1、第十九章 悬架,第一节 概述 一、组成和功用1. 组成 基本：弹性元件、减振器、导向机构 辅助：横向稳定器2. 功用传递纵向力、侧向力及其力矩，缓和冲击， 减小振动。,汽车悬架的组成示意图：,二、 悬架系统的自然振动频率（固有频率）,汽车自然振动频率是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频。其取值范围一般在1-1.6Hz之间。该频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下：其中，C悬架刚度（=Mg/f）M簧载质量f 挠度,簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小，但f增大。 悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。为使车辆的载荷变化时n的变化小，需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以保证
2、车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性。,三、 悬架系统的类型,第二节 弹性元件,悬架的弹性元件主要有：,组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立悬架。,制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向空间小，质量小。应用于独立悬架。,单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。,统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调整车身高度。可提高汽车的舒适性和平顺性。应用于高级大巴和高级轿车。,单位储能量高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。,钢板弹簧：,螺旋弹簧：,扭杆弹簧：,空气弹簧：,油气弹簧：,橡胶弹簧：,一、钢板弹簧,卷耳,弹簧夹,钢板弹簧,中心螺栓,螺栓,套筒,螺母,若干片等宽，不等长合金
3、钢板 各片弯度不同 片间润滑 近似等强度梁 兼有减振和导向作用,钢板弹簧的第一片最长，成为主片。主片的两端弯成卷耳，内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套，并通过弹簧销与车架或者吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中部一般用U形螺栓固定在车桥上。,中心螺栓的作用是连接各弹簧片，保证各片的装配位置。按其距两耳的距离分为对称式钢板弹簧和非对称钢板弹簧。,主片卷耳受力大，为改善其受理情况，第二片末端也弯成卷耳，称为包耳。二者留有间隙，以便相对滑动。,弹簧夹保证在钢板弹簧反向变形时各片不致相互分开，保证共同承载。且使弹簧片相互横向定位。弹簧夹用铆钉铆接在与之相连的最下面弹簧片的端部。其上端以螺栓连接。螺栓上的
4、套管顶在弹簧夹之间，以免弹簧片夹得过紧。螺栓套管与弹簧片之间留有间隙（1-1.5mm），以便各片之间的相对滑动。,目前的汽车大量采用了：变截面的少片钢板弹簧。据有质量轻、结构简单、摩擦小、节省材料的特点。如采用复合碳素纤维钢板弹簧，污染问题,二、螺旋弹簧,优点：无须润滑、不怕泥污、纵向布置空间较小、质量小。 缺点：无减振作用；只能承受铅垂载荷，需装设导向机构。,目前汽车采用的通过变钢丝直径、螺距、弹簧直径的非线性螺旋弹簧，以获得更好的平顺性。多用于独立悬架。,三、 扭杆弹簧,扭杆弹簧：由弹簧钢制成杆，通过沿轴向扭转变形来缓冲冲击。 材料：铬钒合金弹簧钢，表面涂环氧树脂和防锈漆。,扭杆弹簧的特点
5、： 加工时可以预先产生内应力。 具有比钢板弹簧和螺旋弹簧都大储能能力，因此质量轻。 结构比较简单，不需要润滑。 和导向机构一起产生变刚度特性。 方便布置。 扭杆过短将影响舒适性、平顺性。,其它特点： 铬钒合金弹簧钢 表面环氧树脂等处理 预扭，分左右 可用于调节车身高度 面包车、越野车多用,四、气体弹簧,分类：囊式空气弹簧膜式多用于大客车和高级轿车单气室油气弹簧 双气室两级压力式多用于矿用车、越野车和高级轿车,1. 囊式空气弹簧内层气密橡胶，外层耐油橡胶，内充气。2. 膜式空气弹簧橡胶膜片和金属压制件组成气囊。,3. 单气室油气弹簧,油气弹簧特点：以气体做弹性介质， 油液作为传力介质，相 当于减
6、振器加气体弹簧。分类：油气分隔式油气不分隔式,组成： 球形气室：隔膜 工作缸：阻尼阀座、活塞工作原理： 载荷增加时，活塞上移，气压升高。 载荷减小时，活塞下压 减振靠压缩阀和伸张阀 可实现变刚度,4. 两级压力式油气弹簧,特点： 工作活塞上有两个气室 小载荷时单气室工作 大载荷时两个气室工作，空、满载振动特性频率相同。,构造： 工作缸连接球座 管形活塞连外罩、气室、轴 管形活塞上部有阻尼阀,5. 橡胶弹簧可承受压缩载 荷和扭转载荷。多用作副簧和 缓冲块。,第三节 减振器,一、概述1. 基本原理 与弹性元件并联安装 通过活塞移动，油液流经小孔，形成阻尼。 阻尼大小与孔道面积、阀门弹簧力、油液稀稠
7、有关。通过减振器自身的运动，消耗弹簧变形储存的能量，将其变为热能，并散发到空气中，以衰减弹簧的振动。,2. 对减振器的要求 压缩行程：阻尼力应小，充分利用弹性。 伸张行程：阻尼力应大，迅速减振。 阻尼力的大小与相对运动速度正比：相对运动速度过大时，应能自动加大孔道面积。,3. 减振器的类型： 按工作方式分为：单向减振器和双向减振器 按结构形式分为：单筒减振器和双筒减振器 按阻尼是否可调分为：阻尼可调式和阻尼不可调式 按工作介质分为：油液减振器、气体减振器 按是否充气分为：充气减振器和不充气减振器,目前汽车上广泛采用的是双向作用油液减振器。,二、 双向筒式减振器,2. 结构,减振器由储油筒、工作
8、缸、活塞连杆分总成、底阀、导向器、防尘罩等组成。,双向筒式减振器有四个阀：伸张阀、补偿阀、压缩阀、流通阀。,伸张阀,流通阀,补偿阀,压缩阀,伸张阀和压缩阀分别是拉伸行程和压缩行程的卸载阀。补偿阀和流通阀分别在拉伸和压缩行程中补偿油液，避免上下腔中出现真空。,1.定义：在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的减振器 2.结构：,3. 工作过程,压缩行程,连杆和活塞一起向下运动,工作缸下腔油液压力增高,拉伸阀和补偿阀关闭； 下腔的高压打开流通阀；,液体自压缩阀的常通孔流出到储油筒； 阻尼力逐渐增大。,当活塞运动速度很快时，下腔油压很大，克服压缩阀压紧弹簧，压缩阀完全打开，阻尼力不再增加。起到卸荷作用。
9、,拉伸行程,连杆和活塞一起向上运动,工作缸上腔油液压力增高,油液自上腔通过阀体上的节流孔流向下腔； 补偿阀打开，储油筒中油液流入到下腔； 流通阀关闭；压缩阀关闭。,节流孔的节流作用产生阻尼力,当活塞运动速度很快时，上腔油压很大，克服伸张阀的压紧弹簧，伸张阀完全打开，阻尼力不再增加。起到卸荷作用。,工作过程演示,4. CA1091汽车筒式减振器结构特点： 三个同心钢筒:防尘罩、储油缸、工作缸 装在活塞上下的流通阀和伸张阀 装在支承座上的补偿阀和压缩阀,流通阀,伸张阀,补偿阀,压缩阀,三、新型减振器1. 充气式 结构：浮动活塞、 密闭气室；工作活 塞,压缩阀和伸张阀. 原理：工作活塞 上下，压差推
10、开阀。 特点：上下容积 差靠浮动活塞，结 构简单，性能好,压缩阀,伸张阀,密闭气室,2. 阻力可调式理想的悬架特性： 阻力随道路和负荷变化。阻力可调式减振器 用于空气悬架。 结构：上部气室，膜 片，柱塞杆，柱塞 原理：车载荷增加， 气压升高，膜片连同柱 塞向下，关小节流孔， 阻力增加。,节流孔,第四节 非独立悬架,一、纵置板簧式非独立悬架(suspension with laminated spring or leaf spring)钢板弹簧，纵向安装于车架和车桥之间。,特点2：钢板弹簧和车架上装有缓冲块5和限位块6，限制弹簧的变形量。,特点1：钢板弹簧中部用U型螺栓与车桥连接。,1. 前悬架
11、 （ CA1091）,EQ1090前固定铰链，后滑板，单面双槽。,CA30 无卷耳，用橡胶块支承,特点： 主片不易损坏； 不用润滑吊耳处； 橡胶具有吸振降噪的作用； 钢板弹簧的移动量受到限制。,2. 后悬架 EQ1090：主、副簧，实现变刚度,渐变刚度钢板弹簧后悬架,Iveco轻型货车渐变刚度钢板弹簧,二、螺旋弹簧式非独立悬架(suspension with helical springs)常用作轿车后悬架。,三、空气弹簧非独立悬架(air suspension) 弹簧承受垂直力 需装纵、横向推力杆 可调节车身高度 高度阀的工作原理,四、油气弹簧非独立悬架(hydropneumatic sus
12、pension) 上、下纵向推力杆，横向推力杆 平顺性好，可变刚度,第五节 独立悬架(independent suspension),一、概述1. 特点两侧车轮各自独立地与车架弹性连接。多用 于轿车转向轮。 可减少车身振动，消除车轮偏摆； 降低非簧载质量，冲击载荷小，平均车速提高； 采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性； 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。,2.独立悬架的分类,按车轮的运动方式分为： 车轮在横向平面内摆动的悬架；（横臂式独立悬架） 车轮在纵向平面内摆动的悬架； （纵臂式独立悬架） 车轮沿主销移动的悬架； （烛式独立悬架和麦弗逊式） 车
13、轮在斜向平面侧摆动的悬架。 （单斜臂式独立悬架）,二、横臂式独立悬架(transverse),1. 单横臂式太脱拉138前悬架 前端与半轴套管连 后端连扭杆弹簧 单向作用减振器,奔驰轿车后独立悬架,2. 双横臂式(parallel link system)（1）等长摆臂：主销内倾角不变，轮距变。（2）不等长摆臂：主销角和轮距变化不大。,CA7560前悬架(wishbone type) 结构特点上下不等长臂，无主销。 传力分析垂直力纵、侧向力,南京依维柯货车前悬架,三、纵臂式独立悬架1. 单纵臂式(swinging arm)主销后倾角变化大， 多用于后轮。雷诺轿车后悬架 箱形单纵臂、套管 扭杆弹
14、簧,富康扭杆弹簧纵臂式后独立悬架,2. 双纵臂式等长纵摆臂，主销后倾角不变，适用于转向 轮。图示为矩形断面叠片式扭杆弹簧。,四、车轮沿主销移动的悬架,1. 烛式结构： 主销、减振器固定于车架上 转向节沿主销上下移动特点： 主销定位角不变 轮距、轴距变 磨损大,2. 麦弗逊式(MacPherson type),结构： 减振器上端连车身，下端连转向节 球铰连横摆臂特点： 受力好 车轮上下运动时主销定位角和轮距变化Audi100轿车、红旗CA7220、桑塔纳前悬架,JL1010汽车前悬架,富康轿车前悬架,螺旋弹簧单纵臂式后独立悬架,五、横向稳定器(transverse stabilizer),作用：
15、抗侧倾结构： U形弹簧钢扭力杆 中间连车架，两侧连弹簧座原理： 两侧悬架变形相等，稳定器不起作用 一侧上、一侧下时，杆受扭,第六节 多轴汽车的平衡悬架 一、平衡悬架的作用独立式在不平路面上，有的车1.刚性悬架 轮不受力。平衡式平均受力。 车轮悬空后： 转向轮负荷过小，不转向 驱动轮牵引力不足 个别桥超载2. 弹性悬架 独立式复杂平衡式好,二、平衡悬架的结构特点1. 钢板弹簧等臂式平衡悬架（EQ2080）66中后桥：钢板在心轴上反装。,2. 摆臂式平衡悬架（CA1091）62中后桥： 装于摆臂轴上的摆臂。 摆臂前端，钢板弹簧后支承销，摆臂后端，后轮轴。 摆臂相当于平衡杠杆，决定载荷分配。 举升缸
16、,摆臂式平衡悬架（CA1091）,第七节 主动悬架和半主动悬架,一、基本概念1. 被动悬架和主动悬架被动悬架：汽车在行驶过程中，悬架性能（刚度、阻尼）不变。主动悬架：悬架系统的刚度、阻尼能根据汽车行驶条件自动调节。2. 全主动悬架和半主动悬架全主动悬架：悬架系统含有动力源。半主动悬架：不包含动力源,二、组成和原理1. 全主动悬架根据汽车的运动状况和地面路况，适时调节 悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。在悬架系统中附加一个可以控制作用力的装 置。该装置由测量系统、执行机构、反馈控制系 统和能源系统组成。试验阶段。,2. 半主动悬架不改变悬架刚度，只改变悬架阻尼。由无动力源但有可控阻尼的元件组成。1）有级式悬架阻尼分为三级或更多，由驾驶员或根据传感器信号自动选择。卡迪拉克、林肯2）无级式根据汽车的运动状况和地面路况，在几毫秒内从最小到最大自动调节悬架阻尼。,
