汽车构造讲课PPT-22悬架

1、第二十二章第二十二章 悬架悬架第一节第一节 概述概述一、组成和功用一、组成和功用 1. 组成组成基本：弹性元件、减振器、导向机构基本：弹性元件、减振器、导向机构辅助：横向稳定器辅助：横向稳定器 2. 功用功用 传递纵向力、侧向力及其力矩，缓和冲击，传递纵向力、侧向力及其力矩，缓和冲击，减小振动。减小振动。弹性元件弹性元件纵向推力杆纵向推力杆阻尼元件阻尼元件横向稳定杆横向稳定杆横向推力杆横向推力杆汽车悬架的组成示意图汽车悬架的组成示意图二、二、 悬架系统的自然振动频率（固有频率）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，汽车自然振动频率是影响汽车平顺

2、性的重要性能指标之一，一般称为车辆的偏频。其取值范围一般在一般称为车辆的偏频。其取值范围一般在1-1.6Hz1-1.6Hz之间。之间。 该频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定：该频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定：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，但簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小，但f f增大。增大。悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。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为使车辆的载荷变化时n n的变化小，需要悬架的弹簧具的变化小，需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以保证车辆在不同的载荷情况下具有相当有变刚度特性，以

3、保证车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性。的行驶平顺性。fgMC2121n三、三、 悬架系统的类型悬架系统的类型按汽车悬架的性能是否可控，分为：按汽车悬架的性能是否可控，分为：被动悬架：被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。主动悬架：主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调 节的悬架。节的悬架。半主动悬架：半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。按汽车悬架的结构特点，分为：按汽车悬架的结构特点，分为：非独立悬架非独立悬架：两侧车轮由整体式车桥刚性的

4、连接在一起，只能共两侧车轮由整体式车桥刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架。广泛应用于货车、客车和轿车后悬架。同运动的悬架。广泛应用于货车、客车和轿车后悬架。独立悬架独立悬架：两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架于车两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架于车架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。第二节 弹性元件悬架的弹性元件主要有：悬架的弹性元件主要有：v钢板弹簧：钢板弹簧：v螺旋弹簧：螺旋弹簧：v扭杆弹簧：扭杆弹簧：v空气弹簧：空气弹簧：v油气弹簧：油气弹簧：v橡胶弹簧：橡胶弹簧：组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，组成的悬架结构

5、简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立悬架。适用于非独立悬架。制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向空间小，质量小。应用于独立悬架。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，不需要润单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。滑，方便布置。统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可统称为气体弹簧，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。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。用于单位储能量高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。缓冲块。一、钢板弹簧

6、一、钢板弹簧卷耳卷耳弹簧夹弹簧夹钢板弹簧钢板弹簧中心螺栓中心螺栓螺栓螺栓套筒套筒螺母螺母l若干片等若干片等宽，不等宽，不等长合金钢长合金钢板板l各片弯度各片弯度不同不同l片间润滑片间润滑l近似等强近似等强度梁度梁l兼有减振兼有减振和导向作和导向作用用 钢板弹簧的第一片最长，成为主片。主片的两端弯成卷耳，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。销与车架或者吊耳作铰链连接。 钢板弹簧的中部一般用钢板弹簧的中部一般用U U形螺栓固定在车桥上。形螺栓固定在车桥

7、上。 中心螺栓的作用是连中心螺栓的作用是连接各弹簧片，保证各片接各弹簧片，保证各片的装配位置。按其距两的装配位置。按其距两耳的距离分为对称式钢耳的距离分为对称式钢板弹簧和非对称钢板弹板弹簧和非对称钢板弹簧。簧。主片卷耳受力大，为改主片卷耳受力大，为改善其受理情况，第二片善其受理情况，第二片末端也弯成卷耳，称为末端也弯成卷耳，称为包耳。二者留有间隙，包耳。二者留有间隙，以便相对滑动。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，弹簧夹保证在钢板弹簧反向变形时各片不致相互分开，以便共同承载。且使弹簧片相互横向定位。弹簧夹用铆钉与以便共同承载。且使弹簧片相互横向定位。弹簧夹用铆钉与

8、最下面弹簧片铆接，上端以螺栓连接。螺栓上有套管顶在弹最下面弹簧片铆接，上端以螺栓连接。螺栓上有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（有间隙（1-1.5mm1-1.5mm），使各片之间能相对滑动。），使各片之间能相对滑动。 目前的汽车较多采用：变截面的少片钢板弹簧。据有质目前的汽车较多采用：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。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，污染问题如采用复合碳素纤维钢板弹簧，污染问题二、螺旋弹簧二、螺旋弹簧优点：无须润滑、不怕

9、泥污、纵向布置空间较小、质量小。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。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。线性螺旋弹簧，以获得更好的平顺性。多用于独立悬架。三、三、 扭杆弹簧扭杆弹簧扭杆弹簧：弹簧钢制成，通过轴向扭转变形来缓冲冲击。扭杆弹簧：弹簧钢制成，通过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。材料：铬钒合金弹簧钢，表面涂环氧树脂和防锈

10、漆。扭杆弹簧的特点：扭杆弹簧的特点：加工时可以预先产生内应力。预扭，分左右。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。可用于调节车身高度。扭杆过短将影响舒适性、平顺性。面包车、越野车多用四、气体弹簧四、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. 3. 单气室油气弹簧单气室油气弹簧 油气弹簧特点： 以气体做弹性介质，油液作为传力介

11、质，相当于减振器加气体弹簧。 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. 4. 两级压力式油气弹簧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、概述一、概述 1. 1. 基本原理基本原理与弹性元件并联安装与弹性元件并联安装通过活塞移动，油液流通过活

12、塞移动，油液流经小孔，形成阻尼。经小孔，形成阻尼。阻尼大小与孔道面积、阻尼大小与孔道面积、阀门弹簧力、油液稀稠阀门弹簧力、油液稀稠有关。有关。 通过减振器自身的通过减振器自身的运动，消耗弹簧变形储运动，消耗弹簧变形储存的能量，将其变为热存的能量，将其变为热能，并散发到空气中，能，并散发到空气中，以衰减弹簧的振动。以衰减弹簧的振动。 2. 2. 对减振器的要求对减振器的要求压缩行程：阻尼力应小，充分利用弹性。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。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：相对运动阻尼力的大小与相对运动速度正比：相对运动速度过大时

13、，应能自动加大孔道面积。速度过大时，应能自动加大孔道面积。3. 3. 减振器的类型：减振器的类型：按工作方式分为：按工作方式分为： 单向减振器和双向减振器单向减振器和双向减振器按结构形式分为：按结构形式分为： 单筒减振器和双筒减振器单筒减振器和双筒减振器按阻尼是否可调分为：按阻尼是否可调分为： 阻尼可调式和阻尼不可调式阻尼可调式和阻尼不可调式按工作介质分为：按工作介质分为： 油液减振器、气体减振器油液减振器、气体减振器按是否充气分为：按是否充气分为： 充气减振器和不充气减振器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目前汽车上广泛采用的是双向作用油液减振器二、二、 双向

14、筒式减振器双向筒式减振器 减振器由储油筒、工作缸、活塞连杆分减振器由储油筒、工作缸、活塞连杆分总成、底阀、导向器、防尘罩等组成。总成、底阀、导向器、防尘罩等组成。双向筒式减振器有四个阀：双向筒式减振器有四个阀：伸张阀伸张阀I I、流通阀、流通阀、补偿阀、补偿阀、压缩阀、压缩阀 。 伸张阀和压缩阀分别是拉伸行程和压伸张阀和压缩阀分别是拉伸行程和压缩行程的卸载阀。缩行程的卸载阀。 补偿阀和流通阀分别在拉伸和压缩行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。程中补偿油液，避免上下腔中出现真空。1.1.定义：在压缩和伸张两行程内均能起减定义：在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的

15、减振器振作用的减振器2.2.结构：结构：伸张阀伸张阀流通阀流通阀压缩阀压缩阀补偿阀补偿阀3. 3. 工作过程工作过程压缩行程压缩行程连杆和活塞一起向下运动连杆和活塞一起向下运动工作缸下腔油液压力增高工作缸下腔油液压力增高拉伸阀和补偿阀关闭；拉伸阀和补偿阀关闭；下腔的高压打开流通阀；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；液体自压缩阀的常通孔流出到储油筒；阻尼力逐渐增大。阻尼力逐渐增大。 当活塞运动速度很快时，下腔油压很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。开，阻尼力不再增加。起到

16、卸荷作用。伸张阀伸张阀压缩阀压缩阀流通阀流通阀补偿阀补偿阀拉伸行程拉伸行程连杆和活塞一起向上运动连杆和活塞一起向上运动工作缸上腔油液压力增高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；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；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。流通阀关闭；压缩阀关闭。节流孔的节流作用产生阻尼力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。打开，阻尼力不再

17、增加。起到卸荷作用。工作过程演示工作过程演示 4. CA1091汽车筒式减振汽车筒式减振器器 结构特点：结构特点：三个同心钢筒三个同心钢筒:防尘罩、储油防尘罩、储油缸、工作缸缸、工作缸装在活塞上下装在活塞上下的流通阀和伸的流通阀和伸张阀张阀装在支承座上装在支承座上的补偿阀和压的补偿阀和压缩阀缩阀三、新型减振器三、新型减振器 1. 充气式充气式结构：浮动活塞、结构：浮动活塞、密闭气室；工作活密闭气室；工作活塞塞,压缩阀和伸张阀压缩阀和伸张阀.原理：工作活塞原理：工作活塞上下，压差推开阀。上下，压差推开阀。特点：上下容积特点：上下容积差靠浮动活塞，结差靠浮动活塞，结构简单，性能好构简单，性能好压缩

18、阀压缩阀伸张阀伸张阀密闭气室密闭气室 2. 2. 阻力可调式阻力可调式 理想的悬架特性：理想的悬架特性：阻力随道路和负荷变化。阻力随道路和负荷变化。 阻力可调式减振器阻力可调式减振器用于空气悬架。用于空气悬架。结构：上部气室，膜结构：上部气室，膜片，柱塞杆，柱塞片，柱塞杆，柱塞原理：车载荷增加，原理：车载荷增加，气压升高，膜片连同柱气压升高，膜片连同柱塞向下，关小节流孔，塞向下，关小节流孔，阻力增加。阻力增加。节流孔节流孔Page 293.发电式减振器-线性马达美国博石公司研制的动力-发电减振器，由线性马达电磁系统（LMES）组成，每个减振器至少可产生25W电力。线性马达电磁系统（LMES）原

19、理图Page 30发电式减振器-馈能式电液减振器馈能式电液减振器Page 31馈能式电液减振器（专利技术）原理图第四节 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，纵向安钢板弹簧，纵向安装于车架和车桥之间。装于车架和车桥之间。 特点特点2：钢板弹簧和车架钢板弹簧和车架上装有缓冲块上装有缓冲块5 5和限位块和限位块6 6，限制弹簧的变形量。，限制弹簧的变形量。特点特点1：钢板弹簧中部用钢板弹簧中部用U U型螺栓与车桥连接。型螺栓与车桥连接。1. 前悬架前悬架 （ CA1091）钢板弹簧一端为固定铰

20、链，另一端为活动铰链钢板弹簧一端为固定铰链，另一端为活动铰链。特点：特点：lEQ1090 前固定铰链，后滑板，单面双槽。前固定铰链，后滑板，单面双槽。CA30CA30无卷耳，用橡胶块支承无卷耳，用橡胶块支承特点：特点：主片不易损坏；主片不易损坏；不用润滑吊耳处；不用润滑吊耳处；橡胶具有吸振降噪的作用；橡胶具有吸振降噪的作用；钢板弹簧的移动量受到限制。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渐变刚度钢板弹簧后悬架Iveco轻型货车轻型货车 渐变刚度钢板弹簧渐变刚度钢板弹簧二、螺旋弹簧二、螺旋弹簧式非独立悬式非独立悬架架(suspension w

21、ith helical springs) 常用作轿常用作轿车后悬架。车后悬架。三、空气弹簧非三、空气弹簧非独立悬架独立悬架(air suspension)弹簧承受垂直弹簧承受垂直力力需装纵、横向需装纵、横向推力杆推力杆l 可调节车身高度l 高度阀的工作原理四、油气弹簧非独立悬架四、油气弹簧非独立悬架(hydropneumatic (hydropneumatic suspension)suspension)上、下纵向推力杆，横向推力杆上、下纵向推力杆，横向推力杆平顺性好，可变刚度平顺性好，可变刚度第五节 独立悬架(independent suspension)一、概述一、概述 1. 1. 特点特

22、点 两侧车轮各自独立地与车架弹性连接。多用两侧车轮各自独立地与车架弹性连接。多用于轿车转向轮。于轿车转向轮。可减少车身振动，消除车轮偏摆；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；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，提高行驶稳定采用断开式车桥，降低汽车重心，提高行驶稳定性；性；提供了较大的车轮跳动空间，因此减小悬架刚度，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。降低汽车偏频，提高平顺性。2.独立悬架的分类独立悬架的分类按车轮的运动方式分为：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

23、悬架）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；车轮在纵向平面内摆动的悬架； （纵臂式独立悬架）（纵臂式独立悬架）车轮沿主销移动的悬架；车轮沿主销移动的悬架； （烛式独立悬架和麦弗逊式）（烛式独立悬架和麦弗逊式）车轮在斜向平面侧摆动的悬架。车轮在斜向平面侧摆动的悬架。 （单斜臂式独立悬架）（单斜臂式独立悬架）二、横臂式独立悬架二、横臂式独立悬架(transverse)1. 单横臂式单横臂式 太脱拉太脱拉138前悬前悬架架前端与半轴套前端与半轴套管连管连后端连扭杆弹后端连扭杆弹簧簧单向作用减振单向作用减振器器奔驰轿车后独立悬架奔驰轿车后独立悬架 2. 双横臂式双横

24、臂式(parallel link system) （1）等长摆臂等长摆臂：主销内倾角不变，轮距变。：主销内倾角不变，轮距变。 （2）不等长摆臂不等长摆臂：主销角和轮距变化不大。：主销角和轮距变化不大。CA7560CA7560前悬架前悬架(wishbone type)结构特点结构特点 上下不等长臂，上下不等长臂，无主销。无主销。传力分析传力分析 纵、侧向力纵、侧向力垂直力垂直力 南京依维柯货车前悬架南京依维柯货车前悬架三、纵臂式独立悬架三、纵臂式独立悬架 1. 单纵臂式单纵臂式(swinging arm) 主销后倾角变化大，主销后倾角变化大，多用于后轮。多用于后轮。 雷诺轿车后悬架雷诺轿车后悬架

25、箱形单纵臂、套管箱形单纵臂、套管扭杆弹簧扭杆弹簧富康扭杆弹簧纵臂式后独立悬架富康扭杆弹簧纵臂式后独立悬架 2. 2. 双纵臂式双纵臂式 等长纵摆臂，主销后倾角不变，适用于转向等长纵摆臂，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。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四、车轮沿主销移动的悬架 1. 烛式烛式 结构：结构：主销、减振器固定于车主销、减振器固定于车架上架上转向节沿主销上下移动转向节沿主销上下移动 特点：特点：主销定位角不变主销定位角不变轮距、轴距变轮距、轴距变磨损大磨损大2. 2. 麦弗逊式麦弗逊式(MacPherson type)(MacPhe

26、rson type) 结构：结构：减振器上端连车身，减振器上端连车身，下端连转向节下端连转向节球铰连横摆臂球铰连横摆臂 特点特点：受力好受力好车轮上下运动时主车轮上下运动时主销定位角和轮距变销定位角和轮距变化化 Audi100轿车、红轿车、红旗旗CA7220、桑塔、桑塔纳前悬架纳前悬架JL1010汽车前悬架富康轿车前悬架富康轿车前悬架螺旋弹簧单纵臂式后独立悬架螺旋弹簧单纵臂式后独立悬架桑塔纳轿车后悬架五、横向稳定器五、横向稳定器(transverse stabilizer)(transverse stabilizer) 作用：抗侧倾作用：抗侧倾 结构：结构：U形弹簧钢扭力杆形弹簧钢扭力杆中间连车架，两中间连车架，两侧连弹簧座侧连弹簧座 原理：原理：两侧悬架变形相两侧悬架变形相等，稳定