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汽车底盘悬架系统理论基础教学实训

发布于2020-10-22 17:17    文章来源:未知

汽车底盘悬架系统由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。
作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成,形成汽车的整体造型,并接受发动机的动力,使汽车产生运动,保证正常行驶。
行驶系
一、汽车行驶系的功用
1、将汽车构成一个整体,支撑汽车全部质量。
2、将传动系传来的转矩化为汽车行驶的驱动力。    
3、承受并传递路面作用于车轮上的各种反力和力矩。
4、减少振动,缓和冲击,保证汽车平顺行驶。
二、汽车行驶系的组成
一般由车架、转向节、轮毂、车轮和悬架组成。
一、悬架概述 Suspension summary
汽车悬架包括弹性元件,减振器和传力装置等三部分,这三部分分别起缓冲,减振和力的传递作用。从轿车上来讲,弹性元件多指螺旋弹簧,它只承受垂直载荷,缓和及抑制不平路面对车体的冲击,具有占用空间小,质量小,无需润滑的优点,但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器,是为了加速衰减车身的振动,它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件,用来传递纵向力,侧向力及力矩,并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。
对于乘坐舒适性、稳定性和操纵稳定性影响最大的莫过于行驶系中的悬架系统。所谓悬架就是连接车轮与车身的结构,因为它实际上是使车身悬浮于空中,故此得名,主要作用在于吸收来自各种路面对车身的冲击,保证车内乘员乘坐的舒适性及车身的稳定,但如果一味追求这两个目的,又会牺牲操纵稳定性,因此一个出色的悬挂系统应该能够保证汽车在这三方面的性能都要有较好的表现。
按控制形式可分为:
主动悬架
主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态,根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼  
被动悬架 
汽车姿态(状态)只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件,导向机构以及减振器这些机械零件
按导向机构可分为:
1、独立悬架
独立悬挂可在车型的设计之初通过适当的调校使汽车在乘坐舒适性、稳定性、操纵稳定性三方面取得合理的配置,采用独立悬挂的车型底盘扎实感非常明显。
由于采用独立悬挂汽车的两侧车轮彼此独立地与车身相连,因此当一侧车轮受到冲击、振动后可通过弹性元件自身吸收冲击力,这种冲击力不会波及另一侧车轮,这自然又是非独立悬挂所难以比拟的。
①双横臂式(双叉式)独立悬架 
就结构学而言是最坚固的悬挂,能带来更多的几何调整以提供有效的舒适性与操控性。 
优点:1、通过对控制臂长度的设计配置可以达到动态控制车轮外倾角的目的,提高汽车转弯时的操控性能;2、设计自由度高。
缺点是零件数多,要求定位精度
不等臂双横臂上臂比下臂短。当汽车车轮上下运动时,上臂比下臂运动弧度小。这将使轮胎上部轻微地内外移动,而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损,提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。 
②滑柱摆臂式独立悬架(麦弗逊式或叫支柱式等) 
这种悬架目前在轿车中采用很多,麦弗逊式悬架是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式,减振器可兼做转向主销,转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化。这种悬架构造简单,布置紧凑,前轮定位变化小,具有良好的行驶稳定性。所以,它是目前轿车使用最多的独立悬架系统,像FORD、TOYOTA、NISSAN车系都采用麦弗逊悬架。                
但麦弗逊式悬架在使用中也有缺点,就是行驶在不平路面时,车轮容易自动转向,故驾驶者必须用力保持方向盘的方向,当受到剧烈冲击时,滑柱易造成弯曲,因而影响转向性能。
③斜置单臂式独立悬架 
这种悬架是单横臂和单纵臂(如左图所示)独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动,选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。这种悬架适于做后悬架。 
④多杆式独立悬架 
上连杆9用支架11与车身(或车架)相连,上连杆9外端与第三连杆7相连。上杆9的两端都装有橡胶隔振套。第三连杆7的下端通过重型止推轴承与转向节连接。下连杆5与普通的下摆臂相同,下连杆5的内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接。球铰将下连杆5的外端与转向节相连。多杆纱前悬架系统的主销轴线从下球铰延伸到上面的轴承,它与上连杆和第三连杆无关。多杆悬架系统具有良好操纵稳定性,可减小轮胎摩损。这种悬架减振器和螺旋弹簧不象麦弗逊悬架那样沿转向节转动。 
⑤完全自动的空气悬架系统
自动空气悬架系统综合了空气弹簧悬架和程序控制行驶系统的特点。自动空气悬架可使汽车在不同承载情况下,保持正确的高度。程序控制系统可根据路面状况对减振器的柔软行驶状态和稳固行驶状态进行适当的转换。
非独立悬挂
其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上,当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上,当车轮上下跳动时定位参数变化小。
采用钢板弹簧作弹性元件,它可兼起导向作用,使结构大为简化,降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上,有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大,高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大,平顺性较差 。
①钢板弹簧式非独立悬架 
钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件,由于它兼起导向机构的作用,使得悬架系统大为简化。这种悬架广泛用于货车的前、后悬架中。它中部用U型螺栓3将钢板弹簧固定在车桥上。这类悬架特点悬架刚度的变化平稳,改善了汽车行驶平顺性能。
②螺旋弹簧非独立悬架 
只承受垂直载荷
优点:结构简单、成本低廉;
缺点:由于是用一根杆件直接刚性地连接在两侧车轮上,一侧车轮受到的冲击、振动必然要影响另一侧车轮,这样自然不会得到较好的操纵稳定性及舒适性。
③空气弹簧非独立悬架
汽车在行驶时由于载荷和路面的变化,要求悬架刚度随着变化。当空车时车身被抬高,满载时车身则被压得很低,会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求,矿山及大型客车要求 其空车与满载时的车身高度变化不大;对于轿车要求在好路上降低车身高度,提高车速行驶;在坏路上提高车身,可以增大通过能力。因而要求车身高度随使用要求可以调节。空气弹簧非独立悬架可以满足要求。
二、弹性元件
悬架采用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧等。
1、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。钢板弹簧可分为对称式钢板弹簧和非对称式钢板弹簧,对称式钢板弹簧其中心螺栓到两端卷耳中心的距离相等,不等的则为非对称式钢板弹簧。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,起到减振器的作用。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,使结构简化,并且由于弹簧各片之间摩擦引起一定减振作用。
2、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。
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。
3、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。
4、气体弹簧-空气弹簧
优点: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0.5~1MPa),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。
缺点:靠压力变化控制车高必须装备气泵,此外还需要各种控制附件。例如,为除去大气中的水份需要装备空气干燥器,控制气路需要电磁阀。若忘记空气干燥器的维护,悬架系统内部有时会生锈发生故障。另外,不同时采用金属弹簧,一旦气体弹簧发生漏气,可能会完全丧失弹簧作用使汽车无法行驶。
5、气体弹簧-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(c)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。
三、减震器
悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动,为改善汽车行驶平顺性,悬架中与弹性元件并联安装减振器,为衰减振动,汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器,其工作原理是当车架(或车身)和车桥间受振动出现相对运动时,减振器内的活塞上下移动,减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力,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 。
1、双筒式减震器
工作原理: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。
2、单筒充气式减震器
在冷却性好的单筒下部漂浮一个自由状态的薄活塞,以活塞为界,上面是油,下面是被分离的气体,其功能是在压缩行程时,下部的气体被压缩,吸收上部油的压力。
优点:结构简单,散热性好;
3、阻力可调式减震器
普通的减震器不能调整阻尼力的强度。阻力可调式减震器可以从外部改变节流孔的大小,调节阻尼力的强度。一般都希望汽车在高速行驶时尽可能增强阻尼力控制车身姿势的变化,但在行驶城市街道时,阻尼力减弱有利于乘坐舒服。这种减震器可根据任何行驶条件,从外部操作改变节流孔的大小,获得最佳阻尼力。
这种传感器检测行驶状况,由计算机算出最佳阻尼力,使减震器上的阻尼力调整机构自动工作,不仅可以把阻尼力调整为自己喜欢的强度,而且还可以设定各种控制方式来调节左右轮减震器的强度,以减少转弯时车身的倾斜度。此外,还可控制前后减震器的强度,以减少加速时的前后颠簸。
4、减震器油液
减震器靠油液的阻力来制止沉重的车身上下运动,它在必须吸收相当大的能量的同时,还在产生或调节阻尼力时发热。  与制动器发热的道理相同,汽车的上下运动转换为热能,而扩散热能来产生阻尼力。尤其是减震器油液是发热的来源,热使油液的黏度变化,影响阻尼力。
因此,减震器使用的油与发动机油不同,它应具有专门的特性,要求工作时不会由于产生的热时黏度变化,并且具有在剧烈搅拌下也不容易产生气泡
四、稳定控制器
使车稳定的意思,作用是控制侧倾角。当急转弯时,车身因离心力的作用向外倾斜,成为翻车的原因或者乘员感到不舒服。由于上述原因,采用稳定器作辅助弹簧。当左右轮同相动作时,弹簧的功能完全失去。左右轮上下反相动作时(滚动时),杆的中部发生扭转,该扭转刚性成为阻力,使向上弹起的臂受限制。控制了车身的倾斜。

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QY-XG01汽车行驶系统及悬架综合实训台

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