第二十二章悬架

第二十二章 悬 架
一． 概述 二． 弹性元件 三． 减振器 四． 非独立悬架 五． 独立悬架 六． 多轴汽车的平衡悬架 七． 主动悬架和半主动悬架
第1节 概 述
1.1 悬架的功用和组成
悬架： 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。 悬架的作用：
把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和侧向力以及这些力引起的力矩 传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和行驶稳定性。
质量比其他弹簧小，寿命相对较长，但高度尺寸大，适合于在大 型车上布置。
由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其 中的压缩空气做成。
由橡胶膜片和金属压制件组成
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空气弹簧，刚度可变，调整车身高度。
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2. 油气弹簧
氮 油液
油气弹簧一般以惰性气体氮为弹性介 质，用油液作为传力介质，由气体弹簧 和相当于减振器的液压缸组成。
Ø当载荷减小，管形活塞下移，高 压气室容积加大，气体压力和油压 都下降，环形腔容积减小，单向球 阀关闭，油液通过常通孔活塞内 腔，增加了拉伸行程阻尼力。
兼作转向主销
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双气室油气弹簧比单气室油气弹簧多一个作用力方向相反的反压 气室和一个浮动活塞，提高了弹簧刚度，消除了伸张行程中活塞 与缸体底部发生撞击可能性。
阻尼阀保证油气弹簧在压缩和伸张行 程具有不同的阻尼力。
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在工作活塞的上方设有两个并列的气室，但两个气室的工作压力 不同。主气室内的气压与单气室油气弹簧的气压相近，而补偿气 室内的气压则较高，从而具有了变刚度特性。
气压较高
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气体弹簧特点
1. 只承受轴向载荷，必须设计纵向和横向推力杆等导向机构， 空气弹簧还必须设有减振器； 2. 可借助专门的控制阀(高度阀)自动调节气囊和气室的原始充 气压力，以便车身离地高度一致； 3. 空气弹簧质量比任何弹簧都小，寿命长，但尺寸大； 4. 油气弹簧的密封要求高，加工和装配精度高，维护较麻烦。
单气室油气弹簧分油气不分隔式和油气 分隔式两种，后者可防止油液乳化，且 便于充气。
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上半球室、下半球室和橡胶油气隔膜构成了油气分隔式弹簧，工 作缸、活塞和阻尼阀等构成了减振器。
固定在车身或车架上
与悬架摆臂或车桥相连
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高压气室 油层
固定在 车架上
Ø悬架压缩行程中，管形活塞在工 作缸体内上移，高压气室缩小，氮 气被压缩，油压升高，一部分油液 经过常通孔和推开单向球阀流入环 形腔。
汽车自然振动频率由汽车簧载质量和悬架刚度决定。计算公式如下：
n= 1
K =1
g
2π
M
2π
f
其中：
K → 悬架刚度；
M → 悬架的簧载质量；
f → 悬架的垂直变形。
因为车辆的载荷一直是变化的，因此需要悬架的弹簧具有变刚度特性，以 保证车辆在不同的载荷情况下具有相当的行驶平顺性。
簧载质量一定，悬架刚度越小，偏频越小。 悬架刚度一定，簧载质量越大，偏频越小。
v空气弹簧:
统称为气体弹簧，具有变刚度特性，可调整车身高度。可 提高汽车的舒适性和平顺性。应用于高级大巴和高级轿车
v油气弹簧: 。
v橡胶弹簧: 单位储能高，有阻尼特性、隔振。用于缓冲块。
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2.1 钢板弹簧
由若干片等宽但不等长的合金弹簧片组合而成的近似等强度 的弹性梁。
卷耳
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目前的汽车大量采用了：变截面的少片钢板弹簧，弹簧片 断面尺寸沿长度方向是变化的，片宽保持不变。具有质量轻、 结构简单、摩擦小、节省材料的特点。
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2.2 螺旋弹簧
优点：无须润滑、不怕泥污、纵向布置空间较小、质量小。 缺点：无减振作用；只能承受铅垂载荷，需装设导向机构，没有减 振作用，需另装减振器。
目前汽车采用的变钢丝直径、变螺距、变弹簧直径的非线性螺 旋弹簧，可以获得更好的平顺性。
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2.3 扭杆弹簧
由弹簧钢制成杆，通过沿轴向扭转变形来缓冲冲击。
扭杆断面通常为圆形，少数为矩形 或管形。两端形状可以做成花键、 方形、六角形或带平面的圆柱形等 等，以便一端固定在车架上，另一 端固定在悬架的摆臂上。摆臂还与 车轮相连，当车轮跳动时，摆臂便 绕着扭杆轴线摆动，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。
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2.4 气体弹簧 1.空气弹簧
节的悬架。 半主动悬架：只有悬架阻尼可以自动调节的悬架。
被动悬架
主动悬架
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第2节 弹性元件
悬架的弹性元件主要有：
v钢板弹簧： 组成的悬架结构简单，工作可靠，刚度大，适用于非独立 悬架。
v螺旋弹簧： 制造工艺简单，不需要润滑，安装的纵向空间小，质量小 。应用于独立悬架。
v扭杆弹簧： 单位质量的储能高，结构简单，不需要润滑，方便布置。
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悬架的组成：
弹性元件、阻尼元件（减振器） 、导向杆系三部分组成， 在一些车辆上还要加装横向稳定器。
弹性元件用来承受并传 递垂直载荷，缓和由于 路面不平引起的对车身 的冲击。种类有钢板弹 簧、螺旋弹簧、扭杆弹 簧、油气弹簧、空气弹 簧和橡胶弹簧。
导向机构用来传递车轮与车身 间的力和力矩，同时保持车轮 按一定运动轨迹相对车身跳 动，通常导向机构由控制摆臂 式杆件组成。种类有单杆式或 多连杆式的。
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1.3 悬架系统的类型
按汽车悬架的结构特点分为： 非独立悬架：两侧车轮刚性的连接在一起，只能共同运动的悬架。
广泛应用于货车、客车和轿车后桥。 独立悬架：两侧车轮由断开式车桥连接，车轮单独通过悬架与车 架连接，可以单独跳动。广泛应用于轿车前悬架。
非独立悬架
独立悬架
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按汽车悬架的性能是否可控，分为： 被动悬架：悬架刚度、阻尼在行驶中不可调整的悬架。 主动悬架：悬架的刚度、阻尼根据行驶状况不同，可以自动调
有些轿车和客车上，为防止 车身在转向等情况下发生过 大的横向倾斜，在悬架系统 中加设横向稳定杆。
减振器用来衰减由 于弹性系统引起的 振，减振器的类型 有筒式减振器，阻 力可调式新式减振 器，充气式减振 器。
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1.2 悬架系统的自然振动频率
由悬架刚度和悬架弹簧支撑的质量（簧载质量）所决定的汽车自然振动频率（振动系 统的固有频率）是影响汽车平顺性的重要性能指标之一，一般称之为车辆的偏频（车身 上下运动的频率）。其取值范围一般在1~1.6Hz之间（步行时人体上下运动的频率）。
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2.5 橡胶弹簧
橡胶弹簧利用橡胶本身的弹性起弹性元件的作用。它可以承 受压缩载荷和扭转载荷，由于橡胶的内摩擦较大，橡胶弹簧还具 有一定的减振能力。橡胶弹簧多用作悬架的副簧和缓冲块。