汽车构造配套教学课件下册底盘构造第2版罗灯明ppt9章悬架

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1、第九章 悬架 suspension,轮式汽车行驶系,主要内容,主要内容 悬架概述 弹性元件（） 减振器（） 非独立悬架 rigid axle suspension 独立悬架（）independent suspension 主动悬架和半主动悬架 主题研讨活动 电控空气悬架技术,本次课程任务,弹性元件 钢板弹簧/螺旋弹簧/扭杆弹簧/气体弹簧 减振器 双向作用筒式减振器 充气式减振器 非独立悬架 纵置板簧非独立悬架 螺旋弹簧非独立悬架 独立悬架 横臂式独立悬架（） 纵臂式独立悬架 麦弗逊悬架（）,一、悬架概述,1. 悬架功用,悬架功用 起传力作用：把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及

2、这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上 起缓冲减振作用：利用弹性元件和减振器 起导向作用：利用传力构件使车轮按一定轨迹相对于车架或车身跳动 利用横向稳定器，防止车身在转向等行驶情况下发生过大的侧向倾斜,2. 悬架组成,弹性元件 起缓冲作用； 减振元件 起减振作用； 传力机构或导向机构 起传力和导向作用； 横向稳定器 防止车身产生过大侧倾,3. 悬架自振频率,悬架系统的频率 与汽车的平顺性（也称舒适性）有直接关系 悬架频率 n 随簧载质量的变化而变化 人体最舒适的频率范围为11.6Hz 如果要将汽车行驶过程中的频率保持在11.6Hz内，最好采用变刚度悬架 悬架自振频率表达式： n-悬架

3、的频率； M-簧载质量； K-悬架刚度； g-重力加速度 f-悬架垂直变形（挠度）,4. 悬架类型,非独立悬架 两侧车轮通过整体式车桥相连，车桥通过悬架与车架或车身相连 如果行驶中路面不平，一侧车轮发生跳动，整体式车桥将迫使另一侧车轮在汽车横向平面内摆动,悬架类型,独立悬架 车桥是断开的，每一侧车轮单独地通过悬架与车架（或车身）相连 每一侧车轮可以独立跳动，互不影响,二、弹性元件,钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧 气体弹簧 橡胶弹簧,1. 钢板弹簧,钢板弹簧组成 由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成 近似等强度的弹性梁， 多数情况下由多片弹簧组成 钢板弹簧安装 最长的一片为主片，其两端弯成卷耳

4、，内装衬套 用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接,（1）对称/非对称钢板弹簧,多片式钢板弹簧 可以同时起到缓冲、减振、导向和传力的作用 用于货车后悬架可以不装减振器,（2）变截面钢板弹簧,变截面钢板弹簧 一些轻型货车和客车采用由单片或23片变厚度断面的弹簧片构成的少片变截面钢板弹簧 其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变，它可以实现汽车的轻量化。,2. 螺旋弹簧,应用 螺旋弹簧用弹簧钢棒料卷制而成，常用于各种独立悬架 特点 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,3.

5、 扭杆弹簧,扭杆弹簧原理 是一根由弹簧钢制成的杆，扭杆断面通常为圆形，少数为矩形或管形。 两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等，以便一端固定在车架上，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,4. 气体弹簧,原理 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 特点 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； 当载荷减小时，气压下降，刚度减小 气体弹簧具有理想的变刚度特性 类型 空气弹簧 油气弹簧,（1）空气弹簧 air spring,1）囊式

6、空气弹簧,结构特点 由夹有帘线的橡胶气囊和密闭压缩空气组成 气囊结束越多，弹性越好，但密封性越差 节与节间有钢质腰环，防止径向扩张相互摩擦,2）膜式空气弹簧,结构特点 由橡胶膜片和金属压制件组成 与气囊式相比 弹性特性曲线比较理想 因其刚度较小，车身自振频率较低 因其尺寸较小，在车上便于布置，故多用于轿车,3）空气弹簧原理,弹簧弹力 F=piAw pi：空气压力 Aw：有效作用面积 dw：有效作用直径（褶皱最低点直径） 特性 变刚度特性 载荷不同，压力不同 弹簧刚度与车身重量变化率一致 车身固有频率 保持不变（与行驶性能有关）,（2）油气弹簧 hydro-pneumatic,原理 氮气弹性介质

7、 油液传力介质 特点 变刚度 液力减振 分类 单气室 油气分隔式 油气不分隔式 双气室(带反气压式) 两级压力式,1）单气室油气弹簧,油气分隔式 结构特点 上半球室、下半球室和橡胶油气隔膜构成了油气分隔式弹簧 工作缸、活塞和阻尼阀等构成了减振器 防止油液乳化，且便于充气,单气室油气弹簧,油气不分隔式 结构特点 工作缸固定在车架上，管形活塞下端与转向节相连 前悬架弹性元件和减振元件，兼作转向主销 管形活塞内腔和环形腔充满油液 管形活塞头上油层，既可润滑活塞又可作为气室的密封 油层上方高压气室，充满高压氮气，气体和油液之间没有任何隔离装置,2）双气室油气弹簧,工作原理 当弹簧处于压缩行程时 主活塞

8、上移，使主气室内气压增高，弹簧刚度增大 浮动活塞下油液，在反压气室的气压作用下流入主活塞下面补充油液，而反压气室内的气压下降 当弹簧处于伸张行程时 主活塞下移，主气室内的气压降低 主活塞下油液流回浮动活塞的下面，推动活塞上移，而使反压气室内的气压增高 提高了伸张行程的弹簧刚度,双气室油气弹簧,结构特点 主气室/反压力室：油气不分隔式 工作缸体与车架相连，下端与车桥相连 阻尼阀座上设有阻尼阀，保证油气弹簧在压缩和伸张行程中具有不同的阻尼力,3）两级压力式油气弹簧,特点比较 刚度变幅较大 单双气室：刚度变幅较小 结构原理 工作活塞的上方设有两个并列的气室 主气室内的气压与单气室油气弹簧的气压相近

9、补偿气室内的气压则较高 保证空载和满载时悬架有相当的自振频率,5. 橡胶弹簧,原理 利用橡胶本身的弹性起弹性元件的作用 特点 可以承受压缩载荷和扭转载荷 橡胶内摩擦较大，具有一定的减振能力 应用 多用作悬架的副簧和缓冲块,三、减振器 shock absorber,减振器功用 加速车架（车身）振动衰减，改善汽车行驶平顺性 减振器和弹性元件并联安装 对减振器要求 在悬架压缩行程，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性 在悬架伸张行程，减振器的阻尼力应大，以求迅速减振 当车桥与车架的相对速度过大，减振器使阻尼力应保持一定，以免大冲击,1. 减振器原理,减振器原理 当车架与车桥作往复相对运动时

10、，减振器中的活塞在缸筒内也作往复运动 油液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 将振动能量转化为热能，通过油液和减振器壳体散到大气中,2. 双向作用筒式减振器,结构组成 四个阀 流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧很弱 压缩阀和伸张阀是卸载阀，其弹簧较强 双筒式 工作缸筒 储油缸筒,双向作用筒式减振器,工作过程 压缩行程 油液经流通阀进上腔 多余油液经压缩阀进贮油缸筒 压缩行程阻尼力较小 伸张行程 油液经伸张阀流入下腔 贮油缸筒油液打开补偿阀流入下腔补油 伸张行程阻尼力较大（弹簧、流通面积）,3. 充气式减振器,1）结构特点

11、组成 单筒式减振器（不需储液缸筒） 活塞杆进出而引起的缸筒容积的变化由浮动活塞的上下运动来补偿 特点 缸筒下部浮动活塞，形成密闭气室中，充有高压氮气（23Mpa） 压缩阀/伸张阀：减少一套阀门系统,4. 阻力可调式减振器,1）结构原理 组成 采用刚度可变的空气弹簧 膜片及弹簧 原理 汽车载荷增加，气压升高，膜片推动柱塞杆下移 减小空心连杆上节流孔通道面积 增加液流的流动阻力 应用 主动和半主动悬架,2）电控阻力可调式减振器,凌志LS400, 减振阻尼“软”, 减振阻尼“中”, 减振阻尼“硬”,四、非独立悬架 rigid axle suspension,类型 纵置板簧非独立悬架 螺旋弹簧非独立悬

12、架 空气弹簧非独立悬架 油气弹簧非独立悬架 特点 采用钢板弹簧兼做导向、减振作用，结构大为简化 采用螺旋/气体弹簧需要较复杂的导向机构 应用 广泛应用于货车前、后悬架 仅用于轿车后悬架,1. 纵置板簧非独立悬架,吊耳 支架式,纵置板簧非独立悬架,滑块 支承式,纵置板簧非独立悬架,载荷小时：主簧起作用,载荷大时：主副簧一起作用,2. 螺旋弹簧非独立悬架,组成 螺旋弹簧 减振器 纵向/横向推力杆 加强杆：加强横向推力杆的安装强度 应用 常用于轿车后悬架,导向机构 纵向推力杆：传递纵向力及力矩，后轴在纵向平面内绕左右橡胶铰接中心线摆动 横向推力杆：传递横向力及力矩，左右车轮在横向平面内绕铰接点摆动,

13、3. 空气弹簧非独立悬架,组成 囊式空气弹簧/压气机/车身高度调节控制阀/控制杆等 特点 只传递垂直力 有减振器/传力机构,车身高度控制阀自动调节车身高度 载荷增加时：车桥移近车架，控制杆上升，打开充气阀，压缩空气进入空气弹簧，使车架升高 载荷减小时：车桥远离车架，控制杆下移，打开放气阀，空气弹簧内空气排入大气，使车架降低,4. 油气弹簧非独立悬架,组成 油气弹簧（兼减振器）、横向推力杆、纵向推力杆等 特点 变刚度特性，显著缓和冲击/减少颠簸 广泛运用在大型工矿用自卸汽车上,五、独立悬架 independent suspension,类型 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

14、独立悬架：车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架 烛式和麦弗逊悬架：车轮沿主销移动的悬架 连杆支柱悬架：融入了多连杆式悬架理念的麦弗逊悬架 单斜臂式独立悬架：车轮在汽车的斜向平面内摆动的悬架 多连杆独立悬架：性能最好的独立悬架 优点 两侧车轮可以单独运动互不影响； 减小了非簧载质量，有利于汽车的平顺性； 采用断开式车桥，可以降低发动机位置，降低整车重心； 车轮运动空间较大，可以降低悬架刚度，改善平顺性,1. 横臂式独立悬架,特点 车轮在汽车横向平面内摆动的悬架 类型 单横臂式独立悬架 双横臂式独立悬架,（1）单横臂式独立悬架 single transverse arm type,特点 当悬架变形时，车

15、轮平面将产生倾斜而改变轮距，增加车轮滑移 用于转向轮时，会使和发生较大变化，故在前悬架中很少采用 结构 半轴套管断开 主减速器右面有一单铰链，半轴可绕其摆动,（2）双横臂式独立悬架 double transverse arm type,两摆臂等长式 轮距有较大的变化 增加车轮滑移 两摆臂不等长式 主销角度与轮距变化不大，可由轮胎变形适应 轿车轮胎可容许轮距改变（每轮45mm），而不致使车轮滑移 广泛应用于中高级轿车,1）不等长双横臂式独立悬架,上下摆臂 内端与车架铰接 外端与轮毂铰（球）接 应用 本田雅阁，马自达6，克莱斯勒300C等前悬架 思域后悬架,思域 后悬架,2）双叉臂式独立悬架,又称

16、双A臂式悬挂 横向力由两个叉臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。 上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数 前轮转弯时，上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两叉臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小,双叉臂式独立悬架,上下摆臂 内端与车架铰接 外端与转向节球头销连接 臂叉形刚性构架 无主销式 用球头结构代替主销 上下球头销的连心线相对于主销轴线 应用 法拉利跑车、F1赛车等前悬架 一汽丰田皇冠/锐志，奥迪豪华SUV Q7、大众途锐前悬架,双叉臂式独立悬架,特点 主要优点：横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好 主要缺点：制造成本高、悬架定位参数设定复杂 适用车型：运动型轿车、超级跑车以及高档SUV前后悬架,大众途锐 前悬架,2. 纵臂式独立悬架,特点 车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架 类型 单纵臂式独立悬架 车轮上下跳动将使产生很大变化，一般多用于不转向的后轮 双纵臂式独立悬架 适用于转向轮（ 不变）,（1）单纵臂式独立悬架 single trailing arm type,特点 后轴体-V形断面 纵臂前端与车身