悬架和油气弹簧悬架

读书笔记之汽车悬架概述车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。

悬架定义：、纵向反力（驱动力和制动力）和侧把路面作用于车轮上的垂直反力（支承力）悬架功能：以保证汽车的正常行上，向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架或（或承载式车身）驶。

弹性元件、减振器和导向机构，辅设缓冲块和横向稳定器。

悬架组成：非独立悬架和独立悬架汽车悬架可以分两大类：非独立悬架1.非独立悬架一般仅用架结构简单，工作可靠，被广泛用于货车的前后悬架。

在轿车中，于后悬架。

，即纵置钢板弹簧非独立悬架、常见的非独立悬架有四种（按照弹性元件的不同分类）螺旋弹簧非独立悬架、空气弹簧非独立悬架和油气弹簧非独立悬架纵置钢板弹簧非独立悬架。

使得悬架结构大为并有一定的减振作用，由于钢板弹簧本身可以兼起导向机构的作用，1简化，几乎不需要额外的导向结构，对于要求较低的车辆甚至可以不安装减振器。

如图所示。

a b图1 纵置钢板弹簧非独立悬架a)货车的后悬架b)轿车的后悬架螺旋弹簧非独立悬架螺旋弹簧非独立悬架一般只用作轿车的后悬架。

其纵横向推力杆是悬架的导向机构，用来承受和传递车轴和车身之间的纵向和横向作用力和力矩，加强杆式的作用是加强横向推力杆的安装强度，并可使车身受力均匀。

如图2所示。

螺旋弹簧非独立悬架2 图空气弹簧非独立悬架其纵向力和横向力及其力矩也是由纵向推力空气弹簧和螺旋弹簧一样只能传递垂直力，杆和横向推力杆来传递。

这种悬架也需要安装减振器。

3 空气弹簧非独立悬架图油气弹簧非独立悬架油气弹簧是以气体（一般式惰性气体-氮）作为弹性介质，而油液作为传力介质。

它是油气体弹簧和和作为液力减振器液压缸组成，所以使用油气弹簧通常无需再安装减振器，但仍然需要导向机构来承受力和力矩。

如图4所示。

Ab图4 油气弹簧非独立悬架a）某矿用自卸车前轮油气悬架示意图b）某货车从动桥油气悬架所示，综合对比了各种非独立悬架的结构特点和优缺点如表1表1 非独立悬架对比悬架种类弹性元件优点缺点钢板弹簧本身可以兼做导向机构，甚至纵置钢板弹簧非质量大，容易被泥有一定的阻尼作用，污染，平顺性差独立悬架结构简单本身没有阻尼，需配合减振器使用；无需润滑，不忌泥螺旋弹簧非独立只能承受垂直载污，所需安装空间不悬架荷，需安装必要的大，弹簧本身质量小导向机构刚度随载荷的增大而增大，具有比较理空气弹簧非独立制造陈本较高，寿想的刚度特性；可以命较短，维护复杂悬架控制车身高度；载荷容量大具有空气弹簧的刚对气体和油液的油气弹簧非独立度特性，同时本身是密封要求高，加工悬架减振元件，体积小质要求高，维护困难量轻2. 独立悬架独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接，因而具有以下优点:1）在悬架弹性元件一定的弹性范围内，两侧车轮可以单独运动，而不互相影响，这样在不平道路上可以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。

2）减少了汽车非簧载质量。

3）采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了行驶稳定性。

同时能给予车轮较大的跳动空间，因而可以将悬架的刚度设计得较小，使车身振动频率降低，改善行驶平顺性。

以上优点是独立悬架广泛的用于现在汽车上，特别是轿车，转向轮普遍采用了独立悬架。

但是独立悬架结构复杂，制造和维修成本高。

在独立悬架设计不合理的时，车轮跳动造成较大车轮外倾和轮距的变化，使轮胎磨损较快。

车轮在汽车横向平面内摆动的悬架单横臂式独立悬架单横臂独立悬架的特点是党悬架变形时，车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点间的距离—轮距致使轮胎相对于地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着，且轮胎磨损较严重。

此外这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾和车轮外倾角发生较大的变化，对于转向操纵有一定的影响，故目前在前悬架中很少采用。

但是由于结构简单、紧凑、布置方便，在车速不高的重型越野汽车上也有采用。

图5所示极为单横臂式独立悬架，图6为采用单横臂式独立悬架的越野车。

图5 单横臂独立悬架图6 单横臂独立悬架越野车双横臂独立悬架双横臂独立悬架的长度可以相等，也可以不相等。

在两摆臂等长的悬架中，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，但轮距却发生了较大的变化，这将增加车轮侧向滑移的可能性。

在两摆臂不等长的悬架中，如果两摆臂长度适当，可以是车轮和主销的角度以及轮距的变化都不太大，如图7所示。

不太大的轮距变化在轮胎较软时可以由轮胎变形来适应，目前轿车的轮胎可以容许轮距在每个车轮上达到4~5mm的而不致沿路面滑移。

因此，不等长双横臂式独立悬架在轿车前轮上应用广泛。

a b 图7 双横臂式独立悬架示意图a）两摆臂等长的悬架b）两摆臂不等长的悬架图8 用于轿车前轮双横臂独立悬架有时出于布置和空间的考虑，也有使用扭转的弹簧的双横臂悬架，如图9所示。

图9 使用扭簧的双横臂式悬架除了汽车的前轮，双臂也广泛的应用于汽车的后轮上，特别是高性能轿车和跑车上，图10所示。

用于轿车后轮的双横臂式悬架10 图可以获得各种轮胎定位参数及双横臂式悬架通过调整其上下摆臂的长度和安装点位置，所以双横臂悬架几乎成为超其变化趋势，通过配合轮胎参数使得汽车获得较好操纵稳定性，级跑车和大多数赛车的首选悬架形式。

图11 前后车轮均使用双横臂式悬架的超级跑车图12 使用双横臂式悬架的房车赛车图13使用双横臂式悬架的方程式赛车减振器和螺旋弹簧的并在大多数超级跑车和几乎所有的方程式赛车上，值得注意的是，而是通过一个推拉杆和换向摇臂将悬架的跳动运动传递到没有直接安装在横臂或者立柱上，所示，减振器和弹簧则更靠近车身轴线且通常隐藏于车壳内部。

使减振器和弹簧，如图14）便于布置，较细的推拉杆更方便布置，以免和传动用这种结构的原因应该有如下几点：1对于方程式赛车来说其较长的横臂使得小行程的减振器不足以连接轴和转向拉杆发生干涉，）减小空气阻力，这一点对方程式赛车特横臂和车架，必须通过推拉杆来传递力和运动。

2同时能够有别重要，露在外面的推拉杆显然比粗壮的减振器和弹簧拥有更小的正投影面积，）减小非簧载质量，减振器和弹簧的重量有它们两端的支座承受，只有推拉效减小乱流。

3横臂结构也相对简化，杆的一部分质量贡献给非簧载质量，同时由于不需连接减振器和弹簧，）调整悬架参数，通过合理设计推拉杆和换向器结构，可以实进一步减少了非簧载质量。

4在普通民用车现机构传动比的变化，从而实现悬架的线刚度的变化，即实现变刚度。

当然，上，基于成本和使用空间的考虑，并不采用这种结构。

图14推拉杆和换向器另外，实现双横臂式悬架的结构，两根横摆臂并不是唯一的方式。

前面讲到的单横臂式悬架由于其会导致较大的主销和轮胎倾角的改变不利于稳定的形式，并没有得到广泛的应用。

但设计师巧妙的再原有单横臂的基础上增加了一个连杆，并是半轴与立柱连接处能够活动，是半轴或半轴套管充当了上横臂，构成了一种特殊的双横臂式悬架，有效克服了单横臂式悬架的缺点。

当半轴充当横臂时，由于半轴既要传递扭矩，又要充当横臂承受拉压力，对半轴的要求较高。

半轴充当横臂的双横臂悬架15 图车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架由于该悬架的摆臂绕纵臂式独立悬架有单纵臂式和双纵臂式两种。

即纵臂式独立悬架，车身的横向轴线摆动，除了螺旋弹簧，横置的扭簧也应用得非常广泛。

单纵臂式独立悬架因此，车轮采用单纵臂式独立悬架时，车轮上下跳动将使主销的后倾角产生很大的变化。

16为富康轿车后单纵摆臂式悬架。

单纵臂式独立悬架一般不用与转向轮。

图图16 富康轿车后悬架有的单纵臂式悬架纵臂本身通橡胶衬套直接与车身连接，在承受侧向力时刚度不足，这时需要一个横向推力杆来进行一定的约束，其运动的干涉通过橡胶衬套的弹性来补偿，如图17所示图17 单纵臂式悬架另一种单纵臂式独立悬架，其弹性元件为螺旋弹簧，但是它与上述的单纵臂式独立悬架的结构又有不同。

它有一根整体的V形断面（或其他形式的断面）横梁，在其两端焊接着管状纵臂，从而形成了一个整体构架——后轴体。

纵臂前端通过橡胶－金属支承与车身作铰接式连接。

纵臂后端与轮毂、减振器相连。

汽车行驶时，车轮连同后轴体相对车身以橡胶－金属支承为支点作上下摆动，相当于单纵臂式独立悬架。

当两侧悬架变形不等时，后轴体的V形断面横梁发生它不像普通带有整体轴的非独立可起横向稳定器的作用。

由于该横梁有较大的弹性，扭转变形，悬架那样，一侧车轮的跳动会直接影响另一侧车轮。

因此，该悬架又称纵臂扭转梁式独立悬架，所示。

如图18图18 纵臂扭转梁式独立悬架值得一提的是，在一些中高级轿车上还采用了瓦特连杆来配合扭转梁式独立悬架，如图19所示。

瓦特连杆最初是由传奇发明家兼工程师詹姆斯-瓦特所发明的。

，奔驰A级，B级车均采用这种结构用于扭力梁悬架上，以此来减少后轮侧向力对车轮前束的影响。

使两侧车轮受力始终与路面保持最适宜的接触，达到最佳的附着力。

一方面提高了车辆的驾乘舒适性，也加强了车辆循迹性。

瓦特连杆机构由中央控制臂、横梁和瓦特连杆组成，控制中心固定在横梁上，当控制臂一端被从左边推动，它就向右边拉动，反之亦然。

横梁在中央控制臂与车体之间起到了固定连接的作用。

当汽车在转向的时候，侧向力会作用在车轮上。

瓦特连杆的作用就是平衡两边车轮上的这些侧向力，将这些力反转到另一边。

这样，两边车轮就能始终与路面保持最适宜的接触，而汽车在转向时也就能变得更加稳定。

图装有瓦特连杆机构的纵臂扭转梁式独立悬架19双纵臂式独立悬架双纵臂式独立悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。

车轮上下跳动时，主销的后倾角保持不变，这种形式的悬架适用于转向轮。

双纵臂式独立悬架20 图车轮沿主销移动的悬架烛式悬架仅轮距、轴距稍有改变；其优点是当悬架变形时，主销的定位角不会发生变化，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，二者间的摩擦阻力大，磨损严重。

因此，这种结构形式目前很少采用。

如图21所示图21 烛式悬架麦弗逊式悬架，是目前前置前驱动轿车和某些轻型客车应用比较普遍的悬架结构形22麦弗逊式悬架，图外端通过球铰链与转向节相连。

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，式。

车轮所受的侧向力大部分由横摆臂承受，减振器的下端与转向节相连，减振器的上端与车身相连，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其余部分由减振器活塞和活塞杆承受。

为主销轴线，此结构也为无主销结构。

麦弗逊悬架22图也有一些轿车将其用于尽管麦弗逊悬架在广泛用于前轮，但由于其结构简单，占用空间小，后轮上，如图23所示。

用于后轮的麦弗逊悬架图23单斜臂式独立悬架如下多用于后轮驱动汽车的后悬架上。

单斜臂式独立悬架的结构介于单横臂和单纵臂之间，°）的轴线摆动。

适当的选择夹θ<<90图所示，单斜臂与汽车纵轴线行成一定的夹角θ（0°角θ，可以调整轮距、车轮倾角、前束等变化最小，从而可获得良好的操纵稳定性。