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1、第 1 页 共 39 页汽车悬架系统汽车悬架系统引言引言悬架是现代汽车的重要总成之一。它是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。 汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。弹性元件用力传递垂向力，并缓和由路面不平度引起的冲击和振动。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质
2、量小，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。第 2 页 共 39 页一悬架结构、作用、类型一悬架结构、作用、类型（1）结构。悬架主要由弹性元件。减震器和导向装置三部分组成，一些悬架还设有辅助弹性元件、横向稳定器等，它们分别起到缓冲、减震、导向和力的传递等作用。（2）主要作用。 悬架的主要作用是把车架与车桥弹性地连接在一起，吸收和缓和路面对车架的冲击，衰减由此引起的承载系统的
3、振动，把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力） 、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架上，以保证汽车平顺地行驶和乘坐的舒适。（3）类型。 按悬架构造的不同，通常可分为独立悬架和非独立悬架。独立悬架的车桥做成断开式的，每一侧的车轮单独地通过弹性悬架悬挂在车架的下面。非独立悬架是用一根整体式车桥连接两侧的车轮，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架的下面。一些汽车悬架使用螺旋弹簧作为弹性元件，需加设横向稳定器。根据汽车两侧车轮运动是否相互关联, 汽车悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种型式。非独立悬架的结构特点是汽车两侧车轮分别安装在一根整体式的车轴两端, 车轴则通过
4、弹性元件与车架相连接。这种悬架当一侧车轮因道路不平而跳动时, 将要影响另一侧车轮的工作, 因此称为非独立悬架或相关悬架。独立悬架则是两侧车轮分别安装在断开式的车轴两端, 每段车第 3 页 共 39 页轴和车轮单独弹性元件与车架相连。这样当一侧车轮跳动时, 对另一侧车轮不产生影响, 因此称为独立悬架。 独立悬架的前轮可调整其定位, 故在轿车上被广泛应用, 而非独立悬架因结构简单、制造和维修方便, 故中、重型汽车普遍采用。二、弹性元件二、弹性元件汽车悬架所用的弹性元件可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等。一般载货汽车的独立悬架广泛采用钢板弹簧;大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和
5、扭杆弹簧;而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用。从截断面上看，扭杆弹簧有园形、管形、矩形、叠片及组合式等。使用最多是园形扭杆，它呈长杆状，两端可以加工成花键、六角形等，以便将一端固定在车架而另一端通过控制臂固定在车轮上。扭杆用合金弹簧钢做成，具有较高的弹性，既可扭曲变形又可复原，实际上起到螺旋弹簧相同的作用，只不过表现形式不一样而已。汽车运行时，车轮受地面凹凸的影响上下运动，控制臂也会随之上升或下降。当车轮向上时控制臂上升，使扭杆被迫扭转变形，吸收冲击能量。当冲击力减弱时，杆的自然还原能力能迅速恢复到第 4 页 共 39 页它原来的位置，使车轮回到地面，避免车架受到颠簸。 扭杆弹簧能够储存
6、较大的能量，比相等应力的螺旋弹簧和钢板弹簧大得多。杆越短越粗，刚度也越大。一般来讲，三种弹簧比较，扭杆弹簧单位重量的储能量较大，且占用的空间位置最小，易于布置，还可以适度调整车身的高度，所以不少乘用车悬挂采用扭杆弹簧。厂家在制造扭杆弹簧时施加了预应力，增大疲劳强度。由于预应力是有方向的，所以扭杆弹簧也是有方向的。扭杆弹簧标记有左边或右边，用来识别安装在哪一侧。1. 钢板弹簧顾名思义，钢板弹簧就是用钢板做弹簧，它又称为叶片弹簧。为了充分利用材料，钢板弹簧做成接近于应力梁的形式。它有两种类型，一种是等厚度，宽度呈现两端狭，中间宽。传统的多片迭成的钢板弹簧就是这一类型，这种钢板弹簧是由多片长度不等，
7、宽度一样的钢片所迭成，现在的大客车、货车多数使用这种钢板弹簧。第 5 页 共 39 页另一种是等宽度，厚度呈现两端薄，中间厚。现在常见的少片钢板弹簧就是这一类型，少片钢板弹簧是指只有 14 片的变截面钢板弹簧，变截面钢板弹簧是指沿钢板长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，或者片宽和片厚均渐变化的钢板弹簧。多用于轻型汽车，现在一些大中型客车也趋向于使用这一类钢板弹簧。钢板弹簧的中部通过 U 型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲、减振、传力的作用。多片钢板弹簧的各片钢板迭加成倒三角形状，最上端的钢板最长，最下端的钢板最短
8、，钢板的片数与支承汽车的重量和减震效果相关，钢板越多越厚越短，弹簧刚性就越大。但是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间就会互相滑动摩擦产生噪声。摩擦还会引起弹簧变形，造成行驶不平顺。因此，在承载量不是很大的汽车上，就出现了少片钢板弹簧，以消除多片钢板弹簧的缺陷。有些少片钢板弹簧仅用一片钢板弹簧，它与多片钢板弹簧相比除了减少噪声和不会摩擦外，还可以节省材料，减轻重量，便于布置，降低整车高度，具有良好的平顺性。少片钢板弹簧的钢板截面变化大，从中间到两端的截面是逐渐不同，因此轧制工艺比较复杂。为了减轻重量和轧制工艺难度，近年出现了一种纤维增强塑料（FRP）代替钢板，可减小重量一半以上。这种纤维增强塑料是由玻
9、璃纤维制成，用聚酯树脂聚合在一起。据第 6 页 共 39 页计算一般的单片钢板弹簧每副重量约 1120 公斤，而纤维增强塑料弹簧每副重量约 4 公斤左右，而且行驶平稳，噪声很低。钢板弹簧：多用于厢式车及卡车，由若干片长度不同的细长弹簧片组合而成。它比螺旋弹簧结构简单，成本低，可紧凑地装配于车身底部，工作时各片间产生摩擦，因此本身具有衰减效果。但如果产生严重的干摩擦，就会影响吸收冲击的能力。重视乘坐舒适性的现代轿车很少使用。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
10、。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，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。钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它由若干第 7 页 共 39 页片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起组成的一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧的中部一般由
11、U 形螺栓与车桥刚性固定, 其两端用钢板弹簧销铰接在车架的支架上。为加强第一片的卷耳, 常将第二片末端也弯成卷耳, 把第一片卷耳包住。弹簧受压变形时为防止它们之间产生相对滑动, 在第一片与第二片卷耳之间留有较大的空隙。在车架加载弹簧变形时, 钢板弹簧各片之间产生相对滑动进而产生摩擦，此时钢板弹簧本身具有一定的减振作用。如果钢板弹簧各片之间干摩擦时, 轮胎所受到的冲击要直接传给车架, 并直接使钢板弹簧各片磨损, 故安装钢板弹簧时, 应在各片之间涂上适量的石墨润滑剂。为了进一步改善弹簧钢板的受力状况, 可采用不同形状的断面。矩形断面钢板弹簧结构简单, 但受拉应力一面的棱角处易产生疲劳裂纹。采用上下
12、不对称的横断面, 由于断面抗弯的中性轴线上移, 不但可减小拉应力, 而且节省了材料。钢板弹簧端部有三种结构型式。2 螺旋弹簧螺旋弹簧 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。 第 8 页 共 39 页螺旋弹簧大多应用在独立悬架上， 尤以前轮独立悬架采用广泛。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。螺旋弹簧：是现代汽车上用得最多的弹簧。它的吸收冲击能力强，乘坐舒
13、适性好；缺点是长度较大，占用空间多，安装位置的接触面也较大，使得悬架系统的布置难以做到很紧凑。由于螺旋弹簧本身不能承受横向力，所以在独立悬架中不得不采用四连杆螺旋弹簧等复杂的组合机构。出于乘坐舒适性的考虑，希望对于频率高且振幅小的地面冲击，弹簧能表现得柔软一点，而当冲击力大时，又能表现出较大的刚性，减小冲击行程，因此需要弹簧同时具有两种甚至两种以上的刚度。可采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧，它们的刚度随负载的增加而增加。螺旋弹簧 螺旋弹簧形似螺旋线而得名，具有重量小且占位置少的优点，当路面对轮子的冲击力传来时，螺旋弹簧产生变形，吸收轮子的动能转换为螺旋弹簧的位能（势能），从而缓和了地面的
14、冲击对车身的影响。钢板弹簧的中部通过 U 型螺栓（又称骑马螺栓）固定在车桥上，两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，当路面对轮子的冲击力传来时，钢板产生变形，第 9 页 共 39 页起到缓冲、减振的作用。扭杆弹簧一端与车架固定连接，另一端与悬架控制臂连接，通过扭杆的扭转变形达到缓冲作用。在三种弹簧中，螺旋弹簧和钢板弹簧都是常见的汽车弹簧，它们的作用比较好理解。而许多人对扭杆弹簧的形状与作用则不太明了。螺旋弹簧广泛地应用于前独立悬架。螺旋弹簧与钢板弹簧相比,具有无需润滑, 不忌泥污, 所占纵向空间不大，螺旋质量小等优点。螺旋弹簧本身没有减振作用, 因此在螺旋弹簧悬
15、架中必须另装减振器。此外, 螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。螺旋弹簧常用弹簧钢棒料卷制而成, 可做成等螺距或变螺距的，前者刚度不变, 后者刚度是可变的。2. 扭杆弹簧3. 扭杆弹簧：是利用具有扭曲刚性的弹簧钢制成的长杆。一端固定于车身，一端与悬架上臂相连，车轮上下运动时，扭杆发生扭转变形，起到弹簧的作用。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。 第 10 页 共 39 页扭杆弹簧在制造时
16、，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。 扭杆弹簧是一根具有扭转弹性的直线金属杆件。其断面一般为圆形, 少数为矩形或管形。它的两端可以做成花键、方型、六角形或带平面的圆柱等, 以便将一端固定在车架上, 另一端通过摆臂固定在车轮上。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线而摆动, 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。有的扭杆由一些矩形断面的薄扭片组合而成, 这样弹簧更为柔软。扭杆本身的扭转刚度虽然是常数, 但采用扭杆的悬架刚度却是可变的。若将扭杆的固定端转过一个角度, 则摆臂的初始位置将改变,借以可调节车架与车轮间的距离，即调节车身高度。扭杆是用锘钒合金弹簧钢制成, 表面经过加工后很光滑。为
