單元十八 懸架

PAGE17PAGE9第頁教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：掌握懸架的組成、作用和工作原理；掌握彈性元件、減振器的結(jié)構(gòu)、功用和工作原理；掌握非獨立懸架和獨立懸架的類型、組成和工作原理；了解電子控制懸架系統(tǒng)的類型及工作原理；掌握前懸架的拆裝要領(lǐng)。能力目標(biāo)：能夠拆裝前懸架素質(zhì)目標(biāo)：教學(xué)重點非獨立懸架和獨立懸架的類型、組成和工作原理教學(xué)難點非獨立懸架和獨立懸架的工作原理教學(xué)手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計注釋單元十八懸架〖理論知識〗一、懸架概述懸架的主要作用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支承力）、縱向反力（驅(qū)動力和制動力）和側(cè)向反力以及這些反力所形成的力矩傳遞到車架（承載式車身）上,以保證汽車的正常行駛。汽車懸架按控制形式不同可分為被動式懸架和主動式懸架兩大類。根據(jù)汽車兩側(cè)車輪運(yùn)動是否相互關(guān)聯(lián),汽車懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩種形式。二、懸架的主要部件1.彈性元件1）鋼板彈簧鋼板彈簧是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的一種彈性元件。它由若干片長度不等、曲率半徑不同、厚度相等或不等的彈簧鋼片疊合在一起組成的一根近似等強(qiáng)度的彈性梁,如圖18-3所示。圖18-3鋼板彈簧2）螺旋彈簧螺旋彈簧用彈簧鋼棒料卷制而成，常用于各種獨立懸架。螺旋彈簧與鋼板彈簧比較,具有無須潤滑、不忌泥污、本身質(zhì)量小、安裝所需的縱向空間不大等優(yōu)點,但其沒有減振和導(dǎo)向功能,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)。3）扭桿彈簧扭桿彈簧是一根具有扭轉(zhuǎn)彈性的直線金屬扭桿2,如圖18-6所示。其斷面一般為圓形,少數(shù)為矩形或管形。它的兩端可以做成花鍵、方形、六角形或帶平面的圓柱形等,以便將一端固定在車架3上,另一端通過擺臂1固定在車輪上。當(dāng)車輪跳動時,擺臂便繞著扭桿軸線而擺動,使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形,借以保證車輪與車架的彈性聯(lián)系。有的扭桿由一些矩形斷面的薄扭片組合而成,這樣彈簧更為柔軟。扭桿本身的扭轉(zhuǎn)剛度雖然是常數(shù),但采用扭桿的懸架剛度卻是可變的。若將扭桿的固定端轉(zhuǎn)過一個角度,則擺臂的初始位置將改變,借此可調(diào)節(jié)車架與車輪間的距離,即調(diào)節(jié)車身高度。圖18-6扭桿彈簧的固定4）氣體彈簧（1）空氣彈簧?？諝鈴椈墒抢脡嚎s空氣作彈簧的。根據(jù)壓縮空氣所用容器的不同,有囊式和膜式兩種空氣彈簧。囊式空氣彈簧如圖18-7所示,由夾有簾線的橡膠氣囊和密閉在其中的壓縮空氣所組成。圖18-7囊式空氣彈簧（2）油氣彈簧。在密閉的容器中充入壓縮氣體和油液,利用氣體的可壓縮性實現(xiàn)彈簧作用的裝置稱為油氣彈簧。油氣彈簧以惰性氣體（氮氣）作為彈性介質(zhì),用油液作為傳力介質(zhì),一般由氣體彈簧和相當(dāng)于液力減振器的液壓缸組成。5）橡膠彈簧橡膠彈簧利用橡膠本身的彈性來緩和沖擊、減小振動。它可以承受壓縮載荷與扭轉(zhuǎn)載荷。橡膠彈簧的優(yōu)點:單位質(zhì)量的儲能量較金屬彈簧多,隔音性能好,多用在懸架的副簧和緩沖塊。2.減振器1）雙向作用筒式減振器如圖18-10所示為汽車上所用的雙向作用筒式減振器。圖18-10雙向作用筒式減振器2）充氣式減振器雙向作用充氣式減振器如圖18-11所示。其結(jié)構(gòu)特點是在工作缸筒的下部裝有一個浮動活塞2,在浮動活塞與缸筒一端形成的密閉氣室1中,充有2～3MPa的高壓的氮氣。在浮動活塞的上面是減振器油液。浮動活塞上裝有大斷面的O形密封圈3,它把油和氣完全分開,故此活塞亦稱封氣活塞。工作活塞8上裝有隨其運(yùn)動速度大小而改變通道截面積的壓縮閥4和伸張閥7。此二閥均由一組厚度相同、直徑不等、由大到小而排列的彈簧鋼片組成。圖18-11雙向作用充氣式減振器3）阻力可調(diào)式減振器懸架系統(tǒng)中理想的阻力特性應(yīng)該是隨著使用因素（如道路條件,載荷）的變化而改變,即減振器的阻力應(yīng)和懸架系統(tǒng)的參數(shù)有適當(dāng)?shù)钠ヅ潢P(guān)系。當(dāng)懸架系統(tǒng)的某一參數(shù)發(fā)生變化時,減振器的阻力也應(yīng)隨之而改變,從而保證懸架系統(tǒng)有良好的振動特性。一些高級轎車上采用阻力可調(diào)式減振器,如圖18-12所示。圖18-12阻力可調(diào)式減振器三、非獨立懸架1.縱置板簧式非獨立懸架縱置板簧式非獨立懸架中部用兩個U形螺栓將鋼板彈簧固定在車橋上,懸架前端為固定鉸鏈,也稱固定吊耳。它由鋼板彈簧銷釘將鋼板彈簧前端卷耳部與鋼板彈簧前支架連接在一起,為減小磨損,前端卷耳孔中裝有減磨襯套。鋼板彈簧后端與車架的連接通常采用吊耳支架或滑板支承的形式,后端可以自由擺動,從而保證彈簧變形時兩卷耳中心線間的距離是變化的。中型貨車的懸架在主鋼板彈簧上加裝副鋼板彈簧,成為變剛度的鋼板彈簧非獨立懸架。2.螺旋彈簧非獨立懸架螺旋彈簧非獨立懸架一般只用作后懸架,如我國生產(chǎn)的桑塔納、捷達(dá)、奧迪100等轎車的后懸架皆為這種形式。如圖18-14所示為一汽奧迪100型轎車后懸架。圖18-14一汽奧迪100型轎車后懸架3.空氣彈簧非獨立懸架如圖18-15所示為空氣彈簧非獨立懸架。囊式空氣彈簧5的上下端分別固定在車架和車橋（與車橋相連的支架）上。從壓氣機(jī)1產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)油水分離器10和壓力調(diào)節(jié)器9進(jìn)入儲氣筒8。壓力調(diào)節(jié)器可使儲氣筒中的壓縮空氣保持一定的壓力。儲氣罐6通過管路與兩個（幾個）空氣彈簧相通。儲氣罐和空氣彈簧中的空氣壓力由車身高度調(diào)節(jié)閥3控制?？諝鈴椈珊吐菪龔椈梢粯又荒軅鬟f垂直力。圖18-15空氣彈簧非獨立懸架示意圖4.油氣彈簧非獨立懸架油氣彈簧裝于汽車上,和其他彈簧一樣,可以構(gòu)成獨立懸架或非獨立懸架,如圖18-16所示為前輪油氣彈簧非獨立懸架。兩個油氣彈簧1的兩端分別固定在前軸的支架2上。左、右兩側(cè)各有一根下縱向推力桿11,裝在前軸6和縱梁4之間。上縱向推力桿8安裝在前軸的支架9和縱梁4的內(nèi)側(cè)支架上。上、下兩縱向推力桿平行,既可傳遞縱向力,承受制動力引起的反作用力矩,又可保證車輪上下跳動時主銷后傾角不變,有利于汽車操縱穩(wěn)定性。橫向推力桿3裝在左側(cè)縱梁和前軸右側(cè)的支架上,傳遞側(cè)向力。在兩縱梁下面裝有緩沖塊7,以避免在很大的沖擊載荷作用下前軸直接碰撞車架。圖18-16前輪油氣彈簧非獨立懸架示意圖四、獨立懸架獨立懸架的結(jié)構(gòu)形式類型很多,主要可按車輪運(yùn)動形式分成三類。（1）橫臂式獨立懸架如圖18-17（a）所示,車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動的懸架。（2）縱臂式獨立懸架,如圖18-17（b）所示,車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的懸架。（3）燭式獨立懸架如圖18-17（c）所示，麥弗遜式懸架如圖18-17（d）所示,均屬于車輪沿主銷移動的懸架。1.橫臂式獨立懸架1）單橫臂式獨立懸架單橫臂式獨立懸架的特點是當(dāng)懸架變形時,車輪將產(chǎn)生傾斜而改變兩側(cè)車輪與路面接觸點間的距離,致使輪胎相對于地面?zhèn)认蚧?破壞輪胎和地面的附著,且輪胎磨損較嚴(yán)重。此外,這種懸架用于轉(zhuǎn)向輪時,會使主銷內(nèi)傾角發(fā)生較大的變化,對于轉(zhuǎn)向操縱有一定的影響,故目前很少采用。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,在車速不高的重型越野汽車上也有采用的。2）雙橫臂式獨立懸架雙橫臂式獨立懸架的兩個擺臂長度可以相等,也可以不等,如圖18-19所示。如圖18-19（a）所示,在兩擺臂等長的懸架中,搭擋車輪上下跳動時,車輪平面沒有傾斜,但輪距發(fā)生了較大的變化,這將增加車輪側(cè)向滑移的可能性。如圖18-19（b）所示,在兩擺臂不等長的懸架中,如兩橫臂長度選擇適當(dāng),可以使車輪和主銷的角度以及輪距的變化都不太大。不大的輪距變化在輪胎較軟時可以由輪胎變形來適應(yīng),目前轎車的輪胎在每個車輪上可容許輪距的改變達(dá)到4～5mm而不致沿路面滑移。因此,不等長的雙橫臂式獨立懸架在轎車前輪上的應(yīng)用較為廣泛。圖18-19雙橫臂式獨立懸架示意圖2.縱臂式獨立懸架1）單縱臂式獨立懸架如圖18-21所示為單縱臂式前獨立懸架示意圖,轉(zhuǎn)向輪采用單縱臂式獨立懸架時,車輪上下跳動時主銷后傾角產(chǎn)生很大的變化,因此,單縱臂式獨立懸架一般不用于轉(zhuǎn)向輪。圖18-21單縱臂式前獨立懸架示意圖2）雙縱臂式獨立懸架雙縱臂式扭桿彈簧式前獨立懸架如圖18-22所示,兩個縱臂長度一般做成相等,形成平行四連桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向節(jié)和兩個等長的縱臂1做鉸鏈?zhǔn)竭B接。在車架的兩根管式橫梁5內(nèi)部都裝有若干層矩形斷面的薄彈簧鋼片疊成的扭桿彈簧4。兩根扭桿彈簧的內(nèi)端用螺釘6固定在橫梁5的中部,而外端則插入擺臂軸2的矩形孔內(nèi)。擺臂軸用襯套3支承在管式橫梁內(nèi)。擺臂軸和縱臂為剛性連接。另一側(cè)車輪的懸架與之完全相同而且對稱。在車輪上下跳動時,主銷后傾角保持不變,這種形式的懸架適用于轉(zhuǎn)向輪。圖18-22雙縱臂式扭桿彈簧式前獨立懸架3.車輪沿主銷移動的懸架1）燭式懸架燭式懸架如圖18-23所示,主銷1剛性地固定在懸架上,轉(zhuǎn)向節(jié)與套筒3連接在一起。當(dāng)車輪跳動時,轉(zhuǎn)向節(jié)與套筒一起沿主銷軸線移動。這種懸架對于轉(zhuǎn)向輪來說,在懸架變形時,主銷的定位角不會發(fā)生變化,僅輪距、軸距稍有改變,因此有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱和行駛穩(wěn)定性。但是側(cè)向力全部由套在主銷1上的套筒3和主銷承受,則套筒與主銷之間的摩擦阻力大,磨損嚴(yán)重。圖18-23燭式懸架2）麥弗遜式懸架麥弗遜式前懸架如圖18-24所示,橫擺臂1以球鉸鏈與轉(zhuǎn)向節(jié)3相連接。外面套有螺旋彈簧6的減振器4上端通過螺栓和橡膠墊圈與車身5相連接,下端固定在轉(zhuǎn)向節(jié)3上。主銷的軸線為上下鉸鏈中心的連線。當(dāng)車輪上下跳動時,因減振器的下支點隨橫擺臂擺動,故主銷軸線的角度是變化的,車輪沿著擺動的主銷軸線運(yùn)動。因此,這種懸架變形時,主銷的定位角和輪距都有些變化。合理地調(diào)整桿系的布置,可使車輪的這些定位參數(shù)變化極小。這種懸架的突出優(yōu)點是兩前輪內(nèi)側(cè)空間較大,便于發(fā)動機(jī)等機(jī)件的布置。圖18-24麥弗遜式前懸架4.多軸汽車的平衡懸架多軸汽車的全部車輪如果都是單獨剛性地懸掛在車架上,則在不平道路上行駛時將不能保證所有的車輪同時接觸地面。當(dāng)有彈性懸架而道路不平度較小時,雖然不一定會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象,但各個車輪間的垂直載荷分配比例會有很大的改變。當(dāng)車輪垂直載荷較小甚至為零時,車輪對地面的附著力也將隨之變小甚至等于零。在這種情況下,轉(zhuǎn)向輪將使汽車操縱能力大大降低,以致失去操縱；驅(qū)動輪不能產(chǎn)生足夠的（甚至為零）驅(qū)動力。此外,一個車輪上垂直載荷減小,將引起其他車輪上垂直載荷的增加,嚴(yán)重時還會發(fā)生車橋及車輪超載的危險。五、電子控制懸架系統(tǒng)1.電子控制懸架系統(tǒng)(EMS)的功用、組成及工作原理1）電子控制懸架系統(tǒng)的功用電子控制懸架系統(tǒng)(EMS),又稱電子調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)(EMS),它能根據(jù)汽車行駛路面狀況、行駛速度和載荷變化,通過電子調(diào)節(jié)懸架電控單元(EMSECU)來控制相應(yīng)的執(zhí)行元件,自動調(diào)節(jié)車身高度、懸架剛度和阻尼系數(shù),改善汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎、加速和制動時,乘員能夠感到懸架較為堅硬,而在正常行駛時能夠感到懸架比較柔軟；電控懸架系統(tǒng)還能平衡地面反力,使其對車身的影響減小到最低程度。2）電子控制懸架系統(tǒng)的組成及工作原理車身高度傳感器采集前后車身的高度信號,方向盤轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)角傳感器采集汽車行駛方向信號,節(jié)氣門位置傳感器采集駕駛員加、減速信號,車速傳感器采集汽車行駛速度信號。傳感器和控制開關(guān)向EMSECU輸入車身以及汽車行駛的狀態(tài)信息,EMSECU接受傳感器和控制開關(guān)輸入的電信號,并向執(zhí)行元件發(fā)出控制命令,執(zhí)行元件產(chǎn)生一定的機(jī)械動作,從而改變車身高度、彈簧剛度和減振器的阻尼力。2.電子控制懸架系統(tǒng)的類型1）半主動懸架圖18-26半主動懸架工作原理2）全主動懸架全主動懸架可以根據(jù)汽車的運(yùn)動狀態(tài)和路面狀況,適時地調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼,使其處于最佳減振狀態(tài)。阻尼調(diào)節(jié)可以采用和半主動懸架相同的方法,而剛度調(diào)節(jié)則必須利用額外的能源來實現(xiàn)。圖18-27全主動懸架工作原理〖小結(jié)〗1.汽車懸架一般由彈性元件、減振器及導(dǎo)向裝置組成。2.汽車懸架按控制形式不同可分為被動式懸架和主動式懸架兩大類；按汽車兩側(cè)車輪運(yùn)動是否關(guān)聯(lián)，又可分為獨立懸架和非獨立懸架。3.汽車懸架的彈性元件常見的有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧和橡膠彈簧。4.現(xiàn)