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1、1浅析汽车悬架系统第一章 概述1.1 本课题研究的内容本课题主要是介绍汽车的悬架系统，其中包括悬架系统的分类与组成及悬架系统的一般工作原理。其中还主要简介了独立式悬架系统和非独立式悬架系统的组成与工作原理以及构造，也简介了电控悬架系统。还介绍了一些关于汽车悬架系统最新技术和发展过程。在本课题还浅谈了汽车悬架系统的的维护和汽车悬架系统常见的故障现象(弹性元件的断裂、减振器失效、等)及故障所引发的原因，还有汽车悬架系统的检测方法和检测设备以及对未来汽车悬架系统技术发展的展望。1.2 课题研究的意义汽车悬架是车架或车身与车桥之间一切传力连接装置的统称。汽车悬架的作用：对不平衡路面造成的汽车行驶中的各
2、种颤动、摇摆、和振动等，与轮胎一起予以吸收和减缓，从而保障乘客和货物的安全，并提高驾驶稳定性；将路面与车轮之间的摩擦所产生的驱动力和制动力，传输至底盘与车身；支撑车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。近年来，高速路网得到了迅猛的发展，对汽车的性能也提出了更高的要求，为了更进一步的提高汽车的性能，提高汽车的质量和档次，突出汽车工业的经济效益，各国汽车行业竞相开发更能适应现代交通的高性能汽车，除了对汽车的其他总成进行更有效的改进之外，对汽车的悬架系统也进行了切实有效的改良。随着电子技术、传感器技术和各种柔性适时控制技术的发展，用这些技术装备起来的汽车悬架系统，既使汽车的乘坐舒适性达到
3、了令人满意的程度，又促使汽车的操纵稳定性得到了可靠的保证。1.3 汽车悬架系统发展过程在车轮上首先使用钢质弹簧悬架的是18世纪的法国人，那是一种扁平状的单片弹簧。至1763年，美国的特雷德维尔取得螺旋弹簧的第一个专利。1804年，英国伦敦的奥巴代亚艾略特发明了叶片弹簧悬架，但只是简单地把一块块钢板叠起来夹紧，再在两端与车子用钩环连接。1805年，埃利奥特获得椭圆形和半椭圆形弹簧板的专利。1878年，法国勒芒的大阿米迪博利发明了采用片簧做前轮独立悬架的装置。1900年，美国人哈德福特制成第一个汽车减振器，并将它装在奥兹莫比尔轿车上。1921年，英国的利兰德汽车公司生产第一个使用扭杆弹簧的汽车。麦
4、弗逊制成了麦弗逊式独立悬架，是轿车上应用较多的悬架形式。1933年，美国的费尔斯通公司研制成了第一个实用的空气弹簧悬架。同年，门2罗公司为赫德森轿车研制双向筒液压减振器。直到目前，这种筒式减振器没有很大改变。1934年，通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。1938年，别克汽车第一次将螺旋弹簧应用到汽车后悬架上。1580年，福特汽车公司的载客四轮马车已使用减震的弹簧悬架。1956年，英国利兰车和法国雪铁龙车开始使用液压和液气压悬架系统，后轮的悬架用管道相连，液气混合在管中保持压力。此后，这种系统成为各国小型载客车辆的标准装置。1984年，林肯大陆轿车采用了可调整的空气悬架系统，从此电控悬架在汽
5、车上开始采用。主动悬挂系统是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬挂系统。它汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。国内汽车悬架弹簧生产企业 160 余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业(生产规模在 0.8 万吨以上)约 80 余家。产品质量水平刚达到国外先进国家 90 年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有 4 家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂
6、、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家只有三个：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、山东汽车弹簧厂。自主开发是中国汽车产业持续发展的保障。我国汽车产业在经过半个世纪的发展，已经初具规模，但是面临着能源紧张、技术落后、自主品牌严重缺乏以及国际竞争加剧带来的压力。我国的汽车产业要加速、持续和健康的发展，并成为我国国民经济的支柱产业，必须坚持产业创新，选择面向自主发展具有中国特色的产业创新模式，推动汽车产业结构的升级、技术的进步、以及民族品牌的崛起。所以为了适应
7、汽车产业的自主开发道路，对悬架进行设计和强度计算并进行推广交流显得尤为重要。3第二章 浅谈汽车悬架系统的组成原理2.1 悬架系统简介汽车车架（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
8、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。2.2 悬架系统的分类1. 按控制形式不同 按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如图 2-1。汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。80 年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。图 2-11-弹性元件 2-纵向推力杆 3-减振器 4-横
9、向稳定杆 5-横向推力杆42. 按汽车导向机构不同根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。如图 2-2 所示。a. 独立悬架 b. 非独立悬架图 2-2非独立悬架如图 2-2(a)所示。其特点是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，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。独立悬架是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
10、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。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如图 2-2(b)所示。2.3 悬架系统的组成1.弹性元件悬架采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。（1）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。钢板弹簧的第一片（最长的一片）称为主片，其两端弯成卷耳，5内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、制成的衬套，用弹簧
11、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。中心螺栓用来连接各弹簧片，并保证各片的装配时的相对位置。中心螺栓到两端卷耳中心的距离可以相等，也可以不相等如图。为了增加主片卷耳的强度，将第二片末端也弯成半卷耳，包在主片卷耳和外面，且留有较大的间隙，使得弹簧在变形时，各片间有相对滑动的可能。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，可促使车架的振动衰减。各片间的干摩擦，车轮将所受冲击力传递给车架，且增大了各片的摩损。所以在装合时，各片间涂上较稠的润滑剂（石墨润滑脂） ，并应定期保养。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，
12、并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。有些高级轿车的后悬架采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些国家汽车上采用变厚度的单片或二至三片的钢板弹簧，可以减少片与片间的干摩擦，减小动刚度，还提高使用应力，同时减轻重量。钢板弹簧可分为对称式钢板弹簧和非对称式钢板弹簧，对称式钢板弹簧其中心螺栓到两端卷耳中心的距离相等，不等的则为非对称式钢板弹簧。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，可促使车架的振动衰减，起到减振器的作用。（2）螺旋弹簧螺旋弹簧是用弹簧钢钢棒料卷制而成，它们有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋弹簧。图 2-3 螺旋弹簧螺旋弹簧大多应用在独立悬架上， 尤以前轮独
13、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。（3）扭杆弹簧6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。如图 24 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
14、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。图 2-4 扭杆弹簧1-扭杆 2-摆臂扭杆弹簧在制造时，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。扭杆的断面形式：断面常为圆形，少数
15、是矩形或管形。（4）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 0.51MPa） ，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。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。空气弹簧主要用橡胶件作为密闭容器，它分为囊式和膜式两种，工作气压为0.51Mpa 。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
16、簧刚度也随空气压力减少而下降，具有有理想的变刚度弹7性特性。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。膜式空气弹簧，它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。油气弹簧以气体（氮-惰性气体）作为弹性介质，用油液作为传力介质。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。带反压气室式油气弹簧，它有一个反压气室，相当于在简单油气弹簧上加上一个方向相反的小筒单油气弹簧，用以提高空载时弹簧刚度，使空载满载自然振动频率变化不大。目前此种弹簧多用于重型车和部分小客车上。图 2-6 油气弹簧空气和油气弹簧用在悬架中，由于它们只能承受轴向载荷，因此悬架中必须加设导向机构和减振器。油气弹簧以气体（化学性质不太活泼的气体
