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第十九章悬架本章重点：车架的功用、组成，非独立悬架、独立悬架的结构型式、性能特点，各种弹性元件的结构与工作原理。本章难点：双向作用筒式减振器的结构与工作原理，各种导向杆件的结构与性能特点。第一节概述一、组成和功用汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力。保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件——横向稳定器。汽车悬架的组成示意图：二、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一，一般称之为车辆的偏频。其取值范围一般在 11.6Hz 之间。该频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下：其中，C—悬架刚度（=Mg/f） f g M Cpp 2 1 2 1 n==M—簧载质量 f—挠度由以上公式可知：簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小，但悬架垂直变形增大。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 n 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的行驶平顺性。三、 悬架系统的类型按汽车悬架的性能是否可控，分为：被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调节的悬架。半主动悬架：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：非独立悬架：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。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：钢板弹簧：组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立悬架。螺旋弹簧：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。扭杆弹簧：单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。空气弹簧：油气弹簧：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平顺性。应用于高级大巴和高级轿车。橡胶弹簧：单位储能量高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。一、钢板弹簧钢板弹簧又叫叶片弹簧，它是由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁，如下图所示。钢板弹簧 3的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳1，内装青铜或塑料或橡胶、粉沫冶金制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架、或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中间用 U形螺栓与车桥固定。中心螺栓的作用是连接各弹簧片，保证各片的装配位置。按其距两耳的距离分为对称式钢板弹簧和非对称钢板弹簧。因主片卷耳受力大，为改善其受力情况，第二片末端也弯成卷耳，称为包耳。二者留有间隙，以便相对滑动。连接各片的构件，除中心螺栓以外，还有若干个弹簧夹，其主要作用是保证在钢板弹簧反向变形时各片不致相互分开，保证共同承载，且使弹簧片相互横向定位。弹簧夹用铆钉铆接在与之相连的最下面弹簧片的端部。其上端以螺栓连接。螺栓上的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有间隙（11.5mm），以便各片之间的相对滑动。目前的汽车大量采用了变截面的少片钢板弹簧。具有质量轻、结构简单、摩擦小、节省材料的特点。二、螺旋弹簧螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤以前轮独立悬架采用广泛。有些轿车后轮非独立悬架也有采用螺旋弹簧作弹性元件的。由于螺旋弹簧只承受垂直载荷，它用做弹性元件的悬架要加设导向机构和减振器。它与钢板弹簧相比具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小的特点，因而现代轿车上广泛采用。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。三、扭杆弹簧扭杆弹簧总成用铬钒合金弹簧钢制成，它的表面经过加工很光滑。通常为保护扭杆表面，在其上涂有环氧树脂，并包一层玻璃纤维，再涂一层环氧树脂，最后涂上沥青和防锈油漆，以防摩蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。如下图所示。扭杆弹簧是一根由弹簧钢制的杆 1。扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管形，扭杆一端固定在车架上，（另一端上的）摆臂 2 与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，以保证车轮与车架的弹性联接。扭杆弹簧在制造时，经热处理后施加一定的扭转力矩载荷，使它有一个永久变形，而具有一定的预应力，这样可以在实际工作中减小工作时的实际应力，有利于延长扭杆弹簧的寿命。但应注意左右扭杆由于施加应力有方向性，装在车上后承受工作载荷时扭转的方向应与所预加在扭杆上的扭转方向相一致，因而左右扭杆做有标记，安装时应加以注意。采用扭杆弹簧做弹性元件的悬架要设导向机构和减振器。扭杆弹簧与钢板弹簧相比质量轻于钢板弹簧，而且不需润滑，保养维修简便。四、气体弹簧气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。气体弹簧是以空气做弹性介质，即在一个密闭的容器内装入压缩空气（气压为 0.5～1MPa），利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。这种弹性元件叫空气弹簧，它分为囊式和膜式空气弹簧。如下图所示。空气弹簧在轿车上有采用尤其在主动悬架中被采用。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，使其弹簧刚度也随之增加，载荷减少，弹簧压力也随空气压力减少而下降，因而这种弹簧有其理想的弹性特性。 1．囊式空气弹簧：如下图左侧囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶组成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成。气囊外展由耐油橡胶制成单节或多节，节数越多弹簧越软，节与节之间围有钢质腰环，防止两节之间摩擦。气囊上下盖板将空气封于室内。 2．膜式空气弹簧：如下图右侧膜式空气弹簧由橡胶模片和金属压制件组成。它比囊式空气弹簧的弹性曲线更为理想，固有频率更低些，且尺寸小，便于布置，因而多用于轿车上，但造价贵，寿命较短。油气弹簧：油气弹簧以气体（氮惰性气体）作为弹性介质，用油液作为传力介质。 3．单气室油气弹簧油气弹簧类型有简单式油气弹簧，不带隔膜式的油气弹簧。带隔膜式油气弹簧，它将气体和液体分开，便于充气并防油液乳化。下图所示为一种轿车和轻型汽车上用的单气室油气分隔式油气弹簧。 4.两级压力式油气弹簧两级压力式油气弹簧的特点是：其特点：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。 5.橡胶弹簧橡胶弹簧（如下图）是利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用。它可以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、基本原理悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器，为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，其工作原理是当车架（或车身）和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥（或车轮）之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关 2.对减振器的要求减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务，阻尼力过大，将使悬架弹性变坏，甚至使减振器连接件损坏。因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾要求减振器： (1)在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。这时，弹性元件起主要作用。 (2)在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应大，迅速减振(3)当车桥（或车轮）与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器。 3. 减振器的类型：按工作方式分为：单向减振器和双向减振器；按结构形式分为：单筒减振器和双筒减振器；按阻尼是否可调分为：阻尼可调式和阻尼不可调式；按工作介质分为：油液减振器、气体减振器；按是否充气分为：充气减振器和不充气减振器。二、双向筒式减振器在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的减振器称为双向筒式减振器。双向作用筒式减振器工作原理如下图。在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞3 向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀8 流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆 1 占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀6，流回贮油缸5。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8 关闭，上腔内的油液推开伸张阀 4流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀 7流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。三、新型减振器 1.充气式结构：浮动活塞、密闭气室；工作活塞,压缩阀和伸张阀. 原理：工作活塞上下运动，压力差推开阀门。特点：上下容积差靠浮动活塞来补偿，结构简单，性能好 2.阻力可调式试验研究证明：理想的悬架特性，应是减振器阻力随道路和负荷变化。即阻力可调。如下图所示为高级轿车上所用的阻力可调式减振器示意图。它用于空气悬架。结构：上部气室，膜片，柱塞杆，柱塞原理：车载荷增加，气压升高，膜片连同柱塞向下，关小节流孔，阻力增加。第四节非独立悬架一、纵置板簧式非独立悬架钢板弹簧，纵向安装于车架和车桥之间结构特点：钢板弹簧中部用 U型螺栓与车桥连接；钢板弹簧和车架上装有缓冲块 5和限位块6，限制弹簧的变形量。 1.前悬架下图所示为 CA1091 型汽车的前悬架。其结构特点是：钢板弹簧一端为固定铰链，另一端为活动铰链。 2.后悬架货车后悬架所受的载荷因汽车行驶时实际装载质量不同而在很大范围内变化，因而为保持车身自然振动频率不变或变化很小，悬架刚度应当是可以变化的，而且变化幅度应较前悬架为大。一般措施是在后悬架中加装副簧。如下图所示为 EQ1090 型汽车后悬架，由主钢板弹簧和副钢板弹簧，叠合而成，实现变刚度。为了提高汽车的平顺性，有些轻型货车采用主簧下加装副簧，实现渐变刚度钢板弹簧。二、螺旋弹簧式非独立悬架螺旋弹簧式非独立悬架（结构如下图）常用作轿车后悬架。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。三、空气弹簧非独立悬架其结构示意图如下图，空气弹簧非独立悬架的结构特点是：弹簧承受垂直力、需装纵、横向推力杆、可调节车身高度、高度阀的工作原理。四、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，可以构成独立悬架和非独立悬架。大吨位的自卸车采用油气弹簧悬架与钢板弹簧悬架相比有以下特点：油气悬架具有变刚度特性，可保证汽车具有良好的行驶平顺性。第五节独立悬架一、独立悬架的分类的特点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，每侧车轮可独立上下运动。多用于轿车转向轮。它具有以下优点：可减少车身振动，消除车