【技研】悬架弹性缓冲元件知识讲解

1.1悬架定义:

悬架是在垂直以外的方向上以适当的刚性把车轮与车身连接起来，而在垂直方向装有弹簧及减振机构。

1.2悬架的功能:

（1）车轮支撑功能：为实现机动车的“行驶”“转弯”“制动”等基本功能，车轮和车身必须连接在一起。这就要求悬架为适应因车辆重量和装载质量的变化、车身与车轮及路面之间伴随行驶发生的驱动力及转弯侧向力、制动力等。而具备足够的强度和耐久性。

（2）定位控制功能：为实现目标车辆的运动特性，必须使由前束和外侧角所代表的轮胎接地状态处于恰当状态。这就需要考虑悬架连接机构在满足单纯上下行程时所需的几何特性的同时，还要满足在驱动力、转弯侧向力以及制动力等作用下需要的刚性和挠度。

（3）缓冲功能：在行驶时为保证车身以及乘员的乘坐舒适性，而缓和由于路面凹凸不平而引起的振动及噪声的同时，减少侧倾和俯仰等车身状态的变化。为达到上述功能，可以通过侧倾中心高度的变化实现抗点头和抗仰头等几何特性的考量，从而增加了弹簧减震机构设定的自由度。下图是悬架的等效物理模型。

 汽车悬架弹簧包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧和空气弹簧等。这些弹簧的作用均是支撑车体，缓和由路面传过来的振动和冲击载荷。悬架弹簧具有如下图所示的载荷特性，可根据使用目的的选择适当的载荷特性，再按载荷特性选用弹簧。 

 稳定杆的功能是减小车辆转弯时的侧倾和改善乘坐舒适性。从小型的轿车到重型的载货车的前悬架大多装有稳定杆。由于设计时需要避开周围的其他部件，稳定有各种各样的形式，但基本都是屈臂与扭力杆为一体的形状。另外，材料的断面有实心和中空两种形式，对轻量化有利的中空材料的使用正在不断增加。

稳定杆刚度计算方法：将稳定杆基本形状作为计算模型的一般计算公式。但由于实际稳定杆呈现复杂的立体形状，因此，使用一般计算公式无法预测的情况较多。此外，采用中空形式时，由于采用中空形式时，由于加工部分发生扁平变形，无法分析到该变形的影响，因此，现在稳定杆的计算大多使用有限元分析法。传统的计算方法可以做为初期设计参考。一般U形模式稳定杆计算按下图所示公式计算。

4.1减震器的功能：

减震器通过吸收车体的垂向振动能量，而控制车辆的振动，提高乘坐舒适性，确保货物完整，降低车体各部的动应力，提高使用寿命。同时，还可以控制弹簧下振动，确保轮胎的接地性。另外，控制由惯性力引起的车轮状态变化，可提高车辆的运动性能。

4.2减振器阻尼力产生机构：

 通常，把减振器抑制振动的力称为阻尼力。汽车悬架上使用的减震器体积小质量小，且可获得较大的吸收功能，与动作速度相对应的阻尼力特性可任意确定。从这些优点出发，几乎全都采用利用液体（油液）流动黏性阻力的机构。

液压减震器通过活塞的移动、液压缸内的油液流过阀产生压力差而形成阻尼力。阻尼力由压力差与承压面积的乘积求得，而压力差为

其中，a-根据流路形状和油液的黏度确定的系数；S-承压面积；v-运动速度； ρ-油的密度；Cd-流量系数；a-流路面积。

4.3单筒式减振器：

单筒充气式减震器的密封气室布置在减震器下端，封入了压缩时能够产生足够阻尼力的高压氮气（2~3MPa），自由活塞将氮气与油液完全隔开。阻尼力由减震器的伸缩，加上活塞上的阀门的作用而产生。

       优点：由于高压氮气密封装入且与油液完全隔离，可以获得稳定的阻尼力特性；不易发生油液射流声。

        缺点：储油室置于减震器下端，导致安装高度较大；气体高压及工作压力直接作用于密封，故摩擦力较高；虽然结构比较简单，但精密度要求高的部件较多，因此价格较高。

4.4**式减振器：

**式充气减震器可消除连续运动和高速运动时的气蚀现象，同时，还对单筒减震器的缺点进行了改进。产生阻尼力的机构，由在拉伸和压缩双向行程中产生阻尼力的活塞阀门和在压缩行程中产生阻尼力的压缩阀组成。储油室是活塞杆进入与退出时液压油的补偿室，所以在储油室里充入了压力较低的氮气（0.5~1MPa）。

      优点：在连续工作及高速运动时可获得稳定的阻尼力，不易发生射流声。

      缺点：压缩行程的阻尼力是活塞阀门与底座阀特性的组合，故应注意调整。

冲击限位块安装在麦弗逊式一类独立悬架减震器的拉杆、装纵臂以及钢板弹簧等处，是防止车架与车身发生干涉以及吸收车轮对车身的冲击能量的功能部件。由于安装的机构以及位置的不同，其结构形状各异。如下图为安装在减震器拉杆上的冲击限位块。使用材料为天然橡胶，也多使用发泡聚氨脂。

5.1发泡聚氨脂限位块：       

发泡聚氨脂限位块的特点：①质量小（约是橡胶材料的1/2）；②变形大，可以获得非线性弹簧特性； ③载重时径向尺寸变化量小，可以减小径向空间。

5.2 橡胶限位块：

橡胶限位块的特点：①可以和防尘罩一体成型；②一般多使用天然橡胶，材料容易选择；③防水韧性好，布置容易。