单元十八 悬架

PAGE17PAGE9第页教学目标知识目标：掌握悬架的组成、作用和工作原理；掌握弹性元件、减振器的结构、功用和工作原理；掌握非独立悬架和独立悬架的类型、组成和工作原理；了解电子控制悬架系统的类型及工作原理；掌握前悬架的拆装要领。能力目标：能够拆装前悬架素质目标：教学重点非独立悬架和独立悬架的类型、组成和工作原理教学难点非独立悬架和独立悬架的工作原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时教学内容与教学过程设计注释单元十八悬架〖理论知识〗一、悬架概述悬架的主要作用是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（承载式车身）上,以保证汽车的正常行驶。汽车悬架按控制形式不同可分为被动式悬架和主动式悬架两大类。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形式。二、悬架的主要部件1.弹性元件1）钢板弹簧钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起组成的一根近似等强度的弹性梁,如图18-3所示。图18-3钢板弹簧2）螺旋弹簧螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，常用于各种独立悬架。螺旋弹簧与钢板弹簧比较,具有无须润滑、不忌泥污、本身质量小、安装所需的纵向空间不大等优点,但其没有减振和导向功能,只能承受垂直载荷,在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器和导向机构。3）扭杆弹簧扭杆弹簧是一根具有扭转弹性的直线金属扭杆2,如图18-6所示。其断面一般为圆形,少数为矩形或管形。它的两端可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等,以便将一端固定在车架3上,另一端通过摆臂1固定在车轮上。当车轮跳动时,摆臂便绕着扭杆轴线而摆动,使扭杆产生扭转弹性变形,借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆由一些矩形断面的薄扭片组合而成,这样弹簧更为柔软。扭杆本身的扭转刚度虽然是常数,但采用扭杆的悬架刚度却是可变的。若将扭杆的固定端转过一个角度,则摆臂的初始位置将改变,借此可调节车架与车轮间的距离,即调节车身高度。图18-6扭杆弹簧的固定4）气体弹簧（1）空气弹簧。空气弹簧是利用压缩空气作弹簧的。根据压缩空气所用容器的不同,有囊式和膜式两种空气弹簧。囊式空气弹簧如图18-7所示,由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。图18-7囊式空气弹簧（2）油气弹簧。在密闭的容器中充入压缩气体和油液,利用气体的可压缩性实现弹簧作用的装置称为油气弹簧。油气弹簧以惰性气体（氮气）作为弹性介质,用油液作为传力介质,一般由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸组成。5）橡胶弹簧橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动。它可以承受压缩载荷与扭转载荷。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,多用在悬架的副簧和缓冲块。2.减振器1）双向作用筒式减振器如图18-10所示为汽车上所用的双向作用筒式减振器。图18-10双向作用筒式减振器2）充气式减振器双向作用充气式减振器如图18-11所示。其结构特点是在工作缸筒的下部装有一个浮动活塞2,在浮动活塞与缸筒一端形成的密闭气室1中,充有2～3MPa的高压的氮气。在浮动活塞的上面是减振器油液。浮动活塞上装有大断面的O形密封圈3,它把油和气完全分开,故此活塞亦称封气活塞。工作活塞8上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀4和伸张阀7。此二阀均由一组厚度相同、直径不等、由大到小而排列的弹簧钢片组成。图18-11双向作用充气式减振器3）阻力可调式减振器悬架系统中理想的阻力特性应该是随着使用因素（如道路条件,载荷）的变化而改变,即减振器的阻力应和悬架系统的参数有适当的匹配关系。当悬架系统的某一参数发生变化时,减振器的阻力也应随之而改变,从而保证悬架系统有良好的振动特性。一些高级轿车上采用阻力可调式减振器,如图18-12所示。图18-12阻力可调式减振器三、非独立悬架1.纵置板簧式非独立悬架纵置板簧式非独立悬架中部用两个U形螺栓将钢板弹簧固定在车桥上,悬架前端为固定铰链,也称固定吊耳。它由钢板弹簧销钉将钢板弹簧前端卷耳部与钢板弹簧前支架连接在一起,为减小磨损,前端卷耳孔中装有减磨衬套。钢板弹簧后端与车架的连接通常采用吊耳支架或滑板支承的形式,后端可以自由摆动,从而保证弹簧变形时两卷耳中心线间的距离是变化的。中型货车的悬架在主钢板弹簧上加装副钢板弹簧,成为变刚度的钢板弹簧非独立悬架。2.螺旋弹簧非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架一般只用作后悬架,如我国生产的桑塔纳、捷达、奥迪100等轿车的后悬架皆为这种形式。如图18-14所示为一汽奥迪100型轿车后悬架。图18-14一汽奥迪100型轿车后悬架3.空气弹簧非独立悬架如图18-15所示为空气弹簧非独立悬架。囊式空气弹簧5的上下端分别固定在车架和车桥（与车桥相连的支架）上。从压气机1产生的压缩空气经油水分离器10和压力调节器9进入储气筒8。压力调节器可使储气筒中的压缩空气保持一定的压力。储气罐6通过管路与两个（几个）空气弹簧相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度调节阀3控制。空气弹簧和螺旋弹簧一样只能传递垂直力。图18-15空气弹簧非独立悬架示意图4.油气弹簧非独立悬架油气弹簧装于汽车上,和其他弹簧一样,可以构成独立悬架或非独立悬架,如图18-16所示为前轮油气弹簧非独立悬架。两个油气弹簧1的两端分别固定在前轴的支架2上。左、右两侧各有一根下纵向推力杆11,装在前轴6和纵梁4之间。上纵向推力杆8安装在前轴的支架9和纵梁4的内侧支架上。上、下两纵向推力杆平行,既可传递纵向力,承受制动力引起的反作用力矩,又可保证车轮上下跳动时主销后倾角不变,有利于汽车操纵稳定性。横向推力杆3装在左侧纵梁和前轴右侧的支架上,传递侧向力。在两纵梁下面装有缓冲块7,以避免在很大的冲击载荷作用下前轴直接碰撞车架。图18-16前轮油气弹簧非独立悬架示意图四、独立悬架独立悬架的结构形式类型很多,主要可按车轮运动形式分成三类。（1）横臂式独立悬架如图18-17（a）所示,车轮在汽车横向平面内摆动的悬架。（2）纵臂式独立悬架,如图18-17（b）所示,车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架。（3）烛式独立悬架如图18-17（c）所示，麦弗逊式悬架如图18-17（d）所示,均属于车轮沿主销移动的悬架。1.横臂式独立悬架1）单横臂式独立悬架单横臂式独立悬架的特点是当悬架变形时,车轮将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离,致使轮胎相对于地面侧向滑移,破坏轮胎和地面的附着,且轮胎磨损较严重。此外,这种悬架用于转向轮时,会使主销内倾角发生较大的变化,对于转向操纵有一定的影响,故目前很少采用。但由于其结构简单、紧凑,在车速不高的重型越野汽车上也有采用的。2）双横臂式独立悬架双横臂式独立悬架的两个摆臂长度可以相等,也可以不等,如图18-19所示。如图18-19（a）所示,在两摆臂等长的悬架中,搭挡车轮上下跳动时,车轮平面没有倾斜,但轮距发生了较大的变化,这将增加车轮侧向滑移的可能性。如图18-19（b）所示,在两摆臂不等长的悬架中,如两横臂长度选择适当,可以使车轮和主销的角度以及轮距的变化都不太大。不大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应,目前轿车的轮胎在每个车轮上可容许轮距的改变达到4～5mm而不致沿路面滑移。因此,不等长的双横臂式独立悬架在轿车前轮上的应用较为广泛。图18-19双横臂式独立悬架示意图2.纵臂式独立悬架1）单纵臂式独立悬架如图18-21所示为单纵臂式前独立悬架示意图,转向轮采用单纵臂式独立悬架时,车轮上下跳动时主销后倾角产生很大的变化,因此,单纵臂式独立悬架一般不用于转向轮。图18-21单纵臂式前独立悬架示意图2）双纵臂式独立悬架双纵臂式扭杆弹簧式前独立悬架如图18-22所示,两个纵臂长度一般做成相等,形成平行四连杆机构。转向节和两个等长的纵臂1做铰链式连接。在车架的两根管式横梁5内部都装有若干层矩形断面的薄弹簧钢片叠成的扭杆弹簧4。两根扭杆弹簧的内端用螺钉6固定在横梁5的中部,而外端则插入摆臂轴2的矩形孔内。摆臂轴用衬套3支承在管式横梁内。摆臂轴和纵臂为刚性连接。另一侧车轮的悬架与之完全相同而且对称。在车轮上下跳动时,主销后倾角保持不变,这种形式的悬架适用于转向轮。图18-22双纵臂式扭杆弹簧式前独立悬架3.车轮沿主销移动的悬架1）烛式悬架烛式悬架如图18-23所示,主销1刚性地固定在悬架上,转向节与套筒3连接在一起。当车轮跳动时,转向节与套筒一起沿主销轴线移动。这种悬架对于转向轮来说,在悬架变形时,主销的定位角不会发生变化,仅轮距、轴距稍有改变,因此有利于汽车的转向操纵和行驶稳定性。但是侧向力全部由套在主销1上的套筒3和主销承受,则套筒与主销之间的摩擦阻力大,磨损严重。图18-23烛式悬架2）麦弗逊式悬架麦弗逊式前悬架如图18-24所示,横摆臂1以球铰链与转向节3相连接。外面套有螺旋弹簧6的减振器4上端通过螺栓和橡胶垫圈与车身5相连接,下端固定在转向节3上。主销的轴线为上下铰链中心的连线。当车轮上下跳动时,因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,车轮沿着摆动的主销轴线运动。因此,这种悬架变形时,主销的定位角和轮距都有些变化。合理地调整杆系的布置,可使车轮的这些定位参数变化极小。这种悬架的突出优点是两前轮内侧空间较大,便于发动机等机件的布置。图18-24麦弗逊式前悬架4.多轴汽车的平衡悬架多轴汽车的全部车轮如果都是单独刚性地悬挂在车架上,则在不平道路上行驶时将不能保证所有的车轮同时接触地面。当有弹性悬架而道路不平度较小时,虽然不一定会出现悬空现象,但各个车轮间的垂直载荷分配比例会有很大的改变。当车轮垂直载荷较小甚至为零时,车轮对地面的附着力也将随之变小甚至等于零。在这种情况下,转向轮将使汽车操纵能力大大降低,以致失去操纵；驱动轮不能产生足够的（甚至为零）驱动力。此外,一个车轮上垂直载荷减小,将引起其他车轮上垂直载荷的增加,严重时还会发生车桥及车轮超载的危险。五、电子控制悬架系统1.电子控制悬架系统(EMS)的功用、组成及工作原理1）电子控制悬架系统的功用电子控制悬架系统(EMS),又称电子调节悬架系统(EMS),它能根据汽车行驶路面状况、行驶速度和载荷变化,通过电子调节悬架电控单元(EMSECU)来控制相应的执行元件,自动调节车身高度、悬架刚度和阻尼系数,改善汽车的平顺性和操纵稳定性。当汽车转弯、加速和制动时,乘员能够感到悬架较为坚硬,而在正常行驶时能够感到悬架比较柔软；电控悬架系统还能平衡地面反力,使其对车身的影响减小到最低程度。2）电子控制悬架系统的组成及工作原理车身高度传感器采集前后车身的高度信号,方向盘转向和转角传感器采集汽车行驶方向信号,节气门位置传感器采集驾驶员加、减速信号,车速传感器采集汽车行驶速度信号。传感器和控制开关向EMSECU输入车身以及汽车行驶的状态信息,EMSECU接受传感器和控制开关输入的电信号,并向执行元件发出控制命令,执行元件产生一定的机械动作,从而改变车身高度、弹簧刚度和减振器的阻尼力。2.电子控制悬架系统的类型1）半主动悬架图18-26半主动悬架工作原理2）全主动悬架全主动悬架可以根据汽车的运动状态和路面状况,适时地调节悬架的刚度和阻尼,使其处于最佳减振状态。阻尼调节可以采用和半主动悬架相同的方法,而刚度调节则必须利用额外的能源来实现。图18-27全主动悬架工作原理〖小结〗1.汽车悬架一般由弹性元件、减振器及导向装置组成。2.汽车悬架按控制形式不同可分为被动式悬架和主动式悬架两大类；按汽车两侧车轮运动是否关联，又可分为独立悬架和非独立悬架。3.汽车悬架的弹性元件常见的有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧。4.现