汽車構(gòu)造 第十二講 懸架

1、第十二講 懸架 懸架是車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的所有傳力連接裝置的總稱。 懸架是汽車上的一個(gè)非常重要的系統(tǒng)。它不但影響汽車的乘坐舒適性（行駛平順性）、還對(duì)其他性能諸如通過(guò)性、穩(wěn)定性以及附著性能都有重大影響。第一節(jié)概述1懸架的功用和組成1）懸架的功用 （1）把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架（或承載式車身）上，保證汽車的正常行駛，即起傳力作用；（2）利用彈性元件和減振器起到緩沖減振的作用；（3）利用懸架的某些傳力構(gòu)件使車輪按一定軌跡相對(duì)于車架或車身跳動(dòng)，即起導(dǎo)向作用；（4）利用懸架中的輔助彈性元件橫向穩(wěn)定器，防止車身在轉(zhuǎn)向等行駛情況

2、下發(fā)生過(guò)大的側(cè)向傾斜。2）懸架的組成（1）彈性元件起緩沖作用；（2）減振元件起減振作用；（3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)起傳力和導(dǎo)向作用；（4）橫向穩(wěn)定器防止車身產(chǎn)生過(guò)大側(cè)傾。彈性元件 彈性元件的作用是緩和來(lái)自路面的沖擊。彈簧的種類很多，有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧和橡膠彈簧等。阻尼元件 懸架系統(tǒng)中由于彈性元件受沖擊會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，為衰減振動(dòng)，改善汽車行駛平順性，與彈性元件并聯(lián)安裝減振器，汽車懸架系統(tǒng)中采用減振器多是液力減振器，導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。鋼板彈簧本身兼起導(dǎo)向作用。橫向穩(wěn)定器 在一些

3、轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿。橫向穩(wěn)定器的安裝2懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率n懸架系統(tǒng)的頻率與汽車的平順性（也稱舒適性）有直接關(guān)系。 n懸架的頻率； M簧載質(zhì)量；K懸架剛度； 懸架頻率 n 隨簧載質(zhì)量的變化而變化，人體最舒適的頻率范圍為11.6Hz，n一般汽車固有頻率為： 貨車為1.52Hz； 客車為1.21.8Hz， 轎車為11.3Hz。n如果要將汽車行駛過(guò)程中的頻率保持在11.6Hz內(nèi)，最好采用變剛度懸架。3汽車懸架的類型 懸架按結(jié)構(gòu)分類： 獨(dú)立懸架1. 非獨(dú)立懸架 懸架按控制分類： 被動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸架1. 主動(dòng)懸架 現(xiàn)代汽車懸架的發(fā)展十

4、分快，不斷出現(xiàn)，嶄新的懸架裝置。 1）非獨(dú)立懸架非獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是：兩側(cè)車輪通過(guò)整體式車橋相連，車橋通過(guò)懸架與車架或車身相連。如果行駛中路面不平，一側(cè)車輪被抬高，整體式車橋?qū)⑵仁沽硪粋?cè)車輪產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 非獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn)是車輪上下跳動(dòng)時(shí)定位參數(shù)變化小、最小離地間隙不變，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉。 2）獨(dú)立懸架獨(dú)立懸架的特點(diǎn)是：車橋是斷開的，每一側(cè)車輪單獨(dú)地通過(guò)懸架與車架（或車身）相連，每一側(cè)車輪可以獨(dú)立跳動(dòng)。 獨(dú)立懸架的優(yōu)點(diǎn) 獨(dú)立懸架有如下優(yōu)點(diǎn)：n（1）非簧載質(zhì)量小n減少?zèng)_擊載荷；n（2）車橋斷開，便于在設(shè)計(jì)上降低重心n提高汽車操縱穩(wěn)定性；n（3）兩側(cè)車輪可以單獨(dú)跳動(dòng)n減少車身振動(dòng)；n（4）允許在設(shè)計(jì)上

5、增大車輪動(dòng)行程n可以減小懸架剛度，降低車身振動(dòng)的頻率。懸架特性 影響汽車平順性的另一重要指標(biāo)是阻尼比，它表達(dá)為：式中：k-代表懸架阻尼元件的阻力系數(shù)。 值取大，能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把路面較大的沖擊傳遞到車身，值取小，振動(dòng)衰減慢，受沖擊后振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使乘客感到不舒服。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比設(shè)計(jì)得比伸張小。第二節(jié)彈性元件第二節(jié)彈性元件 懸架的剛度主要是彈簧的剛度決定的，對(duì)于非獨(dú)立懸架而言，彈簧的剛度等于懸架的剛度，但對(duì)于獨(dú)立懸架而言，彈簧的剛度與懸架的剛度存在一定的函數(shù)關(guān)系。 彈簧自身的剛度特性根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同有定剛度彈簧和變剛度彈簧。一、鋼板彈簧 鋼板彈簧是由若

6、干片等寬但不等長(zhǎng)的合金彈簧片組合而成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁，多數(shù)情況下由多片彈簧組成。鋼板彈簧的第一片也是最長(zhǎng)的一片為主片，其兩端彎成卷耳，內(nèi)裝襯套，以便用彈簧銷與固定在車架上的支架或吊耳作鉸鏈連接。中心螺栓用以連接各彈簧片，并保證裝配時(shí)各片的相對(duì)位置。除中心螺栓以外，還有若干個(gè)彈簧夾（亦稱回彈夾）將各片彈簧連接在一起，以保證當(dāng)鋼板彈簧反向變形（反跳）時(shí)，各片不致互相分開，以免主片單獨(dú)承載，此外，還可防止各片橫向錯(cuò)動(dòng)。一、鋼板彈簧n中心螺栓距兩端卷耳中心的距離相等時(shí)，稱為對(duì)稱式鋼板彈簧，不相等時(shí)，稱為非對(duì)稱式鋼板彈簧。n多片式鋼板彈簧可以同時(shí)起到緩沖、減振、導(dǎo)向和傳力的作用，用于貨車后懸架可

7、以不裝減振器。鋼板彈簧一些輕型貨車和客車采用由單片或23片變厚度斷面的彈簧片構(gòu)成的少片變截面鋼板彈簧，其彈簧片的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向是變化的，片寬保持不變，它可以減少片與片間的干摩擦，提高使用應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。 鋼板彈簧 目前有一些汽車上采用變剛度鋼板彈簧，以改善汽車行駛平順性。鋼板彈簧 在一些特種車上還采用了懸臂式鋼板彈簧。二、螺旋彈簧螺旋彈簧用彈簧鋼棒料卷制而成，常用于各種獨(dú)立懸架。其特點(diǎn)是只能承受垂直載荷。在螺旋彈簧懸架中必須另裝減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。螺旋彈簧有剛度不變的圓柱形螺旋彈簧和剛度可變的圓錐形螺旋彈簧或變螺距彈簧。 它與鋼板彈簧相比具有不需潤(rùn)滑，防污性強(qiáng)，占用縱向空間小，彈簧本

8、身質(zhì)量小的特點(diǎn)。制做螺旋彈簧所用的彈簧鋼材料最常用的是60Si2Mn，更好一些的材料是60Si2Cr和60Si2CrA。三、扭桿彈簧扭桿彈簧是一根彈簧鋼制的桿。扭桿斷面常為圓形，少數(shù)是管形、矩形、疊片及組合式等，扭桿一端固定在車架上，另一端上安裝擺臂與車輪相連。當(dāng)車輪跳動(dòng)時(shí)，擺臂便繞著扭桿軸線擺動(dòng)，使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，以保證車輪與車架的彈性聯(lián)接。 扭桿彈簧桿越短越粗，剛度也越大。一般來(lái)講，三種彈簧比較，扭桿彈簧單位重量的儲(chǔ)能量較大，且占用的空間位置最小，易于布置，還可以適度調(diào)整車身的高度，所以不少乘用車懸掛采用扭桿彈簧。扭桿彈簧 扭桿彈簧在制造時(shí)，經(jīng)熱處理后施加一定的扭轉(zhuǎn)力矩載荷，使它有一

9、個(gè)永久變形，而具有一定的預(yù)應(yīng)力，這樣可以在實(shí)際工作中減小工作時(shí)的實(shí)際應(yīng)力，有利于延長(zhǎng)扭桿彈簧的壽命。但應(yīng)注意左右扭桿由于施加應(yīng)力有方向性，裝在車上后承受工作載荷時(shí)扭轉(zhuǎn)的方向應(yīng)與所預(yù)加在扭桿上的扭轉(zhuǎn)方向相一致，因而左右扭桿做有標(biāo)記，安裝時(shí)應(yīng)加以注意。四、空氣彈簧 氣體彈簧是以空氣做彈性介質(zhì)，即在一個(gè)密閉的容器內(nèi)裝入壓縮空氣（氣壓為0.51MPa），利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈簧的作用?？諝鈴椈煞譃槟沂胶湍な絻深?。 空氣彈簧 空氣彈簧隨著載荷的增加，容器內(nèi)壓縮空氣壓力升高，其彈簧剛度也隨之增加，載荷減少，彈簧壓力也隨空氣壓力減少而下降，因而這種彈簧的彈性特性很理想。 五、油氣彈簧 油氣彈簧以氣體（氮-

10、惰性氣體）作為彈性介質(zhì)，用油液作為傳力介質(zhì)。油氣彈簧類型有簡(jiǎn)單式油氣彈簧和帶隔膜式的油氣彈簧。帶隔膜式油氣彈簧，它將氣體和液體分開，便于充氣并防油液乳化。油氣彈簧油氣彈簧 帶反壓氣室式油氣彈簧，有一個(gè)反壓氣室，相當(dāng)于在簡(jiǎn)單油氣彈簧上加上一個(gè)方向相反的小筒單油氣彈簧，用以提高空載時(shí)彈簧剛度，使空載滿載自然振動(dòng)頻率變化不大。油氣彈簧 六、橡膠彈簧 橡膠彈簧利用橡膠本身的彈性來(lái)起彈性元件的作用。優(yōu)點(diǎn)是單位質(zhì)量?jī)?chǔ)能量大于金屬?gòu)椈?。無(wú)噪聲，不需潤(rùn)滑，同時(shí)有一定的減振能力。 一般在汽車上作為懸架中的副彈簧和緩沖塊。第三節(jié)減振器第三節(jié)減振器n液力減振器的作用原理是：當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器中的活

11、塞在缸筒內(nèi)也作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔?？妆谂c油液間的摩擦及液體分子內(nèi)的摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，被油液和減振器殼體所吸收，并散到大氣中。減振器彈簧雖然可以減輕道路對(duì)車身的沖擊，但如果不讓它的振動(dòng)盡快停下來(lái)，我們乘坐的將是一輛跳個(gè)不停的汽車。因此，要在彈簧運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中加上一定的阻尼，使彈簧的振動(dòng)迅速衰減。 減振器 液力減振器的結(jié)構(gòu)是帶有活塞的活塞桿插入筒內(nèi)，在筒中充滿油?；钊嫌泄?jié)流孔，使得被活塞分隔出來(lái)的兩部分空間中的油可以互相補(bǔ)充。阻尼就是在具有粘性的油通過(guò)節(jié)流孔時(shí)產(chǎn)生的。液力減振器的節(jié)流孔越小，阻尼力越

12、大；油的粘度越大，阻尼力越大；如果節(jié)流孔大小不變，當(dāng)減振器工作速度越快，阻尼力越大。汽車懸架系統(tǒng)中的阻尼元件廣泛采用液力減振器，與彈性元件并聯(lián)安裝。減振器 減振器與彈性元件承擔(dān)著緩沖擊和減振的任務(wù)，阻尼力過(guò)小，懸架振動(dòng)不能迅速衰減，阻尼過(guò)大又會(huì)影響對(duì)彈簧沖擊的吸收，甚至損壞減振器連接件。因此要求減振器應(yīng)具有以下阻尼特性。（1）在懸架壓縮行程，減振器阻尼力較小，以便充分發(fā)揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時(shí)，彈性元件起主要作用。 （2）在懸架伸張行程中，減振器阻尼力應(yīng)較大，迅速衰減振動(dòng)。（3）減振器工作速度過(guò)大時(shí)，要求減振器能自動(dòng)加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載

13、荷。減振器液力減振器按結(jié)構(gòu)形式不同有筒式和搖臂式；筒式減振器可分為雙筒式和單筒式；按作用方式可分為雙向作用式和單向作用式；按阻尼力是否可以調(diào)整分為不可調(diào)式和可調(diào)式。一、雙向作用筒式減振器雙向作用筒式減振器雙向作用筒式減振器雙向作用筒式減振器二、新型減振器n1充氣式減振器充氣式減振器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在缸筒的下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，浮動(dòng)活塞與缸筒形成的密閉氣室中，充有高壓氮?dú)?。浮?dòng)活塞之上是減振器油液。浮動(dòng)活塞上裝有大斷面的O形密封圈，把油和氣完全分開，此活塞亦稱封氣活塞。由于活塞桿進(jìn)出而引起的缸筒容積的變化由浮動(dòng)活塞的上下運(yùn)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償。因此這種減振器不需儲(chǔ)液缸筒，所以亦稱單筒式減振器。1充氣式減振器與

14、雙筒式相比，單筒式減振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了一套閥門系統(tǒng)。它在缸筒的下部裝有一個(gè)浮動(dòng)活塞，所謂浮動(dòng)即指沒有活塞桿控制其運(yùn)動(dòng)，在浮動(dòng)活塞的下面形成一個(gè)密閉的氣室，充有高壓氮?dú)?。充氣式減振器由于活塞桿進(jìn)出油液而造成的液面高度變化就通過(guò)浮動(dòng)活塞的浮動(dòng)來(lái)自動(dòng)適應(yīng)。2、阻尼力可調(diào)式減振器阻力可調(diào)式減振器的工作過(guò)程是，當(dāng)汽車的載荷增加時(shí)，空氣囊中的氣壓升高，則氣室內(nèi)的氣壓也隨之升高，使膜片向下移動(dòng)與彈簧產(chǎn)生的壓力相平衡。與此同時(shí)，膜片帶動(dòng)與它相連的柱塞桿和柱塞下移，使得柱塞相對(duì)空心連桿上的節(jié)流孔的位置發(fā)生變化，結(jié)果減小了節(jié)流孔的通道截面積，即減少了油液流經(jīng)節(jié)流孔的流量，從而增加了油液流動(dòng)阻力。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 懸架

15、的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)種類很多，大體可分為：適用于非獨(dú)立式懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)適用于獨(dú)立式懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)1. 適用于平衡式懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)第四節(jié)非獨(dú)立懸架非獨(dú)立式懸架中，彈性元件不同，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)也不一樣。一、 縱置板簧式非獨(dú)立懸架n板簧式非獨(dú)立懸架主要由鋼板彈簧和減振器組成。 縱置板簧式非獨(dú)立懸架縱置板簧式非獨(dú)立懸架縱置板簧式非獨(dú)立懸架縱置板簧式非獨(dú)立懸架主副簧式結(jié)構(gòu)縱置板簧式非獨(dú)立懸架二、螺旋彈簧非獨(dú)立懸架三、空氣彈簧非獨(dú)立懸架 空氣彈簧非獨(dú)立懸架四、油氣彈簧非獨(dú)立懸架第五節(jié)獨(dú)立懸架 一般地適用于獨(dú)立式懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可分為：1）. 車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)橫臂式2）. 車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)縱臂式3）. 車輪沿

16、主銷軸線運(yùn)動(dòng)燭式、麥弗遜式一、橫臂式獨(dú)立懸架 n1 單橫臂式n其特點(diǎn)是當(dāng)懸架變形時(shí)，車輪平面將產(chǎn)生傾斜而改變兩側(cè)車輪與路面接觸點(diǎn)間的距離輪距，致使輪胎相對(duì)于地面?zhèn)认蚧?，破壞輪胎和地面的附著。此外，這種懸架用于轉(zhuǎn)向輪時(shí)，會(huì)使主銷內(nèi)傾角和車輪外傾角發(fā)生較大的變化，對(duì)于轉(zhuǎn)向操縱有一定影響，故目前在前懸架中很少采用。 橫臂式 橫臂式 n2）雙橫臂式 雙橫臂結(jié)構(gòu)有等臂式和不等臂式，不等臂式的雙橫臂上臂比下臂短。當(dāng)汽車車輪上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上臂比下臂運(yùn)動(dòng)弧度小。這將使輪胎上部輕微地內(nèi)外移動(dòng)，而底部影響很小。這種結(jié)構(gòu)有利于減少輪胎磨損，提高汽車行駛平順性和方向穩(wěn)定性。橫臂式橫臂式側(cè)傾時(shí)車輪外傾角的變化側(cè)傾時(shí)車輪

17、外傾角的變化 車身側(cè)傾時(shí)，車輪外傾角的三種變化情況獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向效果獨(dú)立懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向效果橫臂式橫臂式橫臂式橫臂式二、縱臂式獨(dú)立懸架n1）單縱臂式縱臂式縱臂式富康隨動(dòng)轉(zhuǎn)向縱臂式（2）雙縱臂式三、車輪沿主銷移動(dòng)的懸架燭式懸架結(jié)構(gòu)麥弗遜式麥弗遜式麥弗遜式麥弗遜式麥弗遜式麥弗遜式麥弗遜式四、斜置臂式(單斜臂式)斜置臂式多連桿式 顧名思義，這種懸架含3條以上連桿，本田雅閣 5連桿后懸架包括前置定位臂、后置定位臂、上臂、下臂、控制臂，其中控制臂可以調(diào)整后輪前束。5連桿后懸架的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量比較輕，并減少了懸掛系統(tǒng)所占用的空間。多連桿式多連桿式多連桿式第五節(jié)多軸汽車的平衡懸架 平衡懸架平衡懸架第

18、六節(jié)主動(dòng)懸架與半主動(dòng)懸架 電子控制懸掛系統(tǒng)可以根據(jù)不同的路面條件，不同的載重質(zhì)量，不同的行駛速度等，來(lái)控制懸掛系統(tǒng)的剛度、調(diào)節(jié)減振器的阻尼力大小，甚至可以調(diào)整車身高度，從而使車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性在各種行駛條件下達(dá)到最佳的組合。 1. 主動(dòng)懸架2. 半主動(dòng)懸架3. 車高控制懸架主動(dòng)懸架 從控制力的角度來(lái)分，則可把懸掛分為被動(dòng)懸掛、半主動(dòng)懸掛和主動(dòng)懸掛三大類。 被動(dòng)懸掛：懸掛的剛度和阻尼參數(shù)不會(huì)變化。 主動(dòng)懸掛：懸掛的剛度、阻尼參數(shù)和車輪位置都可以根據(jù)需要控制改變，懸掛具有作功能力。半主動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸掛：懸掛的剛度和阻尼參數(shù)可以根據(jù)需要控制改變，但懸掛不具有作功能力，又稱無(wú)源主動(dòng)懸掛 。 因?yàn)樗鼪]有一個(gè)動(dòng)力源為懸掛系統(tǒng)提供連續(xù)的能量輸入，所以在半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中改變彈簧剛度要比改變阻尼狀態(tài)困難得多，因此在半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中以可變阻尼懸掛系統(tǒng)最為常見。半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是工作時(shí)幾乎不消耗動(dòng)力。 調(diào)阻尼減振器結(jié)