汽车悬架弹簧是汽车悬架中的弹性元件,使车桥和车架或车身之间作弹性联系,承受和传递垂直载荷,缓和及抑制不平路面所引起的冲击。
简介
汽车
悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称。悬架的主要作用是把路面作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(驱动力和制动力)和侧向反力以及这些反力所形成的力矩传递到车架(或承载式车身)上,以保证汽车的正常行驶。
悬架主要由弹性元件、导向装置和
阻尼元件(减振器)等三部分组成,如图2所示。
弹性元件使车架与车桥之间作弹性联系,承受和传递垂直载荷,缓和及抑制不平路面所引起的冲击;导向装置是用来传递纵向力、侧向力及其力矩,并保证车轮相对于车架或车身有一定的运动规律;减振器用以加快振动的衰减,限制车身和车轮的振动。由此可见,上述三个组成部分分别起缓冲、导向和减振作用,三者联合起到共同传力的作用。为防止车身在不平路面行驶或转向时发生过大的横向倾斜,部分汽车还装有辅助弹性元件—横向稳定器和平衡杆。
常见的汽车悬架系统中采用的弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等几种结构形式。
钢板弹簧
钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等,也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁,如图3所示。
钢板弹簧的第一片(最长的一片)称为主片,其两端弯成卷耳,内装由青铜或塑料、橡胶、粉末冶金等制成的衬套,以便于用弹簧销固定在车架上的支架或吊耳座上形成铰链连接。钢板弹簧的中部一般用U型螺栓固定在车桥上。
主片卷耳受力严重,是薄弱处。为改善主片卷耳的受力情况,常将第二片末端也弯成卷耳,包在主片卷耳的外面,称为包耳。为了使得在弹簧变形时各片有相对滑动的可能,在主片卷耳和第二片包耳之间留有较大的空隙。有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳,而采用其他的支撑连接方式。
钢板弹簧在载荷作用下变形时,各片之间由于相对滑动而产生摩擦,可以促进车架振动的衰减。单个片间的干摩擦,将使车轮所受的冲击在很大的程度上传给车架,即降低了悬架缓和冲击的能力并使弹簧各片加速磨损,这是不利的。为了减少摩擦片的磨损,在装合钢板弹簧时,各片间须涂上较稠的润滑剂(石墨润滑脂),并应定期进行保养。为了在使用期间长期储存润滑脂和防止污染,有时将钢板弹簧装在护套内。
近年来,在国内外越来越多的汽车上采用了变截面钢板弹簧,它是由单片或2~3片变厚度断面的弹簧片构成的,如图4所示。
其弹簧片的断面尺寸沿长度方向是变化的,片宽保持不变。这种少片变截面钢板弹簧克服了多片钢板弹簧质量大、性能差(由于片间摩擦的存在,影响了汽车的行驶平顺性)的缺点。据统计,在两种弹簧寿命相等的情况下,少片变截面钢板弹簧可减少质量40%~50%。因此,这种弹簧对实现车辆的轻量化、节约能源和节约合金弹簧钢材大为有利,故应用日渐广泛。
螺旋弹簧
螺旋弹簧广泛应用于独立悬架,特别是前轮独立悬架中。然而,在有些轿车的后轮非独立悬架中,其弹性元件也采用螺旋弹簧。螺旋弹簧和钢板弹簧相比较具有以下优点:无需润滑,不忌泥污它所需的纵向安装空间不大;弹簧本身的质量小。
螺旋弹簧本身没有减震作用,因此在螺旋弹簧悬架中必须另装减震器。此外,螺旋弹簧只能承受垂直载荷,故必须装设导向机构以传递垂直力以外的各种力和力矩。
螺旋弹簧由弹簧钢棒料卷制而成,可做成等螺距或变螺距。前者刚度不变,后者刚度是可变的。
扭杆弹簧
扭杆弹簧本身是一根由弹簧钢制成的扭杆。扭杆端面通常为圆形,少数为矩形和管型,其两端形状可以做成花键、方形、六角形或带有平面的圆柱形等,以便一端固定在车架上,另一端固定在悬架的摆臂上,摆臂则与车轮相连。
当车轮跳动时,摆臂便绕着扭杆轴线而摆动,使扭杆产生弹性变形,借以保证车轮与车架的弹性联系。有的扭杆有一些矩形断面的薄条(扭片)组合而成,这样,弹簧更为柔软。扭杆弹簧由铬钒合金弹簧钢制成,其表面经过加工后很光滑。使用中必须很好地保护扭杆表面,通常在扭杆弹簧表面涂一层环氧树脂,包一层玻璃纤维布,再涂一层环氧树脂,最后涂以沥青和防锈油漆,以防碰撞、刮伤和腐蚀,从而可提高扭杆弹簧的使用寿命。
气体弹簧
气体弹簧是在一个密封的容器中充入压缩气体,利用气体的可压缩性实现其弹簧作用的。这种弹簧的刚度是可变的,因为作用在弹簧上的载荷增加时,容器内的定量气体受压缩,气压升高,则弹簧的刚度增大;反之,当载荷减小时,弹簧内的气压下降,刚度减小,故它具有比较理想的变刚度特性。
气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种。空气弹簧又有囊式和膜式之分,油气弹簧包括单气室油气弹簧,双气室油气弹簧,两级压力式油气弹簧。
橡胶弹簧
橡胶弹簧是利用橡胶本身的弹性来起弹性元件的作用。他可以承受压缩载荷与扭转载荷。其优点是单位质量的蓄能量较金属弹簧多,隔声性能好,工作无噪声,不需要润滑。由于橡胶的内摩擦较大,因此橡胶弹簧具有一定的减震能力。橡胶弹簧多用作悬架的副簧和缓冲块。