汽车构造-课件-悬架

AUTOMOBILESTRUCTURE汽车构造AUTOMOBILESTRUCTURE机械与汽车工程学院汽车工程系主讲人：孔胜利[e-mail]2020/1/192第20章悬架悬架的组成与分类弹性组件减振器非独立悬架独立悬架电子控制空气悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/19320.1悬架的组成与分类悬架是车架（或承载式车身）与车桥之间所有传力连接装置的总称。1、组成悬架组成示意图弹性组件导向装置导向装置横向稳定器减震器AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/194悬架的组成与分类悬架在汽车底盘上的安装位置AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/195悬架的组成与分类悬架的功用把路面作用于车轮上的力以及这些力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，保证汽车的正常行驶，即起传力作用。利用弹性元件和减振器起到缓冲减振的作用。利用悬架的某些传力构件使车轮按一定轨迹相对于车架或车身跳动，即起导向作用。利用悬架中的辅助弹性元件横向稳定器，防止车身在转向等行驶情况下发生过大的侧向倾斜。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/196悬架的组成与分类2、分类根据汽车两侧车轮运动是否相互关联，将汽车悬架分为非独立悬架和独立悬架两种。非独立悬架与独立悬架示意图(a)非独立悬架；(b)独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/19720.2弹性组件弹性组件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。1、钢板弹簧钢板弹簧示意图(上)对称钢板弹簧；(下)非对称钢板弹簧AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/198弹性组件钢板弹簧产品实例AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/199弹性组件2、螺旋弹簧螺旋弹簧广泛应用于轿车前独立悬架。其特点是本身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，前者起减振作用，后者用以传递垂直力以外的各种力和力矩，并起导向作用。螺旋弹簧示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1910弹性组件螺旋弹簧在汽车悬架中的应用AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1911弹性组件3、扭杆弹簧扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的杆。其一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上，摆臂还与车轮相连。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，借以保证车轮与车架的弹性联系。扭杆弹簧示意图摆臂车架扭杆扭杆摆臂AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1912弹性组件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，利用气体可压缩性实现弹簧的作用。气体弹簧具有理想的变刚度特性。气体弹簧的特点是，作用在弹簧上的载荷增加时，容器中气压升高，弹簧刚度增大；反之，当载荷减小时，气压下降，刚度减小。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。（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，又有囊式和膜式两种。囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的空气组成；膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1913弹性组件空气弹簧结构图(a)囊式；(b)膜式盖板盖板气囊金属座橡胶膜片AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1914弹性组件（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。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，一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸组成。根据结构的不同，可将油气弹簧分为单气室、双气室和两级压力式3种形式。单气室油气弹簧又分为油气分离式和油气不分离式两种，前者可防止油液乳化，且便于充气。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1915弹性组件单气室油气弹簧示意图(a)油气分离式；(b)油气不分离式活塞工作缸油液气体油气隔膜AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1916弹性组件5、橡胶弹簧橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性起弹性元件的作用。它可以承受压缩载荷和扭转载荷，由于橡胶的内摩擦较大，橡胶弹簧还具有一定的减振能力。橡胶弹簧多用作悬架的副簧和缓冲块。橡胶弹簧示意图(a)受压缩载荷作用；(b)受扭转载荷作用AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/191720.3减振器减振器的作用是吸收钢板弹簧起落时车辆的振动，使其迅速恢复平稳状态，以改善汽车行驶的平稳性。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。液力减振器的作用原理是：当车架与车桥作往复相对运动时，减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动，减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。孔壁与油液间的摩擦及液体分子内的摩擦便形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，被油液和减振器壳体所吸收，并散到大气中。减振器的阻尼力大小随着车架与车桥相对运动速度的增减而增减，并且与油液的黏度有关。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/191820.3减振器双向作用筒式减振器AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1919钢板弹簧式非独立悬架钢板弹簧座9中心螺栓8，10主钢板弹簧总成7副钢板弹簧总成6吊耳总成5钢板弹簧减震垫3U形螺栓2钢板弹簧销1，420.4非独立悬架一般载货汽车和客车均采用钢板弹簧作为弹性组件的非独立悬架。钢板弹簧既有缓冲、减震的功能，又起传力和导向的作用。1、纵置钢板弹簧式非独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1920加强杆横向推力杆后桥纵摆臂后悬架CA7220型汽车螺旋弹簧式非独立后悬架非独立悬架2、螺旋弹簧式非独立悬架减振器螺旋弹簧AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1921非独立悬架3、空气弹簧式非独立悬架空气弹簧非独立悬架示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1922非独立悬架斯堪尼亚SCANIA客车底盘结构图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/192320.5独立悬架独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接。独立悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性组件，需要有导向机构。独立悬架具有以下优点：两侧车轮可以单独运动互不影响，减少车辆在不平道路上行驶时的振动，有助于消除转向轮不断偏摆的现象。减小了非弹簧承载部分的质量，减小了悬架所受到的冲击载荷，可提高汽车的平均行驶速度。可以降低发动机位置，降低整车重心，有利于提高汽车行驶时的稳定性；可以减小悬架刚度，降低车身的振动频率，改善行驶时的平顺性。可保证汽车在不平道路行驶时，车轮与路面有良好的接触，增大驱动力；可以增大汽车的离地间隙，提高汽车的通过性能。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1924独立悬架独立悬架按车轮的运动形式可分为横臂式独立悬架（车轮在汽车横向平面内摆动的悬架）、纵臂式独立悬架（车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架）、烛式或麦弗逊式独立悬架（车轮沿主销移动的悬架）3种类型。横臂式纵臂式烛式麦弗逊式独立悬架示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1925独立悬架1、横臂式独立悬架（1）单横臂式独立悬架主减振器油气弹性组件中间支承单铰链主减速器纵向推力杆螺旋弹簧半轴套管单横臂式独立悬架示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1926独立悬架单横臂式独立悬架的特点：当悬架变形时，车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离——轮距，致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着。这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾角和车轮外倾角发生较大的变化，对于转向操纵有一定影响。目前在前悬架中很少采用。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1927独立悬架（2）双横臂式独立悬架双横臂式独立悬架示意图(左)摆臂等长的；(右)摆臂不等长的AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1928独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1929独立悬架不等臂长双横臂式独立悬架螺旋弹簧上横臂球关节车轮转向节下横臂稳定杆AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1930独立悬架丰田皇冠轿车不等臂长双横臂式独立悬架1制动钳2防尘罩3油封4内轴承5制动盘6外轴承7止推垫圈8螺母9盖10转向节臂11上摆臂12螺旋弹簧AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1931独立悬架奔驰轿车不等长双横臂独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1932独立悬架法拉利跑车的双横臂独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1933独立悬架奥迪轿车的双横臂独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1934独立悬架2、纵臂式独立悬架（1）单纵臂式独立悬架车轮上下运动时，主销后倾角变化很大，一般不用在前悬架中。单纵臂式前独立悬架示意图法国雷诺5型轿车后悬架套管摆臂轴衬套纵臂心轴车轮AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1935独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1936独立悬架（2）双纵臂式独立悬架纵臂摆臂轴衬套扭杆弹簧横梁螺钉双纵臂式扭杆弹簧前独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1937独立悬架四连杆型后独立悬架零件分解图1侧控制杆2上隔热体3螺旋弹簧4下隔热体5上控制臂6减振器7后稳定杆8下控制臂9锁止片AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1938独立悬架3、车轮沿主销移动的独立悬架（1）烛式独立悬架车轮沿固定不动的主销轴线移动。通气管6减振器5防尘罩4长套筒3防尘罩2转向节主销1烛式独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1939独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1940独立悬架（2）麦弗逊式独立悬架车轮沿摆动的主销轴线移动。横摆臂车轮转向节减振器车身螺旋弹簧麦弗逊式独立悬架示意图主销轴线AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1941独立悬架AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1942独立悬架球头销下摆臂转向节减振器连接杆螺旋弹簧富康轿车前悬架示意图横向稳定杆前托架主销轴线AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/194320.6电子控制空气悬架在汽车行驶过程中，要求悬架系统能根据实际需要随时调节悬架的刚度和阻尼力，以达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性，电子控制空气悬架就具有这种功能。电子控制悬架是在悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控制作用力的装置，这种悬架具有调节车身高度、控制阻尼力和控制悬架刚度的功能。1、分类按照有无动力源，可将电子控制悬架系统分为半主动悬架和主动悬架两大类。AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1944电子控制空气悬架（1）半主动悬架半主动悬架通常是由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，它可以根据路面的激励和车身的响应按存储在电脑内的各种条件下弹簧和减振器的优化参数对弹簧刚度和悬架的阻尼进行自动调整，使车身的振动控制在某个范围内。安装半主动悬架的汽车在转向、起动、制动等工况时不能对悬架刚度和阻尼力进行控制。节流孔步进电机电控单元阀杆阀门半主动悬架系统结构示意图AUTOMOBILESTRUCTURE2020/1/1945电子控制空气悬架（2）主动悬架主动悬架是在被动悬架系统（弹性元件、减振器、导向装置）中附加一个可控制作用力的装置。通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4部分组成。主动悬架需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬架系统提供连续的动力输入。根据汽车行驶条件的变化，主动悬架可以主动改变悬架