油液流动的阻力。,2、新型减振器,其结构简单，工作可靠，广泛应用于货车和轿车的后桥上。采用螺旋弹簧、气体弹簧需复杂的导向机构。而采用钢板弹簧为弹性元件，还具有一定的减振功能，并兼作导向元件，因而结构大为简化，所以被广泛应用于非独立悬架上作弹性元件。 非独立悬架一般分为：1、纵向板簧式非独立悬架（多用）；2、螺旋弹簧非独立悬架

14、；3、空气弹簧非独立悬架；4、油气弹簧非独立悬架,第四节 非独立悬架,1、纵向板簧式非独立悬架（多用）,主副钢板弹簧，小负荷时只有主簧起作用，大满负荷时副簧才起作用。,渐变刚度的钢板弹簧，主簧5片薄钢板弹簧，副簧5片厚钢板弹簧组成，小负荷时只有主簧起作用，大满负荷时副簧才起作用，并且是线性渐变的，但主副簧间易夹泥圬，影响渐变效果。,渐变刚度的钢板弹簧，其主簧由9mm的4片和副簧15mm的2片组成,纵置少片变截面渐变刚度的钢板弹簧，它是由主簧3片等长厚度从中间的12mm变到端部8mm的变截面钢板弹簧组成。其余为3片不等长副簧，是渐变刚度钢板弹簧,一般只作轿车(前驱)的后悬架，需加装导向机构（横向

15、纵向推力杆）承受和传动车轴和车身间的纵向和横向作用力和力矩。,2、螺旋弹簧非独立悬架,从压气机产生压缩气经油水分离器和压力调节器进入储气筒，压力调节器可调节储气筒内的压缩气体的压力保持一定。储气罐通过管路与空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧内压力由车身高度调节阀3控制，即随载荷不同来调节空气弹簧的压力。 为提高汽车平顺行驶，弹簧尽可能软些，但会使车在空载和满载时出现很大差异，满载时车身被压的很低，并出现碰撞缓冲块。因此对不同类型车提出不同要求：重型矿车及大型客车，要求空载和满载时车身高度相等；轿车要求在好路上减低高度以便高速行驶，坏路上应提高车身高度，以便提高通过性。这说明在保证行驶平顺性下，车身

16、高度与汽车使用要求之间有较大矛盾，为此应设车身高度调节阀来控制调节。 车身高度调节阀：体内有两个阀，通气源的充气阀和通大气的放气阀，均由控制杆（与车桥相连）操纵。载荷增加时车桥接近车架，控制杆上升，通过摇臂打开充气阀，气进入弹簧，车身抬高，直到恢复车身与车架的原定位置为止。反之放气阀开。,3、气体弹簧非独立悬架,可调空气悬架系统的分类,电子控制变高度空气弹簧悬架系统 电子控制变刚度空气弹簧悬架系统 电子控制变高度与变刚度空气弹簧悬架系统,高度阀结构示意图,高度和刚度可调空气悬架,高度和刚度可调空气悬架组成 高度控制系统组成简图 车身高度控制原理 空气悬架刚度的调节原理 高度和刚度可调空气悬架的

17、部件,高度和刚度可调的空气悬架组成,空气弹簧的结构,高度控制系统组成简图,车身高度控制原理,空气悬架刚度的调节原理,1-阻尼调节杆 2-空气阀控制杆 3-主辅气压腔通道 4-辅气压腔 5-主气压腔 6-气阀阀体 7-小通道 8-阀心 9-大通道,高度和刚度可调空气悬架的部件,高度传感器 空气压缩机 继电器 排气电磁阀 高度电磁阀 空气弹簧电磁阀,模拟式高度传感器,模拟式高度传感器 安装位置,数字式高度传感器,空气压缩机,继电器,排气电磁阀,高度控制电磁阀,空气弹簧电磁阀,空气悬架的发展,将空气弹簧作为弹性元件引入悬架 扩展为主副气室式空气弹簧 带辅气室和节流空的空气弹簧 引入了电子控制技术,4

18、、油气弹簧非独立悬架,大吨位的自卸车采用油气弹簧与钢板弹簧悬架相比有以下特点：,1、油气悬架具有变刚性，可保证汽车具有良好的行驶平顺性，可显著缓和冲击，减少颠簸，从而改善驾驶员的劳动条件和提高平均车速； 2、油气弹簧纵向尺寸小，对总车布置有利，有的自卸车采用烛式独立前悬架，能使转向轮偏角达45度，大大减少汽车的转弯半径； 3、改变缸筒工作腔的油量和气室的充气压力，可得到不同的变刚度特性，从而使油气弹簧的主要部件可在不同汽车上通用。,第五节 独立悬架,随着车速不断提高，非独立悬架已越来越不能满足行驶平顺性和操纵稳定性等方面的要求。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。 优

19、点：1、在弹性元件的变形范围内，两侧车轮可单独运动，互不影响，这样在不平路面上行驶可减少振动，而且有助消除转向轮不断偏摆的不良影响。,2、减少了车的非簧载质量（即不由弹簧支承的质量）。在非独立悬架，整各车桥和车轮都属非簧载质量部分。在用独立悬架时，对驱动桥而言，由于主减速器、差速器及其外壳都固定在车架上，成了簧载质量；对转向桥而言，它仅具有转向主销和转向节，而中部的整体梁不再存在。所以在采用独立悬架时，非簧载质量只包括车轮质量和悬架系统中一部分零件的全部或部分质量，显然比用非独立悬架时的非簧载质量要小。在道路条件和车速相同时，非簧载质量愈小，则悬架所受的冲击载荷也愈小。故采用独立悬架可以提高汽

20、车的平均行驶速度。,3、采用断开式车桥，发动机总成的位置可降 低和前移，使汽车重心下降，提高汽车行驶稳定性。同时能给予车轮较大的上下运动空间，因而可将悬架刚度设计得小，使车振动频率降低，以改善行驶平顺性。 4、保证车在不平路面上行驶时，所有车轮和路面有良好接触，从而增大牵引力； 5、可增大汽车得离地间隙，因而大大提高提高越野汽车的通过性。 缺点：1)独立悬架结构复杂，制造成本高；2)维修不便；3)在一般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大，轮胎磨损大。 独立悬架中多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作弹性元件，钢板弹簧和其他弹簧用得很少。,1、车轮在汽车横向平面内摆动的悬架（横臂式a） 2、纵

21、臂式独立悬架b 3、车轮沿主销移动的独立悬架（烛式c;麦弗逊式d) 4、车轮在汽车的斜平面内摆动的悬架（单斜臂式e）,一、横臂式独立悬架,横臂式独立悬架又分为单臂式和双臂式。单臂式当车架变形时，会倾斜而改变轮距，破坏了附着力，用于转向轮时会改变前轮定位，所以很少用，用双臂式多。,二、纵臂式独立悬架,1、烛式独立悬架 车轮转向节沿刚性地固定在车架上的主销的上下移动。 2、麦弗逊式悬架 它是由滑动立柱和横摆臂组成，改善了滑动立柱的受力状况。,三、车轮沿主销移动的独立悬架,四、单斜臂式独立悬架,五、横向稳定器,横向稳定器采用独立悬架（尤其是螺旋弹簧）的车，连接部分较软，在高速行驶中转向时，车身会横向

22、倾斜或振动，因而需设横向稳定器（一般杆式横向稳定器）。当车身只作垂直移动而两侧悬架变形相等时，横向稳定杆不起作用。当两侧悬架变形不相等而车身相对路面横向倾斜，车架的一侧移近弹簧支座，稳定杆的该侧末端就相对于车架向上移，而车架的另一侧远离弹簧支座，相应的稳定杆的末端则相对于车架向下移，然而在车身和车架倾斜时，稳定杆的中部对于车架并无相对运动。倾斜时稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆便被扭转。弹性的稳定杆所产生的扭转的内力矩就妨碍悬架弹簧的变形，因而减小车身的横向倾斜和横向角振动。,1、等臂式 2、摆臂式,第六节 多轴汽车的平衡悬架,1、等臂式,2、摆臂式平衡悬架,第七节 主动悬架和半主动悬架,传统的悬架系统又称被动悬架。如果悬架系统的刚度和阻尼特性根据汽车的行驶条件进行动态调整，使悬架始终处于最佳减振状态，则称主动悬架。 主动悬架系统按其是否包含动力源可分为 ： 1）全主动悬架（有源主动悬架）它是在传统悬架系统中加了一个可控制作用力的装置； 2）半主动悬架（无源主动悬架）它不