汽车悬架由车轮悬架机构、车轮、弹簧、减振器、前后轴、转向机构、制动机构等零部件组成。而车轮位置对车辆直线行驶、转向及轮胎磨损有着决定性影响。 弹簧1.弹簧的功能1)使悬架运动,以便轮胎与路面更好接触。 2)保持车身高度正确。 3)有助于吸收路面的振动。 汽车悬架上的弹簧,见图1-6。
弹簧是由弹性材料构成的,如钢、橡胶或塑胶。弹簧利用车辆的重量推动轮胎与路面保持接触。根据牛顿定律,对于任何作用力都有一个相等且相反的反作用力,重力推动轮胎作用在路面上,路面的反作用力也作用在车辆上。这就是为什么弹簧可保持正确的底盘高度。
当轮胎遇到路面上的障碍物时(如凹坑或凸台),障碍物推动车轮(压缩),或陷入路坑(回弹)。在压缩时,弹簧储存着大量能量;在回弹时,弹簧释放大量能量。储存和释放能量引起弹簧“振荡”或多次回弹直至释放了所有的剩余能量。然而,该振动发生时,轮胎将改变与路面的相对位置,引起轮胎表面的摩擦,同时给驾驶员带来驾驶问题。
所有这些会引起弹簧疲劳。由于弹簧疲劳,直至弹簧不再能支持车身重量,弹簧不能保持轮胎可靠抓地。由于弹簧疲劳也会引起不当的力作用在其他悬架部件上,引起它们过早地磨损。弹簧虽然没有受热,却因疲劳而改变了悬架高度。
根据功能和用途不同,弹簧有多种形式,见图1-7。
扭杆弹簧扭力杆是利用具有扭曲刚性的弹簧钢制成的杆状件,类似于圆钢。能够被扭曲并储存能量。扭力杆的一端被连接在车体上,另一端连接在控制臂上。车轮上下运动时,发生压缩和/或回弹,扭力杆或多或少被扭曲。弹簧钢的弹力试图使扭力杆回复到正常位置,因此消耗了扭力杆扭曲时储存的能量。典型的扭杆弹簧,见图1-8。
车辆设计时使用有纵向扭力杆(与车辆侧面平行)或横向扭力杆(与车辆侧面垂直)。对于这两种形式的扭力杆,通常在其一端安装有调整螺栓或螺母。当扭力杆疲劳时,该项调整可恢复正确的车身高度。见图1-9。
特别提示：
进行车轮定位前要检查和调整扭力杆。
3.螺旋弹簧螺旋弹簧相当于是一个扭力杆绕着一个圆柱被卷绕成螺旋形,见图1-10。当螺旋弹簧上下移动时,压缩和回弹使得弹簧丝发生扭曲。在其扭曲时,弹簧变短;解旋或放松时弹簧变长。对于扭力杆或螺旋弹簧,螺旋完全是钢的。内部缺陷和金属材料表面的沟痕,使弹簧在该处变得脆弱。该断裂起自缺陷或沟痕处,并不断向弹簧丝周围扩大,经过若干压缩周期后引起弹簧断裂。这就是为什么坏损的弹簧断裂处总是尖锐的。
对于螺旋弹簧悬架,疲劳的弹簧无法调整补偿。
特别提示：
*当螺旋弹簧出现磨损和松弛时,必须成对更换。
螺旋弹簧通常以弹性比率来识别。弹性比率是指当螺旋弹簧压缩1in时,所承受的以磅为单位的重量值。
螺旋弹簧是现代汽车上用得最多的弹簧。它的吸收冲击能力强,乘坐舒适性好,缺点是长度较大,占用空间较多,安装位置的接触面也较大,使得悬架系统的布置难以做到很紧凑。由于螺旋弹簧本身不能承受横向力,所以在独立悬架中不得不采用四连杆、螺旋弹簧等复杂的组合机构出于乘坐舒适性的考虑,我们希望汽车在频率高且振幅小的地面冲击时,弹簧能表现得柔软一点;而当冲击力大时,又能表现出较大的刚性,减小冲击行程。因此,需要弹簧同时具有两种甚至两种以上的刚度。工程师们采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧来解决这一问题,这样组合弹簧的刚度随负载的增加而增加。见图1-11。
4.板簧板簧通常由弹簧钢制成,见图1-12。也有些厂商以玻璃纤维增强塑料(FRP)制造板簧,如 Corvette和 Chevy Astro等车型。板簧做成平板形或叶片形,其通常有一小的曲率。曲率值被称为弹簧曲率。压缩和回弹发生时,弹簧板外展变平,而后回复到原状。板簧设计是以三点安装(两端连接车架,第三点连接车轴)的。板簧保证车轴在车架上处于正确的定位。中心螺栓穿过弹簧和车轴定位孔,弹簧座确保车轴和弹簧定位。
板簧多用于厢式车及货车,由若干长度不同的细长弹簧片组合而成。它比螺旋弹簧结构简单,成本低,可紧凑地装配于车身底部,工作时各片间产生摩擦,因此本身具有衰减效果。但如果产生严重摩擦,就会影响吸收冲击的能力。重视乘坐舒适性的现代轿车很少使用板簧。
5.空气弹簧空气弹簧是一个充以空气的橡胶气囊,见图1-13。多数情况下,空气弹簧将提供一个比传统弹簧更舒适的悬架。受力时压缩空气将使气囊缩短。当空气回复到原状态时,空气弹簧将伸长,因此其功用像传统弹簧。
特别提示:
*很多空气弹簧系统是由车载计算机来控制,因此在做四轮定位前,空气弹簧系统开关必须关闭。
*当二次举升或举升装有空气悬架系统的车辆时,如果没有足够气压,空气弹簧会伸长,弹簧壁可能内陷至活塞。弹簧中没有空气,控制臂上移时可能损坏弹簧。
*关于空气悬架系统的更详细内容,请参考对应车辆的维修手册。
多数装有空气悬架系统的车辆都有车身高度传感器。该传感器可调整,以校正车身高度。
空气弹簧利用气体的可压缩性代替金属弹簧。它最大的优点就是具有可变的刚度随气体容量的不断压缩渐渐增加刚度,且这种增加是一个连续的渐变过程,而不像金属弹簧是分级变化的。它的另一个优点是具有可调整性,即弹簧的刚度和车身的高度是可以主动调节的。通过主副气室的配合使用,使弹簧可以处在两种刚度的工作状态下:主副气室同时使用,气体容量变大,刚度变小,反之(只使用主气室)则刚度变大。空气弹簧刚度由计算机控制,在汽车高速、低速、制动、加速以及转向等状态下,根据所需刚度进行调节。
空气弹簧也有弱点,靠压力变化控制车身高度必须装备气泵,还有各种控制附件(如空气干燥器),若保养不善会使系统内部生锈发生故障。另外,如果不同时采用金属弹簧,旦发生漏气,汽车将无法行驶。
减振器如前所述,我们讨论了弹簧在储存和释放能量时引起的振动。如果不加限制,该振动将会引发严重的驾驶问题,即制动问题和轮胎磨损。因此,每个弹簧将配备弹簧振动阻尼装置(减振器)。
下面让我们来做一组实验当我们将一个重块挂在弹簧上,重块将上下移动直至弹簧内的能量耗尽。如果我们将同重块挂在同一弹簧上,并放入油缸中,你认为会发生什么?如果重块上有个大孔,又会怎样呢?如果是小孔呢?若是更小的孔,又会如何呢?孔可使一部份油液通过重块,以油液缓冲其冲击。这是减振器的基本原理,见图1-14。
在实车上,减振器活塞端安装在车架上,气缸端安装在车轴或控制臂上,见图1-15。当车轮遇到凸块时,气缸向上推进。气缸是密封的,注油容器的内径与活塞阀的直径相同,见图1-16。当气缸上推时,油液被推通过活塞阀的孔。孔的尺寸和油液的粘度决定缓冲或抑制冲击运动的能力。同样,减振器通过缓冲效应滤掉来自弹簧的能量。刚性减振器或重型减振器将提供一个硬式悬架。硬式悬架导致悬架很少运动。重型减振器用于高性能车辆,或重型货车,或经常在坏路面上行驶的车辆。
特别提示:
*除了弹簧式悬架或空气悬架车型,减振器不影响车身高度。
很多减振器是“充气式”的,用以改进悬架硬度,延长使用寿命。充气式减振器充装的是氮气,氮气可减少减振器中油液中的气泡。
特别提示:
安装或检查时,要注意检查减振器安装支架是否断裂、轴衬是否损坏、活塞油封四周是否漏油。
进行弹跳测试。多次弹动汽车每个部位,松手后查看。弹跳不应超过2~3次。
不应只以弹跳测试来判断减振器的好坏。疲劳或损坏的弹簧会导致车辆过度弹跳。还要检查轮胎的齿状或杯状磨痕,这些意味着减振器或弹簧是坏损的,轮胎离开路面再落下会冲击地面。
