悬架的构造与维修

项目八 悬架的构造与维修汽 车 底 盘 构 造 与 维 修项目八 悬架的构造与维修任务一 悬架的认知 v一、悬架的功用和分类 v1悬架的功用 v 悬架（图8-1）是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间 一切传力连接装置的总称。悬架具有如下的功用： v （1）连接车架（或车身）和车轮，把路面作用到车轮的 各种力传给车架（或车身）。 v （2）缓和冲击、衰减振动，使乘坐舒适，具有良好的平顺性。 v （3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。图8-1 悬架在汽车上的安装位置项目八 悬架的构造与维修v2悬架的分类 v 汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架（图8-2） 。图8-2 非独立悬架与独立悬架的示意图项目八 悬架的构造与维修v 非独立悬架的特点是左右车轮安装在一根整体式车桥两端， 车桥则通过悬架与车架相连。当一侧车轮发生位置变化后会 导致另一侧车轮的位置也发生变化。 v 独立悬架的结构特点是车桥做成断开的，每一侧车轮单独通 过悬架与车架（或车身）连接。与非独立悬架相比较，汽车 采用独立悬架有以下优点： v （1）两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路 上可减少车架和车身的振动，而且有助于消除转向轮不断偏 摆的不良现象。 v （2）减少了汽车的非簧载质量（即不由弹簧支承的质量） 。在道路条件和车速相同时，非簧载质量越小，悬架受到的 冲击载荷也就越小，因而采用独立悬架可以提高汽车的平均 行驶速度。项目八 悬架的构造与维修v （3）由于采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低 和前移，使汽车重心下降，因而可提高汽车的行驶稳定性 ；同时由于难予了车轮较大的上下运动的空间，故可以将 悬架刚度设计得较小，以降低车身振动频率，改善行驶平 顺性。 v （4）越野汽车全部车轮采用独立悬架还可保证汽车在不 平道路上行驶时，所有车轮和路面有良好的接触，从而可 增大牵引力；此外，可增大汽车的离地间隙，使汽车的通 过性能大大提高。 v 由于具有以上优点，独立悬架被现代汽车广泛采用。但是 ，独立悬架结构复杂，制造成本高，保养维修不便，在一 般情况下，车轮跳动时，由于车轮外倾角与轮距变化较大 ，轮胎磨损较严重。项目八 悬架的构造与维修v二、悬架的结构 v 现代汽车的悬架虽有不同的结构形式，但一般都由弹性元 件、减振器、导向机构等组成，轿车一般还有横向稳定器 。悬架的组成如图8-3所示。 v 弹性元件使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间做弹性 连接，可以缓和由于不平路面带来的冲击，并承受和传递 垂直载荷。 v 减振器可以衰减由于路面冲击产生的振动，使振动的振幅 迅速减小。导向机构包括纵向推力杆和横向推力杆，用于 传递纵向载荷和横向载荷，并保证车轮相对于车架（或车 身）的运动关系。横向稳定器可以防止车身在转向等情况 下发生过大的横向倾斜。项目八 悬架的构造与维修图8-3 悬架的组成项目八 悬架的构造与维修v1弹性元件 v 汽车上常用的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹 簧、气体弹簧和油气弹簧等。 v 1）钢板弹簧 v 钢板弹簧也称叶片弹簧，其结构如图8-4所示，在车桥靠 近车架或车身时靠钢板弹簧的弹性形变来起缓冲作用，并 在车桥靠近和离开车架或车身的整个过程中，通过各片相 互之间的滑动摩擦，部分衰减路面的冲击作用。 v 一副钢板弹簧通常由很多曲率半径不同、长度不等、宽度 一样、厚度相等的弹簧钢板片叠成，在整体上近似等强度 的弹性梁。第一片最长的钢板弹簧，称为主片，其两端或 一端弯成卷耳状。在钢板弹簧全长内装有个钢板夹 。钢板弹簧的中部通过“”形螺栓和压板与车桥刚性固定 ，两端用销子铰接在车架的支架和吊耳上。项目八 悬架的构造与维修图8-4 钢板弹簧结构项目八 悬架的构造与维修v 2）螺旋弹簧 v 螺旋弹簧广泛应用于独立悬架，有些轿车的后轮非独立悬 架也采用螺旋弹簧做弹性元件。 v 螺旋弹簧如图8-5所示，由特殊的弹簧钢棒卷制而成，可 以制成圆柱形或圆锥形，也可以制成等螺距或不等螺距。 圆柱形等螺距螺旋弹簧的刚度是不变的，圆锥形或不等螺 距螺旋弹簧的刚度是可变的。 v 螺旋弹簧与钢板弹簧相比，无需润滑，防污能力强，质量 小，单位质量的能量吸收率较高。但是，螺旋弹簧本身减 振作用很差，因此在螺旋弹簧悬架中，必须另装减振器； 螺旋弹簧只能承受垂直载荷，故必须加装导向装置，以传 递垂直力以外的各种力和力矩。项目八 悬架的构造与维修图8-5 螺旋弹簧项目八 悬架的构造与维修v 3）扭杆弹簧 v 扭杆弹簧是一根由铬钒弹簧钢制成的扭杆，如图8-6所示 。扭杆一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上， 摆臂则与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线 而摆动，使扭杆产生扭转导致弹性变形，以保证车轮与车 架的弹性联系。 v 扭杆弹簧在制造时，经热处理后预先施加一定的扭转力矩 ，使之产生一个永久的扭转变形，从而使其具有一定的预 应力。左、右扭杆的预加扭转的方向都与扭杆安装在车上 后承受工作载荷时扭转的方向相同，目的是减少工作时的 实际应力，以延长使用寿命。如果左、右扭杆换位安装， 则将导致扭杆弹簧的实际工作应力加大，使用寿命缩短。 因此，左右扭杆弹簧刻有不同的标记，不可互换。项目八 悬架的构造与维修图8-6 扭杆弹簧示意图项目八 悬架的构造与维修v2减振器 v 1）减振器的功用及原理 v 减振器在汽车中的作用是迅速衰减由车轮通过悬架弹簧传 给车身的冲击和振动，提高汽车行驶的平顺性能。减振器 在汽车悬架中是与弹性元件并联安装的（图8-7）。图8-7 减振器和弹性元件的安装示意图项目八 悬架的构造与维修v 目前，汽车悬架系统中广泛采用液压减振器，其基本原理 如图8-8所示。当车架与车桥作往复的相对运动而使活塞 在缸筒内往复移动时，减振器壳体内的油液便反复地从一 个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一个内腔，此时孔壁与 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 ，使车身和车架的振动能量转化为热能被油液和减振器壳 体所吸收，然后扩散到大气中。减振器阻尼力的大小随车 架与车桥（或车轮）间相对速度的变化而增减，并且与油 液的黏度有关。 v 阀门越大，阻尼力越小，反之亦然。相对运动速度越大， 阻尼力越大，反之亦然。 v 阻尼力越大，振动的衰减越快，但悬架弹性元件的缓冲效 果不能发挥，乘坐也不舒适，因此弹性元件的刚度与减振 器的阻尼力要合理搭配，才能保证乘坐舒适性和操纵稳定 性的要求。项目八 悬架的构造与维修图8-8 液压减振器的基本原理2）双向作用筒式减振器 目前在汽车上应用最广泛的液力减振器是双向作用式减振 器，它在伸张行程和压缩行程都具有阻尼减振作用。 双向作用筒式减振器如图8-9所示。双向作用筒式减振器在 内筒和外筒之间设计了补偿孔，它可以调整油液量以适应 活塞杆的移动体积。项目八 悬架的构造与维修图8-9 双向作用筒式减振器的结构及工作原理项目八 悬架的构造与维修v 如图8-9a）所示，在节流孔上设置阀门，节流孔没有 阀门。压缩时，阀门打开，下腔的油液通过节流孔和 流到上腔，使活塞容易下行。伸张时，阀门关闭，上 腔的油液只能通过节流孔流回下腔，使活塞上行阻尼增 大。这样就实现了减振效果，它可以很快的吸收路面冲击 ，但汽车在坏路上行驶时的行驶平顺性较差。 v 如图8-9b）所示，在节流孔上设计阀门，伸张时油液 通过节流孔，压缩时油液通过节流孔，因此在压缩和 伸张时都受到阻尼力。对于激烈的车身振动，下腔的油液 在伸张时通过补偿阀上的节流孔流入补偿腔，产生阻尼力 ；压缩时补偿阀打开，油液无阻尼地通过补偿阀。补偿腔 的上部有氮气，可以被油液压缩。项目八 悬架的构造与维修v3横向稳定器 v 横向稳定器如图8-10 和图8-11所示。横向 稳定器利用扭杆弹簧原 理，将左右车轮通过横 向稳定杆连接起来。在 车身倾斜时，稳定杆两 边的纵向部分向不同方 向偏转，于是横向稳定 杆便被扭转。弹性的稳 定杆产生的扭转内力矩 就阻碍了悬架弹簧的变 形，从而减少车身的横 向倾斜。图8-10 横向稳定器项目八 悬架的构造与维修图8-11 横向稳定器的作用项目八 悬架的构造与维修v三、非独立悬架 v 非独立悬架结构简单，工作可靠，一些轿车的后悬架中采 用这一结构类型。 v 按照采用弹性元件的不同，非独立悬架可以分为钢板弹簧 式非独立悬架和螺旋弹簧式非独立悬架。 v1钢板弹簧非独立悬架 v 图8-12为钢板弹簧式非独立悬架。钢板弹簧中部通过U形 螺栓（骑马螺栓）固定在前桥上。钢板弹簧的前端卷耳用 弹簧销与前支架相连，形成固定式铰链支点，起传力和导 向作用；而后端卷耳则用吊耳销与可在车架上摆动的吊耳 相连，形成摆动式铰链支点，从而保证了弹簧变形时两卷 耳中心线间的距离有改变的可能。项目八 悬架的构造与维修v 减振器的上、下两个吊环通过橡胶衬套和连接销分别与车 架上的上支架和车桥上的下支架相连接。盖板上装有橡胶 缓冲块，以限制弹簧的最大变形，并防止弹簧直接碰撞车 架。图8-12 钢板弹簧式非独立悬架项目八 悬架的构造与维修v2螺旋弹簧非独立悬架v 螺旋弹簧非独立悬架由螺旋弹簧、减振器、纵向推力杆和 横向推力杆组成。一般只用于轿车的后悬架，如图8-13所 示。图8-13 螺旋弹簧非独立悬架项目八 悬架的构造与维修v四、独立悬架 v1横臂式独立悬架v 横臂式独立悬架分为单横臂式和双横臂式两种，目前单横 臂式独立悬架应用较少。 v 双横臂式独立悬架的两个横摆臂有等长的和不等长的，如 图8-14所示。摆臂等长的独立悬架当车轮上下跳动时，虽 然车轮平面不倾斜、主销轴线的方向也不发生变化，但轮 距发生较大的变化，这将引起车轮的侧滑和轮胎的磨损。 而摆臂不等长的独立悬架当车轮上下跳动时，虽然车轮平 面、主销轴线、轮距都发生变化，但如果选择长度比例合 适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大，这种独立悬 架被广泛用在轿车前轮上。项目八 悬架的构造与维修图8-14 双横臂式独立悬架示意图项目八 悬架的构造与维修v2纵臂式独立悬架v 纵臂式独立悬架也分为单纵臂式和双纵臂式两种。 v 单纵臂式独立悬架如果用于前轮，车轮上下跳动时会使主 销后倾角变化很大，所以单纵臂式独立悬架都用于后轮。 v 双纵臂式独立悬架的两纵摆臂一般长度相等，形成平行四 连杆机构，如图8-15所示。这种悬架当车轮上下跳动时， 车轮外倾角、轮距和主销后倾角都不发生变化，所以适用于前轮。图8-15 双纵臂式独立悬架项目八 悬架的构造与维修v3烛式独立悬架 v 图8-16为烛式独立悬架，主销的上下两端刚性地固定在车 架上。套在主销上的套管固定在转向节上。套管的中部固 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。悬架的摩擦部分套着防尘罩。通气 管与防尘罩内腔相通，以免罩中空气被密封而影响悬架的 弹性。 v 烛式独立悬架的优点是当悬架变形时，主销的定位角不会 发生变化，仅轮距、轴距稍有改变；有利于汽车的转向操 纵性和行驶稳定性。缺点是侧向力全部由套筒和主销承受 ，两者间的摩擦阻力大，磨损严重。因此，这种结构形式 目前很少采用。项目八 悬架的构造与维修图8-16 烛式独立悬架项目八 悬架的构造与维修v4麦弗逊式独立悬架 v 麦弗逊式悬架是目前轿车和某些轻型客车应用比较普遍的 悬架结构形式。如图8-17所示，筒式减振器为滑动立柱， 横摆臂的内端通过铰链与车身相连，外端通过球铰链与转 向节相连。减振器的上端与车身相连，减振器的下端与转 向节相连，车轮所受的侧向力大部分由横摆臂承受，其余 部分由减振器活塞和活塞杆承受。筒式减振器上铰链的中 心与横摆臂外端球铰链中心的连线为主销轴线，此结构也 为无主销结构。当车轮上下跳动时，减振器下支点随前悬 架摇臂摆动，故主销轴线角度是变化的，这说明车轮是沿 着摆动的主销轴线而运动。 v 烛式独立悬架和麦弗逊式独立悬架都属于车轮沿主销移动 的独立悬架，烛式独