钢板弹簧式非独立悬架

汽车运用与维修专业吴骏标第13章悬架本章学习目标：1．掌握悬架系统的功用、组成和类型。2．熟悉弹性元件的作用和类型，了解各种弹性元件的结构特点和作用。3．掌握双向作用筒式减振器的构造、作用原理。4．掌握独立悬架与非独立悬架的类型、构造特点、相互连接关系。5．掌握电控悬架的功用、组成和工作原理。6．熟悉悬架系统的维修，掌握悬架系统的故障诊断和相应的排除方法。7．掌握电控悬架的检修步骤和常见故障分析。汽车悬架是车架或车身与车轿之间一切传力连接装置的统称。汽车悬架弹性地连接车轿与车架或车身，缓和行驶中车辆受到的由不平路面引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好；迅速衰减由于弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩；并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆等组成，如图13-1所示。按控制形式不同，悬架可分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上采用被动式悬架。被动式悬架是汽车姿态(状态)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这些机械零件。主动悬架可根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，从而使车辆能主动控制垂直振动及其车身或车架的姿态。按汽车导向装置的不同，悬架又可分为独立悬架和非独立悬架，如图13-2所示。钢板弹簧是汽车悬架中使用最为广泛的弹性元件，由若干片长度不等、宽度相等、厚度不等或相等、曲率半径不等的合金弹簧片叠加在一起组合成一根近似等强度的梁，如图13-3所示，主要由主片、副片、弹簧夹、螺栓、套管、螺母等组成。钢板弹簧最上面的一片(最长的一片)称为主片，其两端弯成卷耳，内装青铜或其它材料制成的衬套，用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中心部位用U形螺栓与车轿固定。钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。所以在装合时，各片之间涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。有些高级轿车的后悬架也采用钢板弹簧作弹性元件。近年来一些汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻重量，如图13-4所示。螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，尤其是前轮独立悬架中。在有些轿车上，后轮非独立悬架中也使用螺旋弹簧作为弹性元件。螺旋弹簧用弹簧钢料卷制而成，有刚度不变的圆柱形等螺距螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形不等螺距螺旋弹簧两种，如图13-5所示。与钢板弹簧相比，螺旋弹簧具有不需润滑、防污性强、占用纵向空间小及弹簧本身质量小的优点，因而在现代轿车上被广泛采用。但螺旋弹簧只能承受垂直载荷，用它做弹性元件的悬架要加设导向装置。此外，螺旋弹簧变形时，不产生摩擦力，所以在其悬架中必须装有减振器，用于衰减因冲击而产生的振动。扭杆弹簧用铬钒或硅锰合金弹簧钢制成，并具有扭曲刚性。扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管状。为保护扭杆表面，可在其上涂抹环氧树脂，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，以防磨蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。如图13-6所示，扭杆一端固定于车架上，另一端与悬架控制臂连接。车轮上下运动时．扭杆便发生扭曲，起弹簧作用，借以保证车轮与车架的弹性联系。扭杆弹簧与钢板弹簧相比，质量较轻，而且不需润滑，保养维修简便。扭杆弹簧可以节省纵向空间，适用于小型车及箱式车的悬架系。扭杆弹簧悬架与螺旋弹簧悬架一样，要设导向装置和减振器。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。空气弹簧又可分为囊式和膜式两种，如图13-7所示。这种弹簧随着载荷的增加，容器内压缩空气压力升高，其刚度也随之增加；载荷减少，刚度也随空气压力降低而下降，因而这种弹簧具有理想的变刚度特性。由于空气弹簧只能承受垂直载荷，因此采用这种弹簧的悬架也必须加设导向装置和减振器。a)囊式空气弹簧b)膜式空气弹簧油气弹簧以气体(如氮等惰性气体)作为弹性介质，用油液作为传力介质，利用气体的可压缩性实现弹簧作用，结构原理如图13-8所示。由于油液流经阻尼阀时会产生阻尼力，因此油气弹簧还能起减振器的作用。油气弹簧具有良好的行驶平顺性，而且体积小，质量轻。但是对密封性要求很高，维护相对麻烦。目前这种弹簧多用于重型汽车和部分小客车上。由于油气弹簧只能承受垂直载荷，因此采用这种弹簧的悬架也必须加设导向装置。1．基本工作原理汽车悬架系统中通常采用液力减振器，利用液体流动的阻尼来消耗冲击振动的能量。当车架或车身与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消耗了振动的能量，而对振动形成阻尼力，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。减振器若阻尼力过大，振动衰减变得过快，使悬架的弹性元件的缓冲作用变差，甚至使减振器连接件及车架损坏。所以减振器与弹性元件应协调工作，为此必须满足以下要求：1）在悬架压缩行程中(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)，减振器阻尼力应较大，以迅速减振，此时减振器起主要作用；3）当车架或车身与车桥间的相对运动速度过大时，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，以避免车架或车身承受过大的冲击载荷。2．类型减振器按工作原理分为单向作用式减振器和双向作用式减振器。在压缩和伸张两个行程中均能起减振作用的减振器称为双向作用式减振器，只在伸张行程中起减振作用的减振器称为单向作用式减振器。按结构可分为双筒式减振器和单筒式减振器。按工作介质分液压式和充气式减振器。目前，新型汽车大多采用具有双向作用式原理的双筒或单筒式结构的液压减振器。新型式的汽车中，开始采用充气式减振器。1．双向作用筒式减振器1)工作原理图13-9所示为双向作用筒式减振器的工作原理示意图。它有三个同心钢筒，外面的钢筒是防尘罩，其上部的吊耳与车架相连。中间是储油缸筒，内装有一定量的油液(不装满)，其下端的吊耳与车桥相连。里面是工作缸筒，其内装满油液。它还有四个阀，即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很弱，当阀上的油压作用力与弹簧弹力同向时，阀处于关闭状态，完全不通油液；而当油压作用力与弹簧弹力反向时只要很小的油压，阀便能开启。压缩阀和伸张阀是卸载阀，其弹簧较强，预紧力较大，只有当油压增高到一定程度时，阀才能开启；而当油压减低到一定程度时，阀即自行关闭。1．双向作用筒式减振器1)工作原理（1）压缩行程时，减振器被压缩，汽车车轮移近车身，减振器内的活塞向下移动，下腔的容积减小，油压升高。大部分油液冲开流通阀流入上腔，由于上腔被活塞杆占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，于是另一部分油液就推开压缩阀，流回到储油缸内。油液通过阀孔时，受到一定的节流阻力。为克服这种节流阻力而消耗了振动能量，使振动衰减。（2）伸张行程时，减振器受拉伸，车轮远离车身，减振器活塞向上移动，上腔油压升高，流通阀被关闭，上腔内的油液压开伸张阀流入下腔。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，促使下腔产生一定的真空度，以致储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。1-流通阀；2-流通阀弹簧片；3-流通阀；4-活塞；5-伸张阀；6-支承座圈；7-伸张阀弹簧；8-调整垫片；9-压缩螺母；10-下吊环；11-支承座；12-压缩弹簧座；13-压缩阀弹簧；14-压缩阀；15-补偿阀；16-压缩阀杆；17-补偿阀弹簧片；18-活塞杆；19-工作缸筒；20-储油缸筒；21-防尘罩；22-导向座；23-衬套；24-油封弹簧；25-密封圈；26-上吊环；27-储油缸螺母；28-油封；29-油封盖；30-油封垫圈2）构造如图13-10所示为解放CAl092型汽车所用的双向作用筒式减振器。2．气式减振器图13-11所示为气式减振器。与双向作用筒式减振器相比，充气式减振器有如下优点：1)由于采用浮动活塞而减少了一套阀的系统，使结构简化，重量减轻。2)由于减振器里充有高压氮气，能减少车轮受突然冲击时的振动，并可消除噪声。3)由于充气式减振器的工作缸和活塞直径都大于相同条件的双向作用筒式减振器，因而其阻尼力更大，工作可靠性更强。4)充气式减振器内部的高压气体和油液被浮动活塞隔开，消除了油的乳化现象。充气式减振器的不足之处是油封要求高，充气工艺复杂，不易维修，当缸筒受外界较大冲击而变形时，则不能工作。1．钢板弹簧式非独立悬架在采用钢板弹簧为弹性元件的非独立悬架中，通常是将钢板弹簧纵向布置，故也称之为纵置板簧式非独立悬架。如图13-12所示为解放CA1092型汽车前悬架。1．钢板弹簧式非独立悬架图13-13所示为东风EQl090E型汽车后悬架。其主簧(下弹簧)前端采用装配式结构，前端用螺栓和U形螺栓将吊耳与钢板弹簧联成为一体，再通过钢板弹簧销与车架上的钢板弹簧支架相连接。为了防止滑脱，将第三片钢板做成直角弯边。以这种结构代替钢板弹簧传力端的卷耳，可以有效地防止主片在卷耳处的断裂，且拆装维修也较方便。为改善汽车行驶平顺性，南京依维克汽车的后悬架将副钢板弹簧加装在主钢板弹簧下，成为渐变刚度的钢板弹簧，如图13-14所示。主簧由五片较薄的钢板弹簧片组成，副簧由五片较厚的钢板弹簧片组成，用中心螺栓固定在一起。在小载荷的情况下，仅由主簧起作用，而当载荷增加到一定值时，副簧开始与主簧接触，悬架刚度得到提高，弹簧特性为非线性。当副簧全部参加工作后，弹簧特性又变为线性。由于副簧逐渐随载荷增加而参与工作，悬架刚度逐渐变化，从而提高了汽车行驶平顺性。2．螺旋弹簧非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架，由于使用螺旋弹簧作为弹性元件，仅仅能受垂直载荷，所以必须设置导向装置来承受并传递纵向力和横向力。如图13-5所示为典型的螺旋弹簧非独立悬架结构。导向装置包括纵向推力杆和横向导向杆。两根纵向下推力杆和两根纵向上推力杆的一端均与车身相铰接，另一端则均与后桥相铰接。独立悬架中的弹性元件往往都使用螺旋弹簧和扭杆弹簧，钢板弹簧和其它形式的弹簧较少使用。独立悬架的结构类型很多，一般可按车轮的运动形式分为三类，如图13-17所示。(1)车轮在汽车横向平面内摆动的悬架，称为横臂式独立悬架(图a)。(2)车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架，称为纵臂式独立悬架(图b)。(3)车轮沿主销轴线移动的悬架，包括烛式悬架和麦弗逊式悬架(图c、d)。1．双横臂式独立悬架图13-18所示为红旗CA7560型轿车前悬架，该悬架两摆臂长度不相等，为不等长双横臂式独立悬架。2．双纵臂式独立悬架图13-19所示为双纵臂式扭杆弹簧独立悬架。这种悬架的两个纵摆臂—般长度相等，形成平行四连杆机构。当车轮上下跳动时，车轮外倾角、主销后倾角和轮距保持不变，故这种形式的悬架适用于转向轮。3．麦弗逊式独立悬架麦弗逊式独立悬架又称为滑柱摆臂式独立悬架，目前广泛应用于发动机前置前轮驱动轿车前悬架。这种悬架如图13-20所示，由减振器、螺旋弹簧、横摆臂和横向稳定杆（图中未画出）等组成。减振器与螺旋弹簧装于一体，作为引导车轮跳动的滑柱，有的还兼起转向主销作用。悬架有一下横摆臂，其上端以橡胶做支承，允许滑柱上端有少许角位移。采用这种悬架的汽车前端空间大，有利于发动机布置，并可降低整车的重心。图13-21所示为天津夏利TJ7100型轿车前轮所采用的麦弗逊式独立悬架。多轴汽车全部车轮如果都是单独地刚性悬挂在车架上，则在不平路面上行驶时，将不能保证所有车轮同时接触地面．如图13-22a)所示。为了解决这个问题，可将两个车桥(如三轴汽