第二十二.ppt
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1、汽车构造汽车构造电子教案电子教案第二十二章第二十二章 悬架悬架第二十二章第二十二章 悬架悬架第一节第一节 概述概述第二节第二节 减振器减振器第三节第三节 弹性元件弹性元件第四节第四节 非独立悬架非独立悬架第五节第五节 独立悬架独立悬架第六节第六节 多轴汽车的平衡悬架多轴汽车的平衡悬架第七节第七节 主动悬架和半主动悬架主动悬架和半主动悬架12/23/20222哈尔滨工业大学(威海)第一节第一节 概述概述悬架是车架(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。它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力),纵向反力(牵引力和制动力)和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架
2、(或承载式车身上),以保证汽车的正常行驶。现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式,但是一般都有弹性元件1、减震器3和导向机构(纵、横向推力杆2、5)三部分组成。12/23/20223哈尔滨工业大学(威海)汽车悬架的功能是缓冲,导向和减振,然而总的功能是传力。应当指出,悬架要具备上述功能,在结构上并非一定要设置满足上述各功能的单独的装置。例如常见的钢板弹簧,除了作为弹性元件起缓冲外,当它在汽车上纵向安置并且一端与车架作固定铰链连接时,它本身还能起到传递各向力和力矩以及决定车轮运动轨迹的作用,因而可不再另设导向机构。此外,一般钢板弹簧是多片叠成的,本身具有一定的减振能力,在对减振要求不高的车辆上,
3、也可以不装减振器。由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量悬架刚度和悬架弹簧支承的质量(承载质量)所决定的车身固有频率(亦称振动系统的自由振动频率),是影响汽车行驶平顺性的悬架重要性能指标之一。在悬架所受垂直载荷一定时,悬架刚度越小,则汽车固有频率越低。当悬架刚度一定时,簧载质量越大,则悬架垂直变形越大,而固有频率越低。12/23/20224哈尔滨工业大学(威海)汽车悬架可分为两大类:非独立悬架和独立悬架。非独立悬架(图)。其结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥(或车身)连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳动时,必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动,故称为非独立悬架。独立悬架(图)。其结构特点是车桥
4、做成断开的,每一侧的车轮可以单独的通过弹性悬架与车架(或车身)连接,两侧车轮可以单独跳动,互不影响,故称为独立悬架。12/23/20225哈尔滨工业大学(威海)第二节第二节 减振器减振器为加速车架与车身振动的衰减,以改善汽车的行驶平顺性,在大多数汽车的悬架系统内部装有减振器。减振器和弹性元件是并联安装的。汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。液力减振器的作用原理是,当车架与车桥作往复相对运动而活塞在缸筒内往复移动时,减振器壳体内的油液反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼力,车身和车架的振动能量转化为热能被油液和减振器壳体所吸收,然后散
5、到大气中。减振器阻尼力的大小随车架和车桥减振器阻尼力的大小随车架和车桥(或车轮)相对速度的增减而增减,并且与油液(或车轮)相对速度的增减而增减,并且与油液的粘度有关的粘度有关。要求油液的粘度受温度变化影响尽可能小,且具有抗气化,抗氧化以及对各种金属和非金属零件不起腐蚀作用等性能。12/23/20226哈尔滨工业大学(威海)12/23/20227哈尔滨工业大学(威海)减振器的阻尼力越大,振动消除得越快,但却使并联的弹性元件的作用不能充分发挥,同时,过大的阻尼力还能导致减振器连接零件及车架损坏。为解决弹性元件与减振器之间的这一矛盾,对减振器提出如下要求:1)压缩行程(车桥与车架相互移近的行程)内,
6、减振器阻尼力应较小,以便充分利用弹性元件的弹性来缓和冲击。2)在悬架伸张行程(车桥与车架相互远离的行程)内,减振器的阻尼力应较大,以求迅速减振。3)当车桥(或车轮)与车架的相对速度较大时,减振器应当能自动加大液流通道面积,使阻尼力始终保持在一定限度之内,以避免承受过大的冲击载荷。12/23/20228哈尔滨工业大学(威海)在压缩和伸张两行程内均能起作用的减振器,称为双向作用式减振器;另有一种仅在伸张行程内起作用,称为单向作用式减振器。目前,汽车上广泛采用双向作用筒式减振器。12/23/20229哈尔滨工业大学(威海)一、双向作用筒式减振器一、双向作用筒式减振器 双向作用筒式减振器一般都具有四个
7、阀,即压缩阀6,伸张阀4,流通阀8和补偿阀7。流通阀和补偿阀是一般的单向阀,其弹簧很弱,当阀上的油压作用力与弹簧力同向时,阀处于关闭状态,完全不通液流;而当油压作用力与弹簧力反向时,只要有很小的油压,阀便能开启。压缩阀和伸张阀是卸载阀,其弹簧较强,预紧力较大,只有当油压升高到一定程度时,阀才能开启,而当油压降低到一定程度时,阀即自动关闭。12/23/202210哈尔滨工业大学(威海)一、双向作用一、双向作用筒式减振器筒式减振器12/23/202211哈尔滨工业大学(威海)充气式减振器是60年代以来发展起来的一种新型减振器。图21-6所示为一种轿车上用的充气式减振器。其结构特点是在缸筒的下部装有
8、一个浮动活塞2,在浮动活塞与缸筒一端形成的密闭气室1中,充有高压的氮气。在浮动活塞的上面是减振器油液。浮动活塞上装有大断面的O形密封圈3,它把油和气完全分开,故此活塞亦称封气活塞。工作活塞7上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀4和伸张阀8。此二阀均由一组厚度相同,直径不等,由大到小而排列的弹簧钢片组成。当车轮上下跳动时,减振器的工作活塞在油液中作往复运动,使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差,压力油便推开压缩阀或伸张阀而来回流动。由于阀对压力油产生较大的阻尼力,使振动衰减。由于活塞杆的进出而引起的缸筒容积的变化,则由浮动活塞的上下运动来补偿。因此,这种减振器不需贮液缸,所以亦称为单筒
9、式减振器。二、新型减振器-充气式减振器充气式减振器充气式减振器充气式减振器12/23/202212哈尔滨工业大学(威海)试验研究证明,悬架系统中理想的阻力特性应该是随着使用因素(如道路条件,载荷)的变化而改变,即减振器的阻力应和悬架系统的参数有适当的匹配关系。当悬架系统的某一参数发生变化时,减振器的阻力也应随之而改变,从而保证悬架系统有良好的振动特性。二、新型减振器-阻力可调式减振器阻力可调式减振器阻力可调式减振器阻力可调式减振器12/23/202213哈尔滨工业大学(威海)第三节第三节 弹性元件弹性元件12/23/202214哈尔滨工业大学(威海)一、钢板弹簧一、钢板弹簧 钢板弹簧是汽车悬架
10、中应用最广泛的一种弹性元件。它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等,也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁,其一般构造如图所示。12/23/202215哈尔滨工业大学(威海)12/23/202216哈尔滨工业大学(威海)目前,在国内外越来越多的汽车上采用了变截面钢板弹簧,这种少片变截面钢板弹簧是由单片或2-3片变厚度断面的弹簧片构成的,如图所示。其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的,片宽保持不变。这种少片变截面钢板弹簧克服了钢板弹簧质量大,性能差的缺点。12/23/202217哈尔滨工业大学(威海)12/23/202218哈尔滨工业大学(威海)二、螺旋弹簧二、螺旋弹簧无无需
11、需润润滑滑,不不忌忌污污泥泥;安安置置它它所所需需的的纵纵向向空空间间不不大大;弹弹簧簧本本身身质质量小。量小。螺螺旋旋弹弹簧簧本本身身没没有有减减振振作作用用,因因此此在在螺螺旋旋弹弹簧簧悬悬架架中中必必须须另另装装减减振振器器。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。12/23/202219哈尔滨工业大学(威海)三、扭杆弹簧三、扭杆弹簧扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的扭杆。当车轮跳动时,摆臂便绕着扭杆轴线而摆动,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。有的扭杆由一些矩形断面的薄条(扭片)组合而成,这样,弹簧更为柔软。12/23/202
12、220哈尔滨工业大学(威海)扭杆弹簧系用铬钒合金弹簧钢制成,其表面经过加工后很光滑。使用中必须对扭杆表面很好的保护,通常在扭杆弹簧表面涂有环氧树脂,包一层玻璃纤维布,再涂一层环氧树脂,最后涂以沥青和防锈油漆,以防碰撞,刮伤和腐蚀,从而可提高扭杆弹簧的使用寿命。扭杆弹簧在制造时,经热处理后预先施加一定的扭转力矩载荷,使之产生一个永久的扭转变形,从而使其具有一定的预紧力。左左右右扭扭杆杆的的预预加加扭扭转转的的方方向向都都与与扭扭转转的的方方向向相相同同。其其目目的的是是减减少少工工作作时时的的实实际际应应力力,以以延延长长扭扭杆杆弹弹簧簧的的使使用用寿寿命命。如果左右扭杆换位安装,则将使扭钢弹簧
13、的预先扭转方向与工作时的扭转方向相反,导致扭杆弹簧的实际工作应力加大,而使用寿命缩短。因此,左左右右扭扭杆杆弹弹簧簧不不能能互互换。为此,左右扭杆刻有不同的标记换。为此,左右扭杆刻有不同的标记。12/23/202221哈尔滨工业大学(威海)四、气体弹簧四、气体弹簧气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体(气压为0.51Mpa),利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的。这种弹簧的刚度是可变的,因为作用在弹簧上的载荷增加时,容器内的定量气体受压缩,气压升高,则弹簧的刚度增大;反之,当载荷减小时,弹簧内的气体气压下降,刚度减小,故它具有比较理想的变刚度特性。12/23/202222哈尔滨工业大学(威海)
14、1.囊式空气弹簧囊式空气弹簧2.膜式空气弹簧膜式空气弹簧3.油气弹簧油气弹簧12/23/202223哈尔滨工业大学(威海)1.1.囊式空气弹簧囊式空气弹簧囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中的压缩空气所组成。气囊的内层用气密性的橡胶制成,而外层则用耐油橡胶制成。气囊一般做成如图21-11a所示的两节,但也由单节或三节的。节数越多,弹性越好。节与节之间围有钢制的腰环,使中间部分不致有径向扩张,并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密闭。12/23/202224哈尔滨工业大学(威海)2.2.膜式空气弹簧膜式空气弹簧膜式空气弹簧的密闭气囊由橡胶膜片和金属压制件组成。与囊式的相比,气弹性
15、特性曲线比较理想,因其刚度较囊式小,车身固有频率较低,且尺寸较小,在车上便于布置,故多用在轿车上;但是制造较困难,寿命也较短。12/23/202225哈尔滨工业大学(威海)3.3.油气弹簧油气弹簧油气弹簧以气体(一般为惰性气体氮)作为弹性介质,而用油液作为传力介质。一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸所组成。油气弹簧的形式有单气室,双气室以及两级压力式等。单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气不分隔式两种。单气室油气分隔式油气弹簧单气室油气分隔式油气弹簧 单气室油气不分隔式油气弹簧单气室油气不分隔式油气弹簧 双气室油气弹簧双气室油气弹簧 两级压力式油气弹簧两级压力式油气弹簧 12/23/2
16、02226哈尔滨工业大学(威海)单气室油气分隔式油气弹簧单气室油气分隔式油气弹簧如图所示为一种轿车和轻型汽车上用的单气室油气分隔式油气弹簧。当悬架摆臂(或车桥)与车身(或车架)相对运动时,活塞和活塞导向缸便在工作缸内上下滑动,而工作油液通过减振器阻尼阀9来回运动,起到减振器的作用。12/23/202227哈尔滨工业大学(威海)当载荷增加,悬架摆臂(车桥)与车身(车架)之间的距离缩短时,活塞及导向缸上移,使充满工作液的内腔容积减小,迫使工作液经压缩阀18进入球形气室,从而推动油气隔膜向具有一定压力的氮气室移动,使气体容积减小,氮气压力升高。当活塞向上的推力(外界载荷)与氮气压力向下的反作用力相等
17、时,活塞便停止移动。于是,车身(车架)与悬架摆臂(车桥)减的相对位置不再变化。当载荷减小,即推动活塞上移的作用力减小时,油气隔膜在高压氮气作用下向下移动,迫使工作液经伸张阀14流回工作缸内腔,推动活塞向下移动,车身(车架)与悬架摆臂(车桥)之间的距离变长,直到氮气室内的压力通过工作液的传递转化为作用在活塞上的力与外界减小的载荷相等时,活塞才停止移动。汽车在行驶过程中,油气弹簧所受的载荷是变化的,因此活塞便相应地在工作缸中处于不同的位置。由于氮气充满在密闭的球形气室内,作用在油气隔膜上的载荷小时,气体弹簧的刚度较小,随着载荷的增加,气体弹簧的刚度变大,故它具有变刚度的特性。可见,油气弹簧是空气弹
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