第二十二章 悬架

第二十二章悬架1、悬架的作用

一、概述悬架是车架与车桥或承载式车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。

把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。2、组成（1）弹性元件：承受和传递垂直载荷，减小路面的冲击;（2）导向机构：传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车身有正确的运动关系。（3）减振器：加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动。

横向推力杆弹性元件纵向推力杆横向稳定器减振器一、概述3、分类⑴独立悬架

每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，每个车轮能独立上下跳动而互不影响。左右车轮安装在一根整体车桥两端，车桥则通过弹性元件与车架相连。⑵非独立悬架弹性元件车架车桥非独立悬架断开式车桥独立悬架一、概述根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种型式。非独立式悬架的两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。独立式悬架的每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响。独立悬架与非独立悬架的区别

独立悬架非独立悬架一、概述悬架基本原理二、减振器1）功用：加速车架与车身振动的衰减，改善汽车行驶的平顺性。2）原理：

当汽车振动时，减振器壳体内的油液反复从一个内腔通过一些窄小的空隙流入另一内腔，同时，摩擦力便把振动能量转化为热能，被油液、减振器吸收后散失到大气中。减振器和弹性元件并联安装3）性能要求⑴在悬架压缩行程内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击。⑵在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振。⑶在车桥与车架相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，避免过大的冲击载荷。

4）分类：

双向作用筒式减振器单向作用筒式减振器（伸张行程）二、减振器5）双向作用筒式减振器⑴结构：伸张阀流通阀压缩阀补偿阀活塞杆防尘罩活塞储油缸筒导向座二、减振器⑵工作原理压缩行程：车轮靠近车架上腔容积减少，油压升高，油液打开流通阀，经过流通阀流入上腔。由于下腔容积被活塞杆用去部分空间，所以一部分油液打开压缩阀流入储油缸。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架压缩运动的阻尼力，使振动能量衰减。二、减振器流通阀压缩阀储油缸筒伸张行程:车轮下跳，减振器受拉伸活塞上移。上腔容积减少，油压升高，油液推开伸张阀，流入下腔。由于活塞杆上移使下腔容积变大，所以自上腔流入的油液不足以充满下腔容积的增加。储油缸中油液推开补偿阀流入下腔补充。由于各阀门的节流作用，便造成对悬架伸张运动的阻力，使振动能量衰减。二、减振器伸张阀补偿阀（3）减振器工作过程

伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大，在同样油压作用下，伸张行程产生阻尼力远大于压缩行程的阻尼力。伸张阀压缩阀二、减振器补偿阀流通阀三、弹性元件作用：既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用。1、钢板弹簧

汽车悬架系统中采用的弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等几种结构形式。钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。钢板弹簧被大多数非独立悬架所采用，它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等，也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。三、弹性元件结构钢板弹簧与车架的连接少片变截面钢板弹簧少片变截面钢板弹簧是由单片或2-3片变厚度断面的弹簧片构成的。三、弹性元件2、螺旋弹簧加工：用弹簧钢棒料卷制而成。性能：没有减振作用，必须另加减震器。三、弹性元件

螺旋弹簧广泛应用于独立悬架，特别是前轮独立悬架中。然而，在有些轿车的后轮非独立悬架中，其弹性元件也采用螺旋弹簧。螺旋弹簧和钢板弹簧相比，具有以下优点：无需润滑，不忌泥污；它所需的纵向安装空间不大；弹簧本身质量小。螺旋弹簧悬架弹簧套在减震器外边，节省了安装空间，空余的大量空间便于安装发动机。当车轮转向跳动时，车轮沿主销转动。三、弹性元件3、扭杆弹簧功用：

当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形，以保证车轮与车架弹性连接。三、弹性元件扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的扭杆，如图所示。扭杆断面通常为圆形，少数为矩形和管形，其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等，以便一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上，摆臂则与车轮相连。

特点：扭杆弹簧由于其质量小，占空间小，结构简单，不需润滑，维修方便而在独立悬架中应用日渐增多。扭杆弹簧的装配摆臂扭杆将扭杆的固定端转过一个角度，则摆臂的初始位置将改变，可借此调节车身的高度。三、弹性元件三、弹性元件4、气体弹簧

气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体(气压为0.5～1MPa)，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的。这种弹簧的刚度是可变的，故它具有比较理想的变刚度特性。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。（1）空气弹簧特点：体积小、寿命长、弹簧刚性可变，但要求密封好、加工装配精度高。三、弹性元件三、弹性元件（2）油气弹簧特点：以空气和油液作为工作物质。油气弹簧的形式有单气室、双气室以及两级压力式等。5、橡胶弹簧

橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用。它可以承受压缩载荷与扭转载荷。三、弹性元件橡胶弹簧的优点：单位质量的储能量较金属弹簧多，隔音性能好，无噪声，不需润滑，多用在悬架的副簧和缓冲块上。四、非独立悬架非独立悬架结构简单，被广泛用于小货车和客车的前后悬架。有的轿车的后悬架也有采用非独立悬架。1、纵置板簧式非独立悬架钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件，由于它兼起导向机构的作用，使得悬架系统大为简化。应用：货车的前、后悬架东风EQ1090E型汽车后悬架前悬架钢板弹簧前端为固定铰链连接，后端为吊耳式结构。目前较多采用的一种连接形式。四、非独立悬架钢板弹簧前端为固定铰链连接，后端为滑板式支承。广泛地应用于货车上。四、非独立悬架②后悬架载荷变化范围大，为保证车身固有频率不变或变化很小，悬架刚度应是可变的。采用加装副簧。四、非独立悬架渐变刚度钢板弹簧为提高汽车的平顺性，有的轻型货车后悬架采用将副簧置于主簧下面的渐变刚度钢板弹簧2、螺旋弹簧非独立悬架因为螺旋弹簧作为弹性元件，只能承受垂直载荷,所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。应用：一般用于轿车的后悬架。

四、非独立悬架3、空气弹簧非独立悬架应用特点：汽车在行驶时由于载荷和路面的变化，要求悬架刚度随着变化。四、非独立悬架比如：当空车时车身被抬高，满载时车身则被压得很低，会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求，矿山及大型客车要求其空车与满载时的车身高度变化不大；对于轿车要求在好路上降低车身高度，提高车速行驶；在坏路上提高车身，可以增大通过能力。五、独立悬架独立悬架的左右车轮不是用整体车桥相连接，而是通过悬架分别与车架（或车身）相连，每侧车轮可独立地运动。轿车和载重量1t以下的货车前悬架广为采用，轿车后悬架上采用也在增加。越野车、矿用车和大客车的前轮也有一些采用独立悬架。优点：（2）减少了汽车的非簧载质量。道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，悬架所受的冲击载荷也越小。（1）在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响。减小了车架、车身的振动。（3）采用断开式车桥，发动机总成的位置可降低或前移，使汽车重心下降，提高了行驶稳定性；同时给车轮较大的上下运动空间。五、独立悬架分类：（2）按弹性元件采用不同分为：螺旋弹簧式，钢板弹簧式，扭杆弹簧式，气体弹簧式。（1）根据导向机构不同的结构特点，独立悬架可分为：双横臂，单横臂，纵臂式，单斜臂，多杆式及滑柱（杆）连杆（摆臂）（3）独立悬架的结构类型很多，按车轮运动形式可分成四类：1)车轮在汽车横向平面内摆动的悬架(横臂式独立悬架，图a)。2)车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架(纵臂式独立悬架，图b)。3)车轮沿主销移动的悬架，其中包括烛式悬架(图c)和麦弗逊式悬架(滑柱连杆式悬架，图d)。4)车轮在汽车的斜向平面内摆动的悬架（单斜臂式独立悬架，图e）。五、独立悬架1、横臂式独立悬架（1）双横臂式独立悬架

五、独立悬架

横臂式独立悬架分为单横臂式和双横臂式两种。在两摆臂不等长的悬架中，如两臂长度选择适当，可以使车轮和主销的角度以及轮距的变化都不太大。

车轮平面没有倾斜，轮距发生较大变化，增加车轮侧向滑移的可能性a、不等臂双横臂式独立悬架不等臂双横臂式独立悬架的上臂比下臂短。优点：当汽车车轮上下运动时，上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动，而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损，提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。五、独立悬架在轿车的前轮上应用较广泛。

上臂下臂2、纵臂式独立悬架纵臂式独立悬架有单纵臂式和双纵臂式两种。

五、独立悬架单纵臂式独立悬架在车轮上下跳动时，主销后倾角会产生很大变化，一般不用在前悬架中。双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般制成相等，形成平行四连杆机构。这样可使车轮上下跳动时，主销后倾角不变，因而这种形式的悬架适用于转向轮。纵臂扭转梁式独立悬架五、独立悬架３、车轮沿主销移动的悬架车轮沿主销移动的悬架包括两种型式：一种是车轮沿固定不动的主销轴线移动的烛式独立悬架；另一种是车轮沿摆动的主销轴线移动的麦弗逊式独立悬架。五、独立悬架（1）烛式独立悬架烛式独立悬架的车轮沿固定不动的主销轴线移动。主销刚性地固定在车架上，转向轮、转向节则装在套筒上。1－主销2、4－防尘罩3－套筒5－减振器6－通气管五、独立悬架（1）烛式独立悬架这种悬架的主销定位角不变化，使汽车转向操纵及行驶稳定性较好，但侧向力全部由套在主销上的套筒和主销承受，套筒与主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。(2)麦弗逊式独立悬架五、独立悬架当车轮上下跳动时，减振器的下支点随横摆臂摆动，故主销轴线的角度是变化的，显然车轮是沿着摆动的主销轴线运动。因此，这种悬架变形时，使主销的定位角和轮距都有些变化。合理地调整杆系的布置，可使车轮的定位参数变化极小。优点是两前轮内侧空间较大，便于发动机等机件的布置。应用：一汽奥迪100、捷达、高尔夫、富康及上海桑塔纳型轿车均采用这种悬架。4、横向稳定器

近代轿车的悬架一般都很软，在高速行驶中转向时，车身会产生很大的横向倾斜和横向角振动。为减少这种横向倾斜，往往在悬架中加设横向稳定器。用得最多的是杆式横向稳定器。五、独立悬架杆式横向稳定器六、多轴汽车的平衡悬架1.各车桥单独与车架刚性连接(1）一轮悬空（或负荷减小），可能使其他车桥过载；(2）不能全轮附着，最大牵引力减小，降低越野性；(3）若前轮悬空，汽车操纵能力大大降低，失去操纵性；(4）减振器性能差（轮胎弹性未充分发挥）。若在不平道路上行驶，将带来不良后果：3.中后桥用平衡悬架与车架连接（三桥）将中后桥装在一副钢板弹簧的两端，钢板弹簧就相当于一根平衡杆，而平衡杆的中部与车架作铰链连接。由于平衡杆两臂等长，则两个车桥上的垂直载荷在任何情况下都相等。2.各车桥单独与车架弹性连接采用独立悬架，可以保证所有车轮与地面良好地接触。六、多轴汽车的平衡悬架七、主动悬架和半主动悬架

1、主动悬架

悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶条件（车辆的运动状态和路面状况等）进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，称为主动悬架。

组成：

在悬架系统中附加一个可控制的作用力装置，通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。执行机构：液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等。测量系统：主要是各种传感器。控制系统：电子计算机。能源系统七、主动悬架和半主动悬架

1、主动悬架分类主动悬架系统按其是否包含动力源可分为全主动悬架（有源主动悬架）和半主动悬架（无源主动悬架