底盤講義之車架和懸架.doc

底盤講義之車架和懸架作者：佚名 來源： 發(fā)布時間：2010年03月25日 車架和懸架課題9.1 車架學(xué)習(xí)目標(biāo)鑒定標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議1. 了解車架的功用、類型、結(jié)構(gòu)2. 了解車架的檢修方法應(yīng)知：車架的功用、類型、結(jié)構(gòu)應(yīng)會：車架的檢修方法建議：采用實物、圖片、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式一、車架的功用和結(jié)構(gòu)1車架的功用車架俗稱“大梁”，它是汽車的裝配基體，汽車絕大多數(shù)的零部件、總成都要安裝在車架上。另外，車架不僅承受各零部件、總成的載荷，還要承受汽車行駛時來自路面各種復(fù)雜載荷的作用，如汽車加速、制動時的縱向力，汽車轉(zhuǎn)彎、側(cè)坡行駛時的側(cè)向力，不良路面?zhèn)鱽淼臎_擊等等。所以車架的功用可以概括為兩點，一是支承、連接汽車各零部件、總成；二是承受車內(nèi)、外各種載荷的作用。提示：從車架的功用可以看出，車架是一個形狀復(fù)雜、強度和剛度要求較高的剛性結(jié)構(gòu)。2車架的類型和構(gòu)造汽車上采用的車架有4種類型：邊梁式車架、中梁式車架、綜合式車架和無梁式車架。目前汽車上多采用邊梁式車架和無梁式車架。1) 邊梁式車架邊梁式車架如圖9-1所示，它有兩根縱梁和若干根橫梁構(gòu)成。縱梁和橫梁之間通過鉚接或焊接的方法連接起來。這種車架結(jié)構(gòu)簡單、便于整車的布置，所以在各種類型的汽車上都廣泛應(yīng)用。圖9-1 邊梁式車架1保險杠 2掛鉤 3前橫梁 4發(fā)動機前懸置橫梁 5發(fā)動機后懸支架及橫梁6縱梁 7駕駛室后懸置橫梁 8第四橫梁 9后鋼板彈簧前支架橫梁 10后鋼板彈簧后支架橫梁 11角撐橫梁組件 12后橫梁 13拖鉤 14蓄電池托架縱梁的結(jié)構(gòu)具有以下特點：一是從寬度上看有前窄后寬、前寬后窄和前后等寬3種形式，前窄使前輪具有足夠的偏轉(zhuǎn)角度，提高了車輛的機動性能；后窄用于重型車輛，便于布置雙胎。二是從平面度上看有水平的和彎曲的兩種形式，水平的縱梁便于零部件、總成的安裝和布置；彎曲的縱梁可以降低車輛重心。三是從斷面形狀上看有槽形、Z字形、工字形和箱形幾種，這些形狀主要為了滿足質(zhì)量小的前提下，車架具有足夠的強度和剛度，以承受各種載荷。橫梁多為槽形。2) 無梁式車架無梁式車架是用車身兼做車架，汽車的所有零部件、總成都安裝在車身上，車身要承受各種載荷的作用，因而這種車身又稱為承載式車身，廣泛用于轎車和客車，如圖9-2所示。圖9-2 承載式車身1A柱 2行李艙底板 3B柱 4后圍側(cè)板 5后縱梁 6底板 7車門欄板 8前縱梁3) 中梁式車架和綜合式車架中梁式車架和綜合式車架分別如圖9-3、9-4所示，由于這兩種車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造及維修困難，所以目前很少應(yīng)用。圖9-3 中梁式車架圖9-4 綜合式車架二、車架的檢修1車架的失效形式車架在使用過程中往往會出現(xiàn)變形（包括彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形）、裂紋、銹蝕、螺栓和鉚釘松動等失效形式。由于車架是汽車的裝配基體，并承受各種載荷的作用，在某些情況下有可能出現(xiàn)車架的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。車架的變形會導(dǎo)致汽車各總成之間的裝配、連接位置發(fā)生變化，使得各系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為了汽車整體布局、安裝的需要，車架常要制成各種形狀，在形狀急劇變化的地方往往會由于應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋、斷裂，所以早期發(fā)現(xiàn)車架的裂紋對于汽車的安全非常重要。惡劣的工作環(huán)境往往會使汽車車架銹蝕，路面不平產(chǎn)生的沖擊振動會使螺栓、鉚釘?shù)冗B接松動。2車架的檢修1) 外觀檢查從外觀上檢查車架是否有嚴(yán)重的變形、裂紋、銹蝕、螺栓或鉚釘松動等現(xiàn)象。2) 車架變形的檢修車架彎曲的檢查可以通過拉線、直尺等來測量、檢查。一般要檢查車架上平面和側(cè)平面的直線度誤差。車架縱梁直線度允許誤差為1000mm長度上不大于3mm。車架扭轉(zhuǎn)通常采用對角線法進行測量。如圖9-5所示，分段測量車架各段對角線1-1、2-2、3-3、4-4長度差，不應(yīng)超過5mm。如果車架的各項形位誤差超過標(biāo)準(zhǔn)值，則應(yīng)進行校正。圖9-5 車架扭轉(zhuǎn)的檢查3) 裂紋的檢修車架出現(xiàn)裂紋，應(yīng)根據(jù)裂紋的長短及所在部位的不同，采取不同的修復(fù)方法。微小的裂紋可以采用焊修的方法。裂紋較長但未擴展至整個斷面，且受力不大的部位，應(yīng)先進行焊修，再用三角形腹板進行加強，如圖9-6所示。圖9-6 用三角形腹板加強如果裂紋已擴展到整個斷面，或雖未擴展到整個斷面但在受力較大的部位時，應(yīng)先對裂紋進行焊修，然后用角形或槽形腹板進行加強，如圖9-7所示。加強腹板在車架上的固定可以鉚接、焊接或鉚焊結(jié)合。采用鉚接方法時，鉚釘孔應(yīng)上下交錯排列。采用鉚焊結(jié)合的方法時，應(yīng)先鉚后焊，以免降低鉚接質(zhì)量。采用焊接方法時，應(yīng)盡量減少焊接部位的應(yīng)力集中。圖9-7 用槽形腹板加強1-縱梁 2-槽形腹板測試題：簡述車架的檢修方法。課題9.2 懸架概述學(xué)習(xí)目標(biāo)鑒定標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議1. 掌握懸架的基本組成和功用2. 掌握各種彈性元件的結(jié)構(gòu)和原理3. 掌握各種減振器的結(jié)構(gòu)和原理應(yīng)知：車架的功用、類型；懸架的功用、組成和原理建議：采用實物、圖片、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，學(xué)生也可以自學(xué)、討論，最后教師總結(jié)一、懸架概述1懸架的組成想一想：懸架的位置在哪？你能否總結(jié)出什么是懸架？懸架是車架（或車身）與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱。現(xiàn)代汽車的懸架雖有不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都由彈性元件、減振器、導(dǎo)向機構(gòu)等組成，轎車一般還有橫向穩(wěn)定器。懸架的組成如圖9-8所示。圖9-8 懸架的組成1彈性元件（螺旋彈簧） 2縱向推力桿 3減振器 4橫向穩(wěn)定器 5橫向推力桿彈性元件使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間做彈性連接，可以緩和由于不平路面帶來的沖擊，并承受和傳遞垂直載荷。減振器可以衰減由于路面沖擊產(chǎn)生的振動，使振動的振幅迅速減小。導(dǎo)向機構(gòu)包括縱向推力桿和橫向推力桿，用于傳遞縱向載荷和橫向載荷，并保證車輪相對于車架（或車身）的運動關(guān)系。橫向穩(wěn)定器可以防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜。2懸架的功用從懸架的組成，可以總結(jié)出懸架具有如下的功用：1) 連接車架（或車身）和車輪，把路面作用到車輪的各種力傳給車架（或車身）。2) 緩和沖擊、衰減振動，使乘坐舒適，具有良好的平順性。3) 保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。第二、三項功用與彈性元件和減振器的性能有關(guān)，具體來說是與彈性元件的剛度和減振器的阻尼力有關(guān)。只有懸架系統(tǒng)的軟、硬合適才能使車輛乘坐舒適、操縱穩(wěn)定。3懸架的分類如圖9-9所示，汽車懸架有非獨立懸架和獨立懸架兩種類型。圖9-9 非獨立懸架與獨立懸架的示意圖a) 非獨立懸架 b) 獨立懸架非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)車輪安裝在一根整體式車橋上，車輪和車橋一起通過彈性懸架懸掛在車架（或車身）下面，所以一側(cè)車輪發(fā)生位置變化后會導(dǎo)致另一側(cè)車輪的位置也發(fā)生變化。獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性相連，與其配用的車橋為斷開式車橋，所以兩側(cè)車輪的運動是相對獨立、互不影響的。二、彈性元件汽車上常用的彈性元件包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧和氣體彈簧等。1鋼板彈簧鋼板彈簧廣泛應(yīng)用于汽車的非獨立懸架中，其構(gòu)造如圖9-10所示。圖9-10 鋼板彈簧a) 對稱式鋼板彈簧 b) 非對稱式鋼板彈簧1卷耳 2彈簧夾 3鋼板彈簧 4中心螺栓 5螺栓 6套管 7螺母鋼板彈簧由若干片長度不等的合金彈簧鋼片疊加而成，構(gòu)成一根近似等強度的彈性梁。最長的一片稱為主片，其兩端卷成卷耳，內(nèi)裝襯套，以便用彈簧銷與固定在車架上的支架或吊耳做鉸鏈連接。各彈簧片用中心螺栓連接，并保證各片的相對位置。中心螺栓距兩端卷耳中心的距離可以是相等的，稱為對稱式鋼板彈簧，如圖9-10a)所示；也可以是不相等的，稱為非對稱式鋼板彈簧，如圖9-10b)所示。為了防止汽車在行駛過程中各彈簧片分開，在鋼板彈簧上裝有若干彈簧夾，以免主片獨自承載。彈簧夾通過鉚釘與最下片彈簧片相連，彈簧夾兩邊通過螺栓相連，螺栓上有套管，裝配時要求螺母朝向輪胎，以免螺栓脫落時刮傷輪胎，甚至飛崩傷人。鋼板彈簧在載荷作用下變形時，各片之間會相對滑動而產(chǎn)生摩擦，這可以衰減車架的振動。但摩擦?xí)铀購椈善哪p，所以在裝配鋼板彈簧時，各片之間要涂抹石墨潤滑脂或裝有塑料墊片以減磨。想一想：鋼板彈簧的功用是什么？總結(jié)：如果你僅是簡單地回答，鋼板彈簧是懸架中的彈性元件，它的功用是緩和沖擊、承受垂直載荷，說明你還沒有完全掌握鋼板彈簧。鋼板彈簧除了起到彈性元件的功用，它還起到了減振器和導(dǎo)向機構(gòu)的功用。上面已經(jīng)提到，鋼板彈簧各片之間的相對滑動、產(chǎn)生摩擦，可以衰減車架的振動，即起到減振器的功用。另外，鋼板彈簧還可以承受縱向、橫向載荷，所以又起到了導(dǎo)向機構(gòu)的功用。在輕、中型貨車中你會發(fā)現(xiàn)，它的后懸架只有鋼板彈簧，而沒有減振器和導(dǎo)向機構(gòu)，其道理即在于此。2螺旋彈簧螺旋彈簧廣泛應(yīng)用于獨立懸架，有些轎車的后輪非獨立懸架也采用螺旋彈簧做彈性元件。由于螺旋彈簧只能承受垂直載荷，且變形時不產(chǎn)生摩擦力，所以懸架中必須裝有減振器和導(dǎo)向機構(gòu)。螺旋彈簧如圖9-11所示，由特殊的彈簧鋼棒卷制而成，可以制成圓柱形或圓錐形，也可以制成等螺距或不等螺距。圓柱形等螺距螺旋彈簧的剛度是不變的，圓錐形或不等螺距螺旋彈簧的剛度是可變的。圖9-11 螺旋彈簧3扭桿彈簧扭桿彈簧是由彈簧鋼制成的桿件，如圖9-12所示。扭桿的斷面通常為圓形，少數(shù)為矩形或管形，其兩端制成花鍵、方形、六角形等形狀，以便一端固定在車架上，另一端固定在懸架的擺臂上。擺臂與車輪相連，當(dāng)車輪跳動時，擺臂繞扭桿軸線擺動，使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈性變形，以保證車輪與車架的彈性聯(lián)系。圖9-12 扭桿彈簧注意：由于扭桿彈簧在制造時使之具有一定的預(yù)應(yīng)力，且左、右扭桿彈簧預(yù)應(yīng)力方向是不同的，所以左、右扭桿彈簧不能互換或裝錯。為此，左、右扭桿上標(biāo)有不同的標(biāo)記。4氣體彈簧氣體彈簧分為空氣彈簧（如圖9-13所示）和油氣彈簧（如圖9-14所示）兩種?？諝鈴椈捎钟心沂剑ㄈ鐖D9-13a所示）和膜式（如圖9-13b所示）兩種形式空氣彈簧的結(jié)構(gòu)、原理都很簡單，下面僅介紹油氣彈簧的結(jié)構(gòu)、原理，如圖9-14所示。油氣彈簧的球形室固定在工作缸上，室的內(nèi)腔用橡膠油氣隔膜隔開，充入高壓氮氣的一側(cè)為氣室，與工作缸相通并充滿油液的一側(cè)為油室。工作缸內(nèi)裝有活塞、阻尼閥及其閥座。當(dāng)載荷增加且車架與車橋相互靠近時，活塞上移，使工作缸內(nèi)容積減小，油壓升高，油液頂開阻尼閥進入球形室，推動隔膜向氣室方向移動，使氣室容積減少，氮氣壓力升高，油氣彈簧的剛度增大。當(dāng)載荷減小時，在高壓氮氣的作用下隔膜向油室方向移動，室內(nèi)油液經(jīng)阻尼閥流回工作缸，推動活塞下移，這時氣室容積增大，氮氣壓力下降，彈簧剛度減小。當(dāng)?shù)獨鈮毫νㄟ^油液傳遞作用在活塞上的力與載荷平衡時，活塞便停止移動。隨著載荷的變化，氣室內(nèi)氮氣也隨之變化，相應(yīng)地活塞處于工作缸中不同位置。可見，油氣彈簧具有變剛度的特性。圖9-13 空氣彈簧a) 囊式空氣彈簧 b) 膜式空氣彈簧圖9-14 油氣彈簧三、減振器目前，汽車中廣泛使用液壓減振器，其基本原理如圖9-15所示，當(dāng)車架與車橋作往復(fù)相對運動時，減振器中的油液反復(fù)經(jīng)過活塞上的閥孔，由于閥孔的節(jié)流作用及油液分子間的內(nèi)摩擦力便形成了衰減振動的阻尼力，使振動的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒂捎鸵汉蜏p振器殼體吸收，然后散到大氣中。圖9-15 液壓減振器的基本原理a) 壓縮行程 b) 伸張行程閥門越大，阻尼力越小，反之亦然。相對運動速度越大，阻尼力越大，反之亦然。阻尼力越大，振動的衰減越快，但懸架彈性元件的緩沖效果不能發(fā)揮，乘坐也不舒適，因此彈性元件的剛度與減振器的阻尼力要合理搭配，才能保證乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的要求。目前汽車上應(yīng)用最廣泛的是雙向作用筒式減振器，近年來，在高級轎車上有的采用充氣式減振器。1雙向作用筒式減振器雙向作用筒式減振器的基本組成如圖9-16所示，它有3個同心鋼筒，外面的鋼筒是防塵罩，其上部的吊耳與車架相連。中間是儲油缸筒，內(nèi)裝有一定量的油液，其下端的吊耳與車橋相連。里面是工作缸筒，其內(nèi)裝滿油液。它還有4個閥，即壓縮閥、伸張閥、流通閥和補償閥。流通閥和補償閥是一般的單向閥，其彈簧很弱，當(dāng)閥上的油壓作用力與彈簧彈力同向時，閥處于關(guān)閉狀態(tài)，完全不通油液；而當(dāng)油壓作用力與彈簧彈力反向時，只要很小的油壓，閥便能開啟。壓縮閥和伸張閥是卸載閥，其彈簧剛度較大，預(yù)緊力較大，只有當(dāng)油壓增高到一定程度時，閥才能開啟；而當(dāng)油壓減低到一定程度時，閥即自行關(guān)閉。圖9-16 雙向作用筒式減振器的基本組成1油封 2防塵罩 3導(dǎo)向座 4流通閥 5補償閥 6壓縮閥 7儲油缸筒 8伸張閥 9活塞 10工作缸筒 11活塞桿雙向作用筒式減振器的工作原理可用壓縮和伸張兩個行程加以說明。1) 壓縮行程當(dāng)車橋移近車架(或車身)時，減振器受壓縮，活塞下移，使其下方腔室容積減小，油壓升高。具有一定壓力的油液頂開流通閥進入活塞上方腔室。由于活塞桿占去上腔室的部分容積，使上腔室增加的容積小于下腔室減小的容積，因此還有一部分油液不能進入上腔室而只能壓開壓縮閥，流回儲油缸筒。油液流經(jīng)上述閥孔時，受到一定的節(jié)流阻力，為克服這種阻力而消耗了振動能量，使振動衰減。2)伸張行程當(dāng)車橋相對遠(yuǎn)離車架(或車身)時，減振器受拉伸，活塞上移，使其上腔室油壓升高。上腔室的油液便推開伸張閥流入下腔室。同樣由于活塞桿的存在，上腔室減小的容積小于下腔室增加的容積，因而從上腔室流出來油液不足以充滿下腔室所增加的容積，使下腔室產(chǎn)生一定的真空度，這時儲油缸筒中的油液在真空度作用下推開補償閥流進下腔室進行補充。從上面的原理可以得知，這種減振器在壓縮、伸張兩個行程都能起減振作用，因此稱為雙向作用減振器。2充氣式減振器充氣式減振器如圖9-17所示，其結(jié)構(gòu)特點是在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，高壓的氮氣充在浮動活塞與缸筒一端形成的密閉氣室里。在浮動活塞的上面是減振器油液。O形密封圈把油和氣完全分開，因此活塞也叫封氣活塞。在工作活塞上裝有壓縮閥和伸張閥。這兩個閥都是由一組厚度相同、直徑不等、由大到小而排列的彈簧鋼片組成。圖9-17 充氣式減振器的基本組成1密封氣室 2浮動活塞 3O形密封圈 4壓縮閥 5工作缸 6活塞桿 7伸張閥 8工作活塞當(dāng)車輪上下跳動時，工作活塞在油液中作往復(fù)運動，使工作活塞的上、下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開壓縮閥或伸張閥而來回流動。由于閥孔對壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動衰減。課題9.3 典型懸架系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)鑒定標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議1. 掌握各種常見懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2. 掌握懸架系統(tǒng)的拆裝、檢修程序應(yīng)知：懸架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)會：懸架系統(tǒng)的正確的拆裝、檢修程序建議：采用實操、圖片、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式一、非獨立懸架非獨立懸架廣泛應(yīng)用于貨車的前、后懸架和轎車的后懸架。按照采用彈性元件的不同，非獨立懸架可以分為鋼板彈簧式非獨立懸架和螺旋彈簧式非獨立懸架。1鋼板彈簧式這種懸架的鋼板彈簧一般縱向布置，所以也稱為縱置板簧式非獨立懸架。如圖9-18所示為解放CA1092汽車的前懸架。鋼板彈簧中部通過U形螺栓（騎馬螺栓）固定在前橋上。鋼板彈簧的前端卷耳用彈簧銷與前支架相連，形成固定式鉸鏈支點，起傳力和導(dǎo)向作用；而后端卷耳則用吊耳銷與可在車架上擺動的吊耳相連，形成擺動式鉸鏈支點，從而保證了彈簧變形時兩卷耳中心線間的距離有改變的可能。圖9-18 解放CA1092汽車的前懸架1鋼板彈簧前支架 2前鋼板彈簧 3U形螺栓（騎馬螺栓） 4蓋板 5緩沖塊 6限位塊 7減振器上支架 8減振器 9吊耳 10吊耳支架 11中心螺栓 12-減振器下支架 13-減振器連接銷減振器的上、下兩個吊環(huán)通過橡膠襯套和連接銷分別與車架上的上支架和車橋上的下支架相連接。蓋板上裝有橡膠緩沖塊，以限制彈簧的最大變形，并防止彈簧直接碰撞車架。如圖9-19所示為某中型貨車后懸架，由主、副鋼板彈簧疊合而成，其剛度是可變的，以適應(yīng)裝載質(zhì)量的不同。圖9-19 變剛度鋼板彈簧懸架1副鋼板彈簧 2主鋼板彈簧 3車橋 4U形螺栓當(dāng)汽車空載或?qū)嶋H裝載質(zhì)量不大時，副鋼板彈簧不承受載荷而由主鋼板彈簧單獨工作。在重載或滿載情況下，車架相對車橋下移，使車架上副簧滑板式支座與副簧接觸，主、副簧共同參加工作，一起承受載荷而使懸架剛度增大，以保證車身振動頻率不致因載荷增大而變化過大。南京依維柯輕型貨車的后懸架采用漸變剛度的鋼板彈簧，如圖9-20所示。主簧由5片較薄鋼板彈簧片組成，副簧由5片較厚的彈簧片組成，它們用中心螺栓固定在一起，主簧在上，副簧在下。圖9-20 漸變剛度鋼板彈簧懸架在小載荷時，僅主簧起作用，而當(dāng)載荷增加到一定值時，副簧開始與主簧接觸，懸架剛度隨之相應(yīng)提高，彈簧特性變?yōu)榉蔷€性。當(dāng)副簧全部接觸后，彈簧特性又變?yōu)榫€性的。這種漸變剛度鋼板彈簧的特點是副簧逐漸地起作用，因此懸架剛度的變化比較平穩(wěn)，從而改善了汽車行駛平順性。2螺旋彈簧非獨立懸架螺旋彈簧非獨立懸架一般只用于轎車的后懸架。如圖9-21所示為上海桑塔納2000的后懸架。兩根縱向推力桿的中部與后橋焊接為一體，前端通過帶橡膠的支承座與車身做鉸鏈連接，后端與輪轂相連接?？v向推力桿用以傳遞縱向力及其力矩。整個后橋、縱向推力桿及車輪可以繞支承座的鉸支點連線相對于車身作上、下縱向擺動。螺旋彈簧的上端裝在彈簧上座中，下端則支承在減振器外殼上的彈簧下座上，它只承受垂直力。減振器的上端與彈簧上座一起裝在車身底部的懸架支座中，下端則與縱向推力桿相連接。圖9-21 螺旋彈簧非獨立懸架（桑塔納2000后懸架）1后橋 2縱向推力桿 3減振器 4彈簧下座 5螺旋彈簧 6彈簧上座 7支承座二、獨立懸架現(xiàn)代汽車，特別是轎車上廣泛采用獨立懸架。由于獨立懸架能使兩側(cè)車輪各自獨立地與車架或車身彈性連接，具有以下優(yōu)點：(1) 由于左右車輪的運動相對獨立、互不影響，可以減少行駛時車架或車身的振動，同時可以減弱轉(zhuǎn)向輪的偏擺。(2) 獨立懸架的非簧載質(zhì)量小，可以減小來自路面的沖擊和振動，提高了行駛的平順性?；奢d質(zhì)量是指汽車上由彈性元件支承的質(zhì)量；而非簧載質(zhì)量是指彈性元件下吊掛的質(zhì)量。對于非獨立懸架，整個車橋和車輪都屬于非簧載質(zhì)量，而對于獨立懸架，只有部分車橋是非簧載質(zhì)量，而主減速器、差速器、殼體等都裝在車架或車身上，成了簧載質(zhì)量，所以獨立懸架的非簧載質(zhì)量要比非獨立懸架的小。(3) 獨立懸架是與斷開式車橋配用，可以降低汽車的重心，提高汽車行駛的平順性。獨立懸架的結(jié)構(gòu)類型很多，一般可按車輪的運動方式分為三類，如圖9-22所示。圖9-22 獨立懸架的類型示意圖a) 橫臂式獨立懸架 b) 縱臂式獨立懸架 c) 燭式懸架 d) 麥弗遜式懸架(1) 橫臂式獨立懸架：車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動的懸架，如圖9-22a)所示。(2) 縱臂式獨立懸架：車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動的懸架，如圖9-22b)所示。(3) 車輪沿主銷移動的獨立懸架，包括燭式懸架和麥弗遜式懸架，分別如圖9-22c、d)所示。1橫臂式獨立懸架橫臂式獨立懸架分為單橫臂式（如圖9-9b所示）和雙橫臂式兩種。目前單橫臂式獨立懸架應(yīng)用較少，下面僅介紹雙橫臂式獨立懸架。雙橫臂式獨立懸架如圖9-23所示，其兩個橫擺臂有等長的（如圖9-23a所示）和不等長的（如圖9-23b所示）。擺臂等長的獨立懸架當(dāng)車輪上下跳動時，雖然車輪平面不傾斜、主銷軸線的方向也不發(fā)生變化，但輪距發(fā)生較大的變化，這將引起車輪的側(cè)滑和輪胎的磨損。而擺臂不等長的獨立懸架當(dāng)車輪上下跳動時，雖然車輪平面、主銷軸線、輪距都發(fā)生變化，但都可以控制在允許范圍內(nèi)，所以這種形式的雙橫臂式獨立懸架應(yīng)用較多，紅旗CA7560、凌志LS400等轎車的前橋都采用這種不等長雙橫臂式獨立懸架。圖9-23 雙橫臂式獨立懸架示意圖a) 擺臂等長的獨立懸架 b) 擺臂不等長的獨立懸架如圖9-24所示為凌志LS400的前懸架，其車輪外傾角和主銷后傾角是可以調(diào)整的。如圖9-25所示，上擺臂內(nèi)端通過上擺臂軸用螺栓與車架相連，上擺臂軸與車架之間夾有前、后調(diào)整墊片。同時增加或減少調(diào)整墊片的厚度可以調(diào)整車輪外傾角；前、后墊片厚度一處增加、另一處減少，可以調(diào)整主銷后傾角。圖9-24 凌志LS400的前懸架圖9-25 車輪外傾角和主銷后傾角的調(diào)整2縱臂式獨立懸架縱臂式獨立懸架也分為單縱臂式和雙縱臂式兩種。1) 單縱臂式獨立懸架單縱臂式獨立懸架如果用于前輪，車輪上下跳動時會使主銷后傾角變化很大，如圖9-26所示。所以單縱臂式獨立懸架都用于后輪，如圖9-27所示?？v擺臂是一片寬而薄的鋼板，一端與半軸套管鉸接，另一端帶有套筒，套筒通過花鍵與扭桿彈簧的外端相連，扭桿的內(nèi)端固定在車架上。圖9-26 單縱臂式獨立懸架示意圖圖9-27 用于后輪的單縱臂式獨立懸架2) 雙縱臂式獨立懸架如圖9-28所示為用于前輪的雙縱臂式獨立懸架。轉(zhuǎn)向節(jié)和兩個縱擺臂做鉸鏈連接，在車架的兩根管式橫梁的內(nèi)部裝有由若干層矩形端面的薄彈簧鋼片疊成的扭桿彈簧。兩根扭桿彈簧的內(nèi)端用螺栓固定在橫梁中部，而外端則插入縱臂軸的矩形孔中?？v臂軸用襯套支承在管式橫梁內(nèi)，軸和縱臂剛性地連接。圖9-28 用于前輪的雙縱臂式獨立懸架1縱臂 2橫梁 3扭桿彈簧 4擺臂軸 5襯套 6螺釘這種懸架當(dāng)車輪上下跳動時，車輪外傾角、輪距和主銷后傾角都不發(fā)生變化，所以適用于前輪。3車輪沿主銷移動的獨立懸架車輪沿主銷移動的獨立懸架可以分為兩種形式，一種是車輪沿固定不動的主銷移動的燭式獨立懸架，另一種是車輪沿擺動的主銷軸線移動的麥弗遜式獨立懸架。1) 燭式獨立懸架如圖9-29所示為燭式獨立懸架，主銷的上下兩端剛性地固定在車架上。套在主銷上的套管固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上。套管的中部固定裝著螺旋彈簧的下支座。筒式減振器的下端與轉(zhuǎn)向節(jié)相連，上端與車架相連。懸架的摩擦部分套著防塵罩。通氣管與防塵罩內(nèi)腔相通，以免罩中空氣被密封而影響懸架的彈性。汽車在不平路面上行駛時，車輪、轉(zhuǎn)向節(jié)一起沿主銷的軸線移動。螺旋彈簧只承受垂直載荷，而車輪上所受的縱向力、側(cè)向力及其力矩則由轉(zhuǎn)向節(jié)、套筒經(jīng)主銷傳給車架，使得套筒與主銷之間的磨損嚴(yán)重。圖9-29 燭式獨立懸架1主銷 2、4防塵罩 3套筒 5減振器 6通氣管2) 麥弗遜式獨立懸架麥弗遜式獨立懸架目前在轎車中應(yīng)用很廣泛，其結(jié)構(gòu)如圖9-30所示。由減振器、螺旋彈簧、橫擺臂、橫向穩(wěn)定桿(圖中未畫出)等組成。減振器與套在它外面的螺旋彈簧合為一體，構(gòu)成懸架的彈性支柱，支柱上端與車身撓性連接，支柱的下端與轉(zhuǎn)向節(jié)剛性連接。橫擺臂的外端通過球頭銷B與轉(zhuǎn)向節(jié)的下部連接，內(nèi)端與車身鉸接。麥弗遜式獨立懸架沒有傳統(tǒng)的主銷實體，轉(zhuǎn)向軸線為上下鉸接中心的連線AB（般與彈性支柱的軸線重合）。當(dāng)車輪上下跳動時，B點隨橫擺臂擺動，因而主銷軸線AB隨之?dāng)[動（彈性支柱也擺動）。這說明車輪沿著擺動的主銷軸線而運動。麥弗遜式獨立懸架結(jié)構(gòu)較簡單，布置緊湊，用于前懸架時能增大兩前輪內(nèi)側(cè)的空間，故多用于發(fā)動機前置前輪驅(qū)動的轎車上。圖9-30 麥弗遜式獨立懸架的結(jié)構(gòu)示意圖前輪采用麥弗遜式獨立懸架時，前輪定位各參數(shù)的變化較小，除前束可調(diào)整外，其他參數(shù)有的車型規(guī)定不可調(diào)整，有的車型則規(guī)定可以調(diào)整。常見的調(diào)整部位及調(diào)整方法如下：a改變轉(zhuǎn)向節(jié)與橫擺臂外端的位置。如圖9-31a)所示，松開轉(zhuǎn)向節(jié)球頭銷與橫擺臂的連接螺栓，左右橫向移動球頭銷及轉(zhuǎn)向節(jié)，可以改變車輪外傾角。上海桑塔納轎車即采用這種結(jié)構(gòu)形式。b改變彈性支柱上支座的位置。如圖9-31a)所示，懸架的彈性支柱上支座用螺栓固定在車身上，松開螺栓，左右橫向移動上支座，可以調(diào)整車輪外傾角。一汽奧迪100型轎車即采用這種結(jié)構(gòu)形式。c改變轉(zhuǎn)向節(jié)上端的位置。如圖9-31b)所示，由減振器和螺旋彈簧組成的彈性支柱下端通過上、下兩個螺栓與轉(zhuǎn)向節(jié)上端固定，其中上螺栓經(jīng)偏心凸輪將兩者連接在一起。轉(zhuǎn)動上螺栓可使偏心凸輪轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)向節(jié)上端左右橫向（A向）移動，進而改變車輪外傾角。豐田花冠轎車即采用這種結(jié)構(gòu)形式。圖9-31 麥弗遜式獨立懸架前輪定位調(diào)整示意圖下面以上海桑塔納2000的前懸架為例介紹麥弗遜式獨立懸架的組成、檢修。(1) 桑塔納2000前懸架的組成桑塔納2000前懸架如圖9-32所示，由雙向作用筒式減振器、螺旋彈簧、懸架柱焊接件、緩沖墊、橡膠防塵罩等組成。其特點是筒式減振器作為懸架桿系的一部分兼起主銷作用，滑柱在作為主銷的圓筒內(nèi)上下移動，減振器支柱座與車身相連。圖9-32 桑塔納2000前懸架1安全轉(zhuǎn)向柱 2車輪與下擺臂的連接螺栓 3下擺臂 4下擺臂橡膠軸承 5橫向穩(wěn)定器 6副車架 7傳動軸 8前輪制動鉗 9減振器支柱 10副車架前橡膠支承 11動力轉(zhuǎn)向裝置 12轉(zhuǎn)向減振器 13轉(zhuǎn)向橫拉桿(2) 桑塔納2000前懸架的檢修a減振器的檢查在車輛行駛過程中，如減振器發(fā)出異常的響聲，則說明該減振器已損壞，必須更換。一般減振器是不進行修理的，如有很小的滲油現(xiàn)象不必調(diào)換，如漏油較多可通過拉伸和壓縮減振器來檢查滲油現(xiàn)象。漏出的減振器油不能再加入減振器內(nèi)重新使用，漏油的減振器不能再使用。b前懸架支柱總成的檢修在零件全部解體后，應(yīng)進行清洗、檢查，必要時測量。如有下列情況，必須更換新件：l 制動盤工作面嚴(yán)重磨損，超出規(guī)定，或表面出現(xiàn)裂紋。l 擋泥板嚴(yán)重扭曲變形。l 輪轂花鍵松曠，磨損嚴(yán)重。l 彈簧擋圈失效。l 車輪軸承損壞(注意：需要更換整套軸承)。l 前懸架支柱件任何一條焊縫出現(xiàn)裂紋或嚴(yán)重變形。課題9.4 懸架系統(tǒng)的維護和故障診斷學(xué)習(xí)目標(biāo)鑒定標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議1. 掌握懸架系統(tǒng)的維護內(nèi)容和方法2. 掌握懸架系統(tǒng)常見故障的現(xiàn)象、原因應(yīng)知：故障種類、現(xiàn)象和原因應(yīng)會：結(jié)合懸架的檢修應(yīng)能排除故障建議：采用實物、圖片、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，學(xué)生也可以自學(xué)、討論，最后教師總結(jié)一、懸架系統(tǒng)的維護1車輛升起前的檢查1) 減振器減振力檢查在車前、車后通過上下晃動車身確定減振器的減振力大小，并且檢查車身停止晃動的時間長短。2) 車輛傾斜檢查目視觀察車輛是否傾斜。如果車輛傾斜還需檢查輪胎氣壓、左右車輪的尺寸及車輛承載是否均勻。2車輛升起后的檢查1) 減振器檢查減振器是否有凹痕、是否漏油，檢查防塵套是否有裂紋或損壞。2) 彈性元件檢查鋼板彈簧或螺旋彈簧、扭桿彈簧等是否損壞。3) 其他部位檢查懸架的其他部位，如擺臂、穩(wěn)定桿、推力桿等是否損壞。4) 檢查連接情況用手晃動懸架的主要元件，檢查是否磨損或松動。最后用扭力扳手將螺母或螺栓按規(guī)定力矩緊固。二、非獨立懸架的常見故障1鋼板彈簧折斷鋼板彈簧折斷，尤其是主片折斷，會因彈力不足等原因，使車身歪斜。前鋼板彈簧一側(cè)主片折斷時，車身在橫向平面內(nèi)傾斜；后鋼板彈簧一側(cè)主片折斷時，車身在縱向平面內(nèi)傾斜。2鋼板彈簧彈力過小或剛度不一致當(dāng)某一側(cè)的鋼板彈簧由于疲勞導(dǎo)致彈力下降，或者更換的鋼板彈簧與原彈簧剛度不一致時，會使車身傾斜。3鋼板彈簧銷、襯套和吊耳磨損過量此時，會出現(xiàn)以下故障現(xiàn)象：(1)車身傾斜(不嚴(yán)重)。(2)行駛跑偏。(3)汽車行駛擺振。(4)異響。4U形螺栓松動或折斷 此時，會由于車輛移位傾斜，導(dǎo)致汽車跑偏。三、獨立懸架和減振器的常見故障1獨立懸架總成常見故障獨立懸架總成主要由螺旋彈簧、上下擺臂、橫向穩(wěn)定桿及減振器等組成，總成鉸接點多，總成常見的故障有如下幾項：1)現(xiàn)象(1)異響，尤其在不平路面上轉(zhuǎn)彎時。(2)車身傾斜，汽車在轉(zhuǎn)彎時車身過度傾斜等。(3)前輪定位參數(shù)改變。(4)輪胎異常磨損。(5)車輛擺振及行駛不穩(wěn)。2)原因(1)螺旋彈簧彈力不足。(2)穩(wěn)定桿變形。(3)上、下擺臂變形。(4)各鉸接點磨損、松曠。當(dāng)汽車產(chǎn)生上述現(xiàn)象時，應(yīng)對懸架系統(tǒng)進行仔細(xì)檢查，即可發(fā)現(xiàn)故障部位及原因。2減振器的常見故障減振器的常見故障為襯套磨損和泄漏。襯套磨損后，因松曠易產(chǎn)生響聲。減振器輕微的油液泄漏是允許的，但泄漏過多會使減振器失去減振作用。課題9.5 電子控制懸架系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)鑒定標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)建議1. 掌握電控懸架的基本組成和工作原理2. 掌握電控懸架的電路圖應(yīng)知：電控懸架的功用、組成和原理應(yīng)會：讀懂電路圖建議：采用實操、圖片、多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，并注重對學(xué)生的啟發(fā)傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)一般具有固定的彈簧剛度和減振器阻尼，不能同時滿足汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的要求。例如：降低彈簧剛度，平順性會變好，使乘坐舒適，但由于懸架偏軟會使操縱穩(wěn)定性變差；而增加彈簧剛度會提高操縱穩(wěn)定性，但較硬的彈簧又使車輛對路面的不平度很敏感，使平順性降低。因此，理想的懸架系統(tǒng)應(yīng)在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼力，這樣既能滿足平順性的要求又能滿足操縱穩(wěn)定性的要求。電子控制懸架系統(tǒng)就是這種理想的懸架系統(tǒng)。電子控制懸架系統(tǒng)主要有半主動懸架和主動懸架兩種。半主動懸架是指懸架元件中的彈簧剛度和減振器阻尼力之一可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。而主動懸架能根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)彈簧剛度和減振器的阻尼力，從而能夠同時滿足汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等各方面的要求。主動懸架按照彈簧的類型，又可以分為空氣彈簧主動懸架和油氣彈簧主動懸架。本部分以豐田凌志LS400為例介紹電控懸架系統(tǒng)。一、概述豐田凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)為空氣彈簧主動懸架，可以根據(jù)行駛條件自動控制彈簧剛度、減振器阻尼力及車身高度，以抑制加速時后坐、制動時點頭、轉(zhuǎn)向時側(cè)傾等汽車行駛狀態(tài)的變化，明顯改善乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。1系統(tǒng)控制功能豐田凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)主要對車速及路面感應(yīng)、車身姿態(tài)、車身高度三個方面進行控制：(1) 車速與路面感應(yīng)控制1) 當(dāng)車速高時，提高彈簧剛度和減振器阻尼力，以提高汽車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性。2) 當(dāng)前輪遇到突起時，減小后輪懸架彈簧剛度和減振器阻尼力，以減小車身的振動和沖擊。3) 當(dāng)路面差時，提高彈簧剛度和減振器阻尼力，以抑制車身的振動。(2) 車身姿態(tài)控制1) 轉(zhuǎn)向時側(cè)傾控制：急轉(zhuǎn)向時，提高彈簧剛度和減振器阻尼力，以抑制車身的側(cè)傾。2) 制動時點頭控制：緊急制動時，提高彈簧剛度和減振器阻尼力，以抑制車身的點頭。3) 加速時后坐控制：急加速時，提高彈簧剛度和減振器阻尼力，以抑制車身的后坐。(3) 車身高度控制1) 高速感應(yīng)控制：車速超過90km/h，降低車身高度，以減少空氣阻力，提高汽車行駛的穩(wěn)定性。2) 連續(xù)差路面行駛控制：車速在4090km/h，提高車身高度，以提高汽車的通過性；車速在90km/h以上，降低車身高度，以滿足汽車行駛的穩(wěn)定性。3) 點火開關(guān)OFF控制：駐車時，當(dāng)點火開關(guān)關(guān)閉后，降低車身高度，便于乘客的乘降。4) 自動高度控制：當(dāng)乘客和載質(zhì)量變化時，保持車身高度恒定。2系統(tǒng)操作豐田凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)有三個操作選擇開關(guān)：高度控制ON/OFF開關(guān)、高度控制開關(guān)和LRC（模式控制）開關(guān)。高度控制ON/OFF開關(guān)安裝在汽車尾部后備箱的左邊。當(dāng)高度控制ON/OFF開關(guān)處于ON位置時，系統(tǒng)可按選擇方式進行車身高度自動控制；當(dāng)該開關(guān)處于OFF位置時，系統(tǒng)不執(zhí)行車身高度控制。高度控制開關(guān)和LRC（模式控制）開關(guān)安裝在駕駛室內(nèi)變速操縱桿的旁邊。高度控制開關(guān)用于選擇控制車身高度，當(dāng)高度控制開關(guān)處于“HIGH(高)”位置時，系統(tǒng)對車身高度進行“高值自動控制”；當(dāng)高度控制開關(guān)處于“NORM” 位置時，車身高度則進入“常規(guī)值自動控制”狀態(tài)。LRC（模式控制）開關(guān)用于選擇控制懸架的剛度、阻尼力參數(shù)。當(dāng)LRC（模式控制）開關(guān)處于“SPORT”位置時，系統(tǒng)進入“高速行駛自動控制”；當(dāng)LRC（模式控制）開關(guān)處于“NORM”位置時，系統(tǒng)對懸架剛度、阻尼力進行“常規(guī)值自動控制”。此時，懸架ECU根據(jù)車速傳感器等信號，使懸架的剛度、阻尼力自動地處于軟、中或硬3種狀態(tài)。二、系統(tǒng)組成及工作原理1組成任何電子控制空氣懸架系統(tǒng)都是由傳感器、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器3部分組成，豐田凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)也是這樣，具體來說，傳感器包括車身高度傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等，執(zhí)行器包括高度控制閥、排氣閥、懸架控制執(zhí)行器等。豐田凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)元件在車上的位置如圖9-33所示。圖9-33 凌志LS400的電控懸架系統(tǒng)元件在車上的位置11號高度控制繼電器 2前車身高度傳感器 3前懸架控制執(zhí)行器 4制動燈開關(guān) 5轉(zhuǎn)向傳感器 6高度控制開關(guān) 7LRC開關(guān) 8后車身高度傳感器 92號高度控制閥和溢流閥 10高度控制ON/OFF開關(guān) 11高度控制連接器 12后懸架控制執(zhí)行器 132號高度控制繼電器 14懸架ECU 15門控?zé)糸_關(guān) 16主節(jié)氣門位置傳感器 171號高度控制閥 18高度控制壓縮機 19干燥器和排氣閥 20IC調(diào)節(jié)器2控制原理1) 車身高度控制車身高度控制系統(tǒng)由壓縮機、干燥器、排氣閥、1號高度控制繼電器、2號高度控制繼電器、1號高度控制閥、2號高度控制閥、前后左右4個空氣彈簧、4個車身高度傳感器及懸架ECU等組成。如圖9-34所示為車身高度控制系統(tǒng)示意圖，圖9-35所示為1號、2號高度控制閥控制電路圖，圖9-36所示為空氣壓縮機控制電路圖。圖9-34 車身高度控制系統(tǒng)示意圖1壓縮機 2干燥器 3排氣閥 4空氣管 51號高度控制閥 62號高度控制閥 7、8空氣彈簧圖9-35 高度控制閥控制電路圖1AIR SUS熔絲 2懸架ECU 31號高度控制繼電器 4排氣閥 52號高度控制閥 61號高度控制閥圖9-36 空氣壓縮機控制電路圖1壓縮機電動機 2蓄電池 31號高度控制繼電器 4懸架ECU當(dāng)點火開關(guān)接通時，ECU使2號高度控制繼電器線圈通電，2號高度控制繼電器觸點閉合，使前、后、左、右4個高度傳感器接通蓄電池電源。當(dāng)車身高度需要上升時，從ECU的RCMP端子送出一個信號，使1號高度控制繼電器接通，1號高度控制繼電器觸點閉合，壓縮機控制電路接通產(chǎn)生壓縮空氣。ECU使高度控制電磁閥線圈通電后，電磁線圈將高度控制閥打開，并將壓縮空氣引向空氣彈簧，從而使車身高度上升。當(dāng)車身高度需要下降時，ECU不僅使高度控制閥電磁線圈通電，而且還使排氣閥電磁線圈通電，排氣閥電磁線圈使排氣閥打開，將空氣彈簧中的壓縮空氣排到大氣中。1號高度控制閥用于前懸架控制，它有兩個電磁閥分別控制左右兩個空氣彈簧。2號高度控制閥用于后懸架控制，它與1號高度控制閥一樣，也采用兩個電磁閥。為了防止空氣管路中產(chǎn)生不正常的壓力，2號高度控制閥中采用了一個溢流閥。懸架系統(tǒng)的車身高度傳感器采用光電式傳感器，為了檢測汽車高度和因道路不平而引起的懸架位移量，在每個懸架上都裝有一只車身高度傳感器，用于連續(xù)監(jiān)測車身與懸架下臂之間的距離。如圖9-37所示為車身高度傳感器與