汽车悬架控制臂.docx

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汽车悬架控制臂

汽车悬架控制臂

悬架系统是现代汽车上的重要总成,对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性有很大的影响。

控制臂作为汽车悬架系统的导向和传力元件,将作用在车轮上的各种力传递给车身,同时保证车轮按一定轨迹运动。

控制臂分别通过球铰或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起。

控制臂<包括与之相连的衬套及球头>应有足够的刚度、强度和使用寿命。

汽车摆臂分为前摆臂和下摆臂,前摆臂是悬架的向导和支撑,其变形影响车轮的定位,降低行车稳定性；而下摆臂主要作用是用来支撑车身,减震器并且缓冲行驶中的震动。

减速器对下悬挂臂能起到好的辅助作用,它与减震器和弹簧的默契配合才能构成一套出色的悬挂系统〔总成。

A.控制臂球铰总成结构

先介绍两种常见结构形式的控制臂球铰总成。

图1中球销6装在球碗2内,球碗2为聚乙烯材料制成,避免了球销6直接与球座1接触。

防尘罩4上端通过卡环5装在球销6上,下端通过卡环3装在球座1上,防尘罩4通常为橡胶材料或者聚乙烯材料。

图2中的球座2底部为开放式,利用铝制挡板1锁止球销8,和球碗7脱出。

球铰总成通常通过球座与控制臂臂体装配,装配方式为球座与控制臂臂体锻为一体,嵌入、焊接、铆接或者螺栓联接。

B.汽车控制臂的结构：

1.横向稳定杆连杆2.横拉杆3.纵拉杆4.单控制臂5.叉形臂6.三角臂

1.横向稳定杆连杆

在悬架安装时,稳定杆连杆一端通过橡胶衬套或球铰与横向稳定杆连接,另一端通过橡胶衬套或球铰与控制臂或筒式减振器连接,横

向稳定杆连杆在悬架中对称使用,起提高操纵稳定性的作用。

两种横向稳定杆连杆的结构图,如图3、图4所示。

图3为双

衬套稳定杆。

臂体2为锻铝件,橡胶衬套1,3与臂体2装配时为紧配合,因此,橡胶衬套1,3与臂体2无相对运动,图4为双球铰稳定杆,臂体2为钢制拉杆,球铰总成1,3的轴线与臂体2的相对位置根据需求可以设计为0°,90°,180°。

球铰总成1,3与臂体2焊接在一起。

2.横拉杆

在悬架安装时,横拉杆一端的橡胶衬套与副车架或车身连接,另

一端的橡胶衬套与轮毂连接。

此类控制臂多应用于汽车的多连杆悬架

和转向系统的横拉杆,主要承受横向载荷,同时对车轮运动导向。

两种横向拉杆的结构图如图5、图6所示。

图5为不可调横向拉杆,臂体2为钢制拉杆,橡胶衬套1,3,外管与臂体2焊接在一起。

图

6为可调横向拉杆,臂体由钢制螺纹拉杆2、4和螺纹导套3组成,可以通过调节螺纹拉杆2,4和螺纹导套3的相对位置得到不同长度的拉杆。

3.纵拉杆

纵拉杆多用于拖拽臂式悬架,传递牵引力和制动力。

图7为纵向拉杆的结构图。

臂体2由钢材冲压成形。

橡胶衬套1、3、4外管与臂体2焊接在一起。

橡胶衬套1安装在车身中部的受力部位,橡胶衬套4与轮毂连接,橡胶衬套3安装在减振器的下端,起支承和减振的作用。

4.单控制臂

此类控制臂多用于多连杆悬架,两个单控制臂配合使用,可以传递来自车轮的横向和纵向载荷。

图8为一种结构型式上悬控制臂的结构图。

臂体2为锻铝件。

橡胶衬套1与臂体2装配时为紧配合,因此,橡胶衬套1和臂体2之间无相对运动。

球铰总成3为球座嵌铝板式,球座与臂体2的装配方式为嵌入式。

在悬架安装中,橡胶衬套1与副车架或车身连接,球铰总成3与轮毂连接。

橡胶衬套1也可以为液压衬套。

图9为另外一种结构形式的单控制臂,也称为支承臂。

臂体2为锻铝件,橡胶衬套1、4与臂体2装配时为紧配合,因此,橡胶衬套1、4和臂体2无相对运动。

球铰总成5的球座与臂体2锻为一体。

在悬架安装中,橡胶衬套1与副车架或车身连接,球铰总成5与轮毂连接,臂体2上的安装孔3用以安装稳定杆,橡胶衬套4与筒式减振器下端连接。

5.叉形臂

图10、图11为两种叉形臂的结构图。

此类控制臂多用于双横臂独立悬架的上下臂或麦弗逊悬架的下臂,臂体的叉形结构主要传递横向载荷。

在悬架安装时,图10、图11示的叉形臂的橡胶衬套与副车架或车身连接,球铰总成与轮毂连接。

图10中,臂体3为钣金冲压件焊接成形。

橡胶衬套1,2与臂体3装配时为紧配合,因此,橡胶衬套1,2与臂体3之间无相对运动。

球铰总成4与臂体2铆接在一起。

图11中,臂体2为锻铝件。

橡胶衬套1,5与臂体2装配为紧配合,因此,橡胶衬套1,5和臂体2之间无相对运动。

球铰总成3为球座嵌挡板式,球座与臂体2装配方式为嵌入式。

对图11所示叉形臂的结构,臂体2在锻造成形时,由于T形区金属流动比较大,锻造工艺要求较高。

6.三角臂

此类控制臂多用于前悬麦弗逊悬架的下臂,用来传递横向和纵向的载荷,控制车轮与车身的相对运动。

图12、图13为两种三角臂的

结构图。

图12为双衬套、单球铰三角臂,臂体2为钣金冲压件焊接成形。

橡胶衬套1、4与臂体2装配为紧配合,因此,橡胶衬套1,4与臂体2之间无相对运动。

球铰总成3为球座嵌挡板式,与臂体2装配方式为铆接。

图13为单衬套、双球铰三角臂,臂体2为锻铝件。

橡胶衬套4内管与臂体2装配时为紧配合,因此,橡胶衬套4与臂体2之间无相对运动。

球铰总成1为球座嵌挡板式,球座与臂体装配方式为嵌入式；球铰总成3为球座无挡板式,球座与臂体2锻造为一体。

悬架安装时,图12中橡胶衬套1、4与副车

架或车身连接,球铰总成1与轮毂连接；图13中球铰总成1和橡胶衬套4与副车架或车身相连,球铰总成3与轮毂相连。

橡胶衬套1的动态特性主要由汽车的操纵稳定性要求确定,橡胶衬套4的动态特性主要由汽车的平顺性要求确定。

C．汽车的悬挂系统

1.汽车悬挂系统：

汽车悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统。

悬挂系统应有的功能是支持车身,改善乘坐的感觉,不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。

外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力,决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性,是现代轿车十分关键的部件之一。

悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并衰减由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。

典型的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成,个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。

弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,而现代轿车悬挂系统多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,个别高级轿车则使用空气弹簧。

悬挂系统是汽车中的一个重要总成,它把车架与车轮弹性地联系起来,关系到汽车的多种使用性能。

从外表上看,轿车悬挂系统仅是由一些杆、筒以及弹簧组成,但千万不要以为它很简单,相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成,这是因为悬挂系统既要满足汽车的舒适性要求,又要满足其操纵稳定性的要求,而这两方面又是互相对立的。

比如,为了取得良好的舒适性,需要大大缓冲汽车的震动,这样弹簧就要设计得软些,但弹簧软了却容易使汽车发生刹车"点头"、加速"抬头"以及左右侧倾严重的不良倾向,不利于汽车的转向,容易导致汽车操纵不稳定等。

2.汽车悬挂系统的分类

非独立悬挂系统和独立悬挂系统

3.非独立悬挂系统

非独立悬挂系统的结构特点是两侧车轮由一根整体式车架相连,车轮连同车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身的下面。

非独立悬挂系统具有结构简单、成本低、强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小的优点,但由于其舒适性及操纵稳定性都较差,在现代轿车中基本上已不再使用,多用在货车和大客车上。

4.独立悬挂系统

独立悬挂系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面的。

其优点是：

质

独立悬挂系统

量轻,减少了车身受到的冲击,并提高了车轮的地面附着力；可用刚度小的较软弹簧,改善汽车的舒适性；可以使发动机位置降低,汽车重心也得到降低,从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动,互不相干,能减小车身的倾斜和震动。

不过,独立悬挂系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。

现代轿车大都是采用独立式悬挂系统,按其结构形式的不同,独立悬挂系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬挂系统等。

a.横臂式悬挂系统

横臂式悬挂系统是指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统,按横臂数量的多少又分为双横臂

横臂式悬挂系统和单横臂式悬挂系统。

汽车悬挂<9张>

单横臂式具有结构简单,侧倾中心高,有较强的抗侧倾能力的优点。

但随着现代汽车速度的提高,侧倾中心过高会引起车轮跳动时轮距变化大,轮胎磨损加剧,而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大,导致后轮外倾增大,减少了后轮侧偏刚度,从而产生高速甩尾的严重情况。

单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上,但由于不能适应高速行驶的要求,目前应用不多。

双横臂式独立悬挂系统按上下横臂是否等长,又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬挂系统。

等长双横臂式悬挂系统在车轮上下跳动时,能保持主销倾角不变,但轮距变化大<与单横臂式相类似>,造成轮胎磨损严重,现已很少用。

对于不等长双横臂式悬挂系统,只要适当选择、优化上下横臂的长度,并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内,保证汽车具有良好的行驶稳定性。

目前不等长双横臂式悬挂系统已广泛应用在轿车的前后悬挂系统上,部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬挂系统结构。

b.多连杆式悬挂系统

多连杆式悬挂系统

多连杆式悬挂系统是由<3—5>根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬挂系统。

多连杆式能使车轮绕着与汽车纵轴线成二定角度的轴线内摆动,是横臂式和纵臂式的折衷方案,适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角,可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬挂系统的优点,能满足不同的使用性能要求。

多连杆式悬挂系统的主要优点是：

车轮跳动时轮距和前束的变化很小,不管汽车是在驱动、制动状态都可以按司机的意图进行平稳地转向,其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。

c.纵臂式悬挂系统

纵臂式独立悬挂系统是指车轮在汽车纵向平面内摆动的悬挂系统结构,又分为单纵臂式和双纵臂式两种形式。

单纵臂式悬挂系统当车轮上下跳动时会使主销后倾角产生较大的变化,因此单纵臂式悬挂系统不用在转向轮上。

双纵臂式悬挂系统的两个摆臂一般做成等长的,形成一个平行四杆结构,这样,当车轮上下跳动时主销的后倾角保持不变。

双纵臂式悬挂系统多应用在转向轮上。

d.烛式悬挂系统

烛式悬挂系统的结构特点是车轮沿着刚性地固定在车架上的主销轴线上下移动。

烛式悬挂系统的优点是：

当悬挂系统变形时,主销的定位角不会发生变化,仅是轮距、轴距稍有变化,因此特别有利于汽车的转向操纵稳定和行驶稳定。

但烛式悬挂系统有一个大缺点：

就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受,致使套筒与主销间的摩擦阻力加大,磨损也较严重。

烛式悬挂系统现已应用不多。

e.麦弗逊式悬挂系统

麦弗逊式悬挂系统的车轮也是沿着主销滑动的悬挂系统,但与烛式悬挂系统不

麦弗逊式悬挂系统

完全相同,它的主销是可以摆动的,麦弗逊式悬挂系统是摆臂式与烛式悬挂系统的结合。

与双横臂式悬挂系统相比,麦弗逊式悬挂系统的优点是：

结构紧凑,车轮跳动时前轮定位参数变化小,有良好的操纵稳定性,加上由于取消了上横臂,给发动机及转向系统的布置带来方便；与烛式悬挂系统相比,它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。

麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系统上,保时捷911、国产奥迪、桑塔纳、夏利、富康等轿车的前悬挂系统均为麦弗逊式独立悬挂系统。

虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量最高的悬挂系统结构,但它仍是一种经久耐用的独立悬挂系统,具有很强的道路适应能力。

f.主动悬挂系统

主动悬挂系统是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬挂系统。

它汇集了力学和电子学的技

主动悬挂系统

术知识,是一种比较复杂的高技术装置。

例如装置了主动悬挂系统的法国雪铁龙桑蒂雅,该车悬挂系统系统的中枢是一个微电脑,悬挂系统上的5种传感器分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。

电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较,选择相应的悬挂系统状态。

同时,微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件,通过控制减振器内油压的变化产生抽动,从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬挂系统运动。

因此,桑蒂雅轿车备有多种驾驶模式选择,驾车者只要扳动位于副仪表板上的"正常"或"运动"按钮,轿车就会自动设置在最佳的悬挂系统状态,以求最好的舒适性能。

主动悬挂系统具有控制车身运动的功能。

当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时,主动悬挂系统会产生一个与惯力相对抗的力,减少车身位置的变化。

例如德国奔驰2000款Cl型跑车,当车辆拐弯时悬挂系统传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度。

电脑根据传感器的信息,与预先设定的临界值进行比较计算,立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬挂系统上,使车身的倾斜减到最小。