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          汽车悬架的结构种类功能用途介绍

          2016-5-3查看次数:
                 首先让我们来了解一下什么是悬挂:悬挂是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称,悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩,比如支撑力、制动力和驱动力等,并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。

          悬挂基本功用:

          ①对不平整路面所造成的汽车行驶中的各种颤动、摇摆和震动等,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磨擦所产生的驱动力和制动力,传输至底盘和车身。

          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。

          典型的汽车悬挂结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成,这三部分分别起缓冲,减振和力的传递作用。绝大多数悬挂多具有螺旋弹簧和减振器结构,但不同类型的悬挂的导向机构差异却很大,这也是悬挂性能差异的核心构件。

          悬架的组成

          汽车行驶系

          悬架一般有弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆组成

          弹性元件:弹性元件用来承受并传递垂直载荷、缓和不平路面、紧急制动、加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化。常见的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。

          减震器:减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动。减振器的类型有筒式减振器、阻力可调式减振器和充气式减振器。用于限制弹簧的自由振荡,提高乘坐舒适性。

          导向装置:导向装置用来使车轮按一定运动轨迹相对车身运动,同时起传递力作用。通常导向装置由控制摆臂式杆件组成,有单杆式和连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时,它本身兼导向作用,可不另设导向装置。用于使上述部件定位,并控制车轮的横向和纵向运动。

          横向稳定器:横向稳定器也归属于导向装置。在有些轿车和客车上,为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜,在悬架系统中加设有横向稳定杆,目的是提高侧倾刚度,使汽车具有不足转向特性,改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。用于防止汽车横向摆动。

          悬架的基本类型

          1)按照控制形式不同,悬架可分为被动式悬架和主动式悬架两大类。目前多数汽车上采用被动式悬架。被动式悬架的定义是,汽车姿态(状态)只能被动取决于路面、行驶状况和汽车的弹性元件、导向装置以及减振器这些机械零件。80年代,主动悬架开始在一部分汽车上应用,目前使用主动悬架的高级汽车越来越多。主动悬架可以根据路面和行驶工况自动调整悬架的刚度和阻尼,从而使车辆能主动地控制垂直振动及其车身或车架的姿态。该系统通常由传感器、控制阀、执行机构和悬架系统组成。

          2)按悬架系统结构不同,分为非独立悬架和独立悬架。

          非独立悬架(整体桥悬架或刚性悬架)因其结构简单,工作可靠,而被广泛应用于货车的前、后悬架。在轿车中,非独立悬架仅用于后桥。非独立悬架的特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上,车轮连同车桥一起通过弹性元件悬挂在车架或车身上一侧车轮受到冲击时会直接影响到另一侧车轮。非独立悬架由于簧载质量比较大,特别是汽车高速行使,悬架受到较大的冲击载荷时,汽车平顺性较差。

          汽车行驶系

          非独立悬架和独立悬架

          悬架的结构,特别是导向机构的结构,随所采用的弹性元件的不同而有差异,而且有时差别很大。采用螺旋弹、气体弹簧时需要有较复杂的导向机构。而采用钢板弹簧时,由于钢板弹簧本身可兼起导向机构的作用,并有一定的减振作用,使得悬架结构大为简化。因而在非独立悬架中大多数采用钢板弹簧作为弹性元件。

          独立悬架的特点是两侧车轮分别独立地与车架或车身弹性地连接,当一侧车轮受到冲击时,基运动不会直接影响到另一侧车轮。独立悬架所采用的车桥是短开式的,这样可使发动机降低安装位置,有利于降低汽车重心,并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有较大的跳动空间,这样便于选择较软的弹性元件使平顺得到改善。同时,独立悬架簧载质量小,可提高汽车车轮的附着性能。

          非独立悬架与独立悬架

          非独立悬架由于结构简单,工作可靠,被广泛用于一般货车和客车的悬架上,而用在轿车上往往只作为后悬架。钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件,由于它起导向装置的作用,并有一定的减振作用,使得悬架系统大为简化。

          独立悬架采用断开式车桥,两侧车轮分别通过独立悬架与车架或车身相连,每侧车轮可单独运动,互不干扰。轿车和载质量在1000kg以下的货车的转向轮广泛采用独立悬架,这样可以满足行使平顺性,操纵稳定性等方面的要求。但是,独立悬架结构复杂,制造成本高,维修不方便。

          独立悬架中的弹性元件往往都使用螺旋弹簧和扭杆弹簧,钢板弹簧和其它形式的弹簧很少使用。根据悬架导向装置的不同,独立悬架可分为双横臂、单横臂、纵臂式,单斜臂,多杆式及滑柱连杆(摆臂)式(麦弗逊式)等多种。目前采用较多的是不等长双臂式、滑柱连杆式和斜置单臂式。

           

          1)非独立悬架

          (1)钢板弹簧式非独立悬架。在使用钢板弹簧为弹性元件的非独立悬架中,由于钢板弹簧是纵向布置,所以又称为纵置板簧式非独立悬架。悬架中部用两个U形螺栓将钢板弹簧固定在车桥上,悬架前端为固定铰链,也叫固定吊耳。它由钢板弹簧销钉将钢板弹簧前端卷耳部与钢板弹簧前支架连接在一起,为减小磨损,前端卷耳孔中装有减磨衬套。后端卷耳通过钢板弹簧吊耳销与后端吊耳和吊架相连,后端可以自由摆动,形成活动吊耳,从而保证弹簧变形时两卷耳中心线间的距离是变化的,减小汽车受到颠簸。

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          (纵置)钢板弹簧式非独立悬挂

          中型货车的悬架在主钢板弹簧上加装副钢板弹簧,成为变刚度的钢板弹簧。在空载或装载质量不大的情况下,副簧不承受载荷仅由主簧来承受。在重载或满载的情况下,车架相对车桥下移,使车架上的副簧滑板式支座与副簧接触,既主簧与副簧共同发挥作用,悬架刚度得到提高。这类悬架的特点是副簧逐渐随载荷增加到一定程度时而参加工作,由于悬架刚度变化较突然,对汽车行使平顺性不利。

          为了改善汽车行驶的平顺性,一些轻型货车(南京依维克)的后悬架将副钢板弹簧加装在主钢板弹簧下,成为渐变刚度的钢板弹簧。主簧由五片较薄的钢板弹簧片组成,副簧由五片较厚的钢板弹簧片组成,用中心螺栓固定在一起。在小载荷的情况下,仅由主簧起作用,而当载荷增加到一定值时,副簧开始与主簧接触,悬架刚度得到提高,弹簧特性变为非线性的。当副簧全部参加工作后,弹簧特性又变成线性的。这类悬架的特点是副簧逐溅随载荷增加而参加工作,由于悬架刚度逐渐变化,从而提高了汽车行驶平顺性。

          (2)螺旋弹簧非独立悬架。螺旋弹簧非独立悬架常用轿车的后悬架,由于使用螺旋弹簧作为弹性元件,仅仅能受垂直载荷,因此,其悬架系统需要安装导向装置和减振器。奥迪轿车后悬架装置。这种后悬架装置主要由后滑柱(俗称弹簧腿)总成、后轴总成、纵臂和横向推力杆等部件组成。由于减振器筒内安装了上下缓冲块,当车轮上下跳动时,可减小车身所受冲击并使车身振动迅速衰减。

          悬挂基本功用组成和分类

          螺旋弹簧非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          螺旋弹簧非独立悬挂

          悬挂基本功用组成和分类

          螺旋弹簧非独立悬挂

          奥迪后悬架的导向装置为四杆式,纵臂后端焊在后轴上,前端橡胶铰链的内套管通过螺栓和螺母与车身相连,车轮跳动时整个后轮总成绕左右橡胶铰链中心连线摆动。横向推力杆两端的连接环内均装有橡胶衬套,两端分别与后端和车身铰接,用于限制当车受侧向力作用而引起的横向窜动。这种悬架也被称为做半独立悬架。

          奥迪轿车后悬架结构还有以下特点:

          ①汽车螺旋弹簧和减振器中心线与汽车的垂直平面成25 角。这样可以以较小的弹簧变形量而获得较大的车轮跳动行程。

          ②纵臂橡胶铰连链中的橡胶衬套各有一个缺口,装配时,要求尺寸为2+0.5/0 mm的缺口朝汽车的前进方向,在汽车行驶中车轮受冲击力时,缺口允许车身相对车轮产生纵向移动,减小对车身的冲击力,从而提高了汽车的平顺性。

          ③奥迪轿车的后轮与一般汽车不同,设置了前束角(8‘+5’)和外外倾角(-58‘ 10’)。由于后轮是从动轮,汽车驱动力F通过纵臂作用于后轴。如果没有车轮前束角,当汽车行驶时,在驱动力F作用下后轴将产生一定的弯曲,使后轮出现前张现象。由于设置了车轮前束,从而抵消了这种前张。另外车轮外倾是负值,可增加车轮接地的跨度,同时负的外倾角可用来抵消当汽车高速行驶且驱动力较大时,车轮出现的前张,从而减小轮胎的磨损。需要注意,后轮前束角、外倾角均不可调整。

          ④奥迪车的螺旋弹簧截面直径是渐变的,因此是变刚度的,这样可提高弹簧的寿命。

          上海桑塔纳轿车的后桥也采用螺旋弹簧非独立悬架。

          左右纵向推力杆(其形状为变截面管轴)前端通过带橡胶支承与车身作铰链连接,后端与轮毂相连接,中部与后桥焊接成一体。纵向推力杆可以传递向纵向力及其力矩。整个后桥、纵向推力杆与车轮可以绕支承座的铰接点连线相对于车身上下摆动。螺旋弹簧的上端装在弹簧上座中,下端支承在减振器外壳上的弹簧下座中,因而只承受垂直力。减振器的上端与弹簧上座一起装在车身底部的悬架支座中,下端与纵向推力杆相连接。使用这种结构,当两侧车轮上的螺旋弹簧因路面不平而产生不同的变形时,后桥会发生相应的扭转变形,可以起到横向稳定器的作用。

          汽车行驶系

          (3)空气弹簧非独立悬架。为了提高行驶的平顺性,适应载荷和路面的变化,要求悬架刚度随之变化。当空车时车身被抬高,满载时车身则被压得很低。对于轿车要求在好路上降低车身高度,提高行驶速度;在坏路上提高车身,可以增大通过能力。因此对于不同类型的汽车提出不同的要求,而空气弹簧非独立悬架可以满足其要求。

          悬挂基本功用组成和分类

          空气弹簧非独立悬挂

          囊式空气弹簧有的上下端分别固定在车架和车桥上,经压气机产生的压缩空气经油水分离器和压力调节器进入储气筒。压力调节器可使储气筒中的压缩空气保持一定压力。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身控制阀控制?掌弹簧只承受垂直载荷,因而必须加设导向装置,车轮受到的纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向队力杆来传递。

          空气弹簧非独立悬架多用于重型车和高级轿车中。现代电子控制主动或不;半主动悬架多采用空气弹簧做弹性元件。

          (3)油气弹簧:以气体作为弹性介质,液体作为传力介质,它不但具有良好的缓冲能力,还具有减振作用,同时还可调节车架的高度,适用于重型车辆和大客车使用。

          悬挂基本功用组成和分类

          油气弹簧非独立悬挂

           

          2)独立悬架

          1)双横臂式独立悬架。不等臂双横臂式独立悬架。上摆臂和下摆臂的一端分别通过摆臂轴和与车架连接,另一端分别通过上、下球头销与转向节相连接。上摆臂与上球头销铆接成一体,内部装有螺旋弹簧,能自动消除球头销与销座见磨损后的间隙。下摆臂与下球头销是可以拆御的,通过减少垫片来消除球头销处的磨损间隙。螺旋弹簧的两端分别通过橡胶衬垫与车架和下摆臂上支承盘相连。垂直力是通过转向节、小球头销、小摆臂和螺旋弹簧传递给车架。而纵向力、侧向力及其力矩是有转向节、上、下摆臂(导向机构)、上、下球头销、传递给车架。由于此种悬架使用上下球头销来代替主销,故属于无主销式悬架。

          汽车行驶系

          双横臂式独立悬架的臂也有制成V字形(或称A字形)

          上、下两摆臂选择合适的长度比例,可使车轮在跳动中与主销的角度及轮距变化不大。双横臂的臂也有制成V字形(或称A字形)的,上、下两个V形摆臂的一端以一定的距离分别与车轮连接,另一端则与车架连接。

          不等臂双横臂悬架的上臂比下臂短,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,处于正常位置。

          双横臂悬架的螺旋弹簧有的安装于上下摆臂之间,也有的安于上摆臂与车架之间。

          双横臂独立悬架也有采用扭杆弹簧作为弹性元件的,其扭杆弹簧可以纵向也可以横向安装!⒛暇┮牢柯S系列轻型货车的前悬架属于不等长双横臂式扭杆弹簧独立悬架。

          2)麦弗逊式独立悬架。麦弗逊式独立悬架目前广泛应用于发动机前置前轮驱动轿车的前悬架中。这种悬架由减振器、螺旋弹簧、横摆臂和横向稳定杆等组成。螺旋弹簧与减振器装于一体,架将减振器作为引导车轮跳动的滑柱,有的还兼起转向主销作用。悬架有一下横摆臂,其上端以橡胶做支承,允许滑柱上端有少许角位移。采用这种悬架的汽车前端空间大,有利于发动机布置,并可降低整车的重心。吉林JL1010型微型汽车的麦弗逊式前悬架,筒式减振器的上端用螺栓和橡胶垫圈与车身连接,减振器缸筒下端与转向节固定于一体,转向节通过球铰链与横摆臂连接。车轮受到的侧向了大部分由横摆臂承受,部分由减振器承受。麦弗逊式悬架没有传统的主销实体,主销的轴线为上下铰链的中心联线,螺旋弹簧套装在减振器筒上。当车轮上下运动时,主销轴线的角度和轮距都会发生变化,但是,只要适当地调整杆系布局,可以将这些变化控制在很小的范围内。

          悬挂基本功用组成和分类

          麦弗逊独立悬架

          捷达轿车的前悬架,也是麦弗逊式独立悬架。

          富康轿车前悬架也是麦弗逊式独立悬架。这种悬架带有三角形下横臂以及横向稳定杆。

          3)多杆式独立悬架。独立悬架中的弹性元件多采用螺旋弹簧,对于侧向力纵向力的承受和传递,就需加设导向装置即杆件来完成,因而一些轿车上为减轻自重和简化结构采用多杆式悬架。上连杆通过支架与车身相连,其外端与第三连杆相连,上连杆的两端都装有橡胶隔振套。第三边杆的上端通过止推轴承与转向节连接。下连杆与普通的下摆臂相同,其内端通过橡胶隔振套与前横梁相连接,外端通过球铰与转向节相连。主销轴线从下球铰一直延伸到上面的轴承处。多杆悬架系统具有良好操纵稳定性,可有效地降低轮胎的磨损,延长其使用寿命。多杆悬架系统总成。

          独立悬架的特点如下:

          ①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;

          ②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;

          ③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低,乘客车厢和行李仓增大;

          ④结构相当复杂;

          ⑤轮距和前轮定位随车轮的上、下运动而改变。

          悬挂基本功用组成和分类

          单横臂式独立悬架

          悬挂基本功用组成和分类

          双横臂式独立悬架

          悬挂基本功用组成和分类

          摆臂不等长独立悬架

          悬挂基本功用组成和分类

          单纵臂式独立悬架

          悬挂基本功用组成和分类

          单纵臂式独立悬架

          悬挂基本功用组成和分类

          悬挂基本功用组成和分类

          烛式独立悬架


           

          弹性元件

          为了缓和冲击,在汽车行驶系中,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)之间作弹性联系。悬架采用的弹性元件常见有钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧和油气弹簧。


          避震弹簧工作原理

          1、钢板弹簧

          钢板弹簧由一组弯曲弹簧钢片从短至长依次叠放而组成。这些重叠钢板在中心点用一枚U型中心螺栓或铆钉固定在一起。此外,为了防止钢板滑出原位,还用夹箍(弹簧夹)在几个地方将其固定。将最长的一条钢板(主钢板)的两端弯成弹簧卷耳(内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套),用于将弹簧装在车架或构件(如侧梁上)上。如下图所示。

          汽车行驶系

          钢板弹簧

          中心螺栓用以连接各弹簧片,并保证装配时各片的相对位置。中心螺栓距两端卷耳中心的距离可以相等(称对称式钢板弹簧),也可以不相等(称非对称式钢板弹簧)。

          当钢板弹簧安装在汽车悬架中,所承受的垂直载荷为正向时,各个力的方向和作用点如图中箭头所示。各弹簧钢板都受力变形,有向上拱起的趋势。这时,车桥和车架遍互相靠近。当车桥与车架互相原离时,钢板弹簧所受的正向垂直载荷和变形逐渐减小,有时甚至会反向。

          主片卷耳受力严重,是薄弱处,为改善主片卷耳的受力情况,常将第二片卷耳末端也弯成卷耳,包在主片卷耳的外面(亦称包耳)。为了使得在弹簧变形时各片有相对滑动的可能,在主片卷耳 与第二片包耳之间留有较大的空隙。

          连接各片的构件,除中心螺栓以外,还有若干个夹箍(弹簧夹),其主要作用是当钢板弹簧反向变形(即反跳时),使各片不致互相分开,以免主片单独承载。此外,还可防止各片横向错动。弹簧夹用铆钉接在与之相连的最下面弹簧片的端部。弹簧夹的两边用螺栓连接,在螺栓上有套管顶住弹簧夹的两边,以免将弹簧片夹得过紧。在螺栓套管与弹簧片之间有一定间隙(不小于1.5mm)。以保证弹簧变形时,各片可以相互滑动。

          钢板弹簧在载荷作用下变形时,各片之间有相对滑动而产生摩擦,可以促进车架振动的衰减。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,即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。为了减少弹簧片的磨损,在装合钢板弹簧时,各片间须涂上较稠的润滑剂(石墨润滑脂),并应定期进行保养。为了在使用期间内长期储存润滑脂和防止污染,有时将钢板弹簧装在护套内。

          汽车行驶系

          一般来说,钢板弹簧越长就越软。此外,钢板弹簧中钢板数目越多,其承重能力越强。但从另一角度来看,弹簧会变硬而有损乘坐舒适。

          在载荷变化很大的卡车及许多其它车辆中,都使用了副钢板弹簧。副钢板弹簧安装在主钢板弹簧上面。在轻载荷时,只有主弹簧工作;当载荷超过一定数量时,主、副弹簧一起工作。

          2、螺旋弹簧

          螺旋弹簧广泛地用于独立悬架,特别是前轮独立悬架。将特殊的弹簧钢杆卷成螺旋状,就成了螺旋弹簧?勺龀傻嚷菥嗷虮渎菥。前者刚度不变,后者刚度是可变的。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,缓冲了震动。

          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。此外,螺旋弹簧只能承受垂直载荷,故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。

          (1)变刚度弹簧

          如果用直径均匀的弹簧钢杆制成螺旋弹簧,则整条弹簧依载荷量的改变而均匀弯曲。这样,如果使用软弹簧,则其硬度不足以负重载;如使用硬弹簧,则在轻载时,又会颠簸。

          但如果使用直径恒定变化的钢杆,弹簧两端的弹簧常数便会低于弹簧中间的弹簧常数。因此,在轻载时,弹簧两端收缩,吸收路面震动。另一方面,弹簧中间部分有足够硬度来承担重载。

          (2)节距不均匀弹簧、锥形弹簧

          (3)螺旋弹簧的特点

          ① 与钢板弹簧相比,冥单位重量的能量吸收率较高。

          ② 可以制成轶弹簧。

          ③ 由于没有像钢板弹簧那样的板片间摩擦,弹簧本身不能控制振荡,所以需要与减震器一起使用。

          ④ 由于对横向力没有阻力,故需要使用联动机构(悬架臂、横控制杆等)支承车桥。

          3、扭杆弹簧

          汽车行驶系

          扭杆弹簧

          扭杆弹簧(通常简称为扭杆)是用其自身扭转弹性抵抗扭曲力的弹簧钢杆。扭杆的一端固定在车架或车身其他构件上,另一端连在受到扭力载荷的部件上。 扭杆弹簧也用于制造稳定杆。

          扭杆弹簧特点:

          ① 与其它弹簧相比,真单位重量的能量吸收率较高,所以可减轻悬架的重量。

          ② 可简化悬架条统的配置。

          ③ 与螺旋弹簧一样,扭杆弹簧也不能控制振荡,所以需要与减震器一起使用。

          4、 橡胶弹簧

          当橡胶弹簧由于外力而变形时,便产生内部摩擦,以吸收振 动。橡胶弹簧的优点包括:1.可以制成任何形状;2.使用时无噪音;3.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、挡块反真它支承件。

          汽车行驶系

          橡胶弹簧

          5、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0.5~1MP a ),利用气体的可压缩性实现弹簧的作用?掌弹簧又可分为囊式和膜式两种,这种弹簧随着载荷的增加,容器内压缩空气压力升高,其刚度也随之增加;载荷减少,刚度也随空气压力降低而下降,因而这种弹簧具有理想的变刚度特性。

          汽车行驶系

          气体弹簧

          囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶制成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成。气囊外层由耐油橡胶制成单节或多节,节数越多弹簧越软,节与节之间围有钢质腰环,防止两节之间,摩擦。气囊上下盖板将空气封于囊内。

          膜式空气弹簧由橡胶片和金属压制件组成。它比气囊空气弹簧的弹性曲线更为理想,固有频率更低些,且尺寸小,便于布置,因而多用于小轿车上。但其造价较贵,寿命较短。如下图所示。

          油气弹簧以气体(如氮等惰性气体)作为弹性介质,用油液作为传力介质,利用气体的可压缩性实现弹簧作用。

          球形室固定在工作缸上,室内腔用橡胶隔膜将油与气隔开,充人高压氮气的一侧为气室,与工作缸相同而充满油液的一侧为油室。工作缸内装有活塞和阻尼阀及阀座。

          当汽车受到载荷增加变化时,活塞向上移动,使工作缸内油压升高,打开阻尼阀进人球形室下部,推动隔膜向气室方向移动,气室受到压缩压力升高,使油气弹簧刚度增加。当载荷减小时,气室内的高压氮气伸涨,使隔膜向下方(油室)移动,油液通过阻尼阀流回工作缸,活塞下移使油压降低。随着汽车行驶中的姿态变化,工作刚内的油压与气室内的氮气压力也随着之变化,次时活塞处于工作缸中的不同位置。因此,油气弹簧有可变刚度的特性。

          油气弹簧具有良好的行驶平顺性,而且体积小,质量轻。但是对密封性要求很高,维护相对麻烦。目前这种弹簧多用于重型汽车和部分小客车上。

          由于空气和油气弹簧只能承受垂直载荷,因此采用这种弹簧的悬架也必须加设导向装置和减振器。


          减振器


          减震器结构和原理

          汽车在行驶中四个车轮在垂直方向上会受到不同力的作用,悬架系统中的弹性元件受冲击会相应产生振动,因此需要在悬架中与弹性元件并联安装减振器,以衰减振动,提高汽车行驶的平顺性。如下图所示。

          汽车行驶系

          减振器

          汽车悬架系统中通常采用液力减振器,其工作原理是当车架或车身与车桥间受振动出现相对运动时,减振器内的活塞上下移动,减振器内的油液便反复地从一个腔经过不同的空隙流人另一个腔内。此时,孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦消耗了振动的能量,而对振动形成阻尼力,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。在油液通道载面等因素不变时,阻尼力随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。

          弹性元件与减振器承担着缓冲和减振的任务,若阻尼力过大,振动衰减变得过快,使悬架的弹性元件的缓冲作用变差,甚至使减振器连接件及车架损坏。一般汽车在行驶中可能处于三种状态;第一种是在良好的路面上行驶,此时要求弹性元件充分发挥作用;第二种是相对于汽车承受中等强度的振动,这种情况减振器起主导作用;第三种情况是车辆受到剧烈振动,这时与轮胎的接地性有密切关系。减振器要想在以上三种情况下与弹性元件均能协调工作,为此必须满足以下要求:

          (1)在悬架压缩行程中(车桥和车架相互靠近),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;

          (2)在悬架伸张行程中(车桥和车架相互远离),减振器阻尼力应较大,以迅速减振,此时减振器起主要作用;

          (3)当车架或车身与车桥间的相对运动速度过大时,要求减振器能自如加大流液量,使阻尼力始终保持在一定限度之内,以避免车架或车身承受过大的冲击载荷。

          在汽车悬架系统中广泛采用的液力减振器是筒式减振器,由于其在压缩和伸张行程中均能起减振作用,因此又称为双向作用式减振器。

          双向作用筒式减振器的工作原理。外面的钢筒是防尘罩,上部有一圈环与车架(车身)连接。中间的钢筒是储油缸,内部装有一定量的减振器油,下部有一圈环与车桥相连。最里面的钢筒是工作缸,内部装满减振器油。在工作缸的内部,通过与防尘罩和上部圆环制成一体的活塞杆,其底端偿固定着活塞。活塞上装有伸张阀和流通阀,在工作缸的下部的底座上装有压缩阀和补偿阀。为了使减振器能够满足工作要求,流通阀和补偿阀的弹簧相对比较软,较小的油压便可以打开或关闭。而压缩阀和伸张阀的弹簧相对比较硬,只有当油压增大到一定的程度时,才能打开;而只要油压稍有下降,阀门立刻关闭。如下图所示。

          汽车行驶系

          双向作用筒式减振器

          双向作用筒式减振器的工作过程如下:压缩行程时,此时减振器被压缩,汽车车轮移近车身,减振器内的活塞向下移动,下腔的容积减小,油压升高。大部分油液冲开流通阀流入上腔,由于上腔被活塞杆占去了一部分空间,因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积,于是另一部分油液就推开压缩阀,流回到储油缸内。油液通过阀孔时,此时减振器受拉伸,车轮远离车身,这时减振器的活塞向上移动,上腔油压升高,流通阀被关闭,上腔内的油液压开伸张阀流入下腔。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溶积,促使下腔产生一定的真空度,这时储油缸中的油液推开补偿阀流进下腔进行补充。由于这些阀的节流就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得大于压缩阀,在同样力的作用下,伸张阀及相应的常通缝隙通道的载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道的载面积总和,这使得减振器伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程时产生的阻尼力,从而达到迅速减振的要求。

          另外,有些车型的悬架系统采用充气式减振器和阻尼力可调式减振器,充气式减振器。这种减振器的缸筒下部装有一个浮动活塞,在浮动活塞和缸筒一端形成一个封闭气室,内部装有高压氮气。浮动活塞(封气活塞)的上面是油液,活塞上装有大断面的O型密封圈,作用是把油和气完全隔开。在工作活塞运动速度的变化而变化,从而产生不同的阻尼力。伸张阀和压缩阀均由一组厚度相同、直径不等、由大到小排列的弹簧钢片组成。

          与双向作用筒式减振器相比,充气式减振器有如下优点:

          (1)采用浮动活塞而减少了一套阀的系统,使结构简化,重量减轻。

          (2)由于减振器里充有高压氮气,能减少车轮受突然冲击时的振动,并可消除噪声。

          (3)于由于充气式减振器的工作缸和活塞直径都大于相同条件的双向作用筒式减振器,因而其阻尼更大,工作可靠性更强。

          (4)气式减振器内部的高压气体和油液被浮动活塞隔开,消除了油的乳化现象。

          充气式减振器的不足之处是油封要求高,充气工艺复杂,不易维修,当缸筒受外界较大冲击而变化时,则不能工作。

           

          导向装置

          独立悬挂上的弹性元件,大多只能传递垂直载荷而不能传递纵向力和横向力,必须另设导向装置。如上、下摆臂和纵向、横向稳定器等。稳定杆又叫平衡杆;而平时我们常说的控制臂、叉型臂、摆臂都是汽车悬挂的组件,不过由于结构不同,叫法也不一样?刂票凼嵌嗔杆悬挂组件,叉型臂是双叉臂悬挂的组件,摆臂是麦弗逊悬挂的组件,叉型臂也多用于麦弗逊悬挂的下支臂。

          悬挂基本功用组成和分类

          横向稳定器

          横向稳定器

          现代轿车悬架很软,既固有频率很低。汽车高速行使转弯时,车身会产生较大的侧向倾斜和侧向角振动。为了提高悬架的侧倾角刚度,减小侧倾,常在悬架中加设稳定器。如下图所示。

          汽车行驶系

          横向稳定器

          由弹簧钢制成的横向稳定杆呈U形,安装在汽车紧靠悬架的前端或后端(有的轿车前后都装有横向稳定器)。稳定杆的中部自由支承在两个固定于车架上的橡胶套筒内,而套筒固定在车架上,稳定杆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。

          当车身受到振动而两侧悬架变形相同时,横向稳定杆在套管内自由转动,此时横向稳定杆不起作用。当两侧悬架变形不等,车身相对路面发生侧向倾斜时,弹性的稳定杆产生扭杆内力矩就阻碍了悬架弹簧的变形,从而减小了车身的侧倾和侧向角振动。即车架的一侧移近弹簧下支座,稳定杆的同侧末端就相对车架向上抬起,而另一侧车架远离弹簧座,相应一侧横向稳定杆的末端应相对车架下移。同时,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。