任务3.6 悬架系统认知与拆装(课件）-《汽车构造与拆装》同步教学（北京理工大学出版社）

技术站办理的货物列车和货车 任务3.6 悬架系统的认知 内容1：行驶系统 内容2：悬架的组成 项目三 汽车底盘构造与拆装 1 行驶系统概述 1、行驶系的组成 汽车行驶系一般由车架、车桥、车轮和悬架等组成。 行驶系统概述 2、行驶系的功用 接受由传动系传来的扭矩，并通过驱动轮与路面间附着作用，产生路面对汽车的牵引力。 支撑全车，传递并承受各种力和力矩。 缓和行驶时由于路面不平对车身造成的冲击和振动，保证汽车行驶平顺性。 与转向系很好地配合，实现汽车行驶方向的正确控制，从而保证汽车操纵稳定性。 车架 俗称大梁，是汽车的骨架和装配基体，汽车绝大多数部件和总成都是通过车架来固定位置的。 作用： 车架是连接在各车桥之间形似桥梁一种结构，是整个汽车的安装基础。 车架的功用是安装汽车的各总成和部件，并使它们保持正确的相对位置，并承受来自车上和地面的各种静、动载荷。 车架 1、非承载式车身（有车架） 车架 2、承载式车身（无车架） 车架 非承载式车身分类： 边梁式车架 组成：两根位于两边的纵梁 + 若干根横梁 ---用铆接法或焊接法连接 应用：载货、载客货车和少量轿车上。 主要用于货车、越野车（包括SUV）和部分轿车。 车架 优点：承载能力和抗扭刚度强，结构简单，工艺要求低 缺点：边梁质量大，影响整车布局和空间利用率，整车重心偏高。 主要用于货车、越野车（包括SUV）和部分轿车。 车架 中梁式车架 中梁式车架只有一根位于中央贯穿前后的纵梁，因此亦称为脊骨式车架; 主要用于货车、越野车（包括SUV）和部分轿车。 车架 中梁式车架 前端做成伸出支架，用以固定发动机，而主减速器壳通常固定在中梁的尾端，形成断开式后驱动桥。 车架 优点：能使车轮有较大的运动空间，便于采用独立悬架，提高汽车的越野性；与同吨位货车相比，其车架较轻，减少了整车质量；质心较低，行驶稳定性好。车架的强度和刚度较大。 缺点：制造工艺复杂，维修不便，安装总成困难，维护修理不方便。主要用于货车、越野车（包括SUV）和部分轿车。 车架 综合式车架 是中梁式车架的一种变形。 前段是边梁式，用以安装发动机,中后段是中梁式，伸出来的支架可以固定车身,这种车架称为综合式车架。 主要用于货车、越野车（包括SUV）和部分轿车。 车架 无梁式车身（承载式车身） 没有车架，以车身作为发动机和底盘各总成的安装基础，各种载荷全部由车身承受。 承载式车身的优缺点 优点： （1）无车架，减轻整车质量； （2）结构不影响车厢内部空间，车身高度降低，上下车方便； （3）适合轿车、小车，以及城市SUV，比较轻、省油； （4）重心较低，公路行驶平稳，整体式车身比较安全。 缺点： （1）传动系统和悬架的震动和噪音会直接传入车内，需采取防震和隔声措施； （2）底盘强度远不如大梁结构的车身，当四个车轮受力不均匀时，车身会发生变形； （3）制造成本偏高； （4）只适合在良好的路况上行驶，不良路面的通过性差，凹凸的路面可能造成拖底。 思考练习 1、汽车车架的结构形式主要有中梁式车架、（ ）和边梁式车架等几种形式。 A.后梁式车架 B.下梁式车架 C.综合式车架 D.前梁式车架 车桥 1.车桥特点 车桥通过悬架与车架（或承载式车身）相连，两端安装车轮。 2.车桥功用 传递车架（或承载式车身）与车轮之间各方向的作用力及其力矩。 车桥 车桥类型 （1）按配用的悬架结构不同分： ①整体式——与非独立悬架配用。车桥的中部是刚性实心或空心整体梁。 ②断开式——与独立悬架配用。车桥为活动关节（铰链）式结构。 车桥 整体式车桥： 配非独立悬架 车桥 断开式车桥： 配独立悬架 车桥 断开式车桥： 配独立悬架 车桥 按车轮所起作用的不同 转向桥 驱动桥 转向驱动桥 支持桥 车桥类型 车桥 1.转向桥 转向桥通常位于汽车前部，故也称为前桥。转向桥的作用是支承部分重量，安装前轮及制动器（前），连接车架，承受车架与车轮之间的作用力及其产生的弯矩和转矩，同时还要使前轮偏转以实现转向。转向桥基本结构由前轴、转向节、主销、轮毂等部分组成 。 车桥 主销 前梁 转向节 转向节 主 销 转向桥，采用非独立悬架的，是整体桥。 车桥 转向桥，采用独立悬架的，是断开桥。 思考练习 2、转向轮绕着( )摆动。 A.转向节 B.主销 C.前梁 D.车架 车桥 2.驱动桥 驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳组成。作用是将万向传动装置传来的动力折过90°角，改变力的传递方向，并由主减速器降低转速，增大转矩后，经差速器分配给左右半轴和驱动轮。 车桥 驱动桥 传动轴 万向节 等角速万向节 半轴 （1）主减速器 （2）差速器 （3）半轴（内、外） （4）等角速万向节 （5）桥壳 2.驱动桥 车桥 3.转向驱动桥 越野车和前轮驱动汽车的前桥，除了承载和转向的作用外，还兼起驱动的作用，称为转向驱动桥。 车桥 车桥 4.支持桥 只起支撑作用的车桥称为支持桥。支持桥除了不能转向外，其他功能和结构与转向桥相同。 车桥 悬架系统 为什么有的汽车乘坐很舒服，有的则不行？ 这主要的区别是它们的悬架不同。 32 悬架 一、悬架的组成与功用 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。 33 悬架 悬架位于车辆的车轮与车身之间。 （1）缓冲振动、平稳行驶 （2）将车轮与路面之间的驱动力、制动力、转向力传给车身。 （3）车身和车轮之间保持几何关系。 悬架的作用 刚度和阻尼系数 平顺性和操纵稳定性 俯仰、点头、侧倾 34 悬架 汽车的固有频率是衡量汽车平顺性的重要参数 当车身固有频率小于 1 Hz 时会引起晕车的感觉，高于1.5 Hz 将使驾驶舒适性下降，高于 5 Hz 会使人感到振动。 35 悬架 36 悬架 另一重要指标是阻尼比 37 悬架 38 悬架 悬架的分类 悬架系统可以分为两大主要类型： 非独立式 独立式 39 悬架的布置 1、前后都是非独立式 货车或越野车 2、前面是独立式，后面是非独立式 轻型轿车 3、前后都独立式 中级或高级轿车 40 悬架 悬架结构组成： 弹性元件 减振器 导向机构 横向稳定器 41 悬架 悬架结构组成： 弹性元件：可以缓和由于不平路面带来的冲击，并承受和传递垂直载荷。 减振器：减振器可以衰减由于路面冲击产生的振动，使振动的振幅迅速减小。 导向机构：用于传递纵向载荷和横向载荷，并保证车轮相对于车架（或车身）的运动关系。 横向稳定器：可以防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜。 42 悬架 簧载质量和非簧载质量 簧载质量：由弹性元件(包括弹簧和减振器)所承载的质量，只能和车身保持相对静止的部件。 非簧载质量：能和车轮一起跳动的部件，自悬架摆臂或者弹性元件向车轮端延伸的部件。 我们一方面希望车身能尽量保持稳定，另一方面又要求车轮这些簧下部件对路面状况的变化一定要反应灵敏。 所以，在簧上质量一定的情况下，我们需要尽可能地减小簧下质量。从结构上来看，独立悬架的簧下质量就比非独立悬架轻，所以它的操控稳定性更好，而轻量化的铝合金轮圈以及铝合金悬架元件（拉杆、摇臂等）之所以得到广泛应用，主要也是因为它们能有效减少簧下质量。 我们一方面希望车身能尽量保持稳定，另一方面又要求车轮这些簧下部件对路面状况的变化一定要反应灵敏，大家都知道质量越大的物体其惯性也越大，对外力作用的反应就越迟钝，因此通过减轻簧下质量可以让车轮上下跳动更轻便更活跃，从而提高悬架的响应灵敏度以改善汽车的橾控性。举一个可能不太贴切的例子，簧下质量有点像是我们的鞋子，如果鞋子太重，运动起来肯定不够轻便。 所以，在簧上质量一定的情况下，我们需要尽可能地减小簧下质量。从结构上来看，独立悬架的簧下质量就比非独立悬架轻，所以它的操控稳定性更好，而轻量化的铝合金轮圈以及铝合金悬架元件（拉杆、摇臂等）之所以得到广泛应用，主要也是因为它们能有效减少簧下质量。 43 弹性元件 1.钢板弹簧 结构：由若干片等宽但不等长（厚度可相等也可不相等）的 合金弹簧片组成的一根近似等强度的弹性梁。 作用：既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用。 钢板弹簧 套管 螺栓 中心螺栓 卷耳 弹簧夹 一般用于载货汽车 汽车上常用的弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧和气体弹簧等。 44 弹性元件——钢板弹簧 45 弹性元件 2.螺旋弹簧 广泛应用于独立悬架，特别是前独立悬架中，在有些轿车的后轮非独立悬架中，其弹性元件也采用螺旋弹簧 。 46 弹性元件——螺旋弹簧 优点： 无需润滑，不忌污泥；安置它所需的纵向空间不大；弹簧本身质量小 缺点： 螺旋弹簧本身没有减振作用， 必须另装减振器。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。 47 弹性元件——螺旋弹簧 48 弹性元件 3.扭杆弹簧 扭杆弹簧的一端固定在车架上，另一端固定在悬架的摆臂上，摆臂则与车轮相连。当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形吸收能量，以保证车轮与车架弹性连接。 49 弹性元件 3.扭杆弹簧 如果左、右扭杆换位安装，则将导致扭杆弹簧的实际工作应力加大，使用寿命缩短。因此，左、右扭杆弹簧刻有不同的标记，不可互换。 50 弹性元件——扭杆弹簧 51 弹性元件——扭杆弹簧 52 弹性元件 4.气体弹簧 气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体，利用气体可压缩性实现弹簧的作用。 特点：作用在弹簧上的载荷增加时，容器中气压升高，弹簧刚度增大；反之，当载荷减小时，气压下降，刚度减小。气体弹簧具有理想的变刚度特性。 空气弹簧 油气弹簧 53 弹性元件——气体弹簧 空气弹簧 空气弹簧以空气作弹性介质，即在一个密闭的容器内装入压缩空气（气压为0.5〜IMPa）,利用气体的可压缩性实现弹簧的作用。 空气弹簧有囊式和膜式两种形式。空气弹簧常用在汽车上，尤其是在主动悬架中使用较多。 54 弹性元件——气体弹簧 油气弹簧 油气弹簧以氮气（惰性气体）作为弹性介质，用油液作为传力介质。油气弹簧的球形室固定在工作缸上，室的内腔用橡胶油气隔膜隔开，充入高压氮气的一侧为气室，与工作缸相通并充满油液的一侧为油室。工作缸内装有活塞、阻尼阀及其阀座。 55 减振元件 作用：迅速衰减由车轮通过悬架弹簧传给车身的冲击和振动，提高汽车行驶的平顺性。 减振器在悬架中与弹性元件并联安装。 56 减振元件 液力减振器原理： 减振器的结构是带有活塞的活塞扦插入筒内，在筒中充满油。活塞上有节流孔，活塞杆伸缩时油通过节流孔。减振器做伸缩运动，活塞在油中移动，具有粘性的油通过节流孔产生阻力． 这种力式是利用活塞的动作速度来改变阻尼力。即减振器若缓慢动作，阻尼力小，若快速动作就会发生很大的阻尼力．从机械原理上讲，节流孔越大，阻尼力越小，而油粘度越大，阻尼力越大． 57 减振元件 液力减振器原理： 当汽车震动时，减震器壳体内的油液往复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一腔，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。 阻尼力的大小随车架和车桥相对速度的变化而变化，并且与油液的粘度有关。 58 减振元件 59 减振元件 对减振器要求 在悬架压缩行程减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹元件的弹性来缓和冲击。 在悬架伸张行程内，减振器的阻尼力应较大，以求迅速减振。 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截面积，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。 60 思考练习 3、关于汽车减振器，以下正确的说法是（ ）。 A. 减振器承担一部分车身质量 B. 减振器的阻尼力减弱后车身高度降低 C. 减振器将汽车振动的机械能转变为热能 D. 以上都不正确 减振元件 减振器的分类 按其作用方式不同 双向作用式减振器（压缩和伸张） 单向作用式减振器（伸张行程） 62 减振元件 双向作用筒式减振器 伸张阀 流通阀 压缩阀 补偿阀 活塞杆 防尘罩 活塞 储油钢桶 导向座 63 减振元件 双筒式减振器有两个工作筒，连杆和活塞在内筒工作，外筒和内筒之间的空间称为储油腔，随著活塞杆的往复运动，储油腔通过底阀和内筒内进行油量交换。 储油腔内的2/3为减振器油，另外1/3为空气（或惰性气体）。减振器压缩行程时的阻尼来源于底阀，复原行程的阻尼力来源于活塞阀。双筒式减振器一般可设计成充气式，在储油腔的1/3处充有6-8个大气压的惰性气体。 双向作用筒式减振器 64 减振元件 单筒式减振器 单筒充气式减振器上只有一个工作筒，在其底部充有25-30个大气体的惰性气体，中间用一个分离阀分开，压缩和复原行程产生的阻尼力都来源于活塞阀，单筒式减振器的连杆、导向器和油封都是高精密的零部件，固其制造工艺较为复杂，成本也更高。 65 导向机构 导向机构 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，必须另设导向机构，以承受传递车轮传递过来的纵向力和力矩以及侧向力。 66 导向机构 作用： (1)当车轮与车身产生相对运动时，保证轮距变化在一定的范围之内，以免轮胎过早磨损； (2) 转弯时，应使车轮与车身倾斜方向相同，增加汽车的不足转向效应； (3)车辆加速和制动时能保持车身稳定，减少车身纵倾的可能性； (4)制动时，悬架导向机构的运动应使车身具有抗点头的作用；加速时有抗俯仰的作用。 67 横向稳定杆 横向稳定器 横向稳定器利用扭杆弹簧的原理，将左右车轮通过横向稳定杆连接起来。 68 横向稳定杆 汽车转弯车身侧倾时．悬架由于离心力使外轮稳定杆压沉．由于内轮侧被拉长，稳定杆发生扭曲．因为稳定杆是起弹簧的作用，所以会产生恢复力，这个力便是抬起外侧轮的力．使车身保持平衡。 69 思考练习 4、横向稳定杆的作用是防止（ ）。 A.车身的上下跳动 B.汽车转弯时倾斜 C.制动时点头 D.加速前进时后仰 悬架 悬架的分类 悬架系统可以分为两大主要类型： 非独立式 独立式 71 非独立悬架 非独立悬架： 两侧车轮通过整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过悬架与车架或车身相连。 优点： （1）构造简单，制造成本低，容易维修； （2）行车中前轮定位变化小。 缺点：左右轮在弹跳时，会相互牵连，而降低乘坐的舒适性及操控的安定性 72 非独立悬架 应用：非独立悬架可分钢板弹簧式和螺旋弹簧式 73 扭转梁式非独立悬架 优点：结构简单实用、占用空间最小、制造成本低。 缺点：承载性能差、抗侧倾能力较弱、减震性能差、舒适性有限。  适用车型：中小型汽车、低端SUV后悬架。 74 独立悬架 独立悬架： 车桥做成断开的，每一侧的车轮可以单独的通过悬架与车架或车身连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响。 75 独立悬架 优点： （1）质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力； （2）左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。 （3）采用断开式车桥，发动机总成的位置可以降低和前移，以改善行驶平顺性。 缺点： （1）结构复杂、成本高、维修不便 （2）因为结构复杂，会侵占一些车内乘坐空间。 76 独立悬架 应用： （1）麦弗逊悬架 最为常见的一种悬挂，主要有A型叉臂和减振机构组成。 77 独立悬架 优点： 占用空间小使发动 机舱的布局灵活、 质量轻、 制造成本较低 缺点： 转弯的横向支持力不足 稳定性较差 78 独立悬架 应用： （2）双叉臂悬架 79 双叉臂独立悬架 优点：强度和耐冲击力比麦弗逊式悬挂要强很多，而且在车辆转弯时能很好的抑制侧倾和制动点头等问题。 缺点：需要占用较大的空间，定位参数较难确定，成本高 80 独立悬架 应用： （3）多连杆悬架 81 多连杆独立悬架 优点：通过对连接运动点的约束角度设计使得悬挂在压缩时能主动调整车轮定位，使得车轮与地面尽可能保持垂直、贴地性，具有非常出色的操控性 缺点：结构复杂，制造成本也高 82 悬架 83 悬架 84 悬架 后悬架 85 悬架 后悬架 思考练习 5 .汽车麦弗逊式悬架为（）。 A.非独立悬架 B.组合式 C.独立悬架 D.刚性式 电控悬架 保时捷帕那梅拉（Porsche Panamera）空气式可调悬架 电控悬架 Q7装备了电控避震系统和“四轮独立”式空气悬架系统。     而在一般铺装路面行驶时，奥迪Q7的常设离地间隙为180mm；但当车辆行驶速度达到120公里/小时并保持超过30秒后，悬架会自动将车身的离地间隙降低15mm，以便获得更好的高速稳定性。      如果车速连续20秒保持在160公里/小时，车身会再降低15mm，离地间隙调整为仅仅只有150mm。 电控悬架 路虎发现4所装备的是一套全独立的电子四轮空气悬挂系统，驾驶者可以自由选择三种不同高度。一贯保有强悍越野能力的发现4，通常模式下的离地间隙已有185mm，越野模式下更增加至240mm。第三种模式则被称为“通过模式”，车身会进一步降低，但与其他车型不同，这个最低车身高度并非为了高速通行设置，而是在汽车可能碰顶的情况下增加车辆的通过性。 电控悬架 凯迪拉克SLS赛威的电磁悬架 电控悬架 电控悬架 1.车身高度调整 当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气阻力，提高操纵稳定性。 2.阻尼力控制 用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。 3.弹簧刚度控制 动态改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。采用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高，车身侧倾减小。制动时车身前俯小，起动和急加速可减少后仰。即使在坏路面，车身的跳动也较小，轮胎对地面的附着力提高。 电控悬架 思考练习 6.在电控悬架中，弹性元件一般采用（ ）。 A.钢板弹簧 B.螺旋弹簧 C.空气弹簧 D.扭杆弹簧 减震器拆装流程 减震器拆装流程 减震器拆装流程 课堂小结 悬架的组成 弹簧的功用： 缓冲振动、摆动、提高轮胎抓地力。 减振器的功用： 衰减振动、方向稳定。 导向机构：传递作用力 99 $$