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1、1、悬架功能与基本组成 悬架概念 保证车轮或车桥与汽车承载系统(车架或承载式车身)之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称 悬架最主要的功能 传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和汽车驶过不平路面时所产生的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的正常行驶。悬架基本组成 汽车底盘悬架系统包含的主要零部件有：悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成，有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆。弹性元件用来传递垂直力，并与轮胎一起缓和路面不平引起的冲击和振动。弹性元件受冲击后会产生持续的振动，使乘坐不适，因此，设有减振器将振动迅速衰
2、减，使振幅迅速减小。导向机构用来确定车轮相对于车架或车身的运动，传递除垂直力以外的各种力和力矩。为减少车轴对车架或车身的直接冲撞，一些汽车悬架上设有缓冲块。横向稳定杆的作用是减少转弯时车身的侧倾，并提高轮胎对地面的附着力。第1页/共36页横梁（车桥），连接部件（摆臂），弹性阻尼元件（弹簧、减振器、稳定杆），有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆横梁（车桥）：主要作用：底盘系统的主要受力部件，受力复杂且需要较高强度和刚度。一定程度上减少底盘传递给车身的振动辅助增加车身的强度和刚度，提高 底盘的操控性和碰撞的安全性技术特点：形状复杂，一般需要大型加工设备进行加工（冲压和焊接）由于受力复杂，因此设计时，需
3、要进行大量的工程分析，并结合台架和道 路实验的结果进行优化，最终确定设计方案，达到需要的刚度、强度和耐 久性。布置时考虑的因素：与车身仅有一对定位点，需考虑与车身公差之间的相容性。安装的部件众多，如何保证与车身其他部件不产生干涉。如何布置安装点能够发挥其最佳加强车身刚度和强度的目的第2页/共36页连接部件（摆臂）：主要作用：底盘系统的主要传力部件，一般只承受拉压力，为二力杆，同样需要较高 强度和刚度。同样可在一定程度上减少底盘传递给车身的振动 控制车轮轮胎的运动学性能，实现良好的操控性和乘坐舒适性技术特点：结构简单，一般为薄板冲压和焊接、厚板切削成型焊接、锻造、铸造，摆臂所包含的胶套的好坏，直
4、接决定整车的舒适性和一定的操控性，影响 最严重的是摆臂胶套的耐久性。因此设计时，需要进行工程分析，确定摆 角，受力等，并结合台架和道路实验的结果进行优化，最终确定设计方 案，达到需要的刚度、强度和耐久性布置时考虑的因素：摆臂为运动部件，布置时必须考虑其运动特性，避免产生运动干涉。若有 缠绕在摆臂上的线束，必须有足够的自由长度，避免运动时受力拉或折断。若摆臂具有球铰，应考虑对球铰的胶套进行保护，避免碎石或沙粒等击穿。第3页/共36页弹性阻尼元件（弹簧、减振器、稳定杆）：主要作用：提供给车身部件一定的缓冲，减小车身部件的受力。对路面传给车身的振动进行衰 减，提高乘坐舒适性。变线或进弯时对各车轮的受
5、力合理分配，控制车身摆角，提 高操控性。技术特点：弹簧减振器有时组合在一起，有时分开布置，满足不同的布置空间需要。减振器分为双向作用式和单向作用式；充氮气或不充气式。弹根据簧不同的悬架结构可分为：单片或多片变截面或不变截面钢板弹簧、扭力杆 弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧；稳定杆为一种扭杆弹簧，根据布置空间可 选用空心或非空心的弹簧钢弯制而成。布置时考虑的因素：减振器连接点受力较大，此周围部件的强度和刚度应较好。不同悬架结构的减振器和弹簧在悬架运动时也是要有轻微摆动的，布置时 应注意运动干涉。由于空间的限制，稳定杆可能要弯成各种形状，但要注 意允许的最小半径。第4页/共36页2、悬架类型a
6、根据导向机构的结构特点，非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架是左、右车轮之间由一刚性梁或非断开式车桥联接，当单边车轮驶过凸起时，会直接影响另一侧车轮。第5页/共36页非独立悬架的优点有 1)结构简单，制造、维护方便，经济性好；2）工作可靠，使用寿命长；3）车轮跳动时，轮距、前束不变，因而轮胎磨损小 4）转向时，车身侧倾后车轮的外倾角不变，传递侧向力的能力不降 5）中心位置较高，有利于减小转向时车身的侧倾角。非独立悬架缺点 1）与车轮和车桥一起跳动，需要较大的空间，影响发动机和行李箱的布置；用于轿车和载货汽车的前悬架时，一般需要抬高发动机或是将车桥（轴）做成中间下凹的形状以利发动机的布置，这将
7、增加制造成本；用于轿车后悬架时，会导致行李箱减小，备胎布置也不方便。2）用于驱动桥时，会使得非悬挂质量较大，不利于汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；3）当两侧车轮跳动高度不一致时，整根车桥会倾斜，使左右车轮直接相互影响；4）在不平路面行驶时，由于左右车轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定 性；5）用于驱动桥时，驱动桥的输入转矩会引起左右车轮负荷转移。第6页/共36页2、悬架类型 独立悬架允许单侧轮独立进行上下跳动，见简图单侧悬架可绕与车架的连接点旋转，实现单侧运动。独立悬架中没有刚性梁，左右车轮各自“独立”地与车架或车身相连或构成断开式车桥。独立悬架的优点：1）非悬挂质量下，悬架所受
8、到并传递给车身的冲击载荷小，有利于提高 汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；2）左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可减少车身的倾斜和振动；3）占用横向空间少，便于发动机的布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车的质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性。4）易于实现驱动轮转向。连车身连横梁总成第7页/共36页独立悬架根据导向机构不同：独立悬架客分为：双横臂、麦弗逊、滑柱摆臂式、单横臂、纵臂式、多连杆及。目前 1）双横臂 如图所示为双横臂式独立悬架。上下摆臂不等长，选择长度比例合适，可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。这种独立悬架被广泛应用于轿车前轮上和高通过性越野汽车的前后悬架上。双横臂的臂有做
9、成A字型和V字型 第8页/共36页2）麦弗逊式 麦弗逊悬架将减震器作为引导车轮跳动的滑柱，螺旋弹簧与其装与一体。这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支撑，允许滑柱上端作少许角位移。内侧空间大，有利于发动机布置，并降低车子的重心。车轮上下跳动时主销轴线的角度会变化，这是因为减震器下端支点随摆臂摆动。以上问题需要通过调整杆系布置得到合理解决。滑柱的上部通过顶端连接板连接到车体上，顶端连接板与滑柱轴承相接。车身重量由车身通过悬架滑柱支撑，转向后滑柱与转向节一并旋转。与双横臂悬架相比，麦弗逊悬架的特点是可将导向机构及减震装置集合到一起，将多个零件集成在一个单元里，结构简单，构成要素少，易于维护，可以降低
10、簧下重量，所以车辆行驶性能及乘车舒适感良好。螺旋弹簧滑柱关节下横臂传动轴横梁横臂稳定杆第9页/共36页3）滑柱摆臂式后独立悬架 滑柱摆臂式后悬架用于前轮驱动的轿车上。它是麦弗逊后悬架类似的结构，只是起螺旋弹簧与减震器是分开布置并置于车架纵梁下方，节省了悬架对横向空间的占用，有利于布置宽敞的行李箱。螺旋弹簧与减震器分开布置第10页/共36页4.纵臂式后独立悬架和斜臂式后独立悬架 由平行于汽车行驶方向的纵臂承但导向和传力作用。由于纵臂要承受所有的作用力和力矩，在结构上必须保证具有足够的强度和刚度。第11页/共36页5）单横臂式独立悬架 单横臂式独立悬架结构简单，侧倾中心较高，有较强的抗侧倾能力，但
11、当车轮跳动时会使主销内倾角和车轮外倾角变化大，故不宜用作前悬架。第12页/共36页6）多连杆 多连杆式悬架由 3 到 5 根杆件组合在一起来控制车轮位置变化的悬架。当前对性能要求较高的汽车，尤其是高档轿车开始越来越多地使用4连杆式悬架系统和5连杆式悬架系统。独立悬架中多采用螺旋弹簧，因而对于侧向力，垂直力以及纵向力需加设导向装置来承受和传递这些力。因而一些轿车上为减轻车重和简化结构采用多连杆悬架 多连杆悬架具有良好的操纵稳定性，可减小轮胎磨损。这种悬架减震器和螺旋弹簧不象麦弗逊悬架那样沿转向节转动。第13页/共36页复合纵臂式后支撑桥悬架 左右后轮之间用一根可扭转的的弹性梁连接，而使左右后轮介
12、于独立悬架的不直接相接和非独立的悬架的刚性连接之间，这种悬挂可看成是近似半独立悬架。这种结构仅可用于前置发动机前桥驱动轿车的后悬架。第14页/共36页复合纵臂式后支撑桥的优点有：1）结构简单，与纵臂式悬架相比，增加的可扭转横梁承受了所有的垂向力和侧向力所产生的力矩；2）易于拆卸；3）几乎不占用垂向和横向空间；4）悬挂质量小；5）可扭转横梁可起部分或全部横向稳定杆的作用；6）车轮跳动时，轮距、车轮的前束和外倾角保持不变。缺点：1）侧向力作用下趋于过多转向；2）可扭转横梁受力复杂，再加之不可避免的采用焊接结构，影响横梁的强度和寿命。第15页/共36页 3、独立悬架综合评价（1）侧倾中心高度 汽车在
13、侧向力作用下车身在通过左、右车轮中心的横向垂直平面内发生侧顿时，相对于地面的瞬时转动中心称之为侧倾中心，侧倾中心到地面的距离称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。(2)车轮定位参数的变化 车轮相对车身上下跳动时，主销内倾角、主销后倾角、车轮外倾角及车轮前束等定位参数会发生变化，若主销后倾角变化大，容易使转向轮产生摆振：若车轮外倾角变化大，会影响汽车直线行驶稳定性，同时也会影响轮距的变化和轮胎的磨损速度。(3)悬架侧倾角刚度 当汽车作稳态圆周行驶时，在侧向力作用下，车厢绕
14、侧倾轴线转动并特此转动角度称之为车厢侧倾角。车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。(4)横向刚度 悬架的横向刚度影响操纵稳定性，若用于转向袖上的悬架横向刚度小，则容易造成转向轮发生摆振现象。（5）、空间尺寸不同形式的悬架占用的空间尺寸不同，占用横向尺寸大的悬架影响发动机的布置和从车上拆装发动机的困难程度；占用高度空间小的悬架，则允许行李箱宽敞，而且底部平整、布置油箱容易。因此，悬架占用的空间尺寸也用来作为评价指标之一。下表列出了不同形式悬架的特点。第16页/共36页第17页/共36页b 按照弹性元件的种类，钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空
15、气悬架以及油气悬架等。c 按照作用原理，被动悬架、主动悬架和介于二者之间的半主动悬架。第18页/共36页车轮轮胎总成转向节上摆臂总成减振器带螺旋弹簧总成控制臂总成下摆臂总成转向机总成传动轴总成连车身连转向管柱连变速器连车身横向稳定杆连车身横梁总成（为表示内部结构，变为透明色）C级前悬架的结构前悬架由上摆臂总成、下摆臂总成、控制臂总成、减震器带弹簧总成、横向稳定杆、轮边总成组成，近似看成可以控制运动速度的四连杆机构。（如下简图）前悬架同时具有转向的功能，通过转向拉杆向左或向右的运动，推动车轮绕主销向左或向右的转动，实现转向功能。连车身连横梁总成弹性、减振阻尼元件第19页/共36页连车身连车身连车
16、身车轮轮胎总成转向节上摆臂总成减振器带螺旋弹簧总成后上横臂总成下摆臂总成横向稳定杆横梁总成（为表示内部结构，变为透明色）后拉杆总成C级后悬架的结构后悬架由上摆臂总成、下摆臂总成、后上横臂总成、后拉杆总成、减震器带弹簧总成、横向稳定杆、轮边总成组成，近似看成可以控制运动速度的四连杆机构。（如下简图）相对于前悬架，后悬架的后上横臂总成的安装位置进行变化，同时增加后拉杆总成，使后车轮只能进行上下跳动，不可以象前轮一样转向。但是在高速转向时由于车身侧倾，使后悬架左右压缩量不同，会使两个车轮同时向左（向左转向时）或向右（向右转向时）偏转一定的角度，这就是这种悬架产生的“随动转向”。它的优点会在后面进行说
17、明。高速转弯时，后悬架会产生“随动转向”，由于这一辅助转向相当于减小前轮的转向角，使整车减少过度转向的趋势，避免进入危险行驶状况连车身连横梁总成弹性、减振阻尼元件第20页/共36页3.悬架与汽车性能的关系 影响汽车行驶平顺性 对舒适性和健康的影响 影响操纵稳定性（稳态、直线行驶、瞬态转向特性）悬架参数通过影响转向时车轮载荷转移、车轮跳动或车身侧倾时车轮定位角的变化以及悬架与转向杆系的运动干涉和整体桥的轴转向等方向影响 影响纵向稳定性 汽车在制动或加速行驶时，出于惯性力的作用会造成轴荷转移，并伴随前、后悬架的变形，表现为制动时的“点头抬尾”和驱动加速时的“仰头垂尾”。第21页/共36页悬架与汽车
18、操纵稳定性 汽车的侧倾 车身侧倾轴线车身相对地面转动时的瞬时轴线称为车身侧倾轴线。该轴线通过车身在前、后轴处横断面上的瞬时转动中心，这两个瞬时中心称为侧倾中心。侧倾中心到地面的距离称为侧倾中心高度。侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧向力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。悬架的侧倾角刚度悬架的侧倾角刚度是指侧倾时(车轮保持在地面上)，单位车身转角时，悬架系统给车身总的弹性恢复力偶矩。车身的侧倾角 车身在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角为车身侧倾角。车身侧倾角是和汽车操纵稳定性及平顺性有关的一个重要参数。侧倾角的数值影响到汽车的
19、横摆角速度稳态响应和横摆角速度瞬态响应。侧倾角本身也是评定汽车操纵稳定性一个重要指标。侧倾角过大使驾驶员感到不稳定、不安全，乘客感到不舒适；侧倾角过小，悬架的侧倾角刚度大汽车一侧车轮遇到凸起或凹坑时，车身内会感受到冲击，平顺性较差。第22页/共36页汽车后桥按功能分：驱动桥和非驱动桥驱动桥基本功能：增大由传动轴或直接由变速器传来的扭矩，将扭矩分配给左、右车轮，并 使左右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时还要承受作用于路面和车 架或车厢之间的铅垂力、纵向力和横向力。驱动桥包括：主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置及桥壳等部件。驱动桥的分类：按工作特性分：非断开式驱动桥、断开式 驱动
20、桥 （取决于悬挂的形式）主要区别：断开式驱动桥没有连接左右车轮的整体式外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动。第23页/共36页1）主减速器 功能：主减速器用来改变转矩的的转矩的传递方向。（因为绝大多数的发动机在汽车上是纵向布置的）在于当变速箱处于最高档位时，使汽车有足够的牵引力、适当的最高车速和良好的燃料经 济性。（变速箱的作用是：选择适当的档位数及各档传动比，以使发动机的转矩 转速 特性能适应汽车在各种行驶阻力下对动力性和经济性的要求）减速器的减速形式：单级减速：一般用在主减速比7.6的各种中小型汽车上（轿车一般34.5）采用一对螺旋锥齿轮或双曲面齿轮或涡轮传动的
21、。a.组合式桥壳的单级主减速器：主从动齿轮都直接在与桥壳铸成一体的主减速器壳上；结构简单、支撑刚度大、质量小、造价低，缺点是装配调整困难；b.对分式桥壳的主减速器：由一个纵向结合面将其分为左、右两半壳，在结合面处用螺 栓连接成一体；支撑刚度大，但维修、保养不便，已很少采用；c.整体式（琵琶式）桥壳的单级主减速器：减壳和桥壳是分开的，主减和差速器的全部 零件装在减壳上，作为总成总成装在桥壳上。第24页/共36页第25页/共36页双级减速：由两级齿轮减速组成，速比一般在7.6i012 一般采用螺旋锥齿轮或双曲面齿轮作为一级减速，斜齿轮、圆柱齿轮或行星齿轮作为二级减速 a.纵向水平布置 b.垂向布置
22、的 c.斜向布置第26页/共36页双速主减速器 用于使用条件差异较大的重型载货汽车上单级贯通式主减速器 用于多桥驱动的贯通桥上双级贯通式主减速器单级或双级附轮边减速器 大型的工程用车或军事用牵引车重要的参数;速比确定、载荷确定、齿轮的选择、齿轮强度和几何尺寸计算、齿轮的材料和热处理、主减轴承的确定、主减的润滑第27页/共36页2）差速器 由于汽车行驶时左右车轮在同一时间内所滚过的行程往往是有差别的，而导致左右车轮的转速不同，为了消除这一运动学上的不协调以及由此产生的弊端，满足汽车行驶运动学的要求而增加的。差速器的结构形式第28页/共36页3)传动装置 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其
23、功能是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节，在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来，在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。半轴的形式：（根据外端支撑形式和受力情况不同）半浮式：以靠近外端的轴颈直接支撑在置于桥壳外端内孔中的轴承上，而端部则以具有锥 面的轴颈及键与车轮轮毂相固定。浮式：半轴外端仅有一个轴承并安装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支撑着车轮轮毂，而半轴则以其端部与轮毂相固定；全浮式：外端与轮毂相连，而轮毂又由一对轴承
24、支撑于桥壳的半轴套管上。第29页/共36页半浮式半浮式半浮式半浮式第30页/共36页3/43/43/43/4浮式浮式浮式浮式第31页/共36页全浮式全浮式全浮式全浮式第32页/共36页4）驱动桥桥壳是汽车上的主要零部件之一，非断开式驱动桥的桥壳起着支撑汽车荷重的作用，并将栽荷传递给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力和垂直力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此桥壳既是承载件又是传力件，同时它又是主减、差速器及驱动车轮传动装置的外壳。桥壳的结构形式：可分式桥壳 整个桥壳由一个垂直结合面分为左右两部分，每一个部分均由一个铸件壳体和一个压入 其外端的半轴套管组成，半轴套管与壳体用铆钉连接。整体式桥壳 a)铸造整体式桥壳 b)钢板冲压焊接式 c）钢管扩张成形式 组合式桥壳第33页/共36页第34页/共36页第35页/共36页感谢您的观看。第36页/共36页