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第1章绪论
汽车悬架概述
悬架由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。导向装置由导向杆系组成,用来决定车轮相对对于车架(或车身)的运动特性,并传递除弹性元件传递的垂直力以外的各种力和力矩。当用纵置钢板弹簧作弹性元件时,它兼起导向装置作用。缓冲块用来减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞,防止弹性元件产生过大的变形。装有横向稳定器的汽车,能减少转弯行驶时车身的侧倾角和横向角振动。
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根据导向机构的结构特点,汽车
悬架可分为非独立悬架和独立悬架两大类。非独立悬架的鲜明特色是左、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[1]。独立悬架中没有这样的刚性梁,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,按结构特点又可细分为横臂式、纵臂式、斜臂式等等,
它的主要功用如下:
1 缓和、抑制由于不平路面所引起的振动和冲击,以保证汽车的行驶平顺性;
2 迅速衰减车身和车桥(或车轮)的振动;
3 传递作用在车轮和车架(或车身)之间的各种力(驱动力、制动力、横向力)和力矩(制动力矩和反作用力矩);
4 保证汽车行驶稳定性。
为了完成1、2项功能,悬架使用了弹簧和减震器。汽车悬架常用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧及空气弹簧等。减震器有多种形式,现在最常用的是筒式减震器。
为了完成3、4项功能,悬架采用了适当的导向干系把车架(车身)与车轴(车轮)联接起来。导向杆系有多种新式,可单独用其中的一种,也可将几种配合起来使用。钢板弹簧悬架中的钢板弹簧不仅用作弹性元件而且兼起导向的作用。
为了减轻车轴对车架(或车身)的直接冲撞,采用了缓冲块。为了减小车身的侧倾角,有的汽车还装有横向稳定杆[2]。
钢板弹簧简介
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。
当钢板弹簧安装在汽车悬架中,所承受的垂直载荷为正向时,各弹簧片都受力变形,有向上拱弯的趋势。这时,车桥和车架便相互靠近。当车桥与车架互相远离时,钢板弹簧所受的正向垂直载荷和变形便逐渐减小,有时甚至会反向。
主片卷耳受力严重,是薄弱处,为改善主片卷耳的受力情况,常将第二片末端也弯成卷耳,包在主片卷耳的外面,称为包耳。为了使得在弹性变形时各片有相对滑动的可能,在主片卷耳与第二片包耳之间留有较大的空隙。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳,而采用其他的支撑连接方式,如橡胶支撑垫[3]。
扁平长方形的钢板呈弯曲形,以数片叠成的底盘用弹簧,一端以梢子安装在吊架上,另一端使用吊耳连接到大梁上,使弹簧能伸缩。目前适用于中大型的货卡车上。
我国汽车悬架发展的现状
现代汽车悬架的发展十分快,不断出现崭新的悬架装置。悬架技术的每次跨越,都和相关学科的发展密切相关计算机技术、自动控制技术、模糊控制、神经网络、先进制造技术、运动仿真等为悬架的进一步发展提供了有力的保障。悬架的发展也给相关学科提出更高的理论要求,使人类的认识迈向新的、更高的境界。
汽车悬架按导向机构可分为独立悬架和非独立悬架两大类。非独立悬架主要用于货车和客车前、后悬架。随着高速公路网的快速发展,促使汽车速度不断提高,使得非独立悬架已不能满足行驶平顺性和操纵稳定性等方面提出的要求。因此,独立悬架获得了很大的发展空间。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,因而具有很多优点。独立悬架中尤其是双横臂独立悬架得到了广泛的应用。
汽车悬架按其振动的控制方式分为被动、半主动和主动悬架3种基本类型。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用,并且目前还在进一步研究和开发中。我国在半主动和主动悬架的研究方面起步晚,与国外的差距大在西方发达国家,福特公司和日产公司首先在轿车上应用,取得了较好的效果主动悬架虽然提出早,但由于控制复杂,并且牵涉到许多学科,一直很难有大的突破。进入20世纪90年代,仅应用于排气量大的豪华汽车,未见国内汽车产品采用此技术的报道,只有北京理工大学和同济大学等少数几个单位对主动悬架展开研究。研究证明主动悬架的平顺性能最好。它采用许多新兴的控制技术和使用大量电子器件,可使悬架的稳定性得到保证因此,主动悬架的平顺性和操纵稳定性是最好的,是汽车悬架必然的发展方向。由于种种原因,我国的汽车绝大部分采用被动悬架。被动式悬架汽车姿态(状态)只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件,导向机构以及减振器这些机械零件[4]。 1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架的参数根据经验或优化设计的方法确定,在行驶过程中保持不变,它是一系列路