懸吊系統- 维基百科,自由的百科全书
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懸吊系統
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福特T型車前輪的懸吊系統元件
懸吊系統,亦稱為懸掛系統或懸載系統(英語:Suspension),乃是一種由彈簧、減震筒和連桿所構成的車用系統,用於連接車輛與其車輪,一台車輛的前輪與後輪懸吊設計有可能會使用不同設計。
懸吊系統扮演雙重的角色,讓車輛的操控(英語:Automobilehandling)與煞車合乎良好的動態安全與操駕樂趣,並保持車主的舒適性及隔絕適當的路面噪音、彈跳與震動。
這些特性通常都互相牽制,因此懸吊的調整就必須找到兩者兼顧的設定。
懸吊系統同時也保護車輛本身或車上的貨物行李,避免因顛簸而磨耗或損壞。
這篇條目主要是有關四輪(或多輪)車輛的懸吊。
若需要兩輪車輛懸吊的相關資料,可參閱機車懸吊、單車懸吊(英語:Bicyclesuspension)。
目次
1歷史
1.1網站閱讀
1.2馬車
1.3汽車
2重要屬性
2.1彈簧剛性
2.1.1彈簧剛性的數學應用
2.2懸架剛性
2.3側傾力耦百分比
2.4重量轉移
2.4.1非承載重量轉移
3懸吊系統類型
4裝甲戰車懸吊系統
5參考資料
6外部連結
歷史[編輯]
在古早的埃及,就已經出現過板式彈簧的蹤跡。
古代的兵工學家使用板式彈簧,以彎曲的板狀材料加強他們的攻城武器,起初的效果還不錯。
後來在投石器上所使用的板式彈簧更為精密,而且可以使用好幾年。
彈簧不一定由金屬製造,也可使用堅硬的樹枝組合,當作彈簧,就像製弓一樣。
網站閱讀[編輯]
懸吊系統比較扭力樑、雙A臂、麥花臣、多連桿差在哪裡?
馬車[編輯]
汽車的5種懸吊連接,彈簧被省去,由上而下:LiveaxlewithWattbar活軸懸吊;Suspensionlikeonabikefork類似腳踏車前叉的懸吊;Swingaxle搖軸式懸吊;Doublewishbone雙A臂(多連桿式)懸吊;MacPherson麥弗遜支柱式懸吊
在19世紀早期,大部分的英國四輪馬車都有配備彈簧;木製彈簧用於輕型單馬車輛來避震,而較大的馬車彈簧則採用鐵製。
這些鐵製的彈簧由低碳鋼製成而且通常疊成多層成為板式彈簧。
[1]
英國的鐵製彈簧不適用於當時美國大陸粗糙不平的路面,轉彎過快時甚至會導致馬車解體。
在1820年代,新罕布夏州康科特市的AbbotDowning公司開發出一種系統,藉此讓驛馬車的車體能夠支撐在稱作「thoroughbraces」的皮帶上,這樣車廂的動態可改善成擺蕩的動作,而不是像彈簧懸吊那樣劇烈的上下震動。
(有時驛馬車本身也被稱作「thoroughbrace」。
)
汽車[編輯]
汽車在早期開發時,視為自身動力推進的馬車。
但是相對來講,馬車是設計用來低速行駛的,因此它們的懸吊並不適用於內燃機引擎所能產生的高速行駛。
1903年,德國的Mors汽車公司首次將車輛安裝了減震筒。
1920年,Leyland汽車公司在懸吊系統中加入了扭桿裝置。
1922年,LanciaLambda開創先例地使用獨立前輪懸吊,在1932年以後的市售車輛上更為常見。
[2]
重要屬性[編輯]
彈簧剛性[編輯]
更多資訊:彈簧
彈簧剛性(或稱懸吊剛性)是懸吊伸縮時,用來設定車高或其定位的要素之一。
車輛載重大的通常會搭配更硬的懸吊來抵銷額外的重量負載,否則可能在途中(或彈跳時)壓毀了車輛。
較硬的彈簧通常也用於性能用途,因為這時候懸吊在彈跳時是經常性下壓的,這時會導致可用的彈跳伸縮量變少,造成破壞性的下壓力。
彈簧太硬或太軟都會造成車輛失去懸吊性能。
一般來說,比較經常性載重的車輛具備較重或較硬的彈簧,其彈簧剛性接近車重的上限值。
這樣讓車輛可以在控制性受載重慣性的限制下,正常地載貨並操駕行駛。
駕駛一台空的載貨用卡車可能會對乘客感到較不舒適,是因為與車重相關的高彈簧剛性。
賽車可以說是具備較硬的彈簧,而且會呈現不舒適的顛簸。
然而,雖然兩者均具備硬彈簧,但實際上一台2000磅的賽車與一台10000磅的卡車,其兩者的彈簧剛性則是全然不同的。
高級房車、計程車或客運巴士通常可以說是具備較軟的彈簧。
車輛的彈簧若是老化或損壞,行駛時容易貼近地面,懸吊的總壓縮量會降低,車體也容易側傾。
性能跑車的彈簧剛性有時不只是為了車重或載重的需求。
彈簧剛性的數學應用[編輯]
彈簧剛性是一個比值,用來測量一個彈簧在偏斜時被壓縮或伸展時的阻抗。
按照虎克定律,彈力強度隨著偏斜增加而增加。
簡單來講,這個現象可以由下列公式所述:
F
=
−
k
x
{\displaystyleF=-kx\,}
其中
F為彈簧的施力
k為彈簧的剛性
x為靜力平衡時的位移量,其長度為彈簧壓縮或延展時。
由於本身車重、車輛載重、懸吊系統的空間限制或性能需求等因素下,彈簧剛性會受限在一段狹小的分佈區段。
彈簧剛性的單位通常由N/mm表示(或lbf/in)。
例如一個線性的彈簧剛性表示為500lbf/in,其代表彈簧每壓縮一英吋,它可以施壓500磅力。
而一個具有非線性的彈簧剛性,代表它的壓縮力與施力的關係無法適當地對應於一個線性模型。
例如,第一英吋會施壓500磅力,第二英吋會施壓額外的550磅力(因此總共是1050磅力),第三英吋則會施壓另外600磅力(總共達1650磅力)。
相較之下,一個500lbf/in的線性彈簧壓縮了三英吋之後的施壓力則只有1500磅力。
線圈彈簧的彈簧剛性可由簡單的代數方程來計算求得,或是由彈簧測試機來測量。
彈簧常數k可由下列公式計算:
k
=
d
4
E
8
N
D
3
{\displaystylek={\frac{d^{4}E}{8ND^{3}}}\,}
其中d為線材直徑,E為彈簧的彈性係數(例如鋼鐵的係數大約為30,000,000lbf/in²或是207GPa),N為線圈的纏繞次數,而D為線圈直徑。
懸架剛性[編輯]
懸架剛性為針對車輛輪架所測量出有效的彈簧剛性,但不只是單獨對彈簧剛性做測量而已。
懸架剛性通常等於或小於彈簧剛性。
一般來說,彈簧會固定在控制臂、搖臂或某些其他種類的樞軸支承機構上。
假設前述例子中的彈簧剛性計算出為每吋500磅力,如果將車輪垂直移動一英吋(車輛是靜止的),則彈簧可能僅壓縮了一小部份的量。
假設彈簧只移動了0.75英吋,槓桿臂比率可能為0.75到1,則懸架剛性可由彈簧剛性比值的平方倍(0.5625)而求得。
將比值做平方倍的目的在於它對於懸架剛性有兩個作用存在,這個比值同時影響了施力大小與位移量。
[3]
獨立懸吊系統下的懸架剛性就非常簡單明瞭,但對於某些非獨立懸吊系統的設計就必須考量到一些特殊狀況。
以車軸的縱向角度來看,若由前方或後方來看,懸架剛性可以由前述的方式去測量得出。
然而由於輪架並非獨立的,在加速或減速時側向來看,支點會位在無限遠的位置(因為前後輪都移動了)。
過彎與加減速時的有效懸架剛性也往往有不一樣的結果,將彈簧的定位盡可能地靠近車輪可以將懸架剛性的差異降到最小。
側傾力耦百分比[編輯]
在車輛搖晃時,側傾力耦百分比為車身各軸線上發生的有效懸架剛性數值,為車輛總側傾率的某個比值。
側傾力耦百分比在精確平衡車輛的操控上是非常關鍵的因素。
一台側傾力耦百分比70%的車輛,在過彎時會將本身70%的懸吊載重轉移到車輛前方。
重量轉移[編輯]
重量轉移通常針對單一車輪在過彎、加速或煞車等狀況下,相較於該輪淨重時的情形。
過彎的輪載重必須先得知靜止時的輪載重,並依照每個輪架的簧上載重、簧下總重,或是頂舉力的大小來增減。
有些賽車業界會使用一些假名詞,或是將頂舉力和懸吊載重轉移等因素統一用一個片語名詞來稱呼,例如「sidebite」。
通常會這樣做的理由在於,他們可能沒必要知道這麼詳細,或是刻意混淆對手而不讓對方得知車輛的性能,因此使用一般人容易接受的擬人詞彙。
非承載重量轉移[編輯]
非承載重量轉移是由非懸吊支撐的車輛元件重量所計算求得,這些元件包含了輪胎、輪圈、煞車、輪軸、控制臂一半的重量,以及其他的元件。
這些連接於車身的元件會假設成無重量(便於計算用途),然後放在同樣的動態負載。
過彎時,前輪的重量轉移會等於:前輪非承載總重×重力×前輪非承載重心高度÷前輪車軸寬度。
此算法同樣適用於後輪。
懸吊系統類型[編輯]
獨立式懸吊(懸吊)系統包含了以下系統:
英文
中文
優點
缺點
Swingaxle
搖軸式
Slidingpillar
滑動支柱式
MacPhersonstrut
麥弗遜支柱式
1.整體懸吊組件結構簡單、重量輕,作為車頭懸吊組件時,可有效減輕車頭重量。
2.佔用空間小,其響應速度和回彈速度敏捷,減震能力十分突出。
1.抗側傾及抗制動時點頭的能力較弱。
2.缺乏一定的穩定性。
Chapmanstrut
查普曼支柱式
UpperandlowerA-armSuspension(DoubleWishboneSuspension)
雙叉臂式(又稱為雙A臂式或雙魚骨式或不等長控制臂式)
1.響應速度和回彈速度可以控制,減震能力突出。
2.整體懸吊組件的強度和抗衝擊能力出色。
使用後輪胎與輪面的接地面積大,貼地性好,路面適應性好,可減少輪胎磨損。
1.整體懸吊組件需要佔用比較大的空間,組件重量也較重。
2.增加維修保養時的複雜度,在定位懸吊及四輪定位時,參數也較難確定。
Multi-linkSuspension
多連桿式
1.懸吊受到壓縮時可通過連桿對車輪定位主動進行精確的調整,能盡可能的使輪胎與地面保值垂直,貼地性非常出色。
2.操控性能非常出色,這種類型的懸吊能最大限度的發揮輪胎的抓地力,並可大幅度提高整車的操控極限。
1.結構複雜,造價相對比較昂貴。
2.佔用空間大。
semi-trailingarmsuspension
半拖曳臂式
屬獨立式懸吊系統,使用於後輪懸吊,比拖曳臂懸吊複雜。
swingingarm
搖臂式
leafsprings
葉片彈簧式
非獨立式懸吊(懸吊)系統包含了以下系統:
英文
中文
詳情
Satchelllink
Panhardrod
Watt'slinkage
澳洲福特汽車所發明,可改善活軸或固定軸懸吊的操控性
WOBLink
Mumfordlinkage
Liveaxle
活軸懸吊
有傳動功能的Beamaxle
Twistbeam
扭力樑式懸吊
亦稱Torsionbeamaxle,以鋼梁搭配左右兩支拖曳臂,路面高度起伏不大時左右輪不會互相拉扯,可算半獨立式懸吊系統,中小型車後懸吊常使用,使用此懸吊系統也可明顯增加車尾行李廂空間,扭力樑式懸吊可透過如福斯汽車添加內建液壓避震增加舒適性或Opel汽車添加Watt's連桿增進操控性。
扭力樑式懸吊雖使用拖曳臂,但並非拖曳臂懸吊,純拖曳臂式懸吊左右兩隻拖曳臂中間無扭力樑連結,操控較不穩定近代汽車中已十分少見。
扭力樑式懸吊也非扭力桿式懸吊,扭力桿式懸吊使用剖面為十字型之類的短鋼棒連接車輪,是較為簡單的設計。
Beamaxle
無傳動功能稱Solidaxle,有傳動功能稱Liveaxle,通稱Beamaxle
leafspringsusedforlocation
(transverseorlongitudinal)
汽車底盤採獨立懸吊系統可使各個車輪輪胎獨立跳動起伏,不會互相拉扯影響車輛行駛平衡,增加操控性與舒適性,只是成本較非獨立懸吊(如固定軸懸吊SolidAxle)高。
裝甲戰車懸吊系統[編輯]
早期戰車底盤為固定懸吊,震動大機動性差,後來採用農耕機葉片彈簧懸吊,但改善有限。
1930年代美國人JohnWalterChristie發明坦克用全輪獨立懸吊系統,但與美國軍方因規格問題未達成協議,蘇聯買去這技術專利,讓蘇聯發展出行駛惡劣路面如履平地的BT-7與T-34坦克,越野機動能力遠勝納粹坦克,成為擊敗納粹德國主力軍隊改寫歷史的發明。
英國另有一種Horstmann坦克懸吊是Christie懸吊系統的變異版,但故障率較高。
另一種二戰後沿襲至今的坦克懸吊系統為扭力桿(Torsion-bar)懸吊,避震行程不如Christie懸吊,但佔空間比Christie懸吊系統小,可容納大車輪與重裝甲,也可裝避震器(減震筒),今日重裝甲坦克常用。
1991年的英國挑戰者2坦克則使用類似雪鐵龍汽車的液壓氣動式懸吊系統。
根據形式,履帶車輛的懸掛系統可分為:
平衡懸掛
混合懸掛
獨立懸掛
根據彈性元件分類:
螺旋彈簧懸掛
蝶形彈簧懸掛
扭杆懸掛:美、蘇、德、中的第三代主戰坦克都採用;
液氣懸掛:自走炮採用,調節車體俯仰,補充火炮高低射角。
板簧懸掛
橡膠彈簧懸掛
空氣懸掛
混合式懸掛:首、尾採用可調式液氣懸掛以調節車體俯仰,中間採用高強度扭杆。
是否預測到地面情況分為:
被動懸掛
半主動懸掛
主動懸掛
參考資料[編輯]
懸吊系統基礎
^Adams,WilliamBridges.EnglishPleasureCarriages.London:CharlesKnight&Co.1837[2008-09-09].(原始內容存檔於2020-09-11).
^Jain,K.K.;R.B.Asthana.AutomobileEngineering.London:TataMcGraw-Hill. :pp.293–294.ISBN 007044529X. 引文使用過時參數coauthors(幫助)引文格式1維護:冗餘文本(link)
^SpringRatevsWheelRate.[2008-09-17].(原始內容存檔於2021-02-11).
外部連結[編輯]
維基共享資源中相關的多媒體資源:懸吊系統
懸吊系統基礎
車輛多連桿懸吊系統之分析
閱論編汽車的零件與附件車身結構大樑、副樑(英語:Subframe)、保險槓、底盤、撞擊緩衝區(英語:Crumplezone)、擋泥板、葉子板(英語:Fenderskirts)、水箱罩(英語:Grille_(car))、引擎蓋、引擎蓋進氣口(英語:Hoodscoop)、車柱(英語:Pillar(car))、尾翼隔間行李廂、引擎蓋車門蝴蝶車門、鷗翼車門、鍘刀車門、雙門對開車門(自殺式車門(英語:suicidedoor))、內嵌式門玻璃天窗、遮陽板、擋風玻璃、雨刷、擋風玻璃清潔液後視鏡後視鏡、電動後視鏡(英語:Powerside-viewmirror)其他保險桿貼紙(Bumpersticker)、引擎蓋標誌(Hoodornament)外部設備車燈大燈、霧燈、方向燈、尾燈(英語:Taillight)、日間行車燈其他氣體放電式電燈、大燈水平自動調整組(AutoLeveling)、故障指示燈、車距傳感器(Distancesensor)、停車傳感器(Parksensor)引擎進氣進氣口(Airintake)、空氣濾清器、節氣門、歧管(Manifold)、歧管真空(Manifoldvacuum)、流量感知器(Massflowsensor)、增壓(Boost)、增壓式進氣(Ram-airintake)、短增壓式進氣(Shortramairintake)、自然進氣引擎、電子節氣門控制(ElectronicThrottleControl;ETC)、可變汽門正時燃料燃油濾清器(FuelFilter)、增壓控制(Boostcontroller)、洩壓閥(Blowoffvalve)、蝶閥(Butterflyvalve)、化油器、離心式機械增壓器(Centrifugal-typesupercharger)、渦卷式機械增壓器(Scroll-typesupercharger)、電子控制元件(ElectronicControlUnit;ECU)、發動機控制器、燃油噴射、燃油泵浦(Fuelpump)、油箱(Fueltank)、機械增壓器、渦輪增壓器、汽油直接噴射、柴油直接噴射(DieselDirectInjection;DDI)、渦輪增壓直接噴射(TurbochargedDirectInjection;TDI)、可變幾何渦輪增壓(VariableGeometryTurbocharger;VGT)、渦輪性能自動控制(AutomaticPerformanceControl;APC)、雙渦輪(Twin-turbo)排氣排氣管(Exhaustpipe)、消音器、催化轉換器、含氧感測器(Oxygensensor)冷卻空氣冷卻(Aircooling)、防凍劑、水箱(Radiator)、自動調溫器、中央冷卻器(Intercooler)、乙二醇起動起動(Starter)、火星塞、點火線圈(Ignitioncoil)、電池、鉛酸蓄電池、燃料電池、分電盤(Distributor)、白金接點(Breakerpoints)、點火順序、火星塞點火(Spark-ignition)、電子安定器(Electricalballast)、怠速熄火系統其他平衡軸(Balanceshaft)、加熱器(Blockheater)、曲軸、曲軸箱(CrankCase)、曲軸箱蓋(CrankcaseCover)、汽門、汽門座(ValveSeat)、汽門導管(ValveGuide)、凸輪、凸輪軸、活塞連桿(Connectingrod)、燃燒室(Combustionchamber)、曲軸銷(Crankpin)、引擎爆震、壓縮比、曲軸感知器(Cranksensor)、氣缸、汽缸體、汽缸蓋、汽缸套(CylinderSleeve)、汽缸墊片(Cylindergasket)、汽缸蓋墊片(CylinderHeadgasket)、墊片、機油濾清器(Oilfilter)、稀薄燃燒、汽門挺桿式(OverHeadValve;OHV)、頂上凸輪軸式、頂上雙凸輪軸式、活塞、活塞環(Pistonring)、活塞銷(PistonPin)、搖臂(Rockerarm)、旁道閥(BypassValve)、機油、油泥(Oilsludge)、合成油、礦物油、全合成油(Full-SyntheticOil)、挺桿(Tappet)、正時皮帶、正時記號(Timingmark)、積極式曲軸箱通風(PositiveCrankcaseVentilation;PCV)、燃油蒸發排放控制系統、排氣再循環內部設備儀表油錶、車速錶、轉速錶、里程錶、全球定位系統、抬頭顯示器控制方向盤、排檔桿(Gearstick)、手煞車(Handbrake)、節流閥(Throttle)防盜鎖、鑰匙、喇叭座位扶手(英語:Armrest)、長型座椅(Benchseat)、桶型座椅(Bucketseat)、兒童安全座椅安全安全氣囊、座位安全帶、兒童安全鎖(Childsafetylock)其他空氣調節、汽車音響(Caraudio)、太陽能天窗(solarwindow)、汽車防盜裝置(antithief)、車用電話(Carphone)、中控台(Centerconsole)、儀錶板、置物箱(Glovecompartment)、電動窗(Powerwindow)、點菸器傳動車輪車輪蓋(Hubcap)、鋼絲輪圈(Steelwheels)、合金輪圈(Alloywheels)、鋁合金輪圈(Aluminiumalloywheel)、鎂合金輪圈(Magnesiumalloywheel)輪胎輻射層輪胎(Radial-plyTire)、斜紋層輪胎(Bias-plyTire)、斜向交織層輪胎(BiasBeltedTire)、防爆輪胎、光頭輪胎(Slicktire)、胎壓偵測系統、內胎(InnerTube)、雪胎、雪鏈、備用輪胎變速器變速器、自動變速器、手動變速器、自手排變速箱、半自動變速箱、手自排變速箱、離合器、萬向接頭、差速器、傳動軸、排擋桿(Gearstick)、扭力轉換器、太陽齒輪(SunGear)、行星齒輪、環形齒輪(RingGear)、鎖定差速器(Lockingdifferential)、限滑差速器、無段自動變速箱、變速箱控制單元(TransmissionControlUnit;TCU)轉向阿克曼轉向幾何、防鎖死煞車系統、牽引力控制系統(TractionControlSystem;TCS)、外傾角、後傾角、內傾角、前束角(Toeangle)、轉向前展(Toe-outonTurn)、扭力轉向(Torquesteering)、轉向過度、轉向不足、齒條齒輪式(Rackandpinion)、循環滾珠式(RecirclulatingBallandNut)、動力輔助轉向懸吊輪軸、彈簧、圈狀彈簧(Coilspring)、片狀彈簧(Leafspring)、雙A臂懸吊系統、電子穩定程序、獨立懸吊系統、液壓懸吊系統(hydrolasticsuspension)、麥花臣懸吊系統(MacPhersonsuspension)、多連桿懸吊系統(Multi-linksuspension)、半拖曳懸吊系統(Semi-trailingarmsuspension)、扭力軸懸吊系統(Torsionbeamsuspension)、大王銷(Kingpin)、橫拉桿(Panhardrod)、減震筒(Shockabsorber)、防傾桿(Stabilizerbar)、差速器、拖曳臂(Trailingarm)、非彈簧負荷重量(Unsprungweight)煞車防鎖死煞車系統、電子制動力分配系統、煞車力道輔助系統(BrakeAssistSystem;BAS)、碟式煞車、鼓式煞車、液壓煞車(HydraulicBrake)、空氣煞車(AirBrake)、動力煞車(PowerBrake)、引擎煞車(EngineBrake)、行車煞車(ServiceBrake)、駐車煞車(ParkingBrakes)、緊急煞車(EmergencyBrake)、手煞車(HandBrake)、煞車片、煞車油(BrakeFluid)、上坡輔助系統(Hill-startAssistControl)配件與百貨外部裝飾警示桿、裝飾天線、貼紙、防撞條、sidemouldings、內部裝飾眼鏡夾(glassessholder)、零錢夾(coinholder)、指南球(compass)、杯架(drinkholder)、手機架(phoneholder)、面紙套(tissueholder)、化妝鏡、駕駛座遮陽板、駕駛座收納、萬用袋、車用地墊(Mats)、避光墊、窗簾、靜電貼、前座遮陽擋、椅墊、椅套、寵物用椅套、護腰枕、頭枕、手套箱電裝品水溫錶、油溫錶、電壓錶、點菸器、抬頭顯示器(HUD)、行車記錄器、事故資料記錄器、駕駛安全預警儀、車用吸塵器、車用多孔電源插頭、車用電源變壓器、
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連桿多或少的差異2.懸吊如何影響定位3.剛性上的差異在上期提到,麥花臣懸吊與雙A臂懸吊的最大不同是連桿的設計影響操控性和舒適性,而這兩種懸吊都屬於獨立式。