汽车悬架系统中的橡胶-金属元件
汽车悬架系统是汽车的一个重要子系统，对汽车的操纵稳定性和平顺性具有重大影响。悬架系统中的橡胶－金属元件主要作用是减振和保证悬架的顺从性。各个元件在汽车悬架系统中的位置如图1所示。
悬架控制臂中有多种衬套，而每个衬套对汽车性能影响的侧重点不一样。图2所示为悬架控制臂中的各个衬套的位置。图2中的衬套3的性能主要是为了保证悬架系统对汽车平顺性的性能，因而其刚度较小；衬套4主要是保证悬架系统对汽车操纵稳定性性能，因而其刚度较大；衬套5连接减振器的下端，主要是为了减少悬架传递到车身上的力，因而其刚度较小。图3为典型的橡胶－金属衬套结构，和由规则圆柱形状的金属管组成的橡胶衬套（传统的橡胶传统）相比，图3a所示衬套的锥摆刚度较小，图3b具有较大的径向刚度和较低的轴向刚度。由于橡胶衬套的阻尼较小，在悬架设计时，有时为了尽快衰减控制臂的振动，需要衬套具有较大的阻尼，液压衬套正是基于这一目的而设计的。液压衬套可以分为径向性和轴向性，分别在衬套的径向和轴向提供较大阻尼。图4是液压衬套的结构图。图5为液压衬套与橡胶衬套在低频、大振幅激励下动刚度和滞后角的对比。由图5可见，对液压衬套，当激振频率在某一范围附近时，液压衬套可以提供很大的阻尼（滞后角）。图6为液压衬套与橡胶衬套在高频、小振幅激励下动刚度和滞后角的对比。由图6可见，在一个频率范围内（200～500H z），液压衬套的刚度比橡胶衬套还低，这样可以有效地提高隔振率，减小路面传递到车身的振动。无论是橡胶衬套还是液压衬套，很难综合兼顾到汽车的操纵稳定性和平顺性，为此，出现了混合胶料的衬套（一个衬套中有两种以上不同的胶料）。和单一胶料的衬套相比较，其轴向方向（汽车前后方向）动静刚度比增加（更好的满足汽车的操纵稳定性），垂直方向动静刚度比减小（更好的满足汽车的平顺性）。图7为混合胶料衬套的结构图。在一些高级轿车中，还出现了磁流变式的衬套，其阻尼和刚度可以连续调节。根据需要，衬套的刚度可以增大或者减小一倍左右。此种类型的衬套消耗的功率小于5W，是一种在特定工况下，综合优化汽车的操纵稳定性和平顺性的衬套。悬架中筒式减振器的下端通过衬套与悬架控制臂或拉杆相连，上端通过减振器的上端支撑连接到车身。作用在筒式减振器上的力均通过其上端支撑传递到车身，因此减振器上端支撑是悬架系统中的一个重要减振元件。为了满足操纵稳定性的要求，减振器上端支撑在横向方向的刚度要大，而轴向（垂直方向）方向的刚度要小。图8为两种不同类型的减振器上端支撑。图8a为单路径型的减振器上端支撑，其特点是作用在减振器上的力和作用在减振器弹簧上的力均通过橡胶件1传递到车身。图8b为双路径型的减振器上端支撑，其特点是作用在减振器上和在减振器弹簧上的力分别通过橡胶件1和橡胶件2传递到车身，因而双路径型的上端支撑具有较好的隔振效果，但其成本较高。利用橡胶作为隔振的减振器上端支撑，由于兼顾其疲劳特性，其刚度不可能很低。此时，在减振器上端支撑中可以采用液压支撑元件。利用的是液压支撑在一个频率点上的刚度较低的特点（利用橡胶件做成这样小的刚度，其疲劳特性难以满足要求）。图9给出了液体－橡胶－金属减振器支撑元件及其动刚度。可见，该支撑元件在1.2～1.4Hz左右（对应悬架系统的偏频）的刚度很低，可以有效地隔离由于悬架的共振传递到车身上的动载荷。但是这种减振器支撑元件的成本更高。横向稳定杆主要是增加悬架系统的扭转刚度，提高汽车的操纵稳定性性能。横向稳定杆及其衬套的结构见图10。横向稳定杆衬套的主要作用是限制稳定杆的轴向运动，同时还可能增加横向稳定杆的扭转刚度。稳定杆和衬套最简单的配合为两者之间有间隙的配合，这种安装方式简单、拆卸容易。但是稳定杆和衬套之间可以相对移动，容易引起噪声。为了限制两者之间的运动，可将稳定杆和衬套之间配合之处做成长方形，如图11所示，这样可以利用衬套的刚度来增加悬架系统的扭转刚度。但是这种方式要对横向稳定杆进行特殊的加工，并且在横向稳定杆上会产生应力集中。其他的配合方式还有：利用化学粘接剂将稳定杆和衬套连结在一起；对衬套进行与压缩，使得衬套和稳定杆之间形成过盈配合等。 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-04-13
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