汽車懸架控制臂

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汽車懸架控制臂 懸架系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車 上的重要總成，對(duì)汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有很大的影響 ?？刂票? C o n t r o l a r l T l ，也稱擺臂) 作為汽車懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向和傳力元件，將作用在車輪上的各種力傳遞給車身，同時(shí)保證車輪按一定軌跡運(yùn)動(dòng)。控制臂分別通過球鉸或者襯套把車輪和車身彈性地連接在一起?？刂票? 包括與之相連的襯套及球頭)應(yīng)有足夠的剛度、強(qiáng)度和使用壽命。 汽車擺臂分為前擺臂和下擺臂，前擺臂是懸架的向?qū)Ш椭?，其變形影響車輪的定位，降低行車穩(wěn)定性；而下擺臂主要作用是用來支撐車身，減震器并且緩沖行駛中的震動(dòng)。減速器對(duì)下懸掛臂能起到好的輔助作用，它與減震器和彈簧的默契配合才能構(gòu)成一套出色的懸掛系統(tǒng)（總成）。 A. 控制臂球鉸總成結(jié)構(gòu) 先介紹兩種常見結(jié)構(gòu)形式的控制臂球鉸總成。 圖1中球銷6 裝在球碗2 內(nèi)，球碗2 為聚乙烯材料制成，避免了球銷6 直接與球座1 接觸。防塵罩4 上端通過卡環(huán)5 裝在球銷6上，下端通過卡環(huán)3 裝在球座1 上，防塵罩4 通常為橡膠材料或者聚乙烯材料。 圖2 中的球座2 底部為開放式，利用鋁制擋板1 鎖止球銷8 ,和球碗7脫出。球鉸總成通常通過球座與控制臂臂體裝配，裝配方式為球座與控制臂臂體鍛為一體，嵌入 、焊接、鉚接或者螺栓聯(lián)接。 B. 汽車控制臂的結(jié)構(gòu)：1.橫向穩(wěn)定桿連桿 2.橫拉桿 3.縱拉桿 4.單控制臂 5.叉( V)形臂 6.三角臂 1. 橫向穩(wěn)定桿連桿 在懸架安裝時(shí)，穩(wěn)定桿連桿一端通過橡膠襯套或球鉸與橫向穩(wěn)定桿連接 ，另一端通過橡膠襯套或球鉸與控制臂或筒式減振器連接，橫 向穩(wěn)定桿連桿在懸架中對(duì)稱使用，起提高操縱穩(wěn)定性的作用。兩種橫向穩(wěn)定桿連桿的結(jié)構(gòu)圖，如 圖3 、圖4所示 。圖3 為雙 襯套穩(wěn)定桿。臂體2 為鍛鋁件，橡膠襯套1，3與臂體2裝配時(shí)為緊配合，因此，橡膠襯套1,3與臂體2無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，圖4為雙球鉸穩(wěn)定桿，臂體2為鋼制拉桿，球鉸總成1,3的軸線與臂體2的相對(duì)位置根據(jù)需求可以設(shè)計(jì)為0，90，180。球鉸總成1,3與臂體2焊接在一起。 2 .橫拉桿 在懸架安裝時(shí) ，橫拉桿一端的橡膠襯套與副車架或車身連接 ，另 一端的橡膠襯套與輪轂連接。此類控制臂多應(yīng)用于汽車的多連桿懸架 和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的橫拉桿，主要承受橫向載荷，同時(shí)對(duì)車輪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。兩種橫向拉桿的結(jié)構(gòu)圖如圖 5、圖6 所示。圖5為不可調(diào)橫向拉桿，臂體2 為鋼制拉桿，橡膠襯套 1 ,3, 外管與臂體2 焊接在一起。圖 6 為可調(diào)橫向拉桿，臂體由鋼制螺紋拉桿2 、4 和螺紋導(dǎo)套3 組成 ，可以通過調(diào)節(jié)螺紋拉桿2，4 和螺紋導(dǎo)套3 的相對(duì)位置得到不同長(zhǎng)度的拉桿。 3.縱拉桿 縱拉桿多用于拖拽臂式懸架，傳遞牽引力和制動(dòng)力。圖7 為縱向拉桿的結(jié)構(gòu)圖。臂體2 由鋼材沖壓成形。橡膠襯套1 、3 、4 外管與臂體2 焊接在一起。橡膠襯套1 安裝在車身中部的受力部位，橡膠襯套4與輪轂連接，橡膠襯套3 安裝在減振器的下端，起支承和減振的作用。 4.單控制臂 此類控制 臂多用于多連桿懸架，兩個(gè)單控制臂配合使用，可以傳遞來 自車輪的橫向和縱向載荷。 圖8 為一種結(jié)構(gòu)型式上懸控制臂的結(jié)構(gòu) 圖。臂體2 為鍛鋁件。橡膠襯套1 與臂體2 裝配時(shí)為緊配合，因此，橡膠襯套1 和臂體2 之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。球鉸總成3 為球座嵌鋁板式，球座與臂體2 的裝配方式為嵌入式。在懸架安裝中，橡膠襯套1與副車架或車身連接，球鉸總成3與輪轂連接。橡膠襯套1 也可以為液壓襯套。 圖9 為另外一種結(jié)構(gòu)形式的單控制臂 ，也稱為支承臂。臂體2 為鍛鋁件 ，橡膠襯套1 、4 與臂體2 裝配時(shí)為緊配合，因此，橡膠襯套 1 、4 和臂體2 無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。球鉸總成5 的球座與臂體2 鍛為一體。在懸架安裝中，橡膠襯套1 與副車架或車身連接 ，球鉸總成5 與輪轂連接，臂體2 上的安裝孔3 用以安裝穩(wěn)定桿 ，橡膠襯套4 與筒式減振器下端連接。 5. 叉 ( V)形臂 圖 10、圖11為兩種叉 ( V)形臂的結(jié)構(gòu)圖。此類控制臂多用于雙橫臂獨(dú)立懸架的上下臂或麥弗遜懸架的下臂，臂體的叉 ( V)形結(jié)構(gòu)主要傳遞橫向載荷 。在懸架安裝時(shí)，圖1 0 、圖11示的叉 ( V)形臂的橡膠襯套與副車架或車身連接，球鉸總成與輪轂連接。 圖10中，臂體3為鈑金沖壓件焊接成形。橡膠襯套1,2 與臂體3裝配時(shí)為緊配合，因此，橡膠襯套 1,2 與臂體3之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。球鉸總成4 與臂體2 鉚接在一起。圖11中，臂體2為鍛鋁件。橡膠襯套1，5 與臂體2裝配為緊配合，因此，橡膠襯套1，5和臂體2 之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。球鉸總成3 為球座嵌擋板式 ，球座與臂體2 裝配方式為嵌入式。對(duì)圖1 1 所示叉形臂的結(jié)構(gòu)，臂體2在鍛造成形時(shí)，由于T形區(qū)金屬流動(dòng)比較大，鍛造工藝要求較高。 6. 三角臂 此類控制臂多用于前懸麥弗遜懸架的下臂，用來傳遞橫向和縱向的載荷，控制車輪與車身的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖1 2 、圖1 3 為兩種三角臂的 結(jié)構(gòu)圖。圖1 2 為雙襯套、單球鉸三角臂，臂體2 為鈑金沖壓件焊接成形。橡膠襯套1 、4 與臂體2 裝配為緊配合，因此，橡膠襯套1 ，4 與臂體2 之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。球鉸總成3為球座嵌擋板式，與臂體2 裝配方式為鉚接。圖1 3 為單襯套、雙球鉸三角臂，臂體2 為鍛鋁件。橡膠襯套4 內(nèi)管與臂體2 裝配時(shí)為緊配合，因此，橡膠襯套4 與臂體2 之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng) 。球鉸總成1 為球座嵌擋板式 ，球座與臂體裝配方式為嵌入式；球鉸總成3 為球座無擋板式，球座與臂體2 鍛造為一體。懸架安裝時(shí)，圖1 2 中橡膠襯套1 、4 與副車 架或車身連接，球鉸總成1 與輪轂連接 ；圖1 3 中球鉸總成1 和橡膠襯套4 與副車架或車身相連 ，球鉸總成3 與輪轂相連。橡膠襯套1 的動(dòng)態(tài)特性主要由汽車的操縱穩(wěn)定性要求確定 ，橡膠襯套4 的動(dòng)態(tài)特性主要由汽車的平順性要求確定。 C．汽車的懸掛系統(tǒng) 1.汽車懸掛系統(tǒng)：汽車懸掛系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器組成整個(gè)支持系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有的功能是支持車身，改善乘坐的感覺，不同的懸掛設(shè)置會(huì)使駕駛者有不同的駕駛感受。外表看似簡(jiǎn)單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力，決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性，是現(xiàn)代轎車十分關(guān)鍵的部件之一。 懸掛系統(tǒng)是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。典型的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸掛系統(tǒng)多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個(gè)別高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。懸掛系統(tǒng)是汽車中的一個(gè)重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關(guān)系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸掛系統(tǒng)僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡(jiǎn)單，相反轎車懸架是一個(gè)較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因?yàn)閼覓煜到y(tǒng)既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對(duì)立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動(dòng)，這樣彈簧就要設(shè)計(jì)得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點(diǎn)頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重的不良傾向，不利于汽車的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定等。 2. 汽車懸掛系統(tǒng)的分類 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)和獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 3. 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)車輪由一根整體式車架相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身的下面。非獨(dú)立懸掛系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、強(qiáng)度高、保養(yǎng)容易、行車中前輪定位變化小的優(yōu)點(diǎn)，但由于其舒適性及操縱穩(wěn)定性都較差，在現(xiàn)代轎車中基本上已不再使用，多用在貨車和大客車上。 4. 獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是每一側(cè)的車輪都是單獨(dú)地通過彈性懸掛系統(tǒng)懸掛在車架或車身下面的。其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì) 獨(dú)立懸掛系統(tǒng) 量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；可以使發(fā)動(dòng)機(jī)位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性；左右車輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車身的傾斜和震動(dòng)。不過，獨(dú)立懸掛系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、維修不便的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代轎車大都是采用獨(dú)立式懸掛系統(tǒng)，按其結(jié)構(gòu)形式的不同，獨(dú)立懸掛系統(tǒng)又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式、燭式以及麥弗遜式懸掛系統(tǒng)等。 a.橫臂式懸掛系統(tǒng) 橫臂式懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車橫向平面內(nèi)擺動(dòng)的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，按橫臂數(shù)量的多少又分為雙橫臂 橫臂式懸掛系統(tǒng)和單橫臂式懸掛系統(tǒng)。 汽車懸掛(9張) 單橫臂式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，側(cè)傾中心高，有較強(qiáng)的抗側(cè)傾能力的優(yōu)點(diǎn)。但隨著現(xiàn)代汽車速度的提高，側(cè)傾中心過高會(huì)引起車輪跳動(dòng)時(shí)輪距變化大，輪胎磨損加劇，而且在急轉(zhuǎn)彎時(shí)左右車輪垂直力轉(zhuǎn)移過大，導(dǎo)致后輪外傾增大，減少了后輪側(cè)偏剛度，從而產(chǎn)生高速甩尾的嚴(yán)重情況。單橫臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在后懸掛系統(tǒng)上，但由于不能適應(yīng)高速行駛的要求，目前應(yīng)用不多。 雙橫臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)按上下橫臂是否等長(zhǎng)，又分為等長(zhǎng)雙橫臂式和不等長(zhǎng)雙橫臂式兩種懸掛系統(tǒng)。等長(zhǎng)雙橫臂式懸掛系統(tǒng)在車輪上下跳動(dòng)時(shí)，能保持主銷傾角不變，但輪距變化大(與單橫臂式相類似)，造成輪胎磨損嚴(yán)重，現(xiàn)已很少用。對(duì)于不等長(zhǎng)雙橫臂式懸掛系統(tǒng)，只要適當(dāng)選擇、優(yōu)化上下橫臂的長(zhǎng)度，并通過合理的布置、就可以使輪距及前輪定位參數(shù)變化均在可接受的限定范圍內(nèi)，保證汽車具有良好的行駛穩(wěn)定性。目前不等長(zhǎng)雙橫臂式懸掛系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在轎車的前后懸掛系統(tǒng)上，部分運(yùn)動(dòng)型轎車及賽車的后輪也采用這一懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 b.多連桿式懸掛系統(tǒng) 多連桿式懸掛系統(tǒng) 多連桿式懸掛系統(tǒng)是由(3—5)根桿件組合起來控制車輪的位置變化的懸掛系統(tǒng)。多連桿式能使車輪繞著與汽車縱軸線成二定角度的軸線內(nèi)擺動(dòng)，是橫臂式和縱臂式的折衷方案，適當(dāng)?shù)剡x擇擺臂軸線與汽車縱軸線所成的夾角，可不同程度地獲得橫臂式與縱臂式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，能滿足不同的使用性能要求。多連桿式懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：車輪跳動(dòng)時(shí)輪距和前束的變化很小，不管汽車是在驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)都可以按司機(jī)的意圖進(jìn)行平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向，其不足之處是汽車高速時(shí)有軸擺動(dòng)現(xiàn)象。 c.縱臂式懸掛系統(tǒng) 縱臂式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)是指車輪在汽車縱向平面內(nèi)擺動(dòng)的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，又分為單縱臂式和雙縱臂式兩種形式。單縱臂式懸掛系統(tǒng)當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)會(huì)使主銷后傾角產(chǎn)生較大的變化，因此單縱臂式懸掛系統(tǒng)不用在轉(zhuǎn)向輪上。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)的兩個(gè)擺臂一般做成等長(zhǎng)的，形成一個(gè)平行四桿結(jié)構(gòu)，這樣，當(dāng)車輪上下跳動(dòng)時(shí)主銷的后傾角保持不變。雙縱臂式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在轉(zhuǎn)向輪上。 d.燭式懸掛系統(tǒng) 燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是車輪沿著剛性地固定在車架上的主銷軸線上下移動(dòng)。燭式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)懸掛系統(tǒng)變形時(shí)，主銷的定位角不會(huì)發(fā)生變化，僅是輪距、軸距稍有變化，因此特別有利于汽車的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定和行駛穩(wěn)定。但燭式懸掛系統(tǒng)有一個(gè)大缺點(diǎn)：就是汽車行駛時(shí)的側(cè)向力會(huì)全部由套在主銷套筒的主銷承受，致使套筒與主銷間的摩擦阻力加大，磨損也較嚴(yán)重。燭式懸掛系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用不多。 e.麥弗遜式懸掛系統(tǒng) 麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的車輪也是沿著主銷滑動(dòng)的懸掛系統(tǒng)，但與燭式懸掛系統(tǒng)不 麥弗遜式懸掛系統(tǒng) 完全相同，它的主銷是可以擺動(dòng)的，麥弗遜式懸掛系統(tǒng)是擺臂式與燭式懸掛系統(tǒng)的結(jié)合。與雙橫臂式懸掛系統(tǒng)相比，麥弗遜式懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，車輪跳動(dòng)時(shí)前輪定位參數(shù)變化小，有良好的操縱穩(wěn)定性，加上由于取消了上橫臂，給發(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置帶來方便；與燭式懸掛系統(tǒng)相比，它的滑柱受到的側(cè)向力又有了較大的改善。麥弗遜式懸掛系統(tǒng)多應(yīng)用在中小型轎車的前懸掛系統(tǒng)上，保時(shí)捷911、國產(chǎn)奧迪、桑塔納、夏利、富康等轎車的前懸掛系統(tǒng)均為麥弗遜式獨(dú)立懸掛系統(tǒng)。雖然麥弗遜式懸掛系統(tǒng)并不是技術(shù)含量最高的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但它仍是一種經(jīng)久耐用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的道路適應(yīng)能力。 f.主動(dòng)懸掛系統(tǒng) 主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的、由電腦控制的一種新型懸掛系統(tǒng)。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技 主動(dòng)懸掛系統(tǒng) 術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸掛系統(tǒng)系統(tǒng)的中樞是一個(gè)微電腦，懸掛系統(tǒng)上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)。同時(shí)，微電腦獨(dú)立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件，通過控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動(dòng)，從而能在任何時(shí)候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸掛系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動(dòng)位于副儀表板上的“正?！被颉斑\(yùn)動(dòng)”按鈕，轎車就會(huì)自動(dòng)設(shè)置在最佳的懸掛系統(tǒng)狀態(tài)，以求最好的舒適性能。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)具有控制車身運(yùn)動(dòng)的功能。當(dāng)汽車制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款Cl型跑車，當(dāng)車輛拐彎時(shí)懸掛系統(tǒng)傳感器會(huì)立即檢測(cè)出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計(jì)算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸掛系統(tǒng)上，使車身的傾斜減到最小 。