第二十二章 悬 架
学习目的：
·掌握悬架的定义、功用、类型、组成。 ·了解汽车性能对悬架的要求。
·掌握弹性元件的类型、特点、钢板弹簧的构造。 ·掌握双向作用筒式减振器的构造、作用原理。
·掌握独立悬架与非独立悬架的类型、构造特点、相互连接关系。
第一节 概 述
汽车车架或车身若直接安装于车桥上，则会由于道路不平而上下颠簸振动，从而使车上的乘员感到不舒服或者使货物损坏。因此，汽车上必须装有具有缓冲、减振和导向作用的悬架装置。 一、定义：汽车悬架是车架或车身与车轿之间一切传力连接装置的统称。
二、作用：是弹性地连接车轿与车架或车身，缓和行驶中车辆受到的由不平路面引起的冲击力，保证乘坐舒适和货物完好；迅速衰减由于弹性系统引起的振动，传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩；并起导向作用，使车轮按一定轨迹相对车身运动。 三、组成： 悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆等组成。 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：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。
导向装置：用来使车轮按一定运动轨迹相对车身运动，同时起传递力的作用。 四、悬架种类
? 根据汽车导向装置的不同，分为独立悬架和非独立悬架。 ? 按照控制形式不同，分为被动式悬架和主动式悬架。
被动式悬架是汽车姿态(状态)只能被动地取决于路面、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。
主动悬架可以根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼，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。
五、汽车性能对悬架的要求
汽车的固定频率是衡量汽车平顺性的重要参数，它由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量(簧载质量)所决定。人体所习惯的垂直振动频率约为1.6Hz，车身振动的固有频率应接近或处于人体适应的频率范围，才能感觉舒适。由于汽车的载重量经常会发生变化，因此其固有频率也会
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随之而变化。为了使空载和满载时的固有频率保持一定或变化很小，需要把悬架刚度做成可变或可调的。而目前汽车上装有电子控制的悬架，就能满足此种目的。
第二节 减 振 器
一）作用：用来加速衰减车架车身的振动，提高汽车行驶的平顺性。 汽车悬架系统中通常采用液力减振器。 二）作用原理：（如图）
三）影响因素：油液粘度、孔道的多少、孔道截面的大小、阀门弹簧的软硬。
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。
汽车在行驶中可能处于三种状态：第一种是在良好的路面，要求弹性元件发挥作用；第二种是中等强度的振动，要求减振器起主导作用；第三种是剧烈振动，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．在压缩行程中，减振器阻尼力较小，弹性元件起主要作用；
2．在伸张行程中，减振器阻尼力应较大，以迅速减振，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，要求减振器能自动加大液流量，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。
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一、双向作用筒式减振器
1、构造：（一个活塞，二个吊环，三个同心钢筒，四个阀）
图中：1.活塞杆；2.工作缸筒；3.活塞；4.伸张阀；5.储油筒；6.压缩阀；7.补偿阀；8.流通阀；9.导向座；10.防尘罩；11.油封；
2、双向作用筒式减振器的工作过程： 1）压缩行程
活塞3向下移动。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。
2）伸张行程
活塞3向上移动。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，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。
? 压缩阀和伸张阀上有常通小孔隙。当振动速度较小时，只靠这些小孔工作。当振动速度较大时，才打开阀门工作。阻尼力随振动速度变化。
? 由于伸张阀弹簧刚度比压缩阀的大，而且伸张阀上的常通孔隙的直径也比压缩阀的小，就保证了减振器在伸张行程内产生的阻尼力比在压缩行程内产生的大。
二、新型减振器
1、充气式减振器
左图所示，这种减振器的缸筒下部装有一个浮动活塞2，在
浮动活塞和缸筒一端形成一个封闭气室1，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8上装有压缩阀4和伸张阀7，它们的通道载面积随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。
双向作用筒式减振器示意图
与双向作用筒式减振器相比，充气式减振器有如下优点： 1)由于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)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，因而其阻尼力更大，工作可靠性更强。
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4)充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。
2、阻尼力可调式减振器。 1） 用压缩空气控制的阻尼力可调式减振器。（Benz 600） 2） 电子控制的阻尼力可调式减振器。
第三节 弹性元件
一、钢板弹簧
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。 二、螺旋弹簧
螺旋弹簧大多应用在独立悬架上，用弹簧钢料卷制而成，有刚度不变的圆柱形螺旋弹簧和刚度可变的圆锥形螺旋 弹簧两种。
由于螺旋弹簧只能承受垂直载荷，螺旋弹簧具有不需润滑、防污性强、占用纵向空间小及弹簧本身质量小的特点，因而在现代轿车上被广泛采用。 三、扭杆弹簧
扭杆弹簧用铬钒或硅锰合金并具有扭曲刚性弹簧钢制成，它的表面经过加工很光滑。扭杆断面常为圆形，少数是矩形或管状。为保护扭杆表面，可在其上涂抹环氧树脂，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，以防磨蚀和损坏表面，从而提高扭杆弹簧的使用寿命。
如图所示，扭杆弹簧是一根由弹簧钢制成的杆。扭杆3的一端固定在车架4上，另一端通过摆臂2与车轮1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，在车轮与车架之间起弹性连接的作用。
四、气体弹簧（自学）
气体弹簧主要有空气弹簧和油气弹簧两种。 见P209~215
第四节 非独立悬架与独立悬架
一、非独立悬架
1、钢板弹簧式（有图）
1）、钢板弹簧与车架、车桥的连接：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。
2）、弹簧刚度类型：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
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弹簧。
2、螺旋弹簧（有图）
螺旋弹簧非独立悬架常用于轿车的后悬架，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、上海桑塔纳轿车的后桥采用。 3、空气弹簧（有图）
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。
经压气机1产生的压缩空气经油水分离器10和压力调节器9进入贮气筒8。压力调节器可使贮气筒中的压缩
空气保持一定压力。储气罐8通过管路、空气滤清器2、7与两个空气弹簧5相通。储气罐和空气弹簧中的空气压力由车身高度调节阀3控制，空气弹簧只承受垂直载荷，因而必加设减振器，其纵向力和横向力及其力矩由悬架中的纵向推力杆和横向推力杆来传递。控制杆4控制车身高度调节阀。
4、油气弹簧（有图）
油气弹簧以气体（化学性质不太活泼的气体－氮）作为弹性介质，用油液作为传力介质。简单的油气弹簧（如图所示）不带油气隔膜。目前，这种弹簧多用于重型汽车，在部分轿车上也有采用的。
二、独立悬架
1、横臂式 2、纵臂式
3、车轮沿主销移动的独立悬架
? 车轮沿固定不动主销轴线移动的独立悬架；
? 车轮沿摆动主销轴线移动的独立悬架；
前一种为烛式悬架；后一种为麦弗逊悬架，也称为滑柱帘杆悬架。
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油气弹簧简图
滑柱摆臂式独立悬架也称麦弗逊式独立悬架，目前此种悬架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。捷达轿车、
富康轿车前悬架是麦弗逊式独立悬架。
第五节 横向稳定器
现代轿车悬架很软，即固有频率很低。汽车高速行驶转弯时，车身会产生较大的侧向倾斜和仅向角振动。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。
由弹簧钢制成的横向稳定杆3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2内，而套筒2固定在车架上，稳定杆两侧纵向部分的末端通过支杆1与悬架下摆臂上的弹簧支座4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。
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