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汽车行驶系统.ppt.ppt

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汽车行驶系统.ppt.ppt

南昌大学机电学院,汽车行驶系统概述 车架和承载式车身 车桥 车轮与轮胎 悬架,第三篇 汽车行驶系统,南昌大学机电学院,1接受由发动机经传动系传来的转矩、并通过驱动轮与路面间的附着作用,产生路面对驱动轮的牵引力,以保证汽车正常行驶。 2支持全车(承受汽车的总质量),承受汽车所受外界力和力矩,保证汽车正常行驶; 主减速器驱动反力,使前部有向上抬起的趋势;制动时有向下俯倾的趋势;转弯、横坡侧向反力。 3应尽可能缓和不平路面对车身造成的冲击,并衰减其振动,保证汽车行驶平顺性。 4与汽车转向系协调地配合工作,实现汽车行驶方向的正确控制,以保证汽车操纵稳定性。,第十九章 概 述,一、行驶系的功用,汽车行驶系统的功用是支持全车并保证车辆正常行驶,基本的功能,南昌大学机电学院,汽车行驶系的基本组成和结构形式,在很大程度上取决于汽车经常行驶路面的性质。 绝大多数汽车行驶在比较坚实的道路上,其行驶系中直接与路面接触的部分是车轮,因而称这种行驶系为轮式行驶系,这样的汽车便是轮式汽车。 汽车行驶系的结构形式除轮式以外,还有半履带式、全履带式、车轮-履带式等几种。 本篇按上述组成阐述其构造和工作原理。,二、行驶系的组成,南昌大学机电学院,二、行驶系的组成,1-车架,2-后悬架 3-驱动桥 4-后轮 5-前轮 6-从动桥 7-前悬架,轮式汽车行驶系一般由车架、车桥、车轮和悬架等组成。,轮式车辆行轮驶系,,车架,车桥,车轮,悬架,承重。 变驱动力矩为驱动力、车轮旋转为车辆移动 传递各项力和力矩。 缓和冲击、衰减振动。 与转向系配合实现行驶方向控制。 固定各部分总成,起骨架作用。,南昌大学机电学院,ne-发动机输出转速; Me-发动机输出扭矩; nt-驱动轮转速; Mt-驱动轮扭矩; F0-驱动轮对路面施加的圆周力; Ft-路面对驱动轮的驱动力; r-驱动力滚动半径;,Ft牵引力-由驱动力矩引起的地面对驱动轮的水平反作用力。 Fφ附着力-地面阻碍车轮打滑的最大水平反作用力。Fφ=Gφφ 汽车行驶条件∑F阻≤ Ft ≤Fφ ∑F阻≤ Ft汽车行驶第一条件(驱动条件或必要条件) Ft ≤Fφ汽车行驶第二条件(附着条件或充分条件),三、行驶系的受力情况,南昌大学机电学院,第二十章 车架和承载式车身,功用 支承车身,承受汽车载荷,固定汽车大部分部件和总成。如发动机、传动系、悬架、转向系、驾驶室、货箱和有关操纵机构。 现代许多轿车和大客车上没有车架,其车架的功能由轿车车身或大客车车身骨架承担,称其为承载式车身。 车架的结构形式首先应满足汽车总布置的要求; 车架还应具有足够的强度和适当的刚度。 为了提高整车的轻量化、要求车架质量尽可能小。 车架应布置得离地面近些,以使汽车重心位置降低。有利于提高汽车的行驶稳定性。 种类综合式,边梁式、中梁式。,南昌大学机电学院,20.1 边梁式车架,边梁式车架由位于左右两侧的两根纵梁和若干横梁构成,横梁和纵梁一般由16Mn合金钢板冲压而成,两者之间采用铆接或焊接连接。,1、边梁式车架的组成,南昌大学机电学院,2、车架纵(横)梁的剖面形状,,车架A箱型纵梁、管型横梁,横、纵梁间采用焊接连接,扭转刚度最大。 车架B槽型纵梁、管型横梁,横、纵梁间采用铆接连接,扭转刚度适中。 车架C槽型纵梁、工字型横梁,横、纵梁间采用铆接连接,扭转刚度最小。,当使用要求车架扭转刚度大时,可采用车架A,但相应要求悬架的弹性元件变形大,可以考虑使用螺旋弹簧作为弹性元件;对于以拉散装货为主,采用变形能力较小的钢板弹簧作弹性元件的汽车,应该采用车架C。,南昌大学机电学院,20.2 中梁式车架,1-连接桥 2-中央脊梁 3-分动器壳 4-驾驶室后部及货箱副梁前部托架 5-前悬架扭杆弹簧 6-前脊梁 7-发动机后部及驾驶室前托架 8-前桥壳 9-发动机前托架 10-连接货箱副梁的托梁、 11-中桥壳 12-后悬架的钢板弹簧 13-后桥壳 14-连接货箱副梁的托架,中梁式车架只有一根位于汽车中央的纵梁。纵梁断面为圆形或矩形,其上固定有横向的托架或连接梁,使车架成鱼骨状。,南昌大学机电学院,采用这种脊骨式车架的优点是 能使车轮有较大的运动空间,便于采用独立悬架,从而可提高汽车的越野性; 与同吨位货车相比,其车架较轻,减少了整车质量; 同时重心较低,因此行驶稳定性好; 车架的强度和刚度较大;脊梁还能起封闭传动轴的防尘套作用。 但这种车架的制造工艺复杂。精度要求高,为保养和修理造成诸多不便。,20.2 中梁式车架,南昌大学机电学院,20.3 综合式车架和承载式车身,如图所示车架的前部是边梁式,而后部是中梁式的。这种车架称为综合式车架,也称复合式车架 它同时具有中梁式和边梁式车架的特点。 该车架的边梁用以安装发动机,悬伸出来的支架可以固定车身。,南昌大学机电学院,20.3 综合式车架和承载式车身,部分轿车和一些大型客车取消了车架,而以车身兼起车架的作用,即将所有部件固定在车身上,所有的力也由车身来承受,这种车身称为承载式下身。 目前,大多数轿车都是采用承载式车身,轿车承载式车身,南昌大学机电学院,承载式车身由于无车架,可以减轻整车重量;可以使地板高度降低,使上、下车方便。但是。传动系和悬架的振动与噪声会直接传入车内,为此,应采取隔声和防振措施。,20.3 综合式车架和承载式车身,南昌大学机电学院,第二十一章 车桥和车轮,功用 传递车架与车轮之间的各个方向的作用力及其力矩 分类 (1)根据悬架结构不同 整体式、断开式; 当采用非独立 悬架时。车桥中部是刚性的实心或空心梁,这种车桥即为整体式车 桥;断开式车桥为活动关节式结构,与独立悬架配用。,21.1 车 桥,车桥也称车轴通过悬架和车架或承载式车身相连,它的两端安装车轮.,南昌大学机电学院,其中,转向桥和支持桥都属于从动桥。 一般汽车多以前桥为转向桥.而以后桥或中、后两桥为驱动桥。 有些现代轿车和越野汽车的前桥则为转向驱动桥, 驱动桥已在第十八章中介绍过,支持桥除不能转向外,其它功能、结构与转向桥相同。 因此,本节主要叙述整体式和断开式的转向桥、转向驱动桥及支持桥。,第二十一章 车桥和车轮,21.1 车 桥,(2)根据车轮作用转向桥、驱动桥、转向驱动桥、支持桥。,南昌大学机电学院,一、转向驱动桥,1、功用,驱动汽车行驶,并在转向时,引导车轮偏转,完成转向。,⑴.由于转向时转向车轮需要绕主销偏转一度.满足既转向又驱动的需要,半轴分成内半轴、外半轴两段,其间用等速或准等速万向节连接,主销也分成上下两段;,2、结构特点,⑵.转向节轴颈部分做成中空,以便外半轴穿过其中。,内、外半轴,,,主销,,,在许多轿车和全轮驱动的越野汽车上,前桥除作为转向桥外、还兼起驱动桥的作用,故称为转向驱动桥,同一般驱动桥一样,有主减速器和差速器。,南昌大学机电学院,3、结构,转向节轴颈,内半轴,外半轴,主销,万向节,转向节臂,东风EQ2080E型66汽车的前桥为与非独立悬架配合使用的转向驱动桥,其构造如图所示。内半轴1与外半轴9通过三销轴式等角速万向节3连接在起。当前桥驱动时。转矩由差速器、内半轴1、等角速万向节3、外半轴9以及凸缘盘10.传到车轮轮毂14上。 当通过转向节臂19推动转向节时,转向节便可绕主销转动而使前轮偏转。,南昌大学机电学院,二、转向车轮定位参数,转向桥在保证汽车转向功能的同时.应使转向轮有自动回正作用,以保证汽车稳定的直线行驶功能。 即当转向轮在偶遇外力作用发生偏转时,一旦作用的外力消失后.应能立即自动回到原来直线行驶的位置。 这种自动回正作用是由转向轮的定位参数保证的,也就是转向轮、主销和前轴之间的安装应具有一定的相对位置。,转向轮定位对转向轮的要求 具有良好的直线行驶的能力; 具有自动回正的作用; 操纵省力可靠; 轮胎磨损要小,南昌大学机电学院,这些转向轮的定位参数有主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前轮前束。,二、转向车轮定位参数,1、主销后倾[γ],功用转向轻便、行驶稳定、减少轮胎和机件的磨损等。 分类主销后倾、主销内倾、前轮外倾、前轮前束。,定义 从侧面观察,在汽车纵平面内,主销上部 向后倾斜,其轴线与横铅垂面的夹角称为 主销后倾角,南昌大学机电学院,主销后倾作用,主销后倾角γ,主销后倾角有使车轮自动回正的作用,保证方法 倾斜加工主销孔。 利用钢板弹簧安装确定 作用 保证汽车稳定的直线行驶 因为后倾形成拖距,当车轮偏转时,形成稳定力矩。一般γ角不超过23。 造成前轮摆转。,南昌大学机电学院,,定义从前方看,在汽车横平面内,主销上端向内倾斜,其轴线与纵铅垂面的夹角称为主销内倾角。,,2、主销内倾[β],保证方法 前轴设计中保证,倾斜加工主销孔,南昌大学机电学院,主销内倾角有使车轮自动回正的作用,车轮绕主销旋转180后的状态,主销内倾作用,汽车本身的重力就有使转向轮回复到原来中间位置的效果。,当转向轮在外力作用下由中间位置偏转一个角度为解释方便、图中画成180度即转到如双点划线所示位置时,车轮的最低点将陷入路面以下,但实际上车轮下边缘不可能陷入路面以下,而是将转向车轮连同整个汽车前部向上抬起一个相应的高度。这样, 汽车本身的重力有使转向轮回到原来中间位置的效应。,主销内倾角有使车轮自动回正的作用,南昌大学机电学院,此外,主销的内倾还使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离c减小,从而可减少转向时驾驶员加在转向盘上的力,使转向操纵轻便.同时也可减小从转向轮传到转向盘上的冲击力。 但c值也不宜过小,即内倾角不宜过大.否则在转向时车轮绕主销偏转的过程中,轮胎与路面间将产生较大的滑动.从而增加轮胎与路面间的摩擦阻力。这不仅使转向变得沉重,且加速轮胎的磨损。 因此,一般内倾角不大于8度。,主销内倾作用,南昌大学机电学院,,定义 从前方看,在汽车横平面内,前轮上端向外倾斜,其车轮平面与纵 铅垂面之间的夹角α,称为前轮外倾角。,,保证方法设计时转向节轴轴线与水平面成α角。,3、前轮外倾[α],南昌大学机电学院,如果空车时车轮的安装正好垂直于路面,则满载时,车桥将因承载变形,而可能出现车轮内倾,这将加速汽车轮胎的偏磨损。另外. 路面对车轮的垂直反作用力沿轮毂的轴向分力将使轮毂压向轮毂外端的小轴承.加重外端小轴承及轮毂紧固螺母的负荷,降低它们的使用寿命。,前轮外倾作用,因此,为了使轮胎磨损均匀和减轻轮毂外轴承的负荷,安装车轮时应预先使车轮有一定的外倾角,以防止车轮内倾。 同时,车轮外倾角也可以与拱形路面相适应。 外倾角也不宜过大,否则会使轮胎产生偏磨损。,当车空载时,轮胎外缘与路面接触,当车载货时,在车重的作用下车轮垂直于路面,使轮胎能够均匀磨损。,南昌大学机电学院,4、前轮前束[δ],定义 表示汽车两前轮前端比后端窄的程度。即δB-A,,保证方法 改变转向梯形机构横拉杆的长度。,南昌大学机电学院,车轮前束作用,消除汽车行驶过程中因前轮外倾而使两前轮向外滚开,造成车轮边滚边滑加速磨损的不良影响。,(A~B)称为前束值 一般前束值为0~12mm,调节横拉杆来调节车轮前束,南昌大学机电学院,三、转向桥,1、功用 利用转向节的摆动使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向,且承受一定的载荷。,2、组成 前轴、转向节、主销,前轴断面为“工”字形,以提高轴的抗弯强度;两端加粗的拳部有通孔(主销插入此孔内)。,南昌大学机电学院,转向桥,CA10B转向器 1-转向节臂 2-主销 3-止推轴承 4-转向桥 5-止动销 6-调整垫片7-转向节 8-羊角轴 9-轴承 10-灰盖 11-锁止螺钉 12-调整垫片13-轮毂 14-制动蹄 15制动鼓,前轴(或前梁)断面为工字形(拳部为矩形),且其中间低。主销置前轴拳部孔内,设有止动销。转向节与前轴制成一体,它的上、下耳部与主销绞链,其运动由转向节臂控制。轮毂经两轴承支于前轮轴上,设有调整装置,南昌大学机电学院,3、转向桥的结构,1、制动鼓 2、轮毂 3、4、轮毂轴承 5、转向节臂 6、油封 7、衬套 8、主销 9、滚子止椎轴承 10、前轴,与非独立悬架匹配的整体式转向车桥,南昌大学机电学院,与独立悬架匹配的断开式转向桥,,南昌大学机电学院,转向节结构,,南昌大学机电学院,南昌大学机电学院,21.2 车轮与轮胎,作用,支承整车;缓和由路面传来的冲击;通过轮胎与路面间存在的附着作用产生驱动力和制动力;使汽车保持直线行驶方向;承担越障提高通过性的作用等。,一、车轮,车轮是介于轮胎和车轴之间承受负荷的旋转组件,它由轮毂、轮辋以及这两元件间的连接部分(称轮辐)所组成。,轮毂 轮辋 轮辐,轮毂,轮辋,轮辐,南昌大学机电学院,1、车轮类型,⑴.辐板式车轮,辐板将轮毂和轮辋连接成为一体。,按照轮辐的构造,车轮有两种主要型式辐板式和辐条式。,辐板式由挡圈,轮辋,辐板和气门嘴伸出口组成。,辐板式车轮是目前汽车上使用最多的车轮,南昌大学机电学院,辐条式轮辐是钢丝辐条或是和轮辋铸造成一体的铸造辐条;用于赛车和高级轿车。,⑵.辐条式车轮,辐条与轮毂铸成一体,轮辋用螺栓和特殊形状的衬块固定在辐条上。,南昌大学机电学院,2、轮辋类型,按其断面结构分深槽、平底、对开式轮辋。,⑴.深槽轮辋,结构简单、刚度大、重量较轻,对于小尺寸弹性较大的轮胎最适宜。多用于小轿车及轻型越野车上 。,用于轿车和轻型越野汽车,易安装小尺寸、弹性较大的轮胎。,南昌大学机电学院,⑵.平底轮辋,⑶.对开式轮辋,轮辋由内外两部分组成,靠螺体固紧在一起,内外两部分轮辋可以是等宽度,也可以是不等宽度。多在重型车上采用 。,挡圈是整体的,用开口弹性锁圈防止挡圈脱出。主要用于中、重型载货汽车,自卸汽车和大客车。,近年来,为了适应提高轮胎负荷能力的需要,开始采用宽轮辋。以提高轮胎的使用寿命,并改善汽车的通过性和行驶稳定性。,适用于较硬的轮胎,应用较多。,南昌大学机电学院,二、轮胎,现代汽车几乎都采用充气轮胎。轮胎安装在轮辋上,直接与路面接触,它的作用是 1和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击.并衰减由此而产生的振动,以保证汽车有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性; 2保证车轮和路面有良好的附着性,以提高汽车的牵引性、制动性和通过性。 3承受汽车的重力,并传递其它方向的力和力矩。 因此,轮胎必须有适宜的弹性和承受载荷的能力。同时。在其与路面直接接触的胎面部分,应具有用以增强附着作用的花纹。,南昌大学机电学院,二、轮胎,1、轮胎类型与结构,⑴、轮胎类型,①.按结构分,有内胎轮胎、无内胎轮胎。,②.按用途分,载荷汽车轮胎、轿车轮胎。,③.按帘线排列方向分,普通斜交胎、带束斜交胎、子午线胎。,④.按充气压力分,高压胎、低压胎、超低压胎。,南昌大学机电学院,⑵、轮胎结构,①.充气轮胎的组成,这种轮胎由内胎2、外胎1和垫带3组成。 内胎中充满着压缩空气; 外胎是用以保护内胎使其不受外来损害的强度高而富有弹性的外壳; 垫带放在内胎与轮辋之间,防止内胎被轮辋及外胎的胎圈擦伤和磨损。,南昌大学机电学院,②.普通斜交轮胎,帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉,且与胎中心线呈小于90度角排列的充气轮胎,称为普通斜交轮胎,南昌大学机电学院,外胎由胎面胎冠、帘布层、缓冲层及胎圈组成,帘布层是外胎的骨架,用以保持外胎的形状和尺寸,由成双数的多层挂胶布(帘布)用橡胶贴合而成,帘布的帘线与轮胎子午断面的交角(称为胎冠角)一般为52~54高速轿车5860,相邻层帘线相互交错排列,帘布层数越多,强度越大,但弹性降低 缓冲层位于胎面与帘布层之间,是用胶片和两层或数层挂胶稀帘布制成,故弹性较大,能缓和汽车在行驶时所受到的冲击,并防止汽车在紧急制动时胎面与帘布层脱离。,②.普通斜交轮胎,,,,,,帘布层,胎肩,胎侧,缓冲层,胎冠,,胎圈,,垫带,,内胎,南昌大学机电学院,②.普通斜交轮胎,胎面是外胎最外的一层,可分为胎冠、胎侧和胎肩三部分。 胎冠用耐磨的橡胶制成,它直接承受摩擦和全部载荷,能减轻帘布层所受冲击,并保护帘布层和内胎免受机械损伤。为使轮胎与地面有良好的附着性能.防止纵、横向滑穆等.在胎冠上钉着各种形状 的凹凸花纹。,,,,,,帘布层,胎肩,胎侧,缓冲层,胎冠,,胎圈,,垫带,,内胎,南昌大学机电学院,胎肩是较厚的胎冠与较薄的胎侧之间的过渡部分,一般也制有花纹,以利散热。 胎侧橡胶层较薄,用以保护帘布层侧壁免受潮湿和机械损伤。 胎面花纹可分为普通花纹、混合花纹、越野花纹(又分为有向花纹和无向花纹)。,②.普通斜交轮胎,优点噪声小,价格低。 缺点胎冠滑移大,滚动阻力大,油耗高,行驶稳定性差。,胎圈使外胎牢固地装在轮辋上,有很高的刚度和强度.由钢丝圈、帘布层包边和胎圈包布组成。,,,,,,帘布层,胎肩,胎侧,缓冲层,胎冠,,胎圈,,垫带,,内胎,南昌大学机电学院,③.子午线轮胎,子午线轮胎 胎体帘线层的排列基本上与胎冠中心线呈90度。帘线这种排列像地球子午线,故称为子午线轮胎。,南昌大学机电学院,③.子午线轮胎,子午线轮胎的结构特点 胎冠角β为0; 设有带束层,刚性好,强度高,抗经向拉伸 帘布层可为奇数,南昌大学机电学院,子午线轮胎胎体的帘线排列成辐射状,胎侧部柔软,斜线轮胎的帘线排列成斜线交叉,很难调整局部的强度,南昌大学机电学院,③.子午线轮胎,帘线与子午断面一致,其强度得到充分利用; 帘布层数少,轮胎重量轻,胎体柔软。,子午线轮胎优点,(1)接地面积大,附着性能好、胎面滑移小.滚动阻力小,使用寿命长。 (2)胎冠胎冠较厚且有坚硬的带束层.不易剌穿,行驶变形小,降低油耗3%-8%。 (3)帘布层少,胎侧薄,所以散热好。 (4)径向弹性大,缓冲性能好,负荷能力较大。 (5)在承受侧向力时,接地面积基本不变,所以在转向行驶和高速行驶时稳定性好。,南昌大学机电学院,子午线轮胎缺点胎侧薄,胎冠较厚,在胎冠与胎侧的过渡区易产生裂口; 侧面变形大,侧向稳定性较差; 吸振能力弱,胎面噪声大些; 制造技术要求高,成本也较高。,③.子午线轮胎,由于子午线轮胎明显优越于普通斜交胎,因此在轿车上已普遍采用,货车上也越来越多地采用了子午线轮胎, 如东风EQ1090E型、EQ2080E型、解放CAl091型、黄河JN1182型等载货汽车和越野汽车上的轮胎。均为子午线轮胎。,南昌大学机电学院,⑶、轮胎花纹,轮胎花纹对轮胎的性能影响很大。轮胎花纹主要有普通花纹、混合花纹和越野花纹等. 普通花纹的特点是花纹细而浅.花纹块接地面积大.因而耐磨性和附着性较好.适用于较好的硬路面。,纵向花纹轿车,货车都可选用。 横向花纹仅用于货车。,南昌大学机电学院,越野花纹的特点是凹部深而宽,在软路面上与地面的附着性好、越野能力强,适用于矿山、建筑工地以及其它一些松软路面上使用的越野汽车轮胎。 当安装人字形越野花纹轮胎时.驱动轮胎面花纹的尖端与旋转方向一致,以免花纹之间被泥土所填塞。 越野花纹轮胎不宜在较好硬路面上使用,否则行驶阻力加大并加速花纹的磨损。,越野花纹在软路面上与地面附着性好,越野能力强,适用于矿山、建筑工地,适于越野车轮胎。,南昌大学机电学院,混合花纹介于普通花纹和越野花纹之间,兼顾了两者的使用要求,⑶、轮胎花纹,混合花纹的特点介于普通花纹与越野花纹之间,兼顾了两者的使用要求。中部为菱形、纵向为锯齿形或烟斗形花纹,两边为横向越野花纹. 适用在城市、乡村之间的路面行驶的汽车轮胎。 现代货车驱动轮胎也多采用这种花纹。,南昌大学机电学院,拱形胎花纹和低压特种花纹有更宽的断面、更低的接地比压.附着性好,主要为软地面行驶的特种车辆采用。,南昌大学机电学院,2、轮胎规格标记,D轮胎外径; d轮胎内径; H轮胎断面高度; B轮胎断面宽度; H/B轮胎高宽百分比 (又称轮胎的扁平率),高压胎用DB表示,单位为英寸。“”表示高压胎。低压胎用B-d表示,“-”为低压胎。 如10.00R-20,表示轮胎断面宽度10in,轮辋直径20in的子午线轮胎。 “R”表示子午线胎。,充气轮胎尺寸代号如图所示,南昌大学机电学院,,22.1 概述,第二十二章 悬 架,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。,1、悬架的功用 1)连接车桥与车架; 2)传递二者之间的相互作用力; 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或承载式车身上; 3)减小振动,保证汽车的正常行驶。,南昌大学机电学院,2、悬架的组成 (1)弹性元件承受和传递垂直载荷,减小路面的冲击; 路面不平坦,作用于车轮上的垂直反力往往是冲击性的,能引起汽 车机件的早期损坏,使驾驶员感到极不舒适,或使货物受到损伤。为了缓和冲击,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,使车架或车身与车桥或车轮之间作弹性联接。,南昌大学机电学院,(2)减振器加快振动的衰减,限制车身和车轮的振动。 但弹性系统在受到冲击后,将产生振动,持续的振动易使乘员感到不舒适或疲劳,故悬架还应当具有减振作用.使振动迅速衰减振幅迅速减小)。为此,在许多结构形式的汽车悬架中都设有专门的减振器。,南昌大学机电学院,因此悬架中某些传力构件同时还承担着使车轮按一定轨迹相对于车架和车身跳动的任务.因而这些传力构件还起导向作用、故称导向机构。,(3)导向装置(纵向推力杆,横向推力杆)传递纵向力、侧向力及其力矩,并保证车轮相对于车身有正确的运动关系。,车轮相对于车架和车身跳动时.车轮特别是转向轮的运动轨迹应符合一定的要求.否则对汽车的某些行驶性能有不利的影响。,多数轿车和客车上为了防止车身在转向行驶等情况下发生过大的横向倾斜,在悬架中还设有辅助弹性元件-横向稳定器。,南昌大学机电学院,3、悬架的分类,⑴、非独立悬架,车桥做成断开的,每一侧车轮单独通过悬架与车架相连,每个车轮能独立上下跳动而互不影响。,左右车轮安装在一根整体车桥两端,车轮连同车桥则通过弹性悬架与车架相连。 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摆动.故称为非独立悬架。,车 桥,弹性元件,车 架,断开式车桥,⑵、独立悬架,a.非独立悬架 b. 独立悬架,南昌大学机电学院,由悬架刚度和悬架弹簧支承的质量簧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。 人体所习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率,约为1-1.6Hz。车身固有频率应当尽可能地处于或接近这频率范围。根据力学分析,如果将汽车看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量,则悬架系统的固有频率为,4、悬架系统的自然振动频率,g-重力加速度; f-悬架垂直变形(挠度) M-悬架簧载质量,KMg/f-悬架刚度,它指使车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离即使悬架产生单位垂直压缩变形所需要加于悬架上的垂直载荷,南昌大学机电学院,4、悬架系统的自然振动频率,一般货车固有频率是1.5~2Hz,旅行客车1.2~1.8Hz,高级轿车1~1.3Hz。人体所习惯的垂直振动频率约为1~1.6Hz。,悬架垂直载荷一定时,悬架刚度越小,悬架垂直变形就越大,固有频率就越低 。,当悬架刚度一定时,簧载质量越大,悬架垂直变形也愈大,而固有频率越低。 大货车空车时的固有频率要比满载时的高。为了使空载和满载固有频率保持一定或很小变化,需要把悬架刚度做成可变或可调的,KMg/f-悬架刚度,g-重力加速度; f-悬架垂直变形(挠度) M-悬架簧载质量,南昌大学机电学院,22.2 弹性元件,1、钢板弹簧,钢板弹簧是汽车悬架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。 钢板弹簧3的第一片最长的一片称为主片; 其两端弯成卷耳1,内装青铜或塑料、橡胶、粉末冶金制成的衬套,以便用弹簧销与固定在车架上的支架或吊耳作铰链连接。钢板弹簧的中部用U形螺栓固定在车桥上。 中心螺栓4用以联接各弹簧片,并保证装配时各片的相对位置。,南昌大学机电学院,22.2 弹性元件,作用既有弹性元件的作用,又可起到导向和减振作用。 结构如下图所示,钢板弹簧,套 管,螺 栓,螺 母,中心螺栓,卷 耳,弹簧夹,1、钢板弹簧,南昌大学机电学院,钢板弹簧与车架的连接,南昌大学机电学院,钢板弹簧的安装,非独立悬架,在弹簧片之间涂上较稠的润滑剂,可以减少磨损,在弹簧片之间夹入塑料垫片,可减少噪声。,弹簧片之间的摩擦力可起到衰减振动和导向的作用。,南昌大学机电学院,2、螺旋弹簧,加工 用弹簧钢棒料卷制而成。,无需润滑、抗污染、安装所需空间小、质量轻。,性能 螺旋弹簧本身没有减振作用,必须另加减振器; 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。,特点,螺旋弹簧广泛用于独立悬架。,螺旋弹簧和钢板弹簧比较,具有以下优点,南昌大学机电学院,螺旋弹簧悬架,弹簧套在减振器外边,节省了安装空间,空余的大量空间便于安装发动机。,南昌大学机电学院,扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的扭杆l,扭杆断面通常为圆形,少数为矩形和管形,其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带平面的圆柱形等等,以便一端固定在车架上.另一端固定在悬架的摆臂2上。摆臂则与车轮相连。,3、扭杆弹簧,南昌大学机电学院,3、扭杆弹簧,功用 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,借以保证车轮与车架的弹性连接。,摆 臂,扭 杆,南昌大学机电学院,扭杆弹簧的装配,摆 臂,扭 杆,将扭杆的固定端转过一个角度,则摆臂的初始位置将改变,可借此调节车身的高度。,特点,质量小,不需润滑,南昌大学机电学院,气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体气压为0.5-lMPa,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.弹簧内的气压下降,刚度减小。故它具有比较理想的变刚度特性。,气体弹簧,气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。空气弹簧又分囊式和膜式,南昌大学机电学院,4、空气弹簧,特点体积小、寿命长、弹簧刚性可变,囊式空气弹簧,膜式空气弹簧,南昌大学机电学院,5、油气弹簧,特点以空气和油液作为工作物质。,油气不分隔式,油气分隔式,南昌大学机电学院,22.3 减振器,1、功用 加速车架与车身振动的衰减,改善汽车行驶的平顺性,弹性元件,减振器,车 架,车桥,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。,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便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,使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,然后散到大气中。,汽车悬架系统中广泛采用液力减振器。,2、液力减振器的作用原理,南昌大学机电学院,3、性能要求,⑴、在悬架压缩行程内,减振器阻尼力应较小,以便充分利用弹性元件的弹性,缓和冲击。 ⑵、在悬架伸张行程,减振器阻尼力应大,以求迅速减振。 ⑶、在车桥与车架相对速度过大时,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,避免过大的冲击载荷。,4、分类 双向作用筒式减振器 单向作用筒式减振器(伸张行程),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,过大的阻尼力还可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矛盾,对减振器提出如下要求,南昌大学机电学院,5、双向作用筒式减振器,⑴、结构,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,,,双向作用筒式减振器一般都具有四个阀,即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。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,阀即自行关闭。,南昌大学机电学院,⑵、工作原理,压缩行程(车轮滚上凸起或滚出凹坑时,车轮靠近车架),减振器受压缩,减振器活塞下移。下腔容积减少,油压升高,油液打开流通阀,经过流通阀流入上腔。,由于上腔容积被活塞杆占去部分空间,上下腔总容积减小,所以有一部分油液打开压缩阀流入储油缸。,由于各阀门的节流作用,便造成对悬架压缩运动的阻力,使振动能量衰减。,南昌大学机电学院,伸张行程(车轮滚进凹坑或滚离凸起时,车轮相对车身移开,车轮下跳后,减振器受拉伸活塞上移),上腔容积减少,油压升高,油液推开伸张阀,流入下腔。,由于活塞杆退出一定空间,上下腔总容积增加,所以储油缸中油液推开补偿阀流入下腔补充。,由于各阀门的节流作用,便造成对悬架伸张运动的阻力,使振动能量衰减。,南昌大学机电学院,(3)、减振器工作过程,伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压 缩阀的大,而通道截面积总和又 更小,在同样油压作用下,伸张 行程产生阻尼力远大于压缩行程 的阻尼力。 伸张阀和压缩阀的节流阻力设计 成随活塞运动速度而变化,使油 压和阻尼力保持在一定限度以内 以保证压缩行程中弹性元件的缓 冲作用得到充分发挥,同时可使 伸张行程减振器及悬架系统的某 些零件不会因超载而损坏。,南昌大学机电学院,6、 新型减振器 充气式减振器,优点 1 采用浮动活塞而减少了一套阀门系统.使结构大为减化,零件数约减少15%。 2 内充有高压气体.能有效地减少车轮受到突然冲击时产生的高频振动,有助于消除噪声。 3在防尘罩直径相同的情况下,充气式减振器的工作缸筒和活塞直径比双筒式减振器大,能更可靠地保证产生足够的阻尼力。 4 高压气体和油气被浮动活塞隔开,消除了油的乳化现象。 缺点油封要求高;充气工艺复杂,不能修理。,高压氮气,浮动活塞,南昌大学机电学院,22.4、非独立悬架,非独立悬架结构简单,被广泛用于货车和客车的前后悬架。有的轿车的后悬架也采用非独立悬架。,1、纵置板簧式非独立悬架,钢板弹簧被用做非独立悬架的弹性元件,由于它兼起导向机构的作用,使得悬架系统大为简化。,应用货车的前、后悬架中,南昌大学机电学院,2、螺旋弹簧非独立悬架,因为螺旋弹簧作为弹性元件,只能承受垂直载荷,所以其悬架系统要加设导向机构和减振器。,应用一般用于轿车,南昌大学机电学院,3、空气弹簧非独立悬架,应用特点汽车在行驶时由于载荷和路面的变化,要求悬架刚度随着变化。 采用空气弹簧悬架时,容易实现车身高度的自动调节。在装有压气机的汽车上,一般用随载荷的不同而改变空气弹簧内的空气压力的方法来达到这个目的。 比如当空车时车身被抬高,满载时车身则被压得很低,会出现撞击缓冲块的情况。因而对于不同类型汽车提出不同的要求,矿山及大型客车要求 其空车与满载时的车身高度变化不大;对于轿车要求在好路上降低车身高度,提高车速行驶;在坏路上提高车身,可以增大通过能力。,压气机;2、7. 空气滤清器; 3. 车身高度控制阀;4. 控制杆; 5. 空气弹簧;6. 储气罐;8. 贮气筒; 9. 压力调节器;10. 油水分离器,南昌大学机电学院,22.5 独立悬架,随着汽车速度的不断提高,非独立悬架已不能满足行驶干顺性和操纵稳定性等方面的要求。因此,独立悬架获得了很大的发展。 独立悬架的结构特点是两侧的车轮各自独立地与车架或车身弹性连接.因而具有以下优点. 1在悬架弹性元件一定的变形范围内、两侧车轮可以单独运动而互不影响,这样在不平道路上可减少车架和车身的振动. 2减少了汽车的非簧载质量即不由弹簧支承的质量。 在道路条件和车速相同时,非簧载质量越小,则悬架所受到的冲击载荷也越小,故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度。 3采用断开式车桥,发动机总成的位置可以降低和前移,使汽车重心下降.提高了汽车行驶稳定性;同时给予车轮较大的上下运动的空间,因而可以将悬架刚度设计得较小,使车身振动频率降低,以改善行驶乎顺性。 缺点独立悬架结构复杂,制造成本高;保养维修不便; 在一般情况下,车轮跳动时,由于车轮外倾角与轮距变化较大,轮胎磨损较严重。,南昌大学机电学院,22.5 独立悬架,2、按弹性元件螺旋弹簧式,钢板弹簧式,扭杆弹簧式,气体弹簧式。,1、导向机构结构 横臂式; 纵臂式; 烛式; 滑柱连杆式; 单斜臂式;,分类,南昌大学机电学院,独立悬架的结构类型很多,主要可按车轮运动形式分成4类 1车轮在汽车横向平面内摆动的悬架横臂式独立悬架。 2车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架纵臂式独立悬架) 3车轮沿主销移动的悬架.其中包括烛式悬架c和麦弗逊式悬架d 4车轮在汽车的斜向平面内摆动的悬架单斜臂式独立悬架e,南昌大学机电学院,1、双横臂式(双叉式)独立悬架,应用 广泛应用在轿车前轮上,不等臂双横臂式独立悬架 上下两摆臂不等长,选择长度比例合适,如上臂比下臂短,当汽车车轮上下运动时,上臂比下臂运动弧度小,可使车轮和主销的角度及轮距变化不大。这将使轮胎上部轻微地内外移动,而底部影响很小。这种结构有利于减少轮胎磨损,提高汽车行驶平顺性和方向稳定性。,南昌大学机电学院,,结构 双横臂的臂有做成A字形或V字形,如图所示。V形臂的上下2个V形摆臂以一定的距离,分别安装在(转向节)车轮上,另一端安装在车架上。,南昌大学机电学院,结构,南昌大学机电学院,2、 纵臂式独立悬架,纵臂式独立足架有单纵臂和双纵臂两种,,南昌大学机电学院,1)单纵臂式,由于前、后自偏转弹性垫块的变形不同,使两后轮产生与两前轮转向相同的不太大的偏转角.从而减小了后轮的侧偏角,增强了不足转向特件。因此该车高速行驶的操纵稳定性更好。,南昌大学机电学院,2)双纵臂式,这种悬架的两个纵臂长度一般做成相等,形成平行四连杆机构。这样。在车轮上下跳动时,主销的后倾角保持不变.故这种形式的悬架适用于转向轮。,南昌大学机电学院,3、滑柱摆臂式独立悬架(又称麦弗逊式或支柱式),这种悬架将双横臂上臂去掉并以橡胶做支承,将减振器作为引导车轮跳动的滑柱,螺旋弹簧与其装于一体。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。,应用轿车中采用很多,南昌大学机电学院,4、斜置单臂式独立悬架,是单横臂和单纵臂独立悬架的折衷方案。其摆臂绕与汽车纵轴线具有一定交角的轴线摆动,选择合适的交角可以满足汽车操纵稳定性要求。,应用 适于做后悬架,南昌大学机电学院,5、 横向稳定器 为提高悬架的侧倾角刚度,减小横向倾斜,常在悬架中添设横向稳定器(杆),保证良好操纵稳定性。 当两则悬架变形相同时,横向稳定器不起作用。当两侧悬架变形不等时,车身相对路面横向倾斜时,车架一侧移近弹簧支座,而另一侧车架远离弹簧座,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。弹性的稳定杆产生扭转内力矩就阻碍悬架弹簧的变形,减少了车身的横向倾斜和横向角振动。,南昌大学机电学院,22.6 多轴汽车的平衡悬架,1.各车桥单独与车架刚性连接,1)一轮悬空(或负荷减小),可能使其他车桥过载; 2)不能全轮附着,最大牵引力减小,降低越野性; 3)若前轮悬空,汽车操纵能力大大降低,失去操纵性; 4)减振器性能差(轮胎弹性未充分发挥)。,若在不平道路上行驶,将带来不良后果,南昌大学机电学院,3.中后桥用平衡悬架与车架连接(三桥),

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