项目9--悬架的构造与检修

项目9悬架的构造与检修本项目应知要求•1.能掌握悬架的功用与类型；•2.能正确描述弹性元件、减振器等的功用、构造与工作原理；•3.能正确描述典型非独立悬架、独立悬架的结构特点与工作原理。本项目应会要求•1.会进行悬架系统的拆装与调整；•2.会进行悬架系统常见故障的诊断与排除。案例导入•案例一：奥迪轿车高速行驶时摆头故障的检修。故障症状：一辆一汽奥迪轿车高速行驶，速度达120km/h时摆头，整个前部车身都左右晃动，高于或低于此车速行驶时摆头不明显。行驶里程7500km。•案例二：广州本田雅阁轿车转弯时制动不良故障的检修。•故障症状：一辆1999年广州本田雅阁轿车转弯时制动不良。•车主说，直线行驶时，制动性能很好，但一转弯时，制动距离明显变长，而且踩制动踏板感觉很硬，到其他维修厂更换了总泵、分泵和制动片，效果有些好转，但转弯时，感觉踏板仍然很硬，且制动效果不佳。9.1概述⑶起导向作用，使车轮按一定轨迹相对于车身运动，保证汽车具有良好的操纵稳定性。9.1.1悬架的功用可用传力、缓冲、减振、导向等几个字来概括，具体为：⑵缓冲行驶中车辆所受由路面不平引起的冲击，迅速衰减振动，保证乘坐舒适和货物完好。⑴连接作用，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩。弹性元件、减振器、导向装置、横向稳定杆等9.1.2悬架的组成9.1.3悬架的类型⑴根据控制形式不同，可分为被动悬架和主动悬架。大多数汽车采用被动悬架。只能被动地取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器等这些机械零件，弹性和阻尼不能随外部工况变化。主动悬架可以根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。非独立悬架:两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上。广泛应用于货车和大客车上。⑵根据导向机构不同，可分为独立悬架和非独立悬架。独立悬架:两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。9.2弹性元件9.2.1钢板弹簧广泛应用于汽车非独立悬架中钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。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，用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。由若干不等长的合金弹簧片叠加在一起而成。钢板弹簧装有若干弹簧夹2，以免在行驶过程中各片分开。中心螺栓4用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳的外面。钢板弹簧本身还兼起导向机构的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。9.2.2螺旋弹簧在轿车上广泛采用。用弹簧钢棒料卷制而成。有圆柱形螺旋弹簧、圆锥形螺旋弹簧、也可制成等螺距或不等螺距。由于螺旋弹簧只承受垂直载荷，因此还需要加设导向机构和减振器。它具有不需润滑，防污性强，占用纵向空间小，弹簧本身质量小的特点。9.2.3扭杆弹簧适应于小型车及箱式车的悬架。扭杆是一根弹簧钢制的杆3。扭杆一端固定在车架上，另一端通过摆臂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，经热处理后使其具有一定的预应力，有利于提高其弹性极限。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。9.2.4气体弹簧分空气弹簧和油气弹簧两种，空气弹簧又有囊式和膜式两种。气体弹簧以压缩空气（或氮气、惰性气体）作为弹性介质，利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。(a)囊式空气弹簧(b)膜式空气弹簧气体弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，刚度也随之增加，因而这种弹簧有其理想的变刚度特性。油气弹簧以高压惰性气体（通常为氮气）作为弹性介质，用油液作为传力介质。橡胶隔膜3把球形室1隔开成油室与气室。工作缸6内装有活塞7和阻尼阀5及阀座。油气弹簧1-球形室；2-气体；3-隔膜；4-油液；5-阻尼阀；6-工作缸；7-活塞当由于载荷增加等引起车架与车桥相互靠近时，活塞7上移，使工作缸内油压升高，打开阻尼阀5进入球室下部，推动隔膜3向气室方向移动。气室内气体被压缩，油气弹簧刚度增加。油气弹簧1-球形室；2-气体；3-隔膜；4-油液；5-阻尼阀；6-工作缸；7-活塞相反，当载荷减小时，气室内的高压气体使隔膜向下方移动，油液通过阻尼阀流回工作缸，活塞下移使油压降低，同时气室容积变大压力下降，使油气弹簧刚度降低。因此，随着载荷的变化，气室内气体压力也相应变化，油气弹簧具有可变刚度的特性。9.3减振器9.3.1概述为什么要安装减振器：悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为衰减振动，改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器。要求：1．在压缩行程，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，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。9.3.2双向作用筒式减振器1-活塞杆；2-工作缸筒；3-活塞；4-伸张阀；5-储油缸筒；6-压缩阀；7-补偿阀；8-流通阀；9-导向座；10-防尘罩；11-油封上连车架，下连车桥。有三个同心钢筒，最外面为防尘罩10，中间是储油缸5，内部装有一定量的减振器油；最里面为工作缸2，内部装满减振器油。活塞3上有伸张阀4↓和流通阀8↑，在工作缸筒下端的支座上有压缩阀6↓和补偿阀7↑。工作过程压缩行程：活塞3下移，活塞下腔容积减少，油压升高，油液打开流通阀8流到活塞腔。由于上腔被活塞杆1占去了一部分空间，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。这些阀对油的节流作用形成悬架受压缩运动的阻尼力。伸张行程：活塞上移，上腔油压升高，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，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。这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起阻尼作用。9.3.3新型减振器在缸筒的下部有一个浮动活塞2，密闭气室1中充有高压氮气。浮动活塞把上面的油和下面的气完全分开。1-密封气室；2-浮动活塞；3-O形密封圈；4-压缩阀；5-工作缸；6-活塞杆；7-伸张阀；8-工作活塞有些车型采用充气式减振器工作活塞8上装有由一组厚度相同、直径不等、从小到大排列的弹簧钢片组成的压缩阀4和伸张阀7，他们能随工作活塞运动速度大小而改变通道截面积，从而产生不同的阻尼力。当车轮上下跳动时，工作活塞8在油液中作往复运动。使活塞上下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀4或伸张阀7而来回流动。阀对压力油产生较大的阻尼力，消耗了振动能量，使振动衰减。由于活塞杆的进出而引起的缸筒容积的变化，则由浮动活塞的上下运动来补偿。1-密封气室；2-浮动活塞；3-O形密封圈；4-压缩阀；5-工作缸；6-活塞杆；7-伸张阀；8-工作活塞9.4非独立悬架广泛用于货车和小客车的前后悬架。有的轿车后悬架也有采用。9.4.1钢板弹簧式非独立悬架广泛用于货车的前、后悬架中。解放CA1092汽车的前悬架1-钢板弹簧前支架；2-钢板弹簧端；3-U形螺栓；4-盖板；5-缓冲块；6-限位块；7-减振器上支架；8-减振器；9-吊耳；10-吊耳支架；11-中心螺栓；12-减振器下支架；13-减振器连接销后端可以自由摆动，形成活动吊耳，从而保证弹簧变形时两卷耳之间的距离是变化的。中部用U型螺栓将钢板弹簧固定在车桥上。悬架前端为固定铰链，也叫死吊耳。它与前支架连接在一起。变刚度钢板弹簧在重载或满载情况下，车架相对于车桥下移，使车架上副簧滑板式支座与副簧接触，主、副簧共同参加工作，刚度增大。变刚度钢板弹簧悬架1-副簧；2-主簧；3-车桥；4-U形螺栓当汽车空载和实际装载质量不大时，副钢板弹簧不承受载荷,而由主钢板弹簧单独工作。9.4.2螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架。桑塔纳2000的后桥螺旋弹簧非独立悬架1-后桥；2-纵向推力杆；3-减振器；4-弹簧下座；5-螺旋弹簧；6-弹簧上座；7-支承座1-后桥；2-纵向推力杆；3-减振器；4-弹簧下座；5-螺旋弹簧；6-弹簧上座；7-支承座左右纵向推力杆2的前端通过带橡胶的支承座7与车身铰链，后端与轮毂相连接，中部与后桥1焊成一体。整个后桥、纵向推力杆与车轮可以绕支承座7的铰接点连线相对于车身上下摆。9.5独立悬架应用：轿车前悬架广泛采用独立悬架，后悬架上采用也在增加。载重量1t以下的货车、越野车、矿用车和大客车的前悬架也有一些采用独立悬架。独立悬架的基本类型示意图(a)横臂式；(b)纵臂式；(c)烛式；(d)麦弗逊式9.5.1横臂式独立悬架在汽车横向平面内摆动的独立悬架，分为双横臂式和单横臂式悬架。单横臂式结构简单，多应用在后悬架上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前已应用不多。双横臂式又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种。等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。双横臂式独立悬架示意图（a）摆臂等长；（b）摆臂不等长不等长双横臂式独立悬架1-下摆臂轴；2-垫片；3-下球头销；4-下摆臂；5-螺旋弹簧；6-筒式减振器；7-橡胶垫圈；8-下缓冲块；9-转向节；10-上摆臂11-上缓冲块；；12-调整垫片；13-弹簧；14-上球头销；15-上摆臂轴；16-车架横梁上摆臂10与上球头销14铆接成一体，内部装有螺旋弹簧13，能自动消除球头销与销座间磨损后的间隙。下摆臂4与下球头销3是可以拆卸的，通过减少垫片2来消除球头销处的磨损间隙。上摆臂10和下摆臂4的一端分别通过摆臂轴15和1与车架连接，另一端分别通过球头销14和3与转向节9相连接减振器6的两端分别装在上、下摆臂4间。螺旋弹簧5的两端分别通过橡胶垫圈7支承在车架16上的支承座和下摆臂4上的支承盘内。9.5.2纵臂式独立悬架1．单纵臂式独立悬架当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化，因此单纵臂式悬架不用在转向轮上。摆臂为一宽而薄的钢板，一端与半轴套管铰链，另一端通过套筒的花键与扭杆弹簧外端相连。扭杆弹簧内端固定在车架上。图为富康雪铁龙ZF型等轿车后桥用的单纵臂式2．双纵臂式独立悬架两个摆臂一般做成等长的，形成一个平行四杆结构，这样，当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变，因此双纵臂式悬架多应用在转向轮上。3．单斜臂式独立悬架是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。特点是：当车轮上下跳动时，其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动，选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。9.5.3车轮沿主销轴线移动的独立悬架两种形式：烛式独立悬架：车轮沿固定不动的主销移动。麦弗逊式独立悬架：车轮沿摆动的主销轴线移动。1．烛式独立悬架主销的上下两端刚性的固定在车架上，套在主销上的套筒固定在转向节上，中部固定装着螺旋弹簧的下支座，筒式减振器的下端与转向节相连，上端与车架相连。缺点：汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒内的主销承受，致使套筒与主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重。烛式悬架现已应用不多。优点：悬架变形时，主销的定位角不会发生变化。2．麦弗逊式独立悬架螺旋弹簧与减振器装成一体，构成悬架的弹性支柱，支柱上端与车身挠性连接（A点），下端与转向节刚性连接。横摆臂的外端与转向节下端通过球头销铰接（B点），内端与车身铰接。车轮跳动时，B点随横摆臂摆动，因而主销轴线AB也随之摆动。麦弗逊式悬架多应用在中小型轿车的前悬架上，国产奥迪、桑塔纳、捷达、夏利、富康等的前悬架均为麦弗逊式独立悬架。没有传统意义上的主销实体，转向轴线为上下铰接中心A、B连线。富康轿车的麦弗逊式前悬架1-前托架；2-横向稳定杆；3-三角臂；4-球头销；5-转向节；6-连接杆；7-前减振器9.5.4横向稳定杆现代轿车