大学课程《汽车构造与维修》教学PPT课件：悬架

1、行 驶 系 悬架系统引 言悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称；弹性地连接车桥与车架或车身；衰减弹性系统引起的振动；导向作用，使车轮按一定的轨迹相对车身运动；第一节 概 述一、悬架发展历史最初的汽车悬架是使用马车的弹性钢板。三四十年代，独立悬架开始出现，并得到很大的发展，减振器也由早期的摩擦式发展为液力式。五六十年代起发生了主动悬架的概念，它能根据悬架质量的加速度，利用电控液压部件主动地控制汽车的振动。近来，随着电子技术的发展，出现了可变特性悬架控制系统，它可根据运行条件与路面状况，以主动控制悬架特性变化。二、组成弹性元件导向装置减振器横向稳定杆三、分类悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。悬架的结构形式很多，分类方法也不尽相同。l若按导向机构形式来分，可分为独立悬架和非独立悬架两大类。l从控制力角度来分，则可以把悬架分为被动悬架、半被动悬架和主动悬架三大类。四、悬架系统的技术要求要求l保证汽车有良好的行驶平顺性；l有合适的减振性能，它应与悬架的弹性特性很好匹配，保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快；l保证汽车有良好的操纵稳定性；l汽车制动和加速时能保持车身稳定，

2、减少车身纵倾(即所谓“点头”或“后倾”)的可能性；l能可靠的传递车身与车轮间的一切力和力矩，零部件质量轻并有足够强度和寿命；第二节 弹性元件一、钢板弹簧1-弹簧卷耳2-钢板夹3-钢板弹簧4-缓冲块一、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1，内装青铜或塑料或橡胶。粉沫冶金、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。钢板弹簧的中间用U形螺栓与车桥固定。中心螺栓4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。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。一、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。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

3、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。二、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。二、螺旋弹簧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。三、扭杆弹簧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。三、扭杆弹簧扭杆弹簧是一根由弹簧钢制的杆。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）摆臂与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，

4、使扭杆产生扭转弹性变形，以保证车轮与车架的弹性联接。三、扭杆弹簧扭杆弹簧在制造时，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。四、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。五、油气弹簧油气弹簧以气体（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

5、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。如图所示是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。第三节 减振器一、基本原理当车架或车身与车桥间受振动出现相对运动时，减振器内活塞上下移动，减振器内的油液便反复地从一个腔经过不同地孔隙流人另一个腔内。通过孔壁与油液间地摩擦和油液分子间地内摩擦消耗了振动的能量，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。阻尼力同车架与车桥之间的相对运动速度的增减而变化，并与油液粘度、孔道的多少及孔道的大小等因素有关。二、要求在悬架压缩行程中，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。悬架伸张行程中，减振器阻尼力应较大，以迅速减振。此时，减振器起主要作用。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的限度内，以避免车架或车身承受过大的冲击载荷。三

6、、双向作用筒式减振器结构1-活塞杆2-工作缸筒3-活塞4-伸张阀5-储油缸筒6-压缩阀7-补偿阀8-流通阀9-导向座10-防尘罩11-油封三、双向作用筒式减振器工作原理双向作用筒式减振器工作原理说明。在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞3向下移动。活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞杆1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，一部分油液于是就推开压缩阀6，流回贮油缸5。这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。这时减振器的活塞向上移动。活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4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，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀7流进下腔进行补充。由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。这使得减振器的伸张行

7、程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。四、充气式减振器结构工作原理优点l减少了一套阀的系统，重量减轻；l减少车轮受突然冲击时的振动，并可消除噪声；l阻尼力更大，可靠性增强；l消除了油的乳化现象。第四节 横向稳定器一、横向稳定杆作用由于汽车高速行驶转弯时，车身会产生较大的侧向倾斜和侧向角振动。而为了提高悬架的侧倾角刚度，减小侧顷，常在悬架中加设稳定器。二、横向稳定杆结构弹簧钢制成的横向稳定杆呈扁平的U形，横向地安装在汽车前端或后端（也有轿车前后都装横向稳定器）。杆的中部的两端自由地支承在两个橡胶套筒内，套筒固定于车架上。横向稳定杆的两侧纵向部分的末端通过支杆与悬架下摆臂上的弹簧支座相连。1-支杆 2-套筒 3-横向稳定杆二、横向稳定杆结构与原理当两则悬架变形相同时，横向稳定器不起作用。当两侧悬架变形不等时，车身相对路面横向倾斜时，车架一侧移近弹簧支座，稳定杆的同侧末端就随车架向上移动，而另一侧车架远离弹簧座，相应横向稳定杆的末端相对车架下移，横向稳定杆中部对于车架没有相对运动，而稳定杆两边的纵向部分向不同方向偏转，于是稳定杆被扭转。弹性的稳定杆产生扭转内力矩就阻碍悬架弹

8、簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动。第五节 典型悬架一、钢板弹簧式非独立悬架二、螺旋弹簧非独立悬架三、空气弹簧非独立悬架为适应载荷和路面地变化，要求悬架地刚度随之变化，满足行驶平顺性地要求。多用于高级轿车和重型车，电控悬架常用空气弹簧做弹性元件。三、空气弹簧非独立悬架1.压气机；2.7.空气滤清器；3.车身高度控制阀；4.控制杆；5.空气弹簧；6.储气罐；8.贮气筒；9.压力调节器；10.油水分离器四、双横臂式独立悬架四、双横臂式独立悬架五、滑柱横臂式独立悬架五、滑柱横臂式独立悬架五、滑柱横臂式独立悬架六、多杆式独立悬架第六节 电控悬架一、设计思路常规悬架系统内无能源供给装置，悬架的弹性和阻尼参数不会随外部状态而变化，因而称这种悬架为被动悬架，这种悬架虽然往往采用参数优化的设计方法，以求尽量兼顾客各种性能要求，但在实际上由于最终设计的悬架参数是不可调节的，所以再使用中很难满足高的行驶要求。电子主动悬架系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元(ECU)控制悬架执行机构，使悬架系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数得以改变，从而使汽车具有良好的乘坐

9、舒适性和操纵稳定性。二、半主动悬架如图为一种阻尼力可连续调节的半主动悬架系统简图。装置的阻尼力能在几毫秒内由最小变到最大，其微处理从传感器接受速度、位移、加速度等信号，计算出相应的所需阻尼值，向步进电机发出控制信号，经杆调节阀门，使节流孔阻尼连续变化三、主动悬架能够对悬架地刚度和阻尼系数进行实时调节。四、电控悬架的功用弹簧弹性系数（刚度）与阻尼系数（减振力）控制；车高调整功能。五、电控悬架的结构1.传感器2.空气弹簧3.减振器4.空气压缩机和高度控制阀1.传感器车高传感器转向传感器其它传感器和开关l车速传感器l节气门开度传感器l车门传感器l高度控制开关l模式选择开关l停车灯开关1.传感器1.传感器1.传感器1.传感器1.传感器2.空气弹簧空气弹簧由主气室、副气室、弹簧刚度执行机构和液压减振器等组成。弹簧刚度是通过主气室与副气室进行调节，阻尼系数是通过减振器进行调节。弹簧刚度的调节。车身高度的控制。l自动高度控制；l高速行驶时车高控制；l驻车时车高控制；2.空气弹簧2.空气弹簧2.空气弹簧2.空气弹簧3.减振器改变固定阻尼系数的特点，变为连续变化阻尼系数和有级变化阻尼系数两种。3.减振器3.减振器4.空气压缩机和高度控制阀空气压缩机由驱动电机、排气阀、干燥器等组成。高度控制阀通过向空气弹簧的主气室内进气和排气，从而控制汽车的高度。4.空气压缩机和高度控制阀六、电动悬架的控制原理1.利用弹簧刚度、减振器阻力进行控制抗后坐；抗侧顷；抗“点头”；高速感应；前、后关联控制；坏路、俯仰、振动感应；良好路面正常行驶。2.车身高度控制高速感应；连续坏路面感应；驻车车高控制。

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