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1、悬架与转向模块之,悬架系统,行驶系概述,汽车的车架、车桥、车轮和悬架等组成了行驶系，行驶系的功用是：,1.接受传动系的动力，通过驱动轮与路面的作用产生牵引力，使汽车正常行驶；,2.承受汽车的总重量和地面的反力；,3.缓和不平路面对车身造成的冲击，衰减汽车行驶中的振动，保持行驶的平顺性；,4.与转向系配合，保证汽车操纵稳定性。,一、车架,车架是汽车上各部件的安装基础。如发动机、变速器、车身或驾驶室通过弹性支承安装于车架上；前、后桥通过悬架连接在汽车车架上；而转向器则直接安装在车架上。通常车架由纵梁和横梁组成。,工字梁,二、车桥,车桥通过悬架与车架连接，支承着汽车大部份重量，并将车轮的牵引力或制动
2、力，以及侧向力经悬架传给车架。为了便于与不同悬架相配合，汽车的车桥分为整体式和断开式两种。按使用功能划分，车桥又可分为转向桥、转向驱动桥、驱动桥和支持桥。转向驱动桥和驱动桥的内容已放在传动系中，这里主要介绍从动的转向桥和支持桥。,1.解放汽车转向桥,1、制动鼓 2、轮毂 3、4、轮毂轴承 5、转向节 6、油封 7、衬套 8、主销 9、滚子止椎轴承 10、前轴,非独立悬架的前桥结构,二.支持桥,转向桥和支持桥都属于从动桥。有些单桥驱动的三轴汽车，往往将后桥设计成支持桥,如图所示为可升降的支持桥。挂车上的车桥也是支持桥。发动机前置前驱动轿车的后桥也属于支持桥,悬架系统的概述,一、功 用 汽车悬架是
3、车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力装置的总称。，它具有以下功用：(1)对不平整路面所造成的汽车行驶中的各种摇摆和振动等，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。(2)将路面与车轮之间的摩擦所产生的驱动力和制动力，传输至车架和车身。(3)支承车桥上的车身，并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。,二、组 成 悬架系统由弹性元件、减振器、导向装置和横向稳定杆三部件组成，如图所示,(1)弹性元件：承受并传递垂直载荷，缓和不平路面引起的冲击，使车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间保持弹性连接。(2)减振器：用于衰减振动，提高乘坐舒适性(3)导向装置(包括
4、横向导杆和纵向推力杆)：用来传递除垂直力以外的各种力和力矩，并确定车轮相对于车架(或车身)的运动关系,三、类 型 汽车悬架可分为两大类：非独立悬架和独立悬架。,1)非独立悬架非独立悬架(如图)的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上，车轮和车桥一起通过弹性元件悬挂在车架(或车身)下面。(图中左侧车轮摆动)。2)独立悬架 独立悬架(如图)则是两侧车轮各自独立地通过弹性元件悬挂在车架下面，其配用的车桥都是断开式车桥。,一侧车轮因路不平等车架的位置发生变化，另一侧车轮的位置也发生变化,当一侧车轮相对于车架位置发生变化时，另一车轮几乎不产生影响,第二节 弹性元件 一、弹性元件的特点 为了缓和冲击，在
5、汽车行驶系中，除了采用弹性的充气轮胎之外，在悬架中还必须装有弹性元件，使车架(或车身)之间作弹性联接。弹性元件具有以下特点：,(1)弹性。如图所示，如果在一个用橡胶之类的材料制成的物体上施加作用力，物体会产生变形。当作用力消失时，物体将恢复原状。汽车弹性元件正是利用弹性原理来缓冲路面振动。,(2)弹簧刚度。弹性元件的变形程度与对它施加的力(载荷)成正比。作用力除以变形量所得到的常数称为弹簧刚度。,(3)弹簧振动。当车轮驶过凸起路面时，弹性元件迅速压缩。由于每个弹性元件有弹性，要立即恢复原状，就会回弹，使车身向上运动。,汽车悬架系统所使用的弹性元件分为金属弹簧(如钢板弹簧、螺旋弹簧和扭杆弹簧)和
6、非金属弹簧(如橡胶弹簧和气体弹簧)。,二、弹性元件的类型,钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片之间会相对滑动而产生摩擦，可以帮助衰减车架的振动。但各片间的干摩擦，将使车轮所受的冲击在很大的程度上传给车架，降低了悬架缓和冲击的能力，并使弹簧各片加速磨损，这是不利的。,一般来说，钢板弹簧越长就越软。钢板弹簧中钢板数目越多，其承重能力越强，但弹簧会变硬而有损乘坐舒适。,钢板弹簧的特性：,由于弹簧有足够的刚性使车桥适当定位，所以不需要导向装置；钢板之间的摩擦可控制弹簧自身的振荡；适用于重载，寿命长；由于片间的摩擦，很难吸收来自路面的微小振颤。所以，钢板弹簧一般用在货车和大型客车上。,钢板弹簧具有如下特点：
7、,螺旋弹簧广泛用于独立悬架。但有些轿车，其后轮非独立悬架也采用螺旋弹簧作为弹性元件。,2螺旋弹簧,螺旋弹簧是由特殊的弹簧钢杆卷制而成，可以做成圆柱形或圆锥形，也可以做成等螺距或不等螺距(如图)。圆柱形等螺距螺旋弹簧的刚度不变，圆锥形或不等螺距螺旋弹簧的刚度可变的。在螺旋弹簧上施加载荷时，随着弹簧的收缩，整条钢杆扭曲，这样便贮存了外力的能量，缓和了冲击。,与钢板弹簧相比，螺旋弹簧无需润滑，防污能力强，质量小，单位质量的能量吸收率较高；螺旋弹簧本身没有减振作用，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，故必须装设导向装置，以传递垂直力以外的各种力和力矩。,扭杆弹簧一般是用弹簧钢
8、制成的杆件，如图所示。,3扭杆弹簧,扭杆弹簧两端可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等，以便一端固定在车架或车身上，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，摆臂便绕着扭杆曲线而摆动，使扭杆产生扭转弹性变形，来保证车轮与车架的弹性关系。,车架,悬架摆臂,扭杆弹簧具有如下特点：结构简单，便于布置，维修方便；与其他弹簧相比，其单位质量的能量吸收率较高，所以可减轻悬架的质量；与螺旋弹簧一样，扭杆弹簧也没有减振作用，所以需要与减振器起使用。,橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来起作用的弹性元件，它可以承受压缩载荷和扭转载荷。当橡胶弹簧在外力作用下而变形时，便产生内部摩擦，以吸收振动。,
9、4橡胶弹簧,橡胶弹簧的优点是：可以制成任何形状；使用时无噪声；不需要润滑。但橡胶弹簧不适于支承重载荷。所以，橡胶弹簧主要用作辅助弹簧，或用作悬架部件的衬套、垫片、垫块、挡块及其他支承件,气体弹簧是在一个密封的容器中充人压缩气体利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的弹性元件。,5气体弹簧,以油气弹簧为例简述气体弹簧的结构原理，如图所示。球形室固定在工作缸上，室的内腔用橡胶油气隔膜隔开，充入高压氮气的一侧为气室；与工作缸相通并充满油液的一侧为油室。工作缸内装有活塞、阻尼阀及其阀座。,随着载荷的变化，气室内氮气也随之变化，相应地活塞处于工作缸中不同位置。可见，油气弹簧具有变刚度的特性。此外，当油液流经阻
10、尼阀时，产生阻尼力，因此油气弹簧还起减振器的作用。,工作过程,当载荷增加且车架与车桥相互靠近时，活塞上移，使工作缸内容积减小，油压升高，油液顶开阻尼阀进人球形室，推动隔膜向气室方向移动，使气室容积减少，氮气压力升高，油气弹簧的刚度增大。,当载荷减小时，在高压氮气的作用下隔膜向油室方向移动，室内油液经阻尼阀流回工作缸，推动活塞下移，这时气室容积增大，氮气压力下降，弹簧刚度减小。当氮气压力通过油液传递作用在活塞上的力与载荷平衡时，活塞便停止移动。,油气弹簧只能承受垂直载荷。为了传递横向力、纵向力及其力矩，悬架中必须装横向推力杆和纵向推力杆等导向装置。气体弹簧在汽车满载和空载的情况下，都具有良好的行
11、驶平顺性；且体积小、质量轻。但对气体和油液的密封要求高，维护也较麻烦。这种弹簧适用于重型汽车。,在使用空气弹簧的空气悬架中，需要使用控制空气压力的控制阀和压缩空气的压缩机等设备，如图所示。所以悬架系统很复杂。最近，在丰田凌志LS400型汽车上使用了一种与气体弹簧配合使用的电子调节空气悬架，如图为其结构示意图。,丰田凌志LS400,汽车受到路面的冲击而产生振动时，这种振动持持续到冲击能量完全耗犀为止。为了迅速衰减车架和车身振动，在大多数悬架中装设了减振器。减振器和弹性元件是并联的。减振器不仅可以提高乘坐舒适性，还可提高轮胎的方向稳定性及转向稳定性。,第三节 减振器,一、减振器概 述,减振器,车架
12、,减震器与弹性元件的安装示意图,减振器外观图,在汽车中广泛使用液力减振器。如图所示为一种液力减振器的工作原理示意图。其基本工作原理是利用油液流动产生的阻力来消耗冲击振动的能量。,1基本工作原理,利用油液流动产生的阻力来消耗冲击振动的能量。当车架与车桥作往复相对运动时，减振器内的油液反复地从一个腔室通过一些窄小的孔隙流入另一个腔室。此时，孔隙与油液间的摩擦以及抽液分子间的内摩擦便形成了对车架振动的阻尼力，从而使车架、车身的振动能量转化为热能，并被油液和减振器壳体所吸收，然后散发到大气中。,其基本工作原理是,阻尼力的大小随着车架与车桥相对运动速度的增减而增减，并且与油液粘度、孔道截面面积等因素有关
13、。阻尼力越大，振动衰减的也越快，但却使与其并联安装的弹性元件的缓冲作用不能充分发挥。另外，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。为解决弹性元件和减振之间的这一矛盾，对减振器有如下要求：,(1)在悬架压缩行程(车桥与车架互相移近的行程)内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击；(2)在悬架伸张行程(车架与车桥相对远离的行程)内，减振器的阻尼力应较大，以便迅速减振；(3)当车桥(或车轮)与车架的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度内，以避免承受过大的冲击载荷。,压缩行程,伸张行程,减振器与螺旋弹簧的配合,(1)减振器按工作原
14、理分为单向作用式减振器双向作用式减振器。在压缩和伸张两个行程中均能起减振作用的减振器称为双向作用式减振器，只在伸张行程中起减振作用的减振器称为单向作用式减振器。(2)按结构可分双筒式减振器单筒式减振器。(3)按工作介质分液压式充气式减振器。,2减振器类型,目前，新型汽车大多采用具有双向作用式原理的双筒或单筒式结构的液压减振器：新型号的汽车中，开始采用充气型减振器,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,双向作用双筒式式减振器示意图,各种汽车使用不同类型的减震器。在此仅举几种有代表性的例子，解释其实际
15、结构和运作。,1、单管型单管型减震器中，最具代表性的是充有高压氮气,DuCarbon型减震器的特点 由于单管直接暴露在空气之中，所以散热性良好。管的一端充有高压气体，自由活塞将其与液体完全密封隔开。这样，在运作过程中就不会出现空穴和混气现象，从而减震较平稳。运作噪音大大降低。由于气体存贮在独立的气腔内，该减震器的总长度大于常规减震器长度。,（1）、结构 在减震器壳体(外管)内有一个缸筒(压力管)。缸筒内有一个可上、下运动的活塞。在活塞连杆的底部装置了一个活塞阀。在减震器伸长(回强行程)时，该活塞阀产减震力。在缸简的底部装有一个底阀，在减震器压缩(弹跳行程)时产生减震力。缸筒内充有减震液，但只有
16、23的贮液腔充入减震液，其余部分充人大气压状态下的空气。在液体进入和排出缸筒时，贮液腔起到贮存罐的作用。,2、双管型,双向作用筒式减振器工作原理说明:,（1）、空穴现象当液体在减震器内高速流动时，某些区域的压力会下降，使液体中形成气泡或空穴。这种现象称为空穴现象。这些空穴进入高压区域时，便会消失，而产生巨大冲击压力。这样，便会产生噪音和压力波动，并会损坏减震器本身。,（2）、混气现象 混气现象是指空气和减震液混合的现象。这种现象也会导致噪音、压力波动和压力损失。,减震器损坏的原因有以下两种情况：,横向稳定杆由弹簧钢制成，呈扁平的U形，横向安装在汽车前端或后端（有轿的车在前后都装横向稳定器）。弹
17、性的稳定杆产生扭转内力矩会阻碍悬架弹簧的变形，减少了车身的横向倾斜和横向角振动。,第四节 横向稳定杆,悬架系统按其结构，大致分为两种类型。各类悬架的特点如下：,第五节 悬架的类型及特点,一整体桥悬架（非独立悬架）,二、独立悬架,1、刚性桥悬架有如下特点：组成悬架的构件少，结构简单。坚固耐用，适合重载。转弯时车身倾斜度小。易于维修。车轮定位几乎不因其上、下运动而改变。所以轮胎磨损较少。由于非悬挂重量大，故乘座欠舒适。,一整体桥悬架,2、并联钢板弹簧类 这种类型的悬架用作卡车和公共汽车等的前悬架，以及营运车辆的后悬架。由于钢板弹簧起着将车桥定位的联动装置作用(将它固定不动)，一般不再需要另外的联动
18、装置。所以，该悬架结构简单，却相当坚固。由于钢板弹簧要起到使车桥定位的作用，就难於使用很软的弹簧(弹簧常数小的弹簧)。所以，这种悬架在乘座舒适的方面不是很好。钢板弹簧板片之间的摩擦降低了乘座的舒适。加速扭矩和制动扭矩会产生振颤和绕Y轴的回转振动。而绕Y轴的回转振动反过来又造成尾部下坐和前部栽头。,特点,1、独立悬架的特点如下：可以降低非悬挂重量。车轮的方向稳定性良好。从而乘座舒适性和操作稳定性高。在独立悬架系统中，弹簧只支承车身，不用帮助使车轮定位(这由联动装置完成)。这样就可以使用较软的弹簧。,二、独立悬架,由于左、右车轮之间没有车轴连接，地板和发动机的安装位置可以降低。这意味着车辆的重心降
19、低，乘客车厢和行李仓增大。结构相当复杂。轮距和前轮定位随车轮的上、下运动而改变。,2、独立悬架的类型,双横臂式独立悬架,双V形摆臂悬架,不等长双横臂式悬架,滑柱摆臂（麦弗逊式）式悬架,类型,（1）双横臂式独立悬架,双横臂式独立悬架上下两摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及左右车轮接地点间距离变化不大。摆臂大多做成V（或称A）字形。上下两个V形摆臂的内端与车架铰接，外端与转向节铰接。,双V形摆臂悬架,汽车车轮上下运动时，上、下臂外端铰接点分别作圆弧运动。使左右车轮接地点间距离变化不大，这种结构有利于减少轮胎磨损。,（2）双V形摆臂悬架,（3）不等长双横臂式悬架,在不等长双横臂式独
20、立悬架中，把上摆臂轴的前端适当向上倾斜布置，能使悬架具有抗制动点头能力，这种悬架横臂外端与转向节连接处，必须采用球铰。,（4）滑柱摆臂（麦弗逊式）式悬架,滑柱摆臂式（麦弗逊式）悬架中，减振器起到引导车轮跳动的滑柱的作用。减振器上端通过橡胶支承与车身相连接，该橡胶支承能起到球铰的作用。减振器缸筒下端固定在转向节上，转向节通过铰链与横摆臂连接，该铰链中心与减振器上端球铰中心的连线构成转向主销轴线。,该悬架占用横向空间小，有利于发动机向下布置，使汽车的重心降低，目前在轿车前悬架中采用很多。,多连杆形式的悬架臂,上悬架臂,下悬架臂,悬架前/后:双叉臂/多连杆的应用（丰田汽车）,悬架前/后:独立/非独立的应用（丰田汽车）,独立悬架与非独立悬架的比较,非独立悬架,前后分配,左右分配,
