悬架系统结构与原理Word文档格式.docx
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四、小结：
（10min）
五、分组实操：
（90min）
六、作业
七、教学后记
一、组织教学10min
1、清点人数
2、查清迟到、缺勤同学原因
二、引入课题10min
提问：
汽车常用轮胎有哪些品牌？
三、教学过程150min
一、悬架的概述
由复习提问汽车行使系的组成结构导入本讲内容：
·
导入：
悬架是保证汽车正常、平稳地行使的必要装置。
重点介绍：
要求学生理解掌握悬架的结构组成
1．悬架的功用：
连接车桥和车架；
传递二者之间的各种作用力和力矩；
抑制并减小由于路面不平而引起的振动，保持车身和车轮之间正确的运动关系，保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性（缓冲、减振、导向及稳定）
2．悬架的结构组成
悬架一般由弹性元件、导向装置和减振器等组成
1）弹性元件的作用是承受和传递垂直载荷，缓冲并抑制不平路面所引起的冲击
2）减振器用以加快振动的衰减，使车身和车轮的振动得以控制
3）导向装置是用来传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮有正确的运动关系
4）横向稳定器是一种辅助弹性元件，以防止车身在不平路面上行驶或转向时发生
过大的横向倾斜
3．悬架的分类
悬架按导向装置的型式（汽车两侧车轮运动的相互关系）可分为两大类：
非独立悬架和独立悬架
要求学生理解掌握悬架的类型
1）非独立悬架
车轮安装在一根整体式车桥两端，车桥通过弹性元件与车架相连。
当一侧车轮跳动时，要影响另一侧车轮，也叫相关悬架
非独立悬架的特点：
结构简单，成本低，车轮上下跳动时定位参数变化小，在货车和一些大客车上普遍采用，部分轿车后悬架也有采用
2）独立悬架
独立悬架是每一侧车轮单独通过悬架与车桥相连，每个车轮能独立上下运动而无相互影响。
车桥是断开式
独立悬架车轮接地性好，行驶平顺性和操纵稳定性都优于非独立悬架，前轮定位角可以调节，在轿车上得到广泛应用。
二．弹性元件
１、弹性元件的特性：
对于一个物体施加作用力，发生变形，作用力消失后，物体恢复原来形状，称为弹性
弹簧在压缩时储存能量，恢复正常状态时，释放能量
２、弹性系数弹簧被压缩的程度和所施加的力成正比
·
K=w/a
K——弹簧的弹性系数（单位kg/mm）
W——施加的外力（单位kg）
a——弹簧的变形量（单位：
mm）
不同的弹簧，弹性系数不同
弹性系数大的为硬弹簧
弹性系数小的为软弹簧
弹性元件可分为：
钢板弹簧（一般载货汽车的非独立悬架广泛采用钢板弹簧）
螺旋弹簧
扭杆弹簧（大多数轿车的独立悬架应用螺旋弹簧和扭杆弹簧）
气体弹簧（而在重型载货汽车上气体弹簧得到广泛的应用）
橡胶弹簧等。
（橡胶弹簧多用在悬架的副簧和缓冲块）
（一）．钢板弹簧
钢板弹簧
要求学生理解掌握钢板弹簧的结构特点。
要求学生了解钢板弹簧端部的结构型式
简单讲解
（1）钢板分类：
根据组成片数的多少分：
多片钢板弹簧
单片钢板弹簧
少片钢板弹簧
（２）多片钢板弹簧
1）钢板弹簧的中部一般由u形螺栓与车桥刚性固定，其两端用钢板弹簧销铰接在车架的支架上。
2）为加强第一片卷耳，常将第二片末端也弯成卷耳，把第一片卷耳包住。
弹簧受压变形时为防止它们之间产生相对滑动，在第一片与第二片卷耳之间留有较大的空隙。
3）在车架加载弹簧变形时，钢板弹簧各片之间产生相对滑动进而产生摩擦，此时钢板弹簧本身具一定的减振作用。
如果钢板弹簧各片之间产生干摩擦时，轮胎所受到的冲击要直接传给车架，并直接使钢板弹簧各片磨损，故安装钢板弹簧时，应在各片之间涂上适量的石墨润滑剂。
４）多片钢板弹簧中间用中心螺栓连接。
中心螺栓到卷儿的距离相等称为对称式钢板弹簧，不相等称为非有对称式钢板弹簧
５）各个钢板用一个或多个钢板夹固定，防止钢板滑出或单独受力
６）钢板的长短影响软硬，影响舒适性
７）每个钢板的变曲度称为咬入度，整体变曲度成为拱度，刚片越短，咬入度越大
常见故障：
1）钢板弹簧某一片断裂会使车身前后或左右倾斜
2）钢板弹簧销，卷耳中心螺栓等磨损，也会造成车身倾斜或跑偏
（3）单片钢板弹簧
特点：
只有有片；
中间厚两边薄；
单片钢板弹簧可以纵向安装也可以横向安装
（4）、少片钢板弹簧
有两到三片边截面钢板做成，宽度不变，横截面尺寸沿长度方向变化
优点：
质量轻，弹性好
（二）螺旋弹簧
重点讲解
要求学生理解掌握螺旋弹簧的结构特点
简单介绍：
扭杆弹簧
要求学生理解掌握扭杆弹簧的结构特点
螺旋弹簧广泛地应用于前独立悬架。
螺旋弹簧与钢板弹簧相比滑，不忌泥污，所占纵向空间不大，弹簧质量小等优点。
螺旋弹簧本身没有减振作用，因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减振器。
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。
螺旋弹簧常用弹簧钢棒料卷制而成，可做成等螺距或变螺距的，前者刚度不变，后者刚度是可变的。
（三）扭杆弹簧
扭杆弹簧是一根具有扭转弹性的直线金属杆件。
其断面一般为圆形．少数为矩形或管形。
它的两端可以做成花键、方形、六角形或带干面的圆柱形等，以便将一端固定在车架上，另一端通过摆臂固定在车轮上。
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扭片组合而成，更为柔软。
扭杆弹簧的特点
1）扭杆是用铬钒合金弹簧钢制成，表面通常涂以沥青和防锈油漆或者包裹一层玻璃纤维布，以防碰撞，刮伤和腐蚀。
2）扭杆具有预扭应力，安装时左右扭杆预加扭转的方向都与扭杆安装在车上后承受工作载荷时扭转的方向相同，不能互换，为此，在左右扭杆上刻有不同标记。
3）扭杆本身的扭转刚度虽然是常数，但采用扭杆的悬架刚度却是可变的。
4）扭杆弹簧与钢板弹簧相比较，具有质量小，不需润滑的优点
（四）油气弹簧
利用与其他形式的弹簧元件之间的对比简单介绍：
油气弹簧
要求学生了解油气弹簧的结构特点
对比各类气体弹簧分析其结构特点
简单介绍
橡胶弹簧
要求学生了解橡胶弹簧的结构特点
1．气体弹簧原理：
气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体，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，容器内的定量气体气压升高，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，故它具有较理想的弹性特性。
结构特点：
油气弹簧都同螺旋弹簧一样，只能承受轴向载荷，因此油气弹簧悬架中必须设置纵向和横向推力杆等导向机构，同时还必须设有减振器。
油气弹簧原理：
油气弹簧在密闭的容器中充入压缩气体和油液，利用气体的可压缩性实现弹簧作用的装置称油气弹簧。
油气弹簧以惰性气体（氮气）作为弹性介质，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的。
由于氮气贮存在密闭的球形气室内，其压力随外载荷的大小而变化，故油气弹簧具有变刚度的特性，同时又起液力减振器的作用。
类型：
根据结构的不同，油气弹簧分为单气室、双气室以及两级压力式。
单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气不分隔式两种。
（五）、橡胶弹簧
橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来缓和冲击、减小振动的。
它可以承受压缩载荷与扭转载荷。
橡胶弹簧的优点是：
单位质量的储能量较金属弹簧多，隔音性能好，多用在悬架的副簧和缓冲块。
三、减振器
要求学生了解减振器的功用、类型和对其的要求。
要求学生理解掌握双向作用筒式减震器的结构组成及其工作原理
1、减振器的功用
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都装有减振器。
减振器和弹性元件是并联安装的
2、对减振器的要求
减振器的阻尼力愈大，振动消除得愈快，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这一矛盾，对减振器提出如下要求：
1）在悬架压缩行程（车桥与车架相互移近的行程）内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，以缓和冲击；
2）在悬架伸张行程（车桥与车架相对远离的行程）内，减振器的阻尼力应大，以求迅速减振；
3）当车桥（或车轮）与车架的相对速度过大时，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，以避免承受过大的冲击载荷
3、减振器的类型
悬架广泛采用液力减振器，原理是利用液体流动的阻力来消耗振动的能量
在压缩和伸张两行程内均能起减振作用的减振器称为双向作用式减振器
另有一种减振器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。
二、双向作用筒式减振器
（二）、双向作用筒式减振器
利用图示、多媒体动画来重点讲解双向作用筒式减震器的结构组成及其工作原理
（1）结构：
一般具有四个阀，即压缩阀、伸张阀、流通阀和补偿阀。
1）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。
2）压缩阀和伸张阀是卸载阀，其弹簧较强，预紧力较大，只有当油压增高到一定程度时，阀才能开启：
而当油压减低到一定程度时，阀即自行关闭
（2）工作原理
1）压缩行程
车身下降，减振器受压缩，活塞下移，工作缸下腔减小，上腔增大。
下腔油压高于上腔，油液压开流通阀进入上腔
活塞杆占去上腔部分容积，导致下腔油液不能全部流入上腔，多余的油液从压缩阀进入贮油缸筒
这些阀的流通面积不大，造成一定阻尼力
2）伸张行程
车身上升，活塞上移，使上腔容积减小，下腔容积增大，上腔油压高于下腔，油液推开伸张阀流入下腔
由于活塞杆的存在，使下腔产生一定的真空度，贮油筒内的油液在真空吸力的作用下打开补偿阀流入下腔。
油液流经这些阀时，产生了阻尼力
伸张阀弹簧刚度和预紧力比压缩阀的大，伸张行程油液的流通面积也比压缩行程小，减振器在伸张行程所产生的最大阻尼力远远大于压缩行程的最大阻尼力
压缩行程是弹性元件起主要作用；
伸张行程是减振器起主要作用
四、独立悬架
利用与非独立悬架的结构组成及其工作特性之间的对比分析
要求学生理解掌握独立悬架的结构组成及其工作特性
要求学生了解横臂式独立悬架结构特点
１、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。
与非独立悬架相反，独立悬架很少用钢板弹簧作为弹性元件，而多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧作为弹性元件，因而具有导向机构。
２、独立悬架具有的优点
①悬架弹性元件的变形在一定的范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样可减少车架和车身在不平道路上行驶时的振动，而且有助于消除转向轮不断偏摆的现象。
②减轻了汽车上非簧载质量，从而减小了悬架所受到的冲击载荷，可以提高汽车的平均行驶速度。
③由于采用断开式车桥，发动机位置可降低和前移并使汽车重心下降，有利于提高汽车行驶的稳定性。
同时能给予车轮较大的上下运动空间，悬架刚度可设计得较小，使车身振动频率降低，以改善行驶平顺性。
④可保证汽车在不平道路上行驶时，车轮与路面有良好的接触，增大了驱动力。
⑤具有特殊要求的某些越野汽车采用独立悬架后，可增大汽车的离地间隙，提高了汽车的通过性能。
３、独立悬架的类型
独立悬架按车轮的运动形式可分为三种类型：
横臂式独立悬架
纵臂式独立悬架烛式
麦弗逊式悬架
（一）横臂式独立悬架
车轮在汽车横向平面内摆动的悬架。
横臂式独立悬架分为
单横臂式独立悬架
双横臂式独立悬架两种、单横臂式独立悬架
利用与单横臂式独立悬架的结构组成及其工作特性之间的对比分析
要求学生了解双横臂式独立悬架的结构组成及其工作特性
要求学生熟悉横臂式独立悬架主要部件的结构、分类、作用等
1）结构
后桥半轴套管断开，主减速器的左侧有一个单铰链，半轴可绕其摆动
在主减速器上面安装着可调节车身水平位置的油气弹性元件，它和螺旋弹簧一起承受并传递垂直力。
2）单横臂式独立悬架的特点
采用单横臂式独立悬架的车轮上下运动时，车轮平面将产生倾斜而改变轮距的大小；
破坏轮胎与地面的附着力
并使主销内倾角及车轮外倾角均发生较大变化。
造成轮胎磨损严重
轮距变化使轮胎产生横向滑移，破坏轮胎与地面的附着
很少在转向轮中采用。
２、双横臂式独立悬架
悬架的两个横臂长度可以相等，也可以不等。
1）等臂长的双横臂式独立悬架在车轮上下跳动时，虽然车轮平面不发生倾斜，却会使轮距发生较大的变化。
这将使车轮产生横向滑移。
2）不等臂长的双横臂式独立悬架
不等臂长的双横臂式独立悬架若两臂长度选择合适，则可以使主销角度与轮距的变化均不过大
（二）、横臂式独立悬架主要部件
1、横臂
包括上控制臂和下控制臂，
作用是定位，确定悬架系统和其他元件相对于汽车的位置。
连接方式：
内端通过衬套连接在车架上，外端通过转向节连在车轮转向节上
2、球节
分类：
１）承载式球节
作用：
支承汽车重量
压缩承载球节：
承受压在球销顶部的载荷
拉伸承载球节：
承受拉力载荷
２）非承载式球节。
用于横臂长度不等的双横臂式独立悬架的上球节。
非承载式球节的任何部位不允许有间隙
3、衬套：
保证悬架系统各枢轴工作良好，润滑点数少
·
减少道路冲击，减少噪声
过渡磨损，有异响。
（三）纵臂式独立悬架
利用与横臂式独立悬架的结构组成及其工作特性之间的对比分析
要求学生了解纵臂式独立悬架的结构组成及其工作特性
１、定义：
车轮在汽车纵向平面内摆动的悬架
２、分类：
单纵臂式独立悬架
双纵臂式独立悬架
（1）单纵臂式独立悬架
单纵臂式独立悬架在车轮上下运动时，主销后倾角会产生很大变化
一般不用在前悬架中。
当车轮跳动时，纵臂以套管的轴线为中心摆动，使扭杆弹簧产生扭转变形，以缓和不平路面产生的冲击。
（2）双纵臂式独立悬架
悬架的两个纵臂长度一般做成相等，形成平行四连杆机构。
这样可使车轮上下运动时，主销后倾角不变，因而这种型式的悬架适用于转向轮。
双纵臂扭杆弹簧式前独立悬架的两根纵臂的后端与转向节铰接，前端则通过各自的摆臂轴支承在车架横梁内部。
摆臂轴与纵臂刚性地连接，扭杆弹簧外端插入摆臂轴的矩形孔内，中部用螺钉使之与管形横梁相固定。
这种悬架两侧车轮共用两根扭杆弹簧。
（四）单斜壁式独立悬架
1、特点车轮上下跳动时，摆臂的摆动轴线与车轴的轴线斜交叉，所以称为是单斜臂式
摆臂摆动轴线与车轴轴线有不同的夹角，使这种悬架接近于单横臂式或但纵臂式独立悬架，即兼有这两种独立悬架的特点
2、广州标志505X/GL叉形结构的斜摆臂通过叉端的两个销轴与车身上的横梁交接。
当车轮上下跳动时，摆臂绕两个销轴轴线摆动，该轴与车轮轴线斜交叉
（五）、车轮沿主销移动的独立悬架
（1）烛式独立悬架
（2）麦弗逊式独立悬架
烛式和麦弗逊式悬架：
车轮沿主销移动的悬架
１）烛式独立悬架
车轮沿固定不动的主销轴线移动
２）烛式独立悬架的结构特点
烛式独立悬架主销刚性地固定在车架上，转向轮、转向节则装在套筒上。
悬架的主销定位角不变化，使汽车转向操纵及行驶稳定性较好。
侧向力全部由套在主销上的套筒和主销承受，套筒与主销之间的摩擦阻力大，磨损严重。
要求学生重点掌握麦弗逊式悬架结构组成及其工作特性
要求学生重点掌握多连杆悬架结构组成及其工作特性
２、麦弗逊式独立悬架
车轮沿摆动的主销轴线移动的。
1）麦弗逊式悬架的结构
麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、三角形下摆臂组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆。
主要结构简单的来说就是螺旋弹簧套在减震器上组成，减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并可以用减震器的行程长短及松紧，来设定悬挂的软硬及性能。
麦弗逊式悬挂结构简单所以它轻量、响应速度快。
并且在一个下摇臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角，让其能在过弯时自适应路面，让轮胎的接地面积最大化，虽然麦弗逊式悬架并不是技术含量很高的悬架结构，但麦弗逊式悬挂在行车舒适性上的表现还是令人满意，不过由于其构造为直筒式，对左右方向的冲击缺乏阻挡力，抗刹车点头作用较差，悬挂刚度较弱，稳定性差，转弯侧倾明显。
2）应用：
广州本田飞度、东风标致307、一汽丰田卡罗拉、上海通用君越、一汽大众迈腾等前悬挂均采用了麦弗逊式独立悬挂。
3）特点：
主要优点：
结构简单、占用空间小、响应较快、制造成本低。
主要缺点：
横向刚度小、稳定性不佳、转弯侧倾较大。
（六）多连杆悬架
1结构：
悬架实际上是由连杆，减震器和减震弹簧组成的。
多连杆悬挂，顾名思义，就是他的连杆比一般悬架要多些，按惯例，中前悬挂一般为3连杆或4连杆式独立悬挂；
后悬挂则一般为4连杆或5连杆式后悬挂系统，其中5连杆式后悬挂应用较为广泛。
2作用:
不仅可以保证拥有一定的舒适性，而且由于连杆较多，可以使车轮和地面尽最大可能保持垂直，尽最大可能减小车身的倾斜。
最大可能维持轮胎的贴地性。
3特点：
多连杆悬挂结构想对复杂，材料成本、研发实验成本以及制造成本远高于其它类型的的悬挂、而且其占用空间大，中小型车出于成本和空间考虑极少使用这种悬挂。
但多连杆式悬挂舒适性能是所有悬挂中最好的，操控性能也和双叉臂式悬挂难分伯仲，高档轿车由于空间充裕、且注重舒适性能何操控稳定性，所以大多使用多连杆悬，可以说多连杆悬挂是高档轿车的绝佳搭档。
要求学生重点掌握双叉臂悬架结构组成及其工作特性
4应用：
北京奔驰E级轿车、华晨宝马的3系及5系轿车、一汽大众奥迪A4及A6L；
采用多连杆前悬挂的车型有上海大众的帕萨特领域；
采用多连杆后悬挂的有长安福特福克斯、一汽大众速腾、广州本田雅阁、上海通用君越、一汽丰田皇冠及锐志、一汽马自达6、东南汽车三菱戈蓝等。
（七）双叉臂悬架
『大众途锐的双叉臂悬挂结构图』
双叉臂式悬挂又称双A臂式独立悬挂，双叉臂悬挂拥有上下两个叉臂，横向力由两个叉臂同时吸收，支柱只承载车身重量，因此横向刚度大。
双叉臂式悬挂的上下两个A字形叉臂可以精确的定位前轮的各种参数，前轮转弯时，上下两个叉臂能同时吸收轮胎所受的横向力，加上两叉臂的横向刚度较大，所以转弯的侧倾较小。
双叉臂式悬挂通常采用上下不等长叉臂（上短下长），让车轮在上下运动时能自动改变外倾角并且减小轮距变化减小轮胎磨损，并且能自适应路面，轮胎接地面积大，贴地性好。
相比麦弗逊式悬挂双叉臂多了一个上摇臂，不仅需要占用较大的空间，而且其定位参数较难确定，因此小型轿车的前桥出于空间和成本考虑一般不会采用此种悬挂。
但其具有侧倾小，可调参数多、轮胎接地面积大、抓地性能优异，因此绝大部分纯正血统的跑车的前悬挂均选用双叉臂式悬挂，可以说双叉臂式悬挂是为运动而生的悬挂，法拉利、玛莎拉蒂等超级跑车以及F1方程式赛车均采用了双叉臂式前悬挂。
国内采用双叉臂式前悬挂的轿车主要有一汽丰田皇冠和一汽丰田锐志，以及奥迪的豪华SUV。
横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好、路感清晰；
缺点：
制造成本高、悬架定位参数设定复杂。
适用车型：
运动型轿车、超级跑车以及高档SUV前后悬架。
四、分组实操90min
1、各组就分配的台架设备进行悬架系统的结构认识、工作原理分析与理解
五、小结10min
简单分析麦弗逊式及多连杆式悬架系统的特点
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